高階原點(diǎn)矩屬性在礁灘復(fù)合體識(shí)別中的應(yīng)用

唐 淋，顧 元，朱培民（中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地球物理與空間信息學(xué)院，湖北 武漢430074）

漆立新（中石化西北分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 烏魯木齊830011）

高階原點(diǎn)矩屬性在礁灘復(fù)合體識(shí)別中的應(yīng)用

唐 淋，顧 元，朱培民（中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地球物理與空間信息學(xué)院，湖北 武漢430074）

漆立新（中石化西北分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 烏魯木齊830011）

生物礁具有廣闊的油氣潛力，在碳酸鹽巖油氣勘探中占有十分重要的地位。其內(nèi)部造礁生物的發(fā)育程度不同、種類多樣，具有很強(qiáng)的非均質(zhì)性，使得透過生物礁的地震信號(hào)為非高斯的、非對(duì)稱分布的或非線性的信號(hào)，高階統(tǒng)計(jì)量具有識(shí)別此類信號(hào)的優(yōu)勢。以新疆塔里木盆地順西區(qū)塊為例，提取良里塔格組地層的高階原點(diǎn)矩屬性，結(jié)合地震剖面分析，確定了位于臺(tái)地邊緣的兩個(gè)典型礁灘復(fù)合體的分布位置，識(shí)別了其邊界和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過井資料及其他地質(zhì)資料驗(yàn)證，分析結(jié)果可信度較高。

高階統(tǒng)計(jì)量；高階原點(diǎn)矩；地震屬性；礁灘復(fù)合體識(shí)別

實(shí)際地震信號(hào)雖可近似地看作是平穩(wěn)的，但大地是一個(gè)非線性系統(tǒng)，即便輸入的是高斯信號(hào)，通過大地這個(gè)非線性系統(tǒng)之后，其輸出信號(hào)也可能變?yōu)榉歉咚剐盘?hào)。因此，非高斯信號(hào)是更普遍的信號(hào)。Walden和Hosken于1986年根據(jù)測井曲線求出反射系數(shù)序列，統(tǒng)計(jì)結(jié)論認(rèn)為，該序列基本上符合形狀參數(shù) 介于0.6到1.6之間的廣義高斯分布［1］。用地震子波和反射系數(shù)進(jìn)行褶積，得到的地震信號(hào)統(tǒng)計(jì)特性對(duì)反射系數(shù)而言應(yīng)沒有變化，即地震信號(hào)應(yīng)服從廣義高斯分布［2］。已有研究表明，廣義高斯分布的某些統(tǒng)計(jì)量屬性與高斯分布的性質(zhì)相似［3］，因此，常用的高斯信號(hào)檢測方法可以運(yùn)用到地震信號(hào)的檢測中。

生物礁巖石物性研究表明，由于建礁生物類型不一，且分布不均勻，生物礁內(nèi)部具有很強(qiáng)的非均質(zhì)性和速度各向異性［4～7］。當(dāng)?shù)卣鸩ù┻^生物礁灘復(fù)合體時(shí)，因其強(qiáng)烈的非均質(zhì)性和各向異性可能產(chǎn)生非高斯的、非對(duì)稱分布的信號(hào)，并記錄到地震反射波中。鑒于高階統(tǒng)計(jì)量可抽取由于高斯性偏離引起的各種信息，以檢測信號(hào)偏離“高斯性”的程度［8］，因此，高階統(tǒng)計(jì)量方法應(yīng)用于碳酸鹽巖生物礁儲(chǔ)層預(yù)測是可行的。

高階統(tǒng)計(jì)量通常包括高階矩、高階累積量及其對(duì)應(yīng)頻率域的譜（高階矩譜和高階累積量譜）。利用高階原點(diǎn)矩屬性檢測和識(shí)別生物礁灘復(fù)合體的具體工作流程是：首先，根據(jù)工區(qū)地質(zhì)特點(diǎn)和前期勘探成果，確定探區(qū)目標(biāo)層的頂、底界面，求取屬性分析的時(shí)間范圍；其次，通過多次試驗(yàn)，在限制范圍內(nèi)確定合適的時(shí)窗參數(shù)，利用最能清晰刻畫礁灘復(fù)合體邊界的時(shí)窗參數(shù)提取高階原點(diǎn)矩屬性；最后，結(jié)合高階原點(diǎn)矩屬性和地震剖面的分析結(jié)果，確定生物礁的分布位置，進(jìn)而識(shí)別其邊界和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

