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模型技术在地震解释中的应用

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模型 技术 地震 解释 中的 应用
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© 1994 。模 型 技 术 在 地 震 解 释 中 的 应 用姜 秀 清(浙 江 大 学 )    沈 财 余     李 红 梅(胜 利 油 田 有 限 公 司 物 探 研 究 院 )摘       要姜 秀 清 , 沈 财 余 , 李 红 梅 1 模 型 技 术 在 地 震 解 释 中 的 应 用 . 石 油 地 球 物 理 勘 探 , 2002, 37 (增 刊 ): 189~ 195本 文 以 地 震 波 传 播 理 论 为 基 础 , 运 用 射 线 追 踪 方 法 , 实 现 了 地 震 资 料 地 质 解 释 的 正 演 与 反 演 , 二 者 的 结 合解 释 减 少 了 多 解 性 。 通 过 理 与 解 释 、 大 套 地 层 解 释 和 岩 性 解 释 三 个 方 面 的 实 例 , 介 绍 模 型 技 术 在 地 震 解释 中 的 具 体 应 用 及 效 果 。 在 应 用 模 型 技 术 开 展 岩 性 解 释 方 面 , 进 行 了 有 益 的 探 索 。关 键 词   模 型 技 术   正 演   反 演   射 线 追 踪   地 震 解 释引       言目 前 , 地 震 解 释 正 处 在 从 构 造 到 岩 性 解 释 的 发展 时 期 。 在 大 的 构 造 背 景 得 到 确 认 的 基 础 上 , 油 气 田的 滚 动 勘 探 与 开 发 需 要 对 地 震 资 料 进 行 更 精 细 的 地质 解 释 , 如 非 标 准 层 的 解 释 、 砂 砾 岩 体 的 识 别 追 踪等 。 由 于 受 地 震 资 料 的 分 辨 率 和 信 噪 比 等 诸 多 客 观因 素 的 限 制 , 合 理 、 正 确 地 解 释 小 幅 度 构 造 、 岩 性 圈闭 等 是 很 困 难 的 , 不 可 避 免 地 存 在 多 解 性 。 为 了 降 低多 解 性 , 求 得 合 理 的 地 质 解 , 一 方 面 要 结 合 钻 测 井 资料 进 行 层 位 标 定 和 岩 性 对 比 , 另 一 方 面 还 需 要 应 用地 震 模 型 技 术 加 以 验 证 。 以 往 大 都 用 地 震 模 型 的 正演 研 究 构 造 , 在 岩 性 解 释 方 面 的 研 究 还 不 多 见 。地 震 模 型 技 术 的 正 演 与 反 演 的 结 合 , 应 用 于 地震 资 料 的 精 细 地 质 解 释 , 可 以 解 决 以 下 地 质 问 题 : ①验 证 地 震 解 释 的 合 理 性 , ② 指 导 复 杂 地 区 正 确 的 地质 解 释 , ③ 可 以 在 一 个 地 区 建 立 一 套 标 准 的 储 层 响应 特 征 图 集 , 为 合 理 的 地 质 解 释 提 供 依 据 。射 线 追 踪 的 原 理 及 实 现 方 法射 线 追 踪 的 基 本 原 理 是 遵 循 惠 更 斯 原 理 和 费 马原 理 的 。 惠 更 斯 原 理 的 解 释 式 是 众 所 周 知 的 时 间 场特 征 方 程 式 :(t) 2 = 1v 2x , y , z(1)这 里 v 2x , y , z 为 某 一 类 型 的 波 (纵 波 或 横 波 ) 在 介 质 中给 定 的 速 度 分 布 。费 马 原 理 是 地 震 波 沿 射 线 传 播 的 时 间 和 沿 其 他可 能 的 途 径 传 播 所 需 的 时 间 比 较 起 来 为 最 小 。 费 马原 理 的 数 学 表 达 是 解 下 列 积 分 极 值 的 变 分 问 题 , 即f =∫r (L) ]) (2)其 中 : s ( r) = 1 c (r) , 为 慢 度 , c ( r) 为 介 质 的 速 度 ; 线 参 数 ; 长 , 且 有 下 式 x 2 + y 2 + z 2 ß (2)变 分 求 极 值 、 化 简 可 得 二 阶 常 微 分 方 程 , 即s s (3)式 (3)就 是 射 线 应 满 足 的 方 程 。