分時(shí)窗多子波方法在制作高精度合成記錄中地應(yīng)用

李金磊,屈大鵬,陳祖慶

(中國(guó)石化勘探南方分公司 勘探研究院,四川成都 610041)

分時(shí)窗多子波方法在制作高精度合成記錄中地應(yīng)用

李金磊,屈大鵬,陳祖慶

(中國(guó)石化勘探南方分公司 勘探研究院,四川成都 610041)

人工合成地震記錄,在地震資料的解釋和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中起著重要的作用。通過(guò)對(duì)地震子波時(shí)變和空變特點(diǎn)的剖析,闡述了劃分時(shí)窗的必要性,進(jìn)而結(jié)合合成地震記錄的制作原理和方法,提出了綜合利用雷克子波和井旁地震道提取子波,并進(jìn)行分時(shí)窗制作高精度合成地震記錄的一般方法。最后將該方法應(yīng)用于實(shí)例,得到的合成記錄不僅與實(shí)際地震剖面吻合較好,而且分辨率也較高。

地震子波;分時(shí)窗;合成記錄;高精度;分辨率

0 前言

制作合成記錄是構(gòu)造解釋和儲(chǔ)層分析中最基礎(chǔ)的工作,同時(shí)也是連接地震、地質(zhì)和測(cè)井工作的橋梁[1～3]。合成記錄的精度將直接影響到地震地質(zhì)層位標(biāo)定的準(zhǔn)確性,因此,提高合成記錄的精度,就成了層位標(biāo)定的首要問(wèn)題。

作為合成記錄的二大要素:反射系數(shù)系列和地震子波。利用密度曲線和聲波時(shí)差曲線聯(lián)合計(jì)算反射系數(shù),已經(jīng)大大的提高了反射系數(shù)的精度[4]。然而地震子波在傳播的過(guò)程中,由于地層的吸收效應(yīng),在時(shí)間和空間上均在不斷地變化,所以難以給得恰到好處。近年來(lái)提出了各種各樣子波的提取與估算方法[5～10],以求得與實(shí)際的地震子波更加接近的地震子波。另外在實(shí)際的工作中,考慮到大地的吸收作用,對(duì)于陸相地層和海相地層,分別采用單時(shí)窗下R icker子波的標(biāo)定,但是這樣難于獲得一個(gè)完整精確的時(shí)深關(guān)系。此外,由于單一R icker子波的局限性,在深層海相制作合成記錄的分辨率較低,不能夠很好地反映出波組的特征。

作者在本文中,首先介紹了合成地震記錄制作的原理,然后詳細(xì)分析了地震子波以及地震子波時(shí)變與空變的特點(diǎn),進(jìn)而提出了綜合利用雷克子波和井旁地震道提取子波,進(jìn)行分時(shí)窗制作高精度合成地震記錄的方法。最后將此方法應(yīng)用于實(shí)際井的層位標(biāo)定中,其結(jié)果不但與實(shí)際地震剖面吻合較好,而且分辨率也較高。

1 合成地震記錄制作的原理

合成地震記錄的制作較為簡(jiǎn)單,其過(guò)程實(shí)際上就是一維模型的計(jì)算過(guò)程,目前,主要是根據(jù)Robinson的褶積模型來(lái)計(jì)算的,即

式中 F(t)為合成記錄;S(t)為地震子波;R(t)為反射系數(shù)。

在制作過(guò)程中,主要包括以下幾個(gè)步驟:

(1)先利用聲波測(cè)井曲線和密度測(cè)井曲線,得到波阻抗曲線,然后再由波阻抗曲線得到反射系數(shù)序列:

式中 A為波阻抗;ρ1、ν1分別為界面上層的密度與速度;ρ2、ν2分別為界面下層的密度與速度。

(2)通過(guò)理論子波或者各種子波提取技術(shù),得到地震子波S(t)。

(3)將測(cè)井反射系數(shù)序列R與地震子波S(t)褶積得到合成地震記錄F(t)。

(4)將合成地震記錄F(t)與井旁地震道對(duì)比,進(jìn)行地震反射同相軸的地質(zhì)層位標(biāo)定。

2 地震子波以及分時(shí)窗多子波制作高精度合成地震記錄的方法

2.1 地震子波

一般認(rèn)為,地震炸藥震源激發(fā)時(shí)所產(chǎn)生的地震波,僅是一個(gè)延續(xù)時(shí)間極短的尖脈沖。隨著尖脈沖在黏彈性介質(zhì)中傳播,尖脈沖的高頻成份很快衰減,波形隨之加寬,便形成了地震子波[5]。根據(jù)Fu tterm an研究的大地對(duì)地震波的吸收,以及頻散作用原理,在均勻吸收介質(zhì)中,傳播的平面波的振幅方程為:

式中 A0為初始振幅;r為傳播距離;α為吸收系數(shù);W(t)為波動(dòng)函數(shù)。

從式(4)中可以看出,振幅隨著距離的增大呈指數(shù)衰弱。

另外根據(jù)波的色散,不同頻率的波在地層中的傳播速度是不同的。高頻的波傳播速度快,走在波的前頭,但幾乎被吸收;低頻的波傳播速度慢,從而形成延遲起跳的波形。因此,波的色散造成了子波相位譜的改變和起跳的延遲[11]。

(1)首先,由速度的色散變化公式得到某一頻率f的波的速度V(f)為:

式中 fc為臨界頻率或參考頻率,通常采用fc=30 kHz;Q為地層吸收因子。

(2)然后,可以根據(jù)在同一個(gè)距離上觀測(cè)子波的原則,求得不同頻率分量的時(shí)間tf:

由于tc是在臨界頻率下速度所走的時(shí)間,因此相應(yīng)的時(shí)間滯后量為:Δτ=tf-tc。時(shí)間延遲量Δτ除以周期,便可得到延遲相位角。

基于以上理論和分析,可知地震子波在傳播過(guò)程中,伴隨著地層的吸收作用,不僅改變了子波的振幅譜和相位譜,而且隨著傳播時(shí)間的增加,子波的高頻成份逐漸減少,延續(xù)度加長(zhǎng),出現(xiàn)了子波的延遲效應(yīng),因此地震子波是一個(gè)時(shí)變子波。

2.2 分時(shí)窗多子波制作高精度合成地震記錄的一

般方法

既然地震子波在傳播的過(guò)程中,相位、振幅均發(fā)生了變化,而且還出現(xiàn)了時(shí)間上的延遲,因此對(duì)應(yīng)于不同的目的層來(lái)說(shuō),子波的變化量是不一樣的。此時(shí),針對(duì)目的層劃分不同的時(shí)窗和采用不同的地震子波,就顯得很有必要了。

結(jié)合合成地震記錄制作的過(guò)程,下面給出分時(shí)窗多子波制作高精度合成記錄的一般方法。

(1)對(duì)所研究工區(qū)的地震資料進(jìn)行頻譜分析,確定地震資料的主頻,并將其作為選用理論子波的主頻。

(2)結(jié)合工區(qū)的實(shí)際地質(zhì)情況,參照標(biāo)志層建立第一個(gè)時(shí)間分界點(diǎn)T0(在本文中以海陸相分界點(diǎn)須家河底T3x1作為標(biāo)志層)。

(3)時(shí)間分界點(diǎn)T0將整個(gè)合成記錄劃分為二個(gè)時(shí)窗,在上、下二個(gè)時(shí)窗內(nèi)選用理論子波,或者在時(shí)窗內(nèi)從井旁地震道提取地震子波,生成初始合成記錄。然后,在各個(gè)時(shí)窗內(nèi)針對(duì)目的層段,計(jì)算合成記錄與井旁地震道之間的相關(guān)系數(shù),同時(shí)也可得到地震子波的時(shí)間延遲量和相位變化量。參照該值調(diào)整子波的時(shí)間延遲和相位參數(shù),可使合成記錄與井旁地震道達(dá)到相對(duì)最佳匹配。

(4)觀察整個(gè)合成記錄與井旁地震道的匹配程度,如果匹配不佳,可嘗試更換子波,或者在大套波組整體特征不匹配的起始時(shí)間點(diǎn),建立一個(gè)新的時(shí)間分界點(diǎn)。

(5)依次類推,按照步驟(3)和步驟(4)中的方法,進(jìn)行時(shí)窗的進(jìn)一步劃分和子波的調(diào)整,使合成記錄與井旁地震道達(dá)到最大相關(guān)。在一般情況下,目的層段與井旁地震道之間的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.65以上即可。

