2022年频谱分解技术在储层预测中的 .pdf
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1、2006年9月 石油地球物理勘探第41卷 增刊 3 北京市海淀区北京大学地空学院,100871本文于2005年10月25日收到。频谱分解技术在储层预测中的应用袁志云3 孔令洪 王成林(北京大学地空学院; 中国石油勘探开发研究院; 中国石油大学 ?北京)摘 要袁志云,孔令洪,王成林.频谱分解技术在储层预测中的应用.石油地球物理勘探,2006 ,41 (增刊) :1115频谱分解成像反映油藏物理属性要比其他地震属性更加直接。本文根据频谱分解技术的基本原理,进行了断裂系统识别、 沉积环境分析和储层横向预测。其具体思路为:首先基于地震叠后数据体完成了研究区主要目的层的频谱分解处理,得到了一系列离散频率
2、的调谐数据体,然后采用地质成像和动画解释技术,识别断裂体系 、 沉积环境 、 储层分布等地质现象。应用实例表明,在识别断裂系统时,不仅能指导剖面的断层解释和平面组合,而且可以精细断层解释;在进行沉积环境分析时,不仅可以确定沉积相类型,而且可以确定沉积相的形态;在进行储层预测时可同时确定砂体的展布和厚度。关键词 频谱分解 调谐体 傅氏变换 短时窗 储层预测1引言频谱分解技术是一种频率域的解释方法,是地震属性分析中的重要组成部分。国内关于这方面的研究可追溯到20 世纪 90 年代初 1,早期的研究主要是沿地震反射层位方向进行频谱分析,用频率随时间的变化关系来研究薄层结构、 判断沉积环境。到目前为止
3、,用频率信息来研究储层仍然是地质、 地球物理工作者关注的焦点 2。由于受短时窗傅氏变换的影响 3,以及研究结果受显示方式的限制,影响了该方法在储层研究中的推广应用。由 Lopez 等人于 1997 年提出的地震频谱分解技术 4 ,5 是在短时窗内通过频谱分解研究薄层变化和地质体的不连续性的方法,是最新发展起来适用于三维地震解释和进行储层预测研究的地震属性解释新技术 。地震数据体经分频处理后的解释分辨率高于常规地震主频所能达到的分辨能力,该方法一经推出便引起人们的极大兴趣。该技术可提取尼奎斯特频率范围内所有离散频率对应的调谐振幅,实现了以交互、动态方式研究薄层在横向上的连续变化,在识别构造断裂系
4、统、 确定油藏边界和储层预测等方面比传统的地震属性研究方法具有优势。本文利用频谱分解技术结合研究区实际情况,给出了在断层识别、 沉积环境分析和储层预测三个方面的应用。2方法原理对地震数据的分析过程,传统频谱分析方法与频谱分解技术的主要差别之一是数据分析时窗的长短 。传统频谱分析方法要求信号在( -, + ) 上取值 ,因此对采用长时窗进行数据分析而言(一般大于 100ms) ,傅氏变换所带来的误差很小,可以获得较为理想的效果。但反射系数序列和噪声都呈随机分布 ,因此其频谱具有白噪的特点(为常数 ) ,而地震数据频谱的形态则由子波的形态决定,为梯形 5 ,6 ,因而长时窗频谱分解无法得到薄层的反
5、射信息。采用短时窗 (小于60ms) 对数据进行分析时,由于时窗短 ,可供分析的数据量小,无法满足傅氏变换条件的要求,所以频谱分析结果会产生较大的误差,导致分析结果失真 7。由于短时窗范围内反射系数只包括几个薄层反射界面,这时反射系数序列不再是随机的 ,其频谱也不呈白噪的特点,这些代表薄层名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 7 页 - - - - - - - - - 12石 油 地 球 物 理 勘 探2006年 顶、 底反射界面的反射系数的干涉结果在振幅谱中出
