CN106896405B - 一种基于混沌属性的砂砾岩体空间展布预测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于混沌属性的砂砾岩体空间展布预测方法及装置，属于石油地球物理勘探技术领域。本发明采用基于张量算法求出地震反射振幅三维空间变量，计算出每个点的梯度向量，并建立相应的梯度协方差矩阵，利用该协方差矩阵征值的大小计算地震的混沌属性，利用该混沌属性预测砂砾岩体的展布，由于该混沌属性体能够较好的反映地震反射同相轴的变化点、构造突变点、断层断点、储层非均质变化点突出特殊地质体、小断层及微裂缝的内部反射结构和边界。因此，本发明能够有效反映小型砂砾岩体、非均质性强的特殊地质体的沉积特征及构造形态，刻画砂砾岩体的内部反射结构，预测有力的沉积相带，为井位部署提供依据。

Description

一种基于混沌属性的砂砾岩体空间展布预测方法及装置

技术领域

本发明涉及一种基于混沌属性的砂砾岩体空间展布预测方法及装置，属于石油地球物理勘探技术领域。

背景技术

随着油气勘探开发工作深入、含油气盆地(凹陷)陡坡带小型砂砾岩体已经成为油气勘探重要目标，由于陡坡带小型砂砾岩体储层非均质性强、横向相变快、传统的地震属性描述技术不能有效刻画小型砂砾岩体。如何加强三维地震属性处理方法与解释方法研究是地震勘探工作的重要研究课题。必须充分利用三维地震信息，利用特殊属性处理、解释手段，刻画砂砾岩体的空间展布。

三维地震资料包含了丰富的地下地质体构造及岩石、流体的物理特征等信息，有效挖掘地震数据中的有关岩性和储层物性信息一直是石油地震勘探永恒的主题。通过特殊属性处理得到的某一种或几种地震属性，从不同角度反映地质体的结构、储层的物性特征。现有砂砾岩体空间展布预测方法主要是利用地震资料的振幅、频率属性、突出表现储层内部的连续性变化，无法有效描述砂砾岩体的内部结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于混沌属性的砂砾岩体空间展布预测方法，以解决目前砂砾岩体空间展布预测方法无法有效描述砂砾岩体的内部结构的问题；本发明还提供了一种基于混沌属性的砂砾岩体空间展布预测装置。

