地球物理資料數(shù)字處理(第二十八講).doc

第八章 地震資料特殊處理（Chapter Special processing of seismic Data）本節(jié)要點(diǎn)：l 地震波振幅的變化與亮點(diǎn)技術(shù)；l 波阻抗反演的基本原理；l 解析信號(hào)與“三瞬”信息的提取原理。第一節(jié) 亮點(diǎn)資料的處理（Processing of bright spot）直接探測(cè)石油和天然氣,一直是石油地震勘探工作者所向往的目標(biāo)。直到1972年底，國外有兩家石油公司采用亮點(diǎn)技術(shù)、根據(jù)含氣砂巖與頁巖、含水砂巖或含油砂巖界面反射系數(shù)的差異所引起的反射波振幅異常預(yù)測(cè)海上氣田獲得成功以來，亮點(diǎn)技術(shù)就受到石油勘探者的普遍注意?，F(xiàn)在，采用亮點(diǎn)技術(shù)直接尋找油、氣藏，不僅利用地震反射波的振幅異常，同時(shí)也利用反射波的極性反轉(zhuǎn)、水平反射的出現(xiàn)、速度的降低及吸收系數(shù)的增大等一系列亮點(diǎn)指標(biāo)綜合指示地下油、氣藏的存在。目前，由于亮點(diǎn)技術(shù)的應(yīng)用大大地提高了石油鉆探的成功率。在條件有利的地區(qū)鉆探的成功率由12%可以提高到60%。并且采用這種新技術(shù)已經(jīng)在世界各地成功地發(fā)現(xiàn)了一些大油田、氣田，其中北海油田的發(fā)現(xiàn)就與亮點(diǎn)技術(shù)的應(yīng)用有很大關(guān)系。在國內(nèi)，我們已經(jīng)在渤海灣地區(qū)已知油、氣層上得到了明顯的亮點(diǎn)，表明在這類地區(qū)應(yīng)用亮點(diǎn)技術(shù)直接找油、找氣有著廣闊的前景。值得注意是利用地震反射振幅尋找油氣的理論有了進(jìn)一步的發(fā)展，例如AVO技術(shù)，這里只討論亮點(diǎn)的基本理論。所謂“亮點(diǎn)”狹義地說是指地震反射剖面上由于地下油氣藏存在所引起的地震反射波振幅相對(duì)增強(qiáng)的“點(diǎn)”。一、亮點(diǎn)產(chǎn)生的機(jī)理( mechanism of bright spot)1地震反射波的振幅(Amplitude of seismic reflect wave)地震反射波的振幅異常在亮點(diǎn)標(biāo)志中占有重要的地位。因此，這里著重分析地震反射波的振幅。根據(jù)彈性波理論我們知道，地震反射波的振幅與反射界面的反射系數(shù)有關(guān)。當(dāng)平面波垂直入射到兩種介質(zhì)的分界面上時(shí)，如圖81，其反射波振幅與透射波振幅分別為： （8-1-1） （8-1-2）其中,A為入射波振幅，A和A分別為反射波和透射波振幅，和分別為反射界面兩側(cè)介質(zhì)的密度，和分別為界面和側(cè)介質(zhì)中波的傳播速度，和分別稱為界面的反射系數(shù)和透射系數(shù)。 圖8-1 地震波垂直入射時(shí)的反射和透射從（8-1-1）式可知，當(dāng)入射波振幅A一定時(shí)，反射波振幅A與界面的反射系數(shù)成正比。反射系數(shù)與界面兩側(cè)介質(zhì)波阻抗有關(guān)。當(dāng)界面兩側(cè)的波阻抗之和一定時(shí)，反射波振幅A的大小決定于波阻抗之差的絕對(duì)值。波阻抗之差的絕對(duì)值越大，反射波振幅A也越大。反之，波阻抗之差的絕對(duì)值越小，則反射波振幅A也越小。同時(shí)，反射波的極性取決于界面反射系數(shù)的符號(hào)。當(dāng)介質(zhì)2的波阻抗大于介質(zhì)1的波阻抗，即地震波從波疏介質(zhì)入射到波密介質(zhì)時(shí)，反射系數(shù)0,反射波振幅A和入射波振幅A的符號(hào)相同，這時(shí)反射波與入射波的極性是相同的，反之，當(dāng)?shù)卣鸩◤牟芙橘|(zhì)入射到波疏介質(zhì)時(shí)，即當(dāng)介質(zhì)2的波阻抗小于介質(zhì)1的波阻抗時(shí)，反射系數(shù)0，這時(shí)反射波振幅A和入射波振幅A的符號(hào)相反，即這時(shí)反射波和入射波的極性相反。 從（8-1-2）式可知，當(dāng)入射波振幅A一定時(shí)，透射波振幅A與界面的透射系數(shù)成正比。