基于时频分析叠前地层Q值提取方法研究

毕丽飞(中国石油大学(北京)地球物理与信息工程学院,北京102249) (中石化胜利油田分公司技术发展处,山东东营257000)

基于时频分析叠前地层Q值提取方法研究

毕丽飞(中国石油大学(北京)地球物理与信息工程学院,北京102249) (中石化胜利油田分公司技术发展处,山东东营257000)

地震波衰减属性是含气储层预测的重要参数。研究提出了基于时频分析叠前地层Q值提取方法,该方法基于叠前地震资料中丰富的储层信息,利用S变换时频谱具有较高时频分辨率的特征,提高了地层Q值的估算精度。在模型计算和胜利油田垦71工区的实际应用表明,该方法能够较好地预测气层空间展布,在含气区Q值较低,异常现象明显,在非含气区Q值较高,异常现象不明显,尤其是强振幅位置。

叠前道集;地震波衰减;零相位子波;储层预测

在进行储层预测,尤其是天然气藏的预测过程中,地层的吸收特征是一个非常重要的参数,它对岩性的变换具有较高的灵敏度,尤其是含气时表现出很大的异常值[1,2]。因此,利用地层的吸收特征并结合地震波的速度、波速比等地震属性参数和测井信息,可进一步提高储层预测和气藏勘探的精度[3]。

地层吸收特征的估算方法有很多,主要有时间域、频率域、时频域和基于反演理论的方法[4～10]。目前,基于时频域和基于反演理论的方法成为研究的热点。该次研究笔者主要利用S变换时频分析方法,根据地震波在一维黏弹性介质中的传播方程,在时频域中推导了地层Q值的估算公式,并通过炮检距归零处理将其应用到叠前地震资料中。该方法在模型计算和胜利油田垦71工区中的应用都取得了较好的储层含气性预测效果。

1 时频分析Q值提取方法原理

S变换是由Stockwell等[10]于1996年提出的一种较新的时频分析方法,它与小波变换、短时窗傅里叶变换都有一定的关系,但又比这两者具有更多的优点。S变换有更高的时频分辨率,在地层Q值提取中可以充分考虑因地层吸收而引起的振幅、频率等信息的变化。

S变换公式为:

式中:f表示频率,s-1;ξ表示时窗函数的中心点,控制高斯窗函数在时间轴上的位置,s;t表示传播时间,s;h(t)表示信号。

式中:Q是品质因子,1。

对式(2)进行S变换,可以得到频率域表达式[16]:

对式(3)进行逆傅里叶变换,可以得到时间域表达式:

从而得到振幅谱As(t,f)的表达式:

选择目的层,假定地震波传播到目的层上、下界面的旅行时分别是t0和t1。对目的层上、下界面的振幅谱作比并取对数,可得到地层Q值的计算公式:

从式 (6)中可以看出,当假定地震子波为一般零相位子波时,对于已选定的目的层,频谱比对数与a呈线性关系,进行线性回归,可得到地层Q值。

上述方法是基于叠后地震资料提出的。在叠前地震资料中,计算的频谱比斜率是随着炮检距的变化而变化的,所以在计算地层Q值之前,需要进行炮检距归零处理。假设传播时间的变化满足经典的正常时差方程,即:

式中:Δt为正常时差,s;x是炮检距,m;v是速度,m/s。

由式(5)可知,零炮检距处的频谱比斜率为:

式中:p0是炮检距为零时计算的频谱比斜率,1;Δt1是地震波在零炮检距处通过目的层的上、下界面所用的时间差,s;Q0是炮检距为零时计算的品质因子,1。

因此,在叠前地震资料中,水平方向上的频谱比斜率近似为:

式中:px是炮检距为x时计算的频谱比斜率,1;Qx是炮检距为x时计算的品质因子,1。将Δt、Δt1代入式(9)可得:

假设在小排列情况下,Qx≈Q0,式(10)近似为:

