盖层各向异性对时移地震avo 的影响
DESCRIPTION
:油藏盖层各向异性在油藏开发前后对地震AVO 曲线有相同程度的影响,而这种影响能否在2次地震 AVO曲线相减后变得很小,可以被忽略?利用某油田数据建立了储层岩石物理模型,根据Gassmann方程获得 了该油田储层的纵、横波速度与含油饱和度的关系曲线。设计了双层油藏模型,通过求解横向各向同性(VTI) 介质界面的透射系数与反射系数的线性方程组,计算了油藏盖层存在各向异性时的P P波和P S转换波反射 系数,分析了不同Thomsen参数对反射系数及其油藏开发前后反射系数差异的影响,并进行了定量分析。分析 结果表明,小入射角情况下进行P P波时移地震AVO 分析,可以忽略盖层各向异性的影响;大入射角情况下 进行P P波时移地震AVO和多波时移地震AVO分析,盖层各向异性不能忽略。TRANSCRIPT
书书书
第44卷第6期2005年11月
石 油 物 探
GEOPHYSICALPROSPECTINGFORPETROLEUM
Vol.44,No.6Nov.,2005
收稿日期:2005 04 22;改回日期:2005 05 12。
作者简介:李景叶(1978—),男,博士,现从事时移地震正、反演与
AVO方法研究工作。
基金项目:国家“863”高技术研究发展计划(2003AA602110 02)和
国家自然科学基金项目(40174037)资助。
文章编号:1000 1441(2005)06 0563 05
盖层各向异性对时移地震AVO的影响
李景叶,陈小宏,郝振江,芮振华
(中国石油大学资源与信息学院 石油天然气成藏机理教育部重点实验室,北京102249)
摘要:油藏盖层各向异性在油藏开发前后对地震AVO曲线有相同程度的影响,而这种影响能否在2次地震
AVO曲线相减后变得很小,可以被忽略?利用某油田数据建立了储层岩石物理模型,根据Gassmann方程获得
了该油田储层的纵、横波速度与含油饱和度的关系曲线。设计了双层油藏模型,通过求解横向各向同性 (VTI)
介质界面的透射系数与反射系数的线性方程组,计算了油藏盖层存在各向异性时的P P波和P S转换波反射
系数,分析了不同Thomsen参数对反射系数及其油藏开发前后反射系数差异的影响,并进行了定量分析。分析
结果表明,小入射角情况下进行P P波时移地震AVO分析,可以忽略盖层各向异性的影响;大入射角情况下
进行P P波时移地震AVO和多波时移地震AVO分析,盖层各向异性不能忽略。
关键词:时移地震;AVO;岩石物理;各向异性;盖层
中图分类号:P631.4 文献标识码:A
实验室岩心测量数据和野外实际测量数据表
明,油藏含油饱和度和孔隙压力等参数的变化对
纵、横波速度和密度会产生不同的影响。Zoeppritz
方程分析表明,地震波AVO属性的变化不仅可以
反映纵、横波速度变化的信息,还可以反映密度变
化的信息。因此,人们利用时移地震的AVO属性
来表征油藏流体的变化,识别流体前缘[1]。
油藏的盖层通常是渗透率很差的泥岩层,由于
组成泥岩的矿物呈薄片状或鳞片状结构,加之成岩
过程中的压力作用,使得泥岩有着或强或弱的各向
异性,这种各向异性介质通常具有垂直的对称轴,
一般可近似看作是一种VTI介质[2~4]。通常认为
盖层在油藏开发前后对时移地震AVO特性的影
响相同,因此,有关盖层各向异性对时移地震AVO
特性的影响常常被忽视,相应的研究和探讨也很
少。我们通过时移地震AVO正演,求取VTI介
质界面的反射与透射系数,以分析盖层各向异性对
时移地震AVO曲线的影响。
1 VTI介质界面的反射与透射系
数[5]
根据界面处质点位移分量和2个应力的连续
性,可以得到一组关于横向各向同性介质界面的反
射系数与透射系数的线性方程组,将其写成矩阵的
形式
犛狓=犫 (1)
