基于最大熵譜分解的微裂縫識別技術

周仲禮 張艷芳 王權鋒

1.成都理工大學信息管理學院 2.成都理工大學數學地質四川省高校重點實驗室 3.成都理工大學能源學院

基于最大熵譜分解的微裂縫識別技術

周仲禮1,2張艷芳3王權鋒1,2

1.成都理工大學信息管理學院 2.成都理工大學數學地質四川省高校重點實驗室 3.成都理工大學能源學院

眾所周知,小斷層對儲層的連通性及油氣開發方案的確定具有重要意義,為此引入信息理論中的熵來對儲層中的小斷層進行預測。首先介紹了最大熵譜分析的原理,其次介紹了最大熵譜分析的Beryman經驗公式,最后應用最大熵功率譜方法,對阿曼第五區塊Daleel油氣田shuaiba儲層的高精度三維地震資料進行精細解釋,在功率譜分解的振幅數據體上,識別和解釋出了以往難以識別的斷距在10～15 m之間的小斷層,為更加清楚地認識油氣藏的地質特征、調整注采方案提供了更加可靠的基礎資料。

熵 最大值 功率譜 地震資料處理 三維地震解釋 斷層

1 最大熵譜分析原理

最大熵譜分析的熵來源于熱力學,原意是熱量(Q)被熱源溫度(T)除的商(Q/T)。若不同溫度提供相同熱量,則稱溫度高的熵小,溫度低的熵大。在信息理論中,把熵定義為信息源所提供的信息率[1](它等于信號在單位時間內的信息量),換句話說,就是信息的不確定性或未知程度的量度,定義為:

式中:Pi為信號位于(xi,xi+Δx)區間的概率。

最大熵譜分析要求一個平穩的時間序列(指信噪比較高的地震記錄),在計算時窗內的自相關函數符合已知數據要求,在時窗之外的自相關函數的未知部分所保持的不確定性最大,就是說,未知部分具有最大熵。由熵原則外推自相關函數就得到滿意的功率譜。

地震記錄 x(t)可被認為是一個平穩的離散序列過程,即t=1,2,…,N+1,其熵表達式為:

T(N)是托布里茲(Toep ritz)形式的信號相關矩陣。即

若 r(0),r(1),…,r(N)值已知,要計算 r(N+1), r(N+2),…的值的話,根據部分應有最大熵原則,帶有r(N+1)項后自相關函數的熵表達式為:

就應該對r(N+1)取最大值,因為當 x→0,lg x→∞,則det[T(N+1)]=0,即

由式(5)解出r(N+1)值,重復利用遞推算法可求出r(N-2),…,這就是遞歸求自相關函數的最大熵法,它等價于一個自回歸模型。因此,實際使用的伯格最大熵譜分析是建立一個自回歸模型。

地震數據道 x(t)可用一個 K階自回歸差分方程模擬:

式中,ak為自回歸系數,|ak|<1,k=1,2,…,K;e(t)為預測誤差,是一白噪序列,它的方差為δ2n。

由式(6)知,輸出譜表達式為:

其功率譜為:

2 最大熵譜分析算法

伯格算法是從一階自回歸模型開始,逐步增加階數的遞推算法,它給出的自相關系數的估計,可保證相應的自相關矩陣是正定的,而得到的模型也是平穩的,用伯格算法求最大熵譜估計中,預測誤差濾波器長度一般采用Beryman經驗公式[2-3]:

式中:N為記錄長度。

求出了自回歸系數 app,p=1,2,…,K和δ2K后,可用下式估計功率譜:

為了減少偶然誤差,在算法中應考慮在選定時窗內對3～5道相鄰道功率譜進行平均,然后用于參數拾取。

3 應用實例

3.1 地震數據的分析與處理

圖1 研究區地震資料頻譜分析圖

對阿曼Block5區塊Daleel油氣田shuaiba組海相礁灘相儲層應用譜分解技術,在應用譜分解技術之前,先對地震資料進行系統分析,結合地質特征選用相應的方法和參數。地震資料品質的評價主要從地震剖面的頻譜特征、信噪比、連續性等諸方面來完成。通過對全區目的層段地震資料分析,表明所研究的shuaiba目的層段對應地震資料地震資料總體品質較好,信噪比高,優勢頻帶在7～77 Hz,有利于對shuaiba目的層段的地震資料進行譜分解處理(圖1)。根據頻譜分析和目的層段的精細標定,確定時窗寬度和頻率參數,進行目的層段的譜分解處理,形成振幅數據體。從振幅體的頻率切片上可以看出,隨著頻率的增高,斷層顯示得更加清楚。

