薄互层油气藏 AVO特征模拟分析

徐 萍李景叶黄 饶

(1.中海油研究总院; 2.中国石油大学(北京)资源与信息学院)

薄互层油气藏 AVO特征模拟分析

徐 萍1李景叶2黄 饶2

(1.中海油研究总院; 2.中国石油大学(北京)资源与信息学院)

通过求解基于点震源的完全弹性和粘弹性波动方程获取地震波场完全解(包括了一次反射波、多次反射波和转换波信息),有效消除了高阻抗条件和临界角条件下基于射线追踪计算反射系数的误差。利用该方法研究了薄层厚度、层间多次波和衰减等因素对薄互层油气藏地震AVO变化规律的影响,其结论与认识可为利用地震AVO进行薄互层油气藏识别提供理论依据。

AVO 薄互层油气藏 层间多次波 衰减

我国绝大多数油田属于陆相湖盆碎屑岩沉积,薄互层储层发育,但储层的强非均质性和复杂的地震波响应严重影响了薄互层油藏的勘探成功率[1-3]。自 Ostrander[4]提出利用反射系数随入射角的变化规律识别含油气砂岩的AVO技术以来,地震 AVO技术已经发展成为利用叠前资料预测油气的重要方法之一,也是目前利用地震资料进行烃类检测的有效方法之一。在利用地质模型研究不同岩性的AVO特性方面,前人已做了大量的研究工作,但传统的 AVO技术的理论基础是 Zoeppritz方程,该理论是在上下半空间条件下推导得到的,只考虑了单界面两边的岩石物理特性,没有考虑地层厚度、层间多次波等因素对反射波的影响,致使实际应用地震AVO技术存在陷阱,尤其是薄互层油气藏的识别研究[5]。换言之,Zoeppritz方程不适用于描述薄互层条件下地震波衰减与频散对AVO的影响,而等效介质理论不能实现地震波传播机制及AVO响应规律的精确描述。

为了解决这一问题,提高薄互层油藏地震AVO技术识别精度,众多地球物理工作者进行了大量的研究。Martin等人[6]基于标量波动方程和薄互层油藏等效介质理论,研究了薄互层油藏条件下地震AVO的校正方法;Liu等人[7]针对单一薄层推导了任意角度入射条件下地震振幅和AVO响应的精确解,分析了薄层厚度及薄层泊松比对地震AVO变化规律的影响;Marmalyevskyy等人[8]基于矢量波动方程求解研究了饱和气薄互层油藏地震 AVO变化与地震频率之间的关系,分析了薄层能量吸收对地震 AVO曲线的影响;Ellison等人[9]对比分析了简单半空间模型AVO曲线变化与薄互层油藏波动方程模拟AVO曲线的差异,进行了AVO曲线校正方法研究,并分析了注水开发油藏时移地震 AVO响应。笔者在前人研究工作的基础上,基于点震源的完全弹性和粘弹性波动方程,从质点位移的角度计算地震波在地下的传播,得到地震波场的完全解,包括地震波在地层中传播时形成的一次波、多次波和转换波信息,克服了射线追踪法在波阻抗差别大时以及在临界角条件下会产生较大误差的缺点,提高了计算精度;并针对薄互层油气藏开展了地震 AVO研究,分析了薄互层调谐效应、层间多次波等因素对AVO响应规律的影响,为薄互层油气藏地震 AVO识别研究提供了理论依据。

1 基于点震源的球面波地震AVO模拟

设点震源放置在坐标原点,检波器放置在地表,相应的检波点垂直和径向位移分量可以由如下公式得到 (在只考虑 P波震源 P波接收条件下,可以令Ψ=0):

由式 (1)和式 (2)可以看出,求取球面波位移的基础是求取平面波反射系数。为了求解多层情况下的反射和透射系数,需要建立一个递推关系式,本文采用的是 Kennett的递归算法[10-11]。界面 k和其下所有层的总的反射响应可以由如下迭代关系式来表示

式 (3)中:RD(zk-)表示界面 k上面的总的反射系数, R(z+)表示界面 k下面的总的反射系数;RkD、RkU和TDk、TUk分别是界面 k处的反射和透射系数矩阵,其中D和U分别表示下行波和上行波;I为单位矩阵。衰减条件下的合成记录在复数速度条件下仍按式(1)和式 (2)重新计算便可得到。

求解基于球面波理论的完全弹性波方程可以得到地震波场的完全解,基于简单砂泥岩薄互层模型获得的弹性波地震记录模拟结果如图 1、2所示,模拟数据中包括地震波在地层中传播时形成的一次波、多次波和转换波信息,可以通过引入复数速度描述薄互层条件下地震波衰减与频散对AVO的影响。

