張軍華,王慶峰,張曉輝,李俊霖,侯 靜,劉 楊

(中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東青島266580)

薄層和薄互層疊后地震解釋關(guān)鍵技術(shù)綜述

張軍華,王慶峰,張曉輝,李俊霖,侯 靜,劉 楊

(中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東青島266580)

薄層和薄互層油氣藏是一類很重要的油氣藏。由于地震數(shù)據(jù)對薄層的分辨能力有限,該類儲層的地震預(yù)測難度較大。在文獻閱讀基礎(chǔ)上,對多年的研究工作進行了總結(jié),對薄層、薄互層疊后地震解釋關(guān)鍵技術(shù)進行了梳理與綜合評述,內(nèi)容包括基于經(jīng)典調(diào)諧理論的解釋方法、特色屬性提取與分析方法、基于地震沉積學(xué)的解釋方法、擬聲波反演技術(shù)、去薄層強屏蔽技術(shù)、壓縮感知譜反演提高分辨率技術(shù)和模式識別砂體自動檢測技術(shù)等7個方面。給出了每種方法技術(shù)的基本原理和物理意義,進行了模型測試與效果分析,并對實際應(yīng)用效果進行了簡要評述,對勘探開發(fā)人員做好薄層、薄互層的油氣預(yù)測有一定的指導(dǎo)意義和借鑒作用。

薄層;調(diào)諧理論;特色屬性;地震沉積學(xué);擬聲波反演;去強屏蔽;壓縮感知;模式識別

隨著水平井技術(shù)、鉆井壓裂工藝的進步與推廣,以往不太受重視的薄層和薄互層油氣藏,正日益受到油氣勘探開發(fā)界的關(guān)注。東部老油區(qū)的薄層或薄互層的單層厚度一般只有幾米,甚至更小。從地震勘探原理上來說,它們是嚴(yán)格意義上的調(diào)諧厚度內(nèi)的地層。常規(guī)地震解釋方法已不能滿足這種薄地層勘探的要求,迫切需要采用新的方法技術(shù)來進行探究與認(rèn)識。

本文從薄層和薄互層的地震響應(yīng)機理出發(fā),對現(xiàn)有實用的或較新的疊后解釋方法進行梳理,給出相關(guān)方法技術(shù)的文獻來源、基本原理、物理意義,并用理論模型進行驗證或說明。內(nèi)容主要包括基于經(jīng)典調(diào)諧理論的解釋方法、特色屬性提取與分析方法、基于地震沉積學(xué)的解釋方法、擬聲波反演技術(shù)、去薄層強屏蔽的目標(biāo)處理技術(shù)、基于壓縮感知的薄層識別方法、基于模式識別的薄砂體檢測技術(shù)等7個方面的內(nèi)容。

1 基于經(jīng)典調(diào)諧理論的解釋方法

用調(diào)諧理論進行薄層定量解釋是一種常用方法,一般認(rèn)為λ/4(λ為波長)是薄層分辨率極限,也稱調(diào)諧厚度,以此作為薄層的劃分標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)諧理論的解釋方法分為時間域和頻率域兩類。

1.1 時間域薄層解釋方法

時間域求取薄層厚度主要利用振幅、時差信息:①當(dāng)薄層厚度大于λ/4時,用視時差計算真實厚度;②當(dāng)薄層厚度小于λ/4時,視時差已基本不變,此時可用相對振幅關(guān)系來計算實際厚度[1]。

圖1是用來研究調(diào)諧關(guān)系的楔形體模型,速度取2500m/s,為了定量表示,設(shè)上界面反射系數(shù)為-1,下界面反射系數(shù)為+1。采用主頻35Hz的雷克子波,每道厚度間隔為1m(雙程旅行時為0.8ms)。圖2 是根據(jù)頂?shù)撞ü群筒ǚ逄幍恼穹c時差計算得到的薄層調(diào)諧曲線。