1 高階原點(diǎn)矩的算法原理

提取高階原點(diǎn)矩屬性的基本公式為［2，3］：

式中，x為一個(gè)離散的隨機(jī)變量，其長度為2N＋1；為隨機(jī)變量x在某個(gè)長度為2N＋1的窗口內(nèi)的平均值；m3為隨機(jī)變量x在長度為2N＋1的窗口內(nèi)的斜度；m4為隨機(jī)變量x在長度為2N＋1的窗口內(nèi)的峰度。

理論上，N越大，時(shí)間序列越接近廣義高斯分布，但為了突出局部異常，則需要對(duì)數(shù)據(jù)的長度進(jìn)行限制，視具體情況選擇不同的長度，通過試驗(yàn)確定合適的分析時(shí)窗。已有資料證明，零均值廣義高斯分布的斜度和峰度分別接近于0和3［2］，這同零均值高斯過程的三階矩和四階矩的性質(zhì)一致。因大地濾波作用，地震信號(hào)不完全滿足平穩(wěn)性的假設(shè)，所以，地震信號(hào)的斜度不可能為0，只能接近于0。這是高階原點(diǎn)矩方法識(shí)別生物礁灘復(fù)合體的一個(gè)基本前提。

2 應(yīng)用實(shí)例及效果分析

新疆塔中地區(qū)順西區(qū)塊的目標(biāo)層是埋深6700m左右的奧陶系良里塔格組的生物礁灘復(fù)合體儲(chǔ)層。工區(qū)內(nèi)約有1032km2的三維地震數(shù)據(jù)以及兩口井資料。一方面，由于埋藏太深，信號(hào)能量較弱，三維地震資料品質(zhì)較差，剖面上的生物礁或建隆發(fā)育特征不明顯。另一方面，該區(qū)經(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，局部構(gòu)造發(fā)育，斷層較多，使得同一地層的反射信號(hào)橫向變化較大，不利于層位追蹤。因此，單純從原始地震資料剖面上確定目標(biāo)層生物礁的位置及分布范圍十分困難。

考慮到屬性分析可以從平面上快速確定探測目標(biāo)的分布范圍，經(jīng)過大量試驗(yàn)確定了適當(dāng)?shù)膮?shù)，以T47反射面（良里塔格組的反射底界面）為參考界面，向上平移40ms作為時(shí)窗中線，時(shí)窗長度設(shè)置為70ms（圖1），在工區(qū)三維地震數(shù)據(jù)中提取了振幅、均方根等常規(guī)地震屬性以及斜度、峰度等高階原點(diǎn)矩屬性進(jìn)行分析。

圖1 地震屬性提取時(shí)窗

在工區(qū)三維地震數(shù)據(jù)中提取了幾種常規(guī)屬性，效果并不明顯。其中，振幅屬性圖上（圖2（a）），正、負(fù)振幅交錯(cuò)，無明顯異常，礁灘復(fù)合體與周圍沉積體無明顯邊界；均方根屬性圖上（圖2（b）），臺(tái)地邊緣處有極低的振幅值，其他區(qū)域均為高值，比較符合生物礁體低均方根值的屬性特征，預(yù)測可能埋藏有生物礁灘復(fù)合體，若要進(jìn)一步識(shí)別其邊界則需要更精確的地震屬性分析結(jié)果。

在工區(qū)三維地震數(shù)據(jù)中提取了幾種高階原點(diǎn)矩屬性，取得了比較好的效果。其中，斜度屬性圖上（圖2（c）），大部分地震道都滿足廣義高斯分布（斜度值接近于0），斜度值在1～2的地震道呈環(huán)狀分布；峰度屬性圖上（圖2（d）），大部分地震道的峰度值偏離理論值3，推測可能是時(shí)間序列長度僅有35個(gè)采樣點(diǎn)，數(shù)據(jù)量太少的原因。但與斜度屬性分布類似，峰度值介于1～2之間的地震道也呈環(huán)狀分布，且與斜度值在1～2的地震道分布范圍基本對(duì)應(yīng)。

通過過A井和B井的兩個(gè)地震剖面（圖3（a）、（b））可以看到，斜度值在1～2的地震道恰好對(duì)應(yīng)于弧形同相軸的邊界。根據(jù)這一特征，可以確定礁灘復(fù)合體的識(shí)別原則：礁灘復(fù)合體內(nèi)部出現(xiàn)低值，邊緣值則相對(duì)較高，多呈環(huán)狀分布。根據(jù)這一原則，綜合屬性平面圖和地震剖面圖，生物建隆的邊界得以識(shí)別，在斜度屬性圖（圖3（c））和峰度屬性圖（圖3（d））上，實(shí)線圈出的是3號(hào)礁灘復(fù)合體，虛線圈出的是4號(hào)礁灘復(fù)合體，兩者位于臺(tái)地邊緣，發(fā)育規(guī)模均比較大，推測分布面積約分別為28.5km2和31.5km2。且從圖中還可以看出，3號(hào)和4號(hào)礁灘復(fù)合體是由多個(gè)大小不等、規(guī)模不一的礁灘體疊置而成，且前期規(guī)模較大，后期規(guī)模逐漸減少，同時(shí)向遠(yuǎn)離海岸線方向遷移，對(duì)應(yīng)于地質(zhì)歷史時(shí)期的海退期，與工區(qū)已有的地質(zhì)認(rèn)識(shí)相符合。

