基于時(shí)頻分析疊前地層Q值提取方法研究

畢麗飛(中國石油大學(xué)(北京)地球物理與信息工程學(xué)院,北京102249) (中石化勝利油田分公司技術(shù)發(fā)展處,山東東營(yíng)257000)

基于時(shí)頻分析疊前地層Q值提取方法研究

畢麗飛(中國石油大學(xué)(北京)地球物理與信息工程學(xué)院,北京102249) (中石化勝利油田分公司技術(shù)發(fā)展處,山東東營(yíng)257000)

地震波衰減屬性是含氣儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的重要參數(shù)。研究提出了基于時(shí)頻分析疊前地層Q值提取方法,該方法基于疊前地震資料中豐富的儲(chǔ)層信息,利用S變換時(shí)頻譜具有較高時(shí)頻分辨率的特征,提高了地層Q值的估算精度。在模型計(jì)算和勝利油田墾71工區(qū)的實(shí)際應(yīng)用表明,該方法能夠較好地預(yù)測(cè)氣層空間展布,在含氣區(qū)Q值較低,異常現(xiàn)象明顯,在非含氣區(qū)Q值較高,異?，F(xiàn)象不明顯,尤其是強(qiáng)振幅位置。

疊前道集;地震波衰減;零相位子波;儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

在進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè),尤其是天然氣藏的預(yù)測(cè)過程中,地層的吸收特征是一個(gè)非常重要的參數(shù),它對(duì)巖性的變換具有較高的靈敏度,尤其是含氣時(shí)表現(xiàn)出很大的異常值[1,2]。因此,利用地層的吸收特征并結(jié)合地震波的速度、波速比等地震屬性參數(shù)和測(cè)井信息,可進(jìn)一步提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)和氣藏勘探的精度[3]。

地層吸收特征的估算方法有很多,主要有時(shí)間域、頻率域、時(shí)頻域和基于反演理論的方法[4～10]。目前,基于時(shí)頻域和基于反演理論的方法成為研究的熱點(diǎn)。該次研究筆者主要利用S變換時(shí)頻分析方法,根據(jù)地震波在一維黏彈性介質(zhì)中的傳播方程,在時(shí)頻域中推導(dǎo)了地層Q值的估算公式,并通過炮檢距歸零處理將其應(yīng)用到疊前地震資料中。該方法在模型計(jì)算和勝利油田墾71工區(qū)中的應(yīng)用都取得了較好的儲(chǔ)層含氣性預(yù)測(cè)效果。

1 時(shí)頻分析Q值提取方法原理

S變換是由Stockwell等[10]于1996年提出的一種較新的時(shí)頻分析方法,它與小波變換、短時(shí)窗傅里葉變換都有一定的關(guān)系,但又比這兩者具有更多的優(yōu)點(diǎn)。S變換有更高的時(shí)頻分辨率,在地層Q值提取中可以充分考慮因地層吸收而引起的振幅、頻率等信息的變化。

S變換公式為:

式中:f表示頻率,s-1;ξ表示時(shí)窗函數(shù)的中心點(diǎn),控制高斯窗函數(shù)在時(shí)間軸上的位置,s;t表示傳播時(shí)間,s;h(t)表示信號(hào)。

式中:Q是品質(zhì)因子,1。

對(duì)式(2)進(jìn)行S變換,可以得到頻率域表達(dá)式[16]:

對(duì)式(3)進(jìn)行逆傅里葉變換,可以得到時(shí)間域表達(dá)式:

從而得到振幅譜As(t,f)的表達(dá)式:

選擇目的層,假定地震波傳播到目的層上、下界面的旅行時(shí)分別是t0和t1。對(duì)目的層上、下界面的振幅譜作比并取對(duì)數(shù),可得到地層Q值的計(jì)算公式:

從式 (6)中可以看出,當(dāng)假定地震子波為一般零相位子波時(shí),對(duì)于已選定的目的層,頻譜比對(duì)數(shù)與a呈線性關(guān)系,進(jìn)行線性回歸,可得到地層Q值。

上述方法是基于疊后地震資料提出的。在疊前地震資料中,計(jì)算的頻譜比斜率是隨著炮檢距的變化而變化的,所以在計(jì)算地層Q值之前,需要進(jìn)行炮檢距歸零處理。假設(shè)傳播時(shí)間的變化滿足經(jīng)典的正常時(shí)差方程,即:

式中:Δt為正常時(shí)差,s;x是炮檢距,m;v是速度,m/s。

由式(5)可知,零炮檢距處的頻譜比斜率為:

式中:p0是炮檢距為零時(shí)計(jì)算的頻譜比斜率,1;Δt1是地震波在零炮檢距處通過目的層的上、下界面所用的時(shí)間差,s;Q0是炮檢距為零時(shí)計(jì)算的品質(zhì)因子,1。

因此,在疊前地震資料中,水平方向上的頻譜比斜率近似為:

式中:px是炮檢距為x時(shí)計(jì)算的頻譜比斜率,1;Qx是炮檢距為x時(shí)計(jì)算的品質(zhì)因子,1。將Δt、Δt1代入式(9)可得:

假設(shè)在小排列情況下,Qx≈Q0,式(10)近似為:

