CN102590863B - 确定反射系数频散、反射能量及识别气层的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定反射系数频散、反射能量及识别气层的方法及装置，包括：对地震数据进行保幅处理，并提取角道集；根据地震资料的品质选择合适角度的角道集；通过叠前反演方法确定纵波速度、横波速度和密度；确定地层纵波品质因子和横波品质因子；确定反射系数频散；确定反射能量系数；确定反射能量；根据钻井和试井情况，确定门槛值；将反射能量低于门槛值的地层识别为气层。采用本发明可以将地层中含气后引起的速度频散及能量变化通过反射系数准确地反映出来，准确确定反射能量，据此判别地下储层的含气性，有效减低气层识别的多解性。

Description

确定反射系数频散、反射能量及识别气层的方法及装置

技术领域

本发明涉及地球物理技术领域，尤其涉及确定反射系数频散、反射能量及识别气层的方法及装置。

背景技术

反射系数随频率变化，称为反射系数频散。地震波通过所有介质特别是通过岩石时最重要的表现之一是能量被吸收或被转换为热能等其它形式的能量，通常称之为衰减。粘弹性介质中的地震衰减有两种表现形式，一是脉冲信号穿过衰减介质时的频率组成和振幅变化，一是反射系数随频率变化。前者在很多研究中被视作地震衰减的主要响应，即吸收衰减，后者却很少被研究者注意。如果不涉及品质因子很低的特殊地层，通常只考虑吸收衰减是可以的。而当遇到品质因子非常低的气层时，不但要考虑吸收衰减效应，还要考虑与吸收衰减相关的其它效应。

大量实验（Ricker，1953，KDonal et al.，1958，Wuenschel，1965，Tullos & Reid，1969）证明，地震波通过岩石的距离与地震波长密切相关，不同频率的地震波在岩石中的传播速度不同。在应变大于10^-6的强震条件下，吸收是衰减的主要方式，但在地震勘探领域，岩石应变振幅小于10^-6，频散也是地震衰减的一种重要的表现形式，特别是当地层中含气后品质因子降低时，频散为衰减的主要表现方式。Winkler&Nur（1982）的研究工作则显示，在地震勘探过程中，应变振幅小于10^-6，地层的应变线性连续变化，其衰减是由于地层品质因子而不是吸收引起的，Kolsky（1956）和Kjartansson（1979）对两者对地震波能量的影响进行了更深一步的研究后发现，此时地层中几乎不存在吸收现象，反射系数随频率变化或反射系数频散使得地震波在传播过程中能量发生衰减。

研究反射系数随频率的变化规律，涉及两个重要基础。一是速度随频率的变化，即速度频散公式；一是地层界面处的地震波能量分配方程。

速度频散（也称速度耗散、波散）现象经常被用于地震衰减的解释，它与岩石的品质因子和频率有关，品质因子越小，速度频散越严重。Futterman（1962）和Kjartannson（1979）对速度频散进行了理论上的研究，其发表的频散公式也一直得到广泛引用。速度频散实验测试结果（Batzle等，2003）证实，纵波速度对频率变化很敏感，横波速度基本不变。在高频（测井和超声波）条件下的岩石纵波速度与低频速度之间有较大区别，变化最快的频率区间与常规地震勘探的频率区间基本吻合。这一现象表明，超声波纵波速度与地震低频纵波速度之间的差异使得在利用常规地震勘探资料研究油气藏时，不能忽略速度频散的影响，粘弹性介质中波速随频率变化是普遍规律，地层含气后，速度频散更加显著，中低孔隙度气层纵波速度在地震频段内的速度变化可达3～5%以上，由此引起的反射系数（或反射能量）相对变化更大，达到5～10%。而速度频散则会进一步影响纵波反射系数随频率的变化，引起严重的反射系数频散。

关于地层界面两侧的能量分配，最早可以追溯到1898年Knott的研究，现在应用最多的是Zoepperitz（1919）方程，且Aki & Richards（1980）、Shuey（1985）等提出了简化表达式，为后来的弹性介质AVO理论和技术的发展奠定了基础。

但是，对于气层识别，利用现有的速度频散公式和地震波能量分配方程并不能准确地确定地层含气后引起的反射能量的变化，使气层识别存在多解性。

发明内容

本发明实施例提供一种反射系数频散确定方法，用以将地层中含气后引起的速度频散及能量变化通过反射系数准确地反映出来，该方法包括：

对地震数据进行保幅处理，并提取角道集；

根据地震资料的品质选择合适角度的角道集；

通过叠前反演方法确定纵波速度、横波速度和密度；

确定地层纵波品质因子和横波品质因子；

按如下公式确定反射系数频散R_f：

R_f=R(θ,Q,f)=R(θ)+R(Q_p,f)·sec²θ+R(Q_p,Q_s,f)·sin²θ

其中：

R(θ)=A+Bsin²θ+Csin²θtg²θ

$A=\frac{1}{2}(\frac{{\mathrm{\ΔV}}_p}{\stackrel{\‾}{V_p}}+\frac{\mathrm{\Δ\ρ}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}}),B=\frac{\mathrm{\Δ}{V}_p}{2\stackrel{\‾}{V_p}}-4\frac{{V_s}^2}{{V_p}^2}\frac{\mathrm{\Δ}{V}_s}{\stackrel{\‾}{V_s}}-2\frac{{V_s}^2}{{V_p}^2}\frac{\mathrm{\Δ\ρ}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}},C=\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\Δ}{V}_p}{\stackrel{\‾}{V_p}}$

