地震属性对速度不确定性的影响

1、地震属性与速度不确定性的关系探讨王锡文蔡其新 刘联海 秦广胜(中原油田分公司物探研究院河南濮阳457001)摘要:本文探讨了海上数据集中速度的不确定性与AVO有关的地震属性之间的关系。利用初始速度模型，可以产生它的扰动。对每一速度扰动，叠前波动方程偏移可应用于数据中。在偏移后的CMP道集中，应用相似性图分析来测量速度的相干值，计算出包括AVO截距、AVO梯度以及远近偏移距叠加。在研究的CMP范围内，对属性与速度相干值的交会图所产生的初步结果进行分析可知，对于最大相似性相干类方法而言，相干值越低其属性值越分散；相干值越高其属性值越集中。关键词: 速度不确定性；最大相似性；相干值；属性；AVO速度

2、估算是地震成像问题中极其重要而又非常困难的一步。由于速度估算的非唯一性缘故，通过对速度模型与地震属性之间关系的了解，可以帮助洞察地震成像问题。因此，本文研究的目的是为了了解地震属性对速度不确定性的影响程度，找到二者之间的关系，进而产生可靠的方法进行AVO反演，同时通过区分不同的速度模型与AVO有关属性之间的差别来解决成像问题。1、理论分析1.1 速度不确定性产生的原因产生速度不确定性的原因可归纳为两种类型。第一种类型是与生产试验的不完善性有关，例如记录排列的有限长度、震源信号的有限带宽和不连续的记录位置。众所周知，高速层的估算比低速层包含更多的不确定性。第二种类型更广泛，它包括非理想介质的影响

3、，例如介质的非均匀性、介质的各向异性、不规则地下界面以及将三维数据体当成二维处理时所引起的不规则性。一些处理假象和实验误差也可归为此类，例如静校正问题严重和不规则的排列形状等等。所有这些因素的影响将会导致非双曲线动校正或者是在精确的双曲型绕射曲线上产生随机时间扰动。1.2速度估算问题及其与AVO之间的关系AVO分析需要叠前偏移数据，而速度估算是成像问题的一个关键因素。速度估算影响了AVO响应，这是因为它改变了同相轴的位置和所产生的振幅值3。由于复杂地区很难估算速度模型，因此了解AVO属性对速度模型变化的影响是非常重要的。1.3AVO理论地震反射系数随偏移距的变化可用作直接油气指示(DHI) 4

4、5。地震反射透射系数随入射角（以及偏移距）变化和岩石参数之间的物理关系，可用Zoeppritz方程来表示。由于Zoeppritz方程的非线性特性，因此产生了几个近似解67。方程(1)显示的是Shuey的简化式，它包含三项来刻画反射系数，分别为反射系数在正入射、中等角度和临界角情况下的表达式，简化了的Zoeppritz方程允许进行AVO反演的计算，从而利用实测的反射振幅随角度的变化值来估算弹性参数。(1)从AVO分析可以AVO截距，即正入射反射系数。还可以得到AVO梯度，即方程(1)中第二项的系数。由于文中所用的属性不是从偏移距域中的CMP道集计算得到的，而是从偏移射线参数域中的CMP道集上得到

5、的。因此，称这些属性为与AVO有关的属性。在偏移射线参数域中，偏移射线参数与孔径角有关，而与入射角无关8。2 实现步骤本文研究的地震数据来自海上的数据集。该数据集共有1024个CMP道集，插值后间隔为25m。图1a是偏移后的剖面，其间有两个极性相反的目标反射层：基底模拟反射面（BSR）和平反射层（图中的Flat reflector）。BSR 是一特征地震层，它与甲烷水合物的稳定区带的基底有关联。文献9指出，该层标志着从水化物沉积向含气饱和沉积物的转移；同时，BSR下的平反射层标志着从含气饱和沉积物向盐水饱和沉积物的转移。用于此项工作的初始模型如图1b所示。距离（km）时间（s）时间a 偏移后的

6、地震剖面 b 初始速度模型图1 地震数据和速度模型为了确定AVO有关的地震属性与速度不确定性之间的关系，我们制作了几个属性与速度相干值方法的交会图。产生最终绘图结果的过程如图2所示。速度模型速度扰动偏移距相干值测量属性计算偏移距相干值属性图2 产生属性与速度相干值交会图的步骤利用初始速度模型，我们可以产生它的扰动。从图1b中可以看到，与含气饱和沉积物有关的BSR下面存在着一个低速带（从CMP距离为32km附近开始）。因为该低速带的复杂性，所以速度的估算非常困难，同时偏移速度可能包含有误差。假定这些误差是零均值随机变化的，因而可将这种扰动引入到初始速度模型中。这样可以产生新的速度模型。利用修改后