根據(jù)圖1和圖2,可分析以下幾個關(guān)鍵點。①調(diào)諧厚度點,這在調(diào)諧曲線上是明確無誤的,對于圖1所示的模型,調(diào)諧厚度約為11.1ms,基本上就是λ/4;在合成記錄上,調(diào)諧點在第11.1/0.8≈14道處,但在人工解釋時,很難準(zhǔn)確解釋出是第13道還是第14道或第15道。②相對振幅穩(wěn)定點,從圖2上看,此點以后頂?shù)捉缑娌ü扰c波峰已沒有混疊,值固定不變;這在圖1上也很明顯,此點向右,波峰、波谷幅值、形狀已不發(fā)生變化。③復(fù)合波時差不變點,圖2中時差曲線在11.0ms以后基本不變,最小值為9.5ms,此時不能用時差來計算厚度;圖1示意性地用藍色虛線表示了波谷和波峰時間位置,需要特別注意的是,即使5m,10m這種數(shù)量級的薄層,直接解釋頂?shù)追瓷浣缑鎭碛嬎銓嶋H厚度也已不可取了！④幾米厚的薄層區(qū),以往用調(diào)諧厚度計算薄層,往往忽視薄層復(fù)合波的幅度問題,圖1直觀地說明,對于1,2,3m的薄層,它們的幅度明顯比厚層或調(diào)諧點附近要小很多,對于低信噪比資料,用調(diào)諧厚度預(yù)測特別薄的儲層有一定的不確定性。

圖1 用于研究薄層特征的楔形體模型

圖2 薄層調(diào)諧曲線

調(diào)諧厚度和視厚度最小值由子波主頻決定,圖3給出了主頻與調(diào)諧厚度和視厚度最小值之間的關(guān)系,有兩點值得注意:①曲線不是線性關(guān)系;②調(diào)諧厚度與最小視厚度不是一個概念,最小視厚度的值比調(diào)諧厚度要小,這一點從圖2的時差變化曲線上也得以體現(xiàn)。調(diào)諧厚度也可以通過公式(1)計算得到,計算的結(jié)果與合成記錄統(tǒng)計提取結(jié)果一致[2]。

(1)

式中:fm為子波主頻。

圖3 主頻與調(diào)諧厚度、最小視厚度之間的關(guān)系

1.2 頻率域薄層解釋方法

對于泥包砂儲層,在層厚很小的條件下,可得峰值頻率fp與薄層厚度τ之間的關(guān)系式[3]:

(2)

設(shè)子波主頻fm為35Hz,計算后得到的頻率與厚度曲線如圖4所示。從圖4可以看出,厚度增加,響應(yīng)的峰值頻率有所降低。這個結(jié)論的前提是薄層厚度τ相對于峰值頻率fp要足夠小。直接對圖1的薄層響應(yīng)計算頻譜,結(jié)果如圖5所示,可以看出,當(dāng)厚度較小時,頻譜呈單峰,厚度增加、峰值頻率減小,符合公式(2)和圖4的結(jié)論。

圖4 峰值頻率與薄層厚度的關(guān)系曲線

圖5 直接根據(jù)圖1所示模型計算的頻譜

正是因為層厚度與頻率確實存在著對應(yīng)關(guān)系,分頻解釋成為一項很實用的解釋技術(shù)[4],商用解釋工作站還開發(fā)了一種利用調(diào)諧頻率計算凈厚度的方法。該方法先計算F-X譜,然后提取峰值頻率(從譜分解的角度來說,也可以稱為調(diào)諧頻率),再根據(jù)井點的相關(guān)性,統(tǒng)計厚度與調(diào)諧頻率的關(guān)系,進而預(yù)測儲層厚度。另外,可通過時頻分析,利用調(diào)諧能量增強法提高薄層的分辨能力[5]。

