利用廣義S變換頻譜分解不連續性檢測技術預測斷溶體油藏

姜曉宇 宋 濤 杜文輝 戴曉峰 范興燕

(中國石油勘探開發研究院，北京 100083)

0 引言

塔河外圍斜坡區奧陶系油氣藏以其獨特的“斷溶體圈閉”而成為較特殊的一類碳酸鹽巖油氣藏。斷溶體圈閉即“斷溶體系”是受斷裂控制的縫洞體系[1-2]，描述與精細刻畫“斷溶體”是尋找和研究“斷溶體圈閉”的首要任務。塔河油田奧陶系油氣藏的斷裂主要為走滑斷裂，斷面直立、斷距小，同相軸錯斷不明顯，不易識別。因此，如何描述小斷裂對于精細刻畫巖溶縫洞儲層邊界尤為重要[3-6]。

相干體技術常用于檢測斷層、巖性體邊界的不連續性，該技術不受任何解釋誤差的影響，直接從三維地震數據體中獲取斷層和地層信息，極大地提高了解釋精度[7-8]。但是，單純采用相干算法不能反映地層的細微變化。

譜分解法作為一種重要的頻率域屬性分析方法，可得到高于常規地震分辨率的數據，從而更清晰地顯示儲層的橫向不連續性，表征微斷裂信息[9]。Stockwell等[10]提出的S變換結合了短時傅里葉變換和小波變換的優點，在信號分析中得到廣泛關注。前人對S變換進行了深入研究并提出不同的算法改進方案[11-16]。為了解除S變換中固定的基本小波的限制，人們通過改變S變換中窗函數隨頻率變化的趨勢，提出了相應的廣義S變換。應用廣義S變換對地震剖面頻譜分解可實現分頻顯示并獲取豐富的地震信息，對于識別薄儲層和小斷層等均具有良好的應用效果[17-19]。

為了精細刻畫小斷層，本文結合相干技術與廣義S變換頻譜分解的不連續性檢測技術。首先進行廣義S變換的頻譜分解計算，通過自適應主頻優選技術得到突出不同深度、不同尺度信息的振幅譜數據體，作為不連續性檢測的輸入，實現原始地震記錄的自適應多尺度不連續性分析。與常規不連續性屬性技術相比，此方法能更好地檢測地層細微變化，具有更高的抗噪性，成功地刻畫了塔河油田巖溶縫洞型儲層的雜亂地震相。

1 方法原理

地震資料具有時頻特征，為了突出低頻段地震數據的整體特征及高頻段地震數據的局部特征，采用廣義S變換開展頻譜分解運算，通過自適應主頻優選技術將原始地震資料分為若干個不同頻段數據，然后應用不連續性檢測技術識別不同尺度的不連續性，提高不連續性檢測結果的分辨率和信噪比，實現原始地震記錄的自適應多尺度不連續性分析。

本文分別由短時傅里葉變換和連續小波變換導出廣義S變換，其具有以下特點： ①廣義S變換因其與傅里葉變換直接的聯系而具有可逆性； ②與短時傅里葉變換和小波變換一樣，廣義S變換是一種線性時頻表示，因此不存在交叉項的干擾； ③具有多分辨率特性，克服了短時傅里葉變換固定分辨率的不足； ④廣義S變換中含有相位因子，是小波變換不具備的特性[20]。

本文首先采用廣義S變換開展時頻分析，通過自適應主頻優選技術得到突出不同深度、不同尺度信息的振幅譜數據體，然后開展不連續性檢測。

廣義S變換的基本公式為

(1)

式中：S(τ,f,σ)為時頻譜，其中τ和f分別為時頻域的時間和頻率變量，σ為Gauss因子，控制時頻分析的時間分辨率和頻率分辨率；X(f)為原始數據的傅里葉變換；G(α,f,σ)為頻率域的Gauss窗函數，表示為

G(α,f,σ)=e-2π2α2σ/f2

(2)

經時頻變換后，可以將三維地震數據體轉變為一個四維振幅譜數據體，并計算主頻隨深度(時間)的變化規律，優選其中一個主頻變化曲線，作為不同深度(時間)振幅譜數據體的主頻標定曲線，從而得到一個主頻優選的三維振幅譜數據體，用于突出在不同深度占主要尺度比例的地質體。

實現過程中，最重要的控制參數是Gauss 因子與頻帶。Gauss因子主要控制S變換過程中的Gauss窗函數，其值越小，時頻分解時間分辨率越高，頻率分辨率越低。頻帶控制時頻分析的頻率范圍，對于地震記錄，選取0～100Hz較合理。

在地質構造運動等因素的影響下，地下地層通常具有一定傾角，因此地震同相軸包含了傾角信息。在不連續性檢測計算過程中，傾角對檢測結果影響很大，只有沿著有效傾角開時窗進行計算才能得到準確的不連續性檢測結果。因此，在計算不連續性屬性之前有必要估算傾角。

