地球資源與信息學院王永剛E Mail wangyg wangyg upc 電話 0546 8392830 辦 地震屬性分析技術 課程內容 第一講地震屬性概述第二講地震屬性提取與分析第三講地震屬性優化處理第四講地震屬性應用實例第五講儲層預測結果評價與檢驗 一 地震屬性的發展歷程二 地震屬性的定義三 地震屬性的分類四 地震屬性的發展趨勢 第一講地震屬性概述 地震屬性分析技術 地震屬性 Seismicattribute 一詞于20世紀70年代開始引入地球物理界 起初 國內在譯名上并不完全統一 類似的譯名還有地震特征 地震參數 地震標志等等 直到20世紀90年代初才基本統一稱為地震屬性 第一講地震屬性概述 一 地震屬性的發展歷程 地震屬性的發展大致經歷了以下3個階段 第1階段 20世紀60年代末到70年代末 為起步階段 該階段以 亮點 技術為代表 這時的屬性研究既沒有考慮地震資料的運動學 動力學特征 也沒有特定的地質含義 而僅僅是對地震剖面特征的一種定性描述與分析 如利用亮點標志解釋氣藏 第一講地震屬性概述 第2階段 20世紀70年代末到80年代末 為迅速發展階段 該階段以屬性定量提取方法大量出現為主要特征 這是地震屬性研究蓬勃發展的階段 地震屬性的應用開始走向各個領域 如儲層預測 油氣分析 物性研究等 這也是地震屬性應用較為混亂的階段 有多達幾十種的地震信息被提取出來 但多數方法僅停留在地震波場的幾何學 運動學 動力學等特征的研究上 沒有對地震屬性所代表的地質意義進行分析與解剖 第一講地震屬性概述 第3階段 20世紀90年代以后 基本成熟階段 這一階段以多維屬性的出現為主要標志 90年代初 以相干 傾角 方位角等為代表的一批多維屬性開始出現 這類屬性的一個顯著特點是能夠直觀地反映地層的結構性信息 如傾角 方位角反映地層的視傾角 傾向 相干異常指示斷裂帶 裂縫 孔洞 發育帶等 因此 它們的開發與應用 很快得到有關各方的廣泛認同 與此同時 屬性標定與優化的方法也開始大量涌現 地震屬性研究開始向規范化 科學化方向健康發展 第一講地震屬性概述 第一講地震屬性概述 二 地震屬性的定義 對地震屬性的定義主要有以下幾種 1 WesternAltlasInternational公司的QuincyChen與SteveSidney所給出的定義 地震屬性是地震資料的幾何學 運動學 動力學及統計學特征的一種量度 這一定義基本屬于純數學定義 2 LandmarkGraphics公司的ArthurE Barnes對地震屬性的定義是 地震屬性是一種描述和量化地震資料的特性 是原始地震資料中所包含全部信息的子集 地震屬性的求取是對地震數據進行分解 每一個地震屬性都是地震數據的一個子集 該定義強調了地震屬性的提取過程 但未對地震屬性在地學中的作用進行闡述 定義中涉及的地震數據分解是一種廣義的波場分解 沒有統一的計算準則 包羅了所有的地震屬性計算方法 第一講地震屬性概述 3 從應用地球物理學的角度看 比較合理的定義是 地震屬性是地震數據中反映不同地質特征 信息 的分量或子集 是刻畫 描述地層結構 巖性以及物性等地質信息的地震特征量 第一講地震屬性概述 在眾多的地震屬性中 有些對特定的油藏環境比較敏感 有些對不易檢測的地下界面異常更有利 還有些直接用于烴類檢測或油氣預測 目前 大多數學者按照數學 物理學方法對地震屬性進行分類 6家 1 劉企英將地震屬性分為振幅 頻率 速度 吸收衰減 波形與時間6大類 2 AlistairR Brown將地震屬性分為時間 振幅 頻率及衰減4大類 第一講地震屬性概述 三 地震屬性的分類 第一講地震屬性概述 3 20世紀90年代初Taner等人將地震屬性分為幾何屬性和物理屬性 幾何屬性通常與波形及地震層位的幾何形態 如傾角 方位 曲率等 有關 物理屬性包括運動學和動力學屬性 主要有速度 振幅 頻率 衰減等 4 1996年Brown等人將地震屬性分為疊后屬性與疊前屬性 這種分類方法反映出人們對地震信號保真度和地震解釋精度的日益重視 第一講地震屬性概述 5 到20世紀90年代末 QuincyChen與SteveSidney在上述分類方法的基礎上 提出了一種比較完整的分類方法 他們將疊后屬性與疊前屬性看成屬性技術發展的2個階段 就象疊后偏移成像和疊前偏移成像一樣 在這個意義上 將地震屬性分為幾何學屬性 運動學屬性 動力學屬性和統計學屬性4大類 統計學屬性大多是采用統計學方法獲得的次生屬性或導出屬性 如相似性 廣義主分量 GPC 邊緣平滑 EPS 等 一般沒有明確的物理意義 但比其它屬性含有更豐富的地質意義 6 從地震屬性應用的角度出發 這些分類并不能反映地震屬性在地球物理學或更廣泛的地學中所起的作用 按地震屬性在油氣勘探開發的應用領域進行分類 較容易為屬性的應用者所理解 也更具有地球物理學的特征 根據這一思路 曹輝等將地震屬性分為下列2大類 第一講地震屬性概述 第一講地震屬性概述 1 多尺度結構屬性 包括相干 傾角 方位角 平行度 連續性 發散度 波度 隨機度 曲率和間距等 其中大尺度結構屬性用于構造分析 小尺度結構屬性用于裂隙 縫 孔洞分析和地震 沉積 相分析 這類屬性的解釋大都使用定性分析方法 根據專家知識將屬性直接與地層結構特征相聯系 2 巖性或物性指示屬性 這類屬性最多 按動力學 統計學和反演等方法提取的屬性以及部分按運動學提取的屬性都可歸入此類 