圖2 順西區(qū)塊常規(guī)地震屬性與高階原點(diǎn)矩屬性圖（局部）

該區(qū)有兩口鉆井，A井和B井分別位于3號(hào)和4號(hào)礁灘復(fù)合體上。對(duì)比分析二口井的實(shí)鉆資料，A井和B井分別在奧陶系良里塔格組鉆遇礁灘復(fù)合體，預(yù)測識(shí)別結(jié)論與實(shí)鉆結(jié)果一致。如圖4所示，A井良里塔格組顆?；?guī)r段的密度曲線、自然伽馬曲線平直，自然伽馬值在10API左右，變化穩(wěn)定，說明該層段巖性變化不大，但聲波時(shí)差曲線起伏變化劇烈，特別是6800.00m～6810.00m段的聲波時(shí)差曲線變化異常明顯（圖4（a）），數(shù)值由158.160μs/m急劇增加至294.937μs/m，即此段波速急劇減小，由大約6000m/s下降為大約3400m/s，且電性測井曲線亦出現(xiàn)異常。排除了巖性變化造成的原因，推斷此處變化有可能是因?yàn)樯锝∽饔迷斐傻?。?jù)B井完井報(bào)告所述，井深分別為6660.00、6670.00、6680.00、6690.00m的薄片鑒定（圖4（b）），認(rèn)為此段具藻屑結(jié)構(gòu)、粒屑結(jié)構(gòu)，藻屑主要為藻鮞、藻團(tuán)塊，受重結(jié)晶作用影響，填隙物為亮晶方解石，見微晶黃鐵礦和自生石英，偶見微裂縫，推斷B井砂屑灰?guī)r段出現(xiàn)生物建隆的可能性很大。再者，已有的區(qū)域地質(zhì)資料認(rèn)為塔中順西區(qū)塊奧陶系良里塔格組的沉積體系為開闊臺(tái)地－局限臺(tái)地，是生物建隆發(fā)育的有利相帶。因此，可以認(rèn)為A井和B井位置為生物建隆分布區(qū)，高階統(tǒng)計(jì)屬性分析結(jié)果合理。

圖3 3號(hào)和4號(hào)礁灘復(fù)合體的解釋結(jié)果

圖4 A井和B井綜合柱狀圖

3 結(jié) 語

1）當(dāng)?shù)卣鹳Y料質(zhì)量較差時(shí)，高階原點(diǎn)矩屬性提取識(shí)別方法可以快速有效的提取礁灘復(fù)合體邊界的有效信息，能幫助識(shí)別和確定其分布范圍.

2）高階原點(diǎn)矩屬性提取識(shí)別方法不僅能識(shí)別生物礁灘復(fù)合體邊界，也能識(shí)別礁灘復(fù)合體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，刻畫3號(hào)和4號(hào)礁灘復(fù)合體橫向遷移現(xiàn)象，反映當(dāng)時(shí)海退沉積環(huán)境，與地質(zhì)分析結(jié)果一致。

3）通過地震剖面和井資料對(duì)高階統(tǒng)計(jì)屬性的識(shí)別結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，高階統(tǒng)計(jì)屬性中的異常位置與地震反射特征異常位置吻合，井資料也在一定程度上驗(yàn)證了分析結(jié)果，高階統(tǒng)計(jì)屬性的識(shí)別結(jié)果可信度較高。

4）此次研究僅提取了地震數(shù)據(jù)的三階、四階原點(diǎn)矩屬性，尚未應(yīng)用高階累積量、高階譜屬性。它們作為高階統(tǒng)計(jì)量的基本方法，對(duì)非高斯信號(hào)也十分敏感，今后可以考慮其識(shí)別生物礁灘體的可能性。

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P631.44

A

1000－9752（2010）04－0246－05

2010－06－06

中國石油化工集團(tuán)公司前瞻性項(xiàng)目（2007026230）；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（40174033）。

唐淋（1986－），女，2008年大學(xué)畢業(yè)，碩士生，現(xiàn)主要從事地震資料處理及綜合解釋方面的研究工作。

［編輯］ 龍 舟