基于統(tǒng)計學方法的地震屬性分析技術應用

張向宇， 朱建偉， 韓立國

(1. 國土資源部海底礦產資源重點實驗室，廣東廣州510075； 2.廣州海洋地質調查局，廣東廣州510075； 3.吉林大學地球科學學院，吉林長春130026； 4.吉林大學地球探測科學與技術學院，吉林長春130061)

?

基于統(tǒng)計學方法的地震屬性分析技術應用

張向宇1，2， 朱建偉3， 韓立國4

(1. 國土資源部海底礦產資源重點實驗室，廣東廣州510075； 2.廣州海洋地質調查局，廣東廣州510075； 3.吉林大學地球科學學院，吉林長春130026； 4.吉林大學地球探測科學與技術學院，吉林長春130061)

摘要：通過對吉林油田梁家地區(qū)2段地層的地質、地震、測井數(shù)據(jù)進行綜合分析，提取振幅、能量、反射強度等地震屬性，采用統(tǒng)計學中常用的聚類分析法和回歸分析法對屬性進行優(yōu)選和組合，從而進行儲層參數(shù)預測，最終得到研究區(qū)2段地層砂地比和砂巖厚度的預測圖。根據(jù)單井資料總結出工區(qū)沉積相與地震屬性特征的對應關系，供后續(xù)的區(qū)域沉積相分布推測等工作參考。

關鍵詞：地震屬性；儲層參數(shù)預測；統(tǒng)計學；吉林

0引言

地震屬性分析技術是地震資料解釋領域中的一個重要組成部分，隨著油氣勘探開發(fā)對象復雜程度的增加,地震屬性分析技術得到了越來越多的應用。地震屬性的誕生主要歸功于20世紀60年代末數(shù)字化記錄技術，從那時起，知道了薄層反射波的振幅對薄層的厚度較為靈敏，根據(jù)薄層反射波的振幅對薄層厚度的變化，利用薄層調諧厚度的概念進行薄層解釋。20世紀70年代，發(fā)現(xiàn)了含氣砂巖波阻抗的異常變化，使用瞬時屬性的亮點(暗點)技術對含氣砂巖儲集體進行預測。20世紀80年代出現(xiàn)AVO(振幅隨炮檢距變化)分析技術，改進含氣砂巖和巖石孔隙中的飽和成分的預測，給出了巖石泊松比對比度增大的標志，以鑒別巖性和巖石孔隙度。20世紀90年代，地震屬性分析技術迅速發(fā)展，研究領域從儲層研究逐漸地進入了沉積相、亞相乃至微相研究(佩頓，1980；布朗等，1988；孫家振等，2002；高林等，2004)。

以地震屬性分析技術理論為基礎，提取工區(qū)2段地層的振幅、能量、頻率、相位、反射強度等基本地震屬性，運用統(tǒng)計學方法中常用的聚類分析及回歸分析方法進行屬性優(yōu)選及組合，并對2段地層砂地比和砂巖厚度2個儲層參數(shù)進行預測，為進一步的沉積相分析提供參考。

1工區(qū)地質背景

研究區(qū)位于吉林油田岔路河斷陷南部的梁家構造區(qū)，岔路河斷陷位于伊通盆地北部，其東南部和西北兩側邊界分別為岔路河斷層和大黑山斷層，西南界為二號斷層，東北界為烏拉街斜坡，構成北東向展布的斷陷盆地。本次主要研究萬昌組一段、二段地層，簡稱萬一段、萬二段(表1)。

2地震屬性分析技術原理

2.1地震屬性概念

地震屬性指的是那些由疊前或疊后地震數(shù)據(jù)，經過數(shù)學變換而導出的有關地震波的幾何學、運動學、動力學或統(tǒng)計學特征。

地震波在地層中傳播是個復雜的過程，是對地下地層特征的一種綜合反映，地震信號的特征由巖

表1地層劃分

Table1Stratigraphicdivision

層物理性質及其變異直接引起。地下地層性質的空間變化，必然導致地震反射波特征的變化，進而影響地震屬性的變化。當?shù)叵碌貙雍蜌鈺r，地震響應會發(fā)生變化，同樣地震屬性也隨之變化。地震波通過含油氣地層時產生的地震屬性異常變化往往要比巖石物性變化引起的屬性異常突出。因此，一方面地震屬性包含有地下地層信息，另一方面地震屬性和儲層的含油氣性之間也必然存在某種形式的內在聯(lián)系，是地震屬性技術預測油氣的理論基礎(陳遵德，1998)。