矩阵的解就是所求的反射与透射系数[6,7]。P波入
射时,犛可以表示为
犛=
犾α1 犿β1 -犾α2 -犿β2
犿α1 -犾β1 犿α2 -犾β2
犪1 犫1 犪2 犫2
犮1 犱1 -犮2 -犱
熿
燀
燄
燅2
(2)
式中,
犪1=犆44,1(狇α1犾α1+狆犿α1)
犫1=犆44,1(狇β1犾β1-狆犾β1)
犪2=犆44,2(狇α2犾α2+狆犿α2)
犫2=犆44,2(狇β2犾β2-狆犾β2)
犮1=狆犾α1犆13,1+狇α1犿α1犆33,1
犱1=狆犾β1犆13,1-狇β1犾β1犆33,1
犮2=狆犾α2犆13,2+狇α2犿α2犆33,2
犱2=狆犾β2犆13,2-狇β2犾β2犆33,2
狓可以表示为
狓=
狉PP
狉PS
狋PP
狋
熿
燀
燄
燅PS
(3)
犫可以表示为
犫=
-犾α1
犿α1
犆44,1(狇α1犾α1+狆犿α1)
-(狆犾α1犆13,1+狇α1犿α1犆33,1
熿
燀
燄
燅)
(4)
其中,犾α
犿[ ]α
为P波特征向量,表达式为
犾α=犃33狇
2α+犃44狆
2-1
(犃11狆2-犃44狇2α-1)+(犃33狇2α+犃44狆
2-1[ ])
1/2
(5)
犿α=犃11狆
2+犃44狇
2α-1
(犃11狆2+犃44狇2α-1)+(犃33狇2α+犃44狆
2-1[ ])
1/2
(6)
犾β
犿[ ]β
为SV波特征向量,表达式为
犾β=犃11狆
2+犃44狇
2β-1
(犃11狆2+犃44狇2β-1)+(犃33狇2β+犃44狆
2-1[ ])
1/2
(7)
犿β=犃33狇
2β+犃44狆
2α-1
(犃11狆2+犃44狇2β-1)+(犃33狇2α+犃44狆
2-1[ ])
1/2
(8)
式中,犃犻犼=犆犻犼/ρ,犆犻犼表示介质弹性参数;狆和狇分
别表示质点运动的水平慢度和垂直慢度;ρ表示介
质密度;狇α为P波的垂直相慢度,表达式为
狇α=1
槡2犓1- 犓21-4犓2犓槡( )
3
1/2 (9)
狇β为SV波的垂直相慢度,表达式为
狇β=1
槡2犓1+ 犓21-4犓2犓槡( )
3
1/2 (10)
式中,
犓1= ρ犆33+ρ犆44-犆11犆44+犆44犆33-(犆13+犆44)2
犆33犆[ ]44
狆2
犓2=犆11犆33狆2-ρ犆33
犓3=狆2-ρ犆44
为了使描述介质各向异性程度的参数具有更
明确的物理意义,Thomsen定义了3个描述横向
各向同性介质各向异性程度的参数[8],即δ,εP,γ。
其中,γ是描述SH波各向异性程度的参数,在本
研究中不予考虑。εP和δ与介质弹性参数的关系
可表示为
εP=犆33-犆112犆11
(11)
δ=(犆13+犆44)2-(犆33-犆44)2
2犆33(犆33-犆44)(12)
我们分析了Thomsen参数δ和εP对时移地
震AVO曲线的影响,计算时,先将Thomsen参数
和纵、横波垂向速度转化为介质弹性参数。
2 储层岩石物理模型
由于储层岩石在组分、胶结程度、分选和泥质
含量等方面有很大的差别,因此在利用岩石模型进
行地震参数计算时,需要用实验室岩心测量数据和
野外测井数据对模型进行校正和验证。我们用某
油田实际数据建立了岩石物理模型,并利用基于实
验室岩心测量数据和野外测井数据建立的岩石物
理参数关系,由Gassmann方程[9]计算得到了该油
田储层的纵、横波速度与含油饱和度的关系曲线
(图1)。分析图1可知,在含油饱和度变小时,横
波速度逐渐减小且变化缓慢,纵波速度增大且变化
明显。根据物质平衡方程计算得知,油藏密度随含
油饱和度减小而增大[10]。
80100
100
60
2.40
2.30
1.28
1.24
1.32
v / (km
s )
S-1
v / (km
s )
P-1
S , %O
S , %O
2.35
2.45
40 20
