油氣檢測(cè)技術(shù)原理參考資料

1、一、天然氣儲(chǔ)層頻率響應(yīng)機(jī)理分析2.1 地層的吸收特性與頻率的關(guān)系地震波在地層中傳播時(shí) , 地震波的彈性能量不可逆地轉(zhuǎn)化為熱能而耗散 , 地震波的 振幅產(chǎn)生衰減，子波形態(tài)不斷變化。因此，在反射地震記錄中除了球面擴(kuò)散和透射損 失外，還存在著地層衰減和吸收衰減，這兩者同時(shí)影響著地震波在實(shí)際地層中的傳播， 并且都是隨頻率而變化。Spe ncer的研究表明：地震波在地層中的衰減為地層衰減和吸 收衰減之和，在大于10Hz時(shí)隨著頻率的升高吸收衰減部分在兩者中起主要作用。因此 利用反射地震資料求取的地震波的衰減可以反映地層的吸收性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)室研究證明： 地層的吸收性質(zhì)對(duì)巖性的變化具有很高的靈敏性，尤其是對(duì)于介質(zhì)

2、內(nèi)流體性質(zhì)的變化 具有明顯的反應(yīng)。從巖石物理研究的角度出發(fā)，研究巖石的性質(zhì)，除了從波速測(cè)量了解其彈性性質(zhì) 外，還必須研究其非彈性性質(zhì) 即衰減的性質(zhì)。衰減這個(gè)參數(shù)的重要，就在于它主要 不取決于巖石的宏觀 整體性質(zhì)，而主要是由巖石的微觀性質(zhì) 諸如巖石內(nèi)部裂紋的 密度、分布、構(gòu)造以及孔隙流體的相互作用等確定的。這里我們依據(jù)前人研究成果，對(duì)地震波傳播情況下實(shí)際介質(zhì)的吸收性質(zhì)與巖性、 頻率的關(guān)系作如下歸納：（1）地層對(duì)各類波的吸收與波的頻率有關(guān)， 隨頻率增加而增大， 接近于線性關(guān)系。（2）地層的吸收性質(zhì)與地震波在地層內(nèi)的速度之間存在反比關(guān)系，高速的巖石， 吸收性弱；而低速的巖石，吸收性強(qiáng)。吸收性質(zhì)如同地

3、震波速一樣，頻散異常現(xiàn)象較 弱。（3）地層巖石吸收性質(zhì)首先決定于巖石保存狀態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。礦物顆粒和粒度對(duì) 吸收性質(zhì)影響不大；地層靜壓力隨深度而加大，使巖石壓緊、結(jié)構(gòu)致密，引起吸收性 變?nèi)酰皇艿狡茐牡膸r石結(jié)構(gòu)，將使它的吸收性增強(qiáng)。（4）由固、液、氣構(gòu)成的多相介質(zhì)中，對(duì)吸收性質(zhì)影響最顯著的是氣態(tài)物質(zhì)，在 巖石孔隙飽和液中滲入少量氣態(tài)物質(zhì)，可以明顯提高對(duì)縱波能量的吸收。（5）對(duì)大多數(shù)地區(qū)，泥巖的平均吸收性比砂巖強(qiáng)，砂巖的吸收性比頁巖和灰?guī)r的 吸收性強(qiáng)。砂巖含油氣時(shí)，其吸收性顯著增強(qiáng)。（6）巖石的吸收性質(zhì)還與其埋藏深度有關(guān)，隨埋藏深度增加而減少。 由此可知地層吸收性質(zhì)與巖相、孔隙度、含油氣成分等有密切

4、關(guān)系，在有利的條件下可以用來直接預(yù)測(cè)石油和天然氣的存在。2.2 數(shù)學(xué)推導(dǎo)巖石的吸收衰減參數(shù)：吸收系數(shù)a 一(2) 衰減因子h-丄(3) 對(duì)數(shù)衰減率S _!_、：(4) 品質(zhì)因子Q據(jù)石油物探第-期“地層等效吸收系數(shù)反演”一文中有如下的推導(dǎo)公式：Q) = InS1(3 )-1 nS2( w)lnW1( w )-1 nW2( w ) (5)式中S1( 3)和S2( 3)為2個(gè)時(shí)間段中地震記錄的傅氏譜,W1( 3 )和W23)為2個(gè) 時(shí)間段中子波的傅氏譜。對(duì)關(guān)系Q(3)- 3做直線擬合,求得斜率dQ/d3之后可以得到：S = 2 n / (t2-t1) * dQ/d 3(6)我們稱其為地層等效吸收系數(shù)