$\frac{\mathrm{\Δ}{V}_p}{\stackrel{\‾}{V_p}}=2\frac{{V_p}^{\′}-V_p}{{V_p}^{\′}+V_p},\frac{\mathrm{\Δ\ρ}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}}=2\frac{{\mathrm{\ρ}}^{\′}-\mathrm{\ρ}}{{\mathrm{\ρ}}^{\′}+\mathrm{\ρ}},\frac{{V_s}^2}{{V_p}^2}=\frac{1}{2}(\frac{{V_s}^{\′2}}{{V_p}^{\′2}}+\frac{{V_s}^2}{{V_p}^2})$

V_p和V_p'分别为地下任意两层地层的纵波速度，V_s和V_s'分别为地下任意两层地层的横波速度，ρ和ρ'分别为地下任意两层地层的密度，θ为入射角；

$R(Q_p,f)=\frac{1}{2\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_p}-\frac{1}{Q_p^{\′}})\·\ln \left(\frac{f}{f_0}\right)+i\·\frac{1}{4}(\frac{1}{Q_p}-\frac{1}{Q_p^{\′}})$

$R(Q_p,Q_s,f)=(\frac{1}{2}B-C){\left(\frac{f}{f_0}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_s}-\frac{1}{Q_p})}\·\cos (\frac{1}{Q_s}-\frac{1}{Q_p})+(\frac{1}{2}B-C){\left(\frac{f}{f_0}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_s^{\′}}-\frac{1}{Q_p^{\′}})}\·\cos (\frac{1}{Q_s^{\′}}-\frac{1}{Q_p^{\′}})+(C-B)-\frac{4D}{\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_s}-\frac{1}{Q_s^{\′}})\·\ln \left(\frac{f}{f_0}\right)$

$+i\·[(\frac{1}{2}B-C){\left(\frac{f}{f_0}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_s}-\frac{1}{Q_p})}\·\sin (\frac{1}{Q_s}-\frac{1}{Q_p})+(\frac{1}{2}B-C){\left(\frac{f}{f_0}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_s^{\′}}-\frac{1}{Q_p^{\′}})}\·\sin (\frac{1}{Q_s^{\′}}-\frac{1}{Q_p^{\′}})-2D]$

Q_p和Q_p'分别为地下任意两层地层的纵波品质因子，Q_s和Q_s'分别为地下任意两层地层的横波品质因子，f为分析频率，f₀为参考频率，D=V_s ²/V_p ²。

较佳的，按如下公式确定地层纵波品质因子Q_p和横波品质因子Q_s：

Q_p=k_p(φ)·V_p+b_p(φ)

Q_s=k_s·φ+b_s

其中，k_p(φ)为与孔隙度φ有关的斜率值，b_p(φ)为与孔隙度φ有关的截距值；k_s为斜率值，b_s为截距值。

本发明实施例还提供一种反射能量确定方法，用以准确确定反射能量，该方法包括：

按上述反射系数频散确定方法确定反射系数频散R_f；

按如下公式确定反射能量系数C_RD：

$C_{\mathrm{RD}}={\∫}_{f_0}^{f_1}(1-|R_f{|}^2)\mathrm{df}$

其中，f₀为参考频率，f₁为分析频率；

按如下公式确定反射能量E_RD：

E_RD=ε·|A₀|²·C_RD

其中，A₀为原始地震振幅，ε为归一化因子。

较佳的，f₀的值为1Hz。

本发明实施例还提供一种气层识别方法，用以有效减低气层识别的多解性，该方法包括：

按上述反射能量确定方法确定反射能量；

根据钻井和试井情况，确定门槛值；

将反射能量低于门槛值的地层识别为气层。

本发明实施例还提供一种反射系数频散确定装置，用以将地层中含气后引起的速度频散及能量变化通过反射系数准确地反映出来，该装置包括：

角道集提取模块，用于对地震数据进行保幅处理，并提取角道集；

角道集选择模块，用于根据地震资料的品质选择合适角度的角道集；

速度及密度确定模块，用于通过叠前反演方法确定纵波速度、横波速度和密度；

品质因子确定模块，用于确定地层纵波品质因子和横波品质因子；

反射系数频散确定模块，用于按如下公式确定反射系数频散R_f：

R_f=R(θ,Q,f)=R(θ)+R(Q_p,f)·sec²θ+R(Q_p,Q_s,f)·sin²θ

其中：

R(θ)=A+Bsin²θ+Csin²θtg²θ

$A=\frac{1}{2}(\frac{{\mathrm{\ΔV}}_p}{\stackrel{\‾}{V_p}}+\frac{\mathrm{\Δ\ρ}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}}),B=\frac{\mathrm{\Δ}{V}_p}{2\stackrel{\‾}{V_p}}-4\frac{{V_s}^2}{V_p^2}\frac{\mathrm{\Δ}{V}_s}{\stackrel{\‾}{V_s}}-2\frac{{V_s}^2}{V_p^2}\frac{\mathrm{\Δ\ρ}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}},C=\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\Δ}{V}_p}{\stackrel{\‾}{V_p}}$

