walkaway井地联合地震资料q值波形反演方法

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1、Walkaway井地联合地震资料Q值波形反演方法杨宇山,李媛媛,刘天佑(中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院,湖北武汉430074)[摘要]传统的品质因子Q值估算方法通常是基于VSP资料或者叠加的地面地震资料,在薄互层存在的情况下,它们难以提取地震子波及有效地分离固有衰减和散射衰减。为了获得更可靠的地震波衰减图像,研究采用了一种基于Walkaway井地联合地震资料的波形反演来求取Q值的方法。通过理论模型的数值计算分析,探讨了初始模型厚度、Q值及噪声对反演结果的影响。合成的Walkaway井地联合地震资料的衰减估计结果表明,波形反演的Q值估算方法充分利用了各种波的运动

2、学和动力学信息,避免了初至拾取和波场分离等处理困难,并能减小可能的人为误差,提高计算的精度。将该方法用于某油田的高分辨Walkaway井地联合地震资料Q值估计,结果表明,介质品质因子Q与介质性质和孔隙流体有良好的对应关系。[关键词]Walkaway井地联合地震勘探;品质因子;波形反演[中图分类号]P631144[文献标识码]A[文章编号]100029752(2009)0220053206当地震波在粘弹性介质中传播时,介质粘滞性引起的吸收作用是导致地震波能量衰减的主要因素之一,这种介质所固有的衰减特性通常用品质因子Q值来描述。地下介质的Q值是研究地震波能量衰减与地下流体性质

3、之间关系的重要参数[1]。然而在实际中,品质因子Q值并没有得到充分的利用,其主要原因是缺少一种精确可靠的Q值估算方法。目前常用的Q值估算方法有谱比法、升时法、质心频移法、互相关法等[2～7],然而,这些方法在实际应用过程中常常会遇到以下两方面的困难[8]:①一般所说的且感兴趣的地震衰减是指由孔隙流体和岩石结构产生的固有(内在)的衰减,它必须与散射衰减区分开来。然而在薄互层情况下,所观测到的地震衰减通常是固有衰减和散射衰减的总和,由于这两种衰减对地震波的作用非常相似,很难将它们完全分离开来。②传统的Q值估算方法都要对子波进行提取,而对于实际资料而言,当有薄层的情况下,子波的

4、提取是非常困难的,并且由于传统谱分析的局限性,很难通过它来提取地震记录中子波的频谱。综上所述,研究新的Q值估算方法是十分必要的。笔者利用Walkaway井地联合地震资料,采用波形反演的方法对介质Q值进行估算。由于波形反演能够最大限度地利用各种波的运动学和动力学信息,减轻初至拾取和波场分离等处理困难,减小可能的人为误差,提高计算的精度,因此,在理论上该方法优于传统的Q值估算方法。Walkaway井地联合地震勘探是一种在同样的激发条件下,同时同步采集地面地震资料和井中VSP资料的新技术,通过井、地资料的联合,可以充分利用两种资料的优点,相互约束,相互补充。基本原理在一维粘弹性

5、介质中,上、下行波之间有如下递推关系式[9]:11/wktkckwk/tkUk+1Dk+1Uk(1)=ck/wktkwk/tkDkβhk-αhk式中,Uk、Dk、ck、tk分别表示在第k层界面上的上行波、下行波、反射系数和透射系数;wk=eie/hk(其中β=ω,α=ω,ω为角频率,vk为相速度,hk为层厚度)[10]。如果已知介质的层数N以及各层反vk2Qvk[收稿日期]2009202203[作者简介]杨宇山(19772),男,2000年大学毕业,博士,讲师,现主要从事地球物理反演理论及应用研究工作。射系数和厚度(如图1所示),则有:01/wktkckwk/tkF11F

6、21F12-R1+R-R∏==(2)ENck/wktkwk/tkF221+R式中,R、E分别表示地面反射及第N层透射。由式(2)可以求得:=F12=F11F22-F12F21R(ω)E(ω)(3)F11-F12F11-F12将求得的地面反射R(ω)代入到式(1)中,就可以求得VSP地震冲击响应序列。根据联合反演理论[11],井地联合地震波形反演就是使目标函数:ψ=W2‖S-Sf‖2+W2Vf‖2V‖V-(4)s最小。式中,S为地面地震观测值;V为VSP观测值;Sf为模型正演地面地震数据;Vf为正演VSP地震数据;WS、WV分别为相对加权矩阵,它对数据作归一化。当地层界面起

7、伏变化不大时,并且假设同一地层中的品质因子Q在横向和纵向上是不变的,平面波垂直入射垂直反射(如图2所示),那么地层模型就可以参数化为:m=(Q1,Q2,⋯,Qk;D11,D12,⋯,D1k;D21,⋯,D2k,⋯,Dn1,⋯,Dnk;L)(5)式中,D为地层厚度;Q为地层的品质因子;L为幅值缩放比例因子。由此可得,如果有NS道地面地震自激自收记录和NV道零偏VSP记录,则模型m的参数个数为(NS+1)×(k+1)。图1层状介质模型中平面波传播示意图图2Q值剖面离散化示意图在实际资料的联合反演中,初始模型最好是根据钻井资料与井中