调谐AVO的存在条件及其识别

刘仕友，陈殿远，周家雄

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，湛江 524057）

调谐AVO的存在条件及其识别

刘仕友，陈殿远，周家雄

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，湛江 524057）

自80年代以来，AVO属性技术逐渐成为一种有效的储层预测和烃类检测技术，但是在实际应用中，AVO的复杂性、多解性也越来越为人们所熟知。叠前CRP道集，各偏移距传播路径是不同的，远近道频率也是不同，频率差异与地层耦合会产生一种调谐AVO现象。这里基于波动的叠加和干涉原理，推导了薄层的振幅响应公式，提出了调谐频率的计算公式。通过正演模型分析了调谐AVO的特征：①当地层的调谐频率高于地震资料频率时，近道调谐作用大于远道，表现为IV类异常；②当地层的调谐频率低于地震资料频率时，近道调谐作用小于远道，表现为III类异常；③当地层的调谐频率位于地震资料频率区间时，AVO特征表现为“V”特征。调谐AVO存在的基础为薄层加变化的子波频率，最后结合乐东X1目标实际例子，探索了调谐AVO的识别方法。

调谐效应；AVO分析；薄互层；调谐频率；调谐厚度

0 引言

随着地震采集与处理技术的进一步发展，地震资料品质越来越高，进而地震勘探成果的精度得到了大幅度提高。基于叠前道集资料的AVO信息，不仅包含了纵波速度、密度信息，还包含了横波速度信息，可以有效地反应了地层的岩性、物性以及孔隙流体性质。通过AVO分析可以有效地降低地震勘探多解性、极大地提高了油藏流体识别精度，因此在油气勘探中得到了广泛重视。

自1982年Ostrander提出AVO技术以来，众多学者对地震AVO技术进行了大量的研究［1，2］，包括AVO参数与地层信息的关系，Lortzer等［3］讨论了根据叠前CMP道集上的AVO信息进行求取地震参数差异的方法；Sung等［4］研究了油藏压力和含油饱和度变化对时移地震AVO的影响；刘洋［5］和阴可等［6］对各向异性介质的AVO进行了研究；赵伟等［7］研究了薄互层调谐效应对AVO的影响。

AVO研究的理论基础是Zoeppritz方程，该方程仅对单一界面地震振幅随人射角的变化进行了精确描述，但没有考虑储层厚度和地震波频率对AVO的影响。地震波在传播过程中，地震波的频率成分会发生变化，在共反射点道集上，远道与近道的频谱差异明显，一般表现为规律性变化，如图1所示。随着埋深的增加这种差异也越来越大，中深层地震资料的近道频谱与远道频谱差异更为明显，有时主频差异甚至可达15Hz～20Hz。

当远近道频谱差异较小时，其影响可以忽略不计，但是对于远近道频谱差异较大时，不同频率的调谐差异将会显现起来，并在CRP道集上表现出来，作者将从波动的叠加和干涉原理出发，对地层厚度和频率共同作用的调谐AVO做出论证分析。

图1 地震资料主频与偏移距关系示意图Fig.1 The relation cartogram between frequency and offset

1 基本原理

基于地震勘探原理中关于薄层的定义［8］，一般用地震波波长λ／2作为薄层的界限，即厚度远大于λ／2的称为厚层，厚度相当于或小于λ／2的属薄层。当地层速度为3 600m／s，地震主频为25Hz时，λ／2将是36m，对于某些河流相等储层来讲，存在着大量的所谓薄层。

目前讨论调谐影响采用的最简便而实用的方法［7］是从波动的叠加和干涉原理出发，对上界面的反射波和下界面的反射波进行叠加，利用叠加后波的特点，来说明薄层的存在对反射波的影响。

图2 薄层模型Fig.2 The model of thin bed

假设有一个薄层夹于均匀层中（图2），并认为薄层顶、底的反射波相同，振幅一样，只存在反射时差。再把子波简化为周期T，频率为f，振幅A的余弦简谐波。

假设设上界面反射波为R1：

对应的下界面反射波为R2：

其中：V是薄层的纵波速度；b为薄层厚度。上、下界面反射的时差为，由于式（1）～式（2）中，两个波

对上、下界面反射波进行叠加，则合成的薄层反射为：

所以薄层反射振幅的绝对值是：

经过简单的假定推导，我们可以获得薄层反射振幅Ad与薄层厚度b、顶底单个反射振幅A、波长λ、频率f之间的简单明确的关系，如式（6）所示。对薄层而言，振幅是反射系数、厚度、频率、地层速度的综合表征，利用式（6）可以很容易的描述出薄层反射振幅Ad与当地层厚度或者地震子波频率中的关系，其变化特征如图3所示。

假定地层速度不受频率影响，可以发现，当频率一定时，当层厚为λ／4时，调谐作用最大，合成振幅为最大，厚度λ／4称之为调谐厚度；当厚度一定时，子波频率为V／4b时，调谐作用最大，合成振幅为最大，频率V／4b称之为调谐频率。

