CN102109617A

CN102109617A - 用双井微测井技术测量近地表地层q值的方法

Info

Publication number: CN102109617A
Application number: CN 201010589345
Authority: CN
Inventors: 于承业; 周志才
Original assignee: Daqing Oilfield Co Ltd
Current assignee: Daqing Oilfield Co Ltd
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2011-06-29

Abstract

本发明公开了一种用双井微测井技术测量近地表地层Q值的方法，该方法解决了原双井微测井技术只能用来测量近地表各层速度及厚度的问题；该方法利用双井微测井资料，选择位于高速层中的激发点A及低速层底界面处激发点B的井底和地面道地震记录，截取记录的初至部分，做傅里叶变换，获得各记录的峰值频率；再利用峰值频率移动法估算Q值公式，建立地震信号峰值频率变化的方程组并求解，得到Q₁和Q₂；最后对工区内所有双井微测井点求得的Q₁和Q₂值，依单井微测井解释的分层成果进行横向插值和外推，得到全区近地表Q₁和Q₂值。而近地表品质因子Q值的测量结果，为工程地震中的岩性解释、地震勘探采集中井深设计及地震勘探的近地表补偿提供重要参数。

Description

用双井微测井技术测量近地表地层Q值的方法

技术领域

本发明属于近地表结构调查技术，涉及能源勘探和工程地质测量。

背景技术

近地表一般为层状结构，最上面一层为风化层，下面为低降速层，低降速层因为岩性不同和速度不同也可能划分为几个低降速层，中间还可能有夹层，但最下面是成了岩的高速层。高速层之上的所有层，统称为近地表。在能源勘探和工程地质测量中，近地表结构调查方法包括钻孔法和物探方法，物探方法主要为浅层折射法和微测井法，相对而言，微测井方法要比浅层折射法准确。

微测井法又分为单井微测井技术和双井微测井技术，单井微测井技术是在测量点处钻一口井，深度要求打穿近地表低速带，到达高速层，在地面围绕井口按扇面形状埋置检波器，从井底开始以一定间隔用雷管在井中激发，一直到井口，一般情况下深层间隔大些，例如1米，浅层间隔小些，例如0.5米。通过测量各深度点到地面检波器的传播时间，可以详细地划分近地表分层，并求得各层的厚度和速度及波在每个层中的传播时间。

双井微测井技术与单井微测井技术相比，唯一不同的就是在测量点处再钻一口观测井，并在观测井底插入一只检波器，井底检波器与地面检波器同时接收雷管在井中爆炸激发的地震波，因为有井底和地面两种检波器接收，所以对一些解释参数(如速度、潜水面深度)可以互相印证，因此通过双井微测井可以比较准确地测量潜水面深度和近地表速度结构情况，优化激发点的最佳位置，这是双井微测井的基本功能。

由于双井微测井的施工成本高于单井微测井，所以工程上，两者配合使用，就是在关键测量点上使用双井微测井，其余测量点上使用单井微测井。目前，单井微测井和双井微测井技术都用来详细划分近地表的分层、测量点潜水面深度、测量各层速度和各层厚度。

本发明则提出了用双井微测井技术测量近地表地层Q值的方法。地质学中品质因子Q是地层对弹性波吸收特性的一种表达方式，表现为地震波的振幅衰减，地震波的主频下降，因此，可以通过在地层中传播的波的形态变化或者波的振幅的变化测量地层的品质因子Q。地震波在地层中传播，其振幅随波的传播时间和地震波的频率的关系为：A(f，t)＝A(f，0)exp(-πft/Q) (1)其中：t代表波在该地层中的传播时间；f为地震波的频率，地震信号为带限信号，微测井记录中，采用雷管激发地震波，地震波的频率范围为几赫兹到几百赫兹；A(f，0)为初始时刻频率域中频率f振幅谱；A(f，t)为传播t时刻后频率域中频率f的振幅谱。也可以将A(f，0)理解为波进入地层时刻频率f的振幅谱，A(f，t)为波传出该地层时频率f的振幅谱。

