CN104570078A - 一种基于频率域倾角的相似性横向变化率的溶洞检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于频率域倾角的相似性横向变化率的溶洞检测方法，属于石油地球物理勘探与开发领域。本方法包括：第一步，对地震资料进行Hilbert变换，将时间域的地震资料转换至复数域，得到Hilbert地震道，然后计算Hilbert地震道的瞬时相位和频率域倾角；第二步，对第一步得到的频率域倾角进行相似性检测，寻找连续性较差的异常点，即利用地震波场信息计算各道之间的相关性，突出不相关的异常边界，据此识别细微的岩层横向不均一性和断裂特征，使得裂缝和溶洞的响应特征得到放大；第三步，开展频率域倾角的相似性横向变化的边缘检测，从而确定了溶洞型储层的发育区。

Description

一种基于频率域倾角的相似性横向变化率的溶洞检测方法

技术领域

本发明属于石油地球物理勘探与开发领域，具体涉及一种基于频率域倾角的相似性横向变化率的溶洞检测方法，利用频率域倾角属性结果开展相似性横向变化率的边缘检测扫描，可应用于油田勘探中碳酸盐岩储层中溶洞的检测和识别。

背景技术

相似性横向变化率即地震道的相似性，目前较流行的算法为基于互相关和基于相似的算法，主要缺陷一是计算的只是邻近道与中心道的相关关系，不能考虑相邻多道间彼此在结构上的相互关系；二是不同方向计算的相关系数组合后有平均效应，计算道数越多平均效应越严重，降低了空间分辨能力及异常的连续性。

基于频率域倾角的相似性横向变化率技术，主要是通过Hilbert变换将时间域地震数据转换到频率域，再进行倾角扫描和相似性横向变换的计算，最后对计算再进行边缘检测分析，从而便于平面上溶洞的识别。模型正演和实际应用效果表明，开展基于频率域倾角的相似性横向变化率，提高了地震道的相似性对于溶洞型异常体的检测能力。

相似性横向变化率即地震道的相似性(相干)，目前技术发展较为成熟，通过多年来在多个工区的的应用表明，该方法对于检测地震剖面上同向轴的异常点有一定的效果，但是当对应地质体为不同尺度裂缝和溶洞同时发育时，该检测方法能反映裂缝和溶洞的整体发育状况，但是无法区分出裂缝与溶洞的发育特征。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种基于频率域倾角的相似性横向变化率的溶洞检测方法，采用沿反射曲面的面主测线或横测线方向进行频率域倾角属性计算的方法，提高检测精度的同时，放大地震剖面上裂缝和溶洞产生的异常点，在此基础上开展相似性横向变化率的计算，使得溶洞的异常被区分显示出来。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于频率域倾角的相似性横向变化率的溶洞检测方法，包括：

第一步，对地震资料进行Hilbert变换，将时间域的地震资料转换至复数域，得到Hilbert地震道，然后计算Hilbert地震道的瞬时相位和频率域倾角；

第二步，对第一步得到的频率域倾角进行相似性检测，寻找连续性较差的异常点，即利用地震波场信息计算各道之间的相关性，突出不相关的异常边界，据此识别细微的岩层横向不均一性和断裂特征，使得裂缝和溶洞的响应特征得到放大；

第三步，开展频率域倾角的相似性横向变化的边缘检测，从而确定了溶洞型储层的发育区。

所述第一步中计算Hilbert地震道的瞬时相位和频率域倾角是这样实现的：

利用公式(1)和公式(2)计算瞬时相位和频率域倾角：

瞬时相位 $\mathrm{Ph}(x,t)=\arctan \left[\frac{g(x,t)}{f(x,t)}\right]---\left(1\right)$

频率域倾角 $\mathrm{Dip}=\frac{\∂\mathrm{Ph}(x,t)}{\∂x}+\frac{\∂\mathrm{Ph}(x,t)}{\∂y}---\left(2\right)$

