CN103076631B - 一种基于零脉冲反褶积提频技术的煤层气田陷落柱预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于煤层气勘探与开发领域，为一种基于零脉冲反褶积预测提频技术的煤层气田陷落柱预测方法，具体涉及应用零脉冲预测反褶积对煤层气田地震数据进行提频处理，从而进行有效地煤层气田陷落柱的预测。与常规煤层气田地震处理相比，地震主频提高至80Hz以上，分辨能力提高50％以上，能够识别断距为5米左右的断层。地震数据提频过程中，通过控制反褶积的大小得到的提频地震数据表现陷落柱特征明显：位于向斜部位、正楔形外形、内部同相轴清晰、反射能量强等，由陷落柱引生的临近断层清晰。应用本方法进行实际二维工区陷落柱的预测效果较明显，预测出陷落柱的平面展布规律，与钻探结果吻合程度较高。

Description

一种基于零脉冲反褶积提频技术的煤层气田陷落柱预测方法

技术领域

本发明属于油气与煤层气地震勘探与开发领域，具体涉及利用零脉冲预测反褶积提频技术提高煤层气田地震数据的分辨能力，从而进行煤层气田陷落柱的有效预测。

背景技术

现有技术中，在可持续发展进程中，处于能源供应、环境保护等大趋势指引下，煤层气的勘探与开发越来越受到世人的重视，对于煤层气研究的投入也越来越大。但是，由于针对煤层气的系统研究整体起步比较晚，目前没有形成主要针对煤层气勘探与开发的方法技术，迫切需要形成有效进行煤层气勘探与开发的针对性技术方法系列。

煤层气的储集、勘探和开发受到多种因素的影响，其中陷落柱的分布是一个重要的因素。陷落柱是在一定的地质条件下，在漫长的历史时期内，地层中的可溶地层发生岩溶作用而形成岩溶空洞，造成空洞上方不可溶的地层发生塌陷而形成的一种特殊地质体。一般来讲，陷落柱是由煤系下部灰岩基底的喀斯特溶洞塌陷形成的。

传统的进行煤层气田陷落柱分布预测方法是应用常规处理地震数据，结合相干技术与方差技术进行陷落柱纵向特征描述和横向边界刻画。

传统使用的技术由于受到地震分辨率的限制，对煤层气田陷落柱的特征刻画与分布预测精度较低。为了满足需要，需要进行地震数据的提高分辨率处理。传统的针对常规油气勘探与开发的地震提频技术主要包括滤波处理技术和反褶积处理技术等。陷落柱在煤层气田中的存在是一个普遍的现象，在某一特定的煤层气田，陷落柱的分布具有明显的规律性，但是陷落柱个体的分布则是随机的，如何有效预测陷落柱的分布是存在一定的困难的；同时，煤层气是一种吸附气体，由于陷落柱的存在造成地层压力、地层断裂体系等的变化，对本区煤层气的富集造成影响；另外，陷落柱是由于地层发生岩溶作用而形成的，其中存在丰富的侵蚀性地下水是必不可少的一个条件，这一条件也说明了陷落柱的分布区是煤层气富集和开采的不利地区，这不仅降低了煤层气田的经济效益，而且因为有可能导水给煤矿安全造成严重的威胁。

利用传统的地震提频技术进行地震提频处理，地震资料的主频可以达到50赫兹以上，利用提频的地震资料可以识别断距大于10米的断层，但是对于断距小于10米的小断层，这种分辨率是不能满足要求的。因此必须在保持波组特征的前提下应用有针对性的提频技术进一步提高地震资料的分辨率，针对煤层气田小尺度的陷落柱，利用提频后的数据进行有效的预测。

陷落柱的分布一般是有规律的，通过实际的地质勘探作为指导，应用物探与地质结合的手段进行陷落柱的预测是可行的。陷落柱是一种由于地层发生岩溶作用而发生的地层塌陷现象，这一地质体具有自己的形态特征，例如椭圆状、似圆形或者长条形的平面特征，上部窄下部宽或者上部宽下部窄的剖面特征，形成破碎带或者盆状塌陷的地表特征，弧形的柱状特征等，这些特征对于陷落柱的预测具有较好的参考意义的。基于零脉冲反褶积预测提频技术得到的高分辨率数据体提高了地质体的识别能力，陷落柱的剖面形态、平面特征表现较为突出，同时陷落柱引生的断裂其断点识别能力得到增强，在地质资料的指导下，应用该发明应用下得到的提频数据体，从地震剖面识别陷落柱为出发点，从空间上预测陷落柱的平面分布及空间展布，通过现有的实际二维地震资料的应用，取得了较好的应用效果。

