暢永剛，黃 丹

(中油長(zhǎng)慶油田分公司，陜西 西安 710018)

基于奇異值分解的地震屬性優(yōu)化分析技術(shù)研究

暢永剛，黃 丹

(中油長(zhǎng)慶油田分公司，陜西 西安 710018)

奇異值分解是基于矩陣的數(shù)學(xué)運(yùn)算方法來優(yōu)化壓縮地震屬性集，地震屬性集空間維數(shù)一般較高，因此有必要對(duì)相關(guān)地震屬性集進(jìn)行壓縮，從而揭示數(shù)據(jù)集所表征的儲(chǔ)層特征，可用于識(shí)別有意義的地質(zhì)目標(biāo)。采用奇異值分解方法對(duì)蘇里格氣田東區(qū)致密砂巖石盒子組盒8段含氣儲(chǔ)層沿層屬性集進(jìn)行了優(yōu)化壓縮。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明:奇異值分解優(yōu)化后的各分量比優(yōu)化壓縮前的單屬性預(yù)測(cè)致密含氣砂巖效果更好。

奇異值分解;屬性優(yōu)化;致密砂巖儲(chǔ)層;蘇里格氣田

引言

隨著蘇里格氣田規(guī)模性整體開發(fā)，三維地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)已經(jīng)做出了重要貢獻(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)儲(chǔ)集巖層的橫向預(yù)測(cè)。因此，開展三維地震技術(shù)研究，優(yōu)化三維地震屬性，對(duì)蘇里格氣田高效規(guī)?；_發(fā)，提高采收率，具有非常重要的意義。在細(xì)致做好前期屬性提取分析工作的同時(shí)，對(duì)三維地震沿層屬性優(yōu)化壓縮;根據(jù)完鉆井地質(zhì)解釋成果，分析確定各個(gè)分量所反映的不同級(jí)別地質(zhì)因素，其中第1主分量反映的是辮狀河—三角洲沉積環(huán)境、第2主分量反映的是儲(chǔ)層物性特征、第3主分量反映的是儲(chǔ)層含氣性、第4主分量以后則反映背景噪音。

1 奇異值分解降維基本原理

1.1 實(shí)對(duì)稱矩陣的正交分解

若G為M×M階實(shí)對(duì)稱、非奇異矩陣，則總存在正交矩陣U，使:

式中:λi為矩陣G的第i個(gè)特征值;Λ為由G的M個(gè)特征值組成的對(duì)角線矩陣，U為G的M個(gè)特征向量矩陣，是1個(gè)正交向量，即:G=UΛUT，為1個(gè)實(shí)對(duì)稱矩陣正交分解。

1.2 非奇異且非對(duì)稱矩陣分解

若G為非奇異、非對(duì)稱矩陣，則正交分解不成立。可證，存在2個(gè)正交矩陣U和V，且:

式中:Λ是由GGT或GTG的M個(gè)特征值之正根組成對(duì)角線矩陣，λi＞0;U和V分別為對(duì)稱矩陣GGT和GTG之特征向量組成特征向量矩陣，即:G=UΛVT，是一個(gè)非奇異且非對(duì)稱矩陣分解。

1.3 奇異矩陣的奇異值分解

若G是M×M階奇異矩陣，此時(shí)也可以進(jìn)行分解，即:

式(3)為奇異矩陣G的奇異值分解。其中:Λr由GTG或GGT之r個(gè)非零特征值之正根組成對(duì)角線矩陣。這樣可以把(M－r)個(gè)或者(N－r)個(gè)相關(guān)的行或列降低到r行或者列。在地震屬性優(yōu)化過程中，有些地震屬性之間，可能有某種線性的相關(guān)性，通過SVD降維優(yōu)化，避免了這些線性相關(guān)屬性的干擾而造成儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的誤判。G為M×N矩陣，是對(duì)數(shù)學(xué)分析的矩陣表示。其物理意義隨著分析的數(shù)據(jù)的具體物理意義變化而定。