其中f(x，t)是Hilbert地震道的实部，g(x，t)是Hilbert地震道的虚部，Ph(x，t)是瞬时相位；x和y分别指三维地震数据的主测线和联络线方向。

所述第二步是通过计算公式(3)实现的：

通过公式(3)计算多个相邻道的相似度：

$\underset{\mathrm{\τ}=-N/2}{\overset{N/2}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\left[\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{f}_m(t+\mathrm{\τ})\right]}^2-\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{f}_m^2(t+\mathrm{\τ})}{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{f}_m^2(t+\mathrm{\τ})}=\underset{\mathrm{\τ}=-N/2}{\overset{N/2}{\mathrm{\Σ}}}s(t,\mathrm{\τ})---\left(3\right)$

其中，S(t，τ)为t时刻的相似度值，是t时刻不同时间延迟的瞬时相似度值s(t，τ)之和；N为计算相似度的时窗；M为计算相似度所采用的相邻地震道数目；f_m(t)为第m个地震道的频率域倾角数据，由公式(2)计算得到；τ为时间延迟。公式(3)中的f_m(t)就是公式(2)中的Dip

所述N的大小根据地震频带确定，选取40-80ms，频带越宽，时窗越短。

所述第三步是通过计算公式(4)实现的：

$S=\frac{\∂F}{\∂x}+\frac{\∂F}{\∂y}---\left(4\right)$

其中，S为叠后地震属性体数据，该数据体现了溶洞型储层的发育区，F为利用频率域倾角计算得到的相似性，即式(3)的计算结果。公式(4)中的F就是公式(3)中的

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)相对于传统的频率域倾角属性，本发明又进一步的开展了相似性横向变化率扫描，剔除了裂缝对振幅连续性的影响，更好的凸显了碳酸盐岩溶洞的异常响应。

2)从模型和实际数据的结果上可以看出，该方法有较好的计算结果，能凸显碳酸盐岩溶洞的异常响应，同时为确定碳酸盐岩溶洞型储层的发育区提供更有利的预测手段。

附图说明

图1是Hilbert变换。

图2是频率域瞬时平均倾角。

图3是基于频率域倾角的相似性横向变化的边缘检测，对于溶洞型储集体的展布刻画清晰。

图4是试验区地震剖面，溶洞储集体特征明显。

图5是本发明方法的步骤框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

基于频率域扫描倾角属性的相似性横向变化率技术，首先在频率域进行倾角扫描，然后通过高精度相似性检测的方法寻找连续性较差的异常点，在此基础上，开展相似性横向变化率的边缘检测，剔除裂缝引起异常点，从而确定溶洞型储层的发育区。

如图5所示，其具体实现的步骤为：

(1)频率域倾角扫描

频率域地震倾角属性是利用瞬时相位谱来计算地震倾角的属性。首先对地震数据进行Hilbert变换，得到Hilbert地震道，使得地震道信息由时间域变换至频率域，然后对Hilbert地震道进行瞬时相位计算，最后通过瞬时相位在空间上的一阶导数，从而得到频率域倾角的扫描结果(如公式1、2所示)。

瞬时相位 $\mathrm{Ph}(x,t)=\arctan \left[\frac{g(x,t)}{f(x,t)}\right]---\left(1\right)$

频率域倾角 $\mathrm{Dip}=\frac{\∂\mathrm{Ph}(x,t)}{\∂x}+\frac{\∂\mathrm{Ph}(x,t)}{\∂y}---\left(2\right)$

其中x和y分别指三维地震数据的主测线和联络线方向，f(x，t)是Hilbert地震道的实部，g(x，t)是Hilbert地震道的虚部，Ph(x，t)是瞬时相位；即

