薄互層油氣藏 AVO特征模擬分析

徐 萍李景葉黃 饒

(1.中海油研究總院; 2.中國(guó)石油大學(xué)(北京)資源與信息學(xué)院)

薄互層油氣藏 AVO特征模擬分析

徐 萍1李景葉2黃 饒2

(1.中海油研究總院; 2.中國(guó)石油大學(xué)(北京)資源與信息學(xué)院)

通過(guò)求解基于點(diǎn)震源的完全彈性和粘彈性波動(dòng)方程獲取地震波場(chǎng)完全解(包括了一次反射波、多次反射波和轉(zhuǎn)換波信息),有效消除了高阻抗條件和臨界角條件下基于射線追蹤計(jì)算反射系數(shù)的誤差。利用該方法研究了薄層厚度、層間多次波和衰減等因素對(duì)薄互層油氣藏地震AVO變化規(guī)律的影響,其結(jié)論與認(rèn)識(shí)可為利用地震AVO進(jìn)行薄互層油氣藏識(shí)別提供理論依據(jù)。

AVO 薄互層油氣藏 層間多次波 衰減

我國(guó)絕大多數(shù)油田屬于陸相湖盆碎屑巖沉積,薄互層儲(chǔ)層發(fā)育,但儲(chǔ)層的強(qiáng)非均質(zhì)性和復(fù)雜的地震波響應(yīng)嚴(yán)重影響了薄互層油藏的勘探成功率[1-3]。自 Ostrander[4]提出利用反射系數(shù)隨入射角的變化規(guī)律識(shí)別含油氣砂巖的AVO技術(shù)以來(lái),地震 AVO技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為利用疊前資料預(yù)測(cè)油氣的重要方法之一,也是目前利用地震資料進(jìn)行烴類檢測(cè)的有效方法之一。在利用地質(zhì)模型研究不同巖性的AVO特性方面,前人已做了大量的研究工作,但傳統(tǒng)的 AVO技術(shù)的理論基礎(chǔ)是 Zoeppritz方程,該理論是在上下半空間條件下推導(dǎo)得到的,只考慮了單界面兩邊的巖石物理特性,沒(méi)有考慮地層厚度、層間多次波等因素對(duì)反射波的影響,致使實(shí)際應(yīng)用地震AVO技術(shù)存在陷阱,尤其是薄互層油氣藏的識(shí)別研究[5]。換言之,Zoeppritz方程不適用于描述薄互層條件下地震波衰減與頻散對(duì)AVO的影響,而等效介質(zhì)理論不能實(shí)現(xiàn)地震波傳播機(jī)制及AVO響應(yīng)規(guī)律的精確描述。

為了解決這一問(wèn)題,提高薄互層油藏地震AVO技術(shù)識(shí)別精度,眾多地球物理工作者進(jìn)行了大量的研究。Martin等人[6]基于標(biāo)量波動(dòng)方程和薄互層油藏等效介質(zhì)理論,研究了薄互層油藏條件下地震AVO的校正方法;Liu等人[7]針對(duì)單一薄層推導(dǎo)了任意角度入射條件下地震振幅和AVO響應(yīng)的精確解,分析了薄層厚度及薄層泊松比對(duì)地震AVO變化規(guī)律的影響;Marmalyevskyy等人[8]基于矢量波動(dòng)方程求解研究了飽和氣薄互層油藏地震 AVO變化與地震頻率之間的關(guān)系,分析了薄層能量吸收對(duì)地震 AVO曲線的影響;Ellison等人[9]對(duì)比分析了簡(jiǎn)單半空間模型AVO曲線變化與薄互層油藏波動(dòng)方程模擬AVO曲線的差異,進(jìn)行了AVO曲線校正方法研究,并分析了注水開(kāi)發(fā)油藏時(shí)移地震 AVO響應(yīng)。筆者在前人研究工作的基礎(chǔ)上,基于點(diǎn)震源的完全彈性和粘彈性波動(dòng)方程,從質(zhì)點(diǎn)位移的角度計(jì)算地震波在地下的傳播,得到地震波場(chǎng)的完全解,包括地震波在地層中傳播時(shí)形成的一次波、多次波和轉(zhuǎn)換波信息,克服了射線追蹤法在波阻抗差別大時(shí)以及在臨界角條件下會(huì)產(chǎn)生較大誤差的缺點(diǎn),提高了計(jì)算精度;并針對(duì)薄互層油氣藏開(kāi)展了地震 AVO研究,分析了薄互層調(diào)諧效應(yīng)、層間多次波等因素對(duì)AVO響應(yīng)規(guī)律的影響,為薄互層油氣藏地震 AVO識(shí)別研究提供了理論依據(jù)。

1 基于點(diǎn)震源的球面波地震AVO模擬

設(shè)點(diǎn)震源放置在坐標(biāo)原點(diǎn),檢波器放置在地表,相應(yīng)的檢波點(diǎn)垂直和徑向位移分量可以由如下公式得到 (在只考慮 P波震源 P波接收條件下,可以令Ψ=0):