$\frac{\mathrm{\Δ}{V}_p}{\stackrel{\‾}{V_p}}=2\frac{{V_p}^{\′}-V_p}{{V_p}^{\′}+V_p},\frac{\mathrm{\Δ\ρ}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}}=2\frac{{\mathrm{\ρ}}^{\′}-\mathrm{\ρ}}{{\mathrm{\ρ}}^{\′}+\mathrm{\ρ}},\frac{{V_s}^2}{V_p^2}=\frac{1}{2}(\frac{{V_s}^{\′2}}{V_p^{\′2}}+\frac{{V_s}^2}{V_p^2})$

V_p和V_p'分别为地下任意两层地层的纵波速度，V_s和V_s'分别为地下任意两层地层的横波速度，ρ和ρ'分别为地下任意两层地层的密度，θ为入射角；

$R(Q_p,f)=\frac{1}{2\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_p}-\frac{1}{Q_p^{\′}})\·\ln \left(\frac{f}{f_0}\right)+i\·\frac{1}{4}(\frac{1}{Q_p}-\frac{1}{Q_p^{\′}})$

$R(Q_p,Q_s,f)=(\frac{1}{2}B-C){\left(\frac{f}{f_0}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_s}-\frac{1}{Q_p})}\·\cos (\frac{1}{Q_s}-\frac{1}{Q_p})+(\frac{1}{2}B-C){\left(\frac{f}{f_0}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_s^{\′}}-\frac{1}{Q_p^{\′}})}\·\cos (\frac{1}{Q_s^{\′}}-\frac{1}{Q_p^{\′}})+(C-B)-\frac{4D}{\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_s}-\frac{1}{Q_s^{\′}})\·\ln \left(\frac{f}{f_0}\right)$

$+i\·[(\frac{1}{2}B-C){\left(\frac{f}{f_0}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_s}-\frac{1}{Q_p})}\·\sin (\frac{1}{Q_s}-\frac{1}{Q_p})+(\frac{1}{2}B-C){\left(\frac{f}{f_0}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_s^{\′}}-\frac{1}{Q_p^{\′}})}\·\sin (\frac{1}{Q_s^{\′}}-\frac{1}{Q_p^{\′}})-2D]$

Q_p和Q_p'分别为地下任意两层地层的纵波品质因子，Q_s和Q_s'分别为地下任意两层地层的横波品质因子，f为分析频率，f₀为参考频率，D=V_s ²/V_p ²。

较佳的，所述品质因子确定模块具体用于：

按如下公式确定地层纵波品质因子Q_p和横波品质因子Q_s：

Q_p=k_p(φ)·V_p+b_p(φ)

Q_s=k_s·φ+b_s

其中，k_p(φ)为与孔隙度φ有关的斜率值，b_p(φ)为与孔隙度φ有关的截距值；k_s为斜率值，b_s为截距值。

本发明实施例还提供一种反射能量确定装置，用以准确确定反射能量，该装置包括：

上述的反射系数频散确定装置，用于确定反射系数频散R_f；

反射能量系数确定模块，用于按如下公式确定反射能量系数C_RD：

$C_{\mathrm{RD}}={\∫}_{f_0}^{f_1}(1-|R_f{|}^2)\mathrm{df}$

其中，f₀为参考频率，f₁为分析频率；

反射能量确定模块，用于按如下公式确定反射能量E_RD：

E_RD=ε·|A₀|²·C_RD

其中，A₀为原始地震振幅，ε为归一化因子。

较佳的，f₀的值为1Hz。

本发明实施例还提供一种气层识别装置，用以有效减低气层识别的多解性，该装置包括：

上述的反射能量确定装置，用于确定反射能量；

门槛值确定模块，用于根据钻井和试井情况，确定门槛值；

气层识别模块，用于将反射能量低于门槛值的地层识别为气层。

本发明实施例提供的反射系数频散确定方法及装置，将地层中含气后引起的速度频散及能量变化通过反射系数准确地反映出来，有利于准确确定反射能量，据此判别地下储层的含气性，有效减低气层识别的多解性。

本发明实施例提供的反射能量确定方法及装置，可以将地层中含气后引起的速度频散及能量变化通过反射系数准确地反映出来，准确确定反射能量，有利于据此判别地下储层的含气性，有效减低气层识别的多解性。

