地震子波在地质薄层内的几何特征响应

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地震子波在地质薄层内的几何特征响应

刘远志,周清强,徐华权

(成都理工大学信息工程学院,四川成都　610059)

　　摘　要:地质薄层或薄互层问题一直是近几十年的研究热点问题。本文通过对地震子波与薄层特征的分析,讨论了地质界面反射回来的地震子波波形及特点,指出薄层随着埋藏深度、地层平均速度、厚度以及对地震子波的振幅几何响应特性。对利用子波进一步认识和研究薄层具有重要意义。

关键词:地震子波;薄层;几何特征;波长1　引言

随着油气勘探不断深入,地震学和勘探地球物理学理论与实用研究的发展,所面临的问题越来越复杂。近年,我国在华北、、南海等地陆续发现一批特殊的油藏——该类型油藏构造幅度约10m左右,纵向上由多个油层组合而成,层间为不渗透隔层,平均厚度小于或接近构造幅度油层有效厚度与砂体厚度比为0.6～0.8——薄层或薄互层油藏。随着勘探难度的不断增加,对薄层或薄互层油藏问题在地球物理界和地质界关注度越来越高,以致近十几年来成了关心的热点问题。于是,为了获得有效的经济效益,各石油公司及相关科研院所从不同角度不断加大老油气田薄层或薄互层和具有储有潜力的新区薄层或薄互层的研究力度。己有文献对薄层油藏的开发技术及特征作了详尽的研究。

对油气地震勘探而言,使用地震的各属性研究薄层或薄互层,是一个重要目的。由于我国陆相沉积储层的油气资源大部分储藏在厚度小于10m的储层中,因而利用地震子波研究地下薄层或薄互层的岩性对地震勘探油气开发来说有着重要的意义。本文从地震子波的几何特征出发,分析了它在薄层上的响应特征,从而提高对薄层油气藏勘探的认识。2　薄层地质地震反射子波模型

地震子波是地震记录褶积模型的一个分量,通常指由2至3个或多个相位组成的地震脉冲,确切地说,地震子波就是地震能量由震源通过复杂的地下路径传播到接收器所记录下来的质点运动速度(陆上检波器)或压力(海上检波器)的远场时间域响应。子波在薄层内传播有其自身的特征。

如图1,是一个薄层模型示意图。如果波形用S(t)表示,地震剖面上的反射则是双程垂直反射时间t的函数,用R(t)表示,地震子波记录可以用S(t)与R(t)的褶积来表示为f(t),即

f(t)=S(t)×R(t)

由上面公式可以看出,此模型所需要的条件是子波波形及反射系数,而反射系数是随深度、密度、速度变化的。对于一个水平薄反射层,当子波垂直入射时,在层内要产生无穷个多次反射,设薄层厚度为

密度为Μ和Θ,则复反射系数为:h,速度、

exp(i2hk2)1-d2d(1-)R=

1+d1+d1-dexp(12hk2)

k2v22Θ2d=2

k1v1Θ1Ξki=

vi

图1

图2

一个子波可以由它的振幅谱和相位谱来定义,相位谱的类型可以是零相位、常数相位、最小相位、混合相位等;对零相位和常数相位子波而言,可简单将其看作是一系列不同振幅和频率的正弦波的集合,所有的正弦波都是零相位或常数的相位(如

)。90°

尽管我们常说地震数据是零相位,但如果试图在地震数据中找出该子波的形状,还是比较困难的。在大多数薄层地震剖面中,能够产生零相位反射的

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收稿日期:2008-01-12

作者简介:刘远志,男,硕士研究生,地球探测与信息技术,研究方向:地震波相分析及沉积相。

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内蒙古石油化工　　　　　　　　　　2008年第16期　

常速平直厚层很少见。地震数据由各种子波形状的“褶积”形式组成,有的容易预测,有的不容易预测出来。图显示出了一些可预测出的子波形状。从基本的零相位子波开始,画出了对应的积分、一阶导数和二阶导数的子波形状。

图底部的参考位置0指示的是子波上对应于反射的时间。积分子波和一阶导数子波的反射时间位于零穿点。积分子波具有最低的视频率成分,从积分子波到二阶导数子波,频率成份稳定增加。