本发明为解决上述技术问题提供了一种基于混沌属性的砂砾岩体空间展布预测方法，该预测方法包括以下步骤：

1)将三维地震数据体中的地震反射振幅作为三维空间变量，计算任意一点P(x、y、t)地震反射振幅A(x、y、t)的梯度；

2)在给定范围内，计算出每个点的梯度向量，并建立相应的协方差矩阵；

3)计算协方差矩阵的特征值，根据协方差矩阵的特征值确定混沌属性值J，根据混沌属性值J确定砂砾岩体的大小，以实现对砂砾岩体空间展布的预测。

该方法还包括利用合成记录对目的层进行标定，对属性体资料进行解释，通过岩层属性提取对砂砾岩体进行描述。

混沌属性值J的计算公式为：

其中λ_max为协方差矩阵的最大特征值，λ_min为协方差矩阵的最小特征值，λ_mid为协方差矩阵的中间特征值。

任意一点P(x、y、t)地震反射振幅A(x、y、t)的梯度为：

▽A＝(▽x,▽y,▽t)^T

其中A表示三维地震数据、▽表示求梯度，上标T表示矩阵转置。

在定给范围内各点的梯度向量为：

其中N为时窗长度的样点数，

横向上J值较大的区域反映砂体的平面展布，纵向上J值较小的区间反映砂砾岩体形成的间歇期。

在利用三维地震数据计算地震反射振幅梯度时需对三维地震数据进行叠后去噪处理。

本发明还提供了一种基于混沌属性的砂砾岩体空间展布预测装置，该装置包括梯度计算模块、协方差矩阵构建模块和混沌属性值确定模块，

所述的梯度计算模块用于将三维地震数据体中的地震反射振幅作为三维空间变量，计算任意一点P(x、y、t)地震反射振幅A(x、y、t)的梯度；

所述的协方差矩阵构建模块用于在给定范围内，计算出每个点的梯度向量，并建立相应的协方差矩阵；

所述的混沌属性值确定模块用于计算协方差矩阵的特征值，根据协方差矩阵的特征值确定混沌属性值J，并根据混沌属性值J确定砂砾岩体的大小。

该装置还包括用于利用合成记录对目的层进行标定，对属性体资料进行解释，通过岩层属性提取对砂砾岩体进行描述的模块。

所述混沌属性值确定模块采用的混沌属性值计算公式为：

其中λ_max为协方差矩阵的最大特征值，λ_min为协方差矩阵的最小特征值，λ_mid为协方差矩阵的中间特征值。

本发明的有益效果是:本发明采用基于张量算法求出地震反射振幅三维空间变量，计算出每个点的梯度向量，并建立相应的梯度协方差矩阵，利用该协方差矩阵征值的大小计算地震的混沌属性，利用该混沌属性预测砂砾岩体的展布，由于该混沌属性体能够较好的反映地震反射同相轴的变化点、构造突变点、断层断点、储层非均质变化点突出特殊地质体、小断层及微裂缝的内部反射结构和边界。因此，本发明能够有效反映小型砂砾岩体、非均质性强的特殊地质体的沉积特征及构造形态，刻画砂砾岩体的内部反射结构，预测有力的沉积相带，为井位部署提供依据。

附图说明

图1是本发明基于混沌属性的预测砂砾岩体空间展布的流程图；

图2是本发明实施例中混沌属性直方图；

图3-a是本发明实施例中常规地震剖面图；

图3-b是本发明实施例中的混沌体剖面图；

图4-a是本发明实施例中相似性属性剖面图；

图4-b是本发明实施例中相干属性剖面图；

图4-c是本发明实施例中边缘检测属性剖面图；

图4-d是本发明实施例中混沌体属性剖面图；

图5-a是本发明实施例中混沌体剖面图；

图5-b是本发明实施例中相干体剖面图；

图6-a是本发明实施例中常规地震数据体剖面图；

图6-b是本发明实施例中混沌体解释剖面图；

图7是本发明实施例中H22段混沌属性三维可视化图；

图8是本发明实施例中砂砾岩体混沌属性剖面图；

图9是本发明实施例中H22时期混沌属性平面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

本发明一种基于混沌属性的砂砾岩体空间展布预测方法的实施例

混沌属性是基于局部的构造张量特征值相对大小、组合参数处理得到的新的三维属性体，该属性体能够有效反映特殊属性体的边界、可以检测地震数据体内有序反射间混杂、反射同相轴间断、弱反射的区域。为此本发明提供了一种基于混沌属性的砂砾岩体空间展布预测方法，该方法将三维地震数据体中的地震反射振幅作为三维空间变量，计算任意一点P(x、y、t)地震反射振幅A(x、y、t)的梯度；在给定范围内，计算出每个点的梯度向量，并建立相应的协方差矩阵；计算协方差矩阵的特征值，根据协方差矩阵的特征值确定混沌属性值J，混沌属性值J的大小反映砂砾岩体内部的混杂程度、表明砂砾岩体储层物性的变化关系，当混沌属性值J大于设定的范围内，确定砂砾岩体的大小。该方法的具体实施过程如图1所示，图1中的数据输出是J值体，属性标定与层位标定概念相似，层位标定是确定深度域井深与地震反射时间的关系，属性标定既有层位标定的含义、还有属性值与地层岩性的关系，它是根据井的地质信息对属性体的标定。具体包括以下步骤。

1.采集三维地震数据，并对三维地震数据进行叠后去噪处理，为提高地震资料品质，本实施例采用自适应构造取向去噪方法进行去噪。

2.利用处理后的三维地震数据体计算其x、y、z三个方向上的方向导数。

混沌属性是主要基于张性算法，通过对地震数据体中层间地震反射波倾角相似性计算，描述地层内地震反射波的反射特征及反射结构的连续性变化，以检测有序反射间的无反射带，突出地震杂乱反射相。在三维地震数据体中，将地震反射振幅作为三维空间变量，通过计算任意一点P(x、y、t)地震反射振幅A(x、y、t)的梯度，求出地震反射同相轴的局部倾角和方位角。如果地震反射能量强、信噪比较高，那么地震反射振幅等值面是有序的，地震反射振幅A(x、y、t)梯度的方向，也就是振幅变化最大的方向为反射同相轴的法线方向，相邻点的振幅梯度的方向是有规律的。若地层间地震反射波信噪比低、反射杂乱，那么振幅梯度就没有规律，是无序的混沌状。