本发明实施例提供的气层识别方法，可以将地层中含气后引起的速度频散及能量变化通过反射系数准确地反映出来，准确确定反射能量，据此判别地下储层的含气性，有效减低气层识别的多解性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明实施例中反射系数频散确定方法的示意图；

图2为本发明实施例中反射系数频散随入射角的变化的示意图；

图3为本发明实施例中反射能量确定方法的示意图；

图4为本发明实施例中地震速度与含气饱和度的关系示意图；

图5为本发明实施例中气层识别方法的示意图；

图6为本发明实施例中反射系数频散确定装置的示意图；

图7为本发明实施例中反射能量确定装置的示意图；

图8为本发明实施例中气层识别装置的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明实施例考虑结合速度频散及能量分配方程，推导出新的反射系数频散公式，利用该公式可以计算地层含气后引起的反射能量的变化，从而可以进一步利用反射系数频散进行气层或流体的检测。

图1为本发明实施例中反射系数频散确定方法的示意图。如图1所示，本发明实施例中反射系数频散确定方法可以包括：

步骤101、对地震数据进行保幅处理，并提取角道集；

步骤102、根据地震资料的品质选择合适角度的角道集；

原理上地层含气后，入射角越大，反射系数频散越严重，引起的反射能量越弱，但实际地震资料中大入射角资料存在分辨率降低、拉伸畸变等问题，因此实际使用时根据地震资料的品质进行合适入射角的选取；

步骤103、通过叠前反演方法确定纵波速度、横波速度和密度；

步骤104、确定地层纵波品质因子和横波品质因子；

步骤105、确定反射系数频散；

实施时，是按如下公式确定反射系数频散R_f：

R_f=R(θ,Q,f)=R(θ)+R(Q_p,f)·sec²θ+R(Q_p,Q_s,f)·sin²θ

其中：

R(θ)=A+Bsin²θ+Csin²θt_g ²θ，是Aki & Richards（1980）简化公式，其中各参数的含义不变：

$A=\frac{1}{2}(\frac{{\mathrm{\ΔV}}_p}{\stackrel{\‾}{V_p}}+\frac{\mathrm{\Δ\ρ}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}}),B=\frac{\mathrm{\Δ}{V}_p}{2\stackrel{\‾}{V_p}}-4\frac{{V_s}^2}{V_p^2}\frac{\mathrm{\Δ}{V}_s}{\stackrel{\‾}{V_s}}-2\frac{{V_s}^2}{V_p^2}\frac{\mathrm{\Δ\ρ}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}},C=\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\Δ}{V}_p}{\stackrel{\‾}{V_p}}$

$\frac{\mathrm{\Δ}{V}_p}{\stackrel{\‾}{V_p}}=2\frac{{V_p}^{\′}-V_p}{{V_p}^{\′}+V_p},\frac{\mathrm{\Δ\ρ}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}}=2\frac{{\mathrm{\ρ}}^{\′}-\mathrm{\ρ}}{{\mathrm{\ρ}}^{\′}+\mathrm{\ρ}},\frac{{V_s}^2}{V_p^2}=\frac{1}{2}(\frac{{V_s}^{\′2}}{V_p^{\′2}}+\frac{{V_s}^2}{V_p^2})$

V_p和V_p'分别为地下任意两层地层的纵波速度，V_s和V_s'分别为地下任意两层地层的横波速度，ρ和ρ'分别为地下任意两层地层的密度，θ为入射角；

R(θ)对于小于临界角情况下的反射系数的计算精度很高，该项与频率及品质因子无关，反映了地层的弹性特征；

$R(Q_p,f)=\frac{1}{2\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_p}-\frac{1}{Q_p^{\′}})\·\ln \left(\frac{f}{f_0}\right)+i\·\frac{1}{4}(\frac{1}{Q_p}-\frac{1}{Q_p^{\′}})$

$R(Q_p,Q_s,f)=(\frac{1}{2}B-C){\left(\frac{f}{f_0}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_s}-\frac{1}{Q_p})}\·\cos (\frac{1}{Q_s}-\frac{1}{Q_p})+(\frac{1}{2}B-C){\left(\frac{f}{f_0}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_s^{\′}}-\frac{1}{Q_p^{\′}})}\·\cos (\frac{1}{Q_s^{\′}}-\frac{1}{Q_p^{\′}})+(C-B)-\frac{4D}{\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_s}-\frac{1}{Q_s^{\′}})\·\ln \left(\frac{f}{f_0}\right)$

$+i\·[(\frac{1}{2}B-C){\left(\frac{f}{f_0}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_s}-\frac{1}{Q_p})}\·\sin (\frac{1}{Q_s}-\frac{1}{Q_p})+(\frac{1}{2}B-C){\left(\frac{f}{f_0}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_s^{\′}}-\frac{1}{Q_p^{\′}})}\·\sin (\frac{1}{Q_s^{\′}}-\frac{1}{Q_p^{\′}})-2D]$

Q_p和Q_p'分别为地下任意两层地层的纵波品质因子，Q_s和Q_s'分别为地下任意两层地层的横波品质因子，f为任一分析频率，B、C的含义同上，D=V_s ²/V_p ²；R(Q_p,f)和R(Q_p,Q_s,f)是地层粘弹性性质的体现。

