Gabor變換與三原色融合技術在碳酸鹽巖縫洞儲層識別中的應用

鄭連弟， 袁聯生， 楊 強， 楊江峰， 馬永強， 張 薇

(中國石化石油物探技術研究院，南京 211103)

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Gabor變換與三原色融合技術在碳酸鹽巖縫洞儲層識別中的應用

鄭連弟， 袁聯生， 楊 強， 楊江峰， 馬永強， 張 薇

(中國石化石油物探技術研究院，南京 211103)

針對塔河油外圍地區小尺度縫洞型儲層和古河道精細識別的難題，基于疊前逆時偏移(RTM)成像數據體，利用Gabor變換進行地震數據體頻譜分解，優選針對不同尺度的河道和縫洞儲集體敏感頻帶的數據體，采用RGB三原色融合技術將優選后的低、中、高頻帶數據體進行融合，形成RGB混頻數據體。與常規地震數據體對比，混頻數據體對不同尺度縫洞型儲集體的刻畫更加清晰、對古河道細節識別更加精細，有效提高了研究區碳酸鹽巖縫洞型儲層預測的精度。

Gabor變換； RGB三原色； 碳酸鹽巖； 儲層預測

0 引言

基于薄層調諧效應的原理，譜分解技術被廣泛應用于儲層預測研究中。對地震信號進行時頻分析，將地震數據體分解成若干單一頻段的振幅調諧體，根據不同頻段調諧體對應不同的調諧厚度的特點，開展不同尺度地質體的厚度估算、邊界探測、含油氣檢測等研究[1-9]。Gabor[9]提出短時傅里葉變換；Morlet等[10]首次將短時傅里葉變換應用于地震解釋為譜分解技術奠定了基礎；R.GStockwell等[11]綜合短時傅里葉變換和小波變化技術，提出了針對非平穩信的S變換；Partyka等[12]將時頻分析技術轉換為一種實用、便捷的地震解釋工具，此后地震譜分解技術被廣泛應用；蔡剛等[2-3]、趙爽等[5]利用譜分解技術，分別開展準噶爾盆地和四川盆地碎屑巖儲層預測；肖高杰等[8]利用譜分解技術開展了河道砂體的預測；黃饒等[6]利用譜分解技術開展了氣藏識別研究；張亞中等[7]、侯海龍等[4]、龔洪林等[1]、韓革華等[13]將譜分解技術應用于碳酸鹽巖儲層預測研究，很好地預測斷裂、裂縫和空洞儲層的展布。在頻譜分解基礎上，利用RGB混頻融合數據體，在“河道識別、斷裂識別、碳酸鹽縫洞型儲層預測”等方面取得了良好的應用效果[10-15]，曹鑒華[10]利用RGB混頻技術，很好地預測了河道的平面展布；楊玉杰等[11]將RGB分頻混色技術應用塔河油田縫洞型儲層預測；魯新便等[16]利用RGB混頻技術，精細分析了塔河油田東部奧陶系古水系、斷裂以及溶洞體的空間分布，提高了小尺度河道和溶洞識別精度。

隨著塔河油田開發程度的深入，塔河外圍區縫洞型儲集體成為增儲上產的新領域。受多期次構造運動的改造，塔河油田中下奧陶統地層中形成了以巖溶縫洞型為主要儲集空間的古喀斯特儲層，巖溶水系發育區的喀斯特古河道系統是整個巖溶體系的核心[18-19]。不同尺度、不同走向的古河道與不同規模的縫洞型儲集體交織在一起，增添了儲層預測的難度，能否準確預測古河道的平面展布、識別不同規模的縫洞型儲集體，對于井位部署和油田高效開發具有重要現實意義。

作者選擇塔河油田西北部的艾丁工區，在2014年度逆時偏移(RTM)處理的地震資料基礎上，將基于Gabor變換的譜分解技術和RGB三原色融合技術有機結合，開展了艾丁地區中下奧陶統古河道和不同規模縫洞儲層的平面分布預測研究。

1 分頻三原色融合技術基本原理

分頻三原色融合技術主要包含兩個步驟：①將地震數據進行譜分解，分解成不同頻段的振幅調諧數據體；②利用RGB三原色融合的技術，將三種頻率分量數據體利用不同的顏色混合在一起形成融合數據體，其優勢在于凸顯不同主頻數據體對于地質體的分辨能力，更加有利于特殊地質異常體的識別(如：河道、鹽丘、斷裂等)[13-15]。

1.1 基于Gabor變換基本原理

信號x(t)的傅里葉變換如式(1)所示。

X(ω)=∫x(t)e-iωtdt

(1)

式中：t為時間；ω為角頻率；X(ω)為信號x(t)的傅里葉頻譜。

傅里葉變換使用的是一種全局變換，無法準確地表達信號的局部視頻特征，為此，衍生出了短時傅立葉變換(STFT)：

F(t,ω)=∫x(τ)h(τ-t)ejωτdτ

(2)