这 两 个 原 理 的 直 接 结 果 是 射 线 追 踪 的 斯 奈 尔 定律… = p (4)式 中 p 为 射 线 参 量 。在 模 型 计 算 时 , 考 虑 波 的 动 力 学 特 点 , 采 用 波 动方 程 的 有 限 插 分 法 和 克 希 霍 夫 积 分 法 。模 型 技 术 的 开 发 与 应 用模 型 技 术模 型 的 反 演 过 程从 地 震 解 释 入 手 , 最 后 得 到 地 质 模 型 来 分 析 地2002 年 9 月                             石 油 地 球 物 理 勘 探                             第 37 卷   增 刊© 1994 , 这 就 是 模 型 的 反 演 过 程 。 其 流 程 见图 1。图 1  模 型 反 演 流 程 图首 先 进 行 地 震 层 位 的 解 释 。 地 震 层 位 的 确 定 和追 踪 , 是 以 地 震 剖 面 上 有 一 定 的 连 续 性 、 空 间 上 有 一定 的 延 伸 范 围 的 同 相 轴 为 基 础 。 它 代 表 的 是 地 下 的反 射 界 面 , 与 地 层 界 面 既 有 联 系 又 有 区 别 。 在 小 幅 度构 造 、 非 标 准 层 解 释 中 , 常 把 反 射 层 位 简 单 地 认 为 代表 地 下 的 某 套 地 层 的 界 面 。 在 进 行 储 层 解 释 时 , 应 由井 标 定 出 发 , 追 踪 同 相 轴 的 间 , 同 时 解 释 同 相轴 的 包 络 和 主 振 幅 的 变 化 , 以 便 把 时 间 层 位 模 型 细化 。把 地 震 剖 面 上 解 释 的 各 层 间 (包 括 断 层 )组 合 构 成 一 个 时 间 层 位 模 型 , 结 合 钻 测 井 资 料 , 赋 以速 度 、 密 度 信 息 , 通 过 时 — 深 关 系 转 换 , 把 时 间 域 的层 位 模 型 转 化 为 深 度 域 的 地 质 模 型 。模 型 的 正 演 过 程综 合 已 知 资 料 , 做 出 地 下 地 质 认 识 , 给 出 速 度 —深 度 (地 层 ) 模 型 , 然 后 就 可 以 模 拟 实 际 资 料 所 采 用的 野 外 观 测 方 法 , 进 行 采 集 、 处 理 , 最 后 得 到 合 成 地震 响 应 。 将 合 成 地 震 数 据 与 实 际 地 震 数 据 进 行 比 较 ,若 偏 差 较 大 , 则 修 正 速 度 — 深 度 模 型 , 直 到 较 为 吻 合为 止 。 这 就 是 地 震 模 型 的 正 演 过 程 。 其 流 程 见 图 2。图 2  模 型 正 演 流 程 图正 演 所 得 到 的 结 果 , 一 方 面 用 于 指 导 地 震 解 释 ,另 一 方 面 速 度 、 深 度 参 数 可 用 于 油 藏 描 述 。 对 于 薄层 、 岩 性 组 合 模 型 的 正 演 , 关 键 是 分 析 地 震 响 应 的 波形 变 化 , 应 与 模 型 技 术 的 反 演 过 程 结 合 起 来 , 从 实 际地 震 道 中 提 取 子 波 , 用 于 正 演 模 拟 。总 之 , 模 型 的 反 演 与 正 演 的 过 程 实 际 上 是 地 震资 料 地 质 解 释 反 复 认 识 和 深 化 的 过 程 , 其 目 的 是 寻求 合 理 的 地 质 解 释 , 减 少 地 震 解 释 的 多 解 性 。观 测 系 统建 立 模 型 后 , 就 要 设 计 观 测 系 统 , 运 用 射 线 追 踪来 模 拟 地 下 地 层 。 通 过 比 较 不 同 炮 点 (或 接 收 点 )的结 构 和 地 质 组 合 模 型 , 决 定 一 个 特 殊 的 炮 点 (或 接 收点 )排 列 是 否 可 以 对 地 下 目 标 成 像 。 通 过 模 型 的 射 线道 可 以 看 到 射 线 追 踪 地 下 每 一 层 的 过 程 。 