基于子波衰减的低频伴影数值模拟及油气检测.pdf

2 0 1 1年 2月 第 3 O卷第 1期 大庆 石油地 质 与开发 Pe t r o l e u m Ge o l o g y a n d Oi l fie l d De v e l o p me n t i n Da q i n g Fe b．。 2011 V0 1 ． 3 0 No ． 1 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／J ． I S S N． 1 0 00 3 7 54 ． 2 01 1 ． 01 ． 0 3 2 基 于子 波 衰减 的低 频伴 影数 值 模 拟及 油气 检 测 王 小品 贺振 华 熊晓军 1 ．成都理工大学油气藏地质与开发工程 国家重点实验室 ． 信息技术教育部重点实验室 ， 四川 成都6 1 0 0 5 9 ；2 ．成都理工大学地球探测与 四川 成都6 1 0 0 5 9 摘要 低频伴影技术 已在地震资 料检测油气 中得 到应 用 ，但其形 成机理仍 然没有令人 信服 的解释。以叠后地震 资料为基础 ，从地震子波衰减及其在油气中的衰减规律 的角度正 演含油气储 层 ，然后对 正演 的地震 剖面运用 高 精度 的小波变换时频分析方法提取单频剖面 ，高频剖面出现储层下方弱 能量 即上强 、下弱 ，低频剖面 出现储 层下方强能量 即上强 、下强 ，与实际地震 资料 含油气岩层低频伴影现象一致 。该模拟方法为揭示低频伴影 现 象 的本质提供 了全新 的思路。 关键词 子波衰减 ；正演 ；单频剖 面；低频伴影 ；数值模拟 中图分类号P 6 3 1 文献标识码A 文章编号1 0 0 - 3 7 5 4 2 0 1 1 0 1 -01 5 7 - 0 4 NU ME RI C AL S I MUL AT I oN oF L oW F R EQU ENCY ADJ oI NT- S HADoWS BAS ED oN W AVELET ATTENUATI oN AND HYDRoCARBoN DETECTI oN WA N G X i a o p i n ， HE Z h e n g h u a I X I O N G X i a o j u n 1 ． S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f O i l a n d G a s R e s e r v o i r G e o l o g y a n d E x p l o i t a t i o n E n g i n e e r i n g ，C h e n g d u U n i v e r s i t y of T e c h n o l o g y ，C h e n g d u 6 1 0 0 5 9 ，C h i n a；2 ． MO E Key Lab o r a t o r y ofE a r t h E x p l o r a t i o nI n f o r m a t i o n T e c h n i q u e ，C h e n g d u U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ，C h e n g d u 6 1 0 0 5 9 ，C h i n a A b s t r a c t L o w f r e q u e n c y a d j o i n t s h a d o w t e c h n o l o g y h a s b e e n a p p l i e d i n h y d r o c a r b o n d e t e c t i o n b y u s i n g s e i s m i c d a t a，wh i l e t h e r e i s y e t n o c o n v i n c i n g e x p l a n a t i o n f o r i t s f o r mi n g me c ha n i s m． On t h e b a s i s o f p o s t s t a c k s e i s mi c d a t a， h y d r o c a r b o n - b e a r i n g r e s e r v o i r s a r e f o r wa r d e d fro m