調(diào)諧AVO的存在條件及其識別

劉仕友，陳殿遠，周家雄

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，湛江 524057）

調(diào)諧AVO的存在條件及其識別

劉仕友，陳殿遠，周家雄

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，湛江 524057）

自80年代以來，AVO屬性技術逐漸成為一種有效的儲層預測和烴類檢測技術，但是在實際應用中，AVO的復雜性、多解性也越來越為人們所熟知。疊前CRP道集，各偏移距傳播路徑是不同的，遠近道頻率也是不同，頻率差異與地層耦合會產(chǎn)生一種調(diào)諧AVO現(xiàn)象。這里基于波動的疊加和干涉原理，推導了薄層的振幅響應公式，提出了調(diào)諧頻率的計算公式。通過正演模型分析了調(diào)諧AVO的特征：①當?shù)貙拥恼{(diào)諧頻率高于地震資料頻率時，近道調(diào)諧作用大于遠道，表現(xiàn)為IV類異常；②當?shù)貙拥恼{(diào)諧頻率低于地震資料頻率時，近道調(diào)諧作用小于遠道，表現(xiàn)為III類異常；③當?shù)貙拥恼{(diào)諧頻率位于地震資料頻率區(qū)間時，AVO特征表現(xiàn)為“V”特征。調(diào)諧AVO存在的基礎為薄層加變化的子波頻率，最后結合樂東X1目標實際例子，探索了調(diào)諧AVO的識別方法。

調(diào)諧效應；AVO分析；薄互層；調(diào)諧頻率；調(diào)諧厚度

0 引言

隨著地震采集與處理技術的進一步發(fā)展，地震資料品質(zhì)越來越高，進而地震勘探成果的精度得到了大幅度提高。基于疊前道集資料的AVO信息，不僅包含了縱波速度、密度信息，還包含了橫波速度信息，可以有效地反應了地層的巖性、物性以及孔隙流體性質(zhì)。通過AVO分析可以有效地降低地震勘探多解性、極大地提高了油藏流體識別精度，因此在油氣勘探中得到了廣泛重視。

自1982年Ostrander提出AVO技術以來，眾多學者對地震AVO技術進行了大量的研究［1，2］，包括AVO參數(shù)與地層信息的關系，Lortzer等［3］討論了根據(jù)疊前CMP道集上的AVO信息進行求取地震參數(shù)差異的方法；Sung等［4］研究了油藏壓力和含油飽和度變化對時移地震AVO的影響；劉洋［5］和陰可等［6］對各向異性介質(zhì)的AVO進行了研究；趙偉等［7］研究了薄互層調(diào)諧效應對AVO的影響。

AVO研究的理論基礎是Zoeppritz方程，該方程僅對單一界面地震振幅隨人射角的變化進行了精確描述，但沒有考慮儲層厚度和地震波頻率對AVO的影響。地震波在傳播過程中，地震波的頻率成分會發(fā)生變化，在共反射點道集上，遠道與近道的頻譜差異明顯，一般表現(xiàn)為規(guī)律性變化，如圖1所示。隨著埋深的增加這種差異也越來越大，中深層地震資料的近道頻譜與遠道頻譜差異更為明顯，有時主頻差異甚至可達15Hz～20Hz。

當遠近道頻譜差異較小時，其影響可以忽略不計，但是對于遠近道頻譜差異較大時，不同頻率的調(diào)諧差異將會顯現(xiàn)起來，并在CRP道集上表現(xiàn)出來，作者將從波動的疊加和干涉原理出發(fā)，對地層厚度和頻率共同作用的調(diào)諧AVO做出論證分析。

圖1 地震資料主頻與偏移距關系示意圖Fig.1 The relation cartogram between frequency and offset

1 基本原理

基于地震勘探原理中關于薄層的定義［8］，一般用地震波波長λ／2作為薄層的界限，即厚度遠大于λ／2的稱為厚層，厚度相當于或小于λ／2的屬薄層。當?shù)貙铀俣葹? 600m／s，地震主頻為25Hz時，λ／2將是36m，對于某些河流相等儲層來講，存在著大量的所謂薄層。

目前討論調(diào)諧影響采用的最簡便而實用的方法［7］是從波動的疊加和干涉原理出發(fā)，對上界面的反射波和下界面的反射波進行疊加，利用疊加后波的特點，來說明薄層的存在對反射波的影響。