6、现了频陷,这正是频谱分解技术解决薄层问题的突破口 (图 1) 。图1短时窗频谱分解及褶积模型5 ,6为了增加短时窗内DF T 算法的稳定性,在短时窗频谱分解计算过程中采用加时窗镶边斜坡的方法 8 ,不但可以压制由于时窗截断而产生的假高频成分 (这对振幅谱计算效果影响很明显) ,还可以起到提高计算时窗精度的作用。由于分频处理后的每个单一频率对应的振幅都是调谐振幅,地层的时间厚度可根据Rayleigh 准则 9导出 。频谱分解技术主要生成两种类型的数据体:调谐数据体和离散频率能量数据体。2.1 调谐数据体目的层调谐数据体是频谱分解技术表征储层的方法之一 。所谓调谐数据体是沿层或对两层之间进行短时窗
7、离散傅氏变换,生成在垂向上频率连续变化的振幅数据体。它表示在相同的研究时窗内,调谐数据体在垂向上为连续变化的频率,在平面上为单一频率对应的经归一化之后的调谐振幅,这样就得到了同一短时窗内(对应某一目的层段) 不同频率的调谐振幅的平面图集。而传统属性分析方法通常只能得到主频率对应的地震属性。调谐数据体的实现过程如图2 所示 。首先 ,对时间域地震数据体中的目的层进行解释,然后在包含目的层段的短时窗内把时间域数据转换到频率域 ,转换后形成的目的层谐振体可以在平面(普通频率切片 ) 和剖面上进行观察分析。频率切片允许解释员在平面上观测薄层干涉模式,捕捉到指示地质过程的纹理和模式的信息。振幅谱 / 相
8、位谱与频率表现 / 调谐的关系通过整个频率范围(即通过所有频率切片 ) 的动画显示来表达。调谐数据体中包含了三个分量:薄层干涉 、 子波重叠及噪声。因为地质响应是解释员最感兴趣的分量 ,所以需要在不降低地质信息品质情况下对子波进行平衡处理。经过白化处理减小子波的影响后,调谐数据体保留了两个分量:薄层干涉和噪声。图2调谐数据体的处理流程5 ,6 2.2 离散频率能量数据体调谐数据体强调了局部目标尺度的调谐问题,而对较大尺度的地震数据体要求采用不同的方法。对于超过单个反射组成目标的谱分解,建议使用“离散频率能量数据体” 或 “4D 时间 频率数据体” 。离散频率能量体是频谱分解技术表征储层特征的另
9、一种方法,它是沿短滑动时窗生成一系列离散频率的调谐振幅数据。与调谐数据体的区别在于该数据体在垂向上与常规数据体相同均为时间,但每个生成的数据体中只包含单一的频率成分,这种频率分析方法既可采用等时窗分析的方法避开层位的控制和影响,也可用沿层位滑动时窗的方法进行计算 ,以消除构造形态对解释带来的影响。通常 ,在用目的层谐振体进行目的层段检测之后,再使用离散频率能量体进行目的层段之外的储层预测。它是以一个地震数据作为输入,输出多个离散的频率和相位体 ,通过在滑动时窗内进行谱分析,对地震数据体内的每个样点都计算振幅谱和相位谱,然后所有的频谱成分重新排列成一系列的同频率时间数据体(图 3) 。对于 4D
10、 时间 频率数据体,频谱分解同样是用滑动时窗方法计算,但其数据是按相同样本重新组 织 (图4) 。 这种数据体允许解释员使用传统解释名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 7 页 - - - - - - - - - 第41卷 增刊 袁志云等:频谱分解技术在储层预测中的应用13图3离散频率能量体的处理过程5 ,6图44D时间 频率数据体的处理过程5 ,6工作站软件浏览任何频率的任何深度切片,其输出数据是输入数据的很多倍,但允许解释员在(x , y ,t , f )空
11、间浏览和可视化数据。3应用实例3.1 研究区概况A 区属逆牵引背斜,是一个受构造和岩性共同控制 、 边底水活跃的中型油气田。目的层从下至上可分为八个油层,属陆相沉积的砂泥岩组合,埋藏较深 、 连续性较差、 岩石物性各向异性特征明显。其中第 6 ,7 号砂层组是本次研究的重点。研究目的就是要查清主要目的层的砂体分布、 相互关系和储集物性 。目前研究区内已打探井7 口 ,开发井 ( 兼评价井) 18 口 ,三维地震数据体是1994 年采用一步法偏移连 片 处 理 后 的 成 果 数 据 ,地 震 工区 面 积 约 为40km2,面元为 25m 12. 5m。3.2 频谱分解处理及效果分析通过频谱分
