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谱反演在地震属性解释中的应用dd-【新闻】

发布时间:2021-04-06 04:09:42 阅读: 来源:电磁阀厂家

谱反演在地震属性解释中的应用

中国页岩气网讯:不断提高地震资料分辨率一直是地震资料处理工作者追求的目标。高分辨率地震资料处理的关键环节是压缩地震子波,拓宽有效信号的频带范围,特别是较为准确地拓宽高频。中国东部陆上油田地震资料的主频约为40Hz,目的层速度一般为4000m/s,应用常规地震资料很难区分厚度小于25m 薄层的顶、底反射,更难识别厚度约为10m 的目标地质体。测井资料的分辨率可达到分米级,但只能提供井点处的垂向地层信息,不能提供储层的空间展布信息。

近年来,Portniaguine等提出一种有别于传统地震反演的谱反演新方法,其主要特点是只采用部分频谱资料就可反演稀疏反射系数或层厚。Chopra等应用谱分解获得的局部频谱资料反演薄层反射系数;Puryear等把反射系数分解成偶分量和奇分量,发展了一种新的谱反演算法,可以稳健地确定小于地震调谐厚度薄层的绝对层厚。Yuan等推导出了一种谱反射系数反演的矩阵表达式,对其不适定性问题进行了讨论,并提出了一种非线性和线性方法混合的谱反射系数反演技术。由于谱反演法能分辨调谐厚度以下的薄层,因而得到了广泛应用。

本文在介绍谱反演方法的基础上,将该法应用于实际地震资料的属性提取和属性解释,提高了属性解释精度。

一、谱反演方法

谱反演是在谱分解的基础上发展起来的一种应用先验信息和谱分解技术提高小于调谐厚度薄层成像精度的方法,是一种不同于传统地震反演的新方法。

1、谱反演理论

一个地震道的反射系数可看成是由一系列的脉冲信号组成,因此可以进行奇、偶分量分解。据谱反演理论:任何一个反射系数序列都可以分解成奇、偶分量,奇分量不利于检测薄层,而应用少量的偶分量就可以提高薄层的分辨能力。谱反演的实质就是利用偶分量在厚度趋于零时的有效干涉提高地震资料的分辨率。谱反演是在谱分解的基础上,通过反演方法使频率域目标函数达到极小而反演出反射系数、薄层厚度。在理想的情况下,谱反演可以识别任意薄层,并精确地反演出反射系数值;在实际情况下也有很强的识别薄层的能力。

本质上,谱反演可以有不同的形式。Puryear等给出了一种奇、偶分解的谱反演形式。Yuan等给出了一种等价的矩阵反演形式,但更加直观,还可以处理非整采样的反射系数反演问题。本文主要以Yuan等提出的谱反演形式反演反射系数。

设地震道可表达为:

式中:w(t)、r(t)和n(t)分别为地震子波、反射系数和噪声(t为时间);*表示褶积运算。

对式(1)进行傅里叶变换,有:

式中:S(f)、W(f)和N(f)(f为频率)分别为s(t)、w(t)和n(t)的频谱;K为反射系数的数目;tk表示第k个反射系数的时间位置;rk表示tk时刻的反射系数大小。

由于中频段地震数据的信噪比通常较高,选取中频段频谱S(fm)(m=1,2,…,M)进行反射系数反演。针对信噪比较低的地震资料,需要采用合适的信噪增强方法进行预处理。假设估计的子波频谱仅有一个常相位θ的误差,即:

则式(2)可转化成:

(3)

其中:

式中Re(·)和Im(·)分别表示取实部和虚部。将式(3)写成矩阵形式,有:

式中:Gk为式(3)中系数矩阵的第k列向量;m为反射系数向量;而:

实际地震资料的有效频带总是有限的,因此导出的观测资料d的信息量往往不充足,如果不增加一些额外的信息,则反演出的m是非唯一的。为了增强反演结果的唯一性,假设地质模型是稀疏块状的,即反射系数除了一些非零值外,其他全为0,因此G中的一些Gk将是冗余信息。反演的动机是从G中寻找出有用的Gk,并求出对应的rk,可看成是一个动态的非线性反褶积过程。

2、谱反演方法的影响因素

谱反演的影响因素主要有:

①选取的频带范围,选取的频带范围要保证在反演过程中能够充分利用地震资料的有效信息;

②采样频率,在一定频带范围内,要充分考虑反演恢复的信息量和计算速度来选择合适的频率采样间隔;