2 特色屬性提取與分析方法

地震屬性是從地震原始解釋數(shù)據(jù)中提取的,能從某些方面更好地反映地質(zhì)規(guī)律的地震量度值。地震屬性早先也稱為地震參數(shù),國內(nèi)不少高?！傲濉薄ⅰ捌呶濉逼陂g就取得了一些研究成果[6-7],我們認(rèn)為后來推出的商用工作站的屬性提取與解釋軟件都有早期研究的印記。國外首次完整提出地震屬性的概念及分類是CHEN等[8]。地震屬性眾多,如何提取、優(yōu)化特色屬性是關(guān)鍵[9]。劉偉等[10]通過對多種屬性的分析,認(rèn)為平均瞬時頻率、平均瞬時相位、瞬時頻率斜率、反射強度的斜率、總絕對值振幅、最大波峰振幅、平均絕對值振幅、振幅的斜度等屬性有利于預(yù)測薄互層。關(guān)于地震屬性研究有大量的文獻報道,通過文獻閱讀、理論研究與實際應(yīng)用,我們認(rèn)為對于薄層、薄互層的解釋來說,弧長屬性[11]、能量半時屬性[12-13]、甜點屬性[14-16]具有較好的應(yīng)用效果,值得推廣應(yīng)用。

2.1 弧長屬性

弧長是指時窗內(nèi)地震道波形的長度,其大小間接反映了地震波振幅和頻率的大小,振幅越大,頻率越高,對應(yīng)的弧長越長,其計算公式為:

(3)

式中:ai為第i個采樣點的振幅;Δt為采樣間隔;N為采樣點數(shù)。

圖6展示了永進油田采用弧長屬性預(yù)測深層薄砂體的應(yīng)用實例，可以看出,均方根振幅屬性在有利井y1(11m油層)和y3(8m油層)的特征沒有弧長屬性好,砂體的分布規(guī)律與地質(zhì)認(rèn)識也不一致。

圖6 用弧長屬性預(yù)測深層薄砂體a 均方根振幅; b 弧長

2.2 能量半時屬性

能量半時又稱為能量半衰時或半時能量,是一個泊來詞,其定義為:在給定的分析時窗內(nèi),能量達到1/2的相對時間[13]。

(4)

我們在研究時發(fā)現(xiàn),對于能量半時,時窗大小的選擇比較重要,理想的時窗應(yīng)取一個子波的長度,但有些商業(yè)軟件在應(yīng)用時因缺省長度過大而不適合于儲層研究。

圖7為能量半時在濱435井區(qū)的應(yīng)用實例,與之比較的是瞬時振幅屬性。瞬時振幅在井點處呈弱反射,儲層無法解釋;能量半時屬性則與井點吻合度很好,我們還據(jù)此預(yù)測了儲層的分布范圍[17]。

2.3 甜點屬性

甜點(Sweetspot)是指物性差、飽和度低、豐度差地層中的局部有利儲層。甜點屬性(Sweetness,注意講屬性時用此詞,講儲層甜點時用Sweetspot)一般是指反射強度與瞬時頻率平方根的比值[16],它能有效預(yù)測沉積層系中的孤立砂體,其計算公式為:

(5)

式中:R為反射強度;finst為瞬時頻率;S為定義的甜點屬性。一般而言,砂體含油氣后,反射振幅會增強,瞬時頻率會降低,(5)式的比值結(jié)果會更好地揭示砂體的有利特征。圖8顯示了甜點屬性在河道砂體預(yù)測中的應(yīng)用結(jié)果,注意,河道中甜點屬性顏色的變化指示了河道內(nèi)部砂體的變化,黃顏色指示砂體最有利部位[14]。甜點這個概念由于地質(zhì)意義形象明確,在頁巖氣等非常規(guī)油氣藏的勘探開發(fā)中經(jīng)常被地質(zhì)學(xué)家所提及。公式(5)為什么除平方根,其實沒有理論依據(jù),除開3次方根同樣能取得類似的效果。RADOVICH等[15]則是直接將振幅和頻率融合顯示,也取得了很好的識別甜點效果。

圖7 用能量半時屬性預(yù)測灘壩砂儲層a 瞬時振幅; b 能量半時

圖8 甜點屬性在河道砂體預(yù)測中的應(yīng)用[14]

