一種快速轉換波直接模擬以確定地層巖性、巖相變化的方法

2023-05-14 21:45:56 3

專利名稱：一種快速轉換波直接模擬以確定地層巖性、巖相變化的方法
技術領域：
本發明涉及石油地球物理勘探地震資料的處理技術，是一種實現轉換波(下行縱波、上行橫波，即P-SV波)疊後地震記錄的快速直接模擬以確定地層巖性、巖相變化的方法。
技術背景地震勘探是在地表人工激發並產生地震波，在地表或地下用單分量或多 分量傳感器記錄地震波的地層響應，研究它們在地層中的傳播規律，以査明 地下的地質構造和巖性變化，尋找油氣田的地球物理勘探方法。長期以來，地震勘探是利用單一的縱波進行勘探。隨著油氣勘探程度的 增加，勘探難度也不斷加大，常規的縱波地震勘探技術面臨諸多挑戰，如對尖 滅、小幅度構造、小斷層、礁體、古潛山的準確定位，對非構造油氣藏的勘探, 真假亮點的識別，氣雲內部成像，裂縫發育帶分析，流體的識別與監測等。為 了解決這些問題，多分量地震勘探應運而生，由於多分量地震勘探不僅記錄縱波和橫波，且震源也可以沿X、 Y、 Z三個方向激發，這樣在地震記錄上就 得到了更豐富的信息，不僅可以研究巖性，還可以研究地下介質的裂縫特性， 為石油及天然氣的精細勘探提供了便利條件。另外，綜合利用多分量的走時、 振幅、波場特性以及它們之間的時差、振幅比、縱橫波速度比、泊松比、品 質因子Q和各向異性係數，就可以對油氣儲集體幾何形態、巖石物性、流體 性質等進行全面的成像與刻畫，可以最大限度地消除利用單純縱波進行儲層 預測的不唯一性和不確定性。但是，由於地震記錄的時間剖面是一種間接資料，它並不能明確反映某 一同相軸的實際地質意義，儘管鑽井巖芯及測井記錄攜帶了有關地層巖性的 豐富的高解析度信息，但是這些資料往往比較稀少，僅靠勘探區內有限的鑽井/測井信息在橫向上確定地下構造或者地層的巖件、巖相是很困難的。如何 將鑽井、測井資料和實際地震資料聯繫起來，對於利用地震勘探尋找油氣非 常重要，而疊後地震記錄的模擬則是連接鑽井/測井資料與地震資料的橋梁。利用鑽井/測井資料進行正演模擬，再將模擬所得的資料與實際地震記錄 進行對比、標定，就可以得到地層的巖石性質、巖相變化及巖石孔隙中所含 流體性質的變化特徵，為尋找地層圈閉及尋找地下油氣藏指示提供依據。目前，疊後地震記錄的模擬都是以褶積模型為基礎，往往假設地下是各 向同性的水平層狀介質，且地震子波是以平面波的形式垂直向下入射到反射 界面上，經過各反射界面的子波波形都相同，只是在振幅與極性上有區別， 這種形式可以表示為(1)式中，M^)為地震子波，r(,)為雙程時間為t時刻的反射界面上的垂直 入射的反射係數，*表示時間域的褶積，少(,)為模擬所得的地震記錄。(1)式表明，如果得到了地震子波並計算出地層反射系序列即可通過褶積運算得到疊後模擬的地震記錄。但是，在各向同性介質中，垂直入射的P-SV轉換波沒有能量，不能簡單的直接套用傳統的縱波方法。因此，如何利用鑽井或測井資料得到P-SV轉換波的疊後地震記錄對於利用P-SV轉換波和多分量地震資料進行油氣勘探都具有重要意義。考慮到轉換波的特殊性，Stewart (1991)提出了利用疊前正演道集疊加 進行P-SV轉換波疊後地震模擬的方法(流程如圖l所示)，其原理如下在各向同性介質中，當反射界面兩側巖性差異變化不大且入射角較小時， P-SV轉換波反射振幅可以表示為2cosp、—2#+2/32，，，—f 《，，)至(2)5其中屍=^ =，為射線參數，a = (a, +a2)/2 /3,+A)/2，P二(P2+A)/2△a = a， 一 a,廣 ， △i3=H \ 、/，A和A、 A和A、 A和A分別表示上、下界面介質中的縱波速度、橫波速度和密度；^和A為反射界面上縱波的入射角和透射角，^和(^為分界面上橫 波的反射角和透射角。這樣，利用(2)式計算不同入射角(偏移距)的P-SV波反射振幅並與 提取的地震子波褶積形成經正常時差校正(NMO)的疊前道集，然後對正演 道集疊加得到模擬的疊後地震記錄。從該方法的實現過程可以看出首先，利用(2)式計算反射係數時必須 通過射線追蹤計算縱、橫波的入射角、反射角和透射角；其次，由於測井曲 線是地層參數變化的高頻響應，射線追蹤過程中得到的反射角和透射角很可 能劇烈變化，甚至經常達到或超過臨界角，這不能滿足(2)式近似的前提假 設(入射角較小，且不能達到臨界角)，因此，在實際應用中不僅需要對測井 曲線進行平滑處理，而且還要求模擬過程中的角度範圍比較小；另外，複雜 的射線追蹤過程本身降低了轉換波模擬的計算效率。 