基于叠前地震道集的FVO分析方法

何兵红 ， 吴国忱 ， 郭念民 ． 基于叠前地震道集的 犉 （ ） ： 犞 犗 分析方法 ．石油地球物理勘探 ， ２ ０ １ ３， ４ ８ １ ９ ４～１ ０ ２ 摘要 本文首先讨论了地层吸收和薄层 滤 波 对 地 震 波 频 率 的 影 响 ， 分析表明地层吸收和薄层时间厚度的变化 采用 Ｓ 变 换 时 频 分 析 法 提 出 了 Ｆ 都会引起中心频率向低频方向移动 。 然后从叠前地震资料出发 ， Ｖ Ｏ 相对梯度 属性的概念 ， 推导了地震波在吸收介质 中 中 心 频 率 与 炮 检 距 的 近 似 关 系 式 ； 通 过 分 析 不 同 吸 收 分 布 模 型 可 知， 所有吸收模型的中心频率随着炮检距增大向低频方向移动 ； 最后建立四种理论模型， 基于单程波动方程数值模 利用频率随 炮 检 距 的 变 化 关 系 提 取 Ｆ 拟的方法得到相应的叠前 ＣＭＰ 道集 ， ＶＯ 梯 度 属 性 。 数 值 算 例 分 析 结 果 表明了该法能有效区分较厚的吸收介质与薄互层介质 。 关键词 Ｆ ＶＯ 叠前道集 地层吸收 薄互层 梯度 中图分类号 ： Ｐ ６ ３ １ 文献标识码 ： Ａ
０ １ ３年２月 ２
第４ ８卷 第１期
· 综合研究 ·
文章编号 ： （ ） １ ０ ０ ０ ７ ２ １ ０ ２ ０ １ ３ ０ １ ０ ０ ９ ４ ０ ９
基于叠前地震道集的 犉 犞 犗 分析方法
何兵红 ① 吴国忱 ① 郭念民 ②
（ 华东 ） 地球科学与技术学院 ， 山东青岛 ２ ６ ６ ５ ５ ５；② 中国石油天然气股份有限公司 ① 中国石油大学 （ 塔里木油田分公司勘探开发研究院 ，新疆库尔勒 ８ ） ４ １ ０ ０ ０
。小波变
换的出现解决了短时窗 傅 里 叶 变 换 （ 窗口宽 Ｓ Ｔ Ｆ Ｔ） 。Ｓ 变 换 则 是 居 于 小 波 变 换 和 ］ １ ２ 短时傅里叶变换之间的一种时频分析方 法 ［ ， 与短
时傅里叶变换相比 ， Ｓ变换的 Ｇ ａ ｕ ｓ ｓ窗 函 数 的 宽 度 可随频率调节 ；与 小 波 变 换 相 比 ； Ｓ变换直接与频 率对应 ， 在地震资料的时频分析中已得到广泛应 用
关系方程 ， 用以描述 地 震 波 传 播 速 度 和 频 率 之 间 的 关系 。 其中 与 地 层 吸 收 相 关 的 经 典 的 关 系 方 程 是 Ｆ ｕ ｔ ｔ ｅ ｒ ｍ ａ ｎ
［ １ ６］
提出的频散关系表达式
ω 狏（ ω） １ １ｌ （ ） ｎ １ ＝ ＋ ω ＜ω ｃ 犙 ωｃ 狏（ π ω ｃ） 式中 ： 为相 速 度 ； 狏（ ω） ω ｃ 为 参 考 频 率。 本 文 首 先 采
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８卷 第１期 第４
何兵红等 ： 基于叠前地震道集的 Ｆ Ｖ Ｏ 分析方法
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图 ５ 弱反射高阻抗强吸收模型反射特征
（ ） 速度模型 ；（ ） 顶界面反射系数 ；（ ） 顶界面反射波频谱及震源子波频谱 ａ ｂ ｃ