用 任 意 射线 追 踪 方 法 拾 取 任 意 炮 点 的 位 置 , 观 察 到 可 能 产 生的 射 线 追 踪 矢 量 , 反 复 修 改 排 列 参 数 , 达 到 希 望 追 踪的 结 果 , 设 计 出 最 佳 的 炮 点 (或 接 收 点 )的 排 列 , 为 下步 地 震 处 理 提 供 良 好 的 数 据 来 源 。地 震 处 理用 模 型 软 件 变 换 和 测 试 各 种 地 质 几 何 体 , 用 岩性 和 流 体 含 量 决 定 它 们 如 何 影 响 最 终 结 果 。 主 要 做了 以 下 工 作 :(1) 改 变 位 置 或 断 层 角 度 ;(2) 变 换 倾 斜 后 层 位 深 度 ;(3) 改 变 不 同 层 的 介 质 特 性 , 比 较 模 拟 结 果 。例 如 , 已 知 一 个 地 下 地 质 模 型 , 我 们 可 以 用 不 同 的排 列 组 合 (零 偏 移 距 、 非 零 偏 移 距 V 共 偏 移 距 等 )来 模 拟 数 据 采 集 和 数 据 处 理 , 最 终 产 生 合 成 地 震 道 。总 之 , 我 们 可 以 建 立 不 同 的 模 型 系 列 , 经 采 集 处理 后 , 得 出 一 个 合 理 的 、 清 晰 可 见 的 合 成 地 震 道 。实 际 应 用 效 果模 型 技 术 主 要 应 用 于 处 理 和 解 释 。 处 理 方 面 主要 以 型 为 例 , 解 释 主 要 以 构 造 和 岩 性 两 方面 的 模 型 为 例 , 实 际 应 用 效 果 如 下 。 型 设 计 、 处 理 和 解 释我 们 知 道 , 若 围 岩 是 泥 岩 , 含 气 砂 岩 储 层 在 料 上 呈 现 如 下 特 征 : ① 道 集 上 振 幅 随炮 检 距 的 增 加 , 显 示 正 异 常 ; ② 碳 氢 检 测 剖 面 上 响 应为 正 值 ; ③ 在 调 谐 厚 度 处 , 应 达 到 最 大 值 ; ④含 气 砂 岩 越 薄 , 其 振 幅 异 常 幅 度 越 小 。091 石 油 地 球 物 理 勘 探 2002 年  © 1994 、 处 理 与 分 析 过 型 有 三 个目 的 : 一 是 利 用 模 型 技 术 研 究 本 地 区 主 要 目 的 层 线 的 类 型 和 利 用 术 寻 找 油 气 的 可能 性 ; 二 是 建 立 本 地 区 地 层 组 合 和 典 型 含 油 气 地 层的 征 图 集 , 用 以 指 导 料 的 处 理 和 解释 工 作 ; 三 是 利 用 模 型 资 料 对 有 关 处 理 方 法 及 模 块进 行 测 试 , 如 测 试 有 关 模 块 是 否 保 持 振 幅 等 。根 据 气 藏 分 类 , 用 过 的 型 来 模拟 与 验 证 亮 点 气 藏 的 征 。 表 1 列 出 了 该 井的 模 型 参 数 , 主 要 采 集 参 数 与 野 外 施 工 参 数 基 本 一致 , 最 小 偏 移 距 为 150m , 最 大 偏 移 距 为 2350m , 偏 移距 步 长 为 100m , 覆 盖 次 数 是 22 次 。 正 演 模 型 采 用 的是 R 波 , 主 频 为 30H z, 子 波 长 度 为 250m s。设 计 记 录 长 度 为 3s, 采 样 间 隔 为 2m s。 型 采用 的 是 射 线 理 论 模 型 。图 3 和 图 4 展 示 了 的 质 模 型 、模 型 记 录 及 理 结 果 , 对 此 进 行 分 析 可 以 得出 以 下 结 论 。(1) 馆 陶 底 的 砂 砾 岩 与 下 伏 泥 岩 的 反 射 在 道 集 上 表 现 为 负 相 位 , 振 幅 随 炮 检 距 增 加 而 减 小 ; 叠加 剖 面 及 P 波 剖 面 上 为 波 谷 , 反 射 较 强 ; G 剖 面 为较 强 的 波 峰 反 射 ; 碳 氢 检 测 剖 面 为 负 值 。( 2) 气 顶 反 射 (泥 气 界 面 ) 在 道 集 上 表 现为 正 相 位 , 振 幅 随 炮 检 距 增 加 而 明 显 增 大 ; 叠 加 剖 面上 为 强 的 波 峰 反 射 , 表 现 为 亮 点 ; P 波 剖 面 上 反 射 为波 峰 , 反 射 振 幅 比 叠 加 剖 面 弱 ; G 剖 面 上 为 较 强 的 波峰 反 射 ; 碳 氢 检 测 剖 面 上 为 明 显 的 正 异 常 。