分時窗多子波方法在制作高精度合成記錄中地應用

李金磊,屈大鵬,陳祖慶

(中國石化勘探南方分公司 勘探研究院,四川成都 610041)

分時窗多子波方法在制作高精度合成記錄中地應用

李金磊,屈大鵬,陳祖慶

(中國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層預測中起著重要的作用。通過對地震子波時變和空變特點的剖析,闡述了劃分時窗的必要性,進而結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,并進行分時窗制作高精度合成地震記錄的一般方法。最后將該方法應用于實例,得到的合成記錄不僅與實際地震剖面吻合較好,而且分辨率也較高。

地震子波;分時窗;合成記錄;高精度;分辨率

0 前言

制作合成記錄是構造解釋和儲層分析中最基礎的工作,同時也是連接地震、地質和測井工作的橋梁[1～3]。合成記錄的精度將直接影響到地震地質層位標定的準確性,因此,提高合成記錄的精度,就成了層位標定的首要問題。

作為合成記錄的二大要素:反射系數系列和地震子波。利用密度曲線和聲波時差曲線聯合計算反射系數,已經大大的提高了反射系數的精度[4]。然而地震子波在傳播的過程中,由于地層的吸收效應,在時間和空間上均在不斷地變化,所以難以給得恰到好處。近年來提出了各種各樣子波的提取與估算方法[5～10],以求得與實際的地震子波更加接近的地震子波。另外在實際的工作中,考慮到大地的吸收作用,對于陸相地層和海相地層,分別采用單時窗下R icker子波的標定,但是這樣難于獲得一個完整精確的時深關系。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,然后詳細分析了地震子波以及地震子波時變與空變的特點,進而提出了綜合利用雷克子波和井旁地震道提取子波,進行分時窗制作高精度合成地震記錄的方法。最后將此方法應用于實際井的層位標定中,其結果不但與實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單,其過程實際上就是一維模型的計算過程,目前,主要是根據Robinson的褶積模型來計算的,即

式中 F(t)為合成記錄;S(t)為地震子波;R(t)為反射系數。

在制作過程中,主要包括以下幾個步驟:

(1)先利用聲波測井曲線和密度測井曲線,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)通過理論子波或者各種子波提取技術,得到地震子波S(t)。

(3)將測井反射系數序列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)與井旁地震道對比,進行地震反射同相軸的地質層位標定。

2 地震子波以及分時窗多子波制作高精度合成地震記錄的方法

2.1 地震子波

一般認為,地震炸藥震源激發時所產生的地震波,僅是一個延續時間極短的尖脈沖。隨著尖脈沖在黏彈性介質中傳播,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Fu tterm an研究的大地對地震波的吸收,以及頻散作用原理,在均勻吸收介質中,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;W(t)為波動函數。

從式(4)中可以看出,振幅隨著距離的增大呈指數衰弱。

另外根據波的色散,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,可以根據在同一個距離上觀測子波的原則,求得不同頻率分量的時間tf:

由于tc是在臨界頻率下速度所走的時間,因此相應的時間滯后量為:Δτ=tf-tc。時間延遲量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,而且隨著傳播時間的增加,子波的高頻成份逐漸減少,延續度加長,出現了子波的延遲效應,因此地震子波是一個時變子波。

2.2 分時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程中,相位、振幅均發生了變化,而且還出現了時間上的延遲,因此對應于不同的目的層來說,子波的變化量是不一樣的。此時,針對目的層劃分不同的時窗和采用不同的地震子波,就顯得很有必要了。

結合合成地震記錄制作的過程,下面給出分時窗多子波制作高精度合成記錄的一般方法。

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

(2)結合工區的實際地質情況,參照標志層建立第一個時間分界點T0(在本文中以海陸相分界點須家河底T3x1作為標志層)。

(3)時間分界點T0將整個合成記錄劃分為二個時窗,在上、下二個時窗內選用理論子波,或者在時窗內從井旁地震道提取地震子波,生成初始合成記錄。然后,在各個時窗內針對目的層段,計算合成記錄與井旁地震道之間的相關系數,同時也可得到地震子波的時間延遲量和相位變化量。參照該值調整子波的時間延遲和相位參數,可使合成記錄與井旁地震道達到相對最佳匹配。