在通常情況下,子波的長(zhǎng)度以100 m s左右為宜[12]。在提取井旁地震道子波時(shí),時(shí)窗長(zhǎng)度應(yīng)為子波長(zhǎng)度的三倍以上,可降低子波抖動(dòng),保持其穩(wěn)定性。此外時(shí)窗的頂、底盡可能放在目的層相對(duì)穩(wěn)定的地方,以減少?gòu)?fù)雜地質(zhì)現(xiàn)象對(duì)子波的影響[3]。另外,在時(shí)窗與時(shí)窗之間盡可能地間隔一個(gè)最小的平滑區(qū)域,其間隔值可根據(jù)時(shí)窗的頂、底位置以及具體使用的軟件而定。

3 應(yīng)用效果分析

應(yīng)用以上方法,作者在YB地區(qū)選取了若干井進(jìn)行層位的標(biāo)定。用yb204井為例,以須家河底T3x1作為標(biāo)志層,整個(gè)合成記錄的時(shí)間范圍為(0m s～3 000 m s)。首先通過(guò)聲波曲線和密度曲線獲得反射系數(shù)系列,然后按照分時(shí)窗多子波制作高精度合成記錄的制作方法,在各個(gè)時(shí)窗下,進(jìn)行針對(duì)目的層的合成地震記錄的制作和匹配調(diào)整。

圖1(a)為單時(shí)窗下R icker子波合成的地震記錄與圖1(b)為分時(shí)窗下R icker子波合成的地震記錄的對(duì)比圖(陸相部份)。

圖2(a)為分時(shí)窗下R icker子波合成的地震記錄與圖2(b)為分時(shí)窗下井旁地震道提取子波合成的地震記錄的對(duì)比圖(海相部份)。

從圖1(a)中可以發(fā)現(xiàn),在1 650m s到2 140m s之間(上沙溪廟組到須家河組須三段),單時(shí)窗下R icker子波合成的地震記錄的強(qiáng)相位與地震剖面的強(qiáng)相位相差半個(gè)相位,吻合較差;而圖1(b)中分時(shí)窗下R icker子波合成的地震記錄與地震剖面在此處吻合較好。

在YB地區(qū)陸相主要沉積為砂巖和泥巖,海相為灰質(zhì)巖。一般來(lái)說(shuō),砂巖對(duì)地震波的吸收較大;而灰質(zhì)巖吸收較小;泥巖介乎二者之間。另外,也有研究表明,振幅越強(qiáng),巖石對(duì)地震波的吸收也就越大[13]。因此,在淺層陸相出現(xiàn)了較大的時(shí)間延遲。

在制作的過(guò)程中:

(1)首先選擇T3x1作為參考標(biāo)志層(2 400 m s),建立了第一個(gè)時(shí)間分界點(diǎn),將整個(gè)合成記錄分為[0m s～2 400m s]和[2 400m s～3 000m s]二個(gè)時(shí)窗。

(2)然后參照2.2節(jié)中的方法,在2 140m s處建立了第二個(gè)時(shí)間分界點(diǎn),將時(shí)窗[0 m s～2 400 m s]又劃分為[0 m s～2 140 m s]和[2 140 m s～2 400m s]二個(gè)時(shí)窗。

(3)最后針對(duì)各個(gè)目的層各個(gè)時(shí)窗,對(duì)地震子波的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,從而使合成記錄與井旁地震道達(dá)到最大相關(guān)。

圖1 單時(shí)窗與分時(shí)窗下R icker子波合成記錄對(duì)比圖Fig.1 Synthetic seismogram comparison betw een single tim ew indow and divided tim e-w indow using the R ickerw avelet

圖2 分時(shí)窗下不同子波合成記錄對(duì)比圖Fig.2 D ifferentwavelet synthetic seismogram comparison under the divided tim ew indow

另外,在圖2中可以明顯地發(fā)現(xiàn),分時(shí)窗下采用井旁地震道提取子波的合成地震記錄(見(jiàn)圖2(a)),要比分時(shí)窗下R icker子波的合成地震記錄(圖2(b))的分辨率高出許多。并且在2 680m s左右(方框標(biāo)示)能夠分別出清晰的相位,這一點(diǎn)在R icker子波合成地震記錄上卻沒(méi)有顯示。

