地震屬性對(duì)速度不確定性的影響

1、地震屬性與速度不確定性的關(guān)系探討王錫文蔡其新 劉聯(lián)海 秦廣勝(中原油田分公司物探研究院河南濮陽457001)摘要:本文探討了海上數(shù)據(jù)集中速度的不確定性與AVO有關(guān)的地震屬性之間的關(guān)系。利用初始速度模型，可以產(chǎn)生它的擾動(dòng)。對(duì)每一速度擾動(dòng)，疊前波動(dòng)方程偏移可應(yīng)用于數(shù)據(jù)中。在偏移后的CMP道集中，應(yīng)用相似性圖分析來測(cè)量速度的相干值，計(jì)算出包括AVO截距、AVO梯度以及遠(yuǎn)近偏移距疊加。在研究的CMP范圍內(nèi)，對(duì)屬性與速度相干值的交會(huì)圖所產(chǎn)生的初步結(jié)果進(jìn)行分析可知，對(duì)于最大相似性相干類方法而言，相干值越低其屬性值越分散；相干值越高其屬性值越集中。關(guān)鍵詞: 速度不確定性；最大相似性；相干值；屬性；AVO速度

2、估算是地震成像問題中極其重要而又非常困難的一步。由于速度估算的非唯一性緣故，通過對(duì)速度模型與地震屬性之間關(guān)系的了解，可以幫助洞察地震成像問題。因此，本文研究的目的是為了了解地震屬性對(duì)速度不確定性的影響程度，找到二者之間的關(guān)系，進(jìn)而產(chǎn)生可靠的方法進(jìn)行AVO反演，同時(shí)通過區(qū)分不同的速度模型與AVO有關(guān)屬性之間的差別來解決成像問題。1、理論分析1.1 速度不確定性產(chǎn)生的原因產(chǎn)生速度不確定性的原因可歸納為兩種類型。第一種類型是與生產(chǎn)試驗(yàn)的不完善性有關(guān)，例如記錄排列的有限長(zhǎng)度、震源信號(hào)的有限帶寬和不連續(xù)的記錄位置。眾所周知，高速層的估算比低速層包含更多的不確定性。第二種類型更廣泛，它包括非理想介質(zhì)的影響

3、，例如介質(zhì)的非均勻性、介質(zhì)的各向異性、不規(guī)則地下界面以及將三維數(shù)據(jù)體當(dāng)成二維處理時(shí)所引起的不規(guī)則性。一些處理假象和實(shí)驗(yàn)誤差也可歸為此類，例如靜校正問題嚴(yán)重和不規(guī)則的排列形狀等等。所有這些因素的影響將會(huì)導(dǎo)致非雙曲線動(dòng)校正或者是在精確的雙曲型繞射曲線上產(chǎn)生隨機(jī)時(shí)間擾動(dòng)。1.2速度估算問題及其與AVO之間的關(guān)系A(chǔ)VO分析需要疊前偏移數(shù)據(jù)，而速度估算是成像問題的一個(gè)關(guān)鍵因素。速度估算影響了AVO響應(yīng)，這是因?yàn)樗淖兞送噍S的位置和所產(chǎn)生的振幅值3。由于復(fù)雜地區(qū)很難估算速度模型，因此了解AVO屬性對(duì)速度模型變化的影響是非常重要的。1.3AVO理論地震反射系數(shù)隨偏移距的變化可用作直接油氣指示(DHI) 4

4、5。地震反射透射系數(shù)隨入射角（以及偏移距）變化和巖石參數(shù)之間的物理關(guān)系，可用Zoeppritz方程來表示。由于Zoeppritz方程的非線性特性，因此產(chǎn)生了幾個(gè)近似解67。方程(1)顯示的是Shuey的簡(jiǎn)化式，它包含三項(xiàng)來刻畫反射系數(shù)，分別為反射系數(shù)在正入射、中等角度和臨界角情況下的表達(dá)式，簡(jiǎn)化了的Zoeppritz方程允許進(jìn)行AVO反演的計(jì)算，從而利用實(shí)測(cè)的反射振幅隨角度的變化值來估算彈性參數(shù)。(1)從AVO分析可以AVO截距，即正入射反射系數(shù)。還可以得到AVO梯度，即方程(1)中第二項(xiàng)的系數(shù)。由于文中所用的屬性不是從偏移距域中的CMP道集計(jì)算得到的，而是從偏移射線參數(shù)域中的CMP道集上得到