由式(11)可以看出,在同一位置处,不同炮检距的px与x2呈线性关系,利用上述关系进行线性回归计算截距,即为零炮检距处的斜率值p0,进而根据式 (5)可求得地层的Q值。在计算的过程中,该方法容易受动校正拉伸的影响,当动校正拉伸比较严重时,炮检距归零处理中可以考虑适当剔除一部分资料。在具体处理中,时窗的选择也非常重要,不同的数据应选择不同的时窗,时窗的选择一般为目的层段时窗的2～3倍。

2 模型计算与实际工区应用分析

2.1 模型计算

表1是一个简单的3层模型参数表,第2层是目的层,地层Q值比较低。图1是通过表1的参数利用单程波正演模拟得到的叠前CMP(共中心点)道集。图2是图1动校正之后结果。

表1 模型参数表

图1 叠前地震记录

图2 动校正后的叠前地震记录

图3是利用图2的数据选择第2层为目的层,得到的频谱比对数与a的变化关系。可以看出,频谱比对数随着a的变化呈线性关系,通过线性回归可得到频谱比斜率。

图4是目的层频谱比斜率随偏移距平方的变化,可以看出,频谱比斜率随着偏移距平方的变化呈线性关系,通过线性回归求取截距,即为零偏移距的频谱比斜率,通过计算可得到地层Q值。

图5是地层Q值的求取结果,可以看出,在目的层的位置,Q值比较低,为29.7;在非目的层的位置,Q值比较高,为497.1,这与表1中的模型参数值基本一致,说明该方法的正确性。

图3 频谱比对数与a的关系图

图4 频谱比斜率与偏移距平方的关系图

图5 地层Q值曲线

2.2 实际工区应用

胜利油田垦71工区位于沾化凹陷中部,是垦西油田的主力开发区。其主要气层为新近系馆陶组二段3+4亚段(Ng32+4),气层主要发育在工区的中部,含气范围呈近东西向条带状展布。对该区进行地震波衰减研究,有助于该区的含气储层预测。针对垦71工区过井的2条线提取地层Q值,进行含气储层的预测。

图6 叠后地震剖面A

图6是垦71工区的某一叠后地震剖面A,k71-36井经过该条线,气层的位置大约在时间1.15s处,道号是86。图7是利用本文方法提取的地层Q值剖面,可以看出,在气藏的位置 (图中方框处)Q值比较低,异常现象比较明显;而在非含气的位置,异常现象得到了一定程度的压制。

图8是垦71工区的某一叠后地震剖面B,k71井经过该条线,气层的位置大约在时间1.15s处,道号是126。图9是利用本文方法提取的地层Q值剖面,可以看出,在气藏的位置(图中方框处)Q值比较低,异常现象比较明显,表现出强烈的吸收特征。

实际应用结果表明,该方法能够准确地预测气藏的位置,为研究区的天然气藏的预测提供了有力的技术支持。

3 结论和认识

基于时频分析的叠前地层Q值提取方法一方面利用了S变换时频分析地层吸收引起的地震波振幅、频率等信息的变化,另一方面利用了叠前地震资料信息丰富的特点,提高了地层Q值提取的精确度。在模型计算和胜利油田垦71工区的实际应用表明,该方法能够较好地预测气层空间展布,在含气区Q值较低,异常现象明显;在非含气区Q值较高,异常现象不明显,尤其是强振幅位置,取得了较好的应用效果。

图7 基于叠前地震数据提取的地层Q值剖面A

图8 叠后地震剖面B

图9 基于叠前地震数据提取的地层Q值剖面B

[1]刘祖沅.岩石中地震波衰减的实验研究[J].地震科学研究,1983,(6):34～40.

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[10]邹文.S-变换时频分析技术及其在地震勘探中的应用研究[D].北京:中国地质大学,2005.

[编辑] 龚丹

P631.44

A

1000-9752(2014)12-0070-04

2014-11-25

毕丽飞(1976-),男,1999年大庆石油学院毕业,高级工程师,博士生,现主要从事地震资料处理方法研究及科研项目管理等工作。