长期以来，地球物理学家为提高地震资料的分辨率做出了不懈地努力，提出了各种方法技术，例如最小平方反褶积、预测反褶积、最小熵反褶积、最大熵反褶积以及同态反褶积等，其基本目的是压缩子波，提高地震资料的分辨率，进而更有效地辨别地下的反射界面。

1947年维纳(N.Weiner)最早提出最小平方反褶积，Robinson等人对其进行优化，使得该方法输出结果与期望输出结果误差平方和达到最小。这种滤波方法主要是消除地震记录中子波的影响，获得能够反映地下情况的反射系数。Wiggings最早提出最小熵反褶积方法(MED)，由于该算法不能很好地估计地震道的限带性质，因而在实际处理中难以得到很好的应用。

最大熵反褶积方法是预测反褶积的一种，也是一种递归算法反褶积；同态反褶积方法原则上可以将地震子波和反射系数分离，但是在利用同态法估算中的若干地震子波中，如何选取一个最佳的地震子波是比较困难的问题。

常规油气勘探与开发表明，地震提频技术是能够有效提高地震分辨率的，对于断层识别能力的提高是有很大帮助的。对于煤层气等非常规油气勘探与开发，目前还没有形成有针对性的提频技术，是迫切需要解决的问题。

零脉冲反褶积技术是针对煤层气勘探与开发中陷落柱的预测提出的一种提高地震分辨率的方法，该方法通过约束反褶积因子的大小对煤层气田地震数据的分辨率实现了有效的提高，地震主频达到80Hz以上，从而有效提高了煤层气田中陷落柱的预测精度。该方法技术在煤层气勘探与开发领域的使用具有创新性，并且具有国际领先性。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的技术问题，研发了一种基于零脉冲反褶积提频技术的煤层气田陷落柱预测方法，由于煤层气田地震资料分辨率低的限制，小断层的预测存在一定的难度。经过提高分辨率处理的地震资料主频提高到50Hz以上，地震分辨能力得到提高，可以识别断距为十米至几十米的断层，但是陷落柱造成的断层一般断距较小，同时由于陷落柱的平面尺度可以小到十米以内，对地震资料的分辨率也提出了更高的要求。为克服进行煤层气田陷落柱预测受到地震资料分辨率低的局限，有效提高地震资料的分辨率，本发明提出一种应用零脉冲反褶积预测技术提高地震分辨率的方法，提频后的地震资料主频为80Hz以上，可以识别断距为5米左右的断层，利用提频后的地震数据进行陷落柱的有效预测，能够提高陷落柱预测的准确性和有效性。该发明为针对煤层气田陷落柱预测的针对性的提频技术和预测技术，具有创新性，为煤层气田陷落柱的预测奠定了基础，具有国际领先性。

本发明为了实现上述发明目的，所采用的技术方案为

本发明包括：

(1)零脉冲反褶积预测技术提高地震分辨率

进行煤层气田陷落柱预测的地震常规处理数据体地震主频较低，分辨能力不能满足实际生产的需要。本发明创新性的在煤层气田常规处理地震资料的基础上，应用零脉冲反褶积提频技术对地震数据体进行提频处理，通过有效控制提频技术中反褶积因子的大小(小于等于10)，实现了地震资料分辨率的大大提高(主频提高至80Hz以上，分辨能力提高50％左右)，为进行煤层气田陷落柱的预测奠定了基础。

(2)应用提频数据进行陷落柱的预测

研究区域地质概况，总结煤层气田陷落柱的形成机理、分布规律、形态特征等，结合通过应用零脉冲反褶积预测提频技术提频后的高分辨率地震数据体进行煤层气田中的陷落柱预测具有创新性和实用性。

具体的，

一种基于零脉冲反褶积预测提频技术的煤层气田陷落柱预测方法，所述方法为在煤层气田陷落柱预测过程中，对地震资料进行操作，提高频率和提高分辨率，使地震资料主频大于等于80Hz；所述提高地震资料频率的方法为零脉冲反褶积方法；通过采用所述零脉冲反褶积方法得到提高频率的地震资料，后应用主频为高频的地震资料进行陷落柱预测过程，使预测的准确率和有效性提高。

