陳國(guó)飛，呂雙兵

(中國(guó)石油大慶油田勘探開(kāi)發(fā)研究院海塔開(kāi)發(fā)研究室，黑龍江 大慶 163712)

復(fù)雜斷塊油藏地質(zhì)特征復(fù)雜，主要表現(xiàn)在:①多物源、相變快、地層剝蝕、超覆嚴(yán)重;②斷層多、斷塊小、構(gòu)造破碎;③巖性復(fù)雜、油水層測(cè)井響應(yīng)差、油水分布復(fù)雜［1－2］。由于地質(zhì)條件復(fù)雜，油田開(kāi)發(fā)越深入，目標(biāo)越隱蔽，調(diào)整挖潛難度越大。斷層的精細(xì)識(shí)別與刻畫(huà)是影響此類(lèi)復(fù)雜斷塊油藏開(kāi)發(fā)調(diào)整的關(guān)鍵所在。在斷層認(rèn)識(shí)方面，斷層組合樣式多，各級(jí)、各期斷層主次關(guān)系、搭接關(guān)系確定難;破碎帶、陡坡帶斷層和小斷層刻畫(huà)識(shí)別精度低。如何充分利用現(xiàn)有的地震資料，提高地震刻畫(huà)斷層能力，是利用開(kāi)發(fā)地震技術(shù)重構(gòu)復(fù)雜斷塊油藏地下構(gòu)造認(rèn)識(shí)體系亟待解決的問(wèn)題。

隨著譜分解算法的不斷發(fā)展與完善，三色混相分頻技術(shù)在地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用日趨成熟和有效。該技術(shù)是一項(xiàng)針對(duì)非連續(xù)地層或地質(zhì)體進(jìn)行成像檢測(cè)的地球物理技術(shù)，可以突破地震分辨率1/4波長(zhǎng)限制，提高常規(guī)地震技術(shù)手段對(duì)砂體的識(shí)別與刻畫(huà)精度，進(jìn)而協(xié)助地質(zhì)家描述儲(chǔ)層沉積相帶的空間演變模式［3］。一直以來(lái)，該技術(shù)主要應(yīng)用于對(duì)常規(guī)地震數(shù)據(jù)無(wú)法刻畫(huà)的各種隱蔽沉積現(xiàn)象進(jìn)行定性或定量識(shí)別描述，而對(duì)斷裂體系刻畫(huà)應(yīng)用較少。針對(duì)目前復(fù)雜斷塊油藏開(kāi)發(fā)中對(duì)斷層識(shí)別存在的難點(diǎn)和問(wèn)題，作者嘗試了將三色混相分頻技術(shù)應(yīng)用于貝中油田復(fù)雜斷塊油藏的斷裂體系描述，對(duì)原始地震數(shù)據(jù)體應(yīng)用S連續(xù)小波變換(簡(jiǎn)稱(chēng)S變換)進(jìn)行分頻處理，優(yōu)選低、中、高三套單頻數(shù)據(jù)體進(jìn)行RGB混合顯示，在斷層刻畫(huà)方面取得了良好效果。

1 RGB分頻技術(shù)

該技術(shù)利用時(shí)頻變換算法對(duì)原始地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行分頻處理，得到一系列單頻數(shù)據(jù)體，優(yōu)選互不重疊的三套頻段(一般為低、中和高頻段)進(jìn)行RGB模式混合顯示，在形成的具有通頻信息的色彩數(shù)據(jù)體開(kāi)展地質(zhì)分析，其集成了分頻和RGB顯示兩項(xiàng)技術(shù)，核心為分頻技術(shù)，輔助為RGB顯示技術(shù)。