由式 (1)和式 (2)可以看出,求取球面波位移的基礎(chǔ)是求取平面波反射系數(shù)。為了求解多層情況下的反射和透射系數(shù),需要建立一個(gè)遞推關(guān)系式,本文采用的是 Kennett的遞歸算法[10-11]。界面 k和其下所有層的總的反射響應(yīng)可以由如下迭代關(guān)系式來(lái)表示

式 (3)中:RD(zk-)表示界面 k上面的總的反射系數(shù), R(z+)表示界面 k下面的總的反射系數(shù);RkD、RkU和TDk、TUk分別是界面 k處的反射和透射系數(shù)矩陣,其中D和U分別表示下行波和上行波;I為單位矩陣。衰減條件下的合成記錄在復(fù)數(shù)速度條件下仍按式(1)和式 (2)重新計(jì)算便可得到。

求解基于球面波理論的完全彈性波方程可以得到地震波場(chǎng)的完全解,基于簡(jiǎn)單砂泥巖薄互層模型獲得的彈性波地震記錄模擬結(jié)果如圖 1、2所示,模擬數(shù)據(jù)中包括地震波在地層中傳播時(shí)形成的一次波、多次波和轉(zhuǎn)換波信息,可以通過(guò)引入復(fù)數(shù)速度描述薄互層條件下地震波衰減與頻散對(duì)AVO的影響。

2 薄互層地震AVO特征分析

圖3 不同厚度砂泥巖薄互層模型

為了分析薄互層調(diào)諧效應(yīng)對(duì)AVO的影響規(guī)律,以及比較基于平面波理論的 Zoeppritz方程和基于球面波理論的完全彈性波方程的模擬結(jié)果,利用某油田測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)建立了一系列薄互層模型 (圖 3):界面深度均為 1 000m,模型從頂界面算起其總厚度不變,均為 4個(gè)波長(zhǎng);所研究的反射層位于模型中央,深度為頂界面向下 2個(gè)波長(zhǎng);設(shè)計(jì)的單一薄層厚度從 1/2波長(zhǎng)到 1/32波長(zhǎng)。模擬結(jié)果 (圖 4、5)分析表明,在薄互層油藏條件下地震AVO曲線變化規(guī)律與單一薄層厚度有密切關(guān)系?；?Zoeppritz方程的AVO技術(shù)由于不能模擬層間多次波和轉(zhuǎn)換波等因素的影響,AVO曲線變化規(guī)律相對(duì)簡(jiǎn)單,薄層厚度越薄,AVO曲線變化特征越不明顯,這是利用基于 Zoeppritz方程AVO技術(shù)進(jìn)行薄互層油氣識(shí)別存在陷阱的重要原因;而基于彈性波方程的AVO技術(shù)由于考慮了層間多次波和轉(zhuǎn)換波等因素的影響, AVO曲線變化規(guī)律復(fù)雜,有效消除了高阻抗條件和臨界角條件下基于射線追蹤計(jì)算的反射系數(shù)誤差,可以進(jìn)行薄互層油氣識(shí)別分析。

3 層間多次波對(duì)薄互層油氣藏地震AVO特征的影響

層間多次波的存在對(duì)下伏目標(biāo)地層地震反射波特征會(huì)產(chǎn)生影響,它的存在會(huì)改變一次反射波振幅隨偏移距變化的規(guī)律,給目標(biāo)地層的AVO分析造成困難,在很大程度上降低了地震AVO解釋精度,增加了勘探風(fēng)險(xiǎn)。為了對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行分析,基于某油田條件設(shè)計(jì)的地質(zhì)模型如表 1所示,經(jīng)動(dòng)校正后的正演結(jié)果如圖 6、7所示,其中圖 6為包含所有層間多次波的地震記錄,圖 7為僅含有一次 PP反射波的地震記錄,圖中黑色箭頭指示的位置為低速含氣砂巖的頂界面。

表 1 薄互層模型地層參數(shù)

為了分析層間多次波對(duì)一次波的影響,分別提取圖 6(有多次波)和圖 7(無(wú)多次波)所示地震記錄氣層頂界面的AVO響應(yīng)曲線 (圖 8)。從圖 8可以看出,只含有一次波的記錄,氣層頂界面的AVO響應(yīng)具有明顯的二類AVO異常,而含多次波的記錄產(chǎn)生了“假相”。產(chǎn)生“假相”的原因是二次 PP波的到達(dá)時(shí)與氣層頂界面重疊,煤層產(chǎn)生的多次波對(duì)氣層產(chǎn)生的AVO響應(yīng)疊加起到了抵消作用。