由式(11)可以看出,在同一位置處,不同炮檢距的px與x2呈線性關(guān)系,利用上述關(guān)系進(jìn)行線性回歸計(jì)算截距,即為零炮檢距處的斜率值p0,進(jìn)而根據(jù)式 (5)可求得地層的Q值。在計(jì)算的過程中,該方法容易受動(dòng)校正拉伸的影響,當(dāng)動(dòng)校正拉伸比較嚴(yán)重時(shí),炮檢距歸零處理中可以考慮適當(dāng)剔除一部分資料。在具體處理中,時(shí)窗的選擇也非常重要,不同的數(shù)據(jù)應(yīng)選擇不同的時(shí)窗,時(shí)窗的選擇一般為目的層段時(shí)窗的2～3倍。

2 模型計(jì)算與實(shí)際工區(qū)應(yīng)用分析

2.1 模型計(jì)算

表1是一個(gè)簡(jiǎn)單的3層模型參數(shù)表,第2層是目的層,地層Q值比較低。圖1是通過表1的參數(shù)利用單程波正演模擬得到的疊前CMP(共中心點(diǎn))道集。圖2是圖1動(dòng)校正之后結(jié)果。

表1 模型參數(shù)表

圖1 疊前地震記錄

圖2 動(dòng)校正后的疊前地震記錄

圖3是利用圖2的數(shù)據(jù)選擇第2層為目的層,得到的頻譜比對(duì)數(shù)與a的變化關(guān)系?？梢钥闯?頻譜比對(duì)數(shù)隨著a的變化呈線性關(guān)系,通過線性回歸可得到頻譜比斜率。

圖4是目的層頻譜比斜率隨偏移距平方的變化,可以看出,頻譜比斜率隨著偏移距平方的變化呈線性關(guān)系,通過線性回歸求取截距,即為零偏移距的頻譜比斜率,通過計(jì)算可得到地層Q值。

圖5是地層Q值的求取結(jié)果,可以看出,在目的層的位置,Q值比較低,為29.7;在非目的層的位置,Q值比較高,為497.1,這與表1中的模型參數(shù)值基本一致,說明該方法的正確性。

圖3 頻譜比對(duì)數(shù)與a的關(guān)系圖

圖4 頻譜比斜率與偏移距平方的關(guān)系圖

圖5 地層Q值曲線

2.2 實(shí)際工區(qū)應(yīng)用

勝利油田墾71工區(qū)位于沾化凹陷中部,是墾西油田的主力開發(fā)區(qū)。其主要?dú)鈱訛樾陆叼^陶組二段3+4亞段(Ng32+4),氣層主要發(fā)育在工區(qū)的中部,含氣范圍呈近東西向條帶狀展布。對(duì)該區(qū)進(jìn)行地震波衰減研究,有助于該區(qū)的含氣儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。針對(duì)墾71工區(qū)過井的2條線提取地層Q值,進(jìn)行含氣儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)。

圖6 疊后地震剖面A

圖6是墾71工區(qū)的某一疊后地震剖面A,k71-36井經(jīng)過該條線,氣層的位置大約在時(shí)間1.15s處,道號(hào)是86。圖7是利用本文方法提取的地層Q值剖面,可以看出,在氣藏的位置 (圖中方框處)Q值比較低,異?，F(xiàn)象比較明顯;而在非含氣的位置,異常現(xiàn)象得到了一定程度的壓制。

圖8是墾71工區(qū)的某一疊后地震剖面B,k71井經(jīng)過該條線,氣層的位置大約在時(shí)間1.15s處,道號(hào)是126。圖9是利用本文方法提取的地層Q值剖面,可以看出,在氣藏的位置(圖中方框處)Q值比較低,異?，F(xiàn)象比較明顯,表現(xiàn)出強(qiáng)烈的吸收特征。

實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明,該方法能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)氣藏的位置,為研究區(qū)的天然氣藏的預(yù)測(cè)提供了有力的技術(shù)支持。

3 結(jié)論和認(rèn)識(shí)

基于時(shí)頻分析的疊前地層Q值提取方法一方面利用了S變換時(shí)頻分析地層吸收引起的地震波振幅、頻率等信息的變化,另一方面利用了疊前地震資料信息豐富的特點(diǎn),提高了地層Q值提取的精確度。在模型計(jì)算和勝利油田墾71工區(qū)的實(shí)際應(yīng)用表明,該方法能夠較好地預(yù)測(cè)氣層空間展布,在含氣區(qū)Q值較低,異常現(xiàn)象明顯;在非含氣區(qū)Q值較高,異?，F(xiàn)象不明顯,尤其是強(qiáng)振幅位置,取得了較好的應(yīng)用效果。

圖7 基于疊前地震數(shù)據(jù)提取的地層Q值剖面A

圖8 疊后地震剖面B

圖9 基于疊前地震數(shù)據(jù)提取的地層Q值剖面B

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[編輯] 龔丹

P631.44

A

1000-9752(2014)12-0070-04

2014-11-25

畢麗飛(1976-),男,1999年大慶石油學(xué)院畢業(yè),高級(jí)工程師,博士生,現(xiàn)主要從事地震資料處理方法研究及科研項(xiàng)目管理等工作。