5、的。因此，稱這些屬性為與AVO有關(guān)的屬性。在偏移射線參數(shù)域中，偏移射線參數(shù)與孔徑角有關(guān)，而與入射角無關(guān)8。2 實(shí)現(xiàn)步驟本文研究的地震數(shù)據(jù)來自海上的數(shù)據(jù)集。該數(shù)據(jù)集共有1024個(gè)CMP道集，插值后間隔為25m。圖1a是偏移后的剖面，其間有兩個(gè)極性相反的目標(biāo)反射層：基底模擬反射面（BSR）和平反射層（圖中的Flat reflector）。BSR 是一特征地震層，它與甲烷水合物的穩(wěn)定區(qū)帶的基底有關(guān)聯(lián)。文獻(xiàn)9指出，該層標(biāo)志著從水化物沉積向含氣飽和沉積物的轉(zhuǎn)移；同時(shí)，BSR下的平反射層標(biāo)志著從含氣飽和沉積物向鹽水飽和沉積物的轉(zhuǎn)移。用于此項(xiàng)工作的初始模型如圖1b所示。距離（km）時(shí)間（s）時(shí)間a 偏移后的

6、地震剖面 b 初始速度模型圖1 地震數(shù)據(jù)和速度模型為了確定AVO有關(guān)的地震屬性與速度不確定性之間的關(guān)系，我們制作了幾個(gè)屬性與速度相干值方法的交會(huì)圖。產(chǎn)生最終繪圖結(jié)果的過程如圖2所示。速度模型速度擾動(dòng)偏移距相干值測(cè)量屬性計(jì)算偏移距相干值屬性圖2 產(chǎn)生屬性與速度相干值交會(huì)圖的步驟利用初始速度模型，我們可以產(chǎn)生它的擾動(dòng)。從圖1b中可以看到，與含氣飽和沉積物有關(guān)的BSR下面存在著一個(gè)低速帶（從CMP距離為32km附近開始）。因?yàn)樵摰退賻У膹?fù)雜性，所以速度的估算非常困難，同時(shí)偏移速度可能包含有誤差。假定這些誤差是零均值隨機(jī)變化的，因而可將這種擾動(dòng)引入到初始速度模型中。這樣可以產(chǎn)生新的速度模型。利用修改后

7、的速度模型，將疊前波動(dòng)方程偏移應(yīng)用于數(shù)據(jù)中8。所得到的成像是偏移射線參數(shù)的函數(shù)，與孔徑角、沿著主測(cè)線方向的傾角以及速度函數(shù)有關(guān)，其關(guān)系式如下：(2)相似值速度偏移射線參數(shù)振幅從偏移后的CMP道集中可以計(jì)算出偏移距相干值以及AVO 屬性，相干值越大，速度模型越好。為了測(cè)量每一速度模型的相干值，將相似性圖分析應(yīng)用到所產(chǎn)生的偏移CMP中。對(duì)于每一個(gè)CMP產(chǎn)生了兩種相干值，即最大相似性和速度增量（）。最大相似性是通過拾取與速度擾動(dòng)有關(guān)的相似性圖中的最大相似值來計(jì)算的。速度增量是利用最大相似性有關(guān)的速度，與用于反動(dòng)校正的疊加速度之間的差異計(jì)算得到（圖3）。圖3 CMP(46.9到47.1km)相似性圖

