薄互層油氣藏 AVO特征模擬分析

徐 萍李景葉黃 饒

(1.中海油研究總院; 2.中國石油大學(北京)資源與信息學院)

薄互層油氣藏 AVO特征模擬分析

徐 萍1李景葉2黃 饒2

(1.中海油研究總院; 2.中國石油大學(北京)資源與信息學院)

通過求解基于點震源的完全彈性和粘彈性波動方程獲取地震波場完全解(包括了一次反射波、多次反射波和轉換波信息),有效消除了高阻抗條件和臨界角條件下基于射線追蹤計算反射系數的誤差。利用該方法研究了薄層厚度、層間多次波和衰減等因素對薄互層油氣藏地震AVO變化規律的影響,其結論與認識可為利用地震AVO進行薄互層油氣藏識別提供理論依據。

AVO 薄互層油氣藏 層間多次波 衰減

我國絕大多數油田屬于陸相湖盆碎屑巖沉積,薄互層儲層發育,但儲層的強非均質性和復雜的地震波響應嚴重影響了薄互層油藏的勘探成功率[1-3]。自 Ostrander[4]提出利用反射系數隨入射角的變化規律識別含油氣砂巖的AVO技術以來,地震 AVO技術已經發展成為利用疊前資料預測油氣的重要方法之一,也是目前利用地震資料進行烴類檢測的有效方法之一。在利用地質模型研究不同巖性的AVO特性方面,前人已做了大量的研究工作,但傳統的 AVO技術的理論基礎是 Zoeppritz方程,該理論是在上下半空間條件下推導得到的,只考慮了單界面兩邊的巖石物理特性,沒有考慮地層厚度、層間多次波等因素對反射波的影響,致使實際應用地震AVO技術存在陷阱,尤其是薄互層油氣藏的識別研究[5]。換言之,Zoeppritz方程不適用于描述薄互層條件下地震波衰減與頻散對AVO的影響,而等效介質理論不能實現地震波傳播機制及AVO響應規律的精確描述。

為了解決這一問題,提高薄互層油藏地震AVO技術識別精度,眾多地球物理工作者進行了大量的研究。Martin等人[6]基于標量波動方程和薄互層油藏等效介質理論,研究了薄互層油藏條件下地震AVO的校正方法;Liu等人[7]針對單一薄層推導了任意角度入射條件下地震振幅和AVO響應的精確解,分析了薄層厚度及薄層泊松比對地震AVO變化規律的影響;Marmalyevskyy等人[8]基于矢量波動方程求解研究了飽和氣薄互層油藏地震 AVO變化與地震頻率之間的關系,分析了薄層能量吸收對地震 AVO曲線的影響;Ellison等人[9]對比分析了簡單半空間模型AVO曲線變化與薄互層油藏波動方程模擬AVO曲線的差異,進行了AVO曲線校正方法研究,并分析了注水開發油藏時移地震 AVO響應。筆者在前人研究工作的基礎上,基于點震源的完全彈性和粘彈性波動方程,從質點位移的角度計算地震波在地下的傳播,得到地震波場的完全解,包括地震波在地層中傳播時形成的一次波、多次波和轉換波信息,克服了射線追蹤法在波阻抗差別大時以及在臨界角條件下會產生較大誤差的缺點,提高了計算精度;并針對薄互層油氣藏開展了地震 AVO研究,分析了薄互層調諧效應、層間多次波等因素對AVO響應規律的影響,為薄互層油氣藏地震 AVO識別研究提供了理論依據。

1 基于點震源的球面波地震AVO模擬

設點震源放置在坐標原點,檢波器放置在地表,相應的檢波點垂直和徑向位移分量可以由如下公式得到 (在只考慮 P波震源 P波接收條件下,可以令Ψ=0):

由式 (1)和式 (2)可以看出,求取球面波位移的基礎是求取平面波反射系數。為了求解多層情況下的反射和透射系數,需要建立一個遞推關系式,本文采用的是 Kennett的遞歸算法[10-11]。界面 k和其下所有層的總的反射響應可以由如下迭代關系式來表示

式 (3)中:RD(zk-)表示界面 k上面的總的反射系數, R(z+)表示界面 k下面的總的反射系數;RkD、RkU和TDk、TUk分別是界面 k處的反射和透射系數矩陣,其中D和U分別表示下行波和上行波;I為單位矩陣。衰減條件下的合成記錄在復數速度條件下仍按式(1)和式 (2)重新計算便可得到。