提醒讀者,由于我國地質(zhì)情況復(fù)雜,含油氣的薄層或薄互層地震特征并不一定是振幅強、頻率低,在直接運用公式之前,有必要先對屬性進行預(yù)處理,將有利儲層的反射強度映射到高值、頻率映射為低值,再利用公式計算,這樣才會取得好的解釋效果。

2.4 屬性融合

地震屬性能凸顯地震數(shù)據(jù)內(nèi)的微弱信息,而屬性融合技術(shù)則能更好地挖掘數(shù)據(jù)內(nèi)隱藏的信息,提高復(fù)雜儲層屬性解釋的可靠性。屬性融合可歸納為兩類,一類是將多個屬性經(jīng)過數(shù)學(xué)運算融合在一起,如復(fù)合屬性[18]、主因子(或稱為主成分、主元素)分析[19]、多元線性回歸[20]、聚類分析[21]等;另一類是通過改變圖像顯示手段來獲取儲層別樣的信息內(nèi)容,如基于色度-亮度的二值顯示、基于RGB的三原色顯示等?；跀?shù)學(xué)運算的屬性融合,也可以稱為屬性的優(yōu)化處理,有時還要附加井的先驗約束信息?；趫D像處理的顯示技術(shù),不需要井的約束,有時能很好地凸顯儲層異常,起到其它數(shù)學(xué)運算不能起到的作用。

對于薄層和薄互層的甜點信息,二值顯示是容易見效的一種顯示手段。圖9是色度-亮度的二值顯示元的示意圖,將兩種不同屬性按二原色組合,起到強化有利信息的作用。圖10給出了基于二原色的屬性融合技術(shù)在灘壩砂儲層的應(yīng)用實例,將等t0構(gòu)造圖與屬性融合在一起,這樣屬性上有灘壩砂濱淺湖沉積環(huán)境的特征,有利于儲層的識別。

圖9 色度-亮度的二值顯示元

圖10 基于二原色的屬性融合技術(shù)a 弧長屬性; b 等t0圖; c 弧長與等t0融合

3 基于地震沉積學(xué)的解釋方法

地震沉積學(xué)是一門現(xiàn)代地震技術(shù)與沉積學(xué)相結(jié)合的新型交叉學(xué)科,是用于薄層和薄互層解釋的有效方法。地震沉積學(xué)最早由曾洪流提出,主要包含兩項實用技術(shù)——地層切片技術(shù)[22]和90°相移子波技術(shù)[23]。國內(nèi)關(guān)于地層切片的討論與研究較多[24-30]。

3.1 地層切片技術(shù)

地層切片技術(shù)是地震沉積學(xué)研究的關(guān)鍵技術(shù)之一,其優(yōu)勢在于可對目的層段進行精細(xì)的沉積研究。圖11比較了地層切片與水平切片、沿層切片的效果,很顯然,對于沉積穩(wěn)定的地層,地層切片可以較好地反映內(nèi)部沉積關(guān)系。圖11a是一河流相儲層的連井剖面,儲層的頂面(綠色)、底面(藍色)可以清楚解釋,但儲層內(nèi)部河道疊置復(fù)雜,不具有層理性,因此很難按層位去解釋每一個小層。但依據(jù)地層切片,可以宏觀地觀測目標(biāo)層段河道由淺到深的發(fā)育情況。圖11b 至圖11e展示的是十等分儲層后幾個代表性的切片。圖11b是頂面,切片中紅色代表著儲層頂面的強振幅蓋層;圖11c是上部河道,以北東—西南向為主;圖11d 是下部河道,以東南部最為發(fā)育;圖11e是底面,河流相特征結(jié)束,西側(cè)發(fā)育斷裂,可形成下部烴源巖的疏通渠道。

3.2 90°相移技術(shù)

對于圖12所示的楔形體模型,90°相移的物理含義很明確。對于90°相移子波的合成記錄剖面,利用變密度顯示時,它可以比較直觀地展示出薄層的特征(紅色指示的就是楔形體);而零相位子波記錄頂面是藍色、底面是紅色,薄層內(nèi)部特征不直觀。