对于叠前CRP道集而言，对于每一个偏移距可以利用同样的思路来进行描述，不同的偏移距看成一个叠后记录，但其反射系数有所差异；一般而言，地层厚度不大的情况下，上、下界面的反射角几乎没有什么差异，因此忽略入射角的影响；因此，叠前CRP也基本满足前文薄层反射的假设，同样可以利用公式（6）进行调谐对AVO影响理论的讨论。具体计算步骤为：

图3 振幅与频率、厚度的关系示意图Fig.3 The relation cartogram between amplitude，frequency and thickness

1）根据地层参数和偏移距，计算出对应的入射角，进而求出上下地层的反射振幅A；

2）每个偏移距的子波频率、厚度已知，利用公式（6），可求取对应的调谐振幅Ad－r；

3）根据求得的每个厚度的不同偏移距对应的Ad－r可获得单点的振幅变化规律。

为了进一步研究调谐作用对叠前资料的AVO分析的影响，在不考虑地层衰减吸收的情况下，直接假定远近道的地震子波频率，即子波频率随着偏移距逐渐变化，其中近道子波选取主频为50Hz的，向远道逐渐变化为主频为35Hz的子波。为了测试调谐的AVO假象，分别选择的砂泥二相地层参数为：①泥岩的参数：纵波速度3 000m／s，横波速度2 120m／s，密度2.6g／cc；②砂岩参数：纵波速度2 000m／s，横波速度1 415m／s，密度1.9g／cc；楔状模型如图4（a）所示。利用AKi公式，可以求出P、G属性，其中G属性很小，即此砂泥界面的AVO变化很微弱，近似可以认为没有AVO异常。采用公式（6），根据不同偏移距的不同主频子波，在每一个厚度点处可以计算出不同偏移距的合成记录道，模拟结果如图4所示。

图4 调谐AVO与地层厚度间的关系Fig.4 The relationship between tuning AVO and thickness

模拟结果显示，当地层自身AVO微弱时，调谐产生的假象让地层产生类似AVO异常，并表现出了随着厚度变化呈现规律性变化。

当地层最薄（厚度小于10m）时，近道的调谐要强于远道的调谐，这时近道能量要强于远道，表现为振幅随着偏移距的增大而减小的特征，类似于四类AVO异常。

当储层厚度较大（大于14.3m小于半波长时）时，远道的调谐要强于近道，表现为类似Ⅲ类AVO异常，振幅表现为振幅随着偏移距的增大而增大的特点。

当储层厚度位于10m～14.3m间时，这时地层的调谐频率恰好位于某个偏移距位置上，这个偏移距的调谐振幅最大，而左右两端都要变小；整个振幅特征则表现为振幅随偏移距的增大，先增大后减小的特点。模型正演模拟结果揭示：随着储层厚度变大，则“V”顶点往远偏移距位置漂移；反之，则往近偏移距位置漂移（图5）。

图5 调谐AVO的V顶点与地层厚度间的关系Fig.5 The relation between the peak of tuning－AVO and thickness

2 实例应用

乐东X－1目标在地震上表现为强振幅的亮点特征，高部位表现为一红一黑的波形组合特征（图6），低部位振幅明显增强，表现为两红一黑的波组特征。同步弹性阻抗反演显示，目标体表现为低纵波阻抗、低横波阻抗、低密度的特征、低纵横波速度比的“四低”特征。尤其是低部位，“四低”现象更为明显。低部位为III类AVO异常，高部位为弱Ⅳ类异常。

图6 叠后纯波地震剖面Fig.6 The seismic profile of pure wave

通过对地震资料频谱分析发现，目标层段近道地震资料（offset 400m～1 200m）的主频约为35 Hz，远道地震资料（offset 4 000m～5 200m）的主频约为25Hz，，远近道频率差异明显，可能存在调谐AVO的影响。

逐点AVO属性分析如图7所示，分析发现目标体的叠前AVO变化有以下3个特点：

1）构造低部位表现为振幅随着偏移距增大而增大的III类AVO异常，构造的高部位表现为振幅随着偏移距增大而减小的IV类AVO异常。

图7 逐点AVO属性分析图Fig.7 The AVO analysis by point－to－point

2）在AVO异常由III类逐渐变为IV类间，目标体表现为振幅随着偏移距的增大，先增大后减小（图8）的趋势，即成一个“V”形分布。

3）通过多点分析发现，叠前道集的“V”顶点成一种规律形的漂移，结合波阻抗反演等认识，目标体为一套厚度逐渐发生变化的砂体（图9），低部位为一套厚度逐渐减薄的特征，结合频率调谐的分析认识，薄层的厚度变大，它的调谐频率则变小，即对应调谐位置的偏移距更大，通过分析不同厚度的“V”顶点位置发现，变化规律符合理论模型认识。

图8 单点AVO属性分析图Fig.8 The AVO analysis by single point

图9 “V”形调谐点与地层厚度对比图Fig.9 The comparison diagram between tuning point（V）and thickness