假设地下空间任一点地震反射振幅在其附近有限区域沿x，y方向的视倾角α和β，它们与直倾斜s和真倾向方位(从x正方向顺时针时度)之间的关系为：

在三维地震数据体中，将振幅当成三维空间变量，通过计算振幅A(x、y、t)的梯度，也可以求出层位的局部倾角和方位角，其每一点的梯度向量在(x_i,y_i,t_i)处，描述地震反射振幅的倾角的梯度向量表示为。

▽A＝(▽x,▽y,▽t)^T (3)

式中A表示三维地震数据、▽表示求梯度，上标T表示矩阵转置。

如果有效波能量较强，那么三维空间中振幅等值面就应当与层位面平行，梯度方向，即振幅变化最大的方向就是层位面的法线方向，相邻点的梯度方向是连续且有规律的。如果有效波能量较弱而噪声干扰较强，那么振幅梯度就没有规律。

3.为了突出层间地震反射结构的总体特征，采用特征向量计算方法进行计算。在给定范围内，计算出每个点的梯度向量，建立协方差矩阵。

用有限范围内的总数平均代替总体数学期望。

其中N为时窗长度的样点数。

求解计算出协方差矩阵(4)最大特征值对应的特征向量，也就是某一点的梯度主方向。如果地层内地震反射波信噪比比较高、连续性好，梯度向量对应协方差矩阵的最大特征值λ_max，较其它两个特征值λ_mid,λ_min大许多。反之，最大特征值与其它两个特征值的差别不大。因此，用三个特征值之间的相互关系可以判别振幅值的分布规律与混乱性，其计算公式为：

混沌属性值J的大小反映砂砾岩体内部的混杂程度、表明砂砾岩体储层物性的变化关系，在混沌属性值J大于某个确定值(颜色)的范围内，确定砂砾岩体的大小。后续的层位标定是利用钻井的地质信息对混沌属性体进行进一步验证、明确混沌属性体与砂砾岩体的关系、减少砂砾岩体预测的多解性。显然J值越大，对应的振幅值越混乱，则指示构造中的不规则变化区域。J值在混沌属性体纵向上的变化，反映砂砾岩体的形成期次。横向上J值较大的区域反映砂体的平面展布，纵向上J值较小的区间反映砂砾岩体的形成的间歇期。因为在地质沉积过程中，许多砂砾岩体并不是在一次地质事件中形成的、J值在纵向上由大变形小、再变大，反映砂砾岩体形成期次，表明砂砾岩体是在多个地质历史时期中形成的。

在混沌属性体产生以后，按照如下步骤确定砂砾岩体的大小：

1)在相应的地质层位上、统计研究区内钻遇砂砾岩与未钻遇砂砾岩的井段，利用合成记录对目的层进行标定，确定砂砾岩体与非砂砾岩体在混沌属性体上对应的属性值；

2)通过多口井的统计，将统计井的混沌属性值利用直方图进行分析(如图2所示)，对于未能完全区分的混沌属性值范围，即重叠区(图中BC区间)，根据重叠区间求取二者的均值作为门槛值(T值)；

3)根据求取的门槛值大小及混沌属性含义，大于门槛值的混沌属性部分为预测的砂砾岩体。

4.在层位标定的基础上对地震资料进行解释通过沿层属性提取、三维可视化技术对砂砾岩体进行描述。

利用合成记录对目的层进行标定，把井中钻遇砂砾岩体的含油层段通过精细的合成记录标定在时间域的地震剖面对应位置，以便进行油层顶底的对比解释与属性分析工作，在层位标定的基础上对地震资料进行解释。

其中图3-a和3-b是不同属性地震剖面，反映本发明的处理效果，说明该方法有利于小型砂砾岩体的解释。图4-a至图4-d是不同属性地震剖面对比图，通过已知井属性标定对比、认为混沌体属性(图4-d)最能反映小型砂砾岩体的岩性变化。图5-a和图5-b是不同属性地震剖面对比图，认为混沌体属性(图5-a)最能反映小型砂砾岩体的岩性变化。图5-b是对混沌体剖面进行解释后的剖面。通过沿层属性提取、三维可视化技术对砂砾岩体进行描述，本实施例中的H22段经三维可视化描述后的结果如图7所示，砂砾岩体混沌属性如图8和图9所示。

Claims (8)

1.一种基于混沌属性的砂砾岩体空间展布预测方法，其特征在于，该预测方法包括以下步骤：

1)将三维地震数据体中的地震反射振幅作为三维空间变量，计算任意一点P(x、y、t)地震反射振幅A(x、y、t)的梯度；任意一点P(x、y、t)地震反射振幅A(x、y、t)的梯度为：