12、解技术对该区主要目的层原始叠偏数据体进行全频段扫描,得到了一系列离散频率的调谐振幅数据体。用这些不同频率的调谐振幅变化来研究储层的横向变化特征,可得到比常规地震属性研究方法更高的解释分辨率和清晰的成像,有利于开展断裂系统分析和储层横向预测的研究。3. 2. 1在断裂系统研究方面的应用图 5是第 7号油层组调谐振幅的频率切片(频图5(a)第7号油层组调谐振幅频率切片(频率= 60 Hz) ; (b)在(a)上叠加先前构造解释的断层平面组合名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第
13、3 页,共 7 页 - - - - - - - - - 14石 油 地 球 物 理 勘 探2006年 率 = 60Hz) ,其中图5b 是在图 5a 上叠加了先前构造解释的断层平面组合(图中黑色断层多边形所示) 。图 5a中条带状的振幅异常清晰地勾画出了断层的位置及走向。从图 5b 中可看出振幅异常指示的断层位置与先前构造解释的断层十分吻合,这说明利用频谱分解成像方法研究断层是可行的,研究结果也是可靠的。总体来说,频谱分解技术在断裂系统研究方面有如下应用。(1) 指导断层的剖面解释和平面组合 当剖面上断点模糊时,可根据频率切片上条带状振幅异常的位置确定剖面上的断点位置和断层走向。频率切片上条带
14、状振幅异常的形态与平面上组合后的断层多边形应该是吻合的,因此在平面上组合断层时可参考频率切片上条带状振幅异常的形态。(2) 验证先前断层解释的正确性 如果平面断层组合与频率切片上条带状振幅异常的形态不一致,则可断定剖面上断点的解释有误或平面组合有误。(3) 在频率切片上还可发现一些先前构造解释遗漏的小断层,指导断层的精细解释。3. 2. 2 在沉积环境分析方面的应用调谐数据体的频率切片捕捉到的内部调谐细节 ,要比常规全频带的振幅和相位谱更能有效地展示不同的沉积特征。图 6 是该区第 6 号油层组的频谱分解频率切片(频率 = 55Hz) ,从前人的研究成果 10 来看 ,第 6 号油层组属于河流
15、相沉积。图中的低幅值振幅异常清晰地显示出河流相沉积环境,而且还可进一步确定出它是曲流河沉积。图6第6号油层组调谐振幅频率切片(频率= 55 Hz)(图中蓝色为低振幅值)在用频谱分解频率切片分析沉积相时,虽然频率切片能清晰地显示沉积相的形态特征,但要准确地确定沉积相还需收集更多的沉积相标志。3. 2. 3在砂体展布及砂体厚度分布规律研究方面的应用对于不同的频率切片采用地质成像和动画解释技术可更清晰、有效地分析砂体的平面分布和厚度变化特征。 为此我们将该区的第7 号油层组频谱分解成以 5Hz为间隔 ,离散化成 15 ,20 ,25,30Hz 的一系列频率切片 ,然后以动画的形式展示不同厚度的砂体在
16、平面上分布随频率的变化特点,不同频率的振幅图能反映出不同地层厚度的峰值振幅响应。一般高频率切片展示的是相对薄砂体的分布,低频率切片展示的是相对厚砂体的分布1 ,11 。图7第7号油层组调谐振幅频率切片(频率= 20 Hz)图8第7号油层组调谐振幅频率切片(频率= 30 Hz)名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 7 页 - - - - - - - - - 第41卷 增刊 袁志云等:频谱分解技术在储层预测中的应用15图9第7号油层组调谐振幅频率切片(频率= 55
17、Hz)图10第7号油层组等厚图这里抽取其中的20 ,30 ,55Hz三张典型频率切片(图 7图 9) 。在调谐振幅频率切片上,低值区 (亮色)所示的是薄层砂体的分布范围,高值区(暗色)所示的是厚层的分布范围。随着频率的增加,薄层分布变广 ,表现薄层的能力也增强,这一分布特征与反演和随机模拟的结果(图10) 非常吻合。 图9中低值区(亮色 )所指示的薄层砂体的分布范围与图10 所示的薄层区一致 ,主要集中在东北角和西南角。4结论本文以某实际研究区为例说明,在三维地震资料解释和储层预测中,以地震叠后数据体为基础,利用频谱分解技术得到一系列离散频率的调谐数据体 ,然后采用地质成像和动画解释技术,识别
