基于全局優(yōu)化地層模型的地震層位自動追蹤技術(shù)及在鄂南應(yīng)用效果分析

王善明

（中國石化華北油氣分公司勘探開發(fā)研究院，河南鄭州 450006）

常規(guī)的地震層位追蹤解釋方法是按照解釋人員已有的認(rèn)識進(jìn)行手工追蹤或在局限的二維視野內(nèi)自動追蹤。這些方法既耗時又費(fèi)力，還受制于地震資料的品質(zhì)和地質(zhì)條件的復(fù)雜性。近年來，有多種層位追蹤方法提出，其中適用性較強(qiáng)的方法有兩種。在地震剖面中，地震波的波峰或者波谷位置的同相軸往往是地下地質(zhì)界面的反應(yīng)，尋找波谷或波峰最大值追蹤即為波形特征追蹤。在地震波形同相軸無大的相位異常或突變，無大斷層和無分叉的情況下，波形特征追蹤適用性強(qiáng)。地下地質(zhì)界面在局部區(qū)域具有一定的連續(xù)性、穩(wěn)定性，反映到地震時間剖面上，則表現(xiàn)為相鄰地震道上的連續(xù)性、相似性，這樣就可以用地震波的相關(guān)性來實(shí)現(xiàn)層位的自動追蹤。但這些方法主要應(yīng)用于高品質(zhì)地震資料和地質(zhì)條件簡單的區(qū)域，而鄂南不是很滿足以上條件，故該方法適用性不強(qiáng)。為此，提出了一種基于全局優(yōu)化地層模型的地震層位自動追蹤技術(shù)[1-5]。

1 基于全局優(yōu)化地層模型的地震層位自動追蹤技術(shù)原理

首先建立一個規(guī)則的網(wǎng)格數(shù)據(jù)，在地震樣本點(diǎn)之間創(chuàng)造一些聯(lián)系。首先，將地震數(shù)據(jù)體分成規(guī)則的正方網(wǎng)格體，每個網(wǎng)格體都會被賦予其XUTM，YUTM坐標(biāo)。這樣就可以利用UTM坐標(biāo)系統(tǒng)來組織計算地震樣本點(diǎn)之間的聯(lián)系。為了計算地震點(diǎn)間的聯(lián)系，首先計算出同一個模型網(wǎng)格相鄰地震道間的相關(guān)圖。當(dāng)賦予其相關(guān)門檻值時，符合門檻值的節(jié)點(diǎn)就會自動連接在一起（見圖1）。

形成的面元網(wǎng)格單元很小，不能直接用于層位追蹤。故前面生成的面元網(wǎng)格體需要進(jìn)一步優(yōu)化，形成具有一定規(guī)模的面元網(wǎng)格體。假定地質(zhì)差異性隨著距離的增加而變大，且其規(guī)律符合高斯定律。下面引入成本函數(shù)，如式（1）所示。為了尋找到最佳的地質(zhì)模型，該算法從最初地震樣本點(diǎn)開始逐步計算，直到其成本最低為止。面元網(wǎng)格如何通過成本函數(shù)得到最佳的網(wǎng)格數(shù)據(jù)體（見圖2）。

2 基于全局優(yōu)化地層模型的地震層位自動追蹤技術(shù)的適用性分析

2.1 基于全局優(yōu)化地層模型的地震層位自動追蹤技術(shù)特點(diǎn)

圖1 面元網(wǎng)格生成示意圖

圖2 模型優(yōu)化原理示意圖

基于全局優(yōu)化地層模型的地震層位自動追蹤技術(shù)從原理上講很簡單，實(shí)現(xiàn)起來也比較容易，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）運(yùn)算速度快，自動形成層序體，層位追蹤解釋效率極大提高；（2）摒棄傳統(tǒng)的單剖面解釋模式，采用體解釋模式，自動化建立模型合理化程度高，提升了解釋精度和準(zhǔn)確度；（3）100%尊重原始地震資料，排除了井和模型因素的影響；（4）提高了剖面的可解釋性，尤其便于薄砂層的解釋。