發明內容本發明提供一種快速、高效，不需要射線追蹤的快速轉換波直接模擬以 確定地層巖性、巖相變化的方法。本發明通過以下具體技術步驟實現1) 用全波列測井方法記錄縱、橫波時差和密度，將縱、橫波時差轉換為 縱、橫波速度；2) 利用縱、橫波速度按下式得到P-SV轉換波的雙程垂直旅行時，將深度域測井資料轉換到P-SV波的時間域；7>《=A/ t(l/a,+l/i8,) (3)'=1式中，？M為深度域測井資料轉換到P-SV轉換波時間域的雙程旅行時，M 為深度域測井資料的採樣間隔，ct,和A分別為深度域測井曲線上第i個採樣點 上的縱、橫波速度值，n為深度域測井資料的採樣數；3) 對時間域非規則採樣的測井資料進行均勻重採樣，按下式確定每個新 採樣點上的P-SV轉換波反射係數；爭=2^+1 P丄sin20 (4)式中，e為P-SV轉換波疊加剖面的等效角度，a,、 A和A分別為時間域測 井曲線上第i個採樣點上的縱波速度、橫波速度和密度，《,+1、 A+,和P,+,分別 為時間域測井曲線上第i+1個採樣點上的縱波速度、橫波速度和密度；4) 按常規縱波處理方法，將步驟3)中得到的P-SV轉換波反射係數與 地震子波進行褶積得到P-SV轉換波的模擬地震記錄；5) 按常規縱波處理方法，將模擬結果與實際疊後地震記錄進行相關處理， 實現P-SV轉換波層位標定，確定地層巖性、巖相變化。本發明還通過以下具體技術步驟實現步驟1)所述的測井記錄資料是常規測井所得，則橫波速度需要由縱波速 度並藉助於巖石物理學關係來確定。步驟3)所述的r風深度域測井資料轉換到P-SV轉換波時間域的雙程旅行時表示成單界面的形式是 = 2^^sin20 (5)其中，&=^^4為橫波垂直入射時的反射係數。反過來，將上式表示成關於轉換波振幅的函數:formula see original document page 8(6)式則建立了 P-SV轉換波和橫波疊加振幅之間的定量關係，便於實現轉換波與純橫波疊加剖面的轉換。步驟5)所述的相關處理是首先分別在實際地震記錄和模擬記錄上根據沉積旋迴及韻律特徵選擇具有相對穩定波形特徵、相對穩定反射係數特徵、相 對穩定相位和極性的反射層作為參考層，並將這個參考層對在同一個時間上， 然後以參考層為基準，選擇滑動時窗進行互相關掃描，根據互相關係數最大 逐步實現多個層位的層位標定。本發明不需要射線追蹤計算入射角和透射角，也不需要對測井曲線進行 濾波處理，不僅提高了疊後地震記錄模擬的計算效率，而且還可以反映測井 資料的高頻響應特徵。本發明建立了 P-SV轉換波和純橫波在振幅上的定量關係，可以快速的實 現轉換波和橫波疊加剖面的轉換，為多分量地震數據的層位標定和聯合應用 提供了便利條件。具有如下特點實現過程具有和常規縱波疊後地震記錄模擬相類似的特點，不僅不需要 進行射線追蹤計算入射角和透射角，而且還可以直接沿用常規縱波的流程實 現P-SV轉換波疊後地震記錄的模擬；不僅建立了轉換波和橫波疊後剖面振幅之間的定量關係，而且還可以實現轉換波和純橫波疊後剖面之間的相互轉換。本發明與常規方法相比，避免了複雜的射線追蹤從而提高了計算效率， 不僅不需要對測井資料進行平滑濾波處理，而且還使得p-sv波的疊後模擬可 以藉助於常規p波的流程來快速實現。


圖1為常規P-SV波疊後地震記錄模擬的流程圖；圖2為本發明的P-SV波疊後地震記錄模擬的流程圖；圖3是利用本發明的方法實現的轉換波疊後地震記錄模擬結果與常規方 法的對比圖。
具體實施方式
本發明提供的轉換波疊後地震記錄模擬技術，其具體實施方式
為1) 測量記錄深度域縱、橫波、密度測井資料。2) 以2ms的時間採樣率對深度域縱橫波測井資料進行深時轉換及重採 樣。3) 在對應的採樣點上利用公式(4)計算轉換波反射係數(等效角度為 15。)。4) 利用井旁道提取的地震子波與步驟(3)中的反射係數褶積得到P-SV 轉換波疊後模擬記錄。5) 利用模擬的疊後地震記錄與實際地震記錄相關實現層位標定。圖3為通過本發明獲得的轉換波疊後地震模擬記錄與實際P-SV疊後剖 面的對比。圖中左側三個曲線分別為縱、橫波速度、密度，測井曲線右邊的5 道為常規方法生成的疊後模擬記錄。常規方法模擬記錄右邊的5道為利用本 發明得到的P-SV轉換波疊後模擬地震記錄，最右邊5道為實際井旁道地震記 錄，經過標定後本發明層位標定與井旁地震道的相關係數為0.8401。本發明的具體實施方式