(4)觀察整個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間點,建立一個新的時間分界點。

(5)依次類推,按照步驟(3)和步驟(4)中的方法,進行時窗的進一步劃分和子波的調整,使合成記錄與井旁地震道達到最大相關。在一般情況下,目的層段與井旁地震道之間的相關系數達到0.65以上即可。

在通常情況下,子波的長度以100 m s左右為宜[12]。在提取井旁地震道子波時,時窗長度應為子波長度的三倍以上,可降低子波抖動,保持其穩定性。此外時窗的頂、底盡可能放在目的層相對穩定的地方,以減少復雜地質現象對子波的影響[3]。另外,在時窗與時窗之間盡可能地間隔一個最小的平滑區域,其間隔值可根據時窗的頂、底位置以及具體使用的軟件而定。

3 應用效果分析

應用以上方法,作者在YB地區選取了若干井進行層位的標定。用yb204井為例,以須家河底T3x1作為標志層,整個合成記錄的時間范圍為(0m s～3 000 m s)。首先通過聲波曲線和密度曲線獲得反射系數系列,然后按照分時窗多子波制作高精度合成記錄的制作方法,在各個時窗下,進行針對目的層的合成地震記錄的制作和匹配調整。

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

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

從圖1(a)中可以發現,在1 650m s到2 140m s之間(上沙溪廟組到須家河組須三段),單時窗下R icker子波合成的地震記錄的強相位與地震剖面的強相位相差半個相位,吻合較差;而圖1(b)中分時窗下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地區陸相主要沉積為砂巖和泥巖,海相為灰質巖。一般來說,砂巖對地震波的吸收較大;而灰質巖吸收較小;泥巖介乎二者之間。另外,也有研究表明,振幅越強,巖石對地震波的吸收也就越大[13]。因此,在淺層陸相出現了較大的時間延遲。

在制作的過程中:

(1)首先選擇T3x1作為參考標志層(2 400 m s),建立了第一個時間分界點,將整個合成記錄分為[0m s～2 400m s]和[2 400m s～3 000m s]二個時窗。

(2)然后參照2.2節中的方法,在2 140m s處建立了第二個時間分界點,將時窗[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]二個時窗。

(3)最后針對各個目的層各個時窗,對地震子波的各項參數進行調整,從而使合成記錄與井旁地震道達到最大相關。

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

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

另外,在圖2中可以明顯地發現,分時窗下采用井旁地震道提取子波的合成地震記錄(見圖2(a)),要比分時窗下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(方框標示)能夠分別出清晰的相位,這一點在R icker子波合成地震記錄上卻沒有顯示。

綜合圖1和圖2中的優點,在該井的合成記錄標定中,采用了在分時窗下陸相部份采用R icker子波,在海相部份采用井旁地震道提取子波來綜合標定。通過對各個時窗內地震子波參數的調整,最終在各個時窗下的地震子波形態如圖3所示(該井各個時窗的頂、底均在目的層相對穩定的地方,時窗之間沒有設間隔值)。最后得到的合成地震記錄(見圖4)不僅與地震剖面(見圖5)吻合較好,而且分辨率也較高。

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

圖4 分時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yb204井地震剖面Fig.5 Seism ic p rofile through thewell yb204

作者采用該方法,還對該地區的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 結論

從分辨率和與地震剖面吻合程度這二點來看,分時窗下綜合利用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,比分時窗下單一R icker子波的合成地震記錄和單時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完整精確的時深關系。

不過作者在本文中,只是給出了分時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。尤其是在時窗的劃分和子波的選擇上,要進行多次嘗試,并對工區的地質條件,尤其是對地層情況應該有較準確的掌握,這樣才能通過合成地震記錄對地質層位進行準確的標定。

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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,軟件設計師,工學碩士,現主要從事物探和系統管理方面的工作。