Walkaway井地联合地震资料Q值波形反演方法.doc

Wal ka wa y 井地联合地震资料 Q 值波形反演方法杨宇山 , 李媛媛 , 刘天佑(中国地质大学 (武汉) 地球物理与空间信息学院 , 湖北 武汉 430074) 摘要 传统的品质因子 Q 值估算方法通常是基于 V SP 资料或者叠加的地面地震资料 , 在薄互层存在的情况下 , 它们难以提取地震子波及有效地分离固有衰减和散射衰减 。为了获得更可靠的地震波衰减图像 , 研究 采用了一种基于 Wal kaway 井地联合地震资料的波形反演来求取 Q 值的方法 。通过理论模型的数值计算分 析 , 探讨了初始模型厚度 、Q 值及噪声对反演结果的影响 。合成的 Wal kaway 井地联合地震资料的衰减估计 结果表明 , 波形反演的 Q 值估算方法充分利用了各种波的运动学和动力学信息 , 避免了初至拾取和波场分 离等处理困难 , 并能减小可能的人为误差 , 提高计算的精度 。将该方法用于某油田的高分辨 Wal kaway 井地 联合地震资料 Q 值估计 , 结果表明 , 介质品质因子 Q 与介质性质和孔隙流体有良好的对应关系 。 关键词 Wal kaway 井地联合地震勘探 ; 品质因子 ; 波形反演 中图分类号 P6311 44 文献标识码 A 文章编号 100029752 (2009) 0220053206当地震波在粘弹性介质中传播时 , 介质粘滞性引起的吸收作用是导致地震波能量衰减的主要因素之一 , 这种介质所固有的衰减特性通常用品质因子 Q 值来描述 。地下介质的 Q 值是研究地震波能量衰减与 地下流体性质之间关系的重要参数 1 。然而在实际中 , 品质因子 Q 值并没有得到充分的利用 , 其主要原因 是缺少一种精确可靠的 Q 值估算方法 。目前常用的 Q 值估算方法有谱比法 、升时法 、质心频移法 、互相关法 等 27 , 然而 , 这些方法在实际应用过程中常常会遇到以下两方面的困难 8 : 一般所说的且感兴趣的地 震衰减是指由孔隙流体和岩石结构产生的固有 ( 内在) 的衰减 , 它必须与散射衰减区分开来 。然而在薄互 层情况下 , 所观测到的地震衰减通常是固有衰减和散射衰减的总和 , 由于这两种衰减对地震波的作用非常 相似 , 很难将它们完全分离开来 。传统的 Q 值估算方法都要对子波进行提取 , 而对于实际资料而言 , 当 有薄层的情况下 , 子波的提取是非常困难的 , 并且由于传统谱分析的局限性 , 很难通过它来提取地震记录 中子波的频谱 。综上所述 , 研究新的 Q 值估算方法是十分必要的 。笔者利用 Wal kaway 井地联合地震资料 , 采用波形反演的方法对介质 Q 值进行估算 。由于波形反演能 够最大限度地利用各种波的运动学和动力学信息 , 减轻初至拾取和波场分离等处理困难 , 减小可能的人为 误差 , 提高计算的精度 , 因此 , 在理论上该方法优于传统的 Q 值估算方法 。Wal kaway 井地联合地震勘探是 一种在同样的激发条件下 ,同时同步采集地面地震资料和井中 V SP 资料的新技术 , 通过井 、地资料的联合 , 可以充分利用两种资料的优点 , 相互约束 , 相互补充 。基本原理在一维粘弹性介质中 , 上 、下行波之间有如下递推关系式 9 :11/ w k t kc k w k / tkU k +1D k +1U k( 1)=ck / w k t kw k / tk D kh k - h k式中 , U k 、D k 、ck 、tk 分别表示在第 k 层界面上的上行波 、下行波 、反射系数和透射系数 ; w k = ei e/ hk( 其中 = , =,为角频率 ,v k 为相速度 , hk 为层厚度) 10 。如果已知介质的层数 N 以及各层反v k2 Qv k 收稿日期 2009202203 作者简介 杨宇山 ( 19772) , 男 , 2000 年大学毕业 , 博士 , 讲师 , 现主要从事地球物理反演理论及应用研究工作 。射系数和厚度 ( 如图 1 所示) , 则有 :01/ w k t kc k w k / tkF11F21F12- R1 + R- R=( 2)ENck / w k t kw k / tkF22 1 + R式中 , R 、E 分别表示地面反射及第 N 层透射 。由式 ( 2) 可以求得 := F12 = F11 F22 - F12 F21R ()E ()( 3)F11 - F12F11 - F12将求得的地面反射 R () 代入到式 ( 1) 中 , 就可以求得 V SP 地震冲击响应序列 。根据联合反演理论 11 , 井地联合地震波形反演就是使目标函数 : = W 2 S -S f 2+ W 2V f 2V V -( 4)s最小 。式中 , S 为地面地震观测值 ; V 为 V SP 观测值 ; S f 为模型正演地面地震数据 ; V f 为正演 V SP 地震数 据 ; W S 、W V 分别为相对加权矩阵 , 它对数据作归一化 。当地层界面起伏变化不大时 , 并且假设同一地层中的品质因子 Q 在横向和纵向上是不变的 , 平面波垂直入射垂直反射 ( 如图 2 所示) , 那么地层模型就可以参数化为 :m = ( Q1 , Q2 , , Qk ; D11 , D12 , , D1 k ; D21 , , D2 k , , D n1 , , D nk ; L )( 5)式中 , D 为地层厚度 ; Q 为地层的品质因子 ; L 为幅值缩放比例因子 。由此可得 , 如果有 N S 道地面地震自激自收记录和 N V 道零偏 V SP 记录 , 则模型 m 的参数个数为 ( N S+ 1) ( k + 1) 。