地震、測(cè)井和地質(zhì)數(shù)據(jù)融合與實(shí)現(xiàn)

丁衛(wèi)平，余先川

(1.中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，河北 涿州 072754;2.北京師范大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京100875)

地震、測(cè)井和地質(zhì)數(shù)據(jù)融合與實(shí)現(xiàn)

丁衛(wèi)平1，余先川2

(1.中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，河北 涿州 072754;2.北京師范大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京100875)

厚覆蓋區(qū)地下地質(zhì)模型所依靠的數(shù)據(jù)主要是地震和測(cè)井資料，但地震數(shù)據(jù)反映范圍廣而分辨率低，測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)則分辨率高而反映范圍小，如何有效地將兩者組合利用，克服各自不足是論證的重點(diǎn)，說(shuō)明了用數(shù)據(jù)樹(shù)的形式組織所有井與地震地質(zhì)等數(shù)據(jù)，并能同時(shí)生成和編輯多口井的合成地震記錄，來(lái)確定不同井的深時(shí)關(guān)系，為把不同域的地震數(shù)據(jù)和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)融合顯示建立基礎(chǔ)，提供了實(shí)時(shí)修改子波的頻率和相位來(lái)做合成記錄的功能，也有反射系數(shù)與子波的分布褶積等最新的方法，以慢鏡頭的形式說(shuō)明合成記錄的形成過(guò)程。這些功能的應(yīng)用，給用戶確定正確的地下速度場(chǎng)提供了先進(jìn)的手段，為地質(zhì)模型建立提供了先進(jìn)的方法。

合成記錄;地質(zhì)模型;深時(shí)關(guān)系;頻率;相位;實(shí)時(shí)修改;目的層;分布褶積

0 引言

在地層覆蓋區(qū)進(jìn)行石油、煤炭、鹽類、地下水、金屬等資源勘查時(shí)，由于地表完全被第四系覆蓋，有時(shí)覆蓋厚度很大，可達(dá)上百米，在海洋石油勘探中，海水更深達(dá)上千米，這時(shí)最常用的野外勘探是地震和測(cè)井等工作。地震可以是二維的，也可能有三維的，它們主要反映了地下地質(zhì)體(層)的彈性特征，而測(cè)井則有很多種方法，比如密度測(cè)井、電阻率測(cè)井、微電極測(cè)井、測(cè)向測(cè)井、感應(yīng)測(cè)井、傾角測(cè)井、聲波測(cè)井、井徑測(cè)量、伽瑪測(cè)井，等等，都是從不同側(cè)面反映了地下地層或巖體的某方面信息，要想對(duì)地層或巖體有深入的認(rèn)識(shí)就必須將多種測(cè)井曲線綜合利用。另外，在測(cè)井過(guò)程中，獲取了大量地質(zhì)方面的數(shù)據(jù)，如巖性(芯)數(shù)據(jù)，這是很重要的原始地質(zhì)數(shù)據(jù)，反映了從井的上部到下部的詳細(xì)地質(zhì)情況，是研究有關(guān)該地區(qū)地質(zhì)情況的很好的原始材料。

地震方法的特點(diǎn)是面積性(三維)或者剖面性(二維)，但是與測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)相比，地震的分辨率低很多，測(cè)井分辨率則相當(dāng)高，但只代表一測(cè)井點(diǎn)下部的詳細(xì)信息，經(jīng)過(guò)處理后用來(lái)進(jìn)行解釋的地震數(shù)據(jù)如果能與測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)以及井巖性等地質(zhì)數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)將克服各自的局限，充分反映地下的地質(zhì)、構(gòu)造、礦產(chǎn)等情況。對(duì)于資源勘查尤其是石油、天然氣、煤炭、鉀鹽、磷塊巖等沉積礦產(chǎn)的勘查有很重要的意義，對(duì)于厚覆蓋區(qū)的勘查則意義更大。

為克服地震和測(cè)井解釋時(shí)各自的缺陷，發(fā)揮各自長(zhǎng)處，有必要將二者結(jié)合起來(lái)顯示并進(jìn)行解釋，這樣可以做到相互補(bǔ)充，取長(zhǎng)補(bǔ)短。因此，對(duì)地震和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行綜合利用很有必要。

