時頻分析技術在預測殘留地層厚度中的應用——以PG地區石炭系黃龍組為例

彭俊，何文祥　(長江大學地球環境與水資源學院，湖北 武漢 430100)

彭嫦姿　(中石化勘探南方分公司，四川 成都 610041)

時頻分析技術在預測殘留地層厚度中的應用——以PG地區石炭系黃龍組為例

彭俊，何文祥(長江大學地球環境與水資源學院，湖北 武漢 430100)

彭嫦姿(中石化勘探南方分公司，四川 成都 610041)

[摘要]依據薄層反射的調諧原理，每個薄層產生的地震反射在頻率域都有一個與之對應的特定頻率成分，該頻率成分可以指示薄層的時間厚度。PG地區石炭系殘留地層厚度較薄，地震資料主頻在25～30Hz之間，分辨率低，常規的地震屬性分析和地震反演不能滿足石炭系黃龍組(C2h)殘留地層厚度預測，特別是地層尖滅線刻畫的要求。時頻分析技術是采用小波變換，將地震數據變換到頻率域，根據地震響應的時頻變化規律來研究薄層結構和厚度的一種新方法技術，其中振幅譜描繪時間地層厚度變化，相位譜顯示地質體的橫向不連續性。應用該技術對PG地區C2h殘留地層厚度進行預測，預測結果與鉆探成果符合度較高，應用效果較好。

[關鍵詞]時頻分析；小波變換；殘留地層厚度；石炭系黃龍組

PG地區中石炭統黃龍組(C2h)為主要的巖溶儲層，地層厚度薄，由于地震資料分辨率的局限性，直接利用地震資料來預測其厚度和地層尖滅線存在很大的難度?；谛〔ㄗ儞Q的時頻分析及其在分頻數據體上提取的相關信息在地震資料綜合解釋的許多方面有著重要的應用。通過分頻解釋，可在不同的頻帶上顯示不同級別的地質體信息[1]。利用高分辨率的時頻振幅譜表征薄層的時間厚度變化，相位譜表征地層巖性的尖滅點，因此可以在頻率域提取地震屬性，用于預測PG地區C2h的殘留地層厚度。

1時頻分析的原理與方法

時頻分析在理論上主要是依據薄層反射的調諧原理。在時間域，薄層厚度小于調諧厚度時，隨著薄層厚度的增加，地震反射振幅逐漸增加，當厚度增加至調諧厚度時，反射振幅達到最大值。頻譜成像技術將地震數據由時間-空間域轉換到頻率-空間域，時間域的最大反射振幅對應著頻率域的最大振幅能量。時頻轉換將產生一系列的具有單一頻率的振幅能量體，在不同頻率的三維地震能量體上可以看到薄層干涉特征。基于小波變換的時頻分析及其在分頻數據體上提取的相關信息，在地震資料綜合解釋的許多方面有著重要的應用，通過分頻解釋，可在不同的頻率上顯示不同級別的地質體信息，轉換后產生的振幅譜可以通過陷頻曲線識別薄層的時間厚度變化，而相位譜則通過局部相位的非穩定性來反映地質體的橫向不連續性。

為了探討時頻分析預測殘留地層厚度(薄地層)的基本方法，筆者從理論入手，建立了不同厚度的薄地層楔狀模型；通過正演計算，初步建立了不同地層厚度的時頻響應之間的對應關系，用于指導殘留地層(薄地層)厚度的橫向預測。