圖13展示了一個應(yīng)用實例,井點分層標(biāo)識點代表11.6m的薄層。要解釋薄層必須識別頂?shù)變蓚€層位。采用90°相移技術(shù)處理后,紅色同相軸基本上反映了薄層信息,可用相移處理后的數(shù)據(jù)體提取最大振幅來進一步開展儲層預(yù)測研究。

要指出的是,對于很薄的儲層,無論是地層切片還是90°相移后的剖面或切片,與地質(zhì)分界面不是一個等時面(很顯然圖13中地質(zhì)分層要小于波谷、波峰解釋的地震分界面時差),縱向直接討論薄層分辨率已意義不大,但切片還是可以展示儲層橫向分布特征的。另外90°相移技術(shù)適用于沉積比較穩(wěn)定的儲層,對于斷裂異常復(fù)雜的地層,此項技術(shù)應(yīng)用效果有限。

圖11 地層切片在實際解釋中的應(yīng)用a 河流相薄儲層剖面; b 對應(yīng)頂面蓋層; c 上部河流相儲層; d 下部河流相儲層; e 儲層的底面

圖12 90°相移子波在薄層變密度解釋中的應(yīng)用a 零相位子波; b 地質(zhì)模型; c 90°相移子波; d 零相位子波解釋; e 90°相移子波解釋

圖13 原始剖面(a)與90°相移剖面(b)對比

4 擬聲波反演技術(shù)

波阻抗反演幾乎是實際生產(chǎn)中儲層預(yù)測的必用技術(shù),但由于擴井、分段測井、儲層對聲波時差不敏感等因素的影響,直接用聲波測井來反演往往得不到理想結(jié)果。而此時利用自然伽馬(GR)、自然電位(SP)等其它測井曲線,對聲波測井曲線進行曲線重構(gòu),即進行所謂的擬聲波反演,往往能取得比較理想的效果。目前,此項技術(shù)已廣泛應(yīng)用于地震資料解釋中[31-33]。

擬聲波反演技術(shù)包括井資料標(biāo)準(zhǔn)化處理、測井曲線重構(gòu)、子波提取、地震-地質(zhì)標(biāo)定、地質(zhì)模型建立、反演質(zhì)量控制等關(guān)鍵步驟。反演時重點注意以下幾方面:①用哪條測井曲線進行重構(gòu),必須根據(jù)儲層與測井曲線的相關(guān)度,也要了解測井曲線的物理意義,如:GR反映的是地層中自然存在的放射性強度,能較明顯反映出砂泥巖的差異;SP反映的是地層的自然電位大小,能將滲透性好的砂巖與其它巖層區(qū)別開來；②標(biāo)定時一般認(rèn)為子波是零相位的,但薄層或薄互層反演往往用帶相位的子波才能反演出好的結(jié)果；③關(guān)于反演的質(zhì)量控制,以約束稀疏脈沖反演為例,包括稀疏性約束因子、信噪比、范數(shù)的模、子波刻度因子、合并頻率5個參數(shù),要根據(jù)曲線合理選取。

圖14a是GR與聲波時差(AC)測井曲線的對比,對于目的層,聲波時差界面特征與低速異常特征都不能很好吻合,而GR吻合度很好;圖14b是目標(biāo)層段砂巖和泥巖GR值的分布,低GR值較好地指示了砂巖儲層;圖14c是重構(gòu)后聲波時差與原曲線的對比,重構(gòu)后的曲線分辨率明顯提高,且使得低速對應(yīng)儲層,高速對應(yīng)泥巖互層,能很好地反映儲層信息,為提高反演縱向分辨率奠定了基礎(chǔ)。

圖15給出了常規(guī)聲波時差反演結(jié)果與GR擬聲波反演結(jié)果,可以看出,直接用聲波時差反演,縱、橫向分辨率都很差,基本無法區(qū)分砂體邊界和厚度范圍;而采用GR擬聲波反演后,下伏煤層標(biāo)志性強反射非常清楚,縱向上能識別局部小層,儲層的橫向非均質(zhì)分辨能力也有明顯提高。

