分时窗多子波方法在制作高精度合成记录中地应用

李金磊,屈大鹏,陈祖庆

(中国石化勘探南方分公司 勘探研究院,四川成都 610041)

分时窗多子波方法在制作高精度合成记录中地应用

李金磊,屈大鹏,陈祖庆

(中国石化勘探南方分公司 勘探研究院,四川成都 610041)

人工合成地震记录,在地震资料的解释和储层预测中起着重要的作用。通过对地震子波时变和空变特点的剖析,阐述了划分时窗的必要性,进而结合合成地震记录的制作原理和方法,提出了综合利用雷克子波和井旁地震道提取子波,并进行分时窗制作高精度合成地震记录的一般方法。最后将该方法应用于实例,得到的合成记录不仅与实际地震剖面吻合较好,而且分辨率也较高。

地震子波;分时窗;合成记录;高精度;分辨率

0 前言

制作合成记录是构造解释和储层分析中最基础的工作,同时也是连接地震、地质和测井工作的桥梁[1～3]。合成记录的精度将直接影响到地震地质层位标定的准确性,因此,提高合成记录的精度,就成了层位标定的首要问题。

作为合成记录的二大要素:反射系数系列和地震子波。利用密度曲线和声波时差曲线联合计算反射系数,已经大大的提高了反射系数的精度[4]。然而地震子波在传播的过程中,由于地层的吸收效应,在时间和空间上均在不断地变化,所以难以给得恰到好处。近年来提出了各种各样子波的提取与估算方法[5～10],以求得与实际的地震子波更加接近的地震子波。另外在实际的工作中,考虑到大地的吸收作用,对于陆相地层和海相地层,分别采用单时窗下R icker子波的标定,但是这样难于获得一个完整精确的时深关系。此外,由于单一R icker子波的局限性,在深层海相制作合成记录的分辨率较低,不能够很好地反映出波组的特征。

作者在本文中,首先介绍了合成地震记录制作的原理,然后详细分析了地震子波以及地震子波时变与空变的特点,进而提出了综合利用雷克子波和井旁地震道提取子波,进行分时窗制作高精度合成地震记录的方法。最后将此方法应用于实际井的层位标定中,其结果不但与实际地震剖面吻合较好,而且分辨率也较高。

1 合成地震记录制作的原理

合成地震记录的制作较为简单,其过程实际上就是一维模型的计算过程,目前,主要是根据Robinson的褶积模型来计算的,即

式中 F(t)为合成记录;S(t)为地震子波;R(t)为反射系数。

在制作过程中,主要包括以下几个步骤:

(1)先利用声波测井曲线和密度测井曲线,得到波阻抗曲线,然后再由波阻抗曲线得到反射系数序列:

式中 A为波阻抗;ρ1、ν1分别为界面上层的密度与速度;ρ2、ν2分别为界面下层的密度与速度。

(2)通过理论子波或者各种子波提取技术,得到地震子波S(t)。

(3)将测井反射系数序列R与地震子波S(t)褶积得到合成地震记录F(t)。

(4)将合成地震记录F(t)与井旁地震道对比,进行地震反射同相轴的地质层位标定。

2 地震子波以及分时窗多子波制作高精度合成地震记录的方法

2.1 地震子波

一般认为,地震炸药震源激发时所产生的地震波,仅是一个延续时间极短的尖脉冲。随着尖脉冲在黏弹性介质中传播,尖脉冲的高频成份很快衰减,波形随之加宽,便形成了地震子波[5]。根据Fu tterm an研究的大地对地震波的吸收,以及频散作用原理,在均匀吸收介质中,传播的平面波的振幅方程为:

式中 A0为初始振幅;r为传播距离;α为吸收系数;W(t)为波动函数。

从式(4)中可以看出,振幅随着距离的增大呈指数衰弱。

另外根据波的色散,不同频率的波在地层中的传播速度是不同的。高频的波传播速度快,走在波的前头,但几乎被吸收;低频的波传播速度慢,从而形成延迟起跳的波形。因此,波的色散造成了子波相位谱的改变和起跳的延迟[11]。

(1)首先,由速度的色散变化公式得到某一频率f的波的速度V(f)为:

式中 fc为临界频率或参考频率,通常采用fc=30 kHz;Q为地层吸收因子。

(2)然后,可以根据在同一个距离上观测子波的原则,求得不同频率分量的时间tf:

由于tc是在临界频率下速度所走的时间,因此相应的时间滞后量为:Δτ=tf-tc。时间延迟量Δτ除以周期,便可得到延迟相位角。

基于以上理论和分析,可知地震子波在传播过程中,伴随着地层的吸收作用,不仅改变了子波的振幅谱和相位谱,而且随着传播时间的增加,子波的高频成份逐渐减少,延续度加长,出现了子波的延迟效应,因此地震子波是一个时变子波。

2.2 分时窗多子波制作高精度合成地震记录的一

般方法

既然地震子波在传播的过程中,相位、振幅均发生了变化,而且还出现了时间上的延迟,因此对应于不同的目的层来说,子波的变化量是不一样的。此时,针对目的层划分不同的时窗和采用不同的地震子波,就显得很有必要了。

结合合成地震记录制作的过程,下面给出分时窗多子波制作高精度合成记录的一般方法。

(1)对所研究工区的地震资料进行频谱分析,确定地震资料的主频,并将其作为选用理论子波的主频。

(2)结合工区的实际地质情况,参照标志层建立第一个时间分界点T0(在本文中以海陆相分界点须家河底T3x1作为标志层)。

(3)时间分界点T0将整个合成记录划分为二个时窗,在上、下二个时窗内选用理论子波,或者在时窗内从井旁地震道提取地震子波,生成初始合成记录。然后,在各个时窗内针对目的层段,计算合成记录与井旁地震道之间的相关系数,同时也可得到地震子波的时间延迟量和相位变化量。参照该值调整子波的时间延迟和相位参数,可使合成记录与井旁地震道达到相对最佳匹配。