图 1 层状介质模型中平面波传播示意图图 2 Q 值剖面离散化示意图在实际资料的联合反演中 , 初始模型最好是根据钻井资料与井中地球物理结果来确定 , 并且这些资料或数据还可以作为反演中的参数约束条件 。对比叠加剖面上反射旅行时径迹与所对应的反射层位在钻 孔中的深度位置 , 就可给出较好的各个界面的初始深度值 。另外 , 测井资料提供的各层的岩性 、饱和度 、孔 隙度 、渗透率等参数可以作为选取初始 Q 值的参考 。221 1井地联合波形反演数值计算与分析井地联合波形反演分析对于反问题 (4) , 研究采用广义线性反演方法 , 并用 SVD 解方程 。为了验证方法的可靠性和稳定 设计了如图 3 (a) 所示的 4 层水平层状模型 , 并分析了初始模型参数的选取以及观测噪声对反演性 ,结果的影响 。图 3 ( b) 是选用主频为 30 Hz 的 Ricker 子波模拟的地震记录道 。1) 初始模型厚度对反演结果的影响 将初始模型的第 2 层厚度由 240 m 逐渐增大到 360 m , 即与真 值的偏差为 - 6060 m , 其他各层参数都取理论值 , 反演结果的误差曲线如图 4 所示 。由图 4 可以看 出 , 除了初始模型的目的层位厚度为 240 m 和 360 m ( 即偏差为 60 m) 时的初始模型外 , 其他初始模型的反演结果都能很好的收敛于理论模型 , 也就是如果初始模型的地层厚度误差在地震子波的 1/ 2 波长55第 31 卷第 2 期杨宇山等 : Wal kaway 井地联合地震资料 Q 值波形反演方法图 3 4 层水平层状模型 ( a) 与正演模拟的地面地震记录道 ( b)图 4 不同初始层厚度的反演结果误差曲线2) 初始模型 Q 值对反演结果的影响将初始模型的第 2 层 Q 值由 20 逐渐增大到 1500 ,其他各层参数都为理论值 , 反演结果的误差曲线如图 5 所示 。可以看出 , 初始 Q 值的取值对反演结果的影响不大 。图 5 不同初始 Q 值的反演结果误差曲线3) 噪声对反演结果的影响由于实测数据含有随机误差 , 必然引起数值计算结果误差 , 因此 , 波形 Q 值反演算法是否稳定 , 要作必要的检验 。研究中通过 2 种方式得到含噪合成记录 , 第 1 种方式是将 产生的随机数组作为噪声 , 直接加到合成记录上 ; 第 2 种方式是将与子波褶积后的序列作为噪声 , 加到 合成记录上 。图 6 是第 1 种方式得到的含噪声合成地震记录道及反演结果 , 图 7 是第 2 种方式得到的含 噪声合成地震记录道及反演结果 。从反演结果可以看出 , 对于第 1 种噪声 , 地层厚度反演和 Q 值反演 都反应不敏感 ; 而对于第 2 种噪声 , Q 值反演反应较敏感 , 而地层厚度反演反应较不敏感 。因此 , 算法 对第 2 种噪声的抵抗能力较差 。21 2 井地联合反演数值计算建立 4 层水平层状模型 , 各层参数如下 : 第 1 层厚度 250 m , 速度 2000 m/ s , 品质因子 50 ; 第 2 层 厚度 300 m , 速度 6000 m/ s , 品质因子 120 ; 第 3 层厚度 250 m , 速度 4000 m/ s , 品质因子 80 ; 第 4 层速图 6 含噪声合成地震记录道 (a) 及其反演结果 ( b)(噪声水平为信号最大幅值的 20 %) (方式 1)图 7 含噪声合成地震记录道 (a) 及其反演结果 ( b)(噪声水平为信号最大幅值的 20 %) (方式 2)度 6000 m/ s , 品质因子 150 ; 各层密度均为 21 5 g/ c m3 。地面地震采用自激自收方式 , 道间距和炮间距为10 m , 共 101 道 , V SP 采用零偏方式 , 井位于模型中央 ; 井中道间距为 10 m , 共 100 道 。正演模拟的井 地联合地震剖面 (含 1 %随机噪声) 如图 8 (a) 所示 , 左边是地面地震的自激自收剖面 , 右边是零偏移 距垂直地震剖面 。反演初始模型取各层厚度分别为 250 、300 、250 m , 各层 Q 值均取为 100 。在反演过程中 , 给定 V S P 与地面地震的权重比率为 11 2 1 。经过 10 次迭代之后的反演结果如图 8( b)所示 。图 8 井地联合地震剖面 ( 含 1 %随机噪声) 及井地联合反演结果实际地震资料的 Q 值波形反演计算实际数据取自南阳油田泌阳凹陷泌 282 井的高分辨 Wal kawa y 井地联合地震资料 。一维井地联合 Q 值波形反演利用的是地面叠加资料以及零偏 V SP 资料 , 因此 , 首先需要对井地联合地震资料进行常规 处理 , 图 9 (a) 是井地联合地震 B282201 线中段叠加剖面 , 图 9 ( b) 是 Wal kaway V SP 的零偏移距道 集 。泌 282 井位于剖面中央 , 利用零偏 V SP 剖面对层位进行标定与追踪 , 并依据声波时差和密度测井 结果建立了如图 10 (a) 所示的初始模型 , 图 10 ( b) 是井地联合 Q 值波形反演结果 。由泌 282 井测井 资料可以 知 道 , 该 井 的 主 要 含 油 层 段 为 : 1334 1336 m , 2069 2072 m , 2079 2083 m , 2149 2155 m , 2266 2271 m , 2435 2438 m 。从反演的 Q 值剖面可以发现 , 含油层段的地层品质因子为中 低值 , 大约在 2060 之间 , 这些含油层段的岩性主要为粉砂岩 , 孔隙度和渗透率都较好 ; 泥岩和页岩 的品质因子主要表现为中高值 , 岩层的孔隙度和渗透率较差 ; 干的粉砂岩 、页岩的品质因子较高 。