2.2地震屬性分析技術工作流程

研究的工作流程如圖1。

圖1　地震屬性分析技術工作流程圖Fig.1　Workflow chart of seismic attribute analysis technique

工區(qū)范圍內有若干井孔，集中于工區(qū)南部區(qū)域，野外采用聲波測井方式對其進行測量。同時搜集工區(qū)的地質構造、沉積等方面的歷史資料，并結合鉆孔資料以了解工區(qū)的地質概況。

3工區(qū)屬性提取

3.1層位劃分

將聲波測井資料經過人工合成轉換成地震記錄，形成合成地震記錄，用以進行層位標定，本次研究中地層劃分情況如圖2。圖中，藍、棕、粉、紅4種顏色的線條分別代表Ta、Ta1、Ta2、Tb4個地層界線，其中，Ta為齊家組與萬三段分界線，Ta1為萬三段與萬二段分界線，Ta2為萬二段與萬一段界線，Tb為萬一段與永吉組分界線。

圖2　某測線地震剖面層位劃分圖Fig.2　Seismic profile showing horizontal division along a survey line

3.2地震屬性提取

地震屬性提取通常有2種，即沿單道同相軸提取界面屬性，或由地震數(shù)據(jù)體導出屬性體得到體積屬性(曾忠等，2006)。本次提取的是工區(qū)的界面屬性，選擇兩層位之間的時窗提取。在工作站系統(tǒng)中給出了振幅、頻率、相位、能量等21個屬性，在此只選擇幾個有代表性的、能夠更好地反映研究問題的屬性進行提取，以避免屬性重復。此次選擇提取下列8個屬性：平均絕對值振幅、均方根振幅、反射強度、平均能量、平均瞬時頻率、平均瞬時相位、總振幅及平均反射強度斜度。

4地震屬性優(yōu)化

4.1地震屬性優(yōu)化原理

在進行地震儲層預測時，通常引入與儲層預測有關的各種地震屬性。地震屬性的引入通常要經過由少到多、又由多到少的過程。對地震屬性優(yōu)化就是利用以往的經驗或數(shù)學方法，優(yōu)選出對所求解問題最敏感、最有效和最有代表性的屬性個數(shù)的地震屬性組合，從而改善與地震屬性有關的處理及解釋方法的效果(張延玲等，2005；季敏等，2006)。

采用聚類分析方法選擇最優(yōu)屬性組合，與上述方法相比，該方法比較成熟，能考慮干擾和噪聲的影響，識別模式基元能力強，只是該方法在優(yōu)選含油氣信息量大的地震參數(shù)時較為困難。因此，采取先提取地震屬性，分析優(yōu)選出與油氣相關性好的地震屬性作為聚類分析的輸入。

4.2研究區(qū)地震屬性優(yōu)化

4.2.1相關分析從工區(qū)內若干鉆孔中選出采集質量較好的15口井(代號分別為Ch12、Ch28、Ch29、Ch29-1、Ch30、Ch105、X2、X19、X19-2、X19-3、X108、X109、X109-2、X109-3、X120)，這些井口處的砂地比和砂巖厚度2個參數(shù)已先期通過其他方法得到。同時，根據(jù)各井口位置坐標由處理系統(tǒng)中提取各井口處的均方根振幅、反射強度、瞬時頻率等8個地震屬性值。采取統(tǒng)計學中常用的相關分析方法，計算不同段地層的相關系數(shù)(表2、表3)。

從表2、表3中可以看出各參數(shù)之間的相關程度，萬二段地層與砂地比和砂巖厚度相關度最大的是平均能量、均方根振幅、平均絕對值振幅和反射強度4個屬性，這4個屬性之間的相關性較好。萬一段地層也是這4個參數(shù)與砂地比和砂巖厚度的相關系數(shù)最大，相關性最好，這4個屬性之間的相關系數(shù)也較大，相關性較好。