2 致密砂巖儲(chǔ)層奇異值分解三維地震屬性優(yōu)化應(yīng)用

2.1 蘇里格東區(qū)致密砂巖儲(chǔ)層地震地質(zhì)特征

蘇里格東區(qū)致密砂巖儲(chǔ)層沼澤背景下的辮狀河沉積，有效砂體多呈孤立狀分布，規(guī)模小，連續(xù)性差;西傾單斜構(gòu)造，對(duì)天然氣聚集不起控制作用，以次生孔隙為主，具有低孔、特低滲特點(diǎn)致密砂巖儲(chǔ)層;波阻抗差異小，成為地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)難點(diǎn)。因此在提取多種地震屬性后需參考大量地質(zhì)資料做地震屬性優(yōu)化工作。

2.2 沿層屬性提取

提取地震屬性除對(duì)于地震數(shù)據(jù)處理高保真要求外，更加要求地震層位解釋的準(zhǔn)確性，對(duì)蘇東三維地震資料做精細(xì)處理基礎(chǔ)上，做合成地震記錄標(biāo)定，并精細(xì)拾取石盒組盒8段頂面層位。首先提取各種地震屬性，初步結(jié)合井資料優(yōu)選，圖1所示為

圖1 盒8段沿層相關(guān)體屬性

盒8段沿層相關(guān)體屬性，黑色區(qū)域?yàn)榈卣鸬老嚓P(guān)系數(shù)小，可能為巖性變化界面，可以指示沉積河道邊界，在預(yù)測(cè)砂體沉積范圍上應(yīng)用效果好。圖2所示為盒8段沿層最大波峰振幅屬性，暖色調(diào)為高值，反映砂泥巖界面明顯的區(qū)域，很明顯看出河道砂體沉積的細(xì)微變化。對(duì)蘇里格氣田多年的地震解釋技術(shù)方法進(jìn)行攻關(guān)、試驗(yàn)、完善，認(rèn)為在巖性相對(duì)單一的致密砂巖儲(chǔ)層，沿層振幅屬性在預(yù)測(cè)砂體分布、含氣性分布上成功，即尋求亮點(diǎn)特征。利用分偏移距疊加剖面的偏移距隨振幅變化的 特征信息，進(jìn)一步預(yù)測(cè)有效含氣儲(chǔ)層。

圖2 盒8段沿層最大波峰振幅屬性

圖1是地震波形數(shù)據(jù)各道之間的互相干值，屬系數(shù)類數(shù)據(jù)，圖2是地震波形的振幅數(shù)值，它們均是相對(duì)數(shù)值，無量綱單位。在一定程度上反映了地震波在地層介質(zhì)中傳播后的相對(duì)變化情況。這些都是一種單屬性反映，而且各個(gè)屬性表達(dá)的地震地質(zhì)有相當(dāng)差距，這樣就要求線性相關(guān)的屬性后，融合優(yōu)化后的屬性，綜合分析地震屬性所反映不同級(jí)別的地質(zhì)因素，如:沉積背景、儲(chǔ)層物性、含氣性等。

2.3 沿層地震屬性SVD優(yōu)化

通過提取蘇東三維地震數(shù)據(jù)盒8段沿層多地震屬性，把各種地震屬性輸入SVD優(yōu)化屬性系統(tǒng)，結(jié)合地質(zhì)資料、鉆井資料等綜合分析認(rèn)為:奇異值分解第1主分量反映該地區(qū)大沉積背景，即圖3所示的河流相沉積特征，反映了物源方向;圖4奇異值分解第2主分量反映砂巖分布情況;圖5奇異值分解第3主分量反映儲(chǔ)層含氣性分布，該結(jié)論已得到開發(fā)證實(shí);圖6奇異值分解第4主分量表現(xiàn)為噪音，在第5主分量以后的信號(hào)都被噪音淹沒。這些經(jīng)過SVD降維的各類地震數(shù)據(jù)融合后具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的分量，包含了原來多屬性所反映的各自儲(chǔ)層特征信息的綜合，各分量失去了明確的物理意義。因此也為無量綱。

