最大似然法在樁海潛山內(nèi)幕斷裂識別中的應(yīng)用

劉良剛

（中國石化勝利油田分公司物探研究院，山東東營257022）

樁海潛山經(jīng)歷了印支、燕山、喜山多期構(gòu)造運(yùn)動與風(fēng)化剝蝕的多次改造作用， 使得潛山斷裂體系、殘留地層等空間變化大，同時也形成了多種類型圈閉。 在油源、儲蓋層條件具備情況下，形成潛山含油圈閉。 前期的勘探實(shí)踐表明，樁海潛山具有成藏條件優(yōu)越、富集高產(chǎn)的特點(diǎn)，目前已探明石油地質(zhì)儲量近億噸，為濟(jì)陽坳陷潛山油氣藏發(fā)現(xiàn)規(guī)模最多的區(qū)帶。 但是相較于中淺層第三系河道砂巖及各類扇體，因其含油層段長、產(chǎn)能高且油氣富集不受埋深制約，潛山油藏勘探程度仍相對較低，剩余資源量十分可觀。 因此潛山內(nèi)幕將是勝利油田東部探區(qū)今后重要的優(yōu)質(zhì)儲量接替陣地。

針對潛山斷裂的描述，深度偏移技術(shù)被認(rèn)為是目前最為有效解決潛山及兩側(cè)斷裂附近速度橫向突變問題的處理方法，其能夠使地下構(gòu)造成像更加合理，同時信噪比和保真保幅方面也有所提高。 但針對潛山內(nèi)幕去噪、提高分辨率及內(nèi)幕斷層精細(xì)成像方面尚難以滿足應(yīng)用需求。 本文基于多年來對樁海潛山的現(xiàn)場實(shí)踐，依托新出站的高精度深度域地震資料，在時-深兩域聯(lián)合標(biāo)定內(nèi)幕層位的基礎(chǔ)上，地質(zhì)上開展精細(xì)的井間地層對比，井震結(jié)合落實(shí)井鉆遇斷層的性質(zhì)，如斷點(diǎn)位置、傾角及走向等；同時開展傾角去噪成像增強(qiáng)和斷層增強(qiáng)濾波技術(shù)提高信噪比，使得內(nèi)幕地震反射同相軸的連續(xù)性和間斷特征更加明顯。 在此基礎(chǔ)上，創(chuàng)新運(yùn)用最大似然技術(shù)精細(xì)描述樁海潛山內(nèi)幕的斷裂特征，形成地質(zhì)地震一體化的潛山內(nèi)幕斷裂描述技術(shù)，為后續(xù)井位部署提供了可靠的依據(jù)，擴(kuò)大了樁海潛山的勘探空間。

1 方法原理及實(shí)現(xiàn)

在多類識別時，常采用統(tǒng)計(jì)方法建立一個判別函數(shù)集計(jì)算各分類樣品的歸屬概率， 樣品屬于哪類的概率大就判別其屬于哪類， 這就是最大似然法。

目前， 地震屬性在地震勘探中正在發(fā)揮越來越大的作用。 盡管如此，地震屬性分析技術(shù)仍然沒有達(dá)到人們的要求，正處于探索研究階段。 對于多元地震屬性分析應(yīng)用，通常采用多元回歸、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等模式識別方法。 人們在利用從地震數(shù)據(jù)中提取的多種地震屬性參數(shù)預(yù)測地下地質(zhì)情況時，要采用這些方法使測井?dāng)?shù)據(jù)與地震屬性相關(guān)聯(lián)起來， 然后將井周圍較確切的地質(zhì)體特性延拓到整個研究區(qū)域中。 我們這里研究的最大似然法也可以起到這個作用， 并且它在未知樣品進(jìn)行分類時效果更佳。