其中，所述的零脉冲反褶积方法包括，

步骤1，通过设计一个反滤波因子a(t)，将其与地震子波w(t)褶积实现地震子波压缩为一个尖脉冲，即：

$a\left(t\right)*w\left(t\right)=\mathrm{\δ}\left(t\right)=\left[\begin{array}{c}{r}_{xx}\left(0\right),r_{xx}\left(1\right),...,r_{xx}\left(m\right)\\ r_{xx}\left(1\right),r_{xx}\left(0\right),...,r_{xx}(m-1)\\ .\\ .\\ .\\ r_{xx}\left(m\right),r_{xx}(m-1),...,r_{xx}\left(0\right)\end{array}\right]*\left[\begin{array}{c}a\left(0\right)/w\left(0\right)\\ a\left(1\right)/w\left(0\right)\\ ...\\ a\left(m\right)/w\left(0\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}1\\ 0\\ .\\ .\\ .\\ 0\end{array}\right],$

步骤2，在地震记录中，全部由地层反射系数来描述地震波阻抗界面；

地层反射系数表示为：其中ρ为地层的密度，v为地震波在地层中传播的速度；

步骤3，无噪音情况下，地震记录x(t)表示为地震子波w(t)与反射系数ξ(t)的褶积：

x(t)＝w(t)*ξ(t)；

步骤4，设反褶积因子a(t)，满足：w(t)*a(t)＝δ(t)；

步骤5，通过矩阵转换使得反褶积因子a(t)满足a(t)≤10；

步骤6，将反褶积因子a(t)作用于常规处理煤层气田地震记录x(t)，得到反射系数序列ξ(t)，即：

a(t)*x(t)＝a(t)*w(t)*ξ(t)＝δ(t)*ξ(t)＝ξ(t)；

步骤7，得到提高频率的地震数据体x(t)；

步骤8，在步骤7的基础上，针对实际工区，应用提频资料从二维剖面开始识别陷落柱；

零脉冲反褶积技术是合理的，同时是得到论证的。本发明基于零脉冲反褶积预测提频技术应用于煤层气田陷落柱预测则属于首次，同时通过矩阵变化控制步骤5中的反褶积因子大小(小于等于10)，得到较好的提频效果。基于该项技术原理，发明人建立了陷落柱预测流程，即首次将该项技术应用于煤层气田地震数据提频处理，得到能够满足陷落柱精确特征描述的提频数据体(陷落柱边界清晰，地震资料主频高)；应用提频数据体，从二维资料出发识别陷落柱；三是从二维到三维，从三维空间上来预测陷落柱的基本形态，从而实现了陷落柱的精确预测，得到其空间分布特征。

步骤9，在步骤8的基础上，识别手段从二维拓展到三维，从而实现陷落柱的空间展布预测。以地震资料为基础，应用基于零脉冲反褶积预测提频技术得到的数据体，从二维剖面精确地识别出陷落柱边界，刻画陷落柱剖面特征；然后利用提频后的三维数据体预测陷落柱，准确刻画陷落柱特征，在空间上形成了陷落柱的基本形态。通过控制反褶积因子大小，提高地震分辨率，并且应用基于零脉冲反褶积预测提频技术提频后的数据体进行由二维到三维的陷落柱预测属于首次，取得了较好的应用效果，具有实际的应用价值。

本方法经过提频后的地震资料识别断距小于等于5米的断层。

常规地震处理数据分辨率较低，进行煤层气田陷落柱的预测比较困难，主要表现为地震主频较低(50Hz左右)，对于识别断距大于10米的断层是可行的，但是预测断距小于10米的断层或者裂缝则是不适用的；另一方面，由于地震分辨率较低，断层断点不清晰，进行陷落柱等地质体的解释精确度较低。

本发明，应用零脉冲预测反褶积方法进行地震数据的提频处理，地震主频提高至80Hz以上，地震分辨能力提高50％左右，能够识别断距为5米左右的断层。应用基于零脉冲反褶积方法进行地震数据体提频，提频过程中控制反褶积大小，提频后的地震数据中，地震反射能量强，反射界面及断层断点较清晰，陷落柱形态比较清楚。

本发明是一种基于零脉冲预测反褶积提频技术进行煤层气田陷落柱预测的技术方法，通过提频技术的应用，地震分辨能力得到较大提高，拓宽了利用地震资料进行小断层预测的能力，可以有效识别陷落柱的分布。

基于零脉冲反褶积预测提频技术得到的高分辨率数据体提高了地质体的识别能力，陷落柱的剖面形态、平面特征表现较为突出，同时陷落柱引生的断裂其断点识别能力得到增强，应用该发明应用下得到的提频数据体，从地震剖面识别陷落柱为出发点，从空间上预测陷落柱的平面分布及空间展布，通过现有的实际二维地震资料的应用，取得了较好的应用效果。