1 多源數(shù)據(jù)融合

1.1 建立深時(shí)關(guān)系是融合的基本前提

地震數(shù)據(jù)在沒(méi)有建立速度場(chǎng)之前都是時(shí)間域的，而測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)都是深度域的，時(shí)間域的數(shù)據(jù)要與深度域數(shù)據(jù)融合在一起顯示，可以采用2種方式。一種方式是利用測(cè)井曲線中的聲波時(shí)差和密度曲線，沒(méi)有密度曲線的情況下可采用Gardner公式(張華，2009)將聲波曲線轉(zhuǎn)換而得到密度曲線，通過(guò)它們及選擇的子波(雷克子波、帶通子波或者從井旁地震道中提取的子波等)做合成地震記錄(圖1)，然后將該合成記錄不斷與井旁地震對(duì)比，對(duì)比的過(guò)程中不斷修改深時(shí)關(guān)系，使合成記錄與井旁地震道具有最大的相似性，這樣就可以獲得該口井從上到下的深時(shí)關(guān)系。在對(duì)所有井利用合成記錄的方法獲得它們相應(yīng)的深時(shí)關(guān)系后，就可以將所有深度域的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成時(shí)間域的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，然后與時(shí)間域的地震數(shù)據(jù)一起顯示在圖上，成為一張時(shí)間域的測(cè)井地震數(shù)據(jù)融合圖。

圖1 某井合成記錄與地震對(duì)比確定深時(shí)關(guān)系圖

另一種方式是將時(shí)間域的地震數(shù)據(jù)利用速度場(chǎng)轉(zhuǎn)化到深度域，然后與深度域的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)一起顯示成一張深度域的地震測(cè)井地質(zhì)數(shù)據(jù)剖面融合圖，這種圖更有實(shí)際意義，因更加接近地質(zhì)模型。為了制作合成記錄得到比較正確的深時(shí)關(guān)系，在測(cè)井過(guò)程中獲得井的聲波曲線或者叫聲波時(shí)差曲線是必要的，沒(méi)有它就做不了合成記錄，也就沒(méi)有獲得正確深時(shí)關(guān)系的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，這是一種超聲波測(cè)井，反映了在規(guī)定時(shí)間內(nèi)聲波在固體介質(zhì)內(nèi)的傳播速度，聲波曲線的值越大，反映地層的傳播速度越慢，地層彈性越差，反之，聲波值越小，則彈性越大，深度越大。聲波曲線是所有數(shù)據(jù)融合的基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)(張華，2009)，沒(méi)有這類曲線就根本做不到測(cè)井、地質(zhì)和地震數(shù)據(jù)的融合。由于野外測(cè)井中所測(cè)量的曲線可能還有一些異常值，而這些值嚴(yán)重影響所做的合成記錄的質(zhì)量，所以所編的軟件增加了曲線的編輯修改功能，保證用來(lái)做合成記錄的聲波曲線的準(zhǔn)確性，這些聲波數(shù)據(jù)可以結(jié)合提供的巖性數(shù)據(jù)與分層等數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯修改，在保證聲波曲線準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上，再利用子波等來(lái)做合成記錄。

1.2 合成記錄制作與標(biāo)定準(zhǔn)確是保證所建地下地質(zhì)模型準(zhǔn)確的關(guān)鍵

所謂合成記錄，它是合成地震記錄的簡(jiǎn)稱。就是利用聲波等曲線人為生成的一條模擬地震記錄而不是實(shí)際的地震記錄。標(biāo)定就是要確認(rèn)地震數(shù)據(jù)的時(shí)間到底對(duì)應(yīng)于什么深度，實(shí)際上就是對(duì)比此模擬地震記錄與實(shí)際地震記錄，在其最大相似的情況下確定深時(shí)關(guān)系，從而找到井旁地震道的各時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)于井曲線的那些深度點(diǎn)。下面從合成記錄的制作過(guò)程來(lái)分析：先將聲波曲線轉(zhuǎn)換成速度曲線(倒數(shù)關(guān)系)，再將速度曲線與密度曲線相乘，得波阻抗曲線，然后利用波阻抗曲線(Impd=Den×Velo)計(jì)算出反射系數(shù)曲線，再將反射系數(shù)曲線與選擇的雷克(Ricker)子波(也可選其他子波)進(jìn)行褶積(卜兆林，1980;牟允光，1981)即生成合成記錄曲線，該曲線與井旁地震進(jìn)行對(duì)比吻合比較好的話，井的深時(shí)關(guān)系就比較準(zhǔn)確(王家映，1986)。