1.1 分頻技術(shù)及其原理

對(duì)于地震信號(hào)而言，時(shí)間域信息可以轉(zhuǎn)化到頻率域中。1807年法國(guó)數(shù)學(xué)家Fourier提出任何分段連續(xù)的周期信號(hào)，可以表示為一系列的正弦或余弦函數(shù)和的形式，即經(jīng)典的傅里葉變換理論［4］。該理論被借鑒到地震信號(hào)分析領(lǐng)域，形成分頻(譜分解)技術(shù)把時(shí)間域三維地震數(shù)據(jù)分解成若干頻率域調(diào)諧體，特定的頻譜調(diào)諧體能夠刻畫(huà)和表征特定的地質(zhì)體，為科學(xué)理解、認(rèn)識(shí)、復(fù)原地下真實(shí)地質(zhì)情況提供依據(jù)。三維地震信息為頻率隨時(shí)間變化而變化的非平穩(wěn)信號(hào)，經(jīng)典傅里葉變換滿足不了此類(lèi)信號(hào)的時(shí)間分辨率要求。為了解決分辨率問(wèn)題，Gabor于1946年提出了短時(shí)傅里葉變換方法［5］，分時(shí)窗對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，但對(duì)于三維地震數(shù)據(jù)而言，存在的典型問(wèn)題是時(shí)窗難以適應(yīng)地層厚度的橫向變化。因此，在基于窗口傅氏變換算法基礎(chǔ)上，1947年Wille將Wigner－Ville分布引入到信號(hào)處理領(lǐng)域［6］，發(fā)展成為具有代表性的時(shí)頻分析技術(shù)。Burg于1967年將熵的概念引入到譜分析中，提出了最大熵法［7］。1982 年，Morlet等提出了連續(xù)小波變換［8］，該變換使信號(hào)時(shí)頻擺脫時(shí)窗限制。1993年Mallat等提出了匹配追蹤譜分解(MPD)方法［9］。1992年，Charles.K.C等提出將小波變化應(yīng)用于地震分頻中［10］，此后Stockwell等1996年提出了 S變換、廣義S變換［11］。為了突破傳統(tǒng)變換和小波變換尺度參數(shù)控制的局限，2003年Burnett等發(fā)展了非正交小波變換［12］，為目前最為廣泛應(yīng)用的算法。

由于復(fù)雜斷塊油藏本身地質(zhì)條件復(fù)雜，采集地震資料分辨率和信噪比低，因此要求地震信號(hào)從時(shí)間域轉(zhuǎn)換到頻率域的過(guò)程中，沒(méi)有任何信息損失，保證分頻信息的真實(shí)可靠。S變換是短時(shí)傅里葉變換與連續(xù)小波變換的結(jié)合，通過(guò)S轉(zhuǎn)換可以同時(shí)從時(shí)域以及頻域觀察一個(gè)信號(hào)的能量分布，觀察信號(hào)的特征，不會(huì)丟失任何信息［13］。S變換以時(shí)間和頻率為變量來(lái)描述信號(hào)的能量密度或信號(hào)強(qiáng)度，在保持了Fourier譜直接關(guān)系的同時(shí)提供了與頻譜有關(guān)的分辨率，其計(jì)算公式為:

式中:S(τ，f)為復(fù)合時(shí)頻譜，Hz;s(t)為輸入地震道;f為頻率，Hz;t為時(shí)間，ms;τ為時(shí)間軸上高斯窗口的中心位置，ms。

S變換得到信號(hào)的局部譜，對(duì)局部譜沿時(shí)間進(jìn)行積分可以得到信號(hào)的Fourier變換譜，即:

式中:W(f)為信號(hào)s(t)的Fourier變換譜，Hz;信號(hào)的時(shí)頻譜 S(π，f)經(jīng)反 S變換可得到信號(hào)s(t):

S變換為線性變換，不存在交叉項(xiàng);同時(shí)該變換過(guò)程中，頻率倒數(shù)決定了高斯窗口的大小，因此既綜合了短時(shí)窗傅里葉變換時(shí)頻分辨率高的優(yōu)點(diǎn)，又綜合了小波變換的高分辨率特性。