最大似然法判別分類首先需要從已知樣品的許多數(shù)據(jù)中找出分布規(guī)律，然后依據(jù)這種規(guī)律來預(yù)測未知樣品。 對于已知井來說，我們首先提取每口井處地震道的多種地震屬性，作為樣品的多種指標(biāo)，然后利用它們計(jì)算每口井的判別函數(shù)［1］。對其它未鉆探區(qū)域的地震道提取同樣的地震屬性參數(shù)，并利用這些屬性參數(shù)及每口井處的判別函數(shù)來計(jì)算每個地震道屬于每口井的函數(shù)值，然后對這些值進(jìn)行比較判斷，其最大值對應(yīng)的井的特征就是此地震道的特征，從而實(shí)現(xiàn)利用已知井對未知地震道進(jìn)行預(yù)測的目的。

2 實(shí)例應(yīng)用

樁海潛山位于濟(jì)陽坳陷沾化凹陷的東北部，西與埕東凸起相鄰，南與孤北洼陷相接，向東傾沒于樁東凹陷，被北西、東西、北北東向3組邊界大斷裂帶所夾持（圖1）。 研究區(qū)前新生界殘留了太古界，古生界和中生界部分層組的地層，其中下古生界的寒武系、奧陶系的碳酸鹽巖地層為研究區(qū)主要的儲集層，可分為風(fēng)化殼和內(nèi)幕儲集層［2］。由于風(fēng)化殼地震成像質(zhì)量相對較好，前期針對風(fēng)化殼的斷裂特征和儲集性能開展了大量的研究工作，并取得了技術(shù)和勘探上的豐碩成果。 而潛山內(nèi)幕構(gòu)造復(fù)雜、加之地層非均質(zhì)性強(qiáng)，導(dǎo)致地震反射速度變化大，反映潛山內(nèi)幕地震信息的有效信號能量弱， 信噪比低，給潛山內(nèi)幕構(gòu)造識別與描述增加了難度，制約了樁海潛山內(nèi)幕油氣藏的勘探進(jìn)程［3］。

圖1 濟(jì)陽坳陷樁海地區(qū)構(gòu)造綱要

2.1 時-深兩域聯(lián)合層位標(biāo)定

內(nèi)幕層位的精細(xì)標(biāo)定是開展?jié)撋絻?nèi)幕斷裂描述的基礎(chǔ)。 目前時間域?qū)游粯?biāo)定技術(shù)已日臻完善，而在深度域的層位標(biāo)定中， 主要采用變頻子波，具體就是將時間域子波轉(zhuǎn)換為深度域子波時，在不同深度層位，采用不同的速度值來將子波轉(zhuǎn)換成深度域的子波，其合成記錄標(biāo)定的精確度有待進(jìn)一步提升［4］。本文采用時-深域聯(lián)合標(biāo)定法來進(jìn)行深度域井震標(biāo)定，具體操作流程可分為三步（見圖2）。

圖2 深度域井震標(biāo)定流程

①通過速度場將深度域地震資料轉(zhuǎn)換到時間域，轉(zhuǎn)換后的地震資料在反射軸的數(shù)量和組合關(guān)系上與深度域資料完全一致，只是同相軸的起伏形態(tài)有所不同；②進(jìn)行時間域合成記錄標(biāo)定，明確波組反射特征；③對比時間域-深度域剖面，明確深度域中的地震反射層。 對研究區(qū)已鉆井進(jìn)行深度域井震標(biāo)定看出， 古生界標(biāo)準(zhǔn)反射層以及內(nèi)幕馬家溝、冶里-亮甲山組等主要目的層標(biāo)定清晰，為下一步地層對比以及構(gòu)造解釋夯實(shí)了基礎(chǔ)。

2.2 井震聯(lián)合落實(shí)已鉆遇斷層的性質(zhì)

