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        基于統(tǒng)計(jì)學(xué)方法的地震屬性分析技術(shù)應(yīng)用

        2016-07-19 05:37:29張向宇朱建偉韓立國
        地質(zhì)學(xué)刊 2016年2期

        張向宇, 朱建偉, 韓立國

        (1. 國土資源部海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東廣州510075; 2.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局,廣東廣州510075; 3.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,吉林長春130026; 4.吉林大學(xué)地球探測科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,吉林長春130061)

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        基于統(tǒng)計(jì)學(xué)方法的地震屬性分析技術(shù)應(yīng)用

        張向宇1,2, 朱建偉3, 韓立國4

        (1. 國土資源部海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東廣州510075; 2.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局,廣東廣州510075; 3.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,吉林長春130026; 4.吉林大學(xué)地球探測科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,吉林長春130061)

        摘要:通過對(duì)吉林油田梁家地區(qū)2段地層的地質(zhì)、地震、測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析,提取振幅、能量、反射強(qiáng)度等地震屬性,采用統(tǒng)計(jì)學(xué)中常用的聚類分析法和回歸分析法對(duì)屬性進(jìn)行優(yōu)選和組合,從而進(jìn)行儲(chǔ)層參數(shù)預(yù)測,最終得到研究區(qū)2段地層砂地比和砂巖厚度的預(yù)測圖。根據(jù)單井資料總結(jié)出工區(qū)沉積相與地震屬性特征的對(duì)應(yīng)關(guān)系,供后續(xù)的區(qū)域沉積相分布推測等工作參考。

        關(guān)鍵詞:地震屬性;儲(chǔ)層參數(shù)預(yù)測;統(tǒng)計(jì)學(xué);吉林

        0引言

        地震屬性分析技術(shù)是地震資料解釋領(lǐng)域中的一個(gè)重要組成部分,隨著油氣勘探開發(fā)對(duì)象復(fù)雜程度的增加,地震屬性分析技術(shù)得到了越來越多的應(yīng)用。地震屬性的誕生主要?dú)w功于20世紀(jì)60年代末數(shù)字化記錄技術(shù),從那時(shí)起,知道了薄層反射波的振幅對(duì)薄層的厚度較為靈敏,根據(jù)薄層反射波的振幅對(duì)薄層厚度的變化,利用薄層調(diào)諧厚度的概念進(jìn)行薄層解釋。20世紀(jì)70年代,發(fā)現(xiàn)了含氣砂巖波阻抗的異常變化,使用瞬時(shí)屬性的亮點(diǎn)(暗點(diǎn))技術(shù)對(duì)含氣砂巖儲(chǔ)集體進(jìn)行預(yù)測。20世紀(jì)80年代出現(xiàn)AVO(振幅隨炮檢距變化)分析技術(shù),改進(jìn)含氣砂巖和巖石孔隙中的飽和成分的預(yù)測,給出了巖石泊松比對(duì)比度增大的標(biāo)志,以鑒別巖性和巖石孔隙度。20世紀(jì)90年代,地震屬性分析技術(shù)迅速發(fā)展,研究領(lǐng)域從儲(chǔ)層研究逐漸地進(jìn)入了沉積相、亞相乃至微相研究(佩頓,1980;布朗等,1988;孫家振等,2002;高林等,2004)。

        以地震屬性分析技術(shù)理論為基礎(chǔ),提取工區(qū)2段地層的振幅、能量、頻率、相位、反射強(qiáng)度等基本地震屬性,運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法中常用的聚類分析及回歸分析方法進(jìn)行屬性優(yōu)選及組合,并對(duì)2段地層砂地比和砂巖厚度2個(gè)儲(chǔ)層參數(shù)進(jìn)行預(yù)測,為進(jìn)一步的沉積相分析提供參考。