圖2 薄層模型Fig.2 The model of thin bed

假設有一個薄層夾于均勻層中（圖2），并認為薄層頂、底的反射波相同，振幅一樣，只存在反射時差。再把子波簡化為周期T，頻率為f，振幅A的余弦簡諧波。

假設設上界面反射波為R1：

對應的下界面反射波為R2：

其中：V是薄層的縱波速度；b為薄層厚度。上、下界面反射的時差為，由于式（1）～式（2）中，兩個波

對上、下界面反射波進行疊加，則合成的薄層反射為：

所以薄層反射振幅的絕對值是：

經(jīng)過簡單的假定推導，我們可以獲得薄層反射振幅Ad與薄層厚度b、頂?shù)讍蝹€反射振幅A、波長λ、頻率f之間的簡單明確的關系，如式（6）所示。對薄層而言，振幅是反射系數(shù)、厚度、頻率、地層速度的綜合表征，利用式（6）可以很容易的描述出薄層反射振幅Ad與當?shù)貙雍穸然蛘叩卣鹱硬l率中的關系，其變化特征如圖3所示。

假定地層速度不受頻率影響，可以發(fā)現(xiàn)，當頻率一定時，當層厚為λ／4時，調(diào)諧作用最大，合成振幅為最大，厚度λ／4稱之為調(diào)諧厚度；當厚度一定時，子波頻率為V／4b時，調(diào)諧作用最大，合成振幅為最大，頻率V／4b稱之為調(diào)諧頻率。

對于疊前CRP道集而言，對于每一個偏移距可以利用同樣的思路來進行描述，不同的偏移距看成一個疊后記錄，但其反射系數(shù)有所差異；一般而言，地層厚度不大的情況下，上、下界面的反射角幾乎沒有什么差異，因此忽略入射角的影響；因此，疊前CRP也基本滿足前文薄層反射的假設，同樣可以利用公式（6）進行調(diào)諧對AVO影響理論的討論。具體計算步驟為：

圖3 振幅與頻率、厚度的關系示意圖Fig.3 The relation cartogram between amplitude，frequency and thickness

1）根據(jù)地層參數(shù)和偏移距，計算出對應的入射角，進而求出上下地層的反射振幅A；

2）每個偏移距的子波頻率、厚度已知，利用公式（6），可求取對應的調(diào)諧振幅Ad－r；

3）根據(jù)求得的每個厚度的不同偏移距對應的Ad－r可獲得單點的振幅變化規(guī)律。

為了進一步研究調(diào)諧作用對疊前資料的AVO分析的影響，在不考慮地層衰減吸收的情況下，直接假定遠近道的地震子波頻率，即子波頻率隨著偏移距逐漸變化，其中近道子波選取主頻為50Hz的，向遠道逐漸變化為主頻為35Hz的子波。為了測試調(diào)諧的AVO假象，分別選擇的砂泥二相地層參數(shù)為：①泥巖的參數(shù)：縱波速度3 000m／s，橫波速度2 120m／s，密度2.6g／cc；②砂巖參數(shù)：縱波速度2 000m／s，橫波速度1 415m／s，密度1.9g／cc；楔狀模型如圖4（a）所示。利用AKi公式，可以求出P、G屬性，其中G屬性很小，即此砂泥界面的AVO變化很微弱，近似可以認為沒有AVO異常。采用公式（6），根據(jù)不同偏移距的不同主頻子波，在每一個厚度點處可以計算出不同偏移距的合成記錄道，模擬結果如圖4所示。

圖4 調(diào)諧AVO與地層厚度間的關系Fig.4 The relationship between tuning AVO and thickness

模擬結果顯示，當?shù)貙幼陨鞟VO微弱時，調(diào)諧產(chǎn)生的假象讓地層產(chǎn)生類似AVO異常，并表現(xiàn)出了隨著厚度變化呈現(xiàn)規(guī)律性變化。

當?shù)貙幼畋。ê穸刃∮?0m）時，近道的調(diào)諧要強于遠道的調(diào)諧，這時近道能量要強于遠道，表現(xiàn)為振幅隨著偏移距的增大而減小的特征，類似于四類AVO異常。

當儲層厚度較大（大于14.3m小于半波長時）時，遠道的調(diào)諧要強于近道，表現(xiàn)為類似Ⅲ類AVO異常，振幅表現(xiàn)為振幅隨著偏移距的增大而增大的特點。

