CN102200588B

CN102200588B - 地震资料的波形相似性体曲率分析方法

Info

Publication number: CN102200588B
Application number: CN2011100693571A
Authority: CN
Inventors: 陈学华; 杨威; 贺锡雷
Original assignee: Chengdu Univeristy of Technology
Current assignee: Chengdu Univeristy of Technology
Priority date: 2011-03-22
Filing date: 2011-03-22
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2031-03-22
Also published as: CN102200588A

Abstract

地震资料的波形相似性体曲率分析方法是一种石油地震勘探数据处理与解释技术，它实现了一种利用地震资料精确刻画沉积相带分布的方法。首先将原始三维地震数据体按所解释的层位采用层拉平技术或Wheeler自动变换技术进行层拉平处理以消除构造对岩相分布的影响，再选取合适的计算孔径，在提取出波形相似性信息数据体的基础上，应用趋势面分析方法计算基于波形相似性体的曲率，获得多个波形相似性体曲率属性数据体，它能有效识别构造形变所致的地层弯曲、地层沉积相或岩性的横向变化，为描述储层岩性的展布特征、指示沉积相带边缘，进行地震相带划分提供依据。

Description

地震资料的波形相似性体曲率分析方法

技术领域

本发明涉及石油地震勘探数据处理与解释领域，是一种通过曲率分析方法同时检测地震数据体中因构造形变所致的地层弯曲和相邻地震道之间地震波形相似性程度，指示地质构造特征和沉积相带边缘的技术。

背景技术

利用地震资料提取沉积岩相是油气地球物理勘探的重要内容。沉积岩相是指在具有一定岩性特征、古生物特征和其他标志的岩石或岩层的综合，这些特征和标志能反映沉积物形成时的自然环境。因此，沉积相是沉积物的特征及其生成环境的总和，揭示了目的层段的沉积环境、储集岩成因及其分布规律。地震相则是沉积岩相的地震响应，是由“沉积环境所形成的地震特征的综合反映”（Sheriff，1982）。不同的岩相，其地震反射波的一些物理参数，如波形、反射结构、振幅、产状等的统计特征是不同的，这为利用地震资料进行沉积相带的识别和划分提供了可能。

传统的地震相划分是通过人工观察地震剖面上的反射特征来描述的，俗称“相面法”，存在效率低和较明显的人为主观性问题。近年来，地震相的划分主要是利用人工神经网络对不同的波形进行分类，达到区分不同沉积体的目的，它利用了不同沉积体的地震波波形的变化。

地震曲率分析是继相干技术之后的又一种强大的地震几何属性分析方法，它是利用地层的弯曲程度进行构造解释和储层分析的新方法(Roberts, 2001; Chopra and Marfurt, 2007)，它对构造形变引起的弯曲敏感，对于各种复杂断层、裂缝，河道及构造弯曲（褶皱，挠曲，滑塌、穹窿等）的刻画能力优越，近年来得到了广泛的关注及应用(Chopra and Marfurt, 2007a; 2007b; 2008; Flierman et al., 2008; Buck et al.,2007)。早期有高斯曲率与露头上的张开裂缝的相关性研究(Lisle, 1994)；Roberts系统地提出了地震曲率属性的分类及二维层面曲率的计算方法，用于描述断层，预测裂缝的分布与方向(Roberts, 2001)，Hart (2002)研究了新墨西哥州西北部地层的走向曲率与张开裂缝间的关系。第一代曲率是用层位数据计算的二维层面曲率(Roberts, 2001)，没有直接利用地震振幅信息与地震反射的几何特征信息，层位追踪的偏差及因闭合问题引入的噪声都会对二维层面曲率产生严重的影响，且易引起构造假象(Al-Dossary and Marfurt, 2006; Blumentritt et al., 2006; Chopra and Marfurt, 2007a; 2007b; 2008)，为了克服二维层面曲率的局限性，出现了第二代曲率，即体曲率(Al-Dossary and Marfurt, 2006; Blumentritt et al., 2006; Klein et al., 2008)，它主要利用了地震资料的振幅信息和地震反射的几何特征信息。

但目前的曲率分析主要利用了构造形变引起的弯曲信息，对于因不同沉积岩相所致的地震波形，反射结构等统计参数的横向变化并不敏感，即曲率异常难以与沉积岩相形成较好的对应关系，所以目前的曲率分析难以直接用于指导沉积岩相的划分。

发明内容

本发明是要提供一种基于地震资料的波形相似性体曲率分析方法，它能有效识别构造形变所致的地层弯曲和地层岩性的横向变化，为描述储层岩性的展布特征、指示沉积相带边缘，进行地震相带划分提供依据。

本发明的波形相似性体曲率分析方法，在计算时首先采用层拉平或Wheeler变换域方法，消除后期构造运动对沉积相带分布的影响，可突出地质异常引起的波形相似性差异，由此获得的岩相分布更为准确。