综合以上分析，目标体存在产生调谐AVO的条件，其空间变化特征也符合调谐AVO的规律，认为目标体低部位的III类AVO异常主要为调谐影响造成的假象，高部位厚层的AVO特征是地层AVO的真实响应，即目标体表现振幅随着偏移距增大而减小的IV类AVO异常。

3 结论

1）当频率一定时，对于地层厚度，当层厚为λ／4时，调谐作用最大，合成振幅为最大；当厚度一定时，子波频率为V／4b时，调谐作用最大，合成振幅为最大。

2）调谐AVO存在的前提条件是薄层（地层厚度小于半波长）和变化的地震频率（远近道频谱有明显的差异）同时存在。

3）当地层的调谐频率高于地震资料频率时，近道调谐作用大于远道，表现为伪IV类异常；当地层的调谐频率低于地震资料频率时，近道调谐作用小于远道，表现为伪III类异常；当地层的调谐频率位于地震资料频率区间时，AVO特征表现为“V”特征。

4）薄层AVO是调谐AVO与地层真实AVO共同作用的结果，地层真实AVO的识别利用需要空间上特征的分析，或者其变化规律，单点分析的结果大多都是复合AVO效应。

［1］ OSTRANDER W J.Plane－wave reflection coefficients for gas sands at non－normal angles of incidence ［J］.Geo－physics，1984，49（10）：1637－1648.

［2］ 郑晓东.AVO理论和方法和一些新进展［J］.石油地球物理勘探，1992，27（3）：305－317.

ZHENG X D.Some new development of AVO technique［J］.OGP，1992，27（3）：305－317.（In Chinese）

［2］ LORTZER G J M，HAAS J C，BERKHOUT A J.E－valuation of weighted stacking techniques for AVO inversion［C］.Expanded Abstracts of 58＇"Annual Internet SEG Mtg，1988：1204－1208.

［3］ SUNG H Y，SEONGSIK Y.Effects of pressure and fluid saturation changes on time－lapse AVO response［C］.Expanded Abstracts of 70th Annual Internet SEG Mtg，2000：1481－1484.

［4］ 刘洋，董敏煌.各向异性介质中的方位AVO［J］.石油地球物理勘探，1999，34（3）：260－268.

LIU Y，DONG M H.Azimuthal AVO in anisotropic medium［J］.OGP，1999，34（3）：260－268.（In Chinese）

［5］ 阴可，杨慧珠.各向异性介质中的AVO［J］.地球物理学报，1998，41（3）：382－391.

YIN K，YANG H ZH.AVO IN ANISOTROPIC MEDIA［J］.Chinese Journal Geophysics，1998，41 （03）：382－391.（In Chinese）

［6］ 赵伟，陈小宏，李景叶.薄互层调谐效应对AVO的影响［J］.石油物探，2006，45（6）：570－573.

ZHAO W，CHEN X H，LI J Y.The effect of thin interbed tuning on AVO［J］.Geophysical Prospecting for Petroleum，2006，45（6）：570－573.（In Chinese）

［7］ 陆基孟，地震勘探原理（下册）［M］.青岛：石油大学出版社，1993.

LU J M，The principle of seismic exploration［M］.Qindao：China University of Petroleum Press，1993.（In Chinese）

The existence conditions and identification of tuning AVO

LIU Shi－you，CHEN Dian－yuan，ZHOU Jia－xiong
（CNOOC Ltd.，Zhanjiang，Zhanjiang 524057，China）

Since the 1980s，AVO attribute technology becomes an effective technology for reservoir prediction and hydrocarbon detection，but in practical application，the complexity and multiplicity of the AVO are more and more popular.In Prestack CRP gathers，different offsets have different propagation paths，and gathers of different distances have different frequencies.Frequency difference and stratigraphic coupling can produce a kind of tuning AVO phenomenon.Based on superposition principle and interference principle of fluctuation，formula of the thin layer amplitude response is derived，and the formula of tuning frequency is put forward.The characteristics of tuning AVO is analyzed by forward model：when the tuning frequency of the layer is higher than the frequency of seismic data，near tuning effect had more effects and it shows the AVO of class IV；when the tuning frequency of the layer is lower than the frequency of seismic data，far tuning effect had more effects and it shows the AVO of class III；when the tuning frequency of the layer is in the frequency range of seismic data，AVO feature is the"V"characteristic feature.The basis of tuning AVO is thin layer and changed wavelet frequency.In the end of the paper，the identification method of tuning AVO is explored by the evaluation of Ledong X1target region.

tuning effect；AVO；thin bed；tuning frequency；tuning thickness

P 631.4

：A

10.3969／j.issn.1001－1749.2015.06.16

1001－1749（2015）06－0768－05

2014－09－22改回日期：2014－10－08

国家科技重大专项课题（2011ZX05023－004）

刘仕友（1982－），男，工程师，主要从事储层预测及烃类检测工作研究，E－mail：liushiyou＠139.com。