基于全局優(yōu)化地層模型的地震層位自動追蹤技術(shù)也存在以下不足：（1）對地震資料品質(zhì)要求比較高；（2）應(yīng)用條件受構(gòu)造復(fù)雜性與沉積穩(wěn)定性影響（見圖3）。

2.2 易混淆的兩個概念

基于全局優(yōu)化地層模型的地震層位自動追蹤技術(shù)、基于波形特征層位自動追蹤技術(shù)與基于相關(guān)層位自動追蹤技術(shù)容易混淆。基于波形特征層位自動追蹤技術(shù)是基于地震波的波峰或者波谷位置的同相軸往往是地下地質(zhì)界面的反應(yīng)，尋找波谷或波峰最大值單剖面追蹤的方法?；谙嚓P(guān)層位自動追蹤技術(shù)是依據(jù)地下地質(zhì)界面在局部區(qū)域具有一定的連續(xù)性、穩(wěn)定性，反映到地震時間剖面上，則表現(xiàn)為相鄰地震道上的連續(xù)性、相似性的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)層位自動追蹤的方法，但這種方法僅適用于局部，擴(kuò)展性差。而基于全局優(yōu)化地層模型的地震層位自動追蹤技術(shù)是在局部相關(guān)性分析基礎(chǔ)上，通過成本函數(shù)使其模塊成體。

圖3 不同地震資料下的面元網(wǎng)格示意圖

3 應(yīng)用實(shí)例

鄂爾多斯盆地中南部有五個主體探區(qū)，跨陜甘寧蒙四省區(qū)，總面積一萬多平方千米，其中三維地震面積四千平方千米。五個區(qū)塊的三維地震數(shù)據(jù)體的時間域在3.5 s～4 s區(qū)域，且每個區(qū)塊有多家處理的三維地震資料，各自地震資料品質(zhì)不一、目的層不一，層位數(shù)據(jù)解釋是一個龐大的工作量。

鄂爾多斯盆地中南部五個勘探區(qū)塊的T9b或T4的T0圖（見圖4），其三維面積總達(dá)四千多平方千米。利用傳統(tǒng)的解釋方案在如此龐大的地震工區(qū)解釋出如圖4所示的一個單層位，2個解釋員參與的情況下至少需要一至兩個月的時間，而且解釋員必須有整個三維工區(qū)的構(gòu)造形態(tài)知識儲備以及局部波形形態(tài)差異性因素知識儲備?；谌謨?yōu)化地層模型的地震層位自動追蹤僅需要一周的時間完成上面所提到的工作，而且在三維區(qū)間內(nèi)更改方便，極大地提高了工作效率及解釋方案的精確度。追蹤的層位是基于地層模型的，并不像傳統(tǒng)解釋方案受解釋員的經(jīng)驗影響那么大，忠于地震數(shù)據(jù)，可控性強(qiáng)。

利用基于全局優(yōu)化地層模型的地震層位自動追蹤技術(shù)對旬邑-宜君三維區(qū)內(nèi)地震數(shù)據(jù)測試追蹤，其追蹤效果（見圖5（b））。地震資料品質(zhì)好的區(qū)域，生成的地層模型垂向繼承規(guī)律強(qiáng)、橫向連續(xù)性好（見圖5（a）），自動追蹤出來的層位連續(xù)性好、解釋質(zhì)量高；淺層地震資料信噪比較低、品質(zhì)差，模型面元網(wǎng)格比較瑣碎，很難連接成大的面元網(wǎng)格體，故生成的地層模型出現(xiàn)空白帶，進(jìn)而在自動追蹤的層位上表現(xiàn)為黑色空缺區(qū)域。遺留下來的空缺帶可以通過主干線與聯(lián)絡(luò)線的波形特征自動追蹤來彌補(bǔ)。