由此可见 , 介质品质因子与介质性质和孔隙流体关系密切 。357第 31 卷第 2 期杨宇山等 :Wal kaway 井地联合地震资料 Q 值波形反演方法图 9 实际 Wal ka way 井地联合地震资料图 10 井地联合 Q 值波形反演结果4结论1) 波形反演能够最大限度地利用各种波的运动学和动力学信息 ,减轻初至拾取和波场分离等处理困难 , 减小可能的人为误差 , 提高计算的精度 , 因此 , 在理论上该方法优于传统的 Q 值估算方法 。2) Wal kaway 井地联合地震资料 Q 值波形反演通过井 、地资料的联合 , 可以充分利用 2 种资料的 优点 , 相互约束 , 相互补充 。3) 理论模型试算表明 SVD 的波形反演 , 不依赖于初始 Q 值的选取 , 且抗噪能力强 , 但要求初始 模型中地层深度参数选取较为准确 。4) 实际 Wal kawa y 井地联合地震资料的 Q 值波形反演结果表明介质品质因子与介质性质和孔隙流体关系密切 。本研究受中国地质大学 (武汉) 优秀青年教师计划资助项目 ( CU GQ NL 0726) 资助 。 参考文献 1 Best A I , McCann C , So t hco t t J1 The relatio nship s bet ween t he velocitie s , at t enuatio ns a nd pet rop hysical p rop er tie s of reser voi r sedi2ment a r y rocks J 1 Geop hysical Pro sp ecti ng , 1994 , 42 ( 1) : 1511781 2 Sun Sh J1 Det er mi natio n of sei smic at t enuatio n f ro m surf ace a nd do wn hole mea sure ment s D 1 O kla ho ma : U niver sit y of O kla ho ma ,20001 3 Kjar t a nsso n E1 Co nst ant Q wave p rop agatio n a nd at t enuatio n J 1 J1 G1 R1 , 1979 , 84 ( 4) : 473747481 4 Da sgup t a R , Cla r kz R A1 Esti matio n of Q f ro m surf ace sei smic reflectio n dat a J 1 Geop hysics , 1998 , 63 ( 12) : 212021281 5 Qua n Y L , Ha r ri sy J M1 Sei smic at t enuatio n to mo grap hy usi ng t he f requency shif t met ho d J 1 Geop hysics , 1997 , 62 ( 3) : 895 9051 6 王辉 , 常旭 , 刘伊克 , 等 1 时间域相邻地震波衰减成像研究 J 1 地球物理学报 , 2001 , 44 ( 3) : 3964021 7 马昭军 , 刘洋 1 地震波衰减反演研究综述 J 1 地球物理学进展 , 2005 , 20 ( 4) : 107410821 8 王辉 , 常旭 , 高峰 1 井间地震波衰减成像的几种方法 J 1 地球物理学进展 , 2001 , 16 ( 1) : 1041091 9 A ki K , Richa r d P G1 Q ua ntit ati ve sei smolo gy : t heo r y a nd met ho ds M 1 New Yo r k : W1 H1 Free ma n , 19801 1681691 10 Bickel S H , Nat a raja n1 Plane2wave Q deco nvol utio n J 1 Geop hysics , 1985 , 50 ( 9) : 142614391 11 杨文采 1 地球物理反演和地震层析成像 M 1 北京 : 地质出版社 , 19891 编辑 弘 文(上接第 52 页)T d = L + T举例来说 , 若扫描带宽 B( 12)= 500 Hz , T= 40 ms , T等效的采样点数等于 20 。= 100 Hz , 采样率 f s5结论1) 在滑动扫描数据采集的施工中 , 滑动时间越大混叠越小 。为了提高施工效率并保证进行有效地信号分离 , 滑动时间不能小于式 (12)给出的 Td , 也就是说必须大于听记录长度 L 。2) Td 的选取与扫描信号相关子波的等效时宽 T有关 , 它是产生信号混叠的主要原因 。因此 , 为了减少混叠 , 可选择等效时宽 T小 , 也就是压缩比大的扫描信号 。相关可控震源扫描信号的选择可参考文献 1 , 6 。 