8、圖4 振幅隨偏移射線參數(shù)變化曲線 把反射系數(shù)當(dāng)作反射角度的函數(shù)來分析（AVO分析），我們檢查偏移射線參數(shù)域中的CMP道集。發(fā)現(xiàn)該域中目標(biāo)同相軸并不是完全平的，同相軸中存在一些剩余時(shí)差，影響在遠(yuǎn)偏移距上振幅的拾取。為了解決此問題，應(yīng)用了一個(gè)剩余動(dòng)校正，將遠(yuǎn)近偏移距上的一些道切除掉，然后在一個(gè)時(shí)窗內(nèi)拾取平反射層的最大振幅值，而不是正好在反射層上拾取。圖4顯示的是CMP在距離為47km處經(jīng)50次擾動(dòng)后的振幅隨偏移射線參數(shù)變化的曲線。利用這些拾取的振幅值，我們可以計(jì)算屬性：截距、梯度和遠(yuǎn)近偏移距疊加。截距和梯度屬性分別是振幅值的零交叉和最佳直線逼近的斜率（最小二乘方曲線擬合）。遠(yuǎn)近偏移距屬性是指疊加振

9、幅在近偏移距與遠(yuǎn)偏移距之間的差異。由于沿著平反射層的不連續(xù)性（參照?qǐng)D1），為了避免由BSR反射層引起的調(diào)諧效應(yīng)，我們利用結(jié)果中反射層比較強(qiáng)的那部分。因此，我們選擇距離為47km處的CMP來繪制屬性與相干性圖。下一部分我們將分析所得到的繪圖結(jié)果。3 結(jié)果分析根據(jù)文獻(xiàn)7，當(dāng)下伏介質(zhì)縱向速度和泊松比都比較大時(shí)，反射系數(shù)趨向于隨著入射角的增大而增大。假設(shè)平反射層標(biāo)志著從含氣飽和沉積物向含鹽飽和沉積物的轉(zhuǎn)移9，又因?yàn)楹瑲怙柡统练e物其泊松比異常地低4，因此我們期望能夠在平反射層上得到AVO響應(yīng)。然而，從圖4可看到總的趨勢(shì)是相反的，即振幅值隨著偏移射線參數(shù)的增加而減小，盡管在近偏移距正如期望一樣，趨向于隨著

10、偏移射線參數(shù)的增加而增大。對(duì)這種偏差有幾種可能性的解釋。一方面，原始假設(shè)平反射層標(biāo)志著從含氣飽和沉積物向含鹽飽和沉積物的轉(zhuǎn)移可能在此不成立；另一方面，這種偏差可能是使用方法不當(dāng)?shù)膯栴}，例如我們所考慮的屬性并不嚴(yán)格是AVO屬性。利用在距離為47km附近的CMP上計(jì)算的相干值大小和屬性值，我們制作了振幅與相干值的交會(huì)圖（如圖5和圖6）。總體上說，很難得出屬性與速度相干值的確定性趨勢(shì)。但是對(duì)于最大相似性相干類方法來說，如圖5所示，可以看到相干值越低屬性值越分散；相干值越高屬性值越集中。我們把相干值分類，并且產(chǎn)生五組數(shù)據(jù)采樣值，然后計(jì)算每組的方差和標(biāo)準(zhǔn)偏差。對(duì)于最大相似性方法而言，結(jié)果表明當(dāng)相干值減小

11、時(shí)，方差和標(biāo)準(zhǔn)偏差值偏高。最大相似值A(chǔ)VO截距最大相似值遠(yuǎn)近偏移距振幅最大相似值A(chǔ)AVO梯度圖5 距離47km 附近CMP的地震屬性隨最大相似性變化圖速度增量速度增量速度增量遠(yuǎn)近偏移距振幅AVO梯度AVO截距圖6 距離47km 附近CMP 的地震屬性隨速度增量變化圖4 結(jié)束語在所研究的CMP范圍內(nèi)，從屬性與相干值交會(huì)圖的初步結(jié)果中可以得出結(jié)論，對(duì)于最大相似性相干類方法，相干值越低屬性值越分散；相干值越高屬性值越集中。對(duì)于更確定性的結(jié)果，建議做更多的工作來改善速度相干值的測(cè)量方法?？梢試L試其它相干測(cè)量方法（如剩余動(dòng)校正量的大?。?duì)平反射層的其它方面進(jìn)行分析，并且在更簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)集上進(jìn)行試驗(yàn)。同時(shí)，

12、我們認(rèn)為使用一個(gè)合成模型進(jìn)行研究以便更好地控制數(shù)據(jù)也是非常重要的。參考文獻(xiàn)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

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