1.2 RGB顯示技術(shù)

自然界中的可見(jiàn)光可由三基色，即紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)按照不同的比例合成產(chǎn)生，其顏色空間如圖1所示，每一個(gè)顏色按其亮度的不同分為256個(gè)等級(jí)，參數(shù)的取值范圍是0～255。所以，紅、綠、藍(lán)分量全部組合起來(lái)共可以呈現(xiàn)2563種不同的顏色。在RGB顏色空間，三種基色按不同比例合成，形成各種不同的色彩感覺(jué)，稱(chēng)為三基色(RGB)模式。合成彩色的亮度等于參與混合的各基色的亮度之和;而三基色的比例決定了混合色的色調(diào)和色飽和度;三種基色相互獨(dú)立，任何一種基色都不能由另外兩種基色混合產(chǎn)生［14］。

將RGB模式引入到地震分頻屬性中，利用RGB三原色來(lái)映射不同頻率所代表的不同地震屬性，融合在一張地震剖面圖上，即為三色混相分頻技術(shù)。對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分解后，得到一系列離散的具有一定寬度通頻帶的單頻數(shù)據(jù)。一般情況下，在事先對(duì)原始數(shù)據(jù)體進(jìn)行頻譜分析后，確定原始數(shù)據(jù)體的主頻作為中頻，然后是向低頻部分為低頻信息，向高頻部分為高頻信息。通過(guò)優(yōu)選選擇三個(gè)互不重疊的低、中、高頻的通頻帶，計(jì)算每個(gè)頻帶內(nèi)振幅的平均值，得到對(duì)應(yīng)于低、中、高頻的三個(gè)特征，將它們分別對(duì)應(yīng)紅、綠、藍(lán)三原色，按RGB模式進(jìn)行合成，合成數(shù)據(jù)體的每個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)一種合成顏色，就得到地下介質(zhì)特征分布的彩色剖面圖。

圖1 RGB色彩空間

圖2 中，a是一道地震數(shù)據(jù);b是a的時(shí)頻分布圖;c是由RGB基函數(shù)利用最小二乘法去逼近b中時(shí)頻分布的結(jié)果;d是用圖c中三個(gè)RGB基函數(shù)的關(guān)系顯示而成的RGB圖。

圖2 一道地震數(shù)據(jù)的RGB繪圖

在RGB屬性剖面圖上，可以分析紅、綠、藍(lán)所表示的不同地質(zhì)屬性的共性、差異性。對(duì)于細(xì)分到小層級(jí)的地層體而言，宏觀平面非均質(zhì)特征表現(xiàn)在兩個(gè)方面:一個(gè)是砂體邊界，即巖性突變部位;一個(gè)是斷層平面延伸。上述兩種情況的平面特征，利用地震分頻處理后優(yōu)選的低、中、高頻段調(diào)諧體進(jìn)行RGB模式混合，得到的色彩數(shù)據(jù)體均能表現(xiàn)出與圍巖差異明顯的色彩特征。對(duì)地層體三色混相分頻屬性的平面特征進(jìn)行分析，如具有一定寬度呈條帶狀、放射狀分布的部位，可能為特殊地質(zhì)體(如河道砂體或扇體)，呈線狀、窄條帶狀分布部位可能為斷層特征。

