地球物理资料数字处理(第二十八讲).doc

第八章 地震资料特殊处理（Chapter Special processing of seismic Data）本节要点：l 地震波振幅的变化与亮点技术；l 波阻抗反演的基本原理；l 解析信号与“三瞬”信息的提取原理。第一节 亮点资料的处理（Processing of bright spot）直接探测石油和天然气,一直是石油地震勘探工作者所向往的目标。直到1972年底，国外有两家石油公司采用亮点技术、根据含气砂岩与页岩、含水砂岩或含油砂岩界面反射系数的差异所引起的反射波振幅异常预测海上气田获得成功以来，亮点技术就受到石油勘探者的普遍注意。现在，采用亮点技术直接寻找油、气藏，不仅利用地震反射波的振幅异常，同时也利用反射波的极性反转、水平反射的出现、速度的降低及吸收系数的增大等一系列亮点指标综合指示地下油、气藏的存在。目前，由于亮点技术的应用大大地提高了石油钻探的成功率。在条件有利的地区钻探的成功率由12%可以提高到60%。并且采用这种新技术已经在世界各地成功地发现了一些大油田、气田，其中北海油田的发现就与亮点技术的应用有很大关系。在国内，我们已经在渤海湾地区已知油、气层上得到了明显的亮点，表明在这类地区应用亮点技术直接找油、找气有着广阔的前景。值得注意是利用地震反射振幅寻找油气的理论有了进一步的发展，例如AVO技术，这里只讨论亮点的基本理论。所谓“亮点”狭义地说是指地震反射剖面上由于地下油气藏存在所引起的地震反射波振幅相对增强的“点”。一、亮点产生的机理( mechanism of bright spot)1地震反射波的振幅(Amplitude of seismic reflect wave)地震反射波的振幅异常在亮点标志中占有重要的地位。因此，这里着重分析地震反射波的振幅。根据弹性波理论我们知道，地震反射波的振幅与反射界面的反射系数有关。当平面波垂直入射到两种介质的分界面上时，如图81，其反射波振幅与透射波振幅分别为： （8-1-1） （8-1-2）其中,A为入射波振幅，A和A分别为反射波和透射波振幅，和分别为反射界面两侧介质的密度，和分别为界面和侧介质中波的传播速度，和分别称为界面的反射系数和透射系数。 图8-1 地震波垂直入射时的反射和透射从（8-1-1）式可知，当入射波振幅A一定时，反射波振幅A与界面的反射系数成正比。反射系数与界面两侧介质波阻抗有关。当界面两侧的波阻抗之和一定时，反射波振幅A的大小决定于波阻抗之差的绝对值。波阻抗之差的绝对值越大，反射波振幅A也越大。反之，波阻抗之差的绝对值越小，则反射波振幅A也越小。同时，反射波的极性取决于界面反射系数的符号。当介质2的波阻抗大于介质1的波阻抗，即地震波从波疏介质入射到波密介质时，反射系数0,反射波振幅A和入射波振幅A的符号相同，这时反射波与入射波的极性是相同的，反之，当地震波从波密介质入射到波疏介质时，即当介质2的波阻抗小于介质1的波阻抗时，反射系数0，这时反射波振幅A和入射波振幅A的符号相反，即这时反射波和入射波的极性相反。 从（8-1-2）式可知，当入射波振幅A一定时，透射波振幅A与界面的透射系数成正比。由于透射系数0，因而，透射波的极性永远与入射波的极性相同。 如上所述，岩层界面的反射系数与界面两侧岩层的波阻抗有关。而岩层的波阻抗决定于岩层的密度和速度的乘积，因而，下面分别讨论岩层的密度和速度。 