横向变速小尺度体反射系数公式应用方法

摘要

本发明提供了一种横向变速小尺度体反射系数公式应用方法，通过建立双层介质模型，利用有限差分全波场数值模拟算法进行数值模拟；对所获得的数值模拟结果进行AVO分析；建立横向变速小尺度体反射系数公式的理论表达式；并在理论表达式的基础上，根据所获得的数值模拟结果的AVO分析结果，确定待定系数，最终得到横向变速小尺度体反射系数公式。通过该公式求取横向变速小尺度体的宽度和弹性参数的方法简单实用，能有效的描述反射系数变化与尺度体宽度和弹性参数的关系。

说明书

技术领域

本发明涉及油气田勘探领域，特别是一种横向变速小尺度体反射系数公式应用方法。

背景技术

20世纪80年代初Ostrander(1982)首先提出利用反射系数随入射角变化识别含气砂 岩，他注意到：含气砂岩反射振幅随偏移距增大而增加，含水砂岩反射振幅随偏移距的增 加而减小，这一现象的发现丰富了烃类检测的技术。Ostrander的工作标志着实用 AVO(Amplitude Versus Offset)技术的出现，30多年来，AVO技术不断成为人们研究的热 点，SEG(The Leading Edge)杂志曾多次出版专辑讨论AVO理论、方法、技术。Gassaway等 把AVO(Amplitude Versus Offset)信息用于反演泊松比，直接解释岩性和油气。

AVO技术是根据振幅随炮检距的变化规律所反映出的地下岩性及其孔隙流体的性质来 直接预测油气和估计地壳岩性参数的一项技术。孙鹏远等对基于Zoeppritz近似的各种反 射系数近似方法进行了归类和对比，目前大多数的AVO研究是在均匀介质或各向异性介质 前提下对Zeoppriz方程的近似。但我国的大部分油气藏的储层非均质性很强，如何有效地 预测非均质性储层是油气勘探开发的一个关键环节。现有的储层预测方法大多是基于水平 层状介质和均匀介质模型，不能满足非均质储层预测的需求。因而，必须从对非均质储层 的反射系数的随介质弹性参数的变化情况进行深入的研究。

在横向均质或大尺度横向变速的情况下，Zeoppritz方程及其简化式可以很好地描述 地层的反射系数。在小尺度横向变速的情况下，现有的反射系数表达式是否适用，怎样才 能有效地描述地下介质的真实情况？当前国际上对小尺度横向变速情况下反射系数近似 式的研究很少，且主要从各向异性角度出发，根据各向异性的各个参数对Zeoppritz方程 近似式进行修正，不能应用到实际的AVO分析和叠前反演之中。横向小尺度如何定义、变 速范围如何界定，横向小尺度变速体对反射系数影响程度是多大，横向小尺度变速情况下 近似公式如何入手，这一系列问题都急需解决。

针对上述问题，建立不同尺度的小尺度体，变化小尺度体内的速度，用全波场正演模 拟方法，对横向小尺度变速体的反射系数进行分析，导出了反射系数与尺度体大小和岩性 参数的关系，促进非均质储层预测技术的发展。

发明内容

本发明的主要目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种横向变速小尺度体反射 系数公式应用方法。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的：

横向变速小尺度体反射系数公式应用方法，其特征在于，包括如下步骤：

建立双层介质模型，在其下层介质中设计小尺度体，并设置该小尺度体的宽度和弹性 参数；

设置地震子波类型及主频参数，设置检波器排放位置，通过有限差分全波场数值模拟 算法进行数值模拟；

对所获得的数值模拟结果进行AVO分析；

建立横向变速小尺度体反射系数公式的理论表达式：ΔR＝awΔim+bΔim+cw+d；其 中，ΔR为反射系数变化值，w为尺度体宽度，Δim为尺度体阻抗与围岩的阻抗差，a、b、 c、d为待定系数；

在所述理论表达式的基础上，根据所获得的数值模拟结果的AVO分析结果，应用最小 二乘法求解所述理论表达式中的待定系数a、b、c、d，得到横向变速小尺度体反射系数公 式。