▽A＝(▽x,▽y,▽t)^T

其中A表示三维地震数据、▽表示求梯度，上标T表示矩阵转置；

2)在给定范围内，计算出每个点的梯度向量，并建立相应的协方差矩阵；在定给范围内各点的梯度向量为：

其中N为时窗长度的样点数；

3)计算协方差矩阵的特征值，根据协方差矩阵的特征值确定混沌属性值J，根据混沌属性值J确定砂砾岩体的大小，以实现对砂砾岩体空间展布的预测；根据混沌属性值J确定砂砾岩体的大小的步骤为：

A)在相应的地质层位上、统计研究区内钻遇砂砾岩与未钻遇砂砾岩的井段，利用合成记录对目的层进行标定，确定砂砾岩体与非砂砾岩体在混沌属性体上对应的属性值；B)通过多口井的统计，将统计井的混沌属性值利用直方图进行分析，对于未能完全区分的混沌属性值范围，即重叠区，根据重叠区间求取二者的均值作为门槛值；C)根据求取的门槛值大小及混沌属性含义，大于门槛值的混沌属性部分为预测的砂砾岩体。

2.根据权利要求1所述的基于混沌属性的砂砾岩体空间展布预测方法，其特征在于，该方法还包括利用合成记录对目的层进行标定，对属性体资料进行解释，通过岩层属性提取对砂砾岩体进行描述。

3.根据权利要求1或2所述的基于混沌属性的砂砾岩体空间展布预测方法，其特征在于，混沌属性值J的计算公式为：

其中λ_max为协方差矩阵的最大特征值，λ_min为协方差矩阵的最小特征值，λ_mid为协方差矩阵的中间特征值。

4.根据权利要求1所述的基于混沌属性的砂砾岩体空间展布预测方法，其特征在于，横向上J值较大的区域反映砂体的平面展布，纵向上J值较小的区间反映砂砾岩体形成的间歇期。

5.根据权利要求1所述的基于混沌属性的砂砾岩体空间展布预测方法，其特征在于，在利用三维地震数据计算地震反射振幅梯度时需对三维地震数据进行叠后去噪处理。

6.一种基于混沌属性的砂砾岩体空间展布预测装置，其特征在于，该装置包括梯度计算模块、协方差矩阵构建模块和混沌属性值确定模块，

所述的梯度计算模块用于将三维地震数据体中的地震反射振幅作为三维空间变量，计算任意一点P(x、y、t)地震反射振幅A(x、y、t)的梯度；任意一点P(x、y、t)地震反射振幅A(x、y、t)的梯度为：

▽A＝(▽x,▽y,▽t)^T

其中A表示三维地震数据、▽表示求梯度，上标T表示矩阵转置；

所述的协方差矩阵构建模块用于在给定范围内，计算出每个点的梯度向量，并建立相应的协方差矩阵；在定给范围内各点的梯度向量为：

其中N为时窗长度的样点数；

所述的混沌属性值确定模块用于计算协方差矩阵的特征值，根据协方差矩阵的特征值确定混沌属性值J，并根据混沌属性值J确定砂砾岩体的大小；根据混沌属性值J确定砂砾岩体的大小的步骤为：

A)在相应的地质层位上、统计研究区内钻遇砂砾岩与未钻遇砂砾岩的井段，利用合成记录对目的层进行标定，确定砂砾岩体与非砂砾岩体在混沌属性体上对应的属性值；B)通过多口井的统计，将统计井的混沌属性值利用直方图进行分析，对于未能完全区分的混沌属性值范围，即重叠区，根据重叠区间求取二者的均值作为门槛值；C)根据求取的门槛值大小及混沌属性含义，大于门槛值的混沌属性部分为预测的砂砾岩体。

7.根据权利要求6所述的基于混沌属性的砂砾岩体空间展布预测装置，其特征在于，该装置还包括用于利用合成记录对目的层进行标定，对属性体资料进行解释，通过岩层属性提取对砂砾岩体进行描述的模块。

8.根据权利要求6或7所述的基于混沌属性的砂砾岩体空间展布预测装置，其特征在于，所述混沌属性值确定模块采用的混沌属性值计算公式为：

其中λ_max为协方差矩阵的最大特征值，λ_min为协方差矩阵的最小特征值，λ_mid为协方差矩阵的中间特征值。