本发明的波形相似性体曲率分析方法，采用的三维体曲率计算方法，它以趋势面分析理论为基础，与其它常规曲率计算方法相比，计算效率高，对地震信号或地震数据中的奇异信息检测效果更好。

本发明的基于地震资料的波形相似性体曲率分析方法，具有如下优越性：

(1) 充分利用了地震波波形相似性差异所体现的沉积岩相差异信息，使波形相似性异常的边界能在曲率属性中反映，建立了沉积岩相与波形相似性体曲率异常之间的联系；

(2) 直接指示沉积相分布的横向变化，减少了三维体曲率分析中构造信息对提取沉积相带分布的影响。

本发明的具体实现原理如下：

层拉平技术是对某一地层进行解释后，将其校正到一个固定时刻的基准面上，使该层位上下的所有反射都随其作相应的时间校正。进行层拉平处理，可以去掉构造变形的影响。对某一层拉平后的地震剖面相当于恢复了该层在沉积时期的形态，利用层拉平剖面可以研究各构造层的接触关系和构造发育史。应用层拉平切片，可以观察和显示一定时窗内同一目的层段内的各薄层的波形变化规律，用以推断该构造层内的岩性变化，发现有意义的砂岩透镜体或河道砂体。

Wheeler自动变换技术利用层位追踪方法获得层序边界，并根据地震同相轴的倾角和方位角在层序内部自动追踪所有的等时沉积界面，实现在年代地层框架模型中包含所有的沉积控制作用的地质等时界面，分析年代地层框架模型中存在的沉积间断，在此基础上，采用三维Wheeler变换构建精细的、能够反映沉积演化的年代地层模型。

波形相似性数据体汲取了地震多道相干的思想，引入了协方差矩阵，对输入的地震道进行分析，通过多道本征分解处理来计算波形的相似性。假设所确定分析窗口内的J道地震数据u _j的坐标为(x _j，y _j)，沿着视倾角对(p，q)、中心时间t=nΔt来计算2M+1个采样点的协方差矩阵C为

式中表示地震道沿着视倾角在时间

处的内插值。

协方差矩阵的最大特征值λ ₁代表了主要能量，可表征为波形的相似程度，由此便可得到波形相似性数据体为：

趋势面分析是利用数学曲面模拟数据在空间上的分布及变化趋势的一种数学方法，其实质是运用回归分析原理，将显著的地质变量或地质特征分成区域性变化分量、局部性变化分量和随机性变化分量，从而研究地质变量或地质特征的空间分布及其变化规律。

曲率是曲线的二维性质，用于描述曲线上任意一点的弯曲程度，其在数学上可表示为曲线上某点的角度与弧长变化率之比，也可表示为该点的二阶微分形式：

将趋势面分析理论和曲率分析方法相结合，并将其综合应用于三维地震数据处理与解释中。根据最小二乘逼近原理，N次曲面拟合方程可表示为：

若选取3×3的计算网格，则N=2时的二次曲面方程为：

通过求取趋势面方程二阶微分的特征值和特征向量便可以得到相应的主曲率属性。

求解矩阵M的特征值为：

将λ₁、λ₂分别定义为最大正曲率K _pos和最大负曲率K _neg，它们共同反映了趋势面的空间分布形态，可有效检测地震信号或地震数据中的奇异值。也可比较两者的绝对值大小选取主值特征，由此获得的奇异信息也更加丰富。

在三维地震数据体中，计算某点及其相邻道和相邻点拟合而成的空间曲面方程得到相应的曲率属性。并可在计算中，调整平面网格的横向分布范围和垂向上的时窗长度，选取不同的地震数据。

附图说明

图1是设计的三维地质模型中的一个二维剖面（模型中包含岩性边界及正断层）。

图2是图1对应的人工合成地震记录的二维垂直剖面。

图3是图2沿UP层提取的波形相似性体曲率属性。

图4是图2沿UP层提取的常规体曲率属性。

图5是图2沿UP层层拉平之后的剖面。

图6是图5沿UP层提取的波形相似性体曲率属性。

图7是从TX油田的三维叠后地震数据体中抽取的一个垂直过井地震剖面，时间深度位于2.7s～3.2s。

图8是对图7沿Hr层拉平后的地震剖面。

图9是从TX油田的三维叠后地震数据体中抽取的沿层切片。

图10是与图9对应的波形相似性体曲率属性(最大正曲率)沿层切片。

图11是与图9对应的波形相似性体曲率属性(最大负曲率)沿层切片。

图12是与图9对应的绝对值最大主曲率沿层切片。

图13是LX地区碳酸盐岩礁滩储层的地震相带划分比较图。

具体实施方式

本发明的具体实施方式如下：(1) 输入三维叠后地震数据体和已解释的目的层位；(2) 利用层拉平技术或Wheeler域自动变换技术将三维地震数据体按已解释的目的层位或等时沉积旋迴韵律体进行层拉平处理，从而得到层拉平后的三维地震数据体；(3) 选取合适的计算孔径，计算地震波形横向变化和差异信息，形成波形相似性数据体；(4) 应用趋势面分析法拟合波形相似性体中波形相似性差异信息的曲率，从而得到多个能精确刻画沉积相带边界的三维体曲率属性数据体；(5) 对得到的体曲率属性数据体进行反层拉平恢复处理，使其包含的时间(深度)信息与原三维地震数据体保持一致；(6) 输入地下目的层段的地震时间(深度)信息，结合其它可资利用的地质资料，从上述三维数据体中抽取一系列垂直剖面、水平(等时)切片、沿层切片或地层切片；(7) 利用地震数据解释软件将处理后的数据转化成剖面图像或进行三维可视化显示。