参考文献 1 Go upila ud P L1 Signal de sign i n t he vi bro sei s t echnique J 1 Geop hysics , 1974 , 41 ( 11) : 129113041 2 刘益成 1 实时相关叠加器相关算法综述 J 1 石油物探 , 1993 , 32 ( 1) : 1131181 3 Thacker P1 Slip sweep si mulatio n We st er n De ser C 1 Present ed at t he 70t h SE G A nnual Meeti ng , 20001 4 庞长永 1 多组震源滑动扫描教激发方式 J 1 物探装备 , 2006 , 16 ( 2) : 92941 5 刘益成 , 孙祥娥 1 数字信号处理 M 1 北京 : 电子工业出版社 , 20041 1215 , 1131221 6 林茂庸 1 信号理论与应用 M 1 北京 : 电子工业出版社 , 19901 1551681 编辑 弘 文Algo rit hm to co mp ute all2time re si stivit y rapidly and accurat el y wa s develop ed1 Thi s technique sea rche s a resi stivit y val ue w ho se elect ro mo tive fo rce fit s t he act ual val ue by reductio n of half t he po ssible resi stivit y ra nged to reduce co mp utatio n time1 Co mp uted re sult s of t heo retic data sho w t hat t hi s technique i s rapid and accurate , w hich ta ke s o nly 1 minute and wit h le ss t han 01 1 % relative er ro r1Key words : t ra nsient elect ro magnetic met ho ds ; all2time app a rent re si stivit y ; al go rit hm ; cent ral loop50 Analysis of Signal Separat ing Pr inc iple f or Sl ip2s weep Records of VibratorLIU Yi2che ng ( Col le ge o f Elect ronics an d I n f or m at i on , Y an g t z e U ni ve rsi t y , J i n g z hou 434023 , H ubei , Chi na)CHEN Lia n2qing , YI Bi2jin , HAN Xiao2quan( De p a rt ment o f Equi p ment B G P I nc1 , C N P C1 , Z h uoz hou 062751 , Hebei , Chi na)Abstract : By using several gro up s of vibrato r o verlaping sca nning in time , t he slip2sca nning mo de of vibrato r s co uld de2 crea se t he average cycle time of each dat um acqui sitio n a nd i ncrea se p ro ductivit y significa ntly1 The key p ro blem of slip2 sca nning mo de i s ho w to select slip2time t hat ca n sho rten t he average cycle time of each dat um acqui sitio n a s well a s re2 duce signal alia sing w hen sep arating t he co mpo und reco r ds of multi2gro up s of vibrato r s into a reco r d of single2gro up of vi2 brato r s1 A s an exa mple , t hi s pap er a nalyze s signal sepa rating p rinciple fo r slip sca nning sei smic reco r ds in t heo r y wit h mo st co mmo nly used linea r sca nning signal1 It di scusse s t he ca use s of p ro duci ng alia sing bet ween reco r ds of each gro up of vibrato r s a nd poi nt s o ut t he minimum slip2time bet ween t wo gro up s of vibrato r s i n o r der to sep arate t he signal efficiently a s well met ho ds fo r decrea sing signal alia sing 1Key words : vibrato r ; slip2scanning ; signal sepa ratio n ; co nvol utio n ; co r relatio n53 Wavef orm Inversion f or Q Est imat ion on Wal ka way VSP an d Surface Seismic DataYAN G Yu2shan , LI Yua n2yua n , LIU Tia n2you ( Col le ge o f Geo p h y sics an d Geom at ics , Chi na U ni ve rsi t y o f Geosciences , W u h an430074 , H ubei , Chi na)Abstract : Traditio nal Q estimatio n met ho ds were generally ba sed o n V SP data o r stacked surf ace sei smic data1They a reincapa ble of ext racting wavelet s a nd di stingui shing t he inherent at t enuatio n f ro m t he scat tering at tenuatio n in t he p re senceof t hin int er beds1 To o btain a mo re relia ble Q image , a wavefo r m inver sio n met ho d wa s developed fo r e stimating Q f ro m t he wal kaway V SP and surf ace sei smic data1 By calculatio n wit h t heo retical mo del , t he eff ect s of t hickne ss a nd Q val ue of t he initial mo de , a s well a s t he noi se o n t he inver sio n result s were di scussed1 Theo retical mo deling indicates t hat t hewavefo r m inver sio n fo r Q e stimatio n can avoid t he difficultie s in fir st brea k pickup a nd wave field sep a ratio n by f ull y utili2 zing t he kinematic a nd dyna mic i nfo r matio n of sei smic waves1 It ca n al so reduce t he po ssible a rtificial er ro r s , and imp ro ve calculatio n accuracy1 The met ho d i s used in a cert ain oil field fo r e stimating t he Q f ro m t he wal kaway V SP a nd surf ace sei smic dat a , t he re sult sho w s t hat t he qualit y f acto r Q co r respo nds well wit h p et rop hysic s cha racter s of re servoir s1Key words : wal kaway V SP a nd surf ace sei smic explo ratio n ; qualit y f acto r ( Q ) ; wavefo r m inver sio n59 Eff ect of Seismic Veloc ity of Se ismic Imaging in the Center of Junggar Ba sinn y , Pet roChi na , U r u m qi 830011 , X i n j i an g , Chi na)Abstract : There exi sted a p ro blem of big diff erence f ro m high extent to lo w extent o n ti me do main and tecto nic do main in Well Xia nya n 31 Ba sed t hi s p ro blem , af ter t he p re2re sea rch wa s ca r ried o n 3D po st stack p roce ssi ng and a t hree2di men2 sio nal velocit y mo del wa s used to build a va ria ble velocit y st r uct ure map , by w hich ba se s wa s p ro vided fo r drilling t he Well Xia nya n 3 1 Af ter drilling , it wa s fo und t hat st r uct ural height of Well Xia nya n 3 wa s no t exi sted1 The rea so n wa st hat t he st r uct ure wa s co mplicated , lateral cha nge of sei smic velocit y wa s big and co nventio nal po st st ack time migratio n co uld no t ma ke t he ref