80 60 40 20
图1 油藏含油饱和度与纵、横波速度变化关系曲线
3 油藏模型
油藏模型为双层,上层为盖层,下层为储层。
油藏盖层为横向各向同性介质,纵波垂向速度狏P=
2896.0m/s,横波垂向速度狏S=1350.0m/s,油
藏密度ρ=2.250g/cm3,δ和εP取不同的值。储
层为各向同性介质,即各向异性参数δ,εP,γ均为
0。表1为开发前的油藏参数,开发后油藏的含油
饱和度从80%减小到20%,其它参数不变。
表1 油藏开发前参数表
岩石组成
石英 粘土
原始含油
饱和度,%
岩石孔隙度,
%
原油密度/
(g·cm-3)
围压/
MPa
地层水密度/
(g·cm-3)
油藏温度/
℃
气体密度/
(g·cm-3)
88% 12% 80 30 0.762 40 0.984 65 0.580
·465· 石 油 物 探 第44卷
4 各向异性参数变化时移地震AVO响应分析
根据Thomsen的58块沉积岩各向异性测量
结果[8],在进行时移地震AVO正演模拟分析时,
取盖层各向异性参数δ和εP的变化范围为0~0.3
是合适的[11]。
1)图2和图3给出了盖层各向异性参数δ对
时移地震P P波和P S转换波AVO曲线的影
响。
分析可知,①δ对P P波和P S转换波
AVO曲线的影响随入射角增大而增大,P P波反
射系数在入射角为50°时的变化率大于30%,P
S转换波反射系数的变化率高达100%;②当δ增
大时,P P波反射系数绝对值也随之增大,油藏含
油饱和度引起的反射系数差异随δ的增大而减小,
入射角度越大,δ对反射系数差异的影响就越大,
在入射角为50°时反射系数差异的变化率大于
5%;③对于P S转换波,δ增大且在小入射角时
反射系数减小,当入射角度大于一定值时,反射系
数增大,而反射系数的差异则在δ增大且入射角较
小时增大,入射角在20°左右时达到最大,变化率
可达70%,此后随着入射角增大,δ对反射系数差
异的影响先减小后增大,在入射角为35°时达到最
小,但油藏含油饱和度引起的反射系数差异是随入
射角增大而增大的。表2给出了图2和图3中各
曲线的各向异性参数。
0 10 20 30 40 50-0.30
-0.25
-0.20
-0.15
-0.10
0 10 20 30 40 50
0.01
0.02
0.03
0.04曲线E
曲线E
曲线D
曲线D
曲线F
曲线F 曲线A
曲线A
曲线B
曲线B
曲线C
曲线C
入射角 / ( °)入射角 / ( °)
P-SV转换波反射系数
P-P波反射系数
a b
图2 δ对时移地震P P波(a)和P S转换波(b)AVO曲线的影响
0 10 20 30 40 50-0.044
-0.040
-0.036
-0.032
0 10 20 30 40 50
0
0.002
0.004
0.006
0.008
0.010
入射角 / (°)
曲线A
曲线B
曲线B
曲线A
曲线C 曲线C
b入射角 / ( °)
a
P-P波反射系数差异
P-SV转换波反射系数
图3 δ对油藏开发前后时移地震P P波(a)和P S转换波(b)AVO曲线差异的影响
表2 图2和图3曲线各向异性参数表
图序 曲线A 曲线B 曲线C 曲线D 曲线E 曲线F
犛W δ εP 犛W δ εP 犛W δ εP 犛W δ εP 犛W δ εP 犛W δ εP
图2 0.8 0 0.15 0.8 0.15 0.15 0.8 0.3 0.15 0.2 0 0.15 0.2 0.15 0.15 0.2 0.30 0.15
图30.8
~
0.20 0.15
0.8
~
0.20.15 0.15
0.8
~
0.20.3 0.15
2)图4和图5给出了盖层各向异性参数εP对
时移地震P P波和P S转换波AVO曲线的影