求解基于球面波理論的完全彈性波方程可以得到地震波場的完全解,基于簡單砂泥巖薄互層模型獲得的彈性波地震記錄模擬結果如圖 1、2所示,模擬數據中包括地震波在地層中傳播時形成的一次波、多次波和轉換波信息,可以通過引入復數速度描述薄互層條件下地震波衰減與頻散對AVO的影響。

2 薄互層地震AVO特征分析

圖3 不同厚度砂泥巖薄互層模型

為了分析薄互層調諧效應對AVO的影響規律,以及比較基于平面波理論的 Zoeppritz方程和基于球面波理論的完全彈性波方程的模擬結果,利用某油田測井數據建立了一系列薄互層模型 (圖 3):界面深度均為 1 000m,模型從頂界面算起其總厚度不變,均為 4個波長;所研究的反射層位于模型中央,深度為頂界面向下 2個波長;設計的單一薄層厚度從 1/2波長到 1/32波長。模擬結果 (圖 4、5)分析表明,在薄互層油藏條件下地震AVO曲線變化規律與單一薄層厚度有密切關系。基于 Zoeppritz方程的AVO技術由于不能模擬層間多次波和轉換波等因素的影響,AVO曲線變化規律相對簡單,薄層厚度越薄,AVO曲線變化特征越不明顯,這是利用基于 Zoeppritz方程AVO技術進行薄互層油氣識別存在陷阱的重要原因;而基于彈性波方程的AVO技術由于考慮了層間多次波和轉換波等因素的影響, AVO曲線變化規律復雜,有效消除了高阻抗條件和臨界角條件下基于射線追蹤計算的反射系數誤差,可以進行薄互層油氣識別分析。

3 層間多次波對薄互層油氣藏地震AVO特征的影響

層間多次波的存在對下伏目標地層地震反射波特征會產生影響,它的存在會改變一次反射波振幅隨偏移距變化的規律,給目標地層的AVO分析造成困難,在很大程度上降低了地震AVO解釋精度,增加了勘探風險。為了對這一問題進行分析,基于某油田條件設計的地質模型如表 1所示,經動校正后的正演結果如圖 6、7所示,其中圖 6為包含所有層間多次波的地震記錄,圖 7為僅含有一次 PP反射波的地震記錄,圖中黑色箭頭指示的位置為低速含氣砂巖的頂界面。

表 1 薄互層模型地層參數

為了分析層間多次波對一次波的影響,分別提取圖 6(有多次波)和圖 7(無多次波)所示地震記錄氣層頂界面的AVO響應曲線 (圖 8)。從圖 8可以看出,只含有一次波的記錄,氣層頂界面的AVO響應具有明顯的二類AVO異常,而含多次波的記錄產生了“假相”。產生“假相”的原因是二次 PP波的到達時與氣層頂界面重疊,煤層產生的多次波對氣層產生的AVO響應疊加起到了抵消作用。

圖8 基于表 1模型提取的氣層頂界面振幅隨偏移距變化曲線

4 衰減對薄互層油氣藏地震AVO特征的影響

地震波衰減對儲層AVO響應規律會產生影響。基于某油田的儲層參數建立油藏模型,利用彈性波動方程和粘彈性波動方程分別模擬地震響應,并提取儲層底界面AVO曲線,其計算結果如圖 9、10所示。對比并分頻分析地震 AVO響應規律,結果表明:在不考慮介質吸收條件下,不同頻率的AVO響應曲線與全頻率的彈性記錄的AVO響應曲線基本一致,即彈性介質的 AVO與頻率無關;在考慮介質吸收條件下,低頻信息保持著正確的AVO響應規律,但隨著頻率增加AVO異常變得越來越弱,因此低頻信息疊加能夠形成亮點,而高頻信息疊加的能量與背景相比較弱。

5 結論

通過求解基于球面波理論的彈性和粘彈性波動方程進行薄互層油氣藏AVO特征模擬分析的方法,有效克服了射線追蹤法在波阻抗差別大和臨界角條件下計算反射系數,進而利用AVO技術進行薄互層油氣藏識別時存在的陷阱。基于該方法分析了薄層厚度、層間多次波和衰減等因素對薄互層油氣藏地震AVO曲線變化規律的影響,其結論與認識可以為薄互層油氣藏地震AVO分析提供理論依據。

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(編輯: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,畢業于中國石油大學(華東)資源勘查專業,現主要從事油氣田開發方面的研究工作。地址:北京市東城區東直門外小街 6號海油大廈 (郵編:100027)。E-mail:xuping@cnooc.com.cn。