        1工區(qū)地質(zhì)背景

        研究區(qū)位于吉林油田岔路河斷陷南部的梁家構(gòu)造區(qū),岔路河斷陷位于伊通盆地北部,其東南部和西北兩側(cè)邊界分別為岔路河斷層和大黑山斷層,西南界為二號(hào)斷層,東北界為烏拉街斜坡,構(gòu)成北東向展布的斷陷盆地。本次主要研究萬昌組一段、二段地層,簡稱萬一段、萬二段(表1)。

        2地震屬性分析技術(shù)原理

        2.1地震屬性概念

        地震屬性指的是那些由疊前或疊后地震數(shù)據(jù),經(jīng)過數(shù)學(xué)變換而導(dǎo)出的有關(guān)地震波的幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)或統(tǒng)計(jì)學(xué)特征。

        地震波在地層中傳播是個(gè)復(fù)雜的過程,是對(duì)地下地層特征的一種綜合反映,地震信號(hào)的特征由巖

        表1地層劃分

        Table1Stratigraphicdivision

        層物理性質(zhì)及其變異直接引起。地下地層性質(zhì)的空間變化,必然導(dǎo)致地震反射波特征的變化,進(jìn)而影響地震屬性的變化。當(dāng)?shù)叵碌貙雍蜌鈺r(shí),地震響應(yīng)會(huì)發(fā)生變化,同樣地震屬性也隨之變化。地震波通過含油氣地層時(shí)產(chǎn)生的地震屬性異常變化往往要比巖石物性變化引起的屬性異常突出。因此,一方面地震屬性包含有地下地層信息,另一方面地震屬性和儲(chǔ)層的含油氣性之間也必然存在某種形式的內(nèi)在聯(lián)系,是地震屬性技術(shù)預(yù)測油氣的理論基礎(chǔ)(陳遵德,1998)。

        2.2地震屬性分析技術(shù)工作流程

        研究的工作流程如圖1。

        圖1 地震屬性分析技術(shù)工作流程圖Fig.1 Workflow chart of seismic attribute analysis technique

        工區(qū)范圍內(nèi)有若干井孔,集中于工區(qū)南部區(qū)域,野外采用聲波測井方式對(duì)其進(jìn)行測量。同時(shí)搜集工區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、沉積等方面的歷史資料,并結(jié)合鉆孔資料以了解工區(qū)的地質(zhì)概況。

        3工區(qū)屬性提取

        3.1層位劃分

        將聲波測井資料經(jīng)過人工合成轉(zhuǎn)換成地震記錄,形成合成地震記錄,用以進(jìn)行層位標(biāo)定,本次研究中地層劃分情況如圖2。圖中,藍(lán)、棕、粉、紅4種顏色的線條分別代表Ta、Ta1、Ta2、Tb4個(gè)地層界線,其中,Ta為齊家組與萬三段分界線,Ta1為萬三段與萬二段分界線,Ta2為萬二段與萬一段界線,Tb為萬一段與永吉組分界線。

        圖2 某測線地震剖面層位劃分圖Fig.2 Seismic profile showing horizontal division along a survey line

        3.2地震屬性提取

        地震屬性提取通常有2種,即沿單道同相軸提取界面屬性,或由地震數(shù)據(jù)體導(dǎo)出屬性體得到體積屬性(曾忠等,2006)。本次提取的是工區(qū)的界面屬性,選擇兩層位之間的時(shí)窗提取。在工作站系統(tǒng)中給出了振幅、頻率、相位、能量等21個(gè)屬性,在此只選擇幾個(gè)有代表性的、能夠更好地反映研究問題的屬性進(jìn)行提取,以避免屬性重復(fù)。此次選擇提取下列8個(gè)屬性:平均絕對(duì)值振幅、均方根振幅、反射強(qiáng)度、平均能量、平均瞬時(shí)頻率、平均瞬時(shí)相位、總振幅及平均反射強(qiáng)度斜度。