２． ２ 薄层滤波作用 地 震 记 录 是 震 源 子 波 与 反 射 系 数 褶 积 的 结 果， 在频率域表现为震源子波频谱与反射系数频谱的乘 积 。 反射系数频谱 亦 相 当 于 滤 波 系 统 ， 地震记录是 可以通过 震源子波经过反射 系 数 滤 波 之 后 的 输 出 ， 研究地震记录频谱变化 研究反射系数频谱 的 变 化 ， 特征 。 反射 系 数 频 谱 一 方 面 受 反 射 系 数 大 小 的 影 响， 另一方面受反射 系 数 序 列 在 时 间 轴 上 的 排 列 的 影响 ， 前者与界面两侧的阻抗差相关 ， 后者与地层厚 界面两侧的阻抗差只影响 度有关 。 对于单一 界 面 ，
］ １ 储层预测 ［ 。
［］ 并应用于裂缝发 育 方 向 预 测 ； 系， Ｃ ａ ｒ ｌ ｏ ｓ４ 通 过 数 值
分析了吸收衰 减 介 质 中 地 面 地 震 资 料 峰 值 频 模拟 ，
［］ 率随炮检距的 变 化 ； Ｖ ａ ｒ ｈ ｅ ｓ ｅ５ 推 导 了 井 间 地 震 中 ｇ
峰值频率随炮检距 的 变 换 关 系 ； 地球沉积层可看作
［］ 波Ｆ ） 梯度截距属性 ＶＯ ９ （ Ｆ ｒ ｅ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｒ ｓ ｅ ｓＯ ｆ ｆ ｓ ｅ ｔ ｑ ｙＶ
分析方法 ， 推导了 地 震 波 在 吸 收 介 质 中 中 心 频 率 与 炮检距的近似关系 式 ， 解决了在叠后地震资料中地 层吸收和薄层滤波作用无法区分的问题 。
地层 吸 收 导 致 地 震 波 能 量 衰 减， 一方面表现为 振幅减弱 ， 相位延迟 ， 另一方面表现为地震波高频成 分衰减远远大于低 频 成 分 的 衰 减 ， 在频谱图上表现
图 ３ 速度模型
（ ） 低阻抗模型 ；（ ） 高阻抗模型 ａ ｂ
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图 ４ 地层吸收对反射系数的影响
（ ） 低阻抗模型顶界面反射系数 ；（ ） 高阻抗模型顶界面反射系数 ；（ ） 低阻抗模型底界面反射 系 数 ；（ ） 高阻抗模 ａ ｂ ｃ ｄ 型底界面反射系数 ；（ ） 低阻抗模型底界面反射波频谱及子波频谱 ；（ ） 高阻抗模型底界面反射波频谱及子波频谱 ｅ ｆ
［ ６］ 是“ 地层滤波器 ” ， 其中薄层滤波作用成为研究的 ［］ 重点 ； Ｓ ｕ ｎ等 ７ 讨 论 了 几 种 薄 层 组 合 的 反 射 系 数 谱
特征 ， 推导了峰值频 率 与 薄 层 时 间 厚 度 和 反 射 系 数
［ ］ ８ 进 而 估 算 薄 层 厚 度； 谱之间的关系 ， Ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ 提出地
［ ２］ 为频率峰值向低频方向移动 。Ｚ ｈ ａ ｎ ｇ 等 针 对 吸收
２ 频率响应特征分析
地震信号 频 率 特 征 分 析 首 先 要 将 时 间 域 信 号
衰减介质推导了地震子波的峰值频率随传播时间和
［］ 地层 品 质 因 子 犙 之 间 的 关 系 ； Ｓ ｈ ｅ ｎ等 ３ 针对叠前
华东 ） 地球科学与技术学院工科楼 Ｃ 座 ３ ： １ ５， ２ ６ ６ ５ ５ ５。 Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ｈ ｂ ｈ ９ ５ １ ７＠１ ６ ３． ｃ ｏ ｍ 山东省青岛市中国石油大学 （ 本文于 ２ 最终修改稿于 ２ ０ １ １年１ ２月１ ５ 日收到 ， ０ １ ２年１ ０月２ ６ 日收到 。 本项目受国家 “ ” 项目 （ ） 及中央高校基本科研业务费专项基金 （ 资助 。 ９ ７ ３ ２ ０ １ ３ Ｃ Ｂ ２ ２ ８ ６ ０ ４ １ １ Ｃ Ｘ ０ ４ ０ ０ １ Ａ）