从公式(1)中，我们看到，可以根据地震波振幅的衰减来测量品质因子Q。实际中也可以通过地震波形的变化来测量品质因子Q。Changjun Zhang，Tadeusz J.Ulrych.Estimation ofquality factors from CMP，Geophysics，2002，67(5)：1542～1547。文献中提出的利用峰值频率移动法估算Q值公式为：

Q = \frac{πt f_{p} f_{m}^{2}}{2 (f_{m}^{2} - f_{p}^{2})} - - - (2)

式中：f_m为震源子波的峰值频率，f_p为接收点地震波的峰值频率，t为地震波在地层中传播的时间。

无论从Q值的定义，还是公式(1)和公式(2)，我们可以看到，测量品质因子Q需要知道地震波初始时刻的频谱值A(f，t)或者地震波初始时刻的峰值频率f_m，而单井微测井中地震波初始时刻的频谱值A(f，t)或者初始时刻的峰值频率f_m是未知的，这也就是使用单井微测井不能测量品质因子Q的原因。

发明内容：

本发明的目的是用双井微测井技术测量近地表各层的品质因子Q值；而品质因子Q值的测量结果，能为工程地震中的岩性解释提供重要参数，为高精度地震勘探采集中井深设计提供依据，为高精度地震勘探的近地表补偿提供重要参数。

为实现上述发明目的，本申请所采用的技术方案是：1、先用单井微测井或双井微测井资料解释出近地表各层的分界面、各层厚度、速度及波在各层中的传播时间，确定低速层底界面；2、利用双井微测井资料，选择位于高速层中的激发点A及低速层底界面处激发点B，激发点B所在平面以下为高速层，设其地层品质因子为Q₁，界面以上为近地表低速层，设其地层品质因子为Q₂；取激发点A及激发点B的井底地震记录和1道质量好的地面道地震记录，截取记录的初至部分，做傅里叶变换，获得各记录的峰值频率；3、对于同一炮记录，其震源信号相同，地面和井底检波器接收的地震信号的不同是由于传播路径不同引起的，而两炮点到地面检波器和井底检波器的总的传播路径相等，又相互交叉，利用峰值频率移动法估算Q值公式，建立地震信号峰值频率变化的方程组并求解，得到Q₁和Q₂；4、对工区内所有双井微测井点求得的Q₁和Q₂值，依单井微测井解释的分层成果进行横向插值和外推，得到全区近地表Q₁和Q₂值。

上述步骤3中求Q₁和Q₂值的计算公式是：

Q_{2} = \frac{f_{1}^{2} f_{2} t_{2} ({πf}_{3}^{2} f_{4} t_{6} - {πf}_{3} f_{4}^{2} t_{3}) + {πf}_{1} f_{2}^{2} f_{3}^{2} f_{4} t_{1} t_{5}}{2 [(f_{1}^{2} - f_{2}^{2}) (f_{3}^{2} f_{4} t_{6} - f_{3} f_{4}^{2} t_{3}) + f_{1} f_{2}^{2} t_{1} (f_{3}^{2} - f_{4}^{2})]}

Q_{1} = \frac{{πf}_{3}^{2} f_{4} t_{6} Q_{2} - {πf}_{3} f_{4}^{2} t_{3} Q_{2}}{{2 Q}_{2} (f_{3}^{2} - f_{4}^{2}) - {πf}_{3}^{2} f_{4} t_{5}}

式中，t₁是点B激发，震源子波到达井底检波器的旅行时，f₁是点B激发，井底检波器接收地震初至信号的峰值频率，t₂是点B激发，震源子波到达地面检波器的旅行时，f₂是点B激发，地面检波器接收地震初至信号的峰值频率，t₃为点A激发，震源子波到达井底检波器的旅行时，f₃是点A激发，井底检波器接收地震初至信号的峰值频率，t₆和t₅分别是点A激发的地震波到达分界面的旅行时和从分界面到达地面检波器的旅行时，f₄是点A激发，地面检波器接收地震初至信号的峰值频率。f_A为激发点A震源子波的峰值频率，f_B为激发点B震源子波的峰值频率。

