分频吸收系数技术在储层横向预测中的方法原理

分频吸收系数技术在储层横向预测中的方法原理朱红涛 陈开远(中国地质大学,湖北　武汉　430074)摘　要　在进行储层预测、储层描述或油气预测过程中,分频吸收系数是一个很重要的参数,它对岩性的变化具有较高的灵敏度,同时,对于同一岩性含油气后,高频吸收愈加强烈。

在进行储层预测或油气预测时,利用吸收系数并结合地震波的速度、振幅和频率等地震属性参数和阻抗约束反演、AVO属性分析以及测井信息,具有独特的作用和效果,会大大提高储层横向预测解释的精度。

关键词　分频吸收系数　储层横向预测　复赛谱分析　频率中图分类号　TD17 文献标识码　A0　前言地震波的运动学特点和动力学特点与地震介质的特征有关,弹性波吸收性质是地震介质的重要特性之一。

根据地层吸收性质与岩相、孔隙度、含油气成分等的密切关系,可以用它来预测岩性、预报砂体分别,在有利的条件下可以用来直接预测油气的存在。

该技术可望成为地震反演技术中一种有效的方法,与阻抗约束反演、AVO属性分析等油气检测技术一起作为储层和油气预测手段。

地震波在地下岩层介质中传播时,由于实际的岩层是非完全弹性的,除波前发散所引起的振幅减弱外,还存在非完全弹性所引起的地震波振幅的吸收衰减。

由于地层并非是理想的完全弹性介质,这主要是由于地震波的一部分能量用于克服介质内部颗粒间的内摩擦产生热能损耗掉了,即地震波的弹性能量不可逆地转化为热能而耗散,使得地震波的振幅产生衰减,地震波的子波形态不断变化。

而子波形态的变化速度,主要取决于地下岩层的吸收作用,不同岩性对地震波具有不同的吸收程度,地层的吸收越强,地震波的高频成份衰减的越快,子波形态变化越大,因此,吸收系数的变化,可以反映地层岩性的变化。

由于地层含油气后,地层对高频成分吸收增强、吸收系数增大,这为利用吸收系数预测油气及含油气范围提供了理论依据。

实验表明,地震波的吸收性质主要取决于岩石骨架的弹性性质、岩石的孔隙度及孔隙中含流体成分等,因此,沿反射层位计算地震波的吸收性质及其横向变化可以用来预测岩性和含油气性。

1　分频吸收系数技术的基本原理根据弹性粘滞理论可知,由均匀的非完全弹性的介质所产生的吸收作用,将使地震波的振幅随着地震波传播距离的增大呈指数衰减,即A=A0e-αx 式中,A0是地震波的初始振幅,A是经过吸收衰减后的振幅,x是传播距离(也可表示为x=vt,v是地震波的速度),α是吸收系数,表示在吸收介质中地震波的振幅随传播距离x成指数衰减,即表征振幅衰减的快慢。

吸收系数α是频率的函数,当吸收系数随频率呈线性变化时,即α=α0f,上式变为A=A0e-α0f x式中,α0由介质的品质因数Q值和相速度决定。

分析上式可以得出地震波吸收衰减的规律性特点:(1)地震波传播距离越大,振幅衰减就越大,即随着传播距离增大,其相应振幅将按指数规律迅速衰减。

(2)地震波的频率越高,衰减越大。

由于α=α0f,即吸收系数与频率线性变化。

故吸收对频率有选择作用,在其它条件相同的情况下,高频成分更容易被吸收,高频振动比低频振动衰减的快,如对于100Hz的波,一秒钟之后,振幅衰减约-20db,即衰减后的振幅约为原来的10%,对于10Hz的波,一秒钟之后,振幅衰减约-1db,即衰减后的振幅约为原来的99%,地层对波的这种作用也称为低通滤波作用。

因此,地震波在传播过程中随传播距离增大,由于地层的吸收作用,不仅振幅会变小,且频谱也会变低。

(3)波在坚固而致密的岩石中传播时,吸收作用较弱,但在疏松的低速层中传播时,吸收作用很明显,这主要是由于坚固、致密岩石的吸收系数值大的原因,检测结果也证明了这点。