圖8 基于表 1模型提取的氣層頂界面振幅隨偏移距變化曲線

4 衰減對(duì)薄互層油氣藏地震AVO特征的影響

地震波衰減對(duì)儲(chǔ)層AVO響應(yīng)規(guī)律會(huì)產(chǎn)生影響?；谀秤吞锏膬?chǔ)層參數(shù)建立油藏模型,利用彈性波動(dòng)方程和粘彈性波動(dòng)方程分別模擬地震響應(yīng),并提取儲(chǔ)層底界面AVO曲線,其計(jì)算結(jié)果如圖 9、10所示。對(duì)比并分頻分析地震 AVO響應(yīng)規(guī)律,結(jié)果表明:在不考慮介質(zhì)吸收條件下,不同頻率的AVO響應(yīng)曲線與全頻率的彈性記錄的AVO響應(yīng)曲線基本一致,即彈性介質(zhì)的 AVO與頻率無(wú)關(guān);在考慮介質(zhì)吸收條件下,低頻信息保持著正確的AVO響應(yīng)規(guī)律,但隨著頻率增加AVO異常變得越來(lái)越弱,因此低頻信息疊加能夠形成亮點(diǎn),而高頻信息疊加的能量與背景相比較弱。

5 結(jié)論

通過(guò)求解基于球面波理論的彈性和粘彈性波動(dòng)方程進(jìn)行薄互層油氣藏AVO特征模擬分析的方法,有效克服了射線追蹤法在波阻抗差別大和臨界角條件下計(jì)算反射系數(shù),進(jìn)而利用AVO技術(shù)進(jìn)行薄互層油氣藏識(shí)別時(shí)存在的陷阱?；谠摲椒ǚ治隽吮雍穸取娱g多次波和衰減等因素對(duì)薄互層油氣藏地震AVO曲線變化規(guī)律的影響,其結(jié)論與認(rèn)識(shí)可以為薄互層油氣藏地震AVO分析提供理論依據(jù)。

[1] 云美厚,丁偉,王新紅.陸相薄互層油藏四維地震監(jiān)測(cè)存在的問(wèn)題與建議[J].石油地球物理勘探,2005,40(4):444-450.

[2] LIJ,CHEN X,ZHAO W.Studyon time-lapse seismic AVO of fine layering porous unconsolidated reservoir[C].SEG International Exposition and74thAnnualMeeting,2004:2299-2302.

[3] 趙偉,陳小宏,李景葉.薄互層調(diào)諧效應(yīng)對(duì) AVO的影響[J].石油物探,2006,45(6):570-573.

[4] OSTRANDER W.Plane-wave reflection coefficients for gas sands at nonnormal angles of incidence[J].Geophysics,1984,49(6): 1637-1648.

[5] 徐仲達(dá),屠浩敏,鄔慶良.平面波反射系數(shù)與AVO技術(shù)[J].石油物探,1991,30(3):1-20.

[6] MART IN T,SERGEI A,PETER H.AVO correction for scaler waves in the case of a thinly layered reflector overburden[J]. Geophysics,1996,61(2):520-528.

[7] L IU Y,SCHM ITTD R.Amplitude and AVO responses of a single thin bed[J].Geophysics,2003,68(4):1161-1168.

[8] MARMALYEVSKYY N,ROGANOV Y.Frequency depending AVO for a gas-saturated periodical thin-layered stack[C].SEG International Exposition and76thAnnual Meeting,2006:274-278.

[9] ELL ISON S J, IMHOFM G,CORUH C,et al.Modeling offset-dependent reflectivity for time-lapse monitoring of water-flood production in thin-layered reservoirs[J].Geophysics,2005,69(1): 25-36.

[10] KENNETTB.Reflections,rays and reverberations[J].Bulletin of

the Seis mological Society ofAmerica,1974,64(6):1685-1696.

[11] KENNETTB.Theoretical reflection seismograms for elastic media [J].Geophysical Prospecting,1979,27:301-321.收稿日期:2009-07-05

(編輯:周雯雯)

Abstract:The whole solutions of seis mic wave field (including primary wave,multiple reflected wave and converted wave)can be obtained through solving the equations of full elastic and viscoelastic waves based on a point source,which effectively eliminates the reflection coefficient error from ray-traceing calculation under a high impedance and the critical angle. This method has been used to probe into the impacts of several factors such as thin bed thickness,interbed multiples and attenuation on AVO patterns in thin-interbedded reservoirs,the results and conceptions from which can provide a theoretical evidence for recognizing thininterbedded reservoirs by seismic AVO.

Key words:AVO;thin-interbedded reservoir;interbed multiple;attenuation

A s imulation analysis of AVO patterns in thin-interbedded reservoirs

Xu Ping1Li Jingye2Huang Rao2
(1.CNOOC Research Institute,Beijing,100027;
2.China Petroleum University,Beijing,102249)

徐萍,女,畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(華東)資源勘查專業(yè),現(xiàn)主要從事油氣田開(kāi)發(fā)方面的研究工作。地址:北京市東城區(qū)東直門外小街 6號(hào)海油大廈 (郵編:100027)。E-mail:xuping@cnooc.com.cn。