具体实施时，可以按如下公式确定地层纵波品质因子Q_p和横波品质因子Q_s：

Q_p=k_p(φ)·V_p+b_p(φ)

Q_s=k_s·φ+b_s

其中，k_p(φ)为与孔隙度φ有关的斜率值，b_p(φ)为与孔隙度φ有关的截距值；k_s为斜率值，b_s为截距值；以上参数可由实际应用地区的岩石物理实验测试结果得到。

具体实施时，可以利用正演模型，研究反射系数频散随入射角的变化，结合实际地震资料的品质选取较为合适的入射角，提取角道集，图2为反射系数频散随入射角的变化的示意图，在图2所示实例中可以选取30度角道集。

本发明实施例还提供一种反射能量确定方法，该方法利用上述反射系数频散确定方法确定反射系数频散，将地层中含气后引起的速度频散及能量变化通过反射系数反映出来，计算地层中含气后引起的反射能量变化，以便于据此判别地下储层的含气性，有效减低气层识别的多解性。

图3为本发明实施例中反射能量确定方法的示意图。如图3所示，本发明实施例中反射能量确定方法可以包括：

步骤301、确定反射系数频散；

实施时，是按上述反射系数频散确定方法确定反射系数频散R_f，具体可参见图1及相应的描述；

步骤302、确定反射能量系数；

实施时，是按如下公式确定反射能量系数C_RD：

$C_{\mathrm{RD}}={\∫}_{f_0}^{f_1}(1-|R_f{|}^2)\mathrm{df}$

其中，f₀为参考频率，f₁为某一分析频率；R_f是上述的反射系数频散，随入射角、频率及品质因子变化；

步骤303、确定反射能量；

实施时，是按如下公式确定反射能量E_RD：

E_RD=ε·|A₀|²·C_RD

其中，A₀为原始地震振幅，ε为归一化因子。

具体实施时，用于确定反射能量系数C_RD的参考频率f₀，是理论上的零频率，实际应用可以取1Hz。

具体实施时，要研究地震速度与含气饱和度的关系，图4为地震速度与含气饱和度的关系示意图，图4中横坐标表示含气饱和度，纵坐标表示纵波速度。在图4所示实例的应用地区，含气饱和度在45%-50%左右，位于地震速度与含气饱和度的单调区间上，并且随着含气饱和度的升高，速度降低，反映在由此引起的反射能量系数上，反射能量系数越小，说明由含气引起的能量变化越大，对应含气饱和度越高（半定量）。

本发明实施例还提供一种气层识别方法，该方法利用上述反射能量确定方法，将地层中含气后引起的速度频散及能量变化通过反射系数反映出来，计算地层中含气后引起的反射能量变化，据此判别地下储层的含气性，有效减低气层识别的多解性。

图5为本发明实施例中气层识别方法的示意图。如图5所示，本发明实施例中气层识别方法可以包括：

步骤501、确定反射能量；

实施时，是按上述反射能量确定方法确定反射能量，具体可参见图2及相应的描述；

步骤502、根据钻井和试井情况，确定门槛值；

步骤503、将反射能量低于门槛值的地层识别为气层。

具体实施时，根据反演得到纵、横波速度和密度，计算地层品质因子，根据实际地震资料品质，选取分析的频率范围，计算反射能量系数及反射能量，门槛值根据地质情况、钻井测试的气层厚度来确定。

本发明实施例还提供一种反射系数频散确定装置，如图6所示，反射系数频散确定装置可以包括：

角道集提取模块601，用于对地震数据进行保幅处理，并提取角道集；

角道集选择模块602，用于根据地震资料的品质选择合适角度的角道集；

速度及密度确定模块603，用于通过叠前反演方法确定纵波速度、横波速度和密度；

品质因子确定模块604，用于确定地层纵波品质因子和横波品质因子；

反射系数频散确定模块605，用于按如下公式确定反射系数频散R_f：

R_f=R(θ,Q,f)=R(θ)+R(Q_p,f)·sec²θ+R(Q_p,Q_s,f)·sin²θ

其中：

R(θ)=A+Bsin²θ+Csin²θtg²θ

$A=\frac{1}{2}(\frac{{\mathrm{\ΔV}}_p}{\stackrel{\‾}{V_p}}+\frac{\mathrm{\Δ\ρ}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}}),B=\frac{\mathrm{\Δ}{V}_p}{2\stackrel{\‾}{V_p}}-4\frac{{V_s}^2}{V_p^2}\frac{\mathrm{\Δ}{V}_s}{\stackrel{\‾}{V_s}}-2\frac{{V_s}^2}{V_p^2}\frac{\mathrm{\Δ\ρ}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}},C=\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\Δ}{V}_p}{\stackrel{\‾}{V_p}}$