瞬时相位独立于振幅，不受其影响，仅与地震波传播相位有关。频率域倾角是计算瞬时相位在空间上的一阶导数，可以反映地层或反射界面的倾角变化，可以称之为瞬时倾角。

(2)相似性检测

相似度的计算是由计算两个相邻道之间的相关系数发展而来的，可以计算多个相邻道的相似程度，其定义为：

$\underset{\mathrm{\τ}=-N/2}{\overset{N/2}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\left[\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{f}_m(t+\mathrm{\τ})\right]}^2-\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{f}_m^2(t+\mathrm{\τ})}{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{f}_m^2(t+\mathrm{\τ})}=\underset{\mathrm{\τ}=-N/2}{\overset{N/2}{\mathrm{\Σ}}}s(t,\mathrm{\τ})---\left(3\right)$

式中S(t，τ)为t时刻的相似度值，是t时刻不同时间延迟的瞬时相似度值s(t，τ)之和；N为计算相似度的时窗，其大小根据地震频带而定，一般选取40-80ms，频带越宽，时窗越短；M为计算相似度所采用的相邻地震道数目，选取时要考虑地震信噪比、反射界面弯曲程度和横向连续性等，对于信噪比高、界面曲率小、连续性好的地震数据体，M值可取小一些；f_m(t)为第m个地震道集数据；τ为时间延迟。相似度能反映各地震道之间的相似程度，相似度越大说明地层的连续性越好。

(3)边缘异常分析

地震的边缘检测技术，是用来检测地震剖面上连续性差的异常点。通过对频率域倾角开展高精度相似性检测(完成步骤(2)的相似性就完成了相似性检测)，使得溶洞的响应特征得到放大，在此基础上，开展频率域倾角的相似性横向变化的边缘检测，从而确定了溶洞的发育位置。物理正演模型和实际资料的应用结果表明，该方法能有效的削弱了裂缝对溶洞型储层的影响，从而明确溶洞的发育位置，计算公式如下：

$S=\frac{\∂F}{\∂x}+\frac{\∂F}{\∂y}---\left(4\right)$

其中F为利用频率域倾角计算得到的相似性，即式(3)的计算结果。

公式(4)得到的是一种叠后地震属性体数据，属于地震几何属性的一种，与以往不同的是，通常这里的F都选用地震道振幅谱，而在本方法里的F采用的是经过相似性计算的频率域倾角，它放大了溶洞在地震振幅谱上的响应特征，使得计算得到的地震属性体上的溶洞信息更加清晰易辨认。

基于频率域倾角的相似性横向变化率技术，采用沿反射曲面的面主测线或横测线方向进行频率域倾角属性计算的方法，提高了检测精度的同时，放大了地震剖面上裂缝和溶洞产生的异常点，在此基础上开展相似性横向变化率的计算，使得溶洞的异常被区分显示出来。

图1为塔河油田某试验区碳酸盐岩储层段时窗内的Hilbert变换平面展布图，通过Hilbert变换，地震振幅体从时间域转换到了复数域，然后对复数域地震数据开展角度扫描，得到图2，即图1对应时窗范围的频率域瞬时平均倾角，最后通过高精度相似性边缘检测的方法，寻找连续性较差的异常点的同时，压制了裂缝引起异常反应，从而确定溶洞型储层的发育区；图4为试验区过W1、W2、W3井的地震剖面，其中W1井为溶洞型储层钻遇井，W2井为裂缝型储层钻遇井，W3为非溶洞型储层钻遇井，W1和W2井在地震剖面上响应特征明显，W3井无明显响应，这与图3中对溶洞型储层的平面预测结果对应井点位置的响应一致，通过多口钻遇目的层段的井资料的分析发现，碳酸盐岩储层段的溶洞型储层发育区与图3中预测的溶洞平面展布有较高的吻合度。

实施例中的具体步骤如下：

第一步，首先是对地震资料进行Hilbert变换，将时间域地震资料转换至复数域，然后再进行横向、垂向求导，并计算瞬时倾角。

第二步，对倾角扫描结果开展高精度相似性检测，寻找连续性较差的异常点(通过公式(3)的计算实现)，利用地震波场信息计算各道之间的相关性，突出不相关的异常边界(计算得到相关性的值就突出了不相关的异常边界)，据此识别细微的岩层横向不均一性和断裂特征，使得裂缝和溶洞的响应特征得到放大。；