7、的速度模型，将叠前波动方程偏移应用于数据中8。所得到的成像是偏移射线参数的函数，与孔径角、沿着主测线方向的倾角以及速度函数有关，其关系式如下：(2)相似值速度偏移射线参数振幅从偏移后的CMP道集中可以计算出偏移距相干值以及AVO 属性，相干值越大，速度模型越好。为了测量每一速度模型的相干值，将相似性图分析应用到所产生的偏移CMP中。对于每一个CMP产生了两种相干值，即最大相似性和速度增量（）。最大相似性是通过拾取与速度扰动有关的相似性图中的最大相似值来计算的。速度增量是利用最大相似性有关的速度，与用于反动校正的叠加速度之间的差异计算得到（图3）。图3 CMP(46.9到47.1km)相似性图

8、图4 振幅随偏移射线参数变化曲线 把反射系数当作反射角度的函数来分析（AVO分析），我们检查偏移射线参数域中的CMP道集。发现该域中目标同相轴并不是完全平的，同相轴中存在一些剩余时差，影响在远偏移距上振幅的拾取。为了解决此问题，应用了一个剩余动校正，将远近偏移距上的一些道切除掉，然后在一个时窗内拾取平反射层的最大振幅值，而不是正好在反射层上拾取。图4显示的是CMP在距离为47km处经50次扰动后的振幅随偏移射线参数变化的曲线。利用这些拾取的振幅值，我们可以计算属性：截距、梯度和远近偏移距叠加。截距和梯度属性分别是振幅值的零交叉和最佳直线逼近的斜率（最小二乘方曲线拟合）。远近偏移距属性是指叠加振

9、幅在近偏移距与远偏移距之间的差异。由于沿着平反射层的不连续性（参照图1），为了避免由BSR反射层引起的调谐效应，我们利用结果中反射层比较强的那部分。因此，我们选择距离为47km处的CMP来绘制属性与相干性图。下一部分我们将分析所得到的绘图结果。3 结果分析根据文献7，当下伏介质纵向速度和泊松比都比较大时，反射系数趋向于随着入射角的增大而增大。假设平反射层标志着从含气饱和沉积物向含盐饱和沉积物的转移9，又因为含气饱和沉积物其泊松比异常地低4，因此我们期望能够在平反射层上得到AVO响应。然而，从图4可看到总的趋势是相反的，即振幅值随着偏移射线参数的增加而减小，尽管在近偏移距正如期望一样，趋向于随着

10、偏移射线参数的增加而增大。对这种偏差有几种可能性的解释。一方面，原始假设平反射层标志着从含气饱和沉积物向含盐饱和沉积物的转移可能在此不成立；另一方面，这种偏差可能是使用方法不当的问题，例如我们所考虑的属性并不严格是AVO属性。利用在距离为47km附近的CMP上计算的相干值大小和属性值，我们制作了振幅与相干值的交会图（如图5和图6）。总体上说，很难得出属性与速度相干值的确定性趋势。但是对于最大相似性相干类方法来说，如图5所示，可以看到相干值越低属性值越分散；相干值越高属性值越集中。我们把相干值分类，并且产生五组数据采样值，然后计算每组的方差和标准偏差。对于最大相似性方法而言，结果表明当相干值减小

11、时，方差和标准偏差值偏高。最大相似值AVO截距最大相似值远近偏移距振幅最大相似值AAVO梯度图5 距离47km 附近CMP的地震属性随最大相似性变化图速度增量速度增量速度增量远近偏移距振幅AVO梯度AVO截距图6 距离47km 附近CMP 的地震属性随速度增量变化图4 结束语在所研究的CMP范围内，从属性与相干值交会图的初步结果中可以得出结论，对于最大相似性相干类方法，相干值越低属性值越分散；相干值越高属性值越集中。对于更确定性的结果，建议做更多的工作来改善速度相干值的测量方法。可以尝试其它相干测量方法（如剩余动校正量的大小）对平反射层的其它方面进行分析，并且在更简单的数据集上进行试验。同时，

12、我们认为使用一个合成模型进行研究以便更好地控制数据也是非常重要的。参考文献1 Chen Q., Sidney S., Seismic attribute technology for reservoir forecasting and monitoring. The Leading Edge, 1997, 16(5): 445456.2 Castagna J. P., Batzle M. L., Kan T. K., Rock physics-the link between rock properties and avo response in Castagna

13、, J. P., and Backus, M. M., Eds., Offset dependent reflectivity-Theory and practice of AVO analysis. Society of Exploration Geophysics, 1993: 135171. 3 Grubb H., Tura A., Interpreting uncertainty measures for AVO migration/inversion. Expanded Abstracts of 67th Annual Internat. Mtg., Soc. E

14、xpl. Geophys., 1997: 210213.4 Ostrander W. J., Plane-wave reflection coefficients for gas sands at nonnormal angles of incidence. Geophysics, 1984, 49(10): 16371648.5 Swan H. W., Properties of direct AVO hydrocarbon indicators in Castagna, J. P.; Backus M. M. Eds., Offset depende

15、nt reflectivity-Theory and practice of AVO analysis. Society of Exploration Geophysics, 1993: 7892.6 Aki K. I., Richards P. G., Quantitative seismology: Theory and methods. W. H. Freeman and Company, New York, 1997.7 Shuey R. T., A simplification of the Zoeppritz equations. Geophysics, 1985, 50(4): 607614.8 Prucha M.&