綜合圖1和圖2中的優(yōu)點(diǎn),在該井的合成記錄標(biāo)定中,采用了在分時(shí)窗下陸相部份采用R icker子波,在海相部份采用井旁地震道提取子波來(lái)綜合標(biāo)定。通過(guò)對(duì)各個(gè)時(shí)窗內(nèi)地震子波參數(shù)的調(diào)整,最終在各個(gè)時(shí)窗下的地震子波形態(tài)如圖3所示(該井各個(gè)時(shí)窗的頂、底均在目的層相對(duì)穩(wěn)定的地方,時(shí)窗之間沒(méi)有設(shè)間隔值)。最后得到的合成地震記錄(見(jiàn)圖4)不僅與地震剖面(見(jiàn)圖5)吻合較好,而且分辨率也較高。

圖3 各時(shí)窗下的地震子波Fig.3 Seism icwaveletof each tim ew indow

圖4 分時(shí)窗多子波方法制作的合成地震記錄Fig.4 Synthetic seismogram sp roduced by the divided tim e w indow andm ulti-waveletm ethod

圖5 過(guò)yb204井地震剖面Fig.5 Seism ic p rofile through thewell yb204

作者采用該方法,還對(duì)該地區(qū)的YB1、YB2、YB3、YB4、YB5、YB9、YB11、YB12、YB22、YB204等直井和YB1-C斜井,以及其它地區(qū)的M 101、CK1井制作了地震合成記錄,都取到了很好的效果。

4 結(jié)論

從分辨率和與地震剖面吻合程度這二點(diǎn)來(lái)看,分時(shí)窗下綜合利用R icker子波和井旁地震道提取子波制作的合成地震記錄的綜合特性,比分時(shí)窗下單一R icker子波的合成地震記錄和單時(shí)窗下制作的合成地震記錄普遍要好。此外采用該方法還可以獲得一個(gè)完整精確的時(shí)深關(guān)系。

不過(guò)作者在本文中,只是給出了分時(shí)窗下利用多種子波制作合成地震記錄的一般方法,具體的情況還需要具體的分析。尤其是在時(shí)窗的劃分和子波的選擇上,要進(jìn)行多次嘗試,并對(duì)工區(qū)的地質(zhì)條件,尤其是對(duì)地層情況應(yīng)該有較準(zhǔn)確的掌握,這樣才能通過(guò)合成地震記錄對(duì)地質(zhì)層位進(jìn)行準(zhǔn)確的標(biāo)定。

[1]靳玲,蘇桂芝,劉桂蘭,等.合成地震記錄制作的影響因素及對(duì)策[J].石油物探,2004,43(3):267.

[2]陳廣軍.合成地震記錄制作與標(biāo)定中的爭(zhēng)論及注意的問(wèn)題[J].西安石油學(xué)院學(xué)報(bào),2002,17(4):19.

[3]石玉.塔河油田合成地震記錄的制作和應(yīng)用[J].石油物探,2004,43(4):400.

[4]張學(xué)東,李子鋒,黃偉傳,等.準(zhǔn)中地區(qū)高精度合成地震記錄的制作[J].新疆地質(zhì),2004,22(3):332.

[5]楊培杰,印興耀.地震子波提取方法綜述[J].石油地球物理勘探,2008,43(1):123.

[6]趙秋亮,李錄明,羅省賢.基于分形方法的地震子波提取及應(yīng)用[J].石油物探,2005,44(1):7.

[7]張廣智,劉洪,印興耀.井旁道地震子波精細(xì)提取方法[J].石油地球物理勘探,2005,40(2):158.

[8]孫成禹.空變地震子波提取方法研究[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2000,24(1):77.

[9]劉金俊,王修田,徐世浙,等.基于子波相位譜掃描法的子波求取方法[J].海洋科學(xué),2000,24(6):4.[10]李鯤鵬,李衍達(dá),張學(xué)工,等.基于譜模擬技術(shù)的混合相位地震子波估計(jì)方法[J].石油物探,2001,40(2):21.

[11]張海燕,李慶忠.幾種常用解析子波的特性分析[J].石油地球物理勘探,2007,42(6):651.

[12]方小東.復(fù)雜地質(zhì)條件合成地震記錄的分類標(biāo)定方法[J].中國(guó)海上油氣,2006,18(5):313.

[13]李慶忠.走向精確勘探的道路[M].北京:石油工業(yè)出版社,1993.

P 631.4+43

A

1001—1749(2011)01—0040—05

2010-07-02 改回日期:2010-11-02

李金磊(1982-),男,助理工程師,軟件設(shè)計(jì)師,工學(xué)碩士,現(xiàn)主要從事物探和系統(tǒng)管理方面的工作。