(4)横波的吸收系数比纵波的吸收系数大,在风化岩石中表现得更明显,因此,一般横波的吸衰减比纵波大。

由于吸收作用,可以把地层当成一个滤波器,脉冲波在其中传播时,随传播距离的增加,波谱不断变化,低频成份不断增加,视周期增大,波形发生变化。

利用吸收现象可以研究介质的吸收性质和结构。

通常油气藏具有层状性质,对于同一岩层孔隙中含油气部分与含矿化水部分相比,具有纵波速度低、波阻抗小、吸收系数大的特362科技进步与对策 2003 增刊●研究开发实务●点。

因此,可以利用吸收系数进行岩性解释以及储层油气预测。

计算吸收系数的方法很多,使用最多的分频吸收系数软件(abs )采用的是复赛谱分析方法,下面详细介绍复赛谱分析算法。

复赛谱分析是一种非线性滤波,用以分解两个相褶积的过程。

要分解的两个过程应具有不相重叠的谱函数或者说两个过程变化率不同,一个变化快,一个变化慢。

地震反射波记录可视为地震子波与反射系数的褶积,脉冲地震记录具有白噪性质,变化快,而地震子波一般较为稳定,变化慢。

当介质无吸收作用时,子波无变化,这些性质符合两个过程可分辨的条件,设地震记录f (t )为子波W(t )与反射系数K (t )的褶积f (t )=W (t )3K (t ) 做傅里叶变换后,并取对数可有F (ω)=W (ω)K (ω)ln F (ω)=ln W (ω)十ln K (ω) 由于吸收谱为实数,不影响相位谱,做傅里叶变换时可以只处理振幅谱,做实数变换。

对前式取傅里叶逆变换,获得时间域复谱,称为复赛谱,用带尖角号的相应符号表示:F ∧(t )=12π∫+∞-∞ln F (ω)e j ωt d ωW ∧(t )=12π∫+∞-∞ln W (ω)e j ωt d ω地震记录在复赛谱域分解为两部分,各具不同性质,即子波分量W∧(t )和脉冲记录分量K ∧(t ),地震记录分解过程如图1所示。

图1　复赛谱域子波分解示意图当要对一道地震记录从浅层到深层的各个反射波组连续进行频谱分析时,因为预先不知道反射波出现的时间,而且又要避免把反射波漏掉,一般采用沿一个滑动时窗,按一定步长计算一道记录各段的频谱。

图2所示是一道记录的一部分,设时窗长度为100毫秒,步长一般取时窗长度的一半,是50毫秒。

第一时窗是取0～100毫秒的波形进行频谱分析,第二个时窗是相对于第一时窗挪动一个步长,即对50～150毫秒的波形进行频谱分析;……如此类推。

这样做有些时窗可能没有“卡”在有效波上(如第2、第4时窗等);好像浪费了一些工作量,但是只有这样才能保证出现时间没有规律的各个反射波都不会漏掉。

在复赛谱域子波分量集中于接近零的区段,而脉冲记录分量则按时间均匀分布;子波分量比脉冲记录分量的频率低;对分析区段图2　沿一系列时窗计算一道地震记录各段的频谱做不大的移动时,脉冲记录分量由于它的随机性质而有较大变化,但子波分量实际不改变。

利用这些性质,可以设计一个时窗,在复赛谱时间域中央部分至接近零的位置截取一段数据,并做傅里叶变换;使用低通滤波器或平滑滤波,突出低频子波分量,并做傅里叶变换;使用滑动时窗,对所得地震记录复赛谱进行平均,消除脉冲记录分量后再做傅里叶变换。