③估计的子波,即使反演参数设置相同,但基于不同的初始子波,反演的结果也不同。

3、谱反演方法的优点

反Q滤波、反褶积和谱反演等方法都能提高地震资料的分辨率。反Q滤波可以补偿由地层吸收衰减引起的振幅衰减和频率损失,从而提高地震资料的信噪比和分辨率,但计算时要求Q值(地层品质因子)已知。由于地下构造是复杂的,影响地震波衰减的因素很多,常Q或者层状Q模型的假设都不能反映地下介质的真实情况,Q值往往难以求准,导致反Q滤波不准确;即使假设Q值随时间或深度连续变化,虽然接近地下介质的真实情况,但由于用到积分运算,导致反Q滤波的计算效率很低。反褶积的目的是压缩地震子波、拓宽频谱、提高分辨率,但也存在明显缺陷:由于真实的地震子波都是未知的,因此目前从实际资料中提取的地震子波不可避免地存在误差;对地震模型做出的人为假设条件在实际中一般得不到满足,限制了经典反褶积算法的处理效果。

谱反演是在谱分解的基础上,通过反演使频率域目标函数达到极小而确定反射系数,可将由于地层的调谐作用而模糊了的薄层信息反演出来,提高了地震资料的分辨率。在地层是稀疏块状的情况下,谱反演可以识别调谐厚度以下的薄层,并可以精确地刻画出地层的边界。

同常规反褶积以及其他方法相比,谱反演主要有以下优点:

① 具有较准确地识别薄层或薄互层的能力;

② 不需要测井资料约束,可以减小井震不匹配带来的影响;

③ 不需要层位解释数据;

④ 不需要初始模型,反演反射系数仅受地质学假设趋势影响,不需额外的数学假设,从而不同于常规的稀疏性反演。

4、谱反演结果应用于地震属性分析

由于谱反演结果是反射系数,存在反射系数之处一定有数值,不存在反射系数之处结果是0,因此得到的属性切片不利于属性分析。为了方便地进行地震属性分析,将得到的反射系数与给定子波褶积,该子波的主频和频带对应于实际子波,但可适当地高于实际子波,就可得到提高分辨率后的地震数据体,然后可应用该数据体进行地震属性提取和分析。

二、数值模拟数据的谱反演

为了验证谱反演方法的有效性,对合成地震记录进行了谱反演。图1为砂泥岩薄层模型合成地震记录的反演结果对比图。

 

图1 砂泥岩薄互层模型合成地震记录的反演结果对比图

由图中可见:波动方程偏移剖面(图1b)和谱反演结果(图1c)的分辨率明显高于砂泥岩薄互层模型合成地震记录(图1a),且能揭示很多细节;基于谱反演结果进行道积分得到的波阻抗(图1d)整体上与砂泥岩薄互层模型合成地震记录(图1a)吻合,薄层也被准确反演,说明谱反演方法在提高分辨率方面是有效的。

三、实际应用

大庆油田的三级构造A 是一个带气顶的受背斜构造控制的边水油田,自下而上发育高台子(G)、葡萄花(P)、萨尔图(S)三套油层,总厚度为390m,属于典型的河流—三角洲相沉积砂体。上部的萨尔图、葡萄花油层以河流相沉积为主,具有层段较多、厚度较大、沉积模式复杂及非均质性强的特点,砂体具有明显的方向性与较好的连续性。利用谱反演方法对该区的三维地震数据体进行反演,得到反射系数体。

 

图2 Inline375测线原始地震剖面(Matlab方式显示)(a)及反射系数剖面(b)

图2为Inline375 测线原始地震剖面及反射系数剖面,由图中可见,谱反演后的地震资料的分辨率得到了提高,反射系数剖面(图2b)反映了更多的地质信息,通过井震标定发现与井数据吻合较好。

 

图3 Inline375测线原始地震剖面(VVA 方式显示)(a)及反射系数(图2b)与给定宽频带子波褶积剖面(b)

利用谱反演得到的反射系数体与给定的宽频带子波(子波主频为50Hz,频带为5-10-100-120Hz)进行褶积,得到了提高分辨率后的地震数据体,用于地震属性分析。图3 为Inline375 测线原始地震剖面及反射系数(图2b)与给定的宽频带子波褶积剖面,图4为图3 数据的频谱,可以看出褶积后的剖面(图3b)分辨率(图4b)得到了一定程度的提高。

