利用小波相干技術(shù)檢測致密儲(chǔ)層裂縫發(fā)育帶

倪根生，何建軍，李 瓊，葉增爐

(1．成都理工大學(xué)，四川 成都610059;2．中石油西南油氣田分公司 低效油氣開發(fā)事業(yè)部，四川成都610017;3．安徽省銅陵學(xué)院，安徽銅陵244000)

利用小波相干技術(shù)檢測致密儲(chǔ)層裂縫發(fā)育帶

倪根生1、2，何建軍1，李 瓊1，葉增爐3

(1．成都理工大學(xué)，四川 成都610059;2．中石油西南油氣田分公司 低效油氣開發(fā)事業(yè)部，四川成都610017;3．安徽省銅陵學(xué)院，安徽銅陵244000)

目前國內(nèi)、外油氣勘探已經(jīng)進(jìn)入巖性油氣藏勘探階段，其中致密碳酸鹽巖或頁巖油氣勘探具有遠(yuǎn)大前景。這類致密儲(chǔ)層中裂縫是油氣儲(chǔ)集的主要空間。用模擬地震子波的小波函數(shù)對原始三維地震數(shù)據(jù)體作小波變換，可以得到不同頻帶(分辨率)的地震數(shù)據(jù)體。分別對具有不同分辨率的三維地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行C3相干處理，其中低頻相干體突出了斷裂的信息，而高頻相干體則突出反映了受斷裂控制下的小斷裂或裂縫的發(fā)育信息，通過合理的融合系數(shù)有選擇地對C3相干數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，獲得了能夠高精度分辨裂縫發(fā)育特征的相干數(shù)據(jù)體，由此提高了裂縫檢測和儲(chǔ)層預(yù)測的精度。

三維地震;致密儲(chǔ)層;C3相干;小波相干;裂縫檢測

0 前言

中國海相碳酸鹽巖地層分布面積廣，烴源巖層系多，蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源，但多具層深、質(zhì)密、非均質(zhì)強(qiáng)的特點(diǎn)。同時(shí)，在我國目前也興起了對頁巖油氣藏的勘探。致密碳酸鹽巖和頁巖均屬重要的油氣儲(chǔ)層之一，它們的儲(chǔ)集空間均以裂縫為主體，因此對裂縫的識(shí)別和檢測，已成為尋找致密儲(chǔ)層構(gòu)成的油氣藏的關(guān)鍵因素［1]。

地震相干體技術(shù)是在1995年召開的65屆SEG年會(huì)上正式推出的，現(xiàn)在已成為地震資料儲(chǔ)層解釋中的一項(xiàng)普及性技術(shù)。相干體技術(shù)通過比較局部地震波形的相似性，在斷層或裂縫發(fā)育區(qū)由于地震信息的差異性較大，因而表現(xiàn)出較低的相干值。因此通過相干處理和分析，利用各種地震信息，如地震反射時(shí)間、功率譜、振幅、頻率及相關(guān)等，結(jié)合地質(zhì)、鉆井等資料解釋斷層或識(shí)別裂縫發(fā)育帶，大大提高了斷層解釋和裂縫識(shí)別的準(zhǔn)確性，為油氣勘探和開發(fā)提供有效布井依據(jù)。

目前，相干體算法已從第一代基于互相關(guān)的算法(簡稱C1算法)、第二代利用多道相似性的算法(簡稱C2算法)，發(fā)展到第三代基于特征結(jié)構(gòu)的相干算法(簡稱C3算法)［2]。Bahorich和Farmer提出的C1算法適用于高質(zhì)量的地震資料，但對噪聲的地震資料計(jì)算效果較差;Marfurt等提出的沿傾角(方位角)計(jì)算的多道C2算法，具有較強(qiáng)的抗噪能力，且能適應(yīng)大傾角地層，但分辨率低;Gersztenkorn和Marfurt提出的C3算法具有最佳的橫向分辨率，但對大傾角敏感性稍差。