还包括有如下反射系数公式修正步骤：

对所述双层介质模型设置不同的小尺度体的宽度和弹性参数，并重复所述对待定系数 a、b、c、d的求取步骤，获得新的一组表达式待定系数a’、b’、c’、d’，以所获得的 新的一组表达式待定系数a’、b’、c’、d’对所述横向变速小尺度体反射系数公式进行 修正。

所述地震子波类型为雷克子波，其主频为30Hz；所述检波器放置在离目标层50-100 米处。

还包括如下步骤：

利用所获得的横向变速小尺度体反射系数公式对小尺度体宽度和弹性参数进行预测。

横向变速小尺度体反射系数公式应用系统，其特征在于，包括：双层介质模型建立模 块、有限差分全波场数值模拟计算模块、AVO分析模块、理论表达式建立模块、系数拟合 计算模块；

所述双层介质模型建立模块，用以建立双层介质模型；所述双层介质模型的下层介质 中设计小尺度体；该小尺度体至少包括宽度和弹性参数；

所述有限差分全波场数值模拟计算模块，用以根据设置地震子波类型及主频参数，以 及检波器排放位置，进行数值模拟获得数值模拟结果；

所述AVO分析模块，用以对所获得的数值模拟结果进行AVO分析；

所述理论表达式建立模块，用以建立横向变速小尺度体反射系数公式的理论表达式： ΔR＝awΔim+bΔim+cw+d；其中，ΔR为反射系数变化值，w为尺度体宽度，Δim为尺 度体阻抗与围岩的阻抗差，a、b、c、d为待定系数；

所述系数拟合计算模块，用以根据AVO分析模块所获得的数值模拟结果的AVO分析结 果，应用最小二乘法求解所述理论表达式中的待定系数a、b、c、d，并将该待定系数a、b、 c、d代入理论表达式，得到横向变速小尺度体反射系数公式。

还设置有公式修正模块；

所述公式修正模块，用以对所述双层介质模型建立模块中小尺度体的宽度和弹性参数 进行修改，并根据所述系数拟合计算模块所获得的新的一组表达式待定系数a’、b’、c’、 d’对横向变速小尺度体反射系数公式进行修正。

所述有限差分全波场数值模拟计算模块中，所述地震子波类型为雷克子波，其主频为 30Hz；所述检波器放置在离目标层50-100米处。

还设置小尺度体参数预测模块；

所述小尺度体参数预测模块，用以利用所获得的横向变速小尺度体反射系数公式对小 尺度体宽度和弹性参数进行预测。

通过本发明实施例，可以生成构建横向变速小尺度体反射系数公式，通过该公式求取 横向变速小尺度体的宽度和弹性参数的方法简单实用，能有效的描述反射系数变化与尺度 体宽度和弹性参数的关系。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成 对本发明的限定。在附图中：

图1为双层介质小尺度体模型图；

图2为尺度体内速度变化时反射系数随入射角的关系曲线图；

图3为尺度体内速度变化时反射系数变化与偏移距的关系示意图；

图4为不同宽度尺度体内速度变化时反射系数变化与偏移距的关系示意图；

图5为小尺度体宽度与反射系数差关系示意图；

图6为横向变速小尺度体反射系数公式的应用方法流程图；

图7为横向变速小尺度体反射系数公式的应用系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本 发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并 不作为对本发明的限定。

一般来说，现在大部分都是用厚层均质模型进行AVO分析，反射系数可通过近似方程 求取。事实上地下介质在横向上速度是可能存在变化的，如果忽视它，就可能导致不能对 储层进行精确预测。前人对于横向变速体的反射系数研究较少，尚未有横向小尺度变速情 况下反射系数近似公式，因此也未见成熟模型。本发明通过设计小尺度体来模拟地下介质 速度的变化，改变小尺度体的尺寸来模拟异常体的大小，这样实现了模型的简化，通过均 匀介质中加入一个尺度体(如，一个波长、1/2个波长、1/4波长或1/8波长等)，通过 全波动方程数值模拟技术来研究横向变速对反射系数的影响规律，最终生成构建横向变速 小尺度体反射系数公式。

图1模型中上层介质参数为纵波速度2192m/s，横波速度818m/s，密度2.160g/cm³， 下层介质参数为纵波速度1543m/s，横波速度951.5m/s，密度1.973g/cm³，小尺度体宽度 为一个波长，尺度体内纵波速度值依次从1543m/s变为1550m/s、1570m/s、1580m/s、 1590m/s。