3.2 小斷層識別與解釋

在應用譜分解處理的振幅數據體中,對一系列振幅進行對比后表明:低頻率切片反映斷距相對較大的斷層,而高頻率切片主要反映斷距相對較小斷層(圖2)。遵循“由低頻到高頻,與相干體結合”的解釋思路[4],應用中低頻切片解釋主干斷層,在此基礎上應用中高頻切片識別、解釋小斷層。據此完成了目的層段斷層的精細解釋(圖3)。圖3-a是利用譜分析技術解釋的斷層多邊形,圖3-b是原斷層的多邊形情況。發現了許多以往難以發現的斷距在10～15 m的小斷層,解決了許多困擾油氣田開發的問題。

圖2 振幅數據體不同頻率切片圖

圖3 不同時期解釋的斷層多邊形對比圖

4 結論

1)應用譜分解技術處理成果,結合其他的地震資料解釋技術,識別并解釋出了斷距10～15 m的小斷層,為提高對油氣藏地質特征的認識和油氣田開發方案調整提供了可靠的基礎資料。

2)在斷層識別和解釋的過程中,譜分解技術能夠揭示更加豐富的地質信息,振幅數據體對小斷層的識別能力有了明顯的增強,對斷層平面組合、平面展布特征及相互關系等研究成果可靠性得到了明顯提高[5]。

3)在地震資料有效頻帶內,隨著頻率的增高,小斷層變得更加清楚。

4)應用譜分解的振幅數據體時,高信噪比的地震資料是其應用前提。

[1]陶德元,黃本淑.數字信號處理原理及應用[M].成都:四川大學出版社,1991.

[2]陸基孟.地震勘探原理[M].東營:石油大學出版社,1993.

[3]王權鋒,周仲禮,張艷芳.天然氣儲層綜合預測技術在錦州27區的應用[J].天然氣工業,2008,28(8):46-48.

[4]葉泰然,張虹,唐建明.深層裂縫性致密碎屑巖氣藏高效儲滲區識別[J].天然氣工業,2009,29(11):24-26.

[5]李正文.高分辨率地震勘探[M].成都:成都科技大學出版社,1993.

M icro-fracture identification technology based on themaximum entropy spectrum decomposition

Zhou Zhongli1,2,Zhang Yanfang3,Wang Quanfeng1,2
(1.School of Inform ation M anagement,Cheng du University of Technology,Chengdu,Sichuan 610059, China;2.Sichuan University Key Laboratory of Geom athematics,Chengdu University of Technology, Chengdu,Sichuan 610059,China;3.School of Energy Resources,Chengdu University of Technology, Chengdu,Sichuan 610059,China)

NATUR.GAS IND.VOLUM E 30,ISSUE 6,pp.42-44,6/25/2010.(ISSN 1000-0976;In Chinese)

It is well know n that small faults are critical to the connectivity of reservoirs and oil/gas development planning.For this reason,the concep t of entropy in info rmation theo ry is introduced to assist the p rediction of small faults in reservoirs.First,we introduce the theory of themaximum entropy,and then p resent the Beryman empirical fo rmula of the maximum entropy,and finally perfo rm fine interp retation of the high-resolution 3D seismic data from the Shuaiba reservoir in the Daleel Field,the Oman’s Block 5, by using themaximum entropy spectrum method.Small faultsw ith a disp lacementw ithin 10 - 15 m,w hich were not easy to be iden-tified before,are identified in amplitude data volume after spectrum decomposition.This study p rovides robust basic data for a good understanding of the geological features and easy adjustment of p roduction-injection p rogram.

entropy,maximum,power spectrum,seismic data p rocessing,3D seismic interp retation,fault

“油氣藏地質及開發工程”國家重點實驗室開放基金(編號:PLC200703)、四川省教育廳自然科學重點資助項目(編號:08ZA 105)。

周仲禮,1971年生,副教授,博士研究生;從事數學地質、礦產普查與勘探研究工作。地址:(610059)四川省成都市成華區二仙橋東三路1號。電話:(028)84073700。E-mail:zzl@cdut.edu.cn

周仲禮等.基于最大熵譜分解的微裂縫識別技術.天然氣工業,2010,30(6):42-44.

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.06.011

(修改回稿日期 2010-04-29 編輯 韓曉渝)

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.06.011

Zhou Zhongli,associate p rofesso r,bo rn in 1971,is engaged in research of geomathematics and exp lo ration of mineral resources.

Add:No.1,Dongsan Rd.,Erxianqiao,Chenghua District,Chengdu,Sichuan 610059,P.R.China

Tel:+86-28-8407 3700E-mail:zzl@cdut.edu.cn