［５ ］ 的研究 表 明 ， 地层中有气体时地震波 ｋ ｉ等 １ Ａ 传播会发生频散现 象 ， 相应地也存在多种形式频散
模型中第一层 与 第 三 层 速 度 皆 为 ３ ／ ， ４ ５ ０ ｍ ｓ 犙 值为 第二层速度 为 ３ ／ ， ５ ０ ０， ５ ０ ０ ｍ ｓ 犙 值为３ ０。 对 于 无 衰 减介质 ， 顶界面 反 射 系 数 为 正 且 与 频 率 无 关 。 吸 收 频率越低 ， 速度降低越剧 衰减介质中发生速度频散 ， 烈， 甚至小于上覆地层的速度 ， 导致低频时反射系数 随着频率的 升 高 ， 速 度 频 散 减 弱， 反射系数由 为负 ； 图５ 。在该模型中低频反射系数绝对值 负变正 （ ｂ） 远大于高频 ， 反射波主频向低频方向移动（ 图５ ） 。 ｃ 对于吸收地层底界面可得到相同结论 。
层吸收与 薄 层 调 谐 作 用 是 产 生 局 部 低 频 的 两 个 原 因， 薄层调谐作用的 影 响 甚 至 会 大 于 地 层 吸 收 对 频 但是文中并没有提出相应的解决方法 。 率的影响 ， 本文基于叠前地震道集采用 Ｓ 变换时频分析方 法， 采纳 ＡＶＯ 梯度截距属性分 析思 想 ， 提出了地震
图 １ 地层吸收对地震波传播影响的时频分析
（ ） 弹性介质 （ ；（ ） 强吸收介质 （ 低 犙 值） ａ 犙＝∞ ） ｂ
图 ２ 不同吸收分布模型示意图
（ ） ） ） ａ ＨＬ Ｈ 模型 ；（ ｂ Ｌ ＨＬ 模型 ；（ ｃ ＭＨＭ 模型
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石 油 地 球 物 理 勘 探
２ ０ １ ３年
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何兵红等 ： 基于叠前地震道集的 Ｆ Ｖ Ｏ 分析方法
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转换到频 率 域 。 时 频 分 析 技 术 的 发 展 为 研 究 地 震 波的局部特 征 分 析 提 供 了 有 利 的 工 具 度不可调 的 问 题
［ １ １］ ［ ］ １ ０
（ ） 地震波能量 的 衰 减 地 层 的 吸 收 衰 减 强 度 １ 通常用地层的品质因子 犙 来 衡 量 ， 储层中含有流体 时通常表现为强吸收低 犙 特 征 ， 即地震波传播能量 、 图１ 衰减严重 。 图 １ ａ ｂ分别为地震波在完全弹性 介质 （ 和在强吸收介质（ 低 犙 值） 中的 犙 值 无 穷 大） 对比图 １ 可以看出 ， 经过强吸收介质之 时频分析图 ， 主频向低频方向移动 。 后地震波能量明显减弱 ， （ ） 对界面反射 系 数 的 影 响 地 震 波 传 播 相 速 ２ 度的改变不仅影响 传 播 过 程 中 地 震 波 动 力 学 特 征 ， 还会引起界面两侧 波 阻 抗 的 变 化 ， 导致反射系数随 按照波阻抗与上 频率变化 。 以强吸 收 介 质 为 核 心 ， 下围岩的关系有多种分布方式 。 