圖14 GR與AC分布規(guī)律比較a 原始GR和AC曲線; b 砂巖和泥巖的GR值分布; c AC重構(gòu)曲線比較

圖15 常規(guī)聲波時差反演結(jié)果(a)與GR擬聲波反演結(jié)果(b)

5 去薄層強屏蔽的目標(biāo)處理技術(shù)

在隱蔽油氣藏勘探中,常見一類特殊的儲層——強屏蔽蓋層下的薄儲層:一方面,由于蓋層含生物灰?guī)r、油頁巖或煤層等特殊巖性,致使上覆地層反射同相軸呈現(xiàn)強振幅;另一方面,由于儲層緊挨著蓋層,加上儲層較薄,地震波復(fù)合、耦合作用后使儲層信息被屏蔽,呈現(xiàn)出不易識別的弱反射特征。這類儲層由于油源近、埋藏好、地層壓力大,往往是產(chǎn)量較高的隱蔽油氣藏,成為油田重要的勘探目標(biāo)。

去強屏蔽的核心問題是要找出對應(yīng)強屏蔽的地震波,可由兩種方法實現(xiàn)。一種是LILLY等[34-35]提出并進行軟件推廣的基于頻率域特征值分解的多子波分解與重構(gòu)方法[36],另一種是MALLAT等[37]提出、WANG[38]將其應(yīng)用于專業(yè)領(lǐng)域的匹配追蹤算法[39-40]。另外,關(guān)于薄層檢測早先還有一種去相似背景的方法[41],該方法是去除與薄層無關(guān)的上、下圍巖背景的算法,與前兩種去強屏蔽方法的物理基礎(chǔ)不一樣。本文主要闡述基于匹配追蹤的強屏蔽剝離技術(shù)。

匹配追蹤分解法是一種基于投影追蹤、逐步遞推的小波算法,每一次迭代都從字典中選取與當(dāng)前殘差最為匹配的一個原子,將其加入到信號的支撐集中,用新的支撐集對信號做稀疏分解,再計算新的殘差量,一直迭代到殘差符合要求為止,這時信號可以由所選擇的原子進行線性表示。這里原子由4個參數(shù)(u,σ,ω,φ)控制的Morlet小波構(gòu)成,子波m(t)為:

(6)

式中:u,σ,ω,φ分別代表時間延遲、子波尺度因子、子波頻率、子波相位。設(shè)rn={u,σ,ω,φ},原子優(yōu)選公式以及原子稀疏系數(shù)分別為:

(7)

(8)

式中:s為原始信號;mrn為優(yōu)選出的原子;R(n)s為前一次迭代后的殘差信號;R(0)s相當(dāng)于原始輸入信號s。經(jīng)過M次迭代后,地震信號被分解成:

(9)

在4個參數(shù)的控制下對原子進行優(yōu)選,優(yōu)選的原子與地震子波越相似,匹配結(jié)果越好。但參數(shù)控制會大幅度增加計算量,為此,提出利用解釋的層位時間作為初始時間延遲un,提取實際地震子波的主頻及相位作為原子的初始頻率wn和初始相位φn,這樣只優(yōu)選尺度因子σn即可快速提取強屏蔽地震反射。與傳統(tǒng)的匹配追蹤方法相比,層位和地震子波約束匹配追蹤在剝離強反射上精度較高,計算效率也有大幅度提高。

對薄層去強屏蔽后,可以利用廣義S變換低頻伴影檢測技術(shù),對薄層、薄互層儲層進行檢測[39]。圖16 給出了去強屏蔽應(yīng)用實例,可以看出,去強屏蔽前,由于強反射的存在,下伏儲層的衰減特征不明顯;去強屏蔽后,含氣儲層的低頻伴影得到顯示。