主要有振幅 波阻抗 AVO 頻率等及其它們的衍生參數 這類屬性多數使用定量或半定量分析方法 例如通過井孔等資料對屬性進行標定 建立定量或半定量模式 再以此模式識別巖性或推算物性參數 第一講地震屬性概述 綜合上述幾種分類 我們傾向于如下分類 1 建立在運動學 動力學基礎上的地震屬性類型 包括振幅 波形 頻率 衰減特性 相位 相關分析 能量 比率等 2 以油藏特征為基礎的地震屬性類型 包括表征亮點 暗點 AVO特性 不整合圈閉或斷塊隆起異常 含油氣異常 薄層油藏 地層間斷 構造不連續 巖性尖滅 特殊巖性體等的地震屬性 第一講地震屬性概述 第一講地震屬性概述 3 不同數據對象的地震屬性類型 包括 以剖面為基礎的屬性 如傳統的瞬時類屬性 或經速度 聲阻抗等特殊處理后的剖面 以同相軸為基礎的屬性 提供了在地質分界面上或分界面之間的地震屬性的變化信息 如沿層或層間瞬時屬性 單道時窗的沿層或層間屬性 多道時窗的沿層或層間屬性 以數據體為基礎的屬性 由三維地震數據體得到的相關類型的屬性體具有很大的研究價值 例如可提供地震信號相似性和連續性方面的最佳信息 第一講地震屬性概述 四 地震屬性的發展趨勢 從20世紀60年代的烴類檢測和亮點技術 到70年代基于復數道分析的瞬時屬性 80年代的多屬性分析 由疊前或疊后數據提取的各類屬性 90年代的多維屬性 傾角 方位和相干等 分析 直至21世紀的自動地震相分析等 地震屬性技術的發展循序漸進 目前已逐漸走向成熟 對地震屬性近幾年的新進展 分以下8個方面加以簡要介紹 1 屬性分類呈現幾何學 物理學 運動學和動力學 統計學并存 準屬性 metaattribute 倍受關注 準屬性的含義就是對不同類型的地震信息進行目標擬合 生成一些按用戶意圖定義的屬性 如地震相和照明技術等 這類屬性雖然不能歸入上述幾種屬性類型 但其地質意義明確 易于直觀顯示 能獲得較好的解釋效果 準屬性實際上是多屬性分析發展的結果 它屬于多維屬性的范疇 準屬性分析通過智能化手段實現多屬性的目標擬合 不僅能避免多屬性解釋的混亂 而且降低了對計算機性能的依賴性 使解釋更為準確 便捷 第一講地震屬性概述 第一講地震屬性概述 地震相通常是由多種地震屬性加波形分析確定的 它有助于精細地劃分沉積單元 并揭示儲層內部的細節 照明技術則是通過對地震數據體中所有數據點進行同步照明 垂直于照明方向的特征被加強 平行于照明方向的特征被抑制 而形成的屬性 包含反射系數 局部傾角和方位等信息 能很好地揭示各種構造細節 并彌補其他屬性的不足 2 屬性提取從線性 根據時窗數據提取的各種屬性 如振幅 頻率 相關函數等 向非線性 如小波變換的多尺度屬性 應用照明技術生成的屬性等 方向發展 3 屬性分析智能化程度提高 多屬性聯合分析流行 4 屬性反演 如波阻抗 彈性阻抗 AVO等 對巖石物理測試和正演模擬的依賴性增加 且以多維屬性為主 第一講地震屬性概述 第一講地震屬性概述 5 屬性研究從疊后向疊前推進 從縱波向彈性波擴展 6 屬性應用的重點進一步轉向開發 尤其是向精細儲層描述 動態監測等方面轉移 7 屬性成果的可視化程度更高 地質意義更明了 使專家獲取更豐富的地下信息 8 屬性技術的定量化進程加快 解釋的置信度提高 第一講地震屬性概述 總之 地震屬性分析技術的發展已進入三維體屬性分析時代 迫切需要立體顯示 動態顯示和仿真顯示等現代化顯示手段 恰好 三維可視化技術和虛擬現實技術的迅速發展基本滿足了這一需求 目前 許多地震資料解釋系統大都配上了現代化的可視化軟件 虛擬現實技術也在一些大型石油公司得到應用 三維可視化和虛擬現實技術使地震屬性分析結果更為直觀 清晰 更易于反映油藏內部的地質意義 有利于啟發解釋人員的想象力 有利于從不同角度開展不同形式的分析與解釋 以三維體可視化方式檢測強振幅區域的工作步驟 掃描并識別地質目標 應用遮光度分析 分離要確定的目標體 振幅外延與構造凸現 內部振幅變化 沉積標志 第一講地震屬性概述 第一講地震屬性概述 在地震屬性的顯示方面 國外許多公司研發了新穎的顯示技術 如Landmark公司的研究人員利用光照原理 形象地展現地震屬性分析結果 休斯敦MagicEarth公司的研究人員提出了地質體可視化顯示技術 該技術源于20世紀80年代的層位自動追蹤 90年代的象素追蹤 而屬性可視化技術涉及到用三維象素追蹤實現多屬性和多樣本的有機結合 地質體可視化不僅能使地學家檢驗各種數據集的多種解釋結果 而且能提高解釋速度和精度 第一講地震屬性概述 地震屬性分析結果的另一個發展趨勢是地質意義更為明了 一方面 地震地層學和層序地層學的廣泛應用豐富了地震屬性技術的地質內涵 它不僅給出了地震屬性的總體科學構思 而且激勵人們利用地震屬性建立地震相 再將地震相轉化為地質相 層序體系 沉積相等 另一方面 多維屬性分析使人們淡化了屬性的具體類別 而更加注重圍繞地質解釋目標的有機結合 使得形成的屬性體本身就具有直觀的地質意義 而3D可視化和虛擬現實技術則使這種地質意義更加凸現 因此 未來地震屬性總體將更加地質化而不是地球物理化 第一講地震屬性概述 目前 地震屬性分析技術在正演模擬 多分量研究 多屬性聯合分析與反演 強化地質含義和改善顯示手段等方面取得了明顯的進展 但在疊前深度域 彈性波分析 屬性解釋的定量化及風險評估方面的進步不大 