物探新方法新技术之六：AVO技术(AmplitudeVariationwithOff).doc

6 AVO技术AVO技术是利用反射系数随入射角变化的原理，在叠前道集上分析振幅随偏移距变化的规律，估求岩石的弹性参数、研究岩性、检测油气的重要技术。AVO是振幅随偏移距变化(Amplitude Variation with Offset)的英文缩写或振幅与随偏移距关系(Amplitude Versus Offset) 的英文缩写，AVA是振幅随入射角变化(Amplitude Variation with Incident Angle)的英文缩写。在地震勘探中，共中心点道集记录的偏移距可以等价地用入射角表示，故AVO与AVA等价。该技术自20世纪80年代提出以来，在油气勘探中不断发展，并得到迅速推广和广泛应用。尤其是在天然气勘探中指导寻找天然气藏发挥了重要作用，对提高天然气勘探成功率受到了很好的效果。从近几年的技术发展情况看，P波方位AVO已作为一种预测油气藏各向异性的有效方法而受到青睐。6.1 AVO技术的理论基础根据地震波动力学中反射和透射的相关理论，反射系数(或振幅)随入射角的变化与分界面两侧介质的地质参数有关。这一事实包含两层意思：一是不同的岩性参数组合，反射系数(或振幅)随入射角变化的特性不同，称为AVO正演方法；二是反射系数(或振幅)随入射角变化本身隐含了岩性参数的信息，利用AVO关系可以反演岩石的密度、纵波速度和横波速度，称为AVO反演方法。6.1.1 Zoeppritz方程AVO技术的理论基础就是Zoeppritz方程及其简化的思路。设有两层水平各向同性介质，当地震纵波非垂直入射(即非零偏移距)时，在弹性分界面上会产生反射纵波、反射横波、透射纵波和透射横波，见图61。各种波型之间的运动学关系服从斯奈尔定理 (6-1)图61 入射波、反射波和透射波的关系式中 、纵波、横波的反射角；、纵波、横波的透射角；、反射界面上下介质的纵波速度；、反射界面上下介质的横波速度。在这种情况下，反射系数的变化与偏移距的变化(或者说与入射角的变化)有关，计算反射系数需要解一个四阶线性矩阵，即Zoeppritz方程 (6-2)式中 、纵波、横波的反射系数；、纵波、横波的透射系数；、反射界面上下介质的密度。(6-2)式揭示了反射系数(影响反射波振幅的主要因素)与入射角及界面两侧介质的物理性质之间的关系。当入射角为零(即零偏移距)时，按照斯奈尔定理， 解Zoeppritz方程得 (6-3)用Zoeppritz方程计算出的反射系数，与实际观测反射波振幅是有差别的，主要原因是：(1) Zoeppritz方程描述的是平面波，实际观测的是球面波；(2) Zoeppritz方程给出的是波沿传播方向的反射系数，这与观测所得反射系数不同；(3) Zoeppritz方程给出的是两个半无限空间界面的反射(非层状介质)，不存在各个界面反射子波的相互干涉；(4) 在Zoeppritz方程中，振幅是在不考虑诸如透射损失、衰减、球面发散、检波器的方向特性等影响因素下的反射系数的测量值。由此可见，基于Zoeppritz方程所求的反射系数的解，不可能作为精确的地震响应，只能是一种近似。Zoeppritz方程可以预测任意岩性组合时振幅的变化，但对AVO分析来说，只对以下三种情况感兴趣：(1) 若波阻抗和(或)值通过界面时同时减小，或者是同时增大(相同方向变化)，则反射系数随入射角增加而增加，见图62(a)；(2) 若波阻抗和(或)值通过界面时，一个减小，而另一个增大(不同方向变化)，则反射系数随入射角增加而减小，见图62(b)；(3) 若泊松比通过界面时保持不变，则反射系数变化很小，可近似认为几乎保持不变，见图62(c)。图62 AVO响应(纵坐标为反射系数，横坐标为入射角)6.1.2 Zoeppritz方程的近似方程求解Zoeppritz方程是非常复杂的，并且难以给出清楚的物理概念。因此，人们提出了不同形式的近似方程，使其更加容易理解，有较明显的物理意义。这些近似方程也就成为当前AVO分析的基础表达式。1Aki和Rechards(1980)的近似方程在大多数情况下，认为相邻两层介质的弹性参数变化较小，即、和其它值相比为小值，所以可略去它们的高次项，纵波的反射系数近似为 (6-4)其中、和分别为反射界面两侧介质纵波速度、横波速度和密度的平均值，即、和分别为反射界面两侧介质纵波速度、横波速度和密度的差值，即为纵波入射角与纵波透射角的平均值，即(6-4)式说明纵波反射系数除了与纵波速度、密度有关外，还与入射角、透射角和横波速度(泊松比)有关。因此，在叠前CDP道集中，非零炮检距地震道的反射系数(或反射振幅)就包含了横波的信息，故AVO属性中包含了横波与泊松比的信息。使用AVO特征相当于纵、横波联合解释有助于提高油气检测的准确性。由于，(6-4)式经整理后变为 (6-5)当上式用代入后得到 (6-6)(6-6)式第一项中不包含横波，即。令 (6-7)这就是垂直入射时的纵波反射系数。当入射角稍大(030)时，应加上第二项，因为此时第三项的 ，而又较小，所以可略去。只有当入射角较大(30)时， 此时增加较快，不能忽视，必须加上第三项。因此，当入射角小于30时，(6-6)式可简化为 (6-8)令 (6-9)此时(6-6)式可写成 (6-10)上式为的线性方程，其中P是由零炮检距截距构成的地震道，即P波叠加的地震道，它代表对反射界面两侧的波阻抗变化的响应；由斜率G构成的地震道称为梯度叠加道，它代表对反射界面两侧的横波速度、纵波速度和密度变化的响应，也是振幅随入射角(或炮检距)的变化率。2Shuey(1985)的近似方程现在AVO分析中常用的是Shuey(1985)的简化方程 (6-11)其中和分别为反射界面两侧介质泊松比的平均值与差值，即， (6-11)式和(6-6)式基本相同，表明纵波反射系数由三个近似独立的项组成：(1)法线入射项，同波阻抗差成正比；(2)适中角入射项(00)说明AVO增加区域，可能暗示有油气存在。图611碳氢检测剖面。以上讨论了五种AVO属性叠加剖面，其实最基本的只有前两种剖面。它们之间的加、减、乘运算，得到了后面的三种剖面。实际应用时，根据具体情况选择两三种。而最重要的是，在这些属性剖面上做进一步的处理，如波阻抗反演，而AVO分析的效果将在最终的波阻抗剖面上得到体现。 图67 P波剖面 图68 梯度剖面 图69 泊松比剖面 图610 S波剖面图611 碳氢检测剖面6.4 方位AVO6.4.1 方位AVO方法原理对于HTI(Transverse Isotropy with a Horizontal axis of symmetry)介质，平行对称轴方向的泊松比大于垂直对称轴方向的泊松比。从平行对称轴方向到垂直对称轴方向，泊松比的变化引起了不同方位上的AVO梯度随之变化。方位AVO将同一个CDP面元的地震道按炮点检波点连线的方位角分成若干个方位道集，分别对各方位道集进行AVO反演，获得不同方位的AVO梯度、截距等AVO属性。根据方位AVO属性和各向异性介质理论，确定裂隙发育带的方向、密度等。6.4.2 方位AVO提供的成果图件(1) 方位AVO道集；(2) AVO梯度、截距、乘积等属性数据体或剖面；(3) 裂隙方向、裂隙密度水平切片图和层位切片图；