2 應(yīng)用實(shí)例

海塔盆地貝中地區(qū)位于盆地中南部，自上而下分別發(fā)育第四系、第三系呼查山組、上白堊統(tǒng)青元崗組、下白堊統(tǒng)伊敏組、大磨拐河組、南屯組、銅缽廟組及三疊系布達(dá)特群，其中南屯組一、二段是本區(qū)含油氣目的層。縱向上明顯分為兩套斷裂系統(tǒng)，以南一段頂反射層為界，下部為早期斷裂系統(tǒng)，斷層以近南北向和北東向?yàn)橹?，控制地層沉積;上部為晚期斷裂系統(tǒng)，斷層以北西向、近南北向?yàn)橹鳎刂凭植繕?gòu)造發(fā)育。目的層段四面基巖凸起，斷陷沉積特征明顯，斷裂非常發(fā)育，經(jīng)歷多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。貝中油田自2006年投入開(kāi)發(fā)以來(lái)，目前已有完鉆井495口，鉆井資料顯示該區(qū)鉆遇斷點(diǎn)較多，井上斷點(diǎn)組合率低，地震反射小斷層波組特征不明顯，導(dǎo)致地震解釋精度低。小斷層的精細(xì)刻畫(huà)不力影響進(jìn)一步深度挖潛，為此首次應(yīng)用三色混相分頻技術(shù)對(duì)該區(qū)進(jìn)行斷裂體系再識(shí)別。

本區(qū)地震資料為疊前深度偏移處理資料，主頻35 Hz左右，頻帶寬度15～70 Hz。針對(duì)深度范圍在1 400～3 400 m之間，時(shí)間范圍在1 000～2 000 ms之間的目的層段(南一段油組)，常規(guī)地震剖面解釋僅僅能識(shí)別出斷距大于15 m以上斷層，滿足不了小斷層識(shí)別精度要求。

對(duì)原始三維數(shù)據(jù)體采用S變換方法進(jìn)行分頻處理，分解頻段從10 ～100 Hz，間隔5 Hz，得到19套單頻數(shù)據(jù)體。以原始地震資料主頻35 Hz為標(biāo)準(zhǔn)，中頻段數(shù)據(jù)體選擇與主頻相近的35 Hz單頻數(shù)據(jù)體，以保證原始地震資料的信噪比和保真度;低頻段數(shù)據(jù)體的選擇以能夠清晰描述大套斷裂體系為標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)選15 Hz的單頻數(shù)據(jù)體;高頻段數(shù)據(jù)體以突出描述斷裂細(xì)節(jié)為目的，通過(guò)對(duì)40～100 Hz之間的單頻數(shù)據(jù)體分別制作切片，對(duì)比描述斷層的細(xì)致程度，確定選擇50 Hz單頻數(shù)據(jù)體，圖3為南一段頂?shù)貙拥?5 Hz、35 Hz和50 Hz地層切片。最后利用篩選的15 Hz、35 Hz和50 Hz三套頻率調(diào)諧數(shù)據(jù)體進(jìn)行RGB模式混合，圖4中b為南一段頂三色混相分頻屬性切片圖，a為相干體切片屬性圖，兩圖中粉色虛線右側(cè)為陡坡帶。通過(guò)對(duì)比不難發(fā)現(xiàn)相干體切片上看不見(jiàn)的斷層信息，分頻RGB屬性圖上能夠清晰展示出來(lái)，而且分辨率高。右側(cè)陡坡帶利用相干體切片展示的斷層破碎混雜，不能用于指導(dǎo)斷層精細(xì)解釋與識(shí)別，而分頻RGB屬性圖則清晰地展示了斷裂規(guī)律，斷層識(shí)別效果大大提高;左側(cè)緩坡帶紅色箭頭所指部位為本區(qū)大斷裂，從兩種屬性圖對(duì)比看，還是分頻RGB屬性所展示的斷裂平面分布規(guī)律更清晰;從小斷層的刻畫(huà)細(xì)節(jié)看，圖4b白圈內(nèi)分頻RGB屬性刻畫(huà)的小斷層比相干體切片刻畫(huà)精度有實(shí)質(zhì)性提高，同時(shí)，小斷層平面上呈“右行雁列”排布的規(guī)律性也得以顯示，據(jù)此判斷本區(qū)斷裂系統(tǒng)并非是在簡(jiǎn)單拉張作用下形成的，應(yīng)該為走滑拉分作用下形成的。