未來高難度油氣勘探開發對地球物理技術的需求中除精確成像外 還有待在下列7方面進行不懈的研發 1 用定量屬性分析 多分量反演和非常重要的巖石物理及井資料標定 使地下儲層中物性的空間展布和流體特性隨時間的變化得到可靠的估計 第一講地震屬性概述 2 不確定性量化和風險預測將與地球物理成果輸出聯成一體 被用于整體風險評估 3 必須注重大數據量和多種類型數據體的實際交互 促進各種類型專業軟件的無縫集成 4 開展動態儲集性能 如相對孔滲飽參數 的地震預測研究 第一講地震屬性概述 5 加強單點萬道 彈性 矢量 地震處理方法以及解釋分析方面的技術開發 6 加速解決與相干噪聲及多次波 各向異性 衰減 空間或時間分辨率以及保真度等有關的地震波傳播 記錄和處理問題 7 加強時移地震屬性分析和高分辨率擬地質統計反演結果與井孔資料綜合 建立油藏精細模型方面的研究 課程內容 第一講地震屬性概述第二講地震屬性提取與分析第三講地震屬性優化處理第四講地震屬性應用實例第五講儲層預測結果評價與檢驗 第二講地震屬性提取與分析 一 提取地震屬性的分析方法二 地震屬性的描述與適用性三 相干屬性體及其應用四 地震屬性的物理意義五 地震屬性間的相關性 地震屬性分析技術 一 提取地震屬性的分析方法1 自相關分析2 傅立葉譜 功率譜分析3 振幅特征分析4 復地震道分析5 地震記錄的信噪比分析6 地震記錄的相對分辨率分析7 地震記錄的自回歸分析8 地層平均吸收衰減特性分析9 相干體分析10 AVO分析11 各種變換和反演方法等 第二講地震屬性提取與分析 1 自相關分析設f n 為離散地震信號 N1和N2為分析時窗的起始 終止時間所對應的離散時間序號 時窗內離散時間樣點數為N N2 N1 1 f n 自相關函數ACF 表示為 自相關函數如右圖所示 第二講地震屬性提取與分析 自相關函數是地震記錄特征的反映 是地震記錄中重復性的標志 在一般情況下 自相關函數主極值幅度代表著記錄段的能量 主極值寬度與記錄的視周期有關 頻率低的信號 主極值寬度大 頻率高的信號 主極值寬度窄 旁極值的幅值和面積表示地震記錄的重復性及延續時間的長短 當反射層具有薄互層結構 反射記錄出現干涉現象時 自相關函數幅值和面積增大 第二講地震屬性提取與分析 2 傅立葉譜 功率譜分析譜分析是在頻率域內描述地震記錄特征的重要方法 它有兩種形式 一是傅立葉譜分析 用于確定性函數 二是功率譜分析 用于隨機過程 當用于分析的地震數據是一個均值為零的隨機過程 功率譜為它的一個統計特性 可以較好表示反射波的特征 當用于分析的地震數據是一個確定的時間函數 或記錄的信噪比較高 分析時窗中有穩定的反射波出現 使用傅立葉譜分析描述反射波特征較為適宜 第二講地震屬性提取與分析 地震波的頻譜與其波形的關系是互為正 反傅立葉變換的關系 其數學表達式為 第二講地震屬性提取與分析 獲取功率譜P f 的方法 1 利用振幅譜與功率譜的關系 即P f C2A2 f 2 利用自相關函數的FFT得到P f 3 伯格譜方法 利用自回歸分析的相關系數定義伯格譜 第二講地震屬性提取與分析 3 振幅特征分析反射波振幅或能量特征是地震巖性解釋和儲層預測常用的動力學屬性 利用振幅特征分析可提取下列一些屬性 記錄能量 最大振幅值 均方根振幅等 這類屬性反映了目標層內波阻抗 地層厚度 巖石成分 孔隙度及含流體成分的變化 可用來識別振幅異常或用于層序特征分析 也可用來追蹤地層學特征 如三角洲 河道 各種扇或特殊巖性體 還可用于識別巖性變化 不整合 氣體以及流體的聚集等 第二講地震屬性提取與分析 4 復地震道分析Taner等 1979 解釋的復數道由實部 常規地震道f t 和虛部 正交道h t 組成 即式中虛數i是 1的平方根 正交道h t 可以通過Hilbert轉換的常規地震道獨立地確定 即式中 表示褶積 實際上 h t 是f t 的900相移形式 所有其他的復數道都可以從正交道和實數道中求得 第二講地震屬性提取與分析 瞬時頻率 三瞬剖面屬性定義為 瞬時振幅強度 瞬時相位 第二講地震屬性提取與分析 5 地震記錄的信噪比分析在使用地震資料進行儲層預測前 對資料的信噪比作定量評價是必要的 在一定的地震地質條件下 記錄的干擾背景很強 在另外的地質條件下 記錄的干擾背景可能較平靜 如油藏部分經常有地震記錄規律性變差 信噪比低這一特點 因此 測定地震記錄的信噪比 也具有重要的地質解釋意義 從技術上看 信噪比經常用來評價野外工作的施工質量 考核資料處理效果 建立信噪分離方法 定量評價地震記錄的信噪比 具有很好的現實意義 第二講地震屬性提取與分析 設地震記錄f t 由信號q t 和噪音n t 迭加而成 且噪音n t 為隨機的 與信號q t 不相關 是一個滿足正態概率分布的穩定的隨機過程 f t q t n t 在這種假設條件下 用多道記錄可以分別獲得信號和干擾的自相關函數的可靠估計 第二講地震屬性提取與分析 考慮到信號與干擾不相關 其間互相關函數為零 從而有 式中 k 1 2 K為多道處理時使用的各地震道道序號 K為參與處理的總道數 T為各道分析時窗長度 第二講地震屬性提取與分析 6 地震記錄的相對分辨率分析所謂分辨率 指的是分辨相距很近的分界面而來的反射波信號的能力 主要決定于地震記錄上反射脈沖的延續時間 地層厚度以及反射波的頻率成分等 由于不可能在地震記錄上直接測定反射脈沖的延續時間 