中各參數是隨勘探條件改變而變化的，可在本發 明框架範圍內根據勘探目標的不同和需求做不同調整。
權利要求
1、一種快速轉換波直接模擬以確定地層巖性、巖相變化的方法，其特徵在於通過以下具體技術步驟實現1)用全波列測井方法記錄縱、橫波時差和密度，將縱、橫波時差轉換為縱、橫波速度；2)利用縱、橫波速度按下式得到P-SV轉換波的雙程垂直旅行時，將深度域測井資料轉換到P-SV波的時間域；<![CDATA[ Tps i=h i=1 n ( 1 / i + 1 / i )--- ( 3 ) ]]>式中，Tpsi為深度域測井資料轉換到P-SV轉換波時間域的雙程旅行時，Δh為深度域測井資料的採樣間隔，αi和βi分別為深度域測井曲線上第i個採樣點上的縱、橫波速度值，n為深度域測井資料的採樣數；3)對時間域非規則採樣的測井資料進行均勻重採樣，按下式確定每個新採樣點上的P-SV轉換波反射係數；<![CDATA[ Rps i=2 i+ i+1 i+ i+1 i i- i+1 i+1 i+1 i+1 + i i sin2--- ( 4 ) ]]>式中，θ為P-SV轉換波疊加剖面的等效角度，αi、βi和ρi分別為時間域測井曲線上第i個採樣點上的縱波速度、橫波速度和密度，αi+1、βi+1和ρi+1分別為時間域測井曲線上第i+1個採樣點上的縱波速度、橫波速度和密度；4)按常規縱波處理方法，將步驟3)中得到的P-SV轉換波反射係數與地震子波進行褶積得到P-SV轉換波的模擬地震記錄；5)按常規縱波處理方法，將模擬結果與實際疊後地震記錄進行相關處理，實現P-SV轉換波層位標定，確定地層巖性、巖相變化。
2、 根據權利要求l所述的一種快速轉換波直接模擬以確定地層巖性、巖 相變化的方法，其特徵在於步驟l)所述的測井記錄資料是常規測井所得，則橫波速度需要由縱波速度並藉助於巖石物理學關係來確定。
3、 根據權利要求l所述的一種快速轉換波直接模擬以確定地層巖性、巖相變化的方法，其特徵在於步驟3)所述的r戸,深度域測井資料轉換到P-SV轉換波時間域的雙程旅行時表示成單界面的形式是爭二2"^sin20 (5) a其中，^-Mza^為橫波垂直入射時的反射係數。反過來，將上式表示成關於轉換波振幅的函數^ ") (6)2 A sin 20 a(6)式則建立了 P-SV轉換波和橫波疊加振幅之間的定量關係，便於實 現轉換波與純橫波疊加剖面的轉換。
4、 根據權利要求l所述的一種快速轉換波直接模擬以確定地層巖性、巖 相變化的方法，其特徵在於步驟5)所述的相關處理是首先分別在實際地震 記錄和模擬記錄上根據沉積旋迴及韻律特徵選擇具有相對穩定波形特徵、相 對穩定反射係數特徵、相對穩定相位和極性的反射層作為參考層，並將這個 參考層對在同一個時間上，然後以參考層為基準，選擇滑動時窗進行互相關 掃描，根據互相關係數最大逐步實現多個層位的層位標定。
全文摘要
本發明是一種實現轉換波疊後地震記錄的快速直接模擬以確定地層巖性、巖相變化的方法，步驟是利用縱、橫波速度得到P-SV轉換波的雙程垂直旅行時，將深度域測井資料轉換到P-SV波的時間域；對時間域非規則採樣的測井資料進行均勻重採樣，確定每個新採樣點上的P-SV轉換波反射係數；按常規縱波處理方法，將得到的P-SV轉換波反射係數與地震子波進行褶積得到P-SV轉換波的模擬地震記錄；按常規縱波處理方法，將模擬結果與實際疊後地震記錄進行相關處理，實現P-SV轉換波層位標定，確定地層巖性、巖相變化。本發明不需要射線追蹤計算入射角和透射角和對測井曲線進行濾波處理，提高了疊後地震記錄模擬的計算效率，可以反映測井資料的高頻響應特徵。
文檔編號G01V1/18GK101329407SQ20071011909
公開日2008年12月24日 申請日期2007年6月20日 優先權日2007年6月20日
發明者孫鵬遠, 李彥鵬 申請人:中國石油天然氣集團公司;中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司