(3) 由 于 油 层 较 薄 (4m ) , 气 油 、 油 砂 界 面 反 射分 不 开 ; 道 集 上 表 现 为 负 相 位 , 振 幅 随 炮 检 距增 加 而 略 有 增 大 ; 叠 加 剖 面 及 P、 G 剖 面 上 均 为 波谷 , 反 射 均 较 强 ; 碳 氢 检 测 为 正 异 常 。模 型 处 理 结 果 与 理 论 上 的 认 识 是 一 致 的 , 因 为只 有 碳 氢 检 测 剖 面 才 能 直 接 检 测 常 。 那 么实 际 资 料 的 处 理 结 果 如 何 ?在 过 的 分 偏 移 距 叠 加 剖 面 、 分 偏 移 距 叠加 时 间 切 片 上 , 都 显 示 随 着 偏 移 距 的 增 大 , 振 幅 明 显增 大 ; 在 三 维 立 体 显 示 中 , 所 有 的 亮 点 数 据 并 非 都 具有 常 , 只 有 碳 氢 检 测 显 示 数 据 才 是 常 。 在 块 最 终 属 性 剖 面 上 (图 5) , 很 清 楚 地可 以 看 出 常 区 , 并 用 来 指 导 寻 找 邻 近 的表 1  Y 55 井 型 参 数地 层 号 岩   性 深 度 (m ) 厚 度 (m ) 纵 波 速 度 (m s) 泊 松 比 R 密 度 (g )1 上 覆 地 层 1300~ 1380 2200 0. 40 2. 122 砂 砾 岩 1380~ 1400     45. 0 2600 0. 33 2. 213 泥 岩 1400~ 1448 4. 0 2200 0. 40 2. 124 含 气 砂 岩 1448~ 1471 23. 0 2000 0. 15 2. 075 含 油 砂 岩 1471~ 1479 4. 0 2350 0. 30 2. 156 砂 岩 1479~ 1550 2600 0. 33 2. 21图 3  型 的 制 作 过 程(a)模 型 ; (b)反 射 系 数 ; (c)正 演 道 集191  第 37 卷   增 刊                       姜 秀 清 等 : 模 型 技 术 在 地 震 解 释 中 的 应 用© 1994   型 记 录 及 处 理 结 果(a) 道 集 ; (b)叠 加 剖 面 ; (c) P 剖 面 ; (d) G 剖 面 ; (e)碳 氢 检 测 剖 面图 5  块 最 终 属 性 剖 面(a)为 泊 松 比 差 值 剖 面 ; (b)为 碳 氢 检 测 剖 面 常 区 , 提 高 分 析 精 度 。大 套 地 层 模 型为 使 解 释 结 果 正 确 可 靠 , 在 对 渤 南 深 层 沙 四 段的 解 释 过 程 中 , 我 们 根 据 速 度 分 析 的 结 果 , 利 用 本 区不 同 时 代 或 同 一 时 代 不 同 埋 深 地 层 井 的 声 波 测 井 资料 、 岩 性 密 度 、 速 度 的 测 试 资 料 等 , 设 计 了 渤 南 洼 陷过 的 速 度 — 深 度 模 型 (图 6、 图 7) , 利 用模 型 技 术 制 作 该 剖 面 的 正 演 模 型 (图 8)。 从 该 模 型上 可 以 看 出 : ① 盐 岩 层 和 孔 二 段 密 集 段 表 现 为 较 强振 幅 、 连 续 性 好 的 反 射 波 ; ② 埋 深 大 于 3500m 的 中等 以 上 强 度 的 波 阻 抗 界 面 可 以 形 成 较 强 振 幅 、 连 续性 好 的 反 射 波 同 相 轴 ; ③ 某 些 孔 店 组 内 部 地 层 、 孔 店与 沙 四 段 地 层 间 速 度 差 异 较 小 , 反 射 波 同 相 轴 能 量较 弱 , 但 上 、 下 两 套 地 层 间 波 组 特 征 的 差 异 是 我 们 识别 地 层 的 最 好 办 法 ; ④ 由 于 上 升 盘 地 层 比 较 新 , 下 降盘 地 层 较 老 , 这 样 下 降 盘 地 层 靠 近 断 层 处 表 现 为 “ 下拉 ” 现 象 。 在 沾 车 地 区 , T 6 为 强 反 射 , T 7 变 弱 。 