响。分析可知,①随εP增大P P波反射系数的绝
对值增大,且随入射角增大反射系数的增加量也在
·565·第6期 李景叶等.盖层各向异性对时移地震AVO的影响
增加,入射角较小时,εP 的影响可以忽略,入射角
为50°时,反射系数的变化率最大可达到27%;P
P波反射系数差异的绝对值随εP增大而减小,入
射角越大,差异的减小量也越大,在入射角为50°
时,反射系数差异的变化率可达到20%。
随εP增大P S转换波的反射系数减小,减小
量随入射角的增加而增大,入射角较小时,εP的影
响可以忽略,入射角为50°时,反射系数的变化率
最大可达到110%;P S转换波反射系数差异的
绝对值随入射角增大而增大,在相同入射角情况
下,εP增大反射系数差异也增大,在入射角为50°
时,反射系数差异的变化率最大可达到90%。
表3给出了图4和图5中各曲线的各向异性
参数。
入射角 / ( °)a
入射角 / ( °)
曲线A曲线A
曲线D
曲线E
曲线F
曲线CP-SV转换波反射系数
P-P波反射系数
曲线B
曲线B曲线C
曲线D
曲线E
曲线F
b
0 10 20 30 40 50-0.30
-0.25
-0.20
-0.15
-0.10
0 10 20 30 40 50
0
0.02
0.04
0.06
图4 εP对时移地震P P波(a)和P S转换波(b)AVO曲线的影响
0 10 20 30 40 50-0.045
-0.040
-0.035
-0.030
0
ba
10 20 30 40 50
0.002
0.004
0.006
0.008
0.010
0.012
入射角 / ( °) 入射角 / ( °)
曲线A曲线A
P-SV转换波反射系数差异
P-P波反射系数差异
曲线B
曲线B曲线C
曲线C
图5 εP对开发前后时移地震P P波(a)和P S转换波(b)AVO曲线差异的影响
表3 图4和图5曲线各向异性参数表
图序 曲线A 曲线B 曲线C 曲线D 曲线E 曲线F
犛W δ εP 犛W δ εP 犛W δ εP 犛W δ εP 犛W δ εP 犛W δ εP
图4 0.8 0.15 0 0.8 0.15 0.15 0.8 0.15 0.3 0.2 0.15 0 0.2 0.15 0.15 0.2 0.15 0.3
图50.8
~
0.20.15 0
0.8
~
0.20.15 0.15
0.8
~
0.20.15 0.3
5 结束语
油藏盖层各向异性参数δ和εP对地震AVO
曲线有很大的影响,但由于这种影响在油藏开发前
后都存在,因此对时移地震AVO曲线差异的影响
相对较小,但不同波反射系数差异的变化规律不
同。在入射角较小(小于15°)时,δ和εP 对P P
波反射系数差异的影响较小,不影响时移地震
AVO分析的精度,因此在小偏移距范围内,可以利
用各向同性介质Zoeppritz方程进行时移地震
AVO研究。在入射角较大时,δ和εP对P P波
反射系数的差异影响较大,对P S转换波反射系
数的差异不仅影响大且规律复杂,因此在进行大偏
·665· 石 油 物 探 第44卷
移距时移地震AVO分析和多波地震AVO分析
时,要充分考虑油藏盖层的各向异性问题。
本文的研究是在双层油藏模型条件下进行的,
储层较厚,对于薄层或薄互层油气藏,由于地震反
射波的相互干涉,反射系数变化复杂,进行时移地
震AVO分析较为困难,有待进一步研究。
参 考 文 献
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(本文编辑:戴春秋
檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭
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