lective wave co r rectly migrate1 It i s pointed o ut t hat velocit y stack i s t he key a nd a respo nding ve2 locit y mo deling mea sure i s p ro vided , by w hich t he di sagreement of st r uct ural dep t h a nd dual sei smic time in t he a rea i s solved , ba si s i s p ro vided fo r co nsequent well drilling1Key words : J ungga r Ba sin ; sei smic imaging ; geolo gical interp retatio n ; static co r rectio n ; velocit y mo deling p re stack dep t h migratio n63 Techn iques f or Foreca st ing the Upper Member of Guantao Formation of Xinbe i Oilf ield in Boha i wan Ba2sinCHAO J ing ( Resea rch I nst i t ute o f Geosci ences , S hen g l i Oi l f iel d Com p an y , S I N O P EC , D on g y i n g 257215 , S h an d on g , Chi na)Abstract : In view of t he character s of rapid changes of f l uvial sa nds a nd le ss explo ratio n well s and t he p ro blems of multi2 sol utio ns to fo reca st channel sands , p redictio n technique s were re sea rched in Xinbei Oilfield1 Ba sed o n sei smic data a naly2 si s a nd sta rting f ro m accurate sei smic ho rizo n cali bratio n , fi ne st r uct ure interp retatio n i s made by co herence analysi s1 In co mbinatio n wit h geolo gical co ncl usio n , cha nnel sa nds near by f a ult s are identified , a mplit ude ext ractio n a nalysi s andsp ar se spiki ng inver sio n a re used to detect t he re servoir1 Bo t h of t hem ca n well ref lect bo undar y and cha nge of sand bo die s , and have goo d co r respo nding relatio nship , by w hich goo d p redictio n eff ect i s achieved1Key words : f l uvial sa nds ; sei smic ref ectio n f eat ure s ; co herence ; at t ribute analysi s , sp a r se spiking ; inver sio n ; Xinbei Oil2field ;67 Data Min ing Ba sed on Emergent Self2organ iz ing Ma p : A Ne w Method f or Ident if ying L ithology By UsingWell Logs102249 , Chi na; S t ate Ke y L aborat or y o f Pet role u m Resou rce an d P ros pect i n g , Chi na U ni ve rsi t y o f Pet role u m , B ei j i n g 102249 , Chi na)PA Er2ha2ti , SHAO Yu , LOU Bing( Resea rc h I nst i t ute o f Pet role u m E x p l orat i on an d Devel o p ment , X i n j i an g Oi l f iel d Com p a2GUO Hai2f e ng , LI Hong2qi( Fac ul t y o f N at u ral Resou rce an d I n f or m at i on Tec h nol o g y , Chi na U ni ve rsi t y o f Pet role u m , B ei j i n gMEN G Zhao2xu( Fac ul t y o f N at u ral Resou rce an d I n f or m at i on T ec hnol o g y