地震頻譜分解技術(shù)在油田開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用

胡艷

【摘要】地震頻譜分解技術(shù)是一種基于頻譜分析的全新地震成像解釋方法，它可以整體揭示地層的縱向變化規(guī)律、沉積相帶的空間演變模式，并指導(dǎo)人們進(jìn)行儲(chǔ)集層厚度展布的描繪與分析，是一項(xiàng)針對(duì)地層厚度和地質(zhì)體非連續(xù)性進(jìn)行成像或模擬的地球物理新技術(shù)。它提供了結(jié)合三維可視化為主體的儲(chǔ)層精細(xì)描述解決方案，該技術(shù)在對(duì)三維地震資料時(shí)間厚度、地質(zhì)不連續(xù)性成像進(jìn)行解釋時(shí)，可在頻率域內(nèi)對(duì)每一個(gè)頻率所對(duì)應(yīng)的振幅進(jìn)行分析，這種分析方法排除了時(shí)間域內(nèi)不同頻率成分的相互干擾，從而可得到高于傳統(tǒng)分辨率的解釋結(jié)果。

【關(guān)鍵詞】頻譜分解;Morlet變換;振幅屬性

一、地震頻譜分解原理

地震頻譜分解技術(shù)（SpecDecomp）是一項(xiàng)基于頻譜分析的地震成像方法，是基于頻率的儲(chǔ)層解釋技術(shù)，展現(xiàn)給我們的是一種全新的地震解釋方法，它使解釋人員能快速有效地描述地層的縱向整體變化規(guī)律、沉積相帶的空間演變模式，描繪與分析儲(chǔ)集層厚度分布等儲(chǔ)層特征的空間變化。在地震勘探中，由于儲(chǔ)層厚度與對(duì)其檢測(cè)的反射波頻率的調(diào)諧厚度（即厚度等于檢測(cè)波波長(zhǎng)的四分之一）相等或相近時(shí)，地震反射波波峰與波峰、波谷與波谷相疊加出現(xiàn)調(diào)諧作用使反射波能量變大而存在異常。頻譜分解技術(shù)就是針對(duì)這種現(xiàn)象通過(guò)離散傅里葉變換將地震數(shù)據(jù)由時(shí)間域轉(zhuǎn)換到頻率域，將地震數(shù)據(jù)分解成不同頻率的調(diào)諧體，轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生的振幅譜可以識(shí)別地層的時(shí)間厚度變化，相位譜可以檢測(cè)地質(zhì)體橫向上的地質(zhì)不連續(xù)性。采用地震信號(hào)離散頻率成分識(shí)別地質(zhì)異常體進(jìn)而預(yù)測(cè)儲(chǔ)集層，可以徹底擺脫僅依賴(lài)振幅類(lèi)以及振幅衍生類(lèi)地震屬性信息進(jìn)行儲(chǔ)集層厚度、物性預(yù)測(cè)以及烴類(lèi)檢測(cè)的束縛，同時(shí)也可彌補(bǔ)由于地震采集、處理時(shí)振幅不一致導(dǎo)致的地震地質(zhì)解釋的多解性，提高儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)的精度。

二、地震頻譜分解應(yīng)用實(shí)例

地震頻譜分解流程的第一步是應(yīng)用地震解釋軟件對(duì)地震資料進(jìn)行解釋?zhuān)鶕?jù)具體任務(wù)確定目的層位，第二步選擇合適的譜分解算法及參數(shù)對(duì)目的層時(shí)間域的地震資料進(jìn)行譜分解得到頻率域目的層調(diào)諧體。調(diào)諧體是對(duì)研究目的層層面或兩層之間進(jìn)行譜分解，生成的在垂向上頻率連續(xù)變化的振幅數(shù)據(jù)體。在相同的研究時(shí)窗內(nèi)這種新的數(shù)據(jù)體變現(xiàn)為垂向上為連續(xù)變化的頻率，在空間上與每個(gè)頻率對(duì)應(yīng)的是經(jīng)過(guò)歸一化處理的調(diào)諧振幅，與傳統(tǒng)的屬性研究方法通常只能得到主頻率對(duì)應(yīng)的地震屬性不同。

在地震資料中，由于受到垂直分辨率的限制，地震資料能分辨的地層厚度的極限是四分之一波長(zhǎng)（即調(diào)諧厚度）。當(dāng)?shù)貙雍穸扔尚≡黾拥秸{(diào)諧厚度時(shí)，反射波振幅達(dá)到最大值，地震剖面上表現(xiàn)為強(qiáng)振幅反射，然而隨著地層厚度的繼續(xù)增大反射波振幅反而逐漸減小，此時(shí)已不能利用振幅的變化來(lái)反映地層厚度的變化，對(duì)薄互層來(lái)講，在地震剖面上由多個(gè)反射層形成一個(gè)強(qiáng)反射軸。但對(duì)于譜分解數(shù)據(jù)體來(lái)說(shuō)，對(duì)于一定厚度的地層必然存在一個(gè)頻率段且在這個(gè)頻率段內(nèi)該厚度不會(huì)引起地震反射的調(diào)諧現(xiàn)象，應(yīng)用這個(gè)原理可以提高對(duì)薄層的刻畫(huà)精度。