當儲層厚度位于10m～14.3m間時，這時地層的調(diào)諧頻率恰好位于某個偏移距位置上，這個偏移距的調(diào)諧振幅最大，而左右兩端都要變小；整個振幅特征則表現(xiàn)為振幅隨偏移距的增大，先增大后減小的特點。模型正演模擬結果揭示：隨著儲層厚度變大，則“V”頂點往遠偏移距位置漂移；反之，則往近偏移距位置漂移（圖5）。

圖5 調(diào)諧AVO的V頂點與地層厚度間的關系Fig.5 The relation between the peak of tuning－AVO and thickness

2 實例應用

樂東X－1目標在地震上表現(xiàn)為強振幅的亮點特征，高部位表現(xiàn)為一紅一黑的波形組合特征（圖6），低部位振幅明顯增強，表現(xiàn)為兩紅一黑的波組特征。同步彈性阻抗反演顯示，目標體表現(xiàn)為低縱波阻抗、低橫波阻抗、低密度的特征、低縱橫波速度比的“四低”特征。尤其是低部位，“四低”現(xiàn)象更為明顯。低部位為III類AVO異常，高部位為弱Ⅳ類異常。

圖6 疊后純波地震剖面Fig.6 The seismic profile of pure wave

通過對地震資料頻譜分析發(fā)現(xiàn)，目標層段近道地震資料（offset 400m～1 200m）的主頻約為35 Hz，遠道地震資料（offset 4 000m～5 200m）的主頻約為25Hz，，遠近道頻率差異明顯，可能存在調(diào)諧AVO的影響。

逐點AVO屬性分析如圖7所示，分析發(fā)現(xiàn)目標體的疊前AVO變化有以下3個特點：

1）構造低部位表現(xiàn)為振幅隨著偏移距增大而增大的III類AVO異常，構造的高部位表現(xiàn)為振幅隨著偏移距增大而減小的IV類AVO異常。

圖7 逐點AVO屬性分析圖Fig.7 The AVO analysis by point－to－point

2）在AVO異常由III類逐漸變?yōu)镮V類間，目標體表現(xiàn)為振幅隨著偏移距的增大，先增大后減小（圖8）的趨勢，即成一個“V”形分布。

3）通過多點分析發(fā)現(xiàn)，疊前道集的“V”頂點成一種規(guī)律形的漂移，結合波阻抗反演等認識，目標體為一套厚度逐漸發(fā)生變化的砂體（圖9），低部位為一套厚度逐漸減薄的特征，結合頻率調(diào)諧的分析認識，薄層的厚度變大，它的調(diào)諧頻率則變小，即對應調(diào)諧位置的偏移距更大，通過分析不同厚度的“V”頂點位置發(fā)現(xiàn)，變化規(guī)律符合理論模型認識。

圖8 單點AVO屬性分析圖Fig.8 The AVO analysis by single point

圖9 “V”形調(diào)諧點與地層厚度對比圖Fig.9 The comparison diagram between tuning point（V）and thickness

綜合以上分析，目標體存在產(chǎn)生調(diào)諧AVO的條件，其空間變化特征也符合調(diào)諧AVO的規(guī)律，認為目標體低部位的III類AVO異常主要為調(diào)諧影響造成的假象，高部位厚層的AVO特征是地層AVO的真實響應，即目標體表現(xiàn)振幅隨著偏移距增大而減小的IV類AVO異常。

3 結論

1）當頻率一定時，對于地層厚度，當層厚為λ／4時，調(diào)諧作用最大，合成振幅為最大；當厚度一定時，子波頻率為V／4b時，調(diào)諧作用最大，合成振幅為最大。

2）調(diào)諧AVO存在的前提條件是薄層（地層厚度小于半波長）和變化的地震頻率（遠近道頻譜有明顯的差異）同時存在。

3）當?shù)貙拥恼{(diào)諧頻率高于地震資料頻率時，近道調(diào)諧作用大于遠道，表現(xiàn)為偽IV類異常；當?shù)貙拥恼{(diào)諧頻率低于地震資料頻率時，近道調(diào)諧作用小于遠道，表現(xiàn)為偽III類異常；當?shù)貙拥恼{(diào)諧頻率位于地震資料頻率區(qū)間時，AVO特征表現(xiàn)為“V”特征。

4）薄層AVO是調(diào)諧AVO與地層真實AVO共同作用的結果，地層真實AVO的識別利用需要空間上特征的分析，或者其變化規(guī)律，單點分析的結果大多都是復合AVO效應。

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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

國家科技重大專項課題（2011ZX05023－004）

劉仕友（1982－），男，工程師，主要從事儲層預測及烴類檢測工作研究，E－mail：liushiyou＠139.com。