圖3 奇異值分解第1主分量

圖4 奇異值分解第2主分量

圖5 奇異值分解第3主分量

圖6 奇異值分解第4主分量

2.4 沿層地震屬性SVD應(yīng)用效果

應(yīng)用三維地震屬性分析，是氣田有效開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù);對(duì)資料精細(xì)處理、客觀分析、結(jié)合鉆井地質(zhì)資料情況綜合分析，對(duì)蘇東三維地震盒8段為重點(diǎn)做含氣儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，效果良好。

3 結(jié) 論

(1)三維地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)是蘇里格氣田致密砂巖巖性氣藏實(shí)現(xiàn)高效規(guī)模性開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一，結(jié)合三維地震、地質(zhì)、鉆井、試氣、測(cè)井等資料綜合人工優(yōu)化是優(yōu)化的基礎(chǔ)工作。

(2)不同影響因素的儲(chǔ)層特征(沉積環(huán)境、巖性、物性、含氣性)信息和環(huán)境噪音信息進(jìn)行分類、分級(jí)別的展開分析是SVD優(yōu)化的工作思路。

(3)本文精細(xì)科學(xué)地處理、解釋屬性優(yōu)化工作，基于SVD的地震屬性優(yōu)化技術(shù)在蘇里格巖性氣藏開發(fā)中取得很好效果。

［1］暢永剛，等.多參數(shù)地震屬性分析技術(shù)在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用——以NP地區(qū)為例［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)，2008，30(1):244－246.

［2］暢永剛，等.彈性阻抗反演在火山巖發(fā)育區(qū)應(yīng)用效果分析——以NP構(gòu)造為例［J］.天然氣地球科學(xué)，2007，18(3):422－425.

［3］張益，等.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信息融合技術(shù)預(yù)測(cè)氣藏水鎖［J］.特種油氣藏，2011，18(2):102－103.

［4］劉登明，等.地震屬性分析在三塘湖盆地火山巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用［J］.特種油氣藏，2011，18(4):14－18.

［5］潘仁芳，等.疊前彈性阻抗反演在蘇里格氣田盒8段致密氣層的應(yīng)用［J］.油氣地球物理，2011，9(1):45－48.

［6］黃長(zhǎng)春，等.奇異值分解遙感圖像壓縮算法研究［J］.計(jì)算機(jī)仿真，2011，28(8):226－228.

［7］明治良，等，蘇里格地區(qū)低滲透砂巖氣藏多波地震勘探技術(shù)及應(yīng)用［J］.中國(guó)石油勘探，2011，16(5/6)103－110.

［8］王大興，等，蘇里格氣田多波地震處理與儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)研究及應(yīng)用［J］.中國(guó)石油勘探，2011，16(5/6)95－102.

［9］鄭云川，等.蘇里格氣田儲(chǔ)層產(chǎn)能模糊綜合評(píng)價(jià)方法［J］.天然氣勘探與開發(fā)，2011，34(4):23－26.

［10］代金友，等.蘇里格西區(qū)氣水分布特征及產(chǎn)水類型解析［J］.特種油氣藏，2011，18(2):69－72.

［11］陳遵德.儲(chǔ)層地震屬性優(yōu)化方法［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1998:21－25.

［12］王家映.地球物理反演理論［M］.北京:高等教育出版社，1998:111－115.

編輯 張 雁

TE122.1

A

1006－6535(2012)04－0042－04

10.3969/j.issn.1006－6535.2012.04.011

20111222;改回日期:20120415

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“鄂爾多斯盆地大型巖性地層油氣藏勘探開發(fā)示范工程”(2011ZX05044)

暢永剛(1978－)，男，工程師，2002年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院勘查技術(shù)與工程專業(yè)，2008年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)地球探測(cè)與信息技術(shù)專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)從事天然氣開發(fā)地震資料解釋工作。