本文抽取三种典型 高阻 抗 — 低 阻 抗 — 高 阻 抗 模 型 （ 分布模式 ： ＨＬＨ 模 型， 又称低阻 抗 模 型 ） 、 低 阻 抗—高 阻 抗—低 阻 抗 模 又 称 高 阻 抗 模 型） 、 中 阻 抗—高 阻 型（ ＬＨＬ 模 型 ， 又称弱反射高阻抗模 抗 — 中阻抗模型 （ ＭＨＭ 模型 ， 型） ， 其示意图如图 ２ 所 示 ， 其中箭头所指地层为强 吸收介质 。 低阻抗 模 型 与 高 阻 抗 模 型 均 为 强 反 射 ， 中 — 高 — 中模型为弱反射 。
（）
用图 ３ 所 示 的 低 阻 抗 模 型 和 高 阻 抗 模 型 ， 研究地 层吸收 衰 减 对 强 反 射 界 面 反 射 系 数 的 影 响 。 由 图４ 吸收衰减介质中频散现象 ａ ｄ可 以 看 出 ， ～图４ 严重 ， 影响了界面两侧不同频率的阻抗值 ， 反射系数 表现为频率的函 数 。 对 于 低 阻 抗 模 型 ， 反射系数绝 对值随着频率的增大而 减 小 （ 图４ 、 图４ ） ；对 于 高 ａ ｃ 反射系数 绝 对 值 随 着 频 率 的 增 大 而 增 大 阻抗模型 ， （ 图４ 图４ ） ；而 界 面 两 侧 波 阻 抗 差 越 小 ， 地层吸 ｂ、 ｄ 收的影响越明显 。 通过对比只考虑界面反射时地震 反射波频谱可知 ， 对于低阻抗吸收介质模型反射波 主频向低频方向移动 （ 图４ ） ， 高阻抗吸收介质模型 ｅ 图４ ） 。 反射波主频向高频方向移动 （ ｆ 对于 高 阻 抗 强 吸 收 模 型， 当界面两侧波阻抗差 较小时 ， 表现为 弱 反 射 （ 即： ， 反射系数 ＭＨＭ 模 型 ） 由 于 地 层 吸 收 会 产 生 极 性 反 转 现 象 。 图５ ａ的 速 度
地震道集 研 究 地 震 波 的 吸 收 衰 减 与 传 播 路 径 的 关
１ 引言
地震 数 据 中 含 有 大 量 的 储 层 地 质 信 息， 地震储 层预测技术已经成为人们认识和检测油气藏的重要 手段 。 地震属性技术的研究促进了储层预测技术的 由于几何扩散 ， 散 发展 。 当地震波在地层中传播时 ， 射、 地层固有衰减及在界面上的透射和反射的影响 ， 地震波发生能量衰减 ， 主要表现为地震波振幅 、 频率 和相位等地震波动力学特征的变化 。 叠前地震道集 物性及流体信息 ， 人们基于 中含有更为丰富的岩性 、 叠前地震道 集 的 ＡＶＯ 振 幅 属 性 做 了 大 量 研 究 ， 这 也使得 ＡＶＯ 分析技术在石油勘 探开 发 领 域 得 到 了 广泛应用 。 当储层中含有流体时表现出不同的地震 频率响应特征 ， 有利 于 应 用 地 震 波 的 频 率 属 性 进 行
［ １ ３， １ ４］
。
岩性 、 地层厚度 、 局部构造以及流体充填等因素 通过影响地震波在介质中的传播和在界面上的反射 、 透射来改变地震资料特征
［ ８］
。 这些因素一方面影 响
另一方面也影响反射系数序列 地震波的传播过程 ， 数值大小和排列 。 本研究主要从由于流体充填导致 的地层强吸收和地层厚度变化引起的薄互层滤波两 个方面讨论地震波在传播过程中的频率响应特征 。 ２． １ 地层吸收作用 地层 的 吸 收 作 用 主 要 表 现 在 两 个 方 面 ， 即地震 波传播能量的衰减及对界面反射系数的影响 。