t h e a n g l e o f s e i s mi c wa v e l e t a t t e nu a t i o n a n d i t s a t t e n u a t i o n l a ws i n o i l a n d g a s ，a n d t h e n f o r t h e forw a r d s e i s mi c p r o fi l e a s i n g l e f r e q u e n c y p r o fi l e i s e x t r a c t e d b y u s i n g wa v e l e t t r a n s f o r - ma t i o n t i me f r e q u e n c y a n a l y s i s me t h o d wi t h h i g h p r e c i s i o n．T he h i g h f r e q u e n c y p r o fil e s h o ws we a k e n e r g y i n t h e l o we r p a r t o f r e s e r v o i r t h a t i s ， s t r o n g i n t h e u p p e r p a r t a n d w e a k i n t h e l o w e r p a r t ， a n d t h e l o w f r e q u e n c y p r o fi l e s h o w s s t r o n g e n e r g y i n t h e l o w e r p a r t o f r e s e r v o i r t h a t i s ， s t r o n g i n b o t h u p p e r a n d l o w e r p a r t s ， w h i c h i s c o n s i s t e n t w i t h l o w f r e q u e n c y a d j o i n t s h a d o w p h e n o me n o n i n h y d r o c a r b o n - b e a r i n g r e s e rvo i rs o b s e r v e d i n t h e a c t u a l s e i s mi c d a t a ．T h e s i m u l a t i o n m e t h o d i s a n e w c l u e f o r r e v e a l i n g t h e n a t u r e o f l o w f r e q u e n c y a d j o i n t - s h a d o w p h e n o m e n o n ． Ke y wo r d s w a v e l e t a t t e n u a t i o n ；f o r w a r d ；s i n g l e f r e q u e n c y p r o fi l e ；l o w fr e q u e n c y a d j o i n t - s h a d o w；n u me r i c a l 收稿 日期 2 0 1 0 - 0 5 1 9 改回 日期 2 0 1 0 -0 5 2 5 基金项 目国家 自然科学基金项 目 4 0 9 0 4 0 3 5 资助。 作者简介 王小品 ，男 ，1 9 8 3年生 ，在读硕 士 ，从事物探资料处理新方法研究 。 E ma i l 1 4 79 5 4 29 2 q q． c o n l 5 8 大庆石油地质与开发 大约 2 0年前，专家学者发现 了低频伴影 现 象。2 0 0 4年，E b r o m等总结出可能导致低频伴 影 的因素 ，其 中有叠加原 因和非叠加原因 。叠加 原因①因不够准确的叠加速度导致叠加错误；② 非双曲线的时差叠加错误 ；③不适 当的转换剪切 波 ；④相位随偏移距出现速度拾取异常导致的叠加 错误。非叠加 因素①储层 的低 Q值 ；②储层 中 较小的 Q值 和烟 囱效应 ；③储层顶、底界面的高 振幅多次波 ；④带有低频小波尾 巴的反褶积处理。 2 0 0 6年 ，俄罗斯 国家重点实验室利用低频伴影现 象进行油气检测 ，其结果与井资料十分吻合。