式(1)中，D1，D2為反射點(diǎn)上下的密度;V1，V2為反射點(diǎn)上下層的速度;R為反射點(diǎn)的反射系數(shù)。

以上可以看出，制作合成記錄需要的原始數(shù)據(jù)是聲波、密度和子波。在沒(méi)有密度曲線的情況下，還可以由測(cè)井理論公式將聲波轉(zhuǎn)換成密度，由于密度從井的上部到下部變化不大，可以直接只用聲波曲線，所以聲波曲線的準(zhǔn)確度要求是最高的。另外，與合成記錄準(zhǔn)確度有關(guān)的是子波，可供選擇的子波有雷克子波、帶通子波等，帶通子波的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，旁瓣比較復(fù)雜，頻帶明顯較寬，因而有大量噪聲放進(jìn)，使信噪比降低。雷克子波的波形比較簡(jiǎn)單，頻帶比較窄，但旁瓣比較大，相當(dāng)于主波的46.4%，從而干擾了有效信號(hào)，保真度比較低。

俞氏子波(俞壽朋，1996)比較適合我國(guó)的地震勘探情況。實(shí)質(zhì)上，它是一種寬帶雷克子波，可提高其保真度(蔡希玲，2000)。此外，還可以對(duì)井旁地震數(shù)據(jù)確定時(shí)窗和數(shù)據(jù)半徑進(jìn)行提取子波的工作，這樣能保證制作合成記錄的子波的準(zhǔn)確度更高。

對(duì)于選擇的子波，提供了一個(gè)實(shí)時(shí)修改頻率相位的功能，就是讓子波的頻率相位變化后立即看到新的合成記錄與井旁地震的對(duì)比情況，這樣能更準(zhǔn)確地獲得以什么頻率或相位的子波做合成記錄合適，圖2為一簡(jiǎn)圖，通過(guò)滑動(dòng)滑竿改變相位和頻率，看到合成記錄的變化，并與井旁地震對(duì)比，為了更加明確要對(duì)比的是井所在的地震道，還把合成記錄疊加顯示在井旁地震道上，這樣可以更加清楚了解對(duì)比效果，為更準(zhǔn)確地得到深時(shí)關(guān)系，進(jìn)行不同域(深時(shí)域)數(shù)據(jù)顯示提供了基礎(chǔ)。

在合成記錄與井旁地震對(duì)比時(shí)，先上下移動(dòng)找到基本與井旁地震對(duì)比相似的部分區(qū)段，這時(shí)可以得到替換速度，也就得到了聲波曲線第一個(gè)采樣點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，然后再將合成記錄的波峰與井旁地震的波峰對(duì)比進(jìn)行微調(diào)，在波峰基本對(duì)好以后，利用多組波峰對(duì)準(zhǔn)的時(shí)間差值參數(shù)選擇軟件所提供的合成記錄重新計(jì)算功能，即可得到新的與地震道對(duì)比最好的合成記錄，也就同時(shí)確立了此時(shí)的深時(shí)關(guān)系。