圖16 去強屏蔽應(yīng)用實例a 原始剖面; b 單頻剖面(26Hz); c 去強屏蔽剖面; d 剝強屏蔽后優(yōu)勢單頻剖面

6 基于壓縮感知的薄層識別方法

壓縮感知是利用高維信號的可壓縮性或在變換域上的稀疏性,用觀測矩陣將信號投影到低維空間上,然后求解最優(yōu)化問題,以較高的概率從少量的投影值中重構(gòu)原始信號的一種方法[42]。由于地震波場是有特征的或可壓縮的,地震模型也是可壓縮的,所以可以將圖像處理領(lǐng)域的此項技術(shù)借鑒到地震勘探領(lǐng)域,并在觀測系統(tǒng)設(shè)計、數(shù)據(jù)規(guī)則化、去噪、模型正演、稀疏反演等方面得到應(yīng)用[43-44]。

6.1 壓縮感知求取反射系數(shù)序列的基本原理

Ax=b

(10)

式中:A為子波變換矩陣;x為反射系數(shù);b為合成記錄的傅里葉變換S(f)。

由于反射系數(shù)x具有稀疏性,可以根據(jù)壓縮感知理論,通過最小化策略求解方程(10):

(11)

6.2 模型測試及結(jié)果分析

采用圖17a所示的模型進行測試。該模型考慮了兩套薄互層的層系,兩端考慮有斷層的夾持。計算反射系數(shù),并與主頻30Hz的雷克子波褶積,得到圖17b 所示的合成記錄剖面。對圖17b用壓縮感知方法反演反射系數(shù),結(jié)果如圖17c所示,可以看出,分辨率有了明顯提升。關(guān)于壓縮感知的詳細(xì)原理、適用條件及實際資料應(yīng)用,作者將另文討論。

圖17 用壓縮感知預(yù)測薄層反射系數(shù)a 地質(zhì)模型; b 合成記錄剖面; c 壓縮感知反演結(jié)果

7 基于模式識別的薄砂體檢測技術(shù)

模式識別是提取事物或現(xiàn)象中有價值的特征,并按一定的規(guī)則進行分類、預(yù)測和描述的一門新興學(xué)科。模式識別認(rèn)為所有可用的信息都包含在訓(xùn)練樣本集中,考慮的出發(fā)點是特征空間中若干類別樣本的最佳分類劃分,此方法解決了很多問題,并在多個領(lǐng)域得到了成功應(yīng)用。此項技術(shù)形成于20世紀(jì)60年代,以1968年《Pattern Recognition》的創(chuàng)刊為重要標(biāo)志;在地球物理勘探中的應(yīng)用,始于20世紀(jì)80年代初期[7]。根據(jù)分類的不同,現(xiàn)在已有很多模式識別方法,如主因子分析、聚類分析(此兩種可以無井約束)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機、克里金和非參數(shù)方法等[11]。其識別的基本原理是提取若干種地震屬性,根據(jù)樣本學(xué)習(xí),確定權(quán)重,進而進行儲層橫向預(yù)測或平面分布預(yù)測。

本文在研究準(zhǔn)噶爾盆地D7井區(qū)的河流相儲層時,發(fā)現(xiàn)該區(qū)河流相薄砂體具有典型的反射特征,其振幅呈“雙峰特征”,時差趨于一固定值。為此,采用頂?shù)讜r差、波峰/波谷比、最大振幅、最小振幅4個參數(shù)作為判識薄砂體的地震參數(shù),數(shù)據(jù)搜索策略考慮計算時窗大小、滑動時窗步長及層位約束3個控制因素,研發(fā)了一種基于模式識別的薄砂體特征提取及表征方法。利用該方法,可高效、自動地識別出薄砂體,為尋找油氣提供依據(jù)。

圖18顯示了實際河道砂體反射特征。沿河道截取任意線,其中有4個特征點,可以發(fā)現(xiàn),在特征點處,地震反射呈雙峰特征,其中上面為波谷(紅色),下面為波峰(藍色)。進一步,我們讀取靶區(qū)內(nèi)的最大振幅和最小振幅,再計算它們的幅值比(表1),可以看到,幅值很有規(guī)律,都在-1附近。進一步研究可知,本區(qū)薄層相對時差在10ms左右,而真實時差在6ms左右,屬于調(diào)諧厚度范圍內(nèi)。