表2　萬二段工區(qū)15口井處各參數(shù)相關系數(shù)統(tǒng)計結果

注：ENERGY-平均能量；ABS-平均絕對值振幅；RMS-均方根振幅；REF-反射強度；FREQ-平均瞬時頻率；PHASE-平均瞬時相位；SLPREF-平均反射強度斜度；TOLAMP-總振幅；SHD-砂地比；HD-砂巖厚度

表3　萬一段工區(qū)15口井處各參數(shù)相關系數(shù)統(tǒng)計結果

注：ENERGY-平均能量；ABS-平均絕對值振幅；RMS-均方根振幅；REF-反射強度；FREQ-平均瞬時頻率；PHASE-平均瞬時相位；TOLAMP-總振幅；SLPREF-平均反射強度斜度；SHD-砂地比；HD-砂巖厚度

4.2.2聚類分析進行相關分析后，得到與所求儲層參數(shù)相關性最好的幾組地震屬性。為進一步找尋最優(yōu)屬性組合，進行聚類分析(洪余剛等，2007；姜宏章等，2007)，得到譜系圖(圖3、圖4)。

分析上述譜系圖，萬二段地層最優(yōu)屬性組合是均方根振幅和平均能量屬性，萬一段地層最優(yōu)屬性組合是均方根振幅、平均反射強度和平均絕對值振幅3個地震屬性，由此完成了針對研究區(qū)2段地層2組儲層參數(shù)的地震屬性優(yōu)化工作。

圖3　 萬二段地震屬性聚類分析譜系圖ENERGY-平均能量；RMS-均方根振幅；RABS-平均絕對值振幅；EF-反射強度；SLPREF-平均反射強度斜度；PHASE-平均瞬時相位；FREQ-平均瞬時頻率；TOLAMP-總振幅Fig.3　Cluster analysis dendrogram of seismic attributes of the 2nd member of Wangchang Formation

圖4　 萬一段地震屬性聚類分析譜系圖RMS-均方根振幅；REF-反射強度；ABS-平均絕對值振幅；ENERGY-平均能量；TOLAMP-總振幅；SLPREF-平均反射強度斜度；FREQ-平均瞬時頻率；PHASE-平均瞬時相位；；Fig.4　Cluster analysis dendrogram of seismic attributes of the 1st member of Wangchang Formation

5地震屬性組合及其在儲層預測中的應用

5.1線性回歸分析對優(yōu)選屬性組合

由聚類分析得到的最優(yōu)地震屬性組合，可運用已有15口井處的8個地震屬性數(shù)值及由前期相關地質工作得到的井口處的砂地比和砂巖厚度數(shù)據(jù)，運用統(tǒng)計學中的線性回歸方法擬合計算公式，進而將擬合公式應用到全研究區(qū)的砂地比和砂巖厚度預測中(時立文，2012)。

首先分析萬二段15口井數(shù)據(jù)，得到線性回歸擬合公式。用擬合公式對15口井進行回放檢測，發(fā)現(xiàn)在這15口井處的絕對誤差相差分布很不均勻，誤差最大值與最小值相差較大，經過調整2個模型中的常數(shù)項來調節(jié)井口處相應參數(shù)的絕對誤差，使其達到最合適的值的分布，得到改進的擬合公式為：

Y=-0.000 000 631·eng+0.018 29·rms-8.559

這幾年村子的外觀變化比較大。由于政府沒有統(tǒng)一規(guī)劃，村民們根據(jù)各自需要，改成了清一色的現(xiàn)代平房或者樓房。比如，像花石頭這個地方，現(xiàn)在村民住的地方，已經像一個集鎮(zhèn)，到處是新蓋的房子，每家差不多都寫著接待游客的標識。這個村子，原來的位置不在這里，在距離一公里的山洼里。他們的房子，也是傳統(tǒng)的土坯瓦房。就因為旅游，他們全都搬到了公路邊，原來的老房子就荒廢了。

(1)

H=-0.000 028·eng+0.115·rms-28.6

(2)