但 在渤 南 洼 陷 中 , 由 于 膏 泥 岩 的 存 在 , 使 地 震 反 射 结 构 发生 变 化 , T 6 变 弱 , T 7 变 强 , 这 是 由 于 膏 盐 速 度 低 , 下伏 地 层 砂 泥 岩 速 度 高 造 成 的 , 模 型 结 果 体 现 了 这 种变 化 , 说 明 我 们 的 解 释 是 正 确 的 。岩 性 模 型 设 计(1) 含 有 砂 砾 岩 体 的 地 质 模 型 。 图 9 是 胜 坨 地区 靠 近 上 升 盘 堆 积 的 砂 砾 岩 体 , 下 降 盘 为 基 岩 的 地291 石 油 地 球 物 理 勘 探 2002 年  © 1994   过 的 地 震 剖 面图 7  过 的 速 度 — 深 度 模 型图 8  过 的 地 震 响 应391  第 37 卷   增 刊                       姜 秀 清 等 : 模 型 技 术 在 地 震 解 释 中 的 应 用© 1994 。 由 于 砂 砾 岩 体 速 度 比 较 高 , 引 起 断 层 面 “ 上拉 ” 现 象 , 而 实 际 模 型 中 的 断 层 是 直 线 , 靠 近 砂 砾 岩体 的 围 岩 振 幅 明 显 变 弱 (图 10)。(2)一 种 特 殊 岩 性 — — 火 成 岩 模 型 设 计 。 大 家 都知 道 , 火 成 岩 在 地 震 剖 面 上 表 现 为 强 振 幅 反 射 , 对 下伏 地 层 具 有 较 强 的 屏 蔽 作 用 , 造 成 围 岩 反 射 较 弱 。 我图 9  砂 砾 岩 体 地 震 剖 面图 10  砂 砾 岩 体 模 型 (左 )地 震 响 应 (右 )图 11a  火 成 岩 地 质 模 型491 石 油 地 球 物 理 勘 探 2002 年  © 1994   火 成 岩 模 型 的 地 震 响 应火 成 岩 地 层 速 度 为 4900m 1c  火 成 岩 模 型 的 地 震 响 应火 成 岩 地 层 速 度 为 3600m 设 计 类 似 的 条 形 带 火 成 岩 模 型 。 当 火 成岩 速 度 为 4900m s 时 , 下 伏 地 层 的 地 震 反 射 较 弱(速 度 差 大 ) ; 当 火 成 岩 速 度 为 3600m s, 下 伏 地 层 的地 震 反 射 明 显 加 强 (速 度 差 小 ) ; 而 对 上 覆 地 层 的 影响 则 不 明 显 (图 11a~ 图 11c)。结   束   语地 震 模 型 技 术 架 起 了 地 质 与 地 震 之 间 相 互 沟 通的 桥 梁 , 完 善 地 震 资 料 地 质 解 释 的 正 、 反 演 两 个 过程 , 在 构 造 解 释 尤 其 在 岩 性 解 释 方 面 , 为 我 们 确 定 合理 的 解 释 方 案 提 供 了 有 力 的 依 据 。实 例 表 明 , 在 地 震 模 型 技 术 分 析 中 , 对 深 层 气 藏的 征 、 砂 砾 岩 体 的 解 释 及 确 定 大 套 地 层 构造 等 几 个 方 面 , 都 取 得 了 良 好 的 效 果 , 为 应 用 模 型 技术 进 行 岩 性 解 释 提 供 了 有 益 的 探 索 。本 项 研 究 得 到 了 胜 利 油 田 有 限 公 司 物 探 研 究 院计 算 室 和 沾 车 室 的 大 力 支 持 , 在 此 表 示 感 谢 。参 考 文 献[1 ]  陆 基 孟 . 地 震 勘 探 原 理 . 石 油 大 学 出 版 社 , 1993[2 ]  美 国 勘 探 地 球 物 理 学 家 学 会 第 60 届 年 会 论 文 集 . 石 油工 业 出 版 社 , 1992[3 ]  普 泽 列 夫 H H. 反 射 波 法 地 震 勘 探 资 料 解 释 . 中 国 工 业出 版 社 , 1963(本 文 编 辑 : 任 敦 占 )591  第 37 卷   增 刊                       姜 秀 清 等 : 模 型 技 术 在 地 震 解 释 中 的 应 用
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