$\frac{\mathrm{\Δ}{V}_p}{\stackrel{\‾}{V_p}}=2\frac{{V_p}^{\′}-V_p}{{V_p}^{\′}+V_p},\frac{\mathrm{\Δ\ρ}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}}=2\frac{{\mathrm{\ρ}}^{\′}-\mathrm{\ρ}}{{\mathrm{\ρ}}^{\′}+\mathrm{\ρ}},\frac{{V_s}^2}{V_p^2}=\frac{1}{2}(\frac{{V_s}^{\′2}}{V_p^{\′2}}+\frac{{V_s}^2}{V_p^2})$

V_p和V_p'分别为地下任意两层地层的纵波速度，V_s和V_s'分别为地下任意两层地层的横波速度，ρ和ρ'分别为地下任意两层地层的密度，θ为入射角；

$R(Q_p,f)=\frac{1}{2\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_p}-\frac{1}{Q_p^{\′}})\·\ln \left(\frac{f}{f_0}\right)+i\·\frac{1}{4}(\frac{1}{Q_p}-\frac{1}{Q_p^{\′}})$

$R(Q_p,Q_s,f)=(\frac{1}{2}B-C){\left(\frac{f}{f_0}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_s}-\frac{1}{Q_p})}\·\cos (\frac{1}{Q_s}-\frac{1}{Q_p})+(\frac{1}{2}B-C){\left(\frac{f}{f_0}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_s^{\′}}-\frac{1}{Q_p^{\′}})}\·\cos (\frac{1}{Q_s^{\′}}-\frac{1}{Q_p^{\′}})+(C-B)-\frac{4D}{\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_s}-\frac{1}{Q_s^{\′}})\·\ln \left(\frac{f}{f_0}\right)$

$+i\·[(\frac{1}{2}B-C){\left(\frac{f}{f_0}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_s}-\frac{1}{Q_p})}\·\sin (\frac{1}{Q_s}-\frac{1}{Q_p})+(\frac{1}{2}B-C){\left(\frac{f}{f_0}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_s^{\′}}-\frac{1}{Q_p^{\′}})}\·\sin (\frac{1}{Q_s^{\′}}-\frac{1}{Q_p^{\′}})-2D]$

Q_p和Q_p'分别为地下任意两层地层的纵波品质因子，Q_s和Q_s'分别为地下任意两层地层的横波品质因子，f为分析频率，D=V_s ²/V_p ²。

一个实施例中，所述品质因子确定模块604具体可以用于：

按如下公式确定地层纵波品质因子Q_p和横波品质因子Q_s：

Q_p=k_p(φ)·V_p+b_p(φ)

Q_s=k_s·φ+b_s

其中，k_p(φ)为与孔隙度φ有关的斜率值，b_p(φ)为与孔隙度φ有关的截距值；k_s为斜率值，b_s为截距值。

本发明实施例还提供一种反射能量确定装置，如图7所示，反射能量确定装置可以包括：

上述的反射系数频散确定装置701，用于确定反射系数频散R_f；

反射能量系数确定模块702，用于按如下公式确定反射能量系数C_RD：

$C_{\mathrm{RD}}={\∫}_{f_0}^{f_1}(1-|R_f{|}^2)\mathrm{df}$

其中，f₀为参考频率，f₁为分析频率；

反射能量确定模块703，用于按如下公式确定反射能量E_RD：

E_RD=ε·|A₀|²·C_RD

其中，A₀为原始地震振幅，ε为归一化因子。

一个实施例中，f₀的值可以为1Hz。

本发明实施例还提供一种气层识别装置，如图8所示，气层识别装置可以包括：

上述的反射能量确定装置801，用于确定反射能量；

门槛值确定模块802，用于根据钻井和试井情况，确定门槛值；

气层识别模块803，用于将反射能量低于门槛值的地层识别为气层。

综上所述，本发明实施例提供的反射系数频散确定方法及装置，将地层中含气后引起的速度频散及能量变化通过反射系数准确地反映出来，有利于准确确定反射能量，据此判别地下储层的含气性，有效减低气层识别的多解性。

本发明实施例提供的反射能量确定方法及装置，可以将地层中含气后引起的速度频散及能量变化通过反射系数准确地反映出来，准确确定反射能量，有利于据此判别地下储层的含气性，有效减低气层识别的多解性。

本发明实施例提供的气层识别方法，可以将地层中含气后引起的速度频散及能量变化通过反射系数准确地反映出来，准确确定反射能量，据此判别地下储层的含气性，有效减低气层识别的多解性。

反射系数频散是气层反射能量衰减的重要原因之一。本发明实施例综合考虑了由物性和含气性引起的反射系数频散现象，并可推广至任意入射角的情形，将反射系数分离成弹性反射系数和粘弹性反射系数（Q）两部分，为叠前地震数据地震衰减分析提供了理论依据。其中，速度频散是引起反射系数频散的关键因素，研究地震速度与含气饱和度的关系至关重要，确定研究区的含气饱和度范围是否与速度呈单调线性关系，是使用反射系数频散进行气层识别的关键和前提。在实际应用中，可以通过计算扫描不同频带范围内的反射能量变化来检测反射系数（能量）随频率的变化程度，进而指导气层的识别。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种反射系数频散确定方法，其特征在于，包括：