因此分辨率的量度按地震記錄自相關參數來定義 第二講地震屬性提取與分析 其中 為自相關函數主極值半周期寬度 S1為主極值半周期內自相關曲線所包含的面積 S2 S S 簡記S2 4為自相關曲線依次三個旁極值面積之和 與反射波視周期有關 視周期越長 分辨率越低 所以參數R 與 成反比 自相關函數的面積表示地震波能量的分布情況 相位個數越少 脈沖越窄 則地震波分辨率越高 對這類脈沖主極值半周期面積S1越大 相反 脈沖延續時間長 相位個數多 則地震波分辨率低 而自相關函數旁極值面積S2 4越大 所以參數R 與S1成正比 與S2 4成比 第二講地震屬性提取與分析 7 地震記錄的自回歸分析區別于上述地震記錄反射特征分析 自回歸分析是一個數學分析方法 使用自回歸模型 或AR模型 將地震記錄表示為本身樣點的線性組合 用多項式的系數來表達地震記錄的反射特征 自回歸系數作為反射特征參數 它們不具有象其它參數那樣明顯的物理意義 而是一個抽象的數學系數 描述著地震記錄的面貌和特征 第二講地震屬性提取與分析 作為隨機過程xt的一段記錄 可以用M階自回歸模型表示 即以xt過去時樣點線性組合來表示該過程現在時的估計值 其中k M 1 M 2 M0 也就是說 如果地震記錄的前M個樣點是已知的 則M 1以后的樣點值可以用前面的樣點值來預測 這是一個線性濾波問題 使用最小平方法解解線性方程組 第二講地震屬性提取與分析 可以求得濾波因子 aj j 1 2 M 自回歸分析的應用包括兩方面內容 一方面是計算伯格功率譜 另一方面 自回歸分析用于油藏描述 可以預測油氣藏的存在 類型及油藏邊界 第二講地震屬性提取與分析 8 地層平均吸收衰減特性分析地震波傳播的實際介質并非是理想的完全彈性介質 在許多情況下具有非彈性性質 研究彈性波吸收與巖相的關系 結果表明這種關系在不同頻率上是不同的 對油氣藏模型研究結果表明 其物理性質分布是復雜的 不均勻的 對彈性波吸收性質主要決定于巖石骨架的彈性性質 影響較大的因素還有孔隙度 孔隙可壓縮性及孔隙飽和液成分 特別是孔隙中含有天然氣成分對吸收性質的影響更為明顯 第二講地震屬性提取與分析 對地震波傳播的實際介質的吸收性質作一個歸納 以下6點事實是可以肯定的 1 巖石吸收性質從地表到地球深處變化范圍很大 且對縱波和橫波各不相同 橫波的吸收衰減高于縱波的吸收衰減 2 各類波的吸收系數與頻率有關 隨頻率增加而增大 接近于線性關系 3 吸收系數與地震速度之間存在明顯的對比關系 高速的巖石 吸收系數低 而低速的巖石 吸收系數高 吸收系數如同速度一樣 頻散異常現象較弱 第二講地震屬性提取與分析 4 地層巖石吸收性質首先決定于巖石保存狀態和內部結構 礦物顆粒和粒度對吸收性質影響不大 地層靜壓力隨深度而加大 使巖石壓緊 結構致密 引起吸收系數降低 受到破壞的巖石結構 將使它的吸收系數提高 5 由固 液 氣構成的多相介質中 對吸收性質影響最顯著的是氣態物質 在巖石孔隙飽和液中滲入少量氣態物質 可以明顯提高對縱波能量的吸收 第二講地震屬性提取與分析 6 對大多數地區 泥巖中平均吸收系數比砂巖高 巖石的吸收系數與砂巖系數有關 隨砂巖系數增加 吸收系數降低 巖石的吸收系數還與其埋藏深度有關 隨埋藏深度增加而減少 地震勘探中用來表示地層吸收性質的參數有吸收系數 衰減因子h 對數衰減率 品質因子Q等 第二講地震屬性提取與分析 吸收系數 用來表示地震波振幅A沿傳播距離的衰減 即 其中x為波的傳播距離 A0為起始振幅 t為波的傳播時間 衰減因子h 對數衰減率 表示地震波振幅在一個波長 距離上的衰減量或與之相應的在一個周期T內的衰減量 即 第二講地震屬性提取與分析 從 hT關系看 對數衰減率是一個無量綱參數 根據大量實驗數據證明 在地震頻帶內 吸收系數 與頻率f成正比 正是表達了這種函數關系 比例系數應為一常數 忽略地震速度的頻散現象 它是一個與頻率無關的常量 則對數衰減率 亦將是與頻率無關的常量 單一地反映著傳播介質的吸收性質 第二講地震屬性提取與分析 品質因子Q是用來比較地震波能量在一個波長范圍內的相對變化 若地震波起始振幅為A0 在一個波長 范圍內衰減到A 則能量相對變化為 定義品質因子 在以上四個吸收參數中 實際工作常用的是對數衰減率 和品質因子Q 第二講地震屬性提取與分析 求取地層平均吸收衰減的具體方法有 1 傅立葉譜算法 這是一種直接根據地震反射波記錄的振幅譜求對數衰減率的方法 本方法適用于分析時窗中反射波單一 穩定 記錄的信噪比較高的情況 2 功率譜算法基本公式 t為兩個時間段記錄的中心時間之差 S0 f 為吸收層頂面反射波的振幅譜 Si f 為該層底面反射波的振幅譜 第二講地震屬性提取與分析 3 復賽譜算法 復賽譜分析是一種非線性濾波 用以分解兩個序列相褶積的過程 地震反射波可視為地震子波與脈沖地震記錄的褶積 脈沖地震記錄具有白噪性質 變化快 而地震子波一般較為穩定 變化慢 當介質無吸收作用時 子波無變化 這些性質符合兩個過程可分辨的條件 第二講地震屬性提取與分析 設地震記錄f t 為子波w t 與脈沖地震記錄k t 的褶積 f t w t k t 對此做傅立葉變換 得S W K 取對數得 lnS lnW lnK 經分解后再取傅立葉逆變換 獲得時間域復譜 稱為復賽譜 第二講地震屬性提取與分析 4 特征值法 這是利用地震記錄相鄰時窗的自相關函數特征值 