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1、Wavetracing层析成像方法及其在井间地震中的应用第29卷第5期2006年1O月勘探地球物理进展ProgressinExplorationGeophysicsVo1.29.No.5OCt..2006文章编号:1671—8585(2006)05—0329—04Wavetracing层析成像方法及其在井间地震中的应用左建军(中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司物探研究院,山东东营257022)摘要:层析成像技术被广泛应用于矿产勘查,油气开发及工程勘查和检测领域.基于运动学特征的走时层析成像方法计算效率较高,但精度较低.基于动力
2、学特征的波动方程层析成像方法精度较高,但计算时间较长.Wavetracing层析成像方法在射线追踪方面简单,高效,能够提供与有限频率实际资料相一致的传播路径和旅行时.应用该方法对胜利油田垦71地区多对井问地震资料进行的层析成像速度反演取得了良好结果.关键词:井问地震;旅行时;射线追踪;Snell定律;层析成像中图分类号:P631.4文献标识码:A井间地震层析成像是利用井间地震波穿过地层岩石等介质时在时间,振幅,波形等物理量的变化,通过反演得到地层内部物性参数的分布,从而揭示其地质构造,岩性分布或矿藏形态的一种方法lL】].在油气田
3、勘探与开发阶段,井间地震层析成像可以用来研究井间地层中各种有意义的不均匀性,如油气边界,蒸汽前缘,含油气砂体横向变化等现象.自2O世纪7O年代以来,井间地震层析成像已从直射线层析成像发展到弯曲射线层析成像[2],在方法的计算效率和精度方面都有了较大程度的提高.同时,研究者也发现了基于运动学特征的射线层析成像存在的缺点:当遇到层速度剧烈变化时,实际资料的旅行时与基于Snell定律的射线传播的理论旅行时相比会有一个延迟,理论计算的旅行时与实际资料的旅行时误差较大,精度较低.近年来,地球物理工作者发展了许多层析成像方法,这些方法考虑了第
4、一菲涅耳带的影响,改进了基于Snell定律的射线传播路径计算.与通常的射线追踪相比,这些方法需要大量的计算时间,不能满足实际需要.Wavetracing方法[7灌]简单,高效,能够有效地避免盲区现象,可提供与有限频率的实际资料相一致的传播路径和旅行时.1Wavetracing方法的基本原理在模型方面,根据分层数据与测井资料,建立一个三阶Chebyshev多项式三维"层一节点"模型,既可考虑直井,也可考虑斜井;既考虑到二维的倾角,也考虑三维的倾角;成像目标既可能是在同一平面(垂直或倾斜的),也可能不在同一平面内.这样,可使层析成像的
5、结果更加符合实际地质构造情况,并且由于层间介质是连续的,层间射线是直线,因此只需少量参数即可改善正反演的稳健性.图1是根据测井记录建立的垦71某对井的井间初始模型.图1垦71井I司初始模型射线追踪采用Wavetracing最小旅行时扰动算法,这样既大大提高了射线追踪的效率,又避免了"打靶"法可能造成的某些区域射线缺失的现象.采用最小平方共轭梯度法进行速度层析反演.可以通过射线片段的传播角度引人各向异性,从而获得更合理的图像.利用解Chebyshev多项式的因子来计算旅行时的残差,改善了反演条件.采取某些正则化方法以避免在射线覆盖不
6、足区域的速度畸变.使用连续性策略可以明显减少数据的匹配误差.与上述数据拾取有关的是,在层析反演时,尽量不用接近水平方向的那些射线的旅行时.收稿日期:2006一O2—28;改回日期:2006一O7一O3.作者简介:左建军(1970--),男,工程师,1996年7月毕业于武汉大学应用数学专业,现主要从事井间地震的研究工作.基金项目:国家科技攻关项目井间地震技术研究与应用专题(2003BA613A一10—01)资助.330勘探地球物理进展第29卷通常的弯曲射线公式,计算震源点(A)和检波点(B)的射线路径时,满足A点到B点的旅行时最小.
7、Wavetracing方法改进了弯曲射线公式,使射线路径与涉及射线路径的惩罚项之和最小,随着惩罚项系数的增加,射线路径变短,旅行时反而增加,通过调节惩罚项的系数,保证射线路径落在第一菲涅耳带内.与仅考虑基于Snell定律的最小旅行时计算相比,Wavetracing方法计算的射线路径更接近实际信号的传播路径.假定震源点(.,)和检波点(,+)之间有个水平层(图2),每层的速度相同,层之间的射线段是直的.图2(Xo,)到(+,+1)的射线路径示意设(1≤≤)是轴(深度)方向的坐标,.<l<…<<l,(1≤≤)是
8、轴(水平)方向第层的坐标,在第与+1层之间,(五,)到(五+,H.)之间的射线路径是线性的.则传播路径由矢量X一(zl,2,…,)(0≤l≤…≤≤)决定.为方便起见,令:8一一,一Zi+l一,l"i一~/等+器(e和分别是第层射线水平方向和深度方向