圖5 不同品質(zhì)下的地震資料對層位追蹤的影響及修補(bǔ)示意圖

該方法不僅僅適用于傳統(tǒng)的地震層位追蹤工作，同樣更適用于地質(zhì)體雕刻。砂體垂向?qū)哟味?、銜接度不一，橫向展布變化快、砂體瑣碎、組合很難。一般人工自動追蹤砂體需求時間較長，其雕刻的砂體很難達(dá)到準(zhǔn)確地表征其砂體的頂?shù)酌?，單剖面砂體組合缺少砂體整體展布概念，很難得到確切的砂體展布圖。巖性反演體本身就含有地層模型概念，按照該技術(shù)方法將其分成若干等分地層切片。然后在每個地層切片上勾劃出其平面展布范圍，并依照其地質(zhì)體垂向分布關(guān)系組合成單砂體，這樣就可以得到砂體展布形態(tài)及疊合情況。

4 結(jié)論

本文提出的方法，是一種基于三維地震資料全局優(yōu)化地層模型的地震層位自動追蹤技術(shù)。通過分析其相鄰地震道相關(guān)性組合成面元網(wǎng)格，而后依據(jù)成本函數(shù)分析其面元網(wǎng)格間連接的可靠性，最終形成最佳的地層模型。在此地層模型基礎(chǔ)上，只需提取需要的層位即可。

通過應(yīng)用實(shí)例分析可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）運(yùn)算速度快，自動形成層序體，層位追蹤解釋效率極大提高。

（2）摒棄傳統(tǒng)的單剖面解釋模式，采用體解釋模式，自動化建立模型合理化程度高，提升了解釋精度和準(zhǔn)確度。

（3）在地震波形比較復(fù)雜的情況下，可以綜合應(yīng)用地震層位自動追蹤技術(shù)與人工解釋。

中國石油自主開發(fā)成功器外完全硫化態(tài)配套催化劑

8月30日，由中國石油石油化工研究院、呼和浩特石化、福州大學(xué)等共同開發(fā)的器外完全硫化態(tài)GARDES-II技術(shù)配套催化劑在呼石化120萬噸/年汽油加氫裝置應(yīng)用成功，這是中國石油首套采用自主技術(shù)制備完全硫化態(tài)加氫催化劑開工的加氫裝置。

與傳統(tǒng)的器內(nèi)硫化和近年來逐步采用的器外預(yù)硫化技術(shù)相比，器外完全硫化技術(shù)以環(huán)境友好、開工時間短、經(jīng)濟(jì)效益顯著而占有明顯優(yōu)勢，具有簡單、高效、無污染的特點(diǎn)，是一項使催化劑具備真正加氫活性、無需進(jìn)行活化、解決煉化企業(yè)開工過程安全環(huán)保問題的催化劑制備新技術(shù)。

石化院一直致力于加氫催化劑的器外硫化研究，2015年器外預(yù)硫化型加氫催化劑在揚(yáng)子巴斯夫和獨(dú)山子石化實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。在集團(tuán)公司科技管理部的持續(xù)支持下，3年后采用真空密閉式集裝箱包裝的器外完全硫化態(tài)GARDES-II技術(shù)配套催化劑在呼石化120萬噸/年汽油加氫裝置僅24個小時就產(chǎn)出合格汽油產(chǎn)品，裝置開工取得圓滿成功。與原裝置上一周期對比，節(jié)省開工時間5天以上，開工過程無廢水、廢氣排放，開工過程簡單、環(huán)保，產(chǎn)品質(zhì)量滿足生產(chǎn)國Ⅵ汽油的要求。

本次中國石油器外完全硫化態(tài)加氫催化劑的應(yīng)用成功，將進(jìn)一步形成中國石油自主加氫催化劑器外完全硫化技術(shù)平臺，對減輕煉化企業(yè)裝置開工過程中的安全、環(huán)保壓力具有重要意義。

（摘自中國石油報第7173期）