由于透射系數(shù)0，因而，透射波的極性永遠(yuǎn)與入射波的極性相同。 如上所述，巖層界面的反射系數(shù)與界面兩側(cè)巖層的波阻抗有關(guān)。而巖層的波阻抗決定于巖層的密度和速度的乘積，因而，下面分別討論巖層的密度和速度。 1） 巖層的密度 (The density of rock stratum) 巖層的密度主要由巖層基質(zhì)（包括巖石骨架的顆粒和膠結(jié)物）的成分、孔隙度、巖石孔隙中所含流體的成分和含量而定。 如果在巖層的孔隙中只含有油、氣或水一種流體，理論上可由下述體積密度方程來計(jì)算巖層的密度。 （8-1-3）其中，為巖層的密度，為巖石孔隙中所含流體的密度，為巖石基質(zhì)的密度，為巖層的孔隙度。如果在巖石孔隙中含有油、水或氣、水兩種流體，則巖層的體積密度變?yōu)?（8-1-3）其中， 為巖層的密度，為水的密度，為油或氣流體的密度，為巖石基質(zhì)的密度，為巖層的孔隙度，為含水飽和度即孔隙中含水部分所占的體積與整個(gè)空隙體積之比。從（8-1-3）和（8-1-4）式可知：（1） 由于油、氣、水等流體的密度小于巖石基質(zhì)的密度，因而巖石孔隙中含有流體將使巖層的密度降低。巖石的孔隙度越大，巖層的密度越低。（2） 由于油特別是氣的密度比水的密度小，因而巖石孔隙中含油特別是含氣時(shí)巖層的密度將降低，巖石孔隙中含水飽和度越低，巖層的密度也越低。2) 巖層的速度(The velocity of rock stratum)地震波在巖層中的傳播速度取決于巖層的種類、巖層的地質(zhì)年代、埋藏深度、巖石孔隙度、巖石孔隙中所含流體的成分和含量及巖石的壓力等。通常，巖層的地質(zhì)年代越老，巖層的速度就越大，巖層埋深越深，巖層的速度也就越大。巖層孔隙度對(duì)速度的影響是隨著巖層孔隙度的增大，巖層的速度逐漸減小。如果在巖層孔隙中只含有油、氣或水一種流體，并且當(dāng)流體壓力與巖石壓力相等時(shí)，通過對(duì)波傳播時(shí)間的累加計(jì)算，得到所謂時(shí)間平均方程 （8-1-5）其中，V為波在巖層中的傳播速度，為波在流體中的傳播速度，為波在巖石基質(zhì)中的傳播速度， 為巖石的孔隙度。 隨著流體壓力的減小，上述公式要加以修改，經(jīng)過修改的時(shí)間平均方程為 （8-1-6） 其中C是一個(gè)常數(shù)，當(dāng)流體壓力等于巖石壓力的一半，且?guī)r石壓力為6000磅/平方英尺時(shí)，C值可取0.85左右。從（8-1-5）和（8-1-6）式可知：（1） 由于地震波在油、氣、水等流體中的傳播速度比在巖石基質(zhì)中的速度小，因而巖石孔隙中含有流體將使巖層的速度降低，巖石的孔隙越大，巖層的速度越低。（2） 由于地震波在油特別是在氣中的傳播速度比水中的速度低，因而當(dāng)巖石孔隙中含油特別是含氣時(shí)巖層的速度將降低，巖層的孔隙度越大，巖層的速度越低。如果在巖層孔隙中含有油、水或氣、水兩種流體，根據(jù)理論計(jì)算在深度2000英尺、6000英尺和10000英尺處巖層的速度與含水飽和度S的關(guān)系示于圖8-2中。從圖8-2中可以看出，無論在任何深度，含油、水巖層的速度隨著含水飽和度的增大而單調(diào)增加，深度增大，巖層速度的增加變緩。而含氣、水巖層的速度隨著含水飽和度由0增大到0.8左右時(shí)反而減小，然后隨著含水飽和度由0.8走有增大到1.0時(shí)，其速度迅速增加到含水巖層的速度。當(dāng)含水飽和度為0.97或0.98即含氣飽和度為0.02或0.03時(shí)，巖層的速度增大最快。圖8-2含油巖層、含氣巖層的速度隨含水飽和度變化的曲線表8-1巖石和油、氣、水的參數(shù)表 物理參數(shù)巖石材料密度（克/厘米）速度（英尺/秒）頁巖砂巖巖石基質(zhì)氣油水0252650250871108000175001420394049903)巖層的反射系數(shù) (The wave impedance of rock stratum)如果巖層的孔隙中只含有油、氣或水一種流體，根據(jù)體積密度方程（8-1-3）計(jì)算巖層的密度，用修改的時(shí)間平均方程（8-1-6）計(jì)算巖層的速度，在流體壓力P=3000磅/平方英寸，巖石壓力P=6000磅/平方英寸，C=0.85時(shí)，按照表8-1中所列的參數(shù)進(jìn)行理論計(jì)算得出頁巖/含水砂巖、頁巖/含油砂巖和頁巖/含氣砂巖的反射系數(shù)，示于圖8-3所示。