如果厚层响应是基本子波的形状,那么其他子波的形状存在于下面的反射中(如表)。当然,表中的每一种情况也会引起振幅的变化。来自平界面的波阻抗垂直变化或横向变化会导致基本子波形的改变。如果使用三维地震,不平的界面引起的相位改变在三维偏移后将转换成零相位。但是,如果二维测线穿过了表中列出的后四种几何形态的任何一种,那么偏移后将产生一些错综复杂的子波形状和反射模式。因此,如果我们根据2D处理的三维测线进行地震资料的解释,就要注意此问题了。

反射来源薄层折射速度梯度小面积小体积地下的聚焦向斜地下的聚焦盆地

子波形状一阶导数积分积分一阶导数二阶导数90°相位改变180°相位改变

5　薄层子波响应几何特征

一般地说,薄层是指地震波在其顶、底面上反射回来的波要发生干涉的底层。通常30至40m厚度以下的底层都属于薄层;由于分辨率的,常规的地震方法难以把它作为地质体识别出来,事实上大多数的砂岩和灰岩层属于薄层和薄互层。解决薄互层的基础是薄层。当地层厚度等于或大于主波长的一半(d≥Κ󰃗2)(其中d、Κ分别层厚和主波长)时,称为厚层区,在该区内顶、底反射是的。当真厚度d满足Κ󰃗8≤d≤Κ󰃗2时,把层厚分为两类,一类为满足󰃗4≤d≤Κ󰃗2,称为厚层过渡,这时两个反射波发生Κ

相长干涉,当d=Κ󰃗4时,两个反射波叠加振幅最大;另一类是满足Κ󰃗8≤d≤Κ󰃗4,称为薄层过渡区,来自顶、底界面的两个反射波发生相消干涉,叠加振幅随着d减小而减小。薄层区满足0≤d≤Κ󰃗8,波振幅与d成正比,并且波形稳定。

薄互层基本有两类,一类是韵律型,即中间夹层的波阻抗大于或小于上下两层的波阻抗值;另一类是递变型,即中间夹层波阻抗介于上下两层波阻抗值之间。薄互层的存在使复合波在频域有多个普峰点,峰值的频率与地层厚度以及薄互层种类有关,对于韵律型薄互层,峰值频率落在中频内,而对递变型薄互层,峰值频率向低频方向移动。因为调谐厚度与子波的频率有关,还与地层的速度有关,为此我们改变频率与速度(图3),分别得到了调谐厚度与子波频率和地层速度之间的关系。

图3

由式(1)(2)可知,波阻抗的垂直改变会引起子波变化。为简单起见,在这个模型中密度曲线取常数。对每个反射序列,有三个因素要考虑:反射同相轴的时间、反射系数上的附加振幅值和子波的形状。在一维合成记录中,选择速度曲线时,使每一地层响应的速度比值以及反射系数都相同。当地层厚度小于地震波长的Κ󰃗8(用薄层的层速度计算)时,复合反射振幅与层厚度成正比,复合反射时使用了零相位子波导数的形状,假设是零相位处理。当地层厚度大于Κ󰃗4波长时,根据顶底反射之间的时间间隔可估计厚度。从本质上讲,在实践上是可分辨的。薄层的时间和振幅分析可称为TAMP。在此模型中使用的是最小相位子波。上下反射之间的时间间隔从45毫秒到1毫秒连续变化。在此模型中,波峰到波谷的最大振幅出现在调谐厚度Κ󰃗4。对于雷克子波模型,波峰——波谷之间的时间间隔在到达调谐厚度前线性减小,然后基本保持不变。最小相位子波模型的时间间隔和振幅曲线不很光滑,这是因为指定的最小相位子波具有振荡性。

在TAMP分析中,使用时间间隔估计厚层部分的厚度,使用振幅估计薄层的厚度。但是为了建立振幅与厚度的关系,还需要另外的信息,如,为了与背景反射对比,需要有薄层的层速度和薄层顶底的反射系数。除此之外,还有频率域估计厚度的方法。4　结束语

由于薄层或薄互层比较复杂而又难以彻底解决的地质问题。针对勘探难度越来越大的油气藏存在的薄层或薄互层,除了有效的利用地震的知识、技术对它进行认识和研究外,还应充分综合钻井、测井、油田地质及其他新技术新知识来研究为解决薄层一些问题,从而为提高油气储能及采收率服务。

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