圖3 貝中油田南一段頂15 Hz、35 Hz、50 Hz單頻調(diào)諧體切片

圖4 貝中油田南一段頂相干體屬性切片與分頻RGB對(duì)比

對(duì)比斷裂系統(tǒng)的新老解釋結(jié)果，總體構(gòu)造格局一致，盆地主沉積區(qū)分布在兩側(cè)邊界斷層所控制的凹陷內(nèi)，存在南北、北東和北東東走向三組斷裂。區(qū)別在斷層數(shù)量和形態(tài)變化上，研究區(qū)原認(rèn)識(shí)斷層47條，利用三色混相分頻技術(shù)重新解釋后，重新落實(shí)斷層共58條(圖5)。在斷層數(shù)量變化上，新發(fā)現(xiàn)斷層8條，分叉合并斷層22條，核銷(xiāo)斷層9條;在斷層形態(tài)變化上，延伸長(zhǎng)度變化3條，位移變化11條，切割關(guān)系變化21條。該區(qū)研究范圍內(nèi)共168口井，目的層段共鉆遇斷點(diǎn)53個(gè)，斷點(diǎn)最小斷距3.5 m。其中斷距大于15 m斷點(diǎn)27個(gè)，與新解釋成果吻合率達(dá)到100%;斷距小于15 m斷點(diǎn)26個(gè)，原解釋成果與之吻合的斷點(diǎn)6個(gè)，新解釋成果與之吻合的斷點(diǎn)20個(gè)，吻合率達(dá)到77%。

圖5 貝中油田南一段頂新老解釋斷層對(duì)比

圖6 X43－55井區(qū)小斷層解釋

三色混相分頻技術(shù)對(duì)斷距小于15 m以下小斷層的識(shí)別精度得到增強(qiáng)，并在平面上精確地刻畫(huà)了其擺動(dòng)形態(tài)。在過(guò)X43－55井地震剖面上，南一段一油組內(nèi)部地震反射同相軸有輕微扭動(dòng)，有斷層跡象。但在斷層手工解釋過(guò)程中，此過(guò)井地震剖面向前和向后的地震剖面中，這種同相軸的扭動(dòng)消失，同時(shí)依據(jù)常規(guī)相干屬性斷層平面顯示也不清楚，這種情況下就不進(jìn)行斷層解釋。此次 進(jìn)行構(gòu)造重新落實(shí)，結(jié)合三色混相分頻屬性切片看，過(guò)X43－55井附近的平面上有一條呈北北西走向的斷層 (圖6a)，斷層顯示十分清楚，進(jìn)一步配合地震剖面放大解釋?zhuān)耆梢詫⒃摂鄬忧逦坍?huà)出來(lái) (圖6b)。進(jìn)一步將 X43－55井與鄰井X45－55井進(jìn)行了精細(xì)對(duì)比，在X43－55井南一段零油組底部對(duì)比出一個(gè)斷距5.2 m的斷點(diǎn)，與地震解釋相吻合。

3 結(jié)論

(1)應(yīng)用S變換方法，對(duì)貝中油田三維地震資料進(jìn)行了分頻處理，優(yōu)選了15 Hz、35 Hz和50 Hz三套頻率調(diào)諧數(shù)據(jù)體進(jìn)行RGB模式混合，制作了南一段頂三色混相分頻屬性切片。與相干體等常規(guī)斷層識(shí)別技術(shù)相比，小斷層識(shí)別能力得到有效提高。

(2)三色混相分頻技術(shù)在海塔盆地貝中油田的應(yīng)用，精細(xì)描述了各級(jí)、各期斷層主次關(guān)系、搭接關(guān)系，解決了破碎帶、陡坡帶斷層和小斷層識(shí)別精度低的問(wèn)題，深化了該區(qū)斷裂體系的認(rèn)識(shí)。該技術(shù)的成功應(yīng)用，為復(fù)雜斷塊油藏?cái)嗔洋w系識(shí)別提供了有效的方法和手段。

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