式(2)中:x(τ)為待分析信號;h(τ)為窗函數。隨著t的變化，窗函數在時間軸上平移滑動，將分段截取的信號看做局部平穩信號進行傅立葉變換，得到局部頻率信息。

窗函數的選取影響短時傅立葉變換的分辨率，采用較短的時窗，短時傅立葉變換的時間分辨率較高、頻率分辨率較低，采用較長的時窗，短時傅立葉變換的頻率分辨率較高、時間分辨率較低。當窗函數選擇高斯窗函數時，STFT變換的時間和頻率分辨率乘積達到最小，此時的變換即為Gabor變換[24、31]。

高斯窗函數為：

(3)

式(3)中，a為高斯時窗的長度，決定著Gabor變換的時頻分辨率。

1.2 基于RGB三原色融合技術

5) 表面形狀適應性好。復合材料補片和膠粘劑均為柔性材料，采用二次共固化技術可以在一定程度上調整復合材料的形狀，從容應對損傷結構表面的復雜曲面。

R(紅色)、G(綠色)、B(藍色)是工業界常用的一種色彩模式，紅、綠、藍三種顏色值都可以由0～255變化，通過這3種顏色的任意組合，就可以顯示出16×104種顏色[14-16]。將這種顏色混合方式引入到地震屬性分析中來，利用R、G、B分別代表不同頻段的振幅調諧能量數據體，從而形成RGB混頻數據體。這種混頻三原色顯示的數據體可以彌補單一頻段數據體刻畫地質體的不足，有利于突出地震異常體與圍巖的差異，從而提高儲層預測的精細程度。

2 應用實例

研究區位于塔河油田西北部，構造位置位于塔里木盆地北部沙雅隆起阿克庫勒凸起的南坡，由于受到加里東運動晚期和海西運動早期阿克庫勒凸起的強烈隆升和古構造背景的控制，中、下奧陶統碳酸鹽巖地層遭受了大量的剝蝕和強烈巖溶作用改造，形成了大型的古巖溶喀斯特地貌[18-19]。正是在這種環境中形成的碳酸鹽巖縫洞型儲集體，為油氣的聚集提供了廣闊的儲集空間，為塔河油田的高產和穩產提供了保障[21]。

隨著油氣開發程度的進一步深入，構造有利部位、大型的巖溶縫洞型儲集體基本上均已上鉆，尺度相對較小的縫洞型儲集體成為目前增儲上產的新目標。根據塔河油田多年以來的勘探實踐表明，中下奧統的縫洞體系不是孤立發育的，巖溶水系發育區的喀斯特古河道系統是整個巖溶體系的核心，不同尺度和形態的溶洞體與古河道關系密切[21]。能否準確刻畫古水系的空間展布以及古地貌形態，是本區儲層預測研究的關鍵。

2.1 地震資料目標處理

地震資料的品質直接影響著后續儲層預測的效果，研究區的地震資料是2007年完成的疊前時間偏移處理(PSTM)資料，隨著近幾年來逆時偏移(RTM)成像技術的應用[22]，前期時間偏移成像的資料品質具有一定的提升潛力。本研究首先對該資料進行了逆時偏移成像(RTM)，通過PSTM和RTM成像效果對比(圖1)，RTM成像效果有3方面的優勢：①分辨率基本相當，但剖面的信噪比明顯提升；②串珠能量更加集中、串珠邊界更加清晰、串珠的數量多于早期PSTM成像數據體；③小斷裂的成像更加清晰、斷點更加明確。高品質的RTM成像，為后續的儲層預測奠定了良好的基礎。

2.2 分頻三原色融合技術的應用

前期大量研究認為，碳酸鹽巖巖溶縫洞型儲集體能夠在地震剖面中形成“串珠”反射異常，利用地震振幅屬性、振幅變化率屬性、相干分析等技術能夠很好地識別“串珠”反射異常體，從而達到預測碳酸鹽巖縫洞儲層的目的[23-25]。

研究區RTM處理的地震資料在中下奧陶統的主頻在30 Hz左右，有效頻帶寬度5 Hz～65 Hz。對地震數據體進行了基于Gabor變換形成多個頻帶的振幅調諧體，通過不同頻段數據體對“串珠”和古河道刻畫精度的對比分析，作者優選了20 Hz、32 Hz和46 Hz的分頻數據體進行RGB三原色融合，其中20 Hz主頻段的數據體對于刻畫大型的古水系更加清楚；32 Hz主頻段的數據能夠刻畫大多數的“串珠”異常體；46 Hz主頻段的數據體能夠刻畫一些小的“串珠”。

通過穿過“串珠”的地震剖面和RGB混頻屬性分析，地震剖面中的一個個“串珠”反射，在RGB混頻平面屬性中呈現黃白色的圓點特征(圖2)。

圖2 “串珠”的RGB混頻屬性圖Fig.2 RGB mixing frequency attribute map of"Beads"