第三步，在此基础上，开展频率域倾角的相似性横向变化的边缘检测，从而确定了溶洞型储层的发育区，有效的削弱了裂缝对溶洞型储层的影响。

本发明方法目前只在碳酸盐岩储层的模型和实际数据中开展了测试，碎屑岩等其它类型储层未进一步研究。

本发明属于石油地球物理勘探与开发技术方法，主要是针对碳酸盐岩型储集体应用地震资料进行溶洞型储层检测的方法，具体方法技术首先是对地震资料在频率域进行倾角扫描，然后通过高精度相似性检测的方法，寻找连续性较差的异常点，在此基础上，开展相似性横向变化率的边缘检测，剔除裂缝引起异常点，从而确定溶洞型储层的发育区，通过分析发现预测结果与钻井吻合程度较高。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (5)

1.一种基于频率域倾角的相似性横向变化率的溶洞检测方法，其特征在于：所述方法包括：

第一步，对地震资料进行Hilbert变换，将时间域的地震资料转换至复数域，得到Hilbert地震道，然后计算Hilbert地震道的瞬时相位和频率域倾角；

第二步，对第一步得到的频率域倾角进行相似性检测，寻找连续性较差的异常点，即利用地震波场信息计算各道之间的相关性，突出不相关的异常边界，据此识别细微的岩层横向不均一性和断裂特征，使得裂缝和溶洞的响应特征得到放大；

第三步，开展频率域倾角的相似性横向变化的边缘检测，从而确定了溶洞型储层的发育区。

2.根据权利要求1所述的基于频率域倾角的相似性横向变化率的溶洞检测方法，其特征在于：所述第一步中计算Hilbert地震道的瞬时相位和频率域倾角是这样实现的：

利用公式(1)和公式(2)计算瞬时相位和频率域倾角：

瞬时相位 $\mathrm{Ph}(x,t)=\arctan \left[\frac{g(x,t)}{f(x,t)}\right]---\left(1\right)$

频率域倾角 $\mathrm{Dip}=\frac{\∂\mathrm{Ph}(x,t)}{\∂x}+\frac{\∂\mathrm{Ph}(x,t)}{\∂y}---\left(2\right)$

其中f(x，t)是Hilbert地震道的实部，g(x，t)是Hilbert地震道的虚部，Ph(x，t)是瞬时相位；x和y分别指三维地震数据的主测线和联络线方向。

3.根据权利要求2所述的基于频率域倾角的相似性横向变化率的溶洞检测方法，其特征在于：所述第二步是通过计算公式(3)实现的：

通过公式(3)计算多个相邻道的相似度：

$\underset{\mathrm{\τ}=-N/2}{\overset{N/2}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\left[\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{f}_m(t+\mathrm{\τ})\right]}^2-\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{f}_m^2(t+\mathrm{\τ})}{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{f}_m^2(t+\mathrm{\τ})}=\underset{\mathrm{\τ}=-N/2}{\overset{N/2}{\mathrm{\Σ}}}s(t,\mathrm{\τ})---\left(3\right)$

其中，S(t，τ)为t时刻的相似度值，是t时刻不同时间延迟的瞬时相似度值s(t，τ)之和；N为计算相似度的时窗；M为计算相似度所采用的相邻地震道数目；f_m(t)为第m个地震道的频率域倾角数据，由公式(2)计算得到；τ为时间延迟。

4.根据权利要求3所述的基于频率域倾角的相似性横向变化率的溶洞检测方法，其特征在于：所述N的大小根据地震频带确定，选取40-80ms，频带越宽，时窗越短。

5.根据权利要求1所述的基于频率域倾角的相似性横向变化率的溶洞检测方法，其特征在于：所述第三步是通过计算公式(4)实现的：

$S=\frac{\∂F}{\∂x}+\frac{\∂F}{\∂y}---\left(4\right)$

其中，S为叠后地震属性体数据，该数据体现了溶洞型储层的发育区，F为利用频率域倾角计算得到的相似性，即式(3)的计算结果。