1） 岩层的密度 (The density of rock stratum) 岩层的密度主要由岩层基质（包括岩石骨架的颗粒和胶结物）的成分、孔隙度、岩石孔隙中所含流体的成分和含量而定。 如果在岩层的孔隙中只含有油、气或水一种流体，理论上可由下述体积密度方程来计算岩层的密度。 （8-1-3）其中，为岩层的密度，为岩石孔隙中所含流体的密度，为岩石基质的密度，为岩层的孔隙度。如果在岩石孔隙中含有油、水或气、水两种流体，则岩层的体积密度变为 （8-1-3）其中， 为岩层的密度，为水的密度，为油或气流体的密度，为岩石基质的密度，为岩层的孔隙度，为含水饱和度即孔隙中含水部分所占的体积与整个空隙体积之比。从（8-1-3）和（8-1-4）式可知：（1） 由于油、气、水等流体的密度小于岩石基质的密度，因而岩石孔隙中含有流体将使岩层的密度降低。岩石的孔隙度越大，岩层的密度越低。（2） 由于油特别是气的密度比水的密度小，因而岩石孔隙中含油特别是含气时岩层的密度将降低，岩石孔隙中含水饱和度越低，岩层的密度也越低。2) 岩层的速度(The velocity of rock stratum)地震波在岩层中的传播速度取决于岩层的种类、岩层的地质年代、埋藏深度、岩石孔隙度、岩石孔隙中所含流体的成分和含量及岩石的压力等。通常，岩层的地质年代越老，岩层的速度就越大，岩层埋深越深，岩层的速度也就越大。岩层孔隙度对速度的影响是随着岩层孔隙度的增大，岩层的速度逐渐减小。如果在岩层孔隙中只含有油、气或水一种流体，并且当流体压力与岩石压力相等时，通过对波传播时间的累加计算，得到所谓时间平均方程 （8-1-5）其中，V为波在岩层中的传播速度，为波在流体中的传播速度，为波在岩石基质中的传播速度， 为岩石的孔隙度。 随着流体压力的减小，上述公式要加以修改，经过修改的时间平均方程为 （8-1-6） 其中C是一个常数，当流体压力等于岩石压力的一半，且岩石压力为6000磅/平方英尺时，C值可取0.85左右。从（8-1-5）和（8-1-6）式可知：（1） 由于地震波在油、气、水等流体中的传播速度比在岩石基质中的速度小，因而岩石孔隙中含有流体将使岩层的速度降低，岩石的孔隙越大，岩层的速度越低。（2） 由于地震波在油特别是在气中的传播速度比水中的速度低，因而当岩石孔隙中含油特别是含气时岩层的速度将降低，岩层的孔隙度越大，岩层的速度越低。如果在岩层孔隙中含有油、水或气、水两种流体，根据理论计算在深度2000英尺、6000英尺和10000英尺处岩层的速度与含水饱和度S的关系示于图8-2中。从图8-2中可以看出，无论在任何深度，含油、水岩层的速度随着含水饱和度的增大而单调增加，深度增大，岩层速度的增加变緩。而含气、水岩层的速度随着含水饱和度由0增大到0.8左右时反而减小，然后随着含水饱和度由0.8走有增大到1.0时，其速度迅速增加到含水岩层的速度。当含水饱和度为0.97或0.98即含气饱和度为0.02或0.03时，岩层的速度增大最快。图8-2含油岩层、含气岩层的速度随含水饱和度变化的曲线表8-1岩石和油、气、水的参数表 物理参数岩石材料密度（克/厘米）速度（英尺/秒）页岩砂岩岩石基质气油水0252650250871108000175001420394049903)岩层的反射系数 (The wave impedance of rock stratum)如果岩层的孔隙中只含有油、气或水一种流体，根据体积密度方程（8-1-3）计算岩层的密度，用修改的时间平均方程（8-1-6）计算岩层的速度，在流体压力P=3000磅/平方英寸，岩石压力P=6000磅/平方英寸，C=0.85时，按照表8-1中所列的参数进行理论计算得出页岩/含水砂岩、页岩/含油砂岩和页岩/含气砂岩的反射系数，示于图8-3所示。