图2为尺度体内速度变化时反射系数随入射角的关系曲线，从图中可以看出随着尺度 体内速度的增加反射系数在小尺度体附近发生跳动，反射系数的绝对值在减小。为进一步 对比小尺度体内速度变化对反射系数的影响，做变化前与变化后的残差，如图3所示，图 中黑、红、蓝、紫依次为尺度体为1550m/s、1570m/s、1580m/s、1590m/s时与1543m/s 米时反射系数的残差，与从图中可以看出，随着速度的增加，反射系数曲线的变化率在明 显增大。

依次减小尺度体的宽度到1/2λ，1/4λ，1/8λ，模型中介质参数与图1相同。尺度 体内不同速度情况下反射系数随入射角变化曲线基本与图2趋势一致，但是由于尺度体的 减小，在小尺度体处反射系数变化变弱。但依然可以看出随着小尺度体内速度的增加，小 尺度体位置附近的反射系数的绝对值在减小。为更好的说明小尺度体对反射系数的影响， 同样做出尺度体内速度变化后与未变化的差，结果如图4所示。从图4a、b、c、的对比可 看出，尺度体越小，相同充填速度的条件下，对反射系数的影响越小。以宽度为1/2λ的 尺度体为例，在尺度为1/2λ时变化量最大值在0.003之内，而尺度体为λ变化最大值在 0.005左右，减小60％，可见尺度体的大小对反射系数的变化影响是较明显的。

以不同尺度体宽度为横轴，反射系数变化为纵轴，把上述模型对应的数值投影到直角 坐标系中，在对不同阻抗对应的值进行线性拟合(如图5)。从拟合公式可以看出，对于相 同组抗体对应的反射系数变化与尺度体宽度有很好的线性关系，反映拟合程度的确定系数 最小值也达到99.6.％，显然其线性关系式非常好的。同样，对于相同宽度的尺度体，其尺 度体对应的阻抗差也与反射系数呈线性关系。因此，我们认识到小尺度体引起的反射系数 变化是小尺度体对应的宽度及相应阻抗的函数。基于上述分析和实验，我们设计了下述本 发明横向变速小尺度体反射系数公式的应用方法。

图6为该横向变速小尺度体反射系数公式的应用方法流程图。如图所示，该横向变速 小尺度体反射系数公式的应用方法，包括如下步骤：

步骤1，建立双层介质模型，在其下层介质中设计小尺度体，并设置该小尺度体的宽 度和弹性参数(所述弹性参数是包括介质的纵波速度、横波速度、密度等多种参数类型的 广义名称)；

步骤2，设置地震子波类型及主频参数，设置检波器排放位置，通过有限差分全波场 数值模拟算法进行数值模拟；

步骤3，对步骤2中所获得的数值模拟结果进行AVO分析；

步骤4，建立横向变速小尺度体反射系数公式的理论表达式：

ΔR＝awΔim+bΔim+cw+d

其中，ΔR为反射系数变化值，w为尺度体宽度，Δim为尺度体阻抗与围岩的阻抗差， a、b、c、d为待定系数；

步骤5，在上述理论表达式的基础上，根据步骤3所获得的数值模拟结果的AVO分析 结果，应用最小二乘法求解所述理论表达式中的待定系数a、b、c、d，得到横向变速小尺 度体反射系数公式。

通过上述反射系数公式应用步骤，我们获得了横向变速小尺度体反射系数公式，进而 利用该公式可以预测横向变速小尺度体的宽度和弹性参数，为AVO分析和AVO反演提供坚 实的基础。通过该公式求取横向变速小尺度体的宽度和弹性参数的方法简单实用，能有效 的描述反射系数变化与尺度体宽度和弹性参数的关系。该方法填补了AVO技术在横向小尺 度变速情况下研究的空白。

发明人对上述方法所获得的横向变速小尺度体反射系数公式进行了拟合优度检测。通 过拟合优度计算得到拟合优度确定系数为0.99。从而可以证实上述方法获得的反射系数公 式的拟合效果是非常好的。这样就可以证明利用该公式对不同尺度体宽度及阻抗引起的反 射系数变化幅度计算值是合理、可信的。