1)地層厚度<10m時，二疊系底反射界面(TP1)的振幅能量很弱，頻率高，呈弱峰、弱谷雙弱特征。

2)地層厚度≥10～20m時，TP1的振幅能量略有增強，但還是較弱，頻率略有降低，呈弱波峰、中強波谷特征。

3)地層厚度≥20～30m時，TP1的振幅能量增強，頻率降低，呈中強波峰、強波谷特征。

4)地層厚度≥30～60m時，TP1的振幅能量明顯增強，頻率明顯降低，呈強峰、強谷雙強特征。

5)地層厚度≥60m時，TP1反射界面的振幅能量開始減弱，頻率開始增高，隨著厚度的繼續增大，能量明顯減弱，頻率明顯增高，出現雙峰相位。

根據正演模型的分析，當薄地層的厚度為有序遞增時，其變化規律是：薄層厚度小于調諧厚度時，隨著薄地層的厚度由薄變厚，地震反射振幅逐漸增強，振幅譜的頻率由高逐漸變低；當薄地層的厚度達到調諧厚度時，反射振幅達到最大值；隨著地層厚度的繼續增厚，反射振幅逐漸減弱，頻率逐漸變高(圖1)。

圖1　地震模型正演

2實際應用

PG地區石炭系殘留地層厚度較薄，且變化較大，經區內pg5井、ql23井、ss1井、lx1井、lx2井、lb1井鉆井資料揭示，石炭系厚度范圍為4～59m，巖性非均質性強，地層缺失帶的分布不清楚。因此，利用基于小波變換的時頻分析技術預測PG地區C2h的殘留地層厚度及地層缺失帶，為C2h巖溶儲層預測奠定良好基礎。

2.1分頻數據體的計算與分析

小波變換的優點是對信號的低頻部分有較高的頻域分辨力，對信號的高頻部分(即信號的突變)能較好地定位，即有較高的時域分辨力。只要選擇合適的基本小波，小波變換可以很好地用于地震分頻數據體的計算。利用小波變換對PG地區的三維純波地震數據體開展10～70Hz(步長為10Hz)的分頻數據體計算，得到一系列單一頻率的高分辨率分頻數據體[2]。沿層提取單一頻率的分頻數據體的頻譜能量和相位譜[3]，通過時頻分析，了解C2h時頻分析的最佳頻率響應。

2.2時頻響應特征分析

在分頻數據體上沿層提取10、30、50、70Hz分頻能量譜平面圖(圖2)，10Hz能量譜圖表現為能量中等且分布零散；30Hz頻譜能量圖表現為能量逐漸增強，為中強-強能量特征；50Hz能量譜圖表現為能量進一步增強，且出現明顯的能量分界線，以ss1井、lx2井為界，北部能量弱，南部能量強且集中；70Hz頻譜能量圖表現為能量逐漸變弱。通過以上分析，結合模型正演認為50Hz頻譜能量為最佳頻率響應，C2h的時頻響應特征為強能量譜特征。

2.3C2h殘留地層厚度預測

根據時頻響應特征分析，在50Hz分頻數據體上沿層提取振幅能量譜和相位譜。振幅能量譜表現為強能量異常，主要分布在ss1井的南部地區(圖2(c))。相位譜表現為ss1井南部相位較連續，說明地層分布較穩定(圖3)，結合C2h正演模型分析，南部地層分布較穩定且相對較厚；往北相位的連續性逐漸變差，能量逐漸變弱，說明北部C2h地層逐漸變薄且尖滅。ql23井、lb1井、lx1井等資料證實工區南部有相對連片的石炭系存在，厚度分別為27、59、48m，ss1井、lx2井、pg5井C2h的厚度變薄，分別為4、13、11.5m。通過對三維工區50Hz單頻能量和相位譜異常分布的分析認為，該區存在C2h南厚北薄的展布特點，地層尖滅線主要沿著lx2井-ss1井-pg5井一帶(圖3中白虛線)。

圖2　研究區石炭系分頻能量譜平面圖

圖3　C2h的50Hz沿層相位譜平面圖　　　　　　　　　圖4　C2h鉆井厚度與頻譜能量關系圖

圖5　C2h厚度預測平面圖

根據上述地震模型正演及時頻響應特征分析，當C2h較薄時，鉆井揭示的地層厚度與TP1反射波組的振幅(即頻譜能量)呈正相關關系(圖4)，因此可利用時頻分析的頻譜能量預測石炭系地層的厚度。