振幅特征值的變化來判斷目的層吸收性質的相對變化 極大振幅比和均方根振幅比 取兩個時窗中的極大振幅或均方振幅 求它們的比值 比值大小與界面性質 地層的吸收性質甚至含流體情況有關 第二講地震屬性提取與分析 測定記錄段自相關函數的主極值幅度變化 由于自相關函數主極值ACF 0 相應于振幅的平方和 則由主極值幅度變化可以確定介質對地震信號能量的吸收參數 自相關函數的主瓣面積比或旁瓣面積比 低頻能量之比 波峰數之比 主頻之比 第二講地震屬性提取與分析 9 相干體分析相干體技術由相干技術公司 CTC 和Amoco公司發明 1997年獲美國專利 該技術被稱為是近幾十年來三維地震解釋方面最重要的突破 與原來揭示地下異常體的方法相比 相干體技術更能清楚地識別斷層和地層特征 相干體技術的特有算法是通過三維數據體來比較局部地震波形的相似性 相干值較低的點與地質不連續性如斷層和地層 特殊巖性體邊界密切相關 對相干數據體作水平切片圖 可揭示斷層 巖性體邊緣 不整合等地質現象 為油藏描述提供了識別油藏特征的有利證據 第二講地震屬性提取與分析 10 AVO分析AVO技術是利用CMP道集資料 分析反射波振幅隨偏移距 也即入射角 的變化規律 估算界面兩側的彈性參數泊松比 進一步推斷地層的巖性和含油氣性 AVO技術的理論基礎是Zoeppritz方程及其各種形式的簡化關系 第二講地震屬性提取與分析 Zoeppritz方程的簡化公式很多 目前使用較為廣泛的是Shuey簡化式 式中包含三部分 1 當垂直入射時的反射振幅 2 當廣角即 臨界角入射時 R 主要與速度變化有關 即 第二講地震屬性提取與分析 3 當中等入射角時 即0 300 近似有sin tan 此時上式可寫為 或 式中P為截距 反映垂直入射時的反射振幅 G為梯度 反映振幅隨偏移距的變化率 利用P和G的線性組合表示AVO的屬性W 即 第二講地震屬性提取與分析 a b取不同的值 賦予W不同的物理意義 見下表 比較AVO屬性P G和巖石背景趨勢的差異有助于提高烴類識別能力 AVO屬性及物理意義 第二講地震屬性提取與分析 上述分析與理論試算表明 在 300情況下 入射角對反射系數的影響不是很大 這正是CMP疊加的理論基礎 也是AVO的應用區間 下面通過應用實例來說明AVO屬性在烴類檢測或油氣預測中的能力 第二講地震屬性提取與分析 利用AVO資料進行烴類檢測的實例在進行AVO分析之前 必定要對AVO資料進行相應的處理 簡要說明AVO資料處理中兩個階段應該注意的問題 一是AVO資料的預處理階段 預處理階段的主要任務是得到高質量的CMP道集記錄 這是AVO處理成功的關鍵 結合野外數據及地下地質情況 AVO處理時應做好以下工作 精細的波前擴散補償 震源組合與檢波器組合效應的校正 反 濾波 地表一致性處理 疊前去噪處理 疊前剩余振幅補償 精細的初至切除 速度分析和高精度的動校正 疊前時間偏移 第二講地震屬性提取與分析 二是AVO屬性處理階段 AVO屬性處理是以CMP道集為輸入 經角度道轉換后 不同角度道組成一個角度道道集 從角道集上便可觀測和分析地震反射振幅隨入射角的變化 以角道集為輸入 根據相應的公式即可擬合出垂直入射時的縱波反射 梯度及各種AVO屬性剖面 AVO分析的基本方法包括 AVO的正演方法 如反射系數曲線分析法 非零偏移距地震模型法 流體替代模型法等 和AVO的反演方法 第二講地震屬性提取與分析 根據反演目標的不同可分為AVO屬性參數反演 儲層參數反演和疊前多波地震反演 例如 廣義振幅屬性反演可用于AVO交匯圖分析 巖性參數變化量反演主要用于巖性和油氣的定性預測 彈性參數反演主要用于定量儲層預測 波型反演 如利用縱波AVO提取橫波剖面或轉換波剖面 常用于改善烴類檢測能力 根據反演算法的不同 AVO反演又可分為迭代正演模擬法 線性反演和非線性反演 第二講地震屬性提取與分析 圖1聲阻抗AI與彈性阻抗EI 300 反演曲線比較 圖2 a Sonic AI反演圖2 b Sonic EI曲線和入射角等于100時的反演曲線和入射角等于角道集疊加剖面300時的角道集疊加剖面 圖3墨西哥灣MC619 1井的典型巖石物性顯示 AI與含油飽和度EI 300 與含油飽和度圖4含油飽和度與AI EI 300 間的關系 第二講地震屬性提取與分析 關于AVO烴類指示因子常規的AVO分析方法 P G兩參數 是從地震資料中提取振幅 并通過截距P和斜率G兩種屬性將振幅隨偏移距的變化與巖石物性聯系起來 由于截距是縱波速度 和密度 的函數 斜率是橫波速度 和縱波速度 的函數 所以三個主要彈性參數 和 彼此依賴 互有聯系 不能分離 這在巖性變化劇烈 產層含氣飽和度低的情況下就可能導致兩參數AVO反演的失效 為此 不少研究者提出了一些改進方法 如Kabir建議利用密度差異作為含氣飽和度的指示因子 Skidmore等采用三參數 的AVO巖性屬性反演提高烴類檢測能力 第二講地震屬性提取與分析 圖5 a 產油區的振幅層位切片 在振幅異常中 除了A5井外所有井都含氣 A5井為含水井 B1井位于鄰近含水區的薄氣層 在振幅異常中的灰白區域則沒有發現氣藏 圖5 b 產油區的AVO層位切片 在AVO異常中 除了A5井外所有井都含氣 A5井為含水井 B1井位于鄰近含水區的薄氣層 在AVO異常中的灰白區域則沒有發現氣藏 圖5 c 產油區的密度異常層位切片 在密度異常平面圖上 