本发明所具有的有益效果：本发明用双井微测井技术测量近地表地层的Q值的方法，开发了双井微测井技术新的功能，为近地表地层的结构分析提供了新的数值；通过该方法得到全区近地表Q值后，在地震勘探采集中，选择Q值大的层做为激发深度，保证了野外采集资料的品质，地震资料处理中，用地表Q值做地震资料的衰减补偿，提高了地震资料的保真度和地震分辨率。

附图说明

图1是双井微测井近地表层测量方法示意图；图2是双井微测井近地表地层Q值测量流程框图；图3是用本方法测得的大庆长垣工区(局部)近地表Q值平面图。

具体实施方式

在进一步说明本发明的技术方案前，为了更好的理解本发明，有必要说明以下内容，具体的是：地质学中认为近地表具有层状结构，不同地层具有不同品质因子Q，设波在每个地层中传播的时间为t_i，波在多个层中传播的总时间为

波传播后振幅由A(f，0)衰减为A(f，t)，根据背景技术中公式(1)对Q的度量方法，可以将多个层看作为一个复合层或者等效层，在这里将波在复合地层中传播的品质因子称为复合层的等效Q，在本说明中用符号Q_eff表示，取英文effective的前三个字母，复合层中各小层的品质因子用符号Q_i表示，i代表示层号；下面根据Q的传播特性推导各层Q_i与等效Q_eff之间的关系：按地震波由初始振幅由A(f，0)开始，在每个品质因子为Q_i的地层中传播后了t_i后时间都发生了衰减，穿过所有层后，衰减为A(f，t)，则有：A(f，t)＝A(f，0)exp(-πft₁/Q₁)*exp(-πft₂/Q₂)*exp(-πft₂/Q₂)*·*exp(-πft_n/Q_n)(3)按地震波在一个复合的层中传播了

之后，地震波由初始振幅由A(f，0)衰减为A(f，t)，设复合层的等效品质因子为Q_eff，则有：

A (f, t) = A (f, 0) \exp [- πf (Σ_{i = 1}^{n} t_{i}) / Q_{eff}] - - - (4)

比较(3)式和(4)式，可得：

\frac{Σ_{i = 1}^{n} t_{i}}{Q_{eff}} = \frac{t_{1}}{Q_{1}} + \frac{t_{2}}{Q_{2}} + . . . \frac{t_{n}}{Q_{n}} - - - (5)

公式(5)是将一个复合层细分为所有单层的情况。但实际应用中，为了计算方便，通常将一个复合层先划分为两层，当然这两层又是复合层或单层，这种情况下则有：

\frac{t_{1} + t_{2}}{Q_{eff}} = \frac{t_{1}}{Q_{1}} + \frac{t_{2}}{Q_{2}} - - - (6)

这其中，Q₁其中一个复合层或单层的品质因子，t₁为波在品质因子Q₁地层中传播时间。Q₂为另一层的品质因子，t₂为波在品质因子Q₂地层中传播时间.。公式(6)在本说明中要被多次使用。

下面结合附图具体说明本发明的技术方案：1、由图1所示，所述双井微测井技术是在测量点钻两口井，深度要求打穿近地表低速带，到达高速层，两口井的横向距离一般5m左右，一口为激发井4，另一口为接收井12；在地面围井口附近埋置检波器1，在接收井的井底插入检波器8，10为低速层底界面，9为低速层底界面以下高速层，设其品质因子为Q₁，11为低速层底界面以上近地表低速层，设其品质因子为Q₂，13为地面。野外施工中，从井底开始，以一定间隔，用雷管在激发井中激发，一直到井口，一般情况下深层间隔1m，浅层间隔0.5m。