掃描傾角估算的基本原理是：在一定時窗范圍內，對數據體上每一個樣點計算不同傾角對應的相似性數值；每個樣點處相似性數值最大時對應的傾角為該樣點的精確傾角值，沿傾向地層連續，相似性最好。傾角估算可增強對不連續性體的認識，減少假象。

2 應用效果

2.1 研究區地質概況

塔河油田C區處于阿克庫勒凸起的中西部，阿克庫勒凸起位于新疆塔里木盆地沙雅隆起中段南翼，西鄰哈拉哈塘凹陷，東靠草湖凹陷，南接滿加爾坳陷，是經歷了多期構造運動、變形疊加的古凸起。本區奧陶系碳酸鹽巖普遍遭受兩期風化、剝蝕，巖溶發育，形成大規模的巖溶儲集體。受加里東晚期運動影響本區大部分缺失桑塔木組，隨后志留系超覆于奧陶系之上，海西早期阿克庫勒凸起形成，泥盆系—志留系—奧陶系剝蝕嚴重。

塔河地區上奧陶統覆蓋區的碳酸鹽巖地層經多期構造變形和巖溶作用后，沿大型溶蝕斷裂帶形成各種不規則的斷溶體。為了突出斷裂控藏，將受同一力學機制和具有相同性質的油源斷層段控制的油藏作為同一個斷溶體油藏。早期以“串珠”狀地震反射的洞穴型油藏開發為主，擴大到以沿深斷裂帶溶蝕面分布的雜亂相地震反射為特征的裂縫—孔洞型油藏[21]。

2.2 雜亂相識別

塔河油田C區雜亂相主要分布在“串珠”狀外圍，在古水系區域，與“串珠”狀集合體共同形成具有很強的波組不連續特征的縫洞集合體(圖1)。研究區雜亂相主要集中在“串珠”狀發育的邊緣，呈環狀和條帶狀展布。

通過大量的屬性提取分析工作，最終優選頻譜分解不連續性屬性刻畫呈雜亂相的斷溶體，并與常規不連續性屬性計算結果對比。

2.2.1 單井及任意剖面對比分析

常規不連續性檢測和頻譜分解不連續性檢測都能刻畫雜亂相的位置。通過剖面特征對比，頻譜分解不連續性檢測能消除假雜亂相，具有更好的抗噪性。圖2為過TH10204井屬性剖面。由圖可見，在常規不連續屬性剖面右側出現雜亂相特征(圖2b)，在地震剖面對應位置呈明顯的單同相軸連續性間斷，而非雜亂相(圖2a)，在頻譜分解不連續檢測屬性剖面上不存在雜亂相(圖2c)。 頻譜分解不連續性檢測可完整地刻畫雜亂相，能準確、有效地反映雜亂相反射特征(圖3c)。

圖1 過井縫洞集合體地震剖面

2.2.2 任意剖面對比分析

通過對比過井主測線地震剖面和常規不連續性屬性、頻譜分解不連續性屬性(圖4)，結合洞穴型儲層外圍溶蝕孔洞及裂縫的發育特征，可知“串珠”狀外圍存在反映溶蝕洞穴的較完整的雜亂相(圖4a)，頻譜分解不連續性檢測屬性能很好地識別雜亂相反射特征(圖4c)。

2.2.3 平面對比分析

平面上，雜亂相在“串珠”狀周圍呈環狀分布。頻譜分解不連續性去除了大斷裂的影響，著重刻畫了由于巖溶垮塌造成的縫洞體周圍的小裂縫發育規律，反映了小尺度信息的細微變化(圖5b)，較常規不連續性屬性更清晰、準確地刻畫了巖溶洞穴周圍的雜亂相(圖5a)。

圖2 過TH10204井屬性剖面對比(a)地震剖面； (b)常規不連續性屬性； (c)頻譜分解不連續性屬性

圖3 過塔河C區東局部屬性剖面對比(a)地震剖面； (b)常規不連續性屬性； (c)頻譜分解不連續性屬性

圖4 過主測線屬性剖面對比(a)地震剖面； (b)常規不連續性屬性； (c)頻譜分解不連續性屬性 橢圓位置為“串珠”狀地震相，箭頭位置地震同相軸畸變為“串珠”狀周圍的雜亂相

圖5 常規不連續性屬性(a)與頻譜分解不連續性屬性(b)對比

3 結束語

與常規不連續性檢測技術相比，本文采用的頻譜分解不連續性檢測技術能更好地刻畫由于垮塌作用引起的巖溶縫洞儲層邊緣的小斷裂。采用廣義S變換的頻譜分解計算，通過自適應主頻優選技術，可以得到突出不同深度、不同尺度信息的振幅譜數據體，從而實現對原始地震記錄的自適應多尺度不連續性分析，能更好地檢測地層細微變化，具有更高的抗噪性。本文提出的方法已經成功應用于塔河油田巖溶縫洞型儲層地震雜亂相的刻畫，可在相似的儲層背景地區推廣使用。