2 薄互层地震AVO特征分析

图3 不同厚度砂泥岩薄互层模型

为了分析薄互层调谐效应对AVO的影响规律,以及比较基于平面波理论的 Zoeppritz方程和基于球面波理论的完全弹性波方程的模拟结果,利用某油田测井数据建立了一系列薄互层模型 (图 3):界面深度均为 1 000m,模型从顶界面算起其总厚度不变,均为 4个波长;所研究的反射层位于模型中央,深度为顶界面向下 2个波长;设计的单一薄层厚度从 1/2波长到 1/32波长。模拟结果 (图 4、5)分析表明,在薄互层油藏条件下地震AVO曲线变化规律与单一薄层厚度有密切关系。基于 Zoeppritz方程的AVO技术由于不能模拟层间多次波和转换波等因素的影响,AVO曲线变化规律相对简单,薄层厚度越薄,AVO曲线变化特征越不明显,这是利用基于 Zoeppritz方程AVO技术进行薄互层油气识别存在陷阱的重要原因;而基于弹性波方程的AVO技术由于考虑了层间多次波和转换波等因素的影响, AVO曲线变化规律复杂,有效消除了高阻抗条件和临界角条件下基于射线追踪计算的反射系数误差,可以进行薄互层油气识别分析。

3 层间多次波对薄互层油气藏地震AVO特征的影响

层间多次波的存在对下伏目标地层地震反射波特征会产生影响,它的存在会改变一次反射波振幅随偏移距变化的规律,给目标地层的AVO分析造成困难,在很大程度上降低了地震AVO解释精度,增加了勘探风险。为了对这一问题进行分析,基于某油田条件设计的地质模型如表 1所示,经动校正后的正演结果如图 6、7所示,其中图 6为包含所有层间多次波的地震记录,图 7为仅含有一次 PP反射波的地震记录,图中黑色箭头指示的位置为低速含气砂岩的顶界面。

表 1 薄互层模型地层参数

为了分析层间多次波对一次波的影响,分别提取图 6(有多次波)和图 7(无多次波)所示地震记录气层顶界面的AVO响应曲线 (图 8)。从图 8可以看出,只含有一次波的记录,气层顶界面的AVO响应具有明显的二类AVO异常,而含多次波的记录产生了“假相”。产生“假相”的原因是二次 PP波的到达时与气层顶界面重叠,煤层产生的多次波对气层产生的AVO响应叠加起到了抵消作用。

图8 基于表 1模型提取的气层顶界面振幅随偏移距变化曲线

4 衰减对薄互层油气藏地震AVO特征的影响

地震波衰减对储层AVO响应规律会产生影响。基于某油田的储层参数建立油藏模型,利用弹性波动方程和粘弹性波动方程分别模拟地震响应,并提取储层底界面AVO曲线,其计算结果如图 9、10所示。对比并分频分析地震 AVO响应规律,结果表明:在不考虑介质吸收条件下,不同频率的AVO响应曲线与全频率的弹性记录的AVO响应曲线基本一致,即弹性介质的 AVO与频率无关;在考虑介质吸收条件下,低频信息保持着正确的AVO响应规律,但随着频率增加AVO异常变得越来越弱,因此低频信息叠加能够形成亮点,而高频信息叠加的能量与背景相比较弱。

5 结论

通过求解基于球面波理论的弹性和粘弹性波动方程进行薄互层油气藏AVO特征模拟分析的方法,有效克服了射线追踪法在波阻抗差别大和临界角条件下计算反射系数,进而利用AVO技术进行薄互层油气藏识别时存在的陷阱。基于该方法分析了薄层厚度、层间多次波和衰减等因素对薄互层油气藏地震AVO曲线变化规律的影响,其结论与认识可以为薄互层油气藏地震AVO分析提供理论依据。

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(编辑:周雯雯)

Abstract:The whole solutions of seis mic wave field (including primary wave,multiple reflected wave and converted wave)can be obtained through solving the equations of full elastic and viscoelastic waves based on a point source,which effectively eliminates the reflection coefficient error from ray-traceing calculation under a high impedance and the critical angle. This method has been used to probe into the impacts of several factors such as thin bed thickness,interbed multiples and attenuation on AVO patterns in thin-interbedded reservoirs,the results and conceptions from which can provide a theoretical evidence for recognizing thininterbedded reservoirs by seismic AVO.

Key words:AVO;thin-interbedded reservoir;interbed multiple;attenuation

A s imulation analysis of AVO patterns in thin-interbedded reservoirs

Xu Ping1Li Jingye2Huang Rao2
(1.CNOOC Research Institute,Beijing,100027;
2.China Petroleum University,Beijing,102249)

徐萍,女,毕业于中国石油大学(华东)资源勘查专业,现主要从事油气田开发方面的研究工作。地址:北京市东城区东直门外小街 6号海油大厦 (邮编:100027)。E-mail:xuping@cnooc.com.cn。