式(1)、(2)中，Y代表砂地比，H代表砂巖厚度，eng代表平均能量屬性，rms代表均方根振幅屬性。

對于萬一段的15口井口數(shù)據(jù)，同樣對數(shù)據(jù)進行回歸分析，采用優(yōu)選屬性組合均方根振幅、平均絕對值振幅和反射強度，得到擬合公式。然后運用擬合公式對15口井進行回放檢驗，通過改變常數(shù)項對所有井的2個參數(shù)分別進行相對誤差調節(jié)，使15口井處的推算數(shù)據(jù)與真實數(shù)據(jù)相對誤差在一個合理的分布狀態(tài)下，得到改進的擬合公式為：

Y=-0.004 48·rms+0.029 49·abs-0.011 2·

ref+18.726

(3)

H=-0.037·rms+0.076 6·abs-0.010 2·ref+

58.254

(4)

5.2儲層參數(shù)預測

在前面的屬性提取階段系統(tǒng)已輸出全區(qū)各屬性值，這里為方便作等值線圖，對這些原始屬性值進行篩選，以20m×20m的測線間隔進行選擇，然后運用上述得到的擬合公式求出全工區(qū)的砂地比和砂巖厚度，完成對2層地層的儲層參數(shù)預測，結果見圖5—圖8。

由此，完成了從地震屬性分析到儲層參數(shù)預測的全部工作，在整個過程中，對最終結果起較重要作用的為測井數(shù)據(jù)和地震數(shù)據(jù)的質量，尤其是選取的15口井孔處的數(shù)據(jù)質量。本次工作采用經過偏移等處理后的二維地震剖面，并借助測井資料進行層位的標定，地層劃分正確與否影響到后續(xù)的地震屬性提取工作。此外，15口井孔處的儲層參數(shù)信息需作為后續(xù)聚類分析和回歸分析的樣本數(shù)據(jù)，直接影響到最終推算數(shù)據(jù)的誤差，因此要求其具有一定的準確性，一般需要借助實驗手段得到。因選作樣本數(shù)據(jù)的15口井均位于工區(qū)的南部，由統(tǒng)計學知識可知，得到的推算數(shù)據(jù)距離樣本越近則準確性越好，因此工區(qū)南部區(qū)域得到的儲層參數(shù)預測結果可靠性較高，而其他區(qū)域稍差。由此可知，在選擇樣本數(shù)據(jù)時，除考慮樣本數(shù)據(jù)的準確性外，還需考慮其位置以及數(shù)量，對于一個工區(qū)，當樣本數(shù)據(jù)遍布工區(qū)各區(qū)域，且數(shù)量越多，準確度越高，則得到的推算結果可靠性越好。對于研究區(qū)，由于受制于野外采集條件，只取得了南部區(qū)域15口井的數(shù)據(jù)作為樣本，使得到的預測結果不夠理想，有待改進。

圖5　萬二段砂地比預測成果圖Fig.5　Prediction results of sandstone to formation ratio of the 2nd member of Wanchang Formation

圖6　萬二段砂巖厚度預測成果圖Fig.6　Prediction results of sandstone thickness of the 2nd member of Wanchang Formation

圖7　萬一段砂地比預測成果圖Fig.7　Prediction results of sandstone to formation ratio of the 1st member of Wanchang Formation

圖8　萬一段砂巖厚度預測成果圖Fig.8　Prediction results of sandstone thickness of the 1st member of Wanchang Formation

在得到儲層參數(shù)預測結果后，根據(jù)工區(qū)15口井處的單井沉積相及各屬性值的情況可總結出針對研究區(qū)的沉積相與地震屬性之間的對應關系(表4)。

根據(jù)表4總結得到的沉積相與地震屬性特征對應關系，可在各個層面圖上由地震屬性數(shù)值大致勾畫出一個區(qū)域的沉積相輪廓，再將這些圖整合得到一個綜合的沉積輪廓圖，然后再結合砂地比和砂巖厚度預測成果圖，便可得到基于地震屬性的沉積相推測圖，該工作有待下一步完成。

表4　工區(qū)沉積相與地震屬性特征對應關系

6結論

(1) 運用聚類分析法進行地震屬性優(yōu)化取得了一定的效果，從得到的譜系圖中可以清晰地識別出最優(yōu)的地震屬性組合，由分析結果可知均方根振幅、平均能量、平均絕對值振幅、平均反射強度4個地震屬性在研究中能較明顯地顯示研究區(qū)的地質情況，是反映該研究區(qū)巖性情況最為有效的地震屬性。