18、断裂体系、 地层沉积 、 储层分布等地质现象是完全可行的。交叉验证表明,通过频谱分解技术识别和预测的结果正确 、 精度较高 。与其他地震属性相比,频谱分解成像显示的地质现象(如构造 、 沉积 、 储层等 ) 更为明显 ,与油藏物理属性的关系也更加直接。频谱分解技术是一种有助于分辨薄层和地质不连续地震成像的技术,允许解释员快速有效地研究大块三维工区内的薄层干涉和检测细微不连续处。本文利用频谱分解技术得到的研究成果可为该研究区的精细油藏描述及非均质性研究提供重要的基础资料。参 考 文 献 1 崔凤林,管叶君.时频分析 薄互层结构研究的新途径.石油物探,1992 ,31 (2) :115 2 董臣强
19、,王军,张金伟.时频分析技术在三角洲层序分析中的应用.断块油气藏,2002 ,9 (2) :1820 3 张奎凤,蓝晖.短时窗地震信号谱分析方法.石油物探,1995 ,34(2) :9498 4 Lopez J A et al . Identificationof deltaic facies with32D seismic coherencyand spectral decompositioncube.A bstract ofIstanbul 97I nternationalGeophysicalConf erence and Ex position , 1997 ,710 5 Greg P
20、artyka , JamesGridleyand John Lopez. Inter2pretationalapplicationsofapectraldecompositioninreservoircharacterization.The LeadingEdge ,1999(3) : 353360 6 张忠伟等译.频谱分解在油藏描述中的解释性应用.国外油气勘探,2000 ,12 (1) :94101 7 邹文,陈爱萍,顾汉明.联合时频分析技术在地震勘探中的应用.勘探地球物理进展,2004 ,8 (4) :246250 8 张贤达,保铮.非平稳信号分析与处理.北京:国防工业出版社,1998 9
21、 徐伯勋,白旭滨等.地震勘探信息技术.北京:地质出版社,2001 10 贾健谊,顾惠荣主编.东海西湖凹陷含油气系统与油气资源评价.北京:地质出版社,2002 11 BahorichM ,MotschA and LaughlinK. Amplitudere2sponses imagereservoir.SeismicA dvances , 2002.(1) :5961(本文编辑 :冯小球 )名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 7 页 - - - - - - -
22、- - 2006年9月 石油地球物理勘探第41卷 增刊 作 者 简 介王贺林 高级工程师,1967年生; 1989年毕业于西北大学地质系,现在大港油田滩海勘探开发公司从事油藏评价与油气田开发工作,同时为成都理工大学在读博士生。张 奎 助理工程师,1977年生;2000年毕业于石油大学(华东)地球物理专业,2003年取得石油大学(华东)硕士学位 。目前在东方地球物理公司物探技术研究中心工作,主要研究方向包括弹性波阻抗反演、AVO反演以及地震资料解释方面的研究工作。袁志云 研究生,1979生;北京大学地空学院在读硕士研究生,主要从事石油地质综合研究。张亚中 工程师,1972生;1996年毕业于西南
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