A5井處在密度異常之外 B1井處在密度異常邊緣上 圖6 a 墨西哥灣某開發區的振幅異常分布圖 右圖為墨西哥灣一個開發區的振幅異常分布圖 研究區內4個AVO異常區塊中的3個已經鉆探并出氣 第四區塊還沒有測試 圖6 b 墨西哥灣某開發區的AVO異常分布圖 在第一 第二斷塊中的3口井附近 AVO異常明顯 在第三斷塊中的AVO異常已被鉆井證實僅發現少量的氣 且在開采幾個月后被關閉 圖6 c 墨西哥灣某開發區的密度異常分布圖 在第一至第三斷塊中的密度變化比較明顯 第四振幅異常區還未鉆探 它在密度異常圖上具有與振幅和AVO相同的形狀 表明具有良好的開采前景 Rutherford和Williams的四類氣層分類法 類為高阻抗含氣砂巖 C1 其AVO特征為 零偏移距振幅強 且為正極性 AVO曲線呈減小趨勢 當入射角足夠大時可看到極性反轉 類為近零阻抗差的含氣砂巖 C2 其AVO特征為 零偏移距振幅很小 趨于零 故在零偏移距附近不易檢測 隨著偏移距的增大 其AVO特征變化較大 此類氣層又可分為C2P與C2N 前者AVO曲線開始大于零 隨著偏移距的增大振幅會減小 并出現極性反轉 后者AVO曲線都小于零 隨著偏移距的增大振幅絕對值在增加 類和 類為低阻抗含氣砂巖 C3和C4 它比上覆介質的阻抗低 其AVO特征為 零偏移距振幅很強 呈負極性 AVO 指振幅絕對值 呈增加趨勢的為第 類 AVO呈減小趨勢的為第 類 圖7氣層AVO分類模型 圖8AVO的截距A和梯度B交匯圖 11 各種變換和反演方法小波變換是90年代比較活躍的地震屬性提取方法 它不僅具有提高地震屬性分辨率的潛力 而且能優化屬性提取的時窗長度 與小波變換有關的地震屬性包括 利用連續子波變換提取地震時頻屬性 時頻分解能以低頻成分提供較高的頻率分辨率 以高頻成分提供較高的時間分辨率 低頻成分可用來識別儲層中的油氣 高頻成分則有利于分辨薄層 利用離散小波變換提取振幅 瞬時頻率和相位屬性 小波變換為屬性計算中采用多尺度分析和去噪技術提供了潛力 第二講地震屬性提取與分析 二 地震屬性的描述與適用性通過以上討論我們知道 提取地震屬性常用的分析方法包括復地震道分析 相關分析 富立葉譜分析 功率譜分析 自回歸分析 數理統計分析等 經過相應的分析計算后 可得到一系列地震屬性參數 包括 1 瞬時屬性 InstantaneousAttributes 這是根據一定位置上地震數據的復數道分析技術導出的一系列地震屬性參數 主要包括 第二講地震屬性提取與分析 1 瞬時真振幅f t 2 瞬時積分振幅 正交道 h t 3 瞬時相位 t tg 1 h t f t 4 瞬時相位的余弦cos t 5 瞬時真振幅乘瞬時相位的余弦 f t cos t 6 瞬時頻率 t d t dt 7 振幅加權瞬時頻率fa 8 能量加權的瞬時頻率fe 9 瞬時頻率的斜率 d d t dt dt 10 反射強度A t 11 分貝表示的反射強度 20 lgA t 第二講地震屬性提取與分析 12 反射強度的中值濾波能量 13 反射強度的斜率dA t dt 14 視極性 定義為實際地震道在反射強度波峰處的極性 其數值等于反射強度 sign sign為反射系數的正負符號 常與反射強度一起用來檢查沿層極性的橫向變化 15 響應相位 是從圍繞反射強度葉瓣的瞬時相位中導出的 這是追蹤地震子波的相位特性在時間 空間上改變的一種替代方法 可用于識別地震地層層序 檢測巖相或流體含量的變化 當振幅特征相似時 可以作為區域性特征的識別標準 第二講地震屬性提取與分析 16 響應頻率 是從圍繞反射強度葉瓣的瞬時頻率中導出的 這是追蹤地震子波的優勢頻率在時間 空間上改變的一種替代方法 可用來識別與氣聚集而引起的頻率異常 與瞬時頻率所起作用類似 2 單道時窗屬性 SingleTraceWindowedAttributes 這是對單道 一定時窗的地震數據經振幅特征分析 相關分析 富立葉譜分析 功率譜分析 自回歸分析 數理統計分析和計算后得到的一系列地震屬性參數 包括 第二講地震屬性提取與分析 1 平均振動能量 2 平均振動路徑長度 3 最大波峰 波谷振幅 4 累積絕對振幅 5 復合絕對振幅 6 均方根振幅 7 復合包絡差 8 平均過零點 9 帶寬比 10 優勢頻率比 11 中心頻率比 12 形心頻率 功率譜面積的中心所對應的頻率 比 第二講地震屬性提取與分析 13 第一 第二 第三峰值譜頻率 14 優勢功率譜 15 優勢功率譜的集中程度 16 有限的或特定的帶寬能量 17 特定的與有限的能量比 18 衰減敏感帶寬 有限帶寬能量值除以優勢頻率值 19 功率譜對稱性 頻譜相對中心頻率的形狀對稱性 20 功率譜斜率 21 相鄰峰值比 22 自相關函數的峰值比 23 地震記錄分辨率的評價參數 第二講地震屬性提取與分析 24 樣點的數學均值 25 振幅斜率 26 振幅峭度 27 正負振動比 28 樣點值小于 大于門檻值的百分比 29 半能量時間 30 正負振幅個數比 31 復賽譜分析算法求取對數衰減率 c 32 付立葉譜分析算法求取對數衰減率 f 33 功率譜分析算法求取對數衰減率 p 34 低頻能量比LER LE2 LE1 第二講地震屬性提取與分析 3 多道時窗屬性 Multi TraceWindowedAttributes 這是對多道 地震道的空間組合模式如下圖所示 一定時窗的地震數據經相關分析 