5、，式中的t2 - t1 為2個(gè)分析時(shí)間段中心時(shí)間差。進(jìn)一步推導(dǎo)為：S = 2 n / (t2-t1 ) * d InW1( 3 )-InW2( 3 )/d 3我們可以得出結(jié)論：1. 地層的吸收系數(shù)與 頻率有關(guān)。2. 地層的吸收系數(shù)可以通過地震波的頻率變化率來進(jìn)行計(jì)算。而且必須通過子波 譜計(jì)算，而不是直接用地震振幅譜進(jìn)行計(jì)算。3. 含氣層在頻率變化率上表現(xiàn)為”高頻衰減、低頻增加”。2.3地震模型驗(yàn)證下圖為石油大學(xué)提供的物理模型，左圖和右圖分別為介質(zhì)中充滿氣和水時(shí)的地震記 錄。上圖是模型希矩層振幅譜頻譜分析,這兩個(gè)矩形框在地含剖牌位于相同區(qū)域。分析發(fā)現(xiàn)，含氣特征為 高頻衰減，低頻增加、天然氣直接檢

6、測(cè)技術(shù)開發(fā)3.1頻譜質(zhì)量1)短時(shí)窗傅氏變換使用短時(shí)窗傅氏變換提取振幅譜。對(duì)于小尺寸的窗口如果沒有足夠的信號(hào)樣品，是不足以用常規(guī)FFT方法可靠地計(jì)算波譜的。在應(yīng)用FFT之前進(jìn)行整個(gè)地震道的某種 插值，插值步驟必定是頻率域不變的過程。即插值地震道的波譜應(yīng)等于原始地震道的 波譜。這種插值通過在原始波譜中進(jìn)行補(bǔ)0以達(dá)到所需的Nyqueist頻率來實(shí)現(xiàn)，如下短時(shí)窗傅氏變換方法2) Morlet 小波變換時(shí)域和頻域表達(dá)式為：Morlet小波變換為復(fù)數(shù)變換，其時(shí)、頻兩域都有很好的局部性。應(yīng)用其頻譜比傳 統(tǒng)的方法求得的瞬時(shí)參數(shù)有很好的抗噪性和可靠性。為了驗(yàn)證波、波變線奐的實(shí)部確虛線我虛部主頻為1-256HZ。

7、的雷小波的波譜疊加合成脈沖 信號(hào)；然后小波分解主頻為5-200HZ的譜。譜為小波變換的實(shí)部。解3.21015克子波的疊加合5-200HzO小三 成;波傅小波|51000.0140012001000子波600400波譜計(jì)算尺度序號(hào)123456主頻（Hz）5.0536.3668.02110.10612.73216.0#24m2廠窗口大小：32ms265 32.0比較得知：10窗口很小1,時(shí)線傅立葉變:焚0.9 的頻譜出現(xiàn)畸1678442330”、的建議變換這里,k為常數(shù),an為關(guān)于f的多項(xiàng)式的系數(shù)。在求出an(n0,1,2? ,N)后，對(duì)于確定的N和k,將計(jì)算出的an代入上式，就可以好線短時(shí)傅立得

8、到一條光滑的擬合曲線 W(f),此曲線就是我們所認(rèn)為的子波 振幅譜。考慮到實(shí)際地震道振幅譜的長(zhǎng)周期分量起伏形態(tài)較為 復(fù)雜，如果在整個(gè)有效頻帶范圍內(nèi)進(jìn)行擬合，效果不好?？梢詫⒄麄€(gè)擬合頻帶劃分成幾個(gè) 小一些的子頻帶，分別進(jìn)行擬合，對(duì)各個(gè)結(jié)果加權(quán)處理后再合在一起，這樣效果會(huì)得到較使用譜模擬方法提取子波譜。根據(jù)Ricker及Rosa a擬合時(shí)選定如下類型的數(shù)07學(xué)表達(dá)式：5 2514 2873 3232 3591 3950奐0846=的頻譜效果1最1.變線而小波變變換效果居中17葉128.859335。161.691203.718大改善。3.3參數(shù)計(jì)算為了將氣層的 低頻增加，高頻衰減”現(xiàn)象定量的描述出來，經(jīng)多次反復(fù)試驗(yàn)，選 取的如下方法：面積差值法、時(shí)頻三原色法、瞬時(shí)帶寬法 等多種方法，其中第一種方 法是基于傅立葉變換的頻譜分析，后兩種方法是基于小波變換的頻譜分析。面積差值法又分為兩種方法：低頻增加檢測(cè) 一一LFR和高頻衰減檢測(cè)一一HFA， 分別對(duì)低頻和高頻進(jìn)行面積變化分析和計(jì)算三、實(shí)現(xiàn)方法4.1面積差值方法用面積差值方法進(jìn)行模型驗(yàn)證4.2時(shí)頻三原色方法7“但理瞬時(shí)頻率 苗屬性難以估計(jì) 為了有效利用地震頻率三種顏色，表示在本軟件設(shè)率為f，則