小波分析是一種時(shí)頻分析技術(shù)，其時(shí)頻窗口大小(即窗口面積)固定，但其形狀可改變，即在低頻部份具有較高的頻率分辨率和較低的時(shí)間分辨率;在高頻部份具有較高的時(shí)間分辨率和較低的頻率分辨率。正是這種特性，使小波變換具有對信號(hào)的自適應(yīng)性。因此在地震處理領(lǐng)域內(nèi)，利用小波分析技術(shù)來對信號(hào)進(jìn)行多分辨率分析，從而檢測地震信息中所包含的地質(zhì)特征。

雖然C3相干算法在水平方向上有較高分辨率的優(yōu)點(diǎn)，但在縱向上對大傾角地層的分辨特性較差。而小波變換具有多分辨率的特性，因此把這兩大技術(shù)結(jié)合起來，可以在縱橫方向上提高斷層或裂縫的識(shí)別能力，從而對致密碳酸鹽巖或頁巖的儲(chǔ)層進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測［3、4]。

1 C3相干算法基本原理

假設(shè)在地震三維振幅體中，取相鄰J道N個(gè)樣點(diǎn)，組成一個(gè)N·J的地震子體構(gòu)成矩陣D:

D=［dnj]N*J

對于數(shù)據(jù)體中的相干計(jì)算點(diǎn)，設(shè)樣點(diǎn)號(hào)為n，給定按一定方式組合的J道數(shù)據(jù)，取時(shí)窗長度為N(N取奇數(shù))，定義協(xié)方差矩陣C為:

式中djm=dj(m－t－pxj－qyj)為對應(yīng)的地震數(shù)據(jù);p和q為視傾角。

對于每一組p、q值，都可以利用J道、N個(gè)點(diǎn)的小數(shù)據(jù)體的信息，來提取該計(jì)算點(diǎn)的相干屬性值。由于以上協(xié)方差矩陣是對稱的半正定矩陣，當(dāng)原始數(shù)據(jù)矩陣的元素不全為零時(shí)，可以計(jì)算出它們的J個(gè)非負(fù)特征值。

定義式(2)為第三代相干體的相干值:

對于每一時(shí)間點(diǎn)，在給定的視傾角范圍內(nèi)，計(jì)算不同p、q時(shí)的相干值，取其中最大的相干值作為該點(diǎn)最終的相干結(jié)果。

2 小波相干計(jì)算基本原理

2．1 小波函數(shù)的選擇

小波函數(shù)的選擇，對處理效果有直接影響。高靜懷［5]在Morlet小波基礎(chǔ)上，構(gòu)造出了適應(yīng)于地震資料處理的小波函數(shù)，如公式(3);王西文［6]基于Mor2let小波和改進(jìn)的Morlet小波，提出了導(dǎo)數(shù)小波函數(shù)，如公式(4)。

式中c為常數(shù)，f0為主頻。

式(1)、式(2)小波函數(shù)用常數(shù)c控制高斯函數(shù)來調(diào)制小波函數(shù)g(t)的特征，從而最大程度地模擬地震子波。

2．2 地震數(shù)據(jù)的小波變換

低頻段選取公式(3)中的小波，高頻段選取公式(4)中的小波，對三維地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行小波變換。尺度因子為ai(i=0，…，N－1。其中N為小波變換尺度數(shù))。當(dāng)尺度因子ai發(fā)生變化時(shí)，小波變換的實(shí)部就是一系列具有不同分辨率的地震記錄。

2．3 小波分頻相干計(jì)算

對不同尺度因子ai下獲得的不同分辨率的地震記錄，按式(2)求取m樣點(diǎn)處的相干值C3(m，ai)。在這一系列多頻相干數(shù)據(jù)中，低頻相干體突出了控制構(gòu)造格局的大斷裂的信息，高頻相干體則突出反映了受大斷裂控制下的小斷裂的信息。

2．4 小波相干體融合

為了獲得最佳的重構(gòu)相干數(shù)據(jù)，必須根據(jù)地質(zhì)特征，選擇在合適的尺度因子ai下確定融合系數(shù)(di)，以突出特定頻帶特征。按式(5)進(jìn)行融合，可以獲得最佳的相干數(shù)據(jù)體(C*3)。

3 實(shí)際應(yīng)用效果分析

選擇新疆某油田奧陶系一間房組碳酸鹽巖為處理目標(biāo)。該區(qū)域一間房組埋深都在5 000 m以下，碳酸鹽巖中裂縫為主要的油氣儲(chǔ)集空間［7]。裂縫以小縫為主，所占比例達(dá)52.7%，其次為中縫，占37.2%，而大縫僅占10.1%。常規(guī)C3處理與小波相干C3處理結(jié)果如下頁圖1、圖2所示。