低频 伴影现象的本质是地震波经过黏滞性流体时 ，由于 内摩擦的作用地震波传到储层的低界面时高频成分 被强吸收 ，而到达储层顶的地震波没有穿过储 层中的流体 ，相对于底 界面不会 出现强 的高频衰 减，使得储层正下方界面与储层 中上部分在单频剖 面上 出现 能 量 差 异 “ 低 频 伴 影 ” 现 象 。 以地 震子波在黏弹性介质中的衰减规律为基础 ，依据子 波在流体的频谱变化模拟流体的内摩擦对地震子波 的改造作用 ，利用褶积模型正演出地震剖面。 地震波的吸收衰减原理 1 ． 1黏滞 性流体对 地震波传 播的影响 理想的地震波是一个尖脉冲 ，其频谱包含所有 的频率成分 ，地震分辨率极高。大地是一个滤波系 统，理论认为大地对高频成分的吸收比对低频的吸 收强，当地层 中含有流体 如油、气 、水等 时， 这种黏滞性的内摩擦作用使地震波对高频部分的衰 减尤为突出 驯。当尖锐地震波形在完全弹性介质 中传播时，设沿轴传播时的解析式为 ， 、 『 一 6 一 n ≤ c 0 一 Y C t {b 0 c t ≤ 【0 c t 取其他值 1 其中，a为初始尖锐地震波的最大位移 ；b为初始 振幅；C 为地震波的传播速度；t 为传播时间； 为 方向的传播距离。把 Y c 分解为一系列正 弦 函数线性 组合 ，其 傅立 叶积 分表达式 为 y c ￡ JO Y A d A Jo s in A s i c d 2 若令 2 w f ／ c，则有 ～ f 詈 3 其中，A为横向位移； -厂 为频率。因此 ，Y c t 1～。 。 的 扰 动 谱 为 in 2 rrf 一 号 d f ； 当 地 震 波 经 过 黏 滞 性 流 体 时，频 率 的 吸 收 因 子 为 ， e x p[ 一 } ] 为参考频率， 为频率， g 为 J1 频率吸收的边缘 陡度 ，可以取值为 1 ，2 ，3 ，⋯， 0 0 。经过黏滞性流体频率吸收后的地震波传播解析 式 为 ， 一c f 一 7 2 b ∞ 唧 [ 一 ] 将频谱泰勒级数展开为 s in 2 f 一 詈 4 一 2 , 。 r r a 3 2 r r a 5 C ⋯ 5 o 由于尖锐波形的 a较小 ，展开式从第二项开始 可以省 略掉 ，因此有 y c ￡ 一 - 盯 2 5 2 r r a s i n 2 一 詈 e x p [ 一 ≠ 】 d 厂 6 C L ， ， J 1 ． 2尖锐波形高频吸收衰减实验 按式 1 取 a 0 ． 2 m、b 1 m，初始尖锐波 形如 图 1 a 所示 。对式 6 积分可得 唧 c 0 s 7 其 中 ， “ 2 [ ￡ 一 詈 ] 寺 ； 寺 。 将 C O S 4 , u 泰勒级数展开 ，q取 2 ，并利用 r函数积分 得到尖锐波形经过吸收衰减后的子波表达式 y x 迎 2 U ex p 一 U 2 8 第 3 0卷第 1 期 王小 品等 基于子波衰减的低频伴影数值模 拟及油气检测 1 5 9 a m 1 1 0． 5 - 0． 2 O 0 ． 2 一 L b／m 一 0．5 a ／I l l 0． 6 0． 3 4 2 b ／ m 一- 0 ． 3 一0 ． 6 a 初始尖锐地j舞泼 b 吸收衰减后的子波 图 1尖锐 波形 与吸 收衰减 后 的子波对 比 Fi g． 1 S h ar p wa ve s h ape an d wa ve le t af t er a bs or pti o n at t en ua ti o n 图 1 b 为 由式 8 得 到 的 图形 。对 比图 l a 与图 l b 可以看 出，经过吸收衰减后的 波形振幅值下降且 宽度变大 意味着高频成分 减 少 ，与 “ 高频衰减”理论是一致的。 I ． 3连 续小 波变换 设f t 为有限能量的时间信号或平方可积信 号 ，则 其连续 小波 变换 可定义 为 ⋯ b 告 f t ,b l d t 9 r 。 ， 。 l 0 I 一 丁 』 。 I l 一 ∞ ‘ 、 ，， J CD P 1 5 1 1 O 1 1 5 1 2 01 25 l O a 地质剖面 CDP 1 51 l O 1 1 5 1 其中，。 为尺度参数 ；b 为位移 因子， ， n ，b 为 小 波 系 数 ； 。 t -- b I ／ - 平“ 移 小 波 函 数 。 2基于地 震 子波 的高 频 衰减 地震 剖面 正 演 图 2 a 中的地质模型左半部为干层 ，右边 红线模拟含流体 的薄储层。