需要说明的是，相对于近地表的低速层，其下面的高速层比较厚，其品质因子Q值相对比较大且稳定，所以在微测井表层结构调查中，主要目的是测量近地表低速层的速度和厚度，激发井和接收井的深度要求打穿近地表低速带达到比较厚的高速层就可以了。

2、计算Q₁和Q₂选择位于高速层9中的激发点A及低速层底界面10处激发点B两炮双井微测井记录，对于激发点A和B，每炮都有23道地面道和1道井底道(表层测量常用的地震仪一般为24道)，在23道地面道中选取质量好的1道参与计算，这样两炮共有四个地震记录，截取记录的初至部分，并做傅里叶变换，获得各记录的峰值频率，应用公式(2)，根据激发点B的波传播到井下检波器8时，可得：

Q_{1} = \frac{π t_{1} f_{1} f_{B}^{2}}{2 (f_{B}^{2} - f_{1}^{2})} - - - (7)

根据激发点B的波传播到地面检波器1时，可得：

Q_{2} = \frac{{πt}_{2} f_{2} f_{B}^{2}}{2 (f_{B}^{2} - f_{2}^{2})} - - - (8)

根据激发点A的波到井下检波器8时，可得：

Q_{1} = \frac{{πt}_{3} f_{3} f_{B}^{2}}{2 (f_{B}^{2} - f_{3}^{2})} - - - (9)

激发点A激发的波要经过Q₁和Q₂两个层，才能到达地面接收检波器，根据前述等效观点，引入激发点A到达地面检波器的地层等效Q_eff，可得：

Q_{eff} = \frac{π (t_{5} + t_{6}) f_{4} f_{A}^{2}}{2 (f_{A}^{2} - f_{4}^{2})} - - - (10)

式中，t₁是点B激发，震源子波到达井底检波器的旅行时，f₁是点B激发，井底检波器接收地震初至信号的峰值频率，t₂是点B激发，震源子波到达地面检波器的旅行时，f₂是点B激发，地面检波器接收地震初至信号的峰值频率；t₃为点A激发，震源子波到达井底检波器的旅行时，f₃是点A激发，井底检波器接收地震初至信号的峰值频率，t₆和t₅分别是点A激发的地震波到达分界面的旅行时和从分界面到达地面检波器的旅行时，f₄是点A激发，地面检波器接收地震初至信号的峰值频率。f_A为激发点A震源子波的峰值频率，f_B为激发点B震源子波的峰值频率。

根据前述复合层与单层品质因子的关系，当地震波穿过两个地层后，可以认为波是从震源A先在品质因子Q₁的地层中传播了t₆，又在品质因子Q₂的地层中传播了t₅到达地面检波器1，根据前述公式(6)则有：

\frac{t_{5} + t_{6}}{Q_{eff}} = \frac{t_{5}}{Q_{2}} + \frac{t_{6}}{Q_{1}} - - - (11)

不论双井微测井还是单井微测井，因为地震信号激发点的深度是已知的，地震记录的传播时间通过初至到达时是可以测量的，地震信号在各层的传播速度和传播时间都可以计算出来，这在微测井资料解释中是成熟的技术，所以在上述公式中地震波的传播时间都可以认为是已知量，f₁、f₂、f₃和f₄是地震初至记录的峰值频率，可以通过对地震信号的频谱分析获得，在上述公式中也为视已知量。将方程(7)、(8)、(9)、(10)、(11)联立为方程组，五个方程中只有五个未知数：f_A、f_B、Q₁、Q₂和Q_eff，用消元法解得：

Q_{2} = \frac{f_{1}^{2} f_{2} t_{2} ({πf}_{3}^{2} f_{4} t_{6} - π f_{3} f_{4}^{2} t_{3}) + π f_{1} f_{2}^{2} f_{3}^{2} f_{4} t_{1} t_{5}}{2 [(f_{1}^{2} - f_{2}^{2}) (f_{3}^{2} f_{4} t_{6} - f_{3} f_{4}^{2} t_{3}) + f_{1} f_{2}^{2} t_{1} (f_{3}^{2} - f_{4}^{2})]} - - - (12)