(4)观察整个合成记录与井旁地震道的匹配程度,如果匹配不佳,可尝试更换子波,或者在大套波组整体特征不匹配的起始时间点,建立一个新的时间分界点。

(5)依次类推,按照步骤(3)和步骤(4)中的方法,进行时窗的进一步划分和子波的调整,使合成记录与井旁地震道达到最大相关。在一般情况下,目的层段与井旁地震道之间的相关系数达到0.65以上即可。

在通常情况下,子波的长度以100 m s左右为宜[12]。在提取井旁地震道子波时,时窗长度应为子波长度的三倍以上,可降低子波抖动,保持其稳定性。此外时窗的顶、底尽可能放在目的层相对稳定的地方,以减少复杂地质现象对子波的影响[3]。另外,在时窗与时窗之间尽可能地间隔一个最小的平滑区域,其间隔值可根据时窗的顶、底位置以及具体使用的软件而定。

3 应用效果分析

应用以上方法,作者在YB地区选取了若干井进行层位的标定。用yb204井为例,以须家河底T3x1作为标志层,整个合成记录的时间范围为(0m s～3 000 m s)。首先通过声波曲线和密度曲线获得反射系数系列,然后按照分时窗多子波制作高精度合成记录的制作方法,在各个时窗下,进行针对目的层的合成地震记录的制作和匹配调整。

图1(a)为单时窗下R icker子波合成的地震记录与图1(b)为分时窗下R icker子波合成的地震记录的对比图(陆相部份)。

图2(a)为分时窗下R icker子波合成的地震记录与图2(b)为分时窗下井旁地震道提取子波合成的地震记录的对比图(海相部份)。

从图1(a)中可以发现,在1 650m s到2 140m s之间(上沙溪庙组到须家河组须三段),单时窗下R icker子波合成的地震记录的强相位与地震剖面的强相位相差半个相位,吻合较差;而图1(b)中分时窗下R icker子波合成的地震记录与地震剖面在此处吻合较好。

在YB地区陆相主要沉积为砂岩和泥岩,海相为灰质岩。一般来说,砂岩对地震波的吸收较大;而灰质岩吸收较小;泥岩介乎二者之间。另外,也有研究表明,振幅越强,岩石对地震波的吸收也就越大[13]。因此,在浅层陆相出现了较大的时间延迟。

在制作的过程中:

(1)首先选择T3x1作为参考标志层(2 400 m s),建立了第一个时间分界点,将整个合成记录分为[0m s～2 400m s]和[2 400m s～3 000m s]二个时窗。

(2)然后参照2.2节中的方法,在2 140m s处建立了第二个时间分界点,将时窗[0 m s～2 400 m s]又划分为[0 m s～2 140 m s]和[2 140 m s～2 400m s]二个时窗。

(3)最后针对各个目的层各个时窗,对地震子波的各项参数进行调整,从而使合成记录与井旁地震道达到最大相关。

图1 单时窗与分时窗下R icker子波合成记录对比图Fig.1 Synthetic seismogram comparison betw een single tim ew indow and divided tim e-w indow using the R ickerw avelet

图2 分时窗下不同子波合成记录对比图Fig.2 D ifferentwavelet synthetic seismogram comparison under the divided tim ew indow

另外,在图2中可以明显地发现,分时窗下采用井旁地震道提取子波的合成地震记录(见图2(a)),要比分时窗下R icker子波的合成地震记录(图2(b))的分辨率高出许多。并且在2 680m s左右(方框标示)能够分别出清晰的相位,这一点在R icker子波合成地震记录上却没有显示。

综合图1和图2中的优点,在该井的合成记录标定中,采用了在分时窗下陆相部份采用R icker子波,在海相部份采用井旁地震道提取子波来综合标定。通过对各个时窗内地震子波参数的调整,最终在各个时窗下的地震子波形态如图3所示(该井各个时窗的顶、底均在目的层相对稳定的地方,时窗之间没有设间隔值)。最后得到的合成地震记录(见图4)不仅与地震剖面(见图5)吻合较好,而且分辨率也较高。

图3 各时窗下的地震子波Fig.3 Seism icwaveletof each tim ew indow

图4 分时窗多子波方法制作的合成地震记录Fig.4 Synthetic seismogram sp roduced by the divided tim e w indow andm ulti-waveletm ethod

图5 过yb204井地震剖面Fig.5 Seism ic p rofile through thewell yb204

作者采用该方法,还对该地区的YB1、YB2、YB3、YB4、YB5、YB9、YB11、YB12、YB22、YB204等直井和YB1-C斜井,以及其它地区的M 101、CK1井制作了地震合成记录,都取到了很好的效果。

4 结论

从分辨率和与地震剖面吻合程度这二点来看,分时窗下综合利用R icker子波和井旁地震道提取子波制作的合成地震记录的综合特性,比分时窗下单一R icker子波的合成地震记录和单时窗下制作的合成地震记录普遍要好。此外采用该方法还可以获得一个完整精确的时深关系。

不过作者在本文中,只是给出了分时窗下利用多种子波制作合成地震记录的一般方法,具体的情况还需要具体的分析。尤其是在时窗的划分和子波的选择上,要进行多次尝试,并对工区的地质条件,尤其是对地层情况应该有较准确的掌握,这样才能通过合成地震记录对地质层位进行准确的标定。

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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,助理工程师,软件设计师,工学硕士,现主要从事物探和系统管理方面的工作。