        4地震屬性優(yōu)化

        4.1地震屬性優(yōu)化原理

        在進(jìn)行地震儲(chǔ)層預(yù)測時(shí),通常引入與儲(chǔ)層預(yù)測有關(guān)的各種地震屬性。地震屬性的引入通常要經(jīng)過由少到多、又由多到少的過程。對(duì)地震屬性優(yōu)化就是利用以往的經(jīng)驗(yàn)或數(shù)學(xué)方法,優(yōu)選出對(duì)所求解問題最敏感、最有效和最有代表性的屬性個(gè)數(shù)的地震屬性組合,從而改善與地震屬性有關(guān)的處理及解釋方法的效果(張延玲等,2005;季敏等,2006)。

        采用聚類分析方法選擇最優(yōu)屬性組合,與上述方法相比,該方法比較成熟,能考慮干擾和噪聲的影響,識(shí)別模式基元能力強(qiáng),只是該方法在優(yōu)選含油氣信息量大的地震參數(shù)時(shí)較為困難。因此,采取先提取地震屬性,分析優(yōu)選出與油氣相關(guān)性好的地震屬性作為聚類分析的輸入。

        4.2研究區(qū)地震屬性優(yōu)化

        4.2.1相關(guān)分析從工區(qū)內(nèi)若干鉆孔中選出采集質(zhì)量較好的15口井(代號(hào)分別為Ch12、Ch28、Ch29、Ch29-1、Ch30、Ch105、X2、X19、X19-2、X19-3、X108、X109、X109-2、X109-3、X120),這些井口處的砂地比和砂巖厚度2個(gè)參數(shù)已先期通過其他方法得到。同時(shí),根據(jù)各井口位置坐標(biāo)由處理系統(tǒng)中提取各井口處的均方根振幅、反射強(qiáng)度、瞬時(shí)頻率等8個(gè)地震屬性值。采取統(tǒng)計(jì)學(xué)中常用的相關(guān)分析方法,計(jì)算不同段地層的相關(guān)系數(shù)(表2、表3)。

        從表2、表3中可以看出各參數(shù)之間的相關(guān)程度,萬二段地層與砂地比和砂巖厚度相關(guān)度最大的是平均能量、均方根振幅、平均絕對(duì)值振幅和反射強(qiáng)度4個(gè)屬性,這4個(gè)屬性之間的相關(guān)性較好。萬一段地層也是這4個(gè)參數(shù)與砂地比和砂巖厚度的相關(guān)系數(shù)最大,相關(guān)性最好,這4個(gè)屬性之間的相關(guān)系數(shù)也較大,相關(guān)性較好。

        表2 萬二段工區(qū)15口井處各參數(shù)相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

        注:ENERGY-平均能量;ABS-平均絕對(duì)值振幅;RMS-均方根振幅;REF-反射強(qiáng)度;FREQ-平均瞬時(shí)頻率;PHASE-平均瞬時(shí)相位;SLPREF-平均反射強(qiáng)度斜度;TOLAMP-總振幅;SHD-砂地比;HD-砂巖厚度

        表3 萬一段工區(qū)15口井處各參數(shù)相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

        注:ENERGY-平均能量;ABS-平均絕對(duì)值振幅;RMS-均方根振幅;REF-反射強(qiáng)度;FREQ-平均瞬時(shí)頻率;PHASE-平均瞬時(shí)相位;TOLAMP-總振幅;SLPREF-平均反射強(qiáng)度斜度;SHD-砂地比;HD-砂巖厚度

        4.2.2聚類分析進(jìn)行相關(guān)分析后,得到與所求儲(chǔ)層參數(shù)相關(guān)性最好的幾組地震屬性。為進(jìn)一步找尋最優(yōu)屬性組合,進(jìn)行聚類分析(洪余剛等,2007;姜宏章等,2007),得到譜系圖(圖3、圖4)。