主元素分析或K L變換等處理后得到的一系列地震屬性參數 包括 1 相關KLPC1 KLPC表示主元素分析法 2 相關KLPC2 3 相關KLPC3 4 相關KLPC比 主分量間差值之比 即 PC1 PC3 PC1 PC2 5 相關長度 定義為所有道互相關值降到0 5時用道數表示的平均距離 第二講地震屬性提取與分析 6 平均相關 多道時窗內互相關的平均值 7 加權相關 做互相關時乘以不同權系數 8 最小相關值 多道時窗內互相關的最小值 9 最大相關值 多道時窗內互相關的最大值 10 相關峭度 多道時窗內平均相關的4次冪 11 相似系數 第二講地震屬性提取與分析 上述屬性中 最小相關強調局部地震道間的不相似性 最大相關用于檢測大的地層邊界 均值 中值 加權相關給出道間相似性的趨勢 對噪音有壓制作用 但有平滑效應 最大相關與最小相關之差 均值與中值之差 方差給出局部相似性之間的差異 12 最大相關 最小相關 13 中值 14 均值減中值 15 方差 第二講地震屬性提取與分析 4 沿層構造屬性 EventObjectStructureAttributes 包括傾角分析 方位分析 邊緣檢測 差異檢測等沿層構造屬性 這些沿層構造屬性可以揭示細小斷層 地層學特征等 另外 通過這些屬性的分布情況 可以較為直觀的展示目的層的構造分布 1 傾角分析 傾角定義為時間梯度的大小 2 方位分析 定義為y方向時間梯度與x方向時間梯度之比的反正切 第二講地震屬性提取與分析 傾角 方位分析示意圖 第二講地震屬性提取與分析 夏一段傾角方位分布圖 N 3 傾角 方位分析 4 邊緣檢測從上面的討論可知 從地震資料尤其是三維地震數據體中確實可以提取很多很多的地震屬性參數 這些屬性參數都是地下地層 巖性 物性特征的具體反映 例如有反映儲層含油氣特征的地震屬性參數 有反映局部高振幅帶的地震屬性參數 有反映油藏厚度或斷層特征變化的地震屬性參數 也有反映儲層頻率吸收衰減的地震屬性參數 還有研究儲層裂縫及其發育帶的地震屬性參數 如反映儲層吸收衰減特性的各種屬性參數 沿層傾角方位檢測的有關屬性參數 如傾角分析 方位分析 邊緣檢測等沿層構造屬性參數 第二講地震屬性提取與分析 103 可編輯 1 相干體的概念計算地震相干數據體的目的主要是對地震數據進行求同存異 以突出那些不相干的數據 通過計算縱向和橫向上局部的波形相似性 可以得到三維地震相關性的估計值 在出現斷層 地層巖性突變 特殊地質體的小范圍內 地震道之間的波形特征發生變化 進而導致局部的道與道之間相關性的突變 通過三維相關屬性體的提取 就可以把三維反射振幅數據體轉換成三維相似系數或相關值的數據體 三 相干屬性體及其應用 第二講地震屬性提取與分析 互相關分析算法 1995年由Bahorich M S 和Farmer S L 提出的 它是基于互相關的相干體算法 相似性分析算法 1998年由Marfurt K J KirlinR L 和Farmer S L 提出的 主要利用地震道的相似性來得到相干屬性 特征值分析算法 1999年由Gersztenkorn A 和Marfurt K J 提出的 即通過計算協方差矩陣的特征值來得到相干屬性 下表給出了三種相干體方法的基本特征比較 2 相干體的主要算法 相干體算法的基本特征比較 1 InitialAlgorithmC1 相干體分析技術的發展 2 SemblanceC2 3 EigenStructureC3 C1是互相關分析法 下圖展示了鹽丘周圍的放射狀斷層以及峽谷 用相干體的等時切片展示其形態十分有利 C3標準的 左 與高分辨率本征結構 右 的相干體切片比較 C2大大改善了信噪比和穩定性 C3對斷層和地層特征的成像可用相同參數序列且對其形態無任何損害 a 為原始數據體切片 b 是互相關分析算法 c 是相似性分析算法 d 是特征值分析算法 相干體切片 e 是局部結構熵 LSE 算法 f 是超級地震道 高階統計學相干 ST HOSC 算法 多種相干算法的相干體切片 t 2000ms 比較 相干體的算法簡介 普通三維切片 相干體切片 3 相干體的應用概述 1 展示斷層發育細節 目標層Ng相干體沿層屬性平面圖 北東向斷層十分發育 并收斂于西南部 勝利油田潛山油藏頂面沿層相干切片 信噪比迭合圖 a 常規地震數據體的相干切片 b 波阻抗體的時間切片 c 由波阻抗數據體計算的相干切片展示斷層的常規數據與波阻抗數據的對比 常規數據體與相干數據體t 2 4s的水平切片比較 據GeoEnergy公司資料 2 研究礁體結構 3 檢測裂縫發育帶 勝利油田羅家地區沿層相干切片 地面地震時間 振幅切片相干體切片地面地震 相干切片展示斷層和裂縫發育帶的相干體切片 2 相干體的應用概述 全方位和不同方位角的相干體切片 4 控制三維資料處理質量 a 粗疊加處理 b 剩余靜校正 c 偏移處理經過不同處理過程的常規數據體時間 振幅切片與相干體時間切片的比較 2 相干體的應用概述 5 估計偏移速度場 6 展示可能含氣砂巖位置 7 地質災害預測 2 相干體的應用概述 指明淺水流動沙和直線狀河道特征的相干切片 408ms 北西 南東向直線狀河道 物源來自西北角的巖丘 表明坍塌特征的相干切片 725ms 圖中箭頭所指處為具有沖刷痕跡的坍塌特征 首先在相干數據體上進行瀏覽 作小斷層以及特殊巖性體的調查 了解其空間分布 