为了使通过上述方法所获得的反射系数公式更加准确更加有效，本发明还设计了如下 对上述获得的反射系数公式进行修正的步骤：

步骤6，对步骤1的双层介质模型设置不同的小尺度体的宽度和弹性参数，并重复上 述步骤1至步骤5获得新的一组表达式待定系数a’、b’、c’、d’，以所获得的新的一 组表达式待定系数a’、b’、c’、d’对横向变速小尺度体反射系数公式进行修正。

通过该步骤我们可以基于有限组不同参数组合的小尺度体，对该横向变速小尺度体反 射系数公式进行反复修正，从而获得更为准确有效的计算公式。

另外，为了提高模拟计算的分辨率，对所述步骤2中所选用的地震子波类型和子波主 频，以及所设计的检波器排放位置也是有要求的。本实施例中，具体采用的是雷克(Ricker) 子波，其主频为30Hz。而为了消除地震波全部的扩散影响，检波器放置在离目标层50-100 米处。这样可以保证即记录入射波又记录反射波，估算每个波的慢度矢量方向然后计算AVO 曲线。

另外，该横向变速小尺度体反射系数公式应用方法还可以包括如下步骤：

步骤7，利用所获得的横向变速小尺度体反射系数公式对小尺度体宽度和弹性参数进 行预测。

通过该步骤，我们可以利用所计算获得的预测横向变速小尺度体的宽度和弹性参数， 为AVO分析和AVO反演提供坚实的基础。

图7为该横向变速小尺度体反射系数公式的应用系统的结构示意图。如图所示，该横 向变速小尺度体反射系数公式的应用系统，包括：双层介质模型建立模块、有限差分全波 场数值模拟计算模块、AVO分析模块、理论表达式建立模块、系数拟合计算模块。

所述双层介质模型建立模块，用以建立双层介质模型；所述双层介质模型的下层介质 中设计小尺度体；该小尺度体至少包括宽度和弹性参数；

所述有限差分全波场数值模拟计算模块，用以根据设置地震子波类型及主频参数，以 及检波器排放位置，进行数值模拟获得数值模拟结果；

所述AVO分析模块，用以对所获得的数值模拟结果进行AVO分析；

所述理论表达式建立模块，用以建立横向变速小尺度体反射系数公式的理论表达式：

ΔR＝awΔim+bΔim+cw+d

其中，ΔR为反射系数变化值，w为尺度体宽度，Δim为尺度体阻抗与围岩的阻抗差， a、b、c、d为待定系数；

所述系数拟合计算模块，用以根据AVO分析模块所获得的数值模拟结果的AVO分析结 果，应用最小二乘法求解所述理论表达式中的待定系数a、b、c、d，并将该待定系数a、 b、c、d代入理论表达式，得到横向变速小尺度体反射系数公式。

为了使通过上述方法所获得的反射系数公式更加准确更加有效，本发明所设计的反射 系数公式应用系统中，还设置有公式修正模块。

所述公式修正模块，用以对所述双层介质模型建立模块中小尺度体的宽度和弹性参数 进行修改，并根据所述系数拟合计算模块所获得的新的一组表达式待定系数a’、b’、c’、 d’对横向变速小尺度体反射系数公式进行修正。

通过该公式修正模块我们可以基于有限组不同参数组合的小尺度体，对该横向变速小 尺度体反射系数公式进行反复修正，从而获得更为准确有效的计算公式。

另外，为了提高模拟计算的分辨率，所述有限差分全波场数值模拟计算模块中，具体 采用的是雷克(Ricker)子波，其主频为30Hz。而为了消除地震波全部的扩散影响，所述 检波器放置在离目标层50-100米处。

另外，本发明所设计的反射系数公式应用系统中，还设置小尺度体参数预测模块。

所述小尺度体参数预测模块，用以利用所获得的横向变速小尺度体反射系数公式对小 尺度体宽度和弹性参数进行预测。

综上所述，本发明通过全波动方程数值模拟技术来研究横向变速对反射系数的影响规 律，最终生成构建横向变速小尺度体反射系数公式。通过该公式求取横向变速小尺度体的 宽度和弹性参数的方法简单实用，能有效的描述反射系数变化与尺度体宽度和弹性参数的 关系。本领域一般技术人员在此设计思想之下所做任何不具有创造性的改造，均应视为在 本发明的保护范围之内。