附图说明

图1常规处理地震数据体的剖面

图2提频后地震数据体的剖面

图3应用提频地震数据体进行陷落柱的预测

图4煤层气田二维地震数据陷落柱预测平面展布图

将结合具体实施方式加以说明

具体实施方式

图1表示煤层气田原始地震剖面，主频50Hz，煤层连续，不满足识别陷落柱的分辨能力需求。

图2利用零脉冲地震提频技术提频后的煤层气田地震剖面，地震主频达80Hz以上，分辨能力增强，断层断点清晰，煤层气田陷落柱特征明显，陷落柱内部同相轴能量强，达到识别陷落柱的能力。

图3利用零脉冲反褶积提频后的数据体进行煤层气田陷落柱的预测，边界清晰，特征较为明显，陷落柱内部同相轴清晰，反射界面能量较强。

图4利用零脉冲反褶积提频数据体进行煤层气田陷落柱的分布，与使用常规处理地震数据进行陷落柱预测得到的结果相比，精确度更好，与实际钻探预测结果吻合程度较高。

图1是常规处理的煤层气田二维地震数据剖面，利用常规处理方法进行地震数据的保幅等处理，地震主频为50Hz左右，能够进行煤层的横向追踪预测，但是对于小断距的断层或陷落柱，地震分辨率较低，不满足要求。

采用本发明对陷落柱预测得到的结果较为准确，提频后的地震数据主频为80Hz以上，大大提高了地震数据的分辨能力，陷落柱形态特征明显，边界清晰，陷落柱发生引起的临近断层也较为清晰，内部反射能量较强。陷落柱的形态特征等为陷落柱的预测提供了判断依据(图2与图3)。

陷落柱的分布对于煤层气的勘探开发具有重要的影响，应用本方法对实际二维煤层气田的陷落柱分布进行预测，预测结果如图4，陷落柱连片或成条带分布，规律性较强，与周围实际钻井预测结果吻合程度较高。

Claims (3)

1.一种基于零脉冲反褶积提频技术的煤层气田陷落柱预测方法，其特征在于，所述方法为在煤层气田陷落柱预测过程中，对地震资料进行操作，提高频率和提高分辨率，使地震资料主频大于等于80Hz；所述提高地震资料频率的方法为零脉冲反褶积方法；通过采用所述零脉冲反褶积方法得到提高频率的地震资料，后对高频的地震资料进行陷落柱预测过程，使预测的准确率和有效性提高，

所述的零脉冲反褶积方法包括，

步骤1，通过设计一个反褶积因子a(t)，将其与地震子波w(t)褶积实现地震子波压缩为一个零脉冲，即：

步骤2，在地震记录中，全部由地震反射系数来描述地震波阻抗界面；

地震反射系数表示为：其中ρ₁为上地层的密度，ρ₂为下地层的密度，V₁为地震波在上地层中传播的速度，V₂为地震波在下地层中传播的速度；

步骤3，无噪音情况下，地震记录x(t)表示为地震子波w(t)与反射系数ξ(t)的褶积：

x(t)＝w(t)*ξ(t)；

步骤4，设反褶积因子a(t)，满足：w(t)*a(t)＝δ(t)；

步骤5，通过矩阵转换使得反褶积因子a(t)满足a(t)≤10；

步骤6，将反褶积因子a(t)作用于常规处理煤层气田地震记录x(t)，得到反射系数ξ(t)，即：

a(t)*x(t)＝a(t)*w(t)*ξ(t)＝δ(t)*ξ(t)＝ξ(t)；

步骤7，得到提高频率的地震数据体x(t)。

2.根据权利要求1所述的一种基于零脉冲反褶积提频技术的煤层气田陷落柱预测方法，其特征在于:

对提高频率的地震数据体进行所述的陷落柱预测方法：测量得到待测地区地质资料，分析总结本区陷落柱个体的形态特征，包括，剖面特征、平面特征以及引生断裂特征，应用步骤7中得到的提高频率的地震数据体从二维剖面识别陷落柱；识别手段从二维拓展到三维，从而实现陷落柱的空间展布预测。

3.根据权利要求1所述的一种基于零脉冲反褶积提频技术的煤层气田陷落柱预测方法，其特征在于，本方法经过提频后的地震资料识别断距小于等于5米的断层。