古河道與現代河道類似，在地震響應中具有明顯的異常特征。在垂直于河道的地震剖面中，古河道具有“下切”的特征，連續的波組突然中斷、不連續。在平面屬性圖上，古河道呈現彎彎曲曲的條帶狀展布特征，基于RGB混頻屬性清晰地刻畫出了河道的平面展布特征(圖3)。

圖3 “古河道”的RGB混頻屬性圖Fig.3 RGB mixing frequency attribute map of ancient river system

圖4 沿層屬性圖Fig.4 Seismic attributes along reflection interface沿層RGB屬性圖；沿層地震振幅屬性圖

通過RGB三原色屬性與常規地震振幅屬性對比分析(圖4(b))，①在工區北部大型古河道刻畫方面，RGB刻畫的河道更為清晰；②在工區中部小型河道刻畫方面，RGB屬性刻畫的更加精細、河道的邊界更為清楚、分支河道的細節更為突出；③在工區東南部“串珠”刻畫方面，RGB屬性對于不同尺度的“串珠”均能清晰顯示，常規的振幅屬性僅僅刻畫出了較大尺度的“串珠”，而對于小尺度的“串珠”刻畫不清晰。

圖5 過鉆井A和B的地震剖面圖Fig.5 Seismic profile cross well A and well B

經塔河油田鉆探證實，多數“串珠”地震反射異常體與優質的碳酸鹽巖縫洞儲集體具有良好的對應關系，但有些“串珠”會被泥質充填或者油氣產量并不高，縫洞儲集體是否被充填或者高產與古地貌形態密切相關[18-19]。如圖5所示，鉆井A和B同樣鉆遇地震剖面中的“串珠”反射異常體，A井揭開中-下奧統統厚度為66 m，泥漿漏失量為301.5 m3，初期測試產液量為12.4 t/d，含水為33%；B井揭開中-下奧統統厚度為33.8 m，泥漿漏失量為454.9 m3，初期測試產液量為82.9 t/d，含水為“0”，這說明B井鉆遇的儲層儲集空間更大、含油氣效果更好。在地震剖面中，兩口鉆井的最大差別在于B井位于凸起的位置，而A井位于下凹的位置，因此，在井位目標優選過程中，不但要關注地震剖面中是否具有“串珠”響應，同時要關注古地貌特征，位于古地貌高部位的“串珠”型縫洞儲集體被充填的可能性較小，是有利的鉆探目標。

前期地質研究認為，古地表河近岸巖溶臺地和巖溶緩坡等部位受較強的水動力沖蝕形成溶丘地貌，后期充填破壞程度低，形成的儲層體規模較大，為井位部署的優選區域[18-19]。這里研究中精細預測不同規模古河道以及“串珠”的平面展布(圖4(a))，結合古地貌特征(圖6)，優選古河道近岸的、古地貌高部位的“串珠”,可能是有利的碳酸鹽巖縫洞型儲集體。

3 結束語

低、中、高三種主頻數據體的選擇是RGB三原色混頻融合技術的關鍵，在實際應用該技術的過程中，根據地震資料品質特征和目標地質體的規模，優選有利的主頻數據體；RGB三原色混頻融合技術集成了不同頻帶數據體對于不同尺度地質體識別的優勢，與常規的振幅屬性相比，RGB混頻屬性更能夠突顯地質異常體、對于“串珠和河道”的刻畫更加清晰、細節更為精細，這一技術值得在碳酸鹽巖縫洞型儲層預測中推廣應用。

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Application of Gabor transform and RGB tricolor in reservoir prediction of fracture-cavity carbonate reservoir

ZHENG Lian-di， YUAN Lian-sheng， YANG Qiang， YANG Jiang-feng， MA Yong-qiang， ZHANG Wei

(SINOPEC Geophysical Research Institute, Nanjing 211103， China)

Fine recognition of small scale fracture-cavity carbonate reservoir and ancient river channel in Tahe oilfield has always been a problem. The combination of Gabor transform and RGB tricolor fusion technique is proved to solve this problem effectively. Gabor transform realizes spectral decomposition on pre-stack reverse time migration (RTM) imaging data. The sensitive band data to highlight the different scale of fracture-cavity carbonate reservoir and channel were analyzed. Then RGB tricolor fusion technique integrate low, medium and high frequency bands and RGB mixing data was formed. Compared to the conventional seismic data, better results were obtained in RGB mixing data. The description of different scale fracture-cavity reservoir and ancient river channel are more finer, which effectively improved the prediction accuracy of carbonate reservoir in study area.

Gabor transform; RGB tricolor; carbonate; reservoir prediction

2015-08-19 改回日期：2015-09-16

中國石油化工股份有限責任公司項目(P 14124，P 14061)

鄭連弟(1982-)，女，博士，工程師，從事地震資源解釋和儲層預測研究，E-mail:ldzheng01@163.com。

1001-1749(2016)05-0631-06

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2016.05.09