圖2 子波相位頻率實(shí)時(shí)修改合成記錄圖

測(cè)井生產(chǎn)過(guò)程中除了各種曲線外，還有各種重要的取芯數(shù)據(jù)，包括巖芯數(shù)據(jù)，如不同深度的沉積巖石什么類型，另外還有油氣水?dāng)?shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)是非常重要的原始數(shù)據(jù)，對(duì)石油、煤炭、地下水或鹽類化工礦產(chǎn)等的勘查有很重要的意義。另外，測(cè)井解釋過(guò)程中可以產(chǎn)生很多新數(shù)據(jù)，比如分層數(shù)據(jù)、地層旋回?cái)?shù)據(jù)、石油的生儲(chǔ)蓋數(shù)據(jù)、沉積相數(shù)據(jù)，等等。如果對(duì)井旁地震進(jìn)行時(shí)頻分析還可以產(chǎn)生井位置從上到下的時(shí)頻數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)多是深度域的，但也有時(shí)間域的，如時(shí)頻分析數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)融合顯示在一個(gè)剖面圖上都需要深時(shí)關(guān)系來(lái)轉(zhuǎn)換，大量不同性質(zhì)的數(shù)據(jù)顯示在一個(gè)剖面圖上需要精心組織才行。

2 綜合剖面圖顯示

2.1 綜合剖面對(duì)比顯示

圖3 某井地質(zhì)數(shù)據(jù)柱狀顯示圖

測(cè)井地震綜合顯示的剖面圖中，在井方面能顯示的數(shù)據(jù)包括曲線(含波阻抗、速度)、合成記錄、反射系數(shù)、子波、巖性、地質(zhì)分層、地層、油氣水、生儲(chǔ)蓋(生油層、儲(chǔ)層、蓋層)、地層旋回、文字解釋等數(shù)據(jù)，地震數(shù)據(jù)中可以進(jìn)行層位和斷層拾取等(圖3)，這些數(shù)據(jù)有的是原始數(shù)據(jù)，有的是測(cè)井解釋過(guò)程中生成的數(shù)據(jù)，為了使這些數(shù)據(jù)有機(jī)組成而不亂，采用數(shù)據(jù)樹(shù)的方式來(lái)組織這些數(shù)據(jù)，按數(shù)據(jù)類型來(lái)組織成各類數(shù)據(jù)樹(shù)中的節(jié)點(diǎn)，并且把原始曲線和生成曲線進(jìn)行分開(kāi)。把需要顯示的深時(shí)數(shù)據(jù)以深度或時(shí)間標(biāo)尺(或深時(shí)混合標(biāo)尺)來(lái)表示。在顯示的圖中，由于垂直方向和水平方向比例尺可以不一致，所以產(chǎn)生的剖面圖可以產(chǎn)生類似哈哈鏡的效果。如圖4中的層位特別陡，是因?yàn)橛邢薨婷骘@示兩井和地震數(shù)據(jù)，水平方向比例尺小的緣故。

圖4 連井地震綜合解釋軟件主界面示意圖

應(yīng)用過(guò)程中，先同時(shí)把兩口井的深時(shí)關(guān)系利用合成記錄與井旁地震對(duì)比編輯得到，然后結(jié)合得到的巖性數(shù)據(jù)以及其他井?dāng)?shù)據(jù)(包括編輯解釋生成的數(shù)據(jù))將它們顯示在剖面圖中(圖5)。可以看出，用合成記錄標(biāo)定得到的深時(shí)關(guān)系繪制的圖形，明顯反映了測(cè)井曲線與地層巖性、地震等的對(duì)應(yīng)關(guān)系，兩條紅色的地震層位拾取線反應(yīng)了礫巖或砂巖層的出露部位，地層旋回也有較好的反映。

圖5 連井地震剖面對(duì)比圖

2.2 存在問(wèn)題與討論

(1)在每口井的深時(shí)關(guān)系出來(lái)以后，對(duì)于井之間的深時(shí)關(guān)系，除了可以利用地震解釋軟件得到的速度場(chǎng)來(lái)顯示深度域剖面外，是否可以研究利用井深時(shí)關(guān)系及井之間的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)克立金插值，從而獲得比較正確的速度場(chǎng)(張仁鐸，2006)。目前來(lái)看，由于井?dāng)?shù)據(jù)的單一性，可能不符合統(tǒng)計(jì)學(xué)要求的樣本數(shù)。

