地震多屬性體融合識別混合巖相火山機構

梁正中 李 寧

1. 榆林學院化學與化工學院, 陜西 榆林 719000;2. 中國石化東北油氣分公司勘探開發研究院, 吉林 長春 130062

0 前言

地震屬性是地震解釋的重要內容。在油氣勘探初期,無井或少井階段,利用疊后地震屬性能夠為儲層提供定性的認識;鉆井增多后,通過建立屬性與儲層特征的關系,能實現儲層特征的空間定量預測。近年來,在松遼盆地深層火山巖儲層中發現了大規模的天然氣藏。在火山巖儲層的勘探開發進程中,涌現了很多利用三維地震資料刻畫火山巖的技術。李明、張明學等人[1-2]相繼對松遼盆地火山巖儲層利用地震反演及地震波形屬性分析等技術進行了總結應用,從單屬性上對火山巖的平面分布進行了研究。于寶利等人[3]則是主要使用均方根振幅屬性預測了各個層序的火山巖相帶縱橫向分布特征。宋鵬等人[4]通過傾角屬性對王府斷陷火石嶺組火山巖儲層裂縫分布規律也進行了預測。

地震屬性分析是一種快速、有效的儲層預測方法,但對多物源、相變快、多期次火山活動、巖石成分較復雜的斷陷盆地,預測精度會明顯降低[5-7]。在地震屬性儲層預測中,單一屬性的預測會導致預測結果的多解性,因此需要進行多屬性體的融合研究,使融合數據中盡可能多地包含原始數據中的有用信息。對于未勘探或勘探初期的火山機構,如何針對火山巖不同特征優選出有效的多種地震屬性來綜合刻畫其邊界及內部特征顯得尤為重要。利用多屬性研究碎屑巖在一些區域取得了較好效果[8-9],但是面向火山巖刻畫的多屬性方法應用并不廣泛,尤其是在同時刻畫出多種巖相火山機構方面值得嘗試。

本次研究在地震多屬性體融合技術分析基礎上,針對松遼盆地火山巖機構難以刻畫及儲層裂縫發育規律不清的特點,優選出對爆發相和溢流相較為敏感的地震單屬性與螞蟻體進行數據體的融合。通過將反映火山巖不同特征的地震屬性體融合進行火山巖儲層識別,在松南斷陷S地區的儲層預測結果與實鉆情況相符,說明該方法可以為無井區火山巖勘探部署提供依據。

1 技術原理

1.1 多屬性體融合

地震多屬性體融合已逐漸成為一種新興的屬性分析方法。多屬性融合技術往往用于平面屬性較多,體融合則是在平面屬性的基礎上增加了時間維度。

多屬性體聚類地震相也屬于體融合方法的一種,以往地震相體用來進行海相礁灘體的刻畫曾取得較好效果[10]。現有的聚類方法比較多,主成份分析主要是通過降低屬性維數,參加聚類的四種屬性中三種屬性貢獻多且相似多，包含地震資料主要趨向信息,而另外一種屬性則會被作為噪音去除,應用較多的還有神經網絡、遺傳算法、分級聚類等都可以實現多屬性聚類地震相的體分析。分析地震相體一般是針對目的層段進行的,需要用層位來確定地震相分析層段的頂底。在整個分析流程中,需要人為控制的參數主要是分類數,即根據分析地震相體的目的和資料情況,來確定將多屬性地震數據體綜合劃分為多少類,一般分類數的多少也需要迭代確定。同時由于各種屬性的量綱不一致,需先對各種屬性體進行歸一化。

(1)

式中：A為歸一化后的地震屬性；Ai為實際地震屬性值；Amax和Amin分別為地震屬性的最大和最小值。

對于同類地震屬性,如分頻振幅與均方根振幅等振幅類屬性,統一量綱之后需要根據相關性好的屬性進行體聚類比較有地質意義;而不同類的地震屬性,如振幅屬性與幾何類屬性,聚類結果不能凸顯各種屬性的地質含義,則通過邏輯運算來進行體融合。

1.2 火山巖相地震屬性識別

火山巖相通常分為爆發相、溢流相、火山通道相、侵出相及火山沉積相幾種主要類型[10-16],在地震剖面上與圍巖相比有其獨特的地震反射特征,然而由于與圍巖接觸關系復雜,刻畫火山機構的邊界及空間分布僅僅通過地震反射較為困難。為了選出能反映火山巖巖性的地震屬性,需要根據其在地震剖面上的隱藏信息尋找能表征的地震屬性[10]。

火山巖埋藏深度普遍較深,其上覆地層對地震波的頻散作用也很大,導致火山巖地震反射波呈現低頻形象[17]。對于類似爆發相火山巖的雜亂反射,根據其低頻高能的反射特點,通常利用低頻振幅進行刻畫,只需優選合適的分頻振幅即可。而對于溢流相類的火山巖,根據其相對可以連續追蹤的層狀反射特征,建立地震屬性與巖相對應關系。測井曲線中對巖性最為敏感的是伽馬曲線,對伽馬曲線與常用的24種井旁道地震屬性的相關性進行計算,能夠相對定量地評價地震屬性與巖性的相關性,發現瞬時振幅一階導屬性的相關性好。相關性計算公式為:

(2)

1.3 裂縫識別

識別裂縫通常用到疊后地震的幾何類屬性,如相干、曲率、傾角等屬性。在具有疊前方位各向異性地震數據的條件下,利用地震屬性中對裂隙比較敏感的方位振幅、方位層速度、方位AVO/FVO梯度、方位頻率等屬性,能夠實現對裂縫方位、裂縫密度等參數的描述。這些屬性能夠反映地震反射的不連續性,尤其是在應用這些屬性的基礎上進一步進行螞蟻追蹤更加清晰直觀,可以更有效地指導裂縫的平面及剖面解釋,對于小型裂縫刻畫也較常規幾何類屬性有明顯的優勢[18-19]。

裂縫也是火山巖機構儲層發育的主要指示,因此優選幾何屬性進行裂縫預測。研究發現,相干屬性平面識別小斷裂效果雖好,但是在剖面上卻比較粗糙,用來識別裂縫顯得分辨率不足。通過對比優選,認為基于疊后地震資料的螞蟻追蹤算法對火山機構的裂縫進行檢測效果相對較好,但是在計算過程中常常引入一些噪音信息。因此,在螞蟻屬性研究中需要對地震資料進行構造導向濾波處理,突出有效裂縫信息,也便于增強后期與其他屬性融合的效果。

2 應用效果分析

2.1 工區地質背景

S工區構造上位于長嶺凹陷南部,斷陷層地層向上超覆,為油氣有利運聚區。發育有碎屑巖儲層和火山巖儲層,其中火山巖儲層主要位于斷陷層至斷坳轉換帶,發育各類中-基性、酸性火山噴發巖,形態多為噴發形成的溢流相火山,還有刺穿狀的火山巖株、沿層侵入層狀火山巖席等。

根據區塊的單井、聯井火山巖相劃分、對比以及鉆探成果顯示,研究區主要發育爆發相和溢流相,另外還有少部分的侵出相。而爆發相和溢流相往往是較好的火山巖儲集巖相帶,因此,需要對這兩種火山巖相在地震上進行進一步識別。

2.2 工區火山巖相識別與裂縫預測

火山巖氣藏地質結構極其復雜,非均質性極強,具有巖性巖相變化快、厚度變化大、連續性及可對比性差等特點,屬世界級難題。基于研究區復雜地質條件,筆者通過多屬性體融合進行火山巖儲層識別[20-22]。首先從眾多的地震屬性中選出一種或幾種能夠反映火山巖性質的地震屬性,結合鉆井識別出火山巖相;然后通過螞蟻算法預測火山巖裂縫的發育情況;最后將反映火山巖不同特征的地震屬性進行體融合,在融合后的數據體上能夠快速識別出無井區的火山巖有利儲層。

對于溢流相火山巖,通過進行巖性敏感地震屬性的優選,計算巖性與井旁道地震屬性的相關系數,其中單屬性中瞬時振幅一階導與伽馬的相關性最好,能達0.64;其他地震屬性相關系數絕對值低于0.5,說明單屬性達不到研究火山巖的條件。為此,對于溢流相火山巖則選用與巖性曲線相關性相對較好的瞬時振幅一階導屬性,而爆發相火山巖主要利用其低頻段高能量特征,通過優選認為10 Hz低頻振幅能反映爆發相火山巖。因此,選用了瞬時振幅一階導和低頻振幅屬性二種屬性進行體融合,能夠一次快速從地震剖面上識別出爆發相和溢流相的火山巖。通過優選的地震屬性與原始地震波形進行多屬性聚類分析,得到的地震相體見圖1,圖1中黃橙色表征火山巖相的分布。

通過螞蟻屬性預測裂縫的研究分為三個部分:首先對地震資料進行構造導向濾波處理,接著提取反映不連續性的相干屬性,再利用相干屬性進行螞蟻體計算。原始地震與計算的螞蟻體疊合的連井剖面反映火山機構內幕主要以近直立的裂縫為主,并且以A井火山機構裂縫密度最大。

2.3 結果分析

圖1 多屬性聚類地震相體連井剖面圖

圖2 地震相體與螞蟻體融合平面圖

3 結論

1)多屬性聚類地震相體能夠較為有效地同時識別爆發相火山機構及溢流相層狀火山巖,刻畫精度與所選的單屬性對火山巖的敏感程度密切相關,因此單屬性優選至關重要。

2)所用的地震資料品質越高,選用來計算螞蟻體的算法越能反映地震的不連續性,最后得到的螞蟻體刻畫火山巖裂縫的精細程度才會越高。

3)地震屬性融合方法多樣,并不是算法越復雜融合效果越好。同類地震屬性與不同類地震屬性融合方法不同,需要依據參與融合的地震屬性的自身特點來量身定制合適的方法。

4)在松南斷陷S地區數口井的儲層預測結果與實鉆情況相符,該方法可為無井區火山巖勘探部署提供可靠依據。