经过以上处理的地震记录对数频谱ln F (ω)可近似地视为于波对数频谱ln W (ω),用来做对数衰减率计算。

此时可以使用傅里叶谱分析计算公式。

对两个时间段做分析结果可得:ln F 1(ω)=ln W 1(ω)ln F 2(ω)=ln W 2(ω)Q (ω)=ln F 1(ω)-ln F 2(ω)=ln W 1(ω)-ln W 2(ω) 对关系Q (ω)做直线拟合,求得斜率dQ /d ω,根据拟合直线斜率,用下式计算目的层对数衰减率:δk =2πt 2-t 1×dQdω式中:t 2-t 1———两个分析用时窗段中心点时间差;δk ———下角码表示用复赛谱分析得到的结果。

根据上述复赛谱分析算法基本原理,对目的层进行平均吸收性质测定的步骤归纳如下:对应研究目的层顶、底面位置选取两个分析时窗,使用时窗函数截取地震记录,进行复赛谱计算,即傅里叶变换后取对数再做傅里叶逆变换,得到F 1(t )和F 2(t );经低通滤波后消除脉冲记录分量,可以获得地震子波复赛谱近似值W 1(ω)和W 2(ω),对复赛谱做傅里叶变换,形成子波频谱对数值,选择能量集中的频率范围建立关系Q (m ),并做直线拟合,根据拟合直线斜率,计算目的层对数衰减率。

实际工作结果表明,这种算法获得的结果比较稳定。

由于消除了分析时窗内脉冲记录分布的影响。

对目的层对数衰减率的测定是比较可靠的。

复赛谱分析方法,在频率域对地层的吸收情况分频段计算,使高低频吸收系数变化更加明显,有利于地质人员结合其他地震信息对储层进行含油气预测和分析。

2　结论及建议(1)该技术可望成为地震反演技术中一种有效的方法,与阻抗约束反演、AVO 属性分析等油气检测技术一起作为储层和油气预测手段。

462SCIENCE &T ECHNOL O GY PRO GR ESS AND POL IC Y ●研究开发实务●基于数字信号处理器TMS320C5410的图像匹配系统谢　靖 谢　琼 樊文有(中国地质大学研究生院,湖北　武汉　430074)摘　要　介绍了T I公司高性能信号处理器TMS320C5410和视频A/D芯片TL C5510的主要特点,及以C5410为数据处理核心的图像匹配系统的设计方案,详细讲述了系统的硬件连接及软件实现。

关键词　数字信号处理器　ADC　图像匹配　U SB中图分类号　TN911172 文献标识码　A0　引言目前发展迅速的数字信号处理器已在图形图像处理、语音处理、仪器仪表、通信及多媒体等领域中得到了广泛应用。

本文介绍了采用T I公司高速芯片TMS320C5410和视频A/D芯片TL C5510进行图像的匹配应用。

在C5410中对上位机原始图像数据和下位机采样图像数据比较分析,处理数据经U SB进行通信交换,将结果显示在上位机。

1　硬件接口电路111　TMS320C5410外部扩展电路TMS320C5410是TI公司推出的一种具有高性能定点的DSP 芯片,具有改进的哈佛结构,程序控制部分提供了指令执行的6级流水结构,8级硬件堆栈和用户禁止中断线。

CPU具有先进的多总线结构,40位AL U、2个独立的40位累加器、17×17位并行乘法器、CMPS运算器、EXP编码器、40位移位寄存器、2个地址生成器。

存储器具有16位192K字可寻址存储空间,还具有最多达256K～8M字的扩展地址空间。

指令系统有32位长操作数指令,速度为25/20/15/12. 5/10ns单指令周期。

外围电路有软件可编程定时器、软件可编程等待状态发生器、片内锁相环(PLL)时钟发生器,在片缓冲串口。

系统采用两片高速SRAM芯片扩展32K字程序RAM和32K 字数据RAM,并通过EEPROM存储工作程序,TMS320C5410的外部扩展电路如图1所示。

匹配的相关算法程序存储在EEP2 ROM28HC256内,复位时通过TMS320C5410的引导装载器Boot2loader加载到外部高速的程序RAM中,以使C5410能全速工作,提高系统的处理速度。