(2) 在對優(yōu)選后的地震屬性采用線性回歸分析的方法進行組合，擬合出儲層參數(shù)預測公式，并根據(jù)井數(shù)據(jù)回放對擬合公式進行調整，得到最終的參數(shù)預測公式，由此計算得到研究區(qū)砂地比和砂巖厚度的最終推算結果。

(3) 通過單井沉積相與地震屬性特征的對應關系，可以為全區(qū)沉積相推測提供證據(jù)，有利于下一步工作的開展。

總體看來，運用統(tǒng)計學方法實現(xiàn)屬性優(yōu)選和組合并進行儲層參數(shù)預測是一個不錯的途徑，為今后類似的工作提供了一種新的思路。

參考文獻：

布朗LF，費舍爾WL，1988.地震地層學解釋與石油勘探[M].曾洪流，張萬選，譯.北京：石油工業(yè)出版社.

陳遵德，1998.儲層地震屬性優(yōu)化方法[M].北京：石油工業(yè)出版社.

高林,楊勤勇，2004.地震屬性技術的新進展[J].石油物探,43(增刊1):10-16.

洪余剛，趙華，梁波,等，2007.利用地震屬性聚類分析技術預測遼河油田有利油氣聚集帶[J].西安石油大學學報(自然科學版),22(4):35-39.

季敏，王尚旭，陳雙全，2006.地震屬性優(yōu)選在油田開發(fā)中的應用[J].石油地球物理勘探,41(2):103-107.

姜宏章，秦月霜，李紅英，2007.井資料聚類聯(lián)合地震屬性優(yōu)化儲層預測方法[J].世界地質,26(2):254-258.

佩頓CE， 1980.地震地層學：在油氣勘探中的應用[M].牛毓荃，徐懷大，陳俊生，等譯.北京：石油工業(yè)出版社.

孫家振，李蘭斌，2002.地震地質綜合解釋教程[M].北京：中國地質大學出版社.

時立文，2012.SPSS19.0統(tǒng)計分析：從入門到精通[M].北京：清華大學出版社.

張延玲，楊長春，賈曙光，2005.地震屬性技術的研究和應用[J].地球物理學進展，20(4)：1129-1133.

曾忠，閻世信，魏修成，等，2006.地震屬性解釋技術的研究及確定性分析[J].天然氣工業(yè)，26(3):41-43.

Application of seismic attribute analysis technique based on statistical method

ZHANG Xiangyu1，2, ZHU Jianwei3, HAN Liguo4

(1.KeyLaboratoryofMarineMineralResources,MinistryofLandandResources,Guangzhou510075;Guangdong,China; 2.GuangzhouMarineGeologicalSurvey,Guangzhou510075,Guangdong,China; 3.CollegeofEarthSciences,JilinUniversity,Jinlin130026,Changchun,China; 4.CollegeofGeoexplorationScienceandTechnology,JilinUniversity,Jilin130061,Changchun,China)

Abstract：With seismic attributes analysis technology, the authors analyzed the geology, seismic and logging data to extract seismic attributes of amplitude, energy and reflection strength for the two strata in the Liangjia area of Jilin oilfield. Cluster analysis and regression analysis is used for attribute choosing and grouping to predict reservoir parameters, and finally predicted the sandstone to formation ratios and sandstone thickness for the two strata in the study area. In addition, the paper studied the correspondence of sedimentary facies to seismic attribute characteristics with logging data, which may lay a foundation for the subsequent prediction of regional sedimentary facies.

Keywords：seismic attribute； reservoir parameters prediction； statistics; Jilin Province

doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2016.02.265

收稿日期：2015-10-26；修回日期：2015-11-24；編輯：蔣艷

基金項目：國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)(2013AA0925010104)項目“天然氣水合物專項數(shù)據(jù)庫建設及戰(zhàn)略研究”(GZH201100312-03)

作者簡介：張向宇(1987—)，女，工程師，碩士，主要從事海洋重磁資料處理工作，E-mail： zhang5821421@163.com

中圖分類號：P631.4+4

文獻標識碼：A

文章編號：1674-3636(2016)02-0265-08