研究區(qū)在區(qū)域構(gòu)造劃分上位于天山山前斷褶帶與帳北隆起帶結(jié)合部位的東泉堤隆上，其南、北、東均為斷裂封閉且向西開(kāi)口的半封閉型斷塊。斷塊內(nèi)頭屯河組分布著兩個(gè)軸向近南北的鼻狀構(gòu)造，兩鼻狀構(gòu)造間以向斜形式相互連接過(guò)渡。本區(qū)基底為石炭系火山巖，主要為一套火山巖、火山碎屑巖及少量凝灰質(zhì)泥巖、泥巖、砂巖。其上不整合沉積的二疊系為一套湖相砂泥巖。其中的暗色泥巖生油指標(biāo)很高，是本地區(qū)的區(qū)域性主力生油層。二疊系與其上的三疊系為整合接觸。三疊系為河流及湖沼相砂泥巖沉積，上部常夾炭質(zhì)泥巖及少量薄煤層或煤線(xiàn)。三疊系與其上的侏羅系為角度不整合接觸。

研究區(qū)地震資料的主頻大約25Hz，加權(quán)頻率34Hz，頻寬8～50Hz。侏羅系頭屯河組（J2t2）底部砂層層速度2800m/s，這樣計(jì)算出在這個(gè)主頻下能分辨的砂層的調(diào)諧厚度大約為28m，從鉆井資料看頭屯河組（J2t2）底部砂層厚度在15～38m之間，小于28m的砂層在地震上是分辨不出來(lái)的。研究中以該砂層為目標(biāo)，上下兩個(gè)層位控制這套砂層，以步長(zhǎng)5Hz，起始頻率10Hz，利用Morlet小波變換算法將目的層進(jìn)行譜分解，得到9個(gè)頻率域調(diào)諧體。分別在9個(gè)調(diào)諧體上計(jì)算掃描目的層的頻率切片，可以看到隨著頻率的增加，高頻成分的能量得到明顯加強(qiáng)，分辨率逐步提高，橫向變化的特征被突出出來(lái)，結(jié)合沉積相研究，認(rèn)為本區(qū)的儲(chǔ)集體為平原曲流河相砂巖，從10Hz頻率切片上看不出河道特征，但隨著頻率的增加河道形態(tài)逐漸清晰，35Hz是形態(tài)最清楚的往后形態(tài)又變模糊，因此我們可以確定頻率為35Hz調(diào)諧體的目的層的頻率切片更能準(zhǔn)確反映該區(qū)的地下地質(zhì)情況。比較目的層在疊后地震資料上的振幅平面與分頻屬性，我們可以在振幅平面圖上圈定強(qiáng)振幅的一個(gè)范圍，傳統(tǒng)的做法認(rèn)為這個(gè)范圍是有利的評(píng)價(jià)區(qū)域，但與分頻屬性比較后發(fā)現(xiàn)，原本的強(qiáng)振幅區(qū)域在頻率切片中的比例有所下降，分頻屬性反映河道的特征更清晰。由此可見(jiàn)頻譜分解技術(shù)能夠提高地震的分辨率，用傳統(tǒng)振幅屬性圈定地質(zhì)屬性存在不確定性，實(shí)際工作中要謹(jǐn)慎，要做具體的分析。

三、結(jié)論

目前油氣勘探開(kāi)發(fā)已經(jīng)進(jìn)入到了一個(gè)新的階段，地震解釋也要求更加精細(xì)，由于受到地震資料分辨率的制約，儲(chǔ)層尤其是薄層的定量解釋一直以來(lái)都是我們要面臨的一大難題。

地震頻譜分解技術(shù)從全新視角出發(fā)，用一系列離散的頻率（尤其是高頻）成分對(duì)地震資料進(jìn)行解析成像，提供了一種全新的地震資料解釋方法。該技術(shù)在對(duì)三維地震資料時(shí)間厚度、地質(zhì)不連續(xù)性成像進(jìn)行解釋時(shí)，可在頻率域內(nèi)對(duì)每一個(gè)頻率所對(duì)應(yīng)的振幅進(jìn)行分析，這種分析方法排除了時(shí)間域不同頻率成分的相互干擾，從而可得到高于傳統(tǒng)分辨率的解釋結(jié)果。通過(guò)頻率掃描從整體上反映儲(chǔ)集層的形態(tài)、厚度，揭示地層縱向變化規(guī)律及沉積相帶的演變，它可以最大限度地應(yīng)用地震反射波有效頻帶內(nèi)的地震反射信息，更有利于薄砂體的檢測(cè)。振幅調(diào)諧體的頻率切片信息豐富，可用于儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)、斷層識(shí)別等，它既可以用于新區(qū)目標(biāo)圈定，也適用于老區(qū)的精細(xì)挖潛。