        分析上述譜系圖,萬二段地層最優(yōu)屬性組合是均方根振幅和平均能量屬性,萬一段地層最優(yōu)屬性組合是均方根振幅、平均反射強(qiáng)度和平均絕對(duì)值振幅3個(gè)地震屬性,由此完成了針對(duì)研究區(qū)2段地層2組儲(chǔ)層參數(shù)的地震屬性優(yōu)化工作。

        圖3  萬二段地震屬性聚類分析譜系圖ENERGY-平均能量;RMS-均方根振幅;RABS-平均絕對(duì)值振幅;EF-反射強(qiáng)度;SLPREF-平均反射強(qiáng)度斜度;PHASE-平均瞬時(shí)相位;FREQ-平均瞬時(shí)頻率;TOLAMP-總振幅Fig.3 Cluster analysis dendrogram of seismic attributes of the 2nd member of Wangchang Formation

        圖4  萬一段地震屬性聚類分析譜系圖RMS-均方根振幅;REF-反射強(qiáng)度;ABS-平均絕對(duì)值振幅;ENERGY-平均能量;TOLAMP-總振幅;SLPREF-平均反射強(qiáng)度斜度;FREQ-平均瞬時(shí)頻率;PHASE-平均瞬時(shí)相位;;Fig.4 Cluster analysis dendrogram of seismic attributes of the 1st member of Wangchang Formation

        5地震屬性組合及其在儲(chǔ)層預(yù)測中的應(yīng)用

        5.1線性回歸分析對(duì)優(yōu)選屬性組合

        由聚類分析得到的最優(yōu)地震屬性組合,可運(yùn)用已有15口井處的8個(gè)地震屬性數(shù)值及由前期相關(guān)地質(zhì)工作得到的井口處的砂地比和砂巖厚度數(shù)據(jù),運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)中的線性回歸方法擬合計(jì)算公式,進(jìn)而將擬合公式應(yīng)用到全研究區(qū)的砂地比和砂巖厚度預(yù)測中(時(shí)立文,2012)。

        首先分析萬二段15口井?dāng)?shù)據(jù),得到線性回歸擬合公式。用擬合公式對(duì)15口井進(jìn)行回放檢測,發(fā)現(xiàn)在這15口井處的絕對(duì)誤差相差分布很不均勻,誤差最大值與最小值相差較大,經(jīng)過調(diào)整2個(gè)模型中的常數(shù)項(xiàng)來調(diào)節(jié)井口處相應(yīng)參數(shù)的絕對(duì)誤差,使其達(dá)到最合適的值的分布,得到改進(jìn)的擬合公式為:

        Y=-0.000 000 631·eng+0.018 29·rms-8.559

        這幾年村子的外觀變化比較大。由于政府沒有統(tǒng)一規(guī)劃,村民們根據(jù)各自需要,改成了清一色的現(xiàn)代平房或者樓房。比如,像花石頭這個(gè)地方,現(xiàn)在村民住的地方,已經(jīng)像一個(gè)集鎮(zhèn),到處是新蓋的房子,每家差不多都寫著接待游客的標(biāo)識(shí)。這個(gè)村子,原來的位置不在這里,在距離一公里的山洼里。他們的房子,也是傳統(tǒng)的土坯瓦房。就因?yàn)槁糜?,他們?nèi)及岬搅斯愤叄瓉淼睦戏孔泳突膹U了。

        (1)

        H=-0.000 028·eng+0.115·rms-28.6

        (2)

        式(1)、(2)中,Y代表砂地比,H代表砂巖厚度,eng代表平均能量屬性,rms代表均方根振幅屬性。

        對(duì)于萬一段的15口井口數(shù)據(jù),同樣對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,采用優(yōu)選屬性組合均方根振幅、平均絕對(duì)值振幅和反射強(qiáng)度,得到擬合公式。然后運(yùn)用擬合公式對(duì)15口井進(jìn)行回放檢驗(yàn),通過改變常數(shù)項(xiàng)對(duì)所有井的2個(gè)參數(shù)分別進(jìn)行相對(duì)誤差調(diào)節(jié),使15口井處的推算數(shù)據(jù)與真實(shí)數(shù)據(jù)相對(duì)誤差在一個(gè)合理的分布狀態(tài)下,得到改進(jìn)的擬合公式為:

        Y=-0.004 48·rms+0.029 49·abs-0.011 2·

        ref+18.726

        (3)

        H=-0.037·rms+0.076 6·abs-0.010 2·ref+

        58.254

        (4)

        5.2儲(chǔ)層參數(shù)預(yù)測

        在前面的屬性提取階段系統(tǒng)已輸出全區(qū)各屬性值,這里為方便作等值線圖,對(duì)這些原始屬性值進(jìn)行篩選,以20m×20m的測線間隔進(jìn)行選擇,然后運(yùn)用上述得到的擬合公式求出全工區(qū)的砂地比和砂巖厚度,完成對(duì)2層地層的儲(chǔ)層參數(shù)預(yù)測,結(jié)果見圖5—圖8。

        由此,完成了從地震屬性分析到儲(chǔ)層參數(shù)預(yù)測的全部工作,在整個(gè)過程中,對(duì)最終結(jié)果起較重要作用的為測井?dāng)?shù)據(jù)和地震數(shù)據(jù)的質(zhì)量,尤其是選取的15口井孔處的數(shù)據(jù)質(zhì)量。本次工作采用經(jīng)過偏移等處理后的二維地震剖面,并借助測井資料進(jìn)行層位的標(biāo)定,地層劃分正確與否影響到后續(xù)的地震屬性提取工作。此外,15口井孔處的儲(chǔ)層參數(shù)信息需作為后續(xù)聚類分析和回歸分析的樣本數(shù)據(jù),直接影響到最終推算數(shù)據(jù)的誤差,因此要求其具有一定的準(zhǔn)確性,一般需要借助實(shí)驗(yàn)手段得到。因選作樣本數(shù)據(jù)的15口井均位于工區(qū)的南部,由統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)可知,得到的推算數(shù)據(jù)距離樣本越近則準(zhǔn)確性越好,因此工區(qū)南部區(qū)域得到的儲(chǔ)層參數(shù)預(yù)測結(jié)果可靠性較高,而其他區(qū)域稍差。由此可知,在選擇樣本數(shù)據(jù)時(shí),除考慮樣本數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性外,還需考慮其位置以及數(shù)量,對(duì)于一個(gè)工區(qū),當(dāng)樣本數(shù)據(jù)遍布工區(qū)各區(qū)域,且數(shù)量越多,準(zhǔn)確度越高,則得到的推算結(jié)果可靠性越好。對(duì)于研究區(qū),由于受制于野外采集條件,只取得了南部區(qū)域15口井的數(shù)據(jù)作為樣本,使得到的預(yù)測結(jié)果不夠理想,有待改進(jìn)。

        圖5 萬二段砂地比預(yù)測成果圖Fig.5 Prediction results of sandstone to formation ratio of the 2nd member of Wanchang Formation

        圖6 萬二段砂巖厚度預(yù)測成果圖Fig.6 Prediction results of sandstone thickness of the 2nd member of Wanchang Formation

        圖7 萬一段砂地比預(yù)測成果圖Fig.7 Prediction results of sandstone to formation ratio of the 1st member of Wanchang Formation

        圖8 萬一段砂巖厚度預(yù)測成果圖Fig.8 Prediction results of sandstone thickness of the 1st member of Wanchang Formation

        在得到儲(chǔ)層參數(shù)預(yù)測結(jié)果后,根據(jù)工區(qū)15口井處的單井沉積相及各屬性值的情況可總結(jié)出針對(duì)研究區(qū)的沉積相與地震屬性之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系(表4)。