樁海潛山下古生界是一套以碳酸鹽巖為主的海相沉積地層，地層剝蝕和缺失嚴(yán)重［5］，本文充分利用已鉆井的測錄井資料來識別內(nèi)幕斷裂的斷點(diǎn)位置和走向。 首先統(tǒng)計(jì)已鉆井鉆遇各個層組地層的厚度，落實(shí)地層組厚度的缺失情況，與鉆遇地層比較全的井厚度對比分析，落實(shí)斷點(diǎn)位置，成像測井資料明確斷層的走向。 如Z169-X1井在4 951m處從馬家溝組進(jìn)入鳳山組（圖3），斷缺冶里—亮甲山組地層，可以落實(shí)在4 951 m存在斷點(diǎn)，結(jié)合成像測井資料，落實(shí)斷層整體是北西西走向。 ZGX472井只鉆遇64 m厚的冶里—亮甲山組地層，寒武系地層鉆遇比較完整，對比研究區(qū)內(nèi)其它完鉆井的冶里—亮甲山組地層厚度以及測井曲線特征，可以落實(shí)該井?dāng)嗳币崩铩良咨浇M頂部地層，斷點(diǎn)在冶里—亮甲山組頂部的4 594 m處，通過井震標(biāo)定落實(shí)斷層走向?yàn)楸睎|東向。 統(tǒng)計(jì)研究區(qū)所有已鉆井鉆遇斷層的性質(zhì)表明，研究區(qū)主要發(fā)育東西向和北西、北東向三組斷裂，傾角在30°～60°之間。

圖3 過Z169-X1井東西向剖面

2.3 地震描述技術(shù)

通過已鉆井資料描述內(nèi)幕斷裂雖然真實(shí)可靠，但是對于低勘探地區(qū)難以開展運(yùn)用，本文在地質(zhì)識別內(nèi)幕斷層的基礎(chǔ)上， 開展了地震描述技術(shù)研究，形成了針對樁海潛山內(nèi)幕斷裂識別的地震描述技術(shù)系列。

2.3.1 傾角去噪成像增強(qiáng)技術(shù)

運(yùn)用編寫的針對潛山成像小程序——傾角去噪成像增強(qiáng)技術(shù)提高潛山成像質(zhì)量。 該方法是利用傾角及方位角的變化計(jì)算相鄰道的相似性，提高地震橫向信噪比。 由于采用計(jì)算傾角方位角的方式，其結(jié)果對斷層的刻畫能力明顯增強(qiáng)，有利于對斷層及裂縫的后續(xù)研究［6］。

傾角增強(qiáng)控制能夠改善地震資料品質(zhì)以利于層位、斷層的解釋。 在計(jì)算過程中充分考慮每一個采樣點(diǎn)的傾角變化，并按計(jì)算樣點(diǎn)為中心選取對比視窗，所參與計(jì)算的每一個采樣點(diǎn)均定義相應(yīng)的計(jì)算權(quán)度。 為確保所有結(jié)果均為正值，每個相關(guān)初始值定義為1，完美的相關(guān)性將產(chǎn)生權(quán)重為2。 對于加權(quán)平均，先計(jì)算每一個傾角控制的采樣點(diǎn)振幅與權(quán)重，之后針對所有對比時窗的樣點(diǎn)平均加權(quán)處理。

對每一傾角，用線性時差校正地震剖面，拉平該傾角的同相軸，然后進(jìn)行KL變換和反線性時差校正， 疊加所有傾角的變換結(jié)果構(gòu)成最終的濾波剖面。 這樣可以使傾斜的或彎曲的同相軸都得到加強(qiáng)，去除存在于傾斜地震同相軸中的隨機(jī)噪聲和相干噪聲，提高地震資料信噪比（圖4）。 從圖4中可以看出，處理后的剖面地震信噪比提高，同相軸連續(xù)性增強(qiáng)，斷面更加清晰。

2.3.2 斷層增強(qiáng)濾波技術(shù)

在傾角去噪成像增強(qiáng)的基礎(chǔ)上，斷層增強(qiáng)濾波技術(shù)是一種降低地震數(shù)據(jù)噪聲的方法。 降噪是一種預(yù)處理濾波方法，可以應(yīng)用于疊后地震數(shù)據(jù)上。 本文選用擴(kuò)散濾波和中值傾角濾波相結(jié)合的斷層增強(qiáng)濾波技術(shù)。