在模式特征提取基礎(chǔ)上,本文通過時窗滑動及層位約束,編程實現(xiàn)了薄河道砂體的三維自動識別與表征。模式制定時重點考慮波峰-波谷比、波谷最小值、波峰最小值、相對時差等基本要素。圖19和圖20分別為用常規(guī)方法解釋的和用本文方法自動識別的河道砂體預(yù)測剖面,可以看出,常規(guī)解釋很難把握什么樣的反射軸是河道,圖中紅色箭頭處常規(guī)解釋的結(jié)果是河道,但模式識別預(yù)測的結(jié)果卻不是;從底圖上來看,頂面1砂組的河道解釋范圍太大,不符合地質(zhì)認(rèn)識;而自動識別的河道形狀很清楚,下面2砂組、3砂組河道也自動檢測出來了(圖中藍色箭頭分別對應(yīng)3套河道砂)。直接比較底圖(圖19a和圖20a)可以看出,本文方法要明顯好于傳統(tǒng)人工解釋方法。

表1 河道砂體正、負(fù)極性幅值對比

圖18 實際河道砂體反射特征a 河道切點位置; b 沿靶點切的任意線

圖19 用常規(guī)方法解釋的河道砂體預(yù)測剖面a 底圖; b 解釋結(jié)果

圖20 用本文方法自動識別的河道砂體預(yù)測剖面a 底圖; b 解釋結(jié)果

8 結(jié)束語

薄層、薄互層的解釋一直是油田勘探的重點與難點,本文介紹了薄層調(diào)諧理論、特色屬性、地震沉積學(xué)、擬聲波反演、去強屏蔽、壓縮感知和模式識別等7個方面的方法技術(shù),一定程度上代表了目前科研生產(chǎn)中主流技術(shù)和發(fā)展方向。解釋人員應(yīng)根據(jù)實際地質(zhì)條件,選擇合適的方法技術(shù)及應(yīng)用參數(shù),以便有效地識別薄層、薄互層油氣藏。

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(編輯：顧石慶)

Poststack interpretation key techniques for thin layer and thin interbed reservoirs

ZHANG Junhua,WANG Qingfeng,ZHANG Xiaohui,LI Junlin,HOU Jing,LIU Yang

(SchoolofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Qingdao266580,China)

Thin layer and thin interbed reservoirs are a very important class of oil and gas reservoirs.Because of seismic records,the ability to distinguish thin reservoirs is limited,the seismic fine description and prediction of these reservoirs are very difficult.In this paper we summarize many years of previous research works,sort out and expound on the key techniques of seismic interpretation for thin layer and thin interbed reservoirs.The contents include seven aspects:interpretation method based on classical tuning theory,method of characteristic attribute extraction and analysis,interpretation method based on seismic sedimentology,pseudo acoustic inversion technique,technique of removing the strong shield of the thin layer,compression sensing spectrum inversion technique to improve resolution and pattern recognition technique for automatic detection of the sand body.The basic principle and physical meaning for each method and technique are given; we provide a model test and the effect analysis.Additionally,the necessary judgments on the practical application effects are carried out.This study has certain guiding significance and may serve as a reference for exploration and development technicians to make oil and gas predictions for thin layer and thin interbed reservoirs.

thin layer,tuning theory,characteristic attribute,seismic sedimentology,pseudo acoustic inversion,remove the strong shielding,compressed sensing,pattern recognition

2017-03-10;改回日期：2017-05-06。

張軍華(1965—),男,教授,博士生導(dǎo)師,現(xiàn)從事地球物理方法教學(xué)和研究工作。

國家科技重大專項(2016ZX05006-002,2016ZX05011-002)資助。

P631

A

1000-1441(2017)04-0459-13

10.3969/j.issn.1000-1441.2017.04.001

This research is financially supported by the National Science and Technology Major Project of China (Grant Nos.2016ZX05006-002,2016ZX05011-002).