        根據(jù)表4總結(jié)得到的沉積相與地震屬性特征對(duì)應(yīng)關(guān)系,可在各個(gè)層面圖上由地震屬性數(shù)值大致勾畫出一個(gè)區(qū)域的沉積相輪廓,再將這些圖整合得到一個(gè)綜合的沉積輪廓圖,然后再結(jié)合砂地比和砂巖厚度預(yù)測成果圖,便可得到基于地震屬性的沉積相推測圖,該工作有待下一步完成。

        表4 工區(qū)沉積相與地震屬性特征對(duì)應(yīng)關(guān)系

        6結(jié)論

        (1) 運(yùn)用聚類分析法進(jìn)行地震屬性優(yōu)化取得了一定的效果,從得到的譜系圖中可以清晰地識(shí)別出最優(yōu)的地震屬性組合,由分析結(jié)果可知均方根振幅、平均能量、平均絕對(duì)值振幅、平均反射強(qiáng)度4個(gè)地震屬性在研究中能較明顯地顯示研究區(qū)的地質(zhì)情況,是反映該研究區(qū)巖性情況最為有效的地震屬性。

        (2) 在對(duì)優(yōu)選后的地震屬性采用線性回歸分析的方法進(jìn)行組合,擬合出儲(chǔ)層參數(shù)預(yù)測公式,并根據(jù)井?dāng)?shù)據(jù)回放對(duì)擬合公式進(jìn)行調(diào)整,得到最終的參數(shù)預(yù)測公式,由此計(jì)算得到研究區(qū)砂地比和砂巖厚度的最終推算結(jié)果。

        (3) 通過單井沉積相與地震屬性特征的對(duì)應(yīng)關(guān)系,可以為全區(qū)沉積相推測提供證據(jù),有利于下一步工作的開展。

        總體看來,運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法實(shí)現(xiàn)屬性優(yōu)選和組合并進(jìn)行儲(chǔ)層參數(shù)預(yù)測是一個(gè)不錯(cuò)的途徑,為今后類似的工作提供了一種新的思路。

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        Application of seismic attribute analysis technique based on statistical method

        ZHANG Xiangyu1,2, ZHU Jianwei3, HAN Liguo4

        (1.KeyLaboratoryofMarineMineralResources,MinistryofLandandResources,Guangzhou510075;Guangdong,China; 2.GuangzhouMarineGeologicalSurvey,Guangzhou510075,Guangdong,China; 3.CollegeofEarthSciences,JilinUniversity,Jinlin130026,Changchun,China; 4.CollegeofGeoexplorationScienceandTechnology,JilinUniversity,Jilin130061,Changchun,China)

        Abstract:With seismic attributes analysis technology, the authors analyzed the geology, seismic and logging data to extract seismic attributes of amplitude, energy and reflection strength for the two strata in the Liangjia area of Jilin oilfield. Cluster analysis and regression analysis is used for attribute choosing and grouping to predict reservoir parameters, and finally predicted the sandstone to formation ratios and sandstone thickness for the two strata in the study area. In addition, the paper studied the correspondence of sedimentary facies to seismic attribute characteristics with logging data, which may lay a foundation for the subsequent prediction of regional sedimentary facies.

        Keywords:seismic attribute; reservoir parameters prediction; statistics; Jilin Province

        doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2016.02.265

        收稿日期:2015-10-26;修回日期:2015-11-24;編輯:蔣艷

        基金項(xiàng)目:國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)(2013AA0925010104)項(xiàng)目“天然氣水合物專項(xiàng)數(shù)據(jù)庫建設(shè)及戰(zhàn)略研究”(GZH201100312-03)

        作者簡介:張向宇(1987—),女,工程師,碩士,主要從事海洋重磁資料處理工作,E-mail: zhang5821421@163.com

        中圖分類號(hào):P631.4+4

        文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

        文章編號(hào):1674-3636(2016)02-0265-08

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