擴(kuò)散濾波技術(shù)是一種能有效保留地震反射信息中地層傾角和地層接觸關(guān)系的濾波方法，具有較強(qiáng)的去噪功能，利于突出地層接觸關(guān)系［7］。通過計(jì)算地震剖面的結(jié)構(gòu)張量， 可獲取圖形局部結(jié)構(gòu)信息，利用這些局部結(jié)構(gòu)來控制擴(kuò)散過程，以實(shí)現(xiàn)保邊濾波功能。 其原理是從物理學(xué)的擴(kuò)散方程出發(fā)，將地震屬性圖像作為初始條件，通過求解關(guān)于時間的偏微分方程得到擴(kuò)散后的圖像。 在擴(kuò)散方程中通過引入結(jié)構(gòu)張量獲取局部信息（斷層、尖滅等），并根據(jù)結(jié)構(gòu)信息設(shè)計(jì)擴(kuò)散張量，在不同方向上采用不同的擴(kuò)散系數(shù)，在去噪的同時保護(hù)邊緣信息。

中值傾角濾波是考慮傾角影響， 基于傾角控制，沿著計(jì)算的傾角和方位角所進(jìn)行的中值濾波。 濾波后，地震剖面質(zhì)量大幅提高，改善了同相軸的連續(xù)性， 在提高信噪比的同時分辨率也得到了保持。中值濾波的原理是基于排序統(tǒng)計(jì)理論的一種能有效抑制噪聲的非線性信號處理技術(shù)。 它把數(shù)字圖像或數(shù)字序列中一點(diǎn)值用該點(diǎn)的一個領(lǐng)域中各點(diǎn)值的中值代替，其算法簡單，去噪效果明顯。

這兩種濾波方法均存在自身的缺陷。 擴(kuò)散濾波對地震資料信噪比要求較高，有時無法正確地區(qū)分邊緣和噪聲，因而對小尺度空間噪聲處理效果不是很好，反而會產(chǎn)生地質(zhì)假象。 中值傾角濾波在提高信噪比、改善同相軸連續(xù)性的同時，會使其邊緣信息變得模糊，隨著迭代次數(shù)的增加，最終邊緣信息可能會完全丟失。

運(yùn)用Paradigm17解釋軟件里HSE 斷層增強(qiáng)技術(shù)，將兩種濾波的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，利用擴(kuò)散濾波保護(hù)邊緣信息，增強(qiáng)小斷層識別能力；同時利用中值傾角濾波增強(qiáng)同相軸的連續(xù)性，提高信噪比（圖5）。從資料對比圖看，內(nèi)幕地層連續(xù)性更好，斷點(diǎn)也更加干脆，為后續(xù)地震預(yù)測內(nèi)幕斷層提供了較好的地震資料基礎(chǔ)。

圖4 原始地震剖面與傾角掃描增強(qiáng)剖面對比

圖5 中值傾角濾波處理剖面與斷層增強(qiáng)濾波處理剖面對比

2.3.3 最大似然法技術(shù)

最大似然法技術(shù)是將原始地震數(shù)據(jù)沿著一組走向和傾角，計(jì)算每一點(diǎn)最低的相似度，最終的斷裂相似數(shù)據(jù)體更加接近斷裂的原貌，檢測到的斷裂在剖面上連續(xù)性強(qiáng)，在地震反射軸錯斷和變形的區(qū)域斷裂都能刻畫出來，在剖面上更加接近人工解釋的斷裂。 最大似然算法在充分考慮地層走向及傾向前提下，計(jì)算同相軸連續(xù)性，提高潛山內(nèi)幕斷裂的識別度［8］。

總結(jié)已鉆遇斷裂性質(zhì)的基礎(chǔ)上， 運(yùn)用Paradigm17解釋軟件里面最大似然法（likelihood）屬性來精細(xì)描述樁海潛山內(nèi)幕斷裂，具體的過程如下：將前期通過井上識別出來的內(nèi)幕斷層根據(jù)其地震特征進(jìn)行組合歸類，把每一類看做一個voxel單元，具有振幅、傾角及走向等信息，在計(jì)算過程中，比較每一類型采樣點(diǎn)與地震數(shù)據(jù)體內(nèi)所有采樣點(diǎn)之間的相似性，保留最小的相似性，將其作為最大似然法分析技術(shù)結