利用上述關系對50Hz分頻能量圖進行轉換，即對C2h厚度開展預測。研究區C2h分布廣泛，厚度在0～80m之間，地層的尖滅線主要沿lx2井以北-ss1井-pg5井以西一帶分布，而工區西南部lx1井-lb1井-ql23井一帶的C2h厚度較大(圖5)。

2.4預測精度分析

根據時頻分析預測結果，C2h預測厚度在0～80m之間，厚度分布及其橫

表1　C2h厚度預測統計表

向變化趨勢與ql23井、ss1井、lx1井、lx2井、lb1井的實鉆資料符合度較高，絕對誤差基本上控制在1.6m以內(表1)。

3結論

1)利用時頻分析技術可以在頻率域得到反映地震信號的振幅、頻率、相位等信息，通過不同頻率體的時頻響應特征分析，結合調諧效應及正演模型分析選擇最佳的調諧頻率，提取最佳頻率域信息，可以實現對殘留地層展布的預測。

2)基于小波變換的時頻分析技術將地震信息變換到頻率域，能夠提高地震資料的分辨率，有效落實了PG地區C2h的展布特征。

[參考文獻]

[1]劉百紅，鄭四連，任鵬.時頻分析技術及其在儲層預測中的應用[J].勘探地球物理進展,2008,31(3):199～224.

[2]江凡.高精度時頻分析技術在地震資料綜合解釋中的應用[A]. 中國地球物理2013——第二十分會場論文集[C]. 北京：中國地球物理學會，2013:728.

[3]張延章，尹壽鵬，章巧玲，等.地震分頻技術的地質內涵及其效果分析[J]. 石油勘探與開發，2006，33(1)：64～66.

[編輯]龔丹

[引著格式]彭俊，何文祥,彭嫦姿.時頻分析技術在預測殘留地層厚度中的應用[J].長江大學學報(自科版) ,2015,12(2):28～31.

28 The Application of Time-frequency Analysis in Predicting the Remaining Thickness of Strata

——By Taking Carboniferous Huanglong Formation in PG Area for Example

Peng Jun，He Wenxiang，Peng Changzhi(FirstAuthor’sAddress：SchoolofEarthEnvironmentandWaterResources，YangtzeUniversity,Wuhan430100，Hubei，China)

Abstract:According to the tuning principle in thin layer reflection, seismic reflection of each thin layer corresponded to a specific frequency component in the frequency domain，the frequency component could be a good indicator of the time thickness of thin layer.Because the thickness of residual strata of Carboniferous in PG Area was thinner and the low resolution seismic data were at 25~30Hz dominant frequency，the conventional techniques such as seismic attribute analysis and seismic inversion were not capable to predict the residual stratum thickness of Huanglong Formation (C2h) and especially the stratigraphic pinchout line.Time-frequency analysis technique was a new method, which transformed the seismic data into frequency domain by using wavelet transform and analyzed the structure and thickness of thin layer according to the variation of seismic response frequency.Amplitude spectrum depicted the changes of time thickness of strata，while phase spectrum indicated the transverse discontinuities of geological body.The time-frequency analysis based on wavelet transform is used to predict the remnant strata thickness of C2h.The predicted result is well coincident with that of actual drilling operation，better application effect is obtained.

Key words:time-frequency analysis；wavelet transform；residual stratum thickness；Carboniferous Huanglong Formation

[文獻標志碼]A

[文章編號]1673-1409(2015)02-0028-04

[中圖分類號]P631.44

[通信作者]何文祥(1968-)，男，博士，教授，現主要從事油氣地球化學等方面的研究與教學工作;E-mail：hwx@yangtzeu.edu.cn。

[作者簡介]彭俊(1989-)，女，碩士生，現主要從事石油物探、油氣勘探與油藏描述研究工作;E-mail：545598792@qq.com。

[收稿日期]2014-02-19