对地震数据进行保幅处理，并提取角道集；

根据地震资料的品质选择合适角度的角道集；

通过叠前反演方法确定纵波速度、横波速度和密度；

确定地层纵波品质因子和横波品质因子；

按如下公式确定反射系数频散R_f：

R_f=R(θ,Q,f)=R(θ)+R(Q_p,f)·sec²θ+R(Q_p,Q_s,f)·sin²θ

其中：

R(θ)=A+Bsin²θ+Csin²θtg²θ

$A=\frac{1}{2}(\frac{{\mathrm{\ΔV}}_p}{\stackrel{\‾}{V_p}}+\frac{\mathrm{\Δ\ρ}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}}),B=\frac{\mathrm{\Δ}{V}_p}{2\stackrel{\‾}{V_p}}-4\frac{{V_s}^2}{V_p^2}\frac{\mathrm{\Δ}{V}_s}{\stackrel{\‾}{V_s}}-2\frac{{V_s}^2}{V_p^2}\frac{\mathrm{\Δ\ρ}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}},C=\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\Δ}{V}_p}{\stackrel{\‾}{V_p}}$

$\frac{\mathrm{\Δ}{V}_p}{\stackrel{\‾}{V_p}}=2\frac{{V_p}^{\′}-V_p}{{V_p}^{\′}+V_p},\frac{\mathrm{\Δ\ρ}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}}=2\frac{{\mathrm{\ρ}}^{\′}-\mathrm{\ρ}}{{\mathrm{\ρ}}^{\′}+\mathrm{\ρ}},\frac{{V_s}^2}{V_p^2}=\frac{1}{2}(\frac{{V_s}^{\′2}}{V_p^{\′2}}+\frac{V_s^2}{V_p^2})$

V_p和V_p'分别为地下任意两层地层的纵波速度，V_s和V_s'分别为地下任意两层地层的横波速度，ρ和ρ'分别为地下任意两层地层的密度，θ为入射角；

$R(Q_p,f)=\frac{1}{2\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_p}-\frac{1}{Q_p^{\′}})\·\ln \left(\frac{f}{f_0}\right)+i\·\frac{1}{4}(\frac{1}{Q_p}-\frac{1}{Q_p^{\′}})$

$R(Q_p,Q_s,f)=(\frac{1}{2}B-C){\left(\frac{f}{f_0}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_s}-\frac{1}{Q_p})}\·\cos (\frac{1}{Q_s}-\frac{1}{Q_p})+(\frac{1}{2}B-C){\left(\frac{f}{f_0}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_s^{\′}}-\frac{1}{Q_p^{\′}})}\·\cos (\frac{1}{Q_s^{\′}}-\frac{1}{Q_p^{\′}})+(C-B)-\frac{4D}{\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_s}-\frac{1}{Q_s^{\′}})\·\ln \left(\frac{f}{f_0}\right)$

$+i\·[(\frac{1}{2}B-C){\left(\frac{f}{f_0}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_s}-\frac{1}{Q_p})}\·\sin (\frac{1}{Q_s}-\frac{1}{Q_p})+(\frac{1}{2}B-C){\left(\frac{f}{f_0}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_s^{\′}}-\frac{1}{Q_p^{\′}})}\·\sin (\frac{1}{Q_s^{\′}}-\frac{1}{Q_p^{\′}})-2D]$

Q_p和Q_p'分别为地下任意两层地层的纵波品质因子，Q_s和Q_s'分别为地下任意两层地层的横波品质因子，f为分析频率，f₀为参考频率，D=V_s ²/V_p ²。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，按如下公式确定地层纵波品质因子Q_p和横波品质因子Q_s：

Q_p=k_p(φ)·V_p+b_p(φ)

Q_s=k_s·φ+b_s

其中，k_p(φ)为与孔隙度φ有关的斜率值，b_p(φ)为与孔隙度φ有关的截距值；k_s为斜率值，b_s为截距值。

3.一种反射能量确定方法，其特征在于，包括：

按权利要求1或2所述方法确定反射系数频散R_f；

按如下公式确定反射能量系数C_RD：

$C_{\mathrm{RD}}={\∫}_{f_0}^{f_1}(1-|R_f{|}^2)\mathrm{df}$

其中，f₀为参考频率，f₁为分析频率；

按如下公式确定反射能量E_RD：

E_RD=ε·|A₀|²·C_RD

其中，A₀为原始地震振幅，ε为归一化因子。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，f₀的值为1Hz。