比較二種處理結(jié)果可知，常規(guī)C3相干處理只能顯示裂縫發(fā)育的大概部位，而小波相干處理結(jié)果不僅能反映出裂縫的發(fā)育部位，而且還清楚地揭示了裂縫的平面走向、延伸等重要特征。

圖1 常規(guī)C3相干處理平面圖Fig．1 C3 coherence data with normal processing

圖2 小波相干處理平面圖Fig．2 The results with wavelet coherence processing

圖3 三維剖面與小波相干裂縫檢測對比圖Fig．3 The comparison diagram of three-dimensional cut plane and fracture detection bymethod of coherentwavelet

通過一條EW向剖面與小波相干平面圖對比(見下頁圖3)，展示出還有許多小斷層在原層位解釋中沒有解釋出來，在圖1中也不清楚。圖3中三維剖面中粗?jǐn)鄬邮菍游蛔粉櫝鰜淼臄鄬樱S剖面中細(xì)斷層(裂縫)是本次小波相干檢測出來的，二者對應(yīng)關(guān)系非常一致，說明這小斷層(裂縫)是客觀存在的。從而說明本次小波相干裂縫檢測結(jié)果準(zhǔn)確，效果良好。

4 結(jié)論

(1)小波相干技術(shù)是目前地震地質(zhì)解釋中常用來進(jìn)行斷層、裂縫檢測與解釋的重要手段，現(xiàn)已發(fā)展到第三代相干技術(shù)。但小波相干技術(shù)的應(yīng)用效果，受地下地質(zhì)特點(diǎn)影響較大。如構(gòu)造平緩、大斷層不發(fā)育且規(guī)模小、后期斷層被剝蝕等，導(dǎo)致C3相干斷層(裂縫)檢測效果并不理想。

(2)小波分頻相干是一種能夠按各種尺度進(jìn)行分頻，再相干運(yùn)算的一種新方法。該方法形成的相干體是多頻帶的相干體，其含有反映著不同頻帶通道的地質(zhì)特征。通過數(shù)據(jù)融合，把各頻帶通道的地質(zhì)特征融合成一幅圖像，該圖像能較全面地反映各種地質(zhì)構(gòu)造特征。

(3)對于融合質(zhì)量的評價(jià)，目前還沒有一個(gè)全面、客觀和統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。因此，小波相干形成的數(shù)據(jù)，必須結(jié)合實(shí)際地質(zhì)特征進(jìn)行綜合對比分析。

［1]巫芙蓉，李亞林，王玉雪，等．儲(chǔ)層裂縫發(fā)育帶的地震綜合預(yù)測［J]．天然氣工業(yè)，2006，26(11):49．

［2]張軍華，王永剛，趙勇，等．相干體技術(shù)算法改進(jìn)及其在JTH地區(qū)的應(yīng)用［J]．物探與化探，2002，26(1):50．

［3]何建軍．致密碳酸鹽巖縫洞儲(chǔ)層地震檢測方法研究［D]．成都:成都理工大學(xué)，2008．

［4]葉增爐．小波相干技術(shù)及在地震解釋中的應(yīng)用［D]．成都:成都理工大學(xué)，2006．

［5]高靜懷，汪文秉，朱光明，等．地震資料處理中小波函數(shù)的選取研究［J]．地球物理學(xué)報(bào)，1996，39(1):392．

［6]王西文，高靜懷，李幼銘．高分辨地震資料處理中的導(dǎo)數(shù)小波函數(shù)的構(gòu)造［J]．石油物探，2000，39(2):64．

［7]龔洪林，潘建國，王宏斌，等．塔中碳酸鹽巖裂縫綜合預(yù)測技術(shù)及應(yīng)用［J]．天然氣工業(yè)，2008，28(6):31．

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A

1001—1749(2011)02—0111—04

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40874053)

2010－12－03改回日期:2010－12－17

倪根生(1964－)，男，高級工程師，博士，主要從事石油地質(zhì)及物探科研管理工作。