图8-3 页岩/含水砂岩、页岩/含油砂岩和页岩/含气砂岩的反射系数随孔隙度变化的曲线 从8-3图中可见：（1） 页岩/含水砂岩、页岩/含油砂岩和页岩/含气砂岩的反射系数的代数值都随着孔隙度的增大而减小，其中页岩/含气砂岩的反射系数随孔隙度的增大而减小的最快，页岩/含油砂岩次之，页岩/含水砂岩的反射系数减小的最慢，后两者比较接近。（2） 页岩/含气砂岩的反射系数，当孔隙度为13%时，其反射系数为0，反射完全消失，出现所谓的暗点，当孔隙度小于13%时，其反射系数为正。孔隙度大于13%时，其反射系数为负，反射波极性将发生反转。（3） 页岩/含油砂岩的反射系数，当孔隙度为34%左右时，其反射系数为0，反射完全消失，出现所谓的暗点，当孔隙度小于34%时，其反射系数为正。孔隙度大于34%时，其反射系数为负，反射波极性将发生反转。（4） 页岩/含水砂岩的反射系数，当孔隙度为44%左右时，其反射系数为0，反射完全消失，出现所谓的暗点，当孔隙度小于44%时，其反射系数为正。孔隙度大于44%时，其反射系数为负，反射波极性将发生反转。（5） 当孔隙度为22%时，页岩/含气砂岩和页岩/含水砂岩的反射系数的绝对值相等，符号相反，两者的反射波的振幅相同，但是极性相反，这时在页岩/含气砂岩上将不会出现亮点，而出现极性反转。当孔隙度为大于22%时，页岩/含气砂岩的反射系数的绝对值将逐渐大于页岩/含水砂岩的反射系数，这时在页岩/含气砂岩上反射波振幅增强，出现亮点，同时反射波极性将发生反转。 按照于图8-3相同的参数计算了含油砂岩、含气砂岩和含水砂岩中油、气、水流体接触面上的反射系数，示于图8-4中。从图8-4可见：（a） 在砂岩中含气含油含水的正常顺序情况下，含气砂岩/含水砂岩、含气砂岩/含油砂岩和含油砂岩/含水砂岩的反射系数都是正的，并且都随着孔隙度的增大而增大。含气砂岩/含水砂岩的反射系数增大的最快，含气砂岩/含油砂岩次之，含油砂岩/含水砂岩的反射系数增大的最慢。（b） 含油砂岩/含水砂岩的反射系数较小，在一般情况下难以识别。（c） 含气砂岩/含油砂岩和含气砂岩/含水砂岩的反射系数之间差别较小，在一般情况下难以识别。（d） 当气层很薄时，含气砂岩/含水砂岩或含气砂岩/含油砂岩的强的正反射系数所产生的反射波与上面的页岩/含气砂岩的强的负反射系数所产生的反射波，因为两者极性相反，其反射能量将部分或全部相互抵消，在含气砂岩上没有亮点出现。 如果在岩层孔隙中含有油、水或气、水两种流体时，根据理论计算得到在2000英尺、6000英尺和10000英尺深度上页岩/含油、水砂岩和页岩/含气、水砂岩的反射系数随含水饱和度变化的曲线，示于图8-5中。图8-4含气砂岩/含水砂岩、含气砂岩/含油 图8-5页岩/含油、水砂岩和页岩/含气、水砂岩的反射系数随含水饱和度变化的曲线砂岩和含油砂岩/含水砂岩的反射系数随孔 1-图中实线示页岩/含气、水砂岩；隙度变化的曲线 2-图中虚线示页岩/含油、水砂岩； 从图8-5中可见页岩/含油、水砂岩的反射系数的绝对值在各种深度都是随着含水饱和度的增加而逐渐减小，其减小过程没有突变。但是，页岩/含气、水砂岩的反射系数绝对值在各种深度随着含水饱和