由于实际的叠后地震资 料 中地震 子波难 以分 辨薄储 层 的顶 、底 ，因此 以一 个岩性分界面代替薄储层不会影响对低频伴影的模 拟结果。图 2 b 右下方 的蓝线是储层下方的一 个岩性分界面。模拟思路为 对于图 2 a 中的 干层 和薄储 层用 主频 为 4 0 H z的墨西 哥草 帽小 波与 反射系数褶积 ；对于薄储层正下方 ，由于子波经历 了储层 中的流体内摩擦作用 ，高频衰减 ，此处的地 震子波需将主频为 4 0 H z的墨西哥草帽小波用子波 衰减方法计算出新的地震子波，用新 的地震子波与 反射系数褶积。图 2 b 为正演的剖面 ； 图 2 C 、 图 2 d 分别为对图 2 b 剖面做高精度 的连续 CDP 1 51 1 O 1 1 5 1 2 0 1 2 51 l J rrT1]r] O． 2 b 衰减理论法正演剖面 CDP 2 0 1 2 51 l 5 1 1 O 1 1 51 2 0 1 2 5 1 c l 5 个尺度剖面 低频 d 2 个尺度剖面 高频 ， 图2基于衰减理论的正演剖面及其单频剖 面 Fi g． 2 F or wa rd pro fi 1e ba se d o n a t te n uat io n a nd i ts s i ngl e f re q ue nc y p ro fil e l 6 0 大庆石油地质 与开发 2 0 1 1 拒 小波变换后提取的单尺度 单频率 剖面。其 中， 图2 c 为 1 5个尺度的单频剖面，储层与其下方 岩性界面能量都为强能量 ；当小波尺度减小为 2个 尺度 即频率提高时，储层下 方能量相对于储 层变弱 图 2 d 。因为选择小波尺度过少会使 提取的单频剖面能量对比不明显，选择小波尺度过 多会影响计算速度 ，所 以选取 2 0个整数尺度为宜。 3基于低 频伴影 的 实际叠后 资料 油气 检测 根据理论 分析 ，对 于单频剖面高频 时 出现 “ 上强 、下弱”及低频时出现 “ 上强、下强”的特 征认为 ，该区域是油气勘探的有利区。图3是某工 区的地震测线剖面，图中 y b ． c 1为生产井 ，在粉红 色矩形区域内钻得油层，对该剖面进行时频分析并 提取单频剖面，低频伴影预测的结果与钻井结果一 致 。 b 高频剖面储层下方弱能量 图3基于低频伴影实际叠后地震资料油气检测 Fi g． 3 Hy d r oc a rb on det e ct i on usi ng a ct u al po st st ac k s e i s m i c d a t a b a s e d o n 1 o w f r e q u e n c y a d j o i n t s h a d o w 综上所述 ，本文正演的低频伴影方法只考虑了 由于黏滞性流体内摩擦作用使得地震波频率衰减的 情况 ，呈现出单频剖面储层下方不 同的能量特征 低频时储层强能量 ，正下方强能量 ；高频时上强 、 下弱。正演的结果与实际地震资料的结论相同。研 究中发现 ，低频伴影现象还伴有储层下方同相轴下 拉现象 ，这是因为频散作用使地震子波经过流体时 发生相位畸变。因此 ，该方法是在假设不发生频散 情况下进 行 的 ，主要研究 不 同频 率 的能量 特征 。此 外，频散现象对高频成分作用明显，所以模拟的是 地震子波高频衰减为低频时的能量特征，忽略相位 畸变的因素是合理的。 4结 论 1 出现低频伴影现象既有储层 自身的因素， 也有人工对地震资料 干预的因素 如动校正、叠 加等 。 2 扣除人工因素影响 ，从黏滞性流体对地震 子波吸收作用的角度正演地质剖面 ，为揭示低频伴 影的本质提供了全新的思路。 3 选取 2 0个整数尺度 ，运用 高精度的连续 小波变换时频方法提取单频剖面 ，既能保证计算速 度，又能使每个尺度的单频剖面能量差异明显。 4 实际地震资料中的低频伴影油气检测与井 资料一致。 参考文献 [ 1 ]C a s t a g n a J P ，S u n S J ，S i e g f r i e d R M ． I n s t a n t a n e o u s s p e c t r a l a n a l y s i s De t e c t i o n o f l o w f r e q u e n c y s h a d o ws a s s o c i a t e d wi t h h y d a r - 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