圖8-3 頁巖/含水砂巖、頁巖/含油砂巖和頁巖/含氣砂巖的反射系數(shù)隨孔隙度變化的曲線 從8-3圖中可見：（1） 頁巖/含水砂巖、頁巖/含油砂巖和頁巖/含氣砂巖的反射系數(shù)的代數(shù)值都隨著孔隙度的增大而減小，其中頁巖/含氣砂巖的反射系數(shù)隨孔隙度的增大而減小的最快，頁巖/含油砂巖次之，頁巖/含水砂巖的反射系數(shù)減小的最慢，后兩者比較接近。（2） 頁巖/含氣砂巖的反射系數(shù)，當(dāng)孔隙度為13%時(shí)，其反射系數(shù)為0，反射完全消失，出現(xiàn)所謂的暗點(diǎn)，當(dāng)孔隙度小于13%時(shí)，其反射系數(shù)為正。孔隙度大于13%時(shí)，其反射系數(shù)為負(fù)，反射波極性將發(fā)生反轉(zhuǎn)。（3） 頁巖/含油砂巖的反射系數(shù)，當(dāng)孔隙度為34%左右時(shí)，其反射系數(shù)為0，反射完全消失，出現(xiàn)所謂的暗點(diǎn)，當(dāng)孔隙度小于34%時(shí)，其反射系數(shù)為正?？紫抖却笥?4%時(shí)，其反射系數(shù)為負(fù)，反射波極性將發(fā)生反轉(zhuǎn)。（4） 頁巖/含水砂巖的反射系數(shù)，當(dāng)孔隙度為44%左右時(shí)，其反射系數(shù)為0，反射完全消失，出現(xiàn)所謂的暗點(diǎn)，當(dāng)孔隙度小于44%時(shí)，其反射系數(shù)為正?？紫抖却笥?4%時(shí)，其反射系數(shù)為負(fù)，反射波極性將發(fā)生反轉(zhuǎn)。（5） 當(dāng)孔隙度為22%時(shí)，頁巖/含氣砂巖和頁巖/含水砂巖的反射系數(shù)的絕對(duì)值相等，符號(hào)相反，兩者的反射波的振幅相同，但是極性相反，這時(shí)在頁巖/含氣砂巖上將不會(huì)出現(xiàn)亮點(diǎn)，而出現(xiàn)極性反轉(zhuǎn)。當(dāng)孔隙度為大于22%時(shí)，頁巖/含氣砂巖的反射系數(shù)的絕對(duì)值將逐漸大于頁巖/含水砂巖的反射系數(shù)，這時(shí)在頁巖/含氣砂巖上反射波振幅增強(qiáng)，出現(xiàn)亮點(diǎn)，同時(shí)反射波極性將發(fā)生反轉(zhuǎn)。 按照于圖8-3相同的參數(shù)計(jì)算了含油砂巖、含氣砂巖和含水砂巖中油、氣、水流體接觸面上的反射系數(shù)，示于圖8-4中。從圖8-4可見：（a） 在砂巖中含氣含油含水的正常順序情況下，含氣砂巖/含水砂巖、含氣砂巖/含油砂巖和含油砂巖/含水砂巖的反射系數(shù)都是正的，并且都隨著孔隙度的增大而增大。含氣砂巖/含水砂巖的反射系數(shù)增大的最快，含氣砂巖/含油砂巖次之，含油砂巖/含水砂巖的反射系數(shù)增大的最慢。（b） 含油砂巖/含水砂巖的反射系數(shù)較小，在一般情況下難以識(shí)別。（c） 含氣砂巖/含油砂巖和含氣砂巖/含水砂巖的反射系數(shù)之間差別較小，在一般情況下難以識(shí)別。（d） 當(dāng)氣層很薄時(shí)，含氣砂巖/含水砂巖或含氣砂巖/含油砂巖的強(qiáng)的正反射系數(shù)所產(chǎn)生的反射波與上面的頁巖/含氣砂巖的強(qiáng)的負(fù)反射系數(shù)所產(chǎn)生的反射波，因?yàn)閮烧邩O性相反，其反射能量將部分或全部相互抵消，在含氣砂巖上沒有亮點(diǎn)出現(xiàn)。 如果在巖層孔隙中含有油、水或氣、水兩種流體時(shí)，根據(jù)理論計(jì)算得到在2000英尺、6000英尺和10000英尺深度上頁巖/含油、水砂巖和頁巖/含氣、水砂巖的反射系數(shù)隨含水飽和度變化的曲線，示于圖8-5中。圖8-4含氣砂巖/含水砂巖、含氣砂巖/含油 圖8-5頁巖/含油、水砂巖和頁巖/含氣、水砂巖的反射系數(shù)隨含水飽和度變化的曲線砂巖和含油砂巖/含水砂巖的反射系數(shù)隨孔 1-圖中實(shí)線示頁巖/含氣、水砂巖；隙度變化的曲線 2-圖中虛線示頁巖/含油、水砂巖； 從圖8-5中可見頁巖/含油、水砂巖的反射系數(shù)的絕對(duì)值在各種深度都是隨著含水飽和度的增加而逐漸減小，其減小過程沒有突變。但是，頁巖/含氣、水砂巖的反射系數(shù)絕對(duì)值在各種深度隨著含水飽和