5.一种气层识别方法，其特征在于，包括：

按权利要求3或4所述方法确定反射能量；

根据钻井和试井情况，确定门槛值；

将反射能量低于门槛值的地层识别为气层。

6.一种反射系数频散确定装置，其特征在于，包括：

角道集提取模块，用于对地震数据进行保幅处理，并提取角道集；

角道集选择模块，用于根据地震资料的品质选择合适角度的角道集；

速度及密度确定模块，用于通过叠前反演方法确定纵波速度、横波速度和密度；

品质因子确定模块，用于确定地层纵波品质因子和横波品质因子；

反射系数频散确定模块，用于按如下公式确定反射系数频散R_f：

R_f=R(θ,Q,f)=R(θ)+R(Q_p,f)·sec²θ+R(Q_p,Q_s,f)·sin²θ

其中：

R(θ)=A+Bsin²θ+Csin²θtg²θ

$A=\frac{1}{2}(\frac{{\mathrm{\ΔV}}_p}{\stackrel{\‾}{V_p}}+\frac{\mathrm{\Δ\ρ}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}}),B=\frac{\mathrm{\Δ}{V}_p}{2\stackrel{\‾}{V_p}}-4\frac{{V_s}^2}{V_p^2}\frac{\mathrm{\Δ}{V}_s}{\stackrel{\‾}{V_s}}-2\frac{{V_s}^2}{V_p^2}\frac{\mathrm{\Δ\ρ}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}},C=\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\Δ}{V}_p}{\stackrel{\‾}{V_p}}$

$\frac{\mathrm{\Δ}{V}_p}{\stackrel{\‾}{V_p}}=2\frac{{V_p}^{\′}-V_p}{{V_p}^{\′}+V_p},\frac{\mathrm{\Δ\ρ}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}}=2\frac{{\mathrm{\ρ}}^{\′}-\mathrm{\ρ}}{{\mathrm{\ρ}}^{\′}+\mathrm{\ρ}},\frac{{V_s}^2}{V_p^2}=\frac{1}{2}(\frac{{V_s}^{\′2}}{V_p^{\′2}}+\frac{{V_s}^2}{V_p^2})$

V_p和V_p'分别为地下任意两层地层的纵波速度，V_s和V_s'分别为地下任意两层地层的横波速度，ρ和ρ'分别为地下任意两层地层的密度，θ为入射角；

$R(Q_p,f)=\frac{1}{2\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_p}-\frac{1}{Q_p^{\′}})\·\ln \left(\frac{f}{f_0}\right)+i\·\frac{1}{4}(\frac{1}{Q_p}-\frac{1}{Q_p^{\′}})$

$R(Q_p,Q_s,f)=(\frac{1}{2}B-C){\left(\frac{f}{f_0}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_s}-\frac{1}{Q_p})}\·\cos (\frac{1}{Q_s}-\frac{1}{Q_p})+(\frac{1}{2}B-C){\left(\frac{f}{f_0}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_s^{\′}}-\frac{1}{Q_p^{\′}})}\·\cos (\frac{1}{Q_s^{\′}}-\frac{1}{Q_p^{\′}})+(C-B)-\frac{4D}{\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_s}-\frac{1}{Q_s^{\′}})\·\ln \left(\frac{f}{f_0}\right)$

$+i\·[(\frac{1}{2}B-C){\left(\frac{f}{f_0}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_s}-\frac{1}{Q_p})}\·\sin (\frac{1}{Q_s}-\frac{1}{Q_p})+(\frac{1}{2}B-C){\left(\frac{f}{f_0}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\π}}(\frac{1}{Q_s^{\′}}-\frac{1}{Q_p^{\′}})}\·\sin (\frac{1}{Q_s^{\′}}-\frac{1}{Q_p^{\′}})-2D]$

Q_p和Q_p'分别为地下任意两层地层的纵波品质因子，Q_s和Q_s'分别为地下任意两层地层的横波品质因子，f为分析频率，f₀为参考频率，D=V_s ²/V_p ²。

7.如权利要求6所述的反射系数频散确定装置，其特征在于，所述品质因子确定模块具体用于：

按如下公式确定地层纵波品质因子Q_p和横波品质因子Q_s：

Q_p=k_p(φ)·V_p+b_p(φ)

Q_s=k_s·φ+b_s

其中，k_p(φ)为与孔隙度φ有关的斜率值，b_p(φ)为与孔隙度φ有关的截距值；k_s为斜率值，b_s为截距值。

8.一种反射能量确定装置，其特征在于，包括：

权利要求6或7所述的反射系数频散确定装置，用于确定反射系数频散R_f；

反射能量系数确定模块，用于按如下公式确定反射能量系数C_RD：

$C_{\mathrm{RD}}={\∫}_{f_0}^{f_1}(1-|R_f{|}^2)\mathrm{df}$

其中，f₀为参考频率，f₁为分析频率；

反射能量确定模块，用于按如下公式确定反射能量E_RD：

E_RD=ε·|A₀|²·C_RD

其中，A₀为原始地震振幅，ε为归一化因子。

9.如权利要求8所述的反射能量确定装置，其特征在于，f₀的值为1Hz。

10.一种气层识别装置，其特征在于，包括：

权利要求8或9所述的反射能量确定装置，用于确定反射能量；

门槛值确定模块，用于根据钻井和试井情况，确定门槛值；

气层识别模块，用于将反射能量低于门槛值的地层识别为气层。

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