(2)是否可以利用已知的巖性柱，利用地層的馬爾科夫鏈性質(zhì)(趙鵬大，1983)自動(dòng)生成地層旋回?cái)?shù)據(jù)，目前張光前等(1989)的環(huán)流分解法，在選擇地層旋回頂?shù)椎臉?biāo)志層上并不是一定選擇極限概率矩陣?yán)锏淖畲蟾怕蕵?biāo)志層，存在主觀選擇因素，所以，可能在軟件自動(dòng)生成上有一定的難度，軟件只可能選擇最大概率出現(xiàn)的地層，如果實(shí)現(xiàn)了的話是否經(jīng)得起實(shí)踐檢驗(yàn)有待觀察。

3 結(jié)論

對(duì)測(cè)井與地震綜合顯示以及相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化方面進(jìn)行了一些探索，在數(shù)據(jù)組織方便性，多口井合成記錄生成及編輯靈活性，子波選擇與實(shí)時(shí)相位頻率修改，反射系數(shù)與子波分布褶積顯示等方面有國(guó)內(nèi)同類軟件所沒(méi)有的特色，這些為建立地下模型的速度場(chǎng)方面發(fā)揮了獨(dú)自的優(yōu)勢(shì)。利用曲線屬于不同井，按照選擇曲線的先后順序來(lái)顯示所有數(shù)據(jù)，對(duì)已經(jīng)顯示好的數(shù)據(jù)可再隨意調(diào)整順序，使軟件的靈活運(yùn)行方面有較大的優(yōu)勢(shì)，對(duì)煤田、化工、石油等勘探行業(yè)確立地下地層模型等方面有較大的意義。

進(jìn)一步研究工作：(1)用測(cè)井原理，利用提供的測(cè)井曲線進(jìn)行有關(guān)參數(shù)的計(jì)算，以便得到更加重要的參數(shù)，比如滲透率、飽和度等(張華，2009)。(2)對(duì)井所在的地震道進(jìn)行時(shí)頻分析(熊翥，1993)，進(jìn)一步克服地震分辨率低的弱點(diǎn)，在時(shí)頻分析結(jié)果出來(lái)后，將其顯示在井?dāng)?shù)據(jù)道中，因高頻對(duì)應(yīng)于薄層集中的地下部位，而低頻段則對(duì)應(yīng)于厚地層分布的地下部位，這樣可以對(duì)地層進(jìn)行更好的判斷。(3)考慮引進(jìn)利用判別分析的方法，先建立標(biāo)準(zhǔn)井曲線和巖性柱之間的判別關(guān)系式(長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院數(shù)學(xué)地質(zhì)研究室，1983)，再利用未知井測(cè)井曲線自動(dòng)生成巖性柱(李昌，2006)。

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Integration and realization of seismic，well logging and geological data

DING Wei-ping1，YU Xian-chuan2

(1.Geological Institute，China Chemical Geology and Mine Bureau，Zhuozhou 072754，Hebei;2.School of Information Science and Technology，Beijing Normal University，Beijing 100875，China)

The data of geological model in heavy overburden areas was dependant on seismic data and well logging data.Seismic data was characteristic of wide reflecting range and low resolution，well logging data was characteristic of high resolution and small reflecting range.The focal points of demonstration for the paper were to combine the seismic data and well logging data effectively.In a form of data tree，the explanation organized the well logging and seismic data，generated and edited the synthetic notes of the wells to determine the when and deep relationship of different wells，set foundations for the integration and display of seismic data and well logging data in different domains，provide foundation for making synthetic notes of modification of frequency and phase for real time wavelet that would be proved to be an advanced method for geological model building.

Synthetic notes;Geological model;When and deep relationship;Frequency;Phase;Real time modification;Purpose layer;Distribution of convolution

TE122

A

1674-3636(2012)01-0048-06

2012-01-05;編輯：陸李萍

國(guó)家自然科學(xué)基金(41072245);北京市自然科學(xué)基金(4102029);中國(guó)石油集團(tuán)“十一五”“十大科研項(xiàng)目”之地質(zhì)建模子項(xiàng)目基金(1212010733810)

丁衛(wèi)平(1965— )，男，高級(jí)工程師，地球化學(xué)和數(shù)學(xué)地質(zhì)專業(yè)，E-mail：weipingding@sohu.com

10.3969/j.issn.1674-3636.2012.01.48