Q_{1} = \frac{π f_{3}^{2} f_{4} t_{6} Q_{2} - π f_{3} f_{4}^{2} t_{3} Q_{2}}{{2 Q}_{2} (f_{3}^{2} - f_{4}^{2}) - π f_{3}^{2} f_{4} t_{5}} - - - (13)

求解过程中，先用公式(12)得到Q₂，再代入公式(11)得到Q₁。

从上述描述可知，使用了双井微测井资料，虽然不知道地震波初始时刻的频谱值A(f，t)，或者地震波初始时刻的峰值频率f_A和f_B，但是由于有地面和井下两个接收道，对于同一炮记录，其源信号相同，地面和井底检波器接收的地震信号的不同是由于传播路径不同引起的，而两炮点到地面检波器和井底检波器的总的传播路径相等，又相互交叉，就可通过建立方程组，消去地震波初始时刻的频谱值A(f，t)或者地震波初始时刻的峰值频率f_A和f_B，从而测量出地层的Q值。这是本发明的关键。

3、对工区内所有双井微测井测量点求得的Q₁、Q₂值依据单井微测井解释的分层成果进行横向插值和外推，获得全工区的低速层和高速层品质因子Q值。图2是本发明方法测量Q₁、Q₂的流程框图。

图3为申请人按照本发明方法，用双井微测井测量近地表品质因子的一个例子，展示的是大庆长垣地震工区(局部)近地表品质因子平面图，品质因子Q值无量纲，纵横坐标以地震道距(20米)为单位。

Claims

1.用双井微测井技术测量近地表地层Q值的方法，具体步骤如下：

①、先用单井微测井或双井微测井资料解释出近地表各层的分界面、各层厚度、速度及波在各层中的传播时间，确定低速层底界面；

②、利用双井微测井资料，选择位于高速层中的激发点A及低速层底界面处激发点B，激发点B所在平面以下为高速层，设其地层品质因子为Q₁，界面以上为近地表低速层，设其地层品质因子为Q₂；取激发点A及激发点B的井底道和1道质量好的地面道地震记录，截取记录的初至部分，做傅里叶变换，获得各记录的峰值频率；

③、对于同一炮记录，其振源信号相同，地面和井底检波器接收的地震信号的不同是由于传播路径不同引起的，而两炮点到地面检波器和井底检波器的总的传播路径相等，又相互交叉，利用峰值频率移动法估算Q值公式，建立地震信号峰值频率变化的方程组并求解，得到Q₁和Q₂；

④、对工区内所有双井微测井点求得的Q₁和Q₂值，依单井微测井解释的分层成果进行横向插值和外推，得到全区近地表低速层和高速层品质因子Q值。

2.根据权利要求1所述的用双井微测井技术测量近地表地层Q值的方法，其特征在于：上述步骤3中求Q₁和Q₂值可采用下述计算公式：

Q_{2} = \frac{f_{1}^{2} f_{2} t_{2} ({πf}_{3}^{2} f_{4} t_{6} - {πf}_{3} f_{4}^{2} t_{3}) + {πf}_{1} f_{2}^{2} f_{3}^{2} f_{4} t_{1} t_{5}}{2 [(f_{1}^{2} - f_{2}^{2}) (f_{3}^{2} f_{4} t_{6} - f_{3} f_{4}^{2} t_{3}) + f_{1} f_{2}^{2} t_{1} (f_{3}^{2} - f_{4}^{2})]}

Q_{1} = \frac{{πf}_{3}^{2} f_{4} t_{6} Q_{2} - {πf}_{3} f_{4}^{2} t_{3} Q_{2}}{{2 Q}_{2} (f_{3}^{2} - f_{4}^{2}) - {πf}_{3}^{2} f_{4} t_{5}}