本发明的实施实例说明：

图1是从设计的三维地质模型中抽取的二维垂直剖面，其中模型中间层分别为速度4500m/s的含水砂岩和4000m/s的含油砂岩，上覆地层和下伏地层均为速度5000m/s的泥岩。图2是图1对应的合成地震记录剖面，剖面中同时显示了目的层（UP和LOW界面之间）岩性边界上的地震波振幅存在的明显异常以及断层。

图3是图2沿UP层提取的波形相似性体曲率属性，其中红实线为最大正曲率，蓝实线为最大负曲率，可以看到波形相似性体曲率属性同时能反映岩性差异的边界，断层上下盘的接触边界等有效信息。图4是常规体曲率属性，它只对地层弯曲敏感，故只显示了断层上下盘接触边界，而没能反映岩性差异的边界和断层面信息。

图5是对图2的数据沿UP层进行层拉平后的结果。图6是图5沿UP层提取的波形相似性体曲率，可见层拉平处理后，体曲率属性能够只选择性地突出反映岩性变化的边界，因此可用于识别沉积相边界等信息。

图7是从TX地区三维叠后地震数据体中抽取的垂直过井剖面，图7是对图6沿目的层Hr层拉平处理后的剖面。

图9是从TX地区三维叠后地震数据体的目的层Hr层段抽取的切片。

图10是与图9对应的最大正曲率沿层切片，图11是与图9对应的最大负曲率沿层切片，图12是与图9对应的绝对值最大主曲率沿层切片。图10~图12中所求取的曲率属性均采用3×3的网格进行趋势面方程拟合，垂向上的计算时窗为1。从图10～图12的波形相似体曲率属性切片中可见，它们清楚地刻画了辫状河三角洲相砂岩储层的展布及其边界（箭头标注），这些信息在原始振幅切片中难以辨识的！

图13是LX地区碳酸盐岩礁滩储层的地震相带划分的比较图，计算网格为3×3，垂向上的计算时窗为3。其中图13b是利用基于神经网络的波形分类法得到的礁层段的地震相图，图13c~d是基于波形相似性体曲率分析得到的礁层段的相带划分图，将图13c~d与图13b对比分析可见，波形相似性体曲率的最大正曲率（图13c）与最大负曲率（图13d）刻画的台地，岩隆相，前缘斜坡，海槽等相带分布特征及其边界，其边界比基于波形分类的结果（图13b）更清晰。

Claims

1.一种基于地震资料的波形相似性体曲率分析，其特征在于采用以下具体步骤：(1) 输入三维叠后地震数据体和已解释的目的层位；(2) 利用层拉平技术或Wheeler域自动变换技术将三维叠后地震数据体按已解释的目的层位或等时沉积旋迴韵律体进行层拉平处理，从而得到层拉平后的三维地震数据体；(3) 选取合适的计算孔径，计算地震波形横向变化和差异信息，形成波形相似性数据体；(4) 应用趋势面分析法拟合波形相似性体中波形相似性差异信息的曲率，从而得到多个能精确刻画沉积相带边界的三维体曲率属性数据体；(5) 对得到的体曲率属性数据体进行反层拉平恢复处理，使其包含的时间或深度信息与原三维叠后地震数据体保持一致；(6) 输入地下目的层段的地震时间或深度信息，结合其它可资利用的地质资料，从上述三维体曲率属性数据体中抽取一系列垂直剖面、水平或等时切片、沿层切片或地层切片；(7) 利用地震数据解释软件将处理后的数据转化成剖面图像或进行三维可视化显示。

2.根据权利要求1所述的基于地震资料的波形相似性体曲率分析方法，其特征在于：利用三维体曲率属性数据体反映地震波波形的空间横向变化，获得沉积相带边界。

3.根据权利要求1或2所述的基于地震资料的波形相似性体曲率分析方法，其特征在于：采用层拉平技术或Wheeler域自动变换技术，使在后续提取岩性或沉积相带边界的计算中，消除因地层沉积后构造运动对提取岩相分布信息的影响。

4.根据权利要求1或2所述的基于地震资料的波形相似性体曲率分析方法，其特征在于：利用了不同沉积相带地层的地震反射波形在相似性特征上的差异。

5.根据权利要求1或2所述的基于地震资料的波形相似性体曲率分析方法，其特征在于：根据趋势面分析方法拟合空间曲面方程，得到三维体曲率属性数据体的计算方法。