這項工作不需要進行地震反射層位的解釋就可實現 一般地說 高連續性數據對應連續的地層 中等寬連續性數據對應層序特征 如海侵 海退序列 窄條帶低連續性對應斷層 巖性的變化或特殊巖性體的邊界 寬條帶低連續性對應數據質量不好或無反射層位 然后對相干數據體切片進行解釋 這種解釋與常規解釋思路不同 不需要先觀察垂直剖面 只需在相干數據體切片上對不相干數據帶進行解釋 最后 要進行地質分析 搞清地層關系 分析工區內影響地震反射波連續性的因素 并結合地震縱測線 地質 測井資料對相干體數據進行綜合解釋 4 相干數據體解釋的三大步驟 很顯然 斷面上一般沒有反射同相軸 它是以不連續或無資料區為特征的 而這些不連續性或無資料的區域追蹤是比較困難的 但也正是數據體因為斷層的存在而產生的不連續性形成了追蹤不連續性的相干體技術 5 斷面的自動拾取 第二講地震屬性提取與分析 三維相干數據體的靜態顯示 相干體技術在追蹤不連續性的斷面時 一般有兩種方法 其一是利用初始解釋結果作為被追蹤斷面的種子拾取點的方法 其二是利用預先處理來創建突出不連續性的數據體 如差異法 微商法和多屬性分析法等 以實現對不連續性進行追蹤形成斷面 后者中的差異法主要是利用振幅 三瞬 波阻抗等數據體來進行連續性的比較 具有很高的分辨能力和邊界檢測功能 微商法實際上是對差異法的補充 如對瞬時相位作空間微商計算 即可尋找相位橫向上的突變點 而這些突變點常常與斷層 地層邊界和同相軸的轉折有關聯 第二講地震屬性提取與分析 斷塊靜態立體顯示 第二講地震屬性提取與分析 1 油氣藏的地震異常特征 1 振幅異常 亮點 暗點 平點及AVO特征等 2 能量異常 含油氣儲層與圍巖相比具有較高的吸收系數 導致能量的變化 3 頻率異常 油氣藏存在使地層頻率響應發生變化 表現為低頻趨勢 4 速度異常 儲層巖石彈性性質的改變引起油藏部位上出現速度異常和縱橫波速度比的改變 四 地震屬性的物理意義 第二講地震屬性提取與分析 5 時間厚度異常 儲層部位速度的降低導致油藏底面反射波旅行時的延長 6 地震記錄特征異常 與油藏物性復雜分布相聯系 在油藏部位可能出現記錄面貌和反射特征的異常 據此 可采用一系列分析方法獲取眾多的地震屬性參數 第二講地震屬性提取與分析 沿層屬性是沿目的層段開一時窗 對窗內的記錄作自相關 功率譜 傅立葉譜 自回歸及其它統計特征分析 來提取出相關的地震屬性 下面從以下7類闡述這些屬性 32種 的地質含義 1 地震波頻率屬性 2 地震波振幅或能量屬性 3 地震波波形屬性 4 地震記錄自相關函數的屬性 5 分辨率屬性 6 信噪比屬性 7 其它屬性 2 單時窗沿層地震屬性的地質含義 第二講地震屬性提取與分析 1 地震波頻率屬性 功率譜上25 對應的頻率f25 功率譜上50 對應的頻率f50 功率譜上75 對應的頻率f75 平均中心頻率fAV 振幅譜主頻f0 有效段均方根頻率fR 全譜平均頻率fCQ 全譜均方根頻率fRQ 上面8個屬性主要反映了地層厚度 巖性及含流體成分的變化 常用來檢測由于上覆地層異常如氣飽和或裂縫存在所致的選頻吸收 也可識別由于地層學特征 巖相等改變而引起的細小的頻率變化 2 地震波振幅或能量屬性 記錄能量ACF 0 最大振幅值Amax 整波形能量ENZ 波形正半周能量EN 波形正半周平均振幅AVA 上面5個屬性反映了目標層內波阻抗 地層厚度 巖石成分 地層壓力 孔隙度及含流體成分的變化 可用來識別振幅異常或用于層序特征分析 也可用來追蹤地層學特征 如三角洲 河道 各種扇或特殊巖性體 還可用于識別巖性變化 不整合 氣體以及流體的聚集等 第二講地震屬性提取與分析 3 地震波波形屬性 時窗內波峰數 整波形面積SGT Z 波形正半周面積SGT 上面3個屬性反映了目標層內波阻抗的變化規律 沉積層序 地層層理特征 古代剝蝕面 古構造特征 沉積過程及其連續性 沉積盆地的大小等 第二講地震屬性提取與分析 4 地震記錄自相關函數的屬性在一般情況下 自相關函數主極值幅度代表著記錄段的能量 主極值寬度與記錄的視周期有關 頻率低的信號 主極值寬度大 頻率高的信號 主極值寬度窄 旁極值的幅值和面積表示地震記錄的重復性及延續時間的長短 當反射層具有薄互層結構 反射記錄出現干涉現象時 自相關函數幅值和面積增大 這類屬性有 自相關函數第一零值點位置 1 自相關函數第二零值點位置 2 自相關函數極小值振幅與主極值振幅之比ACF min ACF 0 自相關函數旁極值面積與總面積之比S234 St 上面4個屬性反映了沉積條件的穩定性 地層分界面的光滑度 5 分辨率屬性 頻帶寬度fband 相對分辨率R 有效段帶寬頻率fb 全譜帶寬頻率fbQ 上面4個屬性反映了地震記錄分辨地層厚度的能力 通常在大套均勻巖層中夾有反射性能強的夾層 則在地震記錄上可以見到在較平靜的記錄背景上 有少量清晰反射波出現 此時記錄分辨率參數較大 當反射層為薄互層結構 相鄰反射層反射波相互干涉 形成復雜波組時 地震記錄分辨率參數較小 頻帶寬度較窄 第二講地震屬性提取與分析 6 信噪比屬性信噪比也經常取作有效波平均振幅Aq與干擾的均方振幅之比 信噪比屬性反映了地震記錄上的干擾背景強弱 也可反映地質條件的變化 如油藏部分經常有地震記錄規律性變差 信噪比降低這一特點 第二講地震屬性提取與分析 7 其它屬性這是用數學方法定義的屬性參數 無明顯的物理意義 這類屬性有