图4 图3a(a)、图3b(b)数据的频谱

该油田二类油层为厚层,底部常见有冲刷面, 有明显搅混构造, 属较大型河流相沉积。

首先针对提高分辨率后的地震数据体提取沿层相干体属性,然后将由井资料得到的断点投影到该沿层切片上。图5 为提高分辨率前、后的地震数据的层沿层相干切片,由图可见:在提高分辨率前提取的沿层相干切片(图5a)上,部分断点(箭头所示)并没有显示在相干性较差之处;在提高分辨率后提取的沿层相干切片(图5b)上,构造信息更为详细,一些低相干值区域变得更加突出(图中圆圈所示),断点所在位置相干性变差,在切片上能识别出来。

 

图5 提高分辨率前(a)、后(b)的地震数据的层沿层相干切片(图中的红点为断点)

 

图6 的沉积相分布图

图6为利用测井资料得到的的沉积相分布图,图7为提高分辨率前、后的地震数据的沿层振幅切片。

由图中可见:

①沉积相类型包括河道、主体席状砂、非主体席状砂、表外[*]和尖灭等相,以河道相为主(图6)。

② 通过对比井点处的沉积相(图6)与振幅值(图7)发现,负振幅对应河道相,正振幅对应其他相(图7),且在提高分辨率后的沿层振幅切片上这种特征更明显(图7b)。如L5-153、L6-P151、L6-1538、L7-1888 等井为河道相,表现为负振幅,L4-18 井为表外相、L7-1618 井为尖灭相,表现为正振幅。

③提高分辨率前、后的振幅切片在整体上变化不大,但在一些细节刻画方面,在提高分辨率后的沿层振幅切片(图7b)上河道的连续性、方向性增强,主体席状砂的空间展布趋势也更加明显。如:L4-18井及其西南部在沉积相图上为表外相(图6),提高分辨率后振幅由负值(图7a)变为正值(图7b),与沉积相吻合;L8-18井东南部在提高分辨率前振幅连续性较差(图7a),提高分辨率后振幅连续性增强,河道连续性变强,边界处主体席状砂的特征更明显(图7b),同沉积相图吻合更好(图6)。

 

图7 提高分辨率前(a)、后(b)的地震数据的沿层振幅切片

此外,在沉积相图上L5-161井西部有大片河道(图6),而在沿层振幅切片上对应为正振幅值(图7),造成振幅与沉积相不对应的原因为:L5-161井西部位于背斜顶部,属于应力集中区并且地层倾角较大,由于断层作用使得河道砂形态发生变化,造成河道砂反射特征不明显,这说明利用振幅属性判定沉积相具有一定的局限性,还需要利用井资料进行标定。

结语:

谱反演是一种精细识别薄层和反射系数的反演方法。在没有噪声和地震子波已知的情况下,该方法能识别厚度小于调谐厚度的薄层,并且可以精确地刻画出地层的边界。谱反演的目标函数具有较好的收敛性和约束能力,通过调整反射系数的位置和大小,在目标函数的约束下,可得到反射系数信息。

在实际应用中可将由于地层的调谐作用而模糊了的薄层信息反演出来,进而提高了地震资料的分辨率,提供了更加丰富的地震地层信息。利用谱反演方法对地震数据体进行反演得到反射系数体,再将其与给定高分辨率地震子波进行褶积,得到了提高分辨率后的地震数据体,可用于地震属性分析。数值模拟和应用实例表明,利用提高分辨率后的地震数据体更易识别断点,更易划分沉积相。

需要指出的是,由于地震子波带宽是有限的,谱反演方法仅利用地震资料反演地下垂向变化剧烈的地层信息,可能会存在信息量不够的问题。因此有效并合理地利用其他资料、其他波场信息和先验约束具有更广泛的实际意义。如今关于反射系数估计的大多数方法几乎都采用整采样的反演形式,当实际地层包含非整采样地层时,采用整采样的谱反演方法确定反射系数会对反演结果有多大影响,结果是否可接受,这些问题尚需做深入的理论研究。

注:[*]大庆油田的储层是一套内陆浅水湖盆河流—三角洲体系的沉积物,在漫长复杂的沉积过程中,不仅形成了高能环境下的沉积物,同时也形成了碎屑物质供应不足的低能环境下的沉积物。这种低能环境下的沉积物主要是以油斑、油浸产状为主的泥质粉砂岩,分布于高能环境沉积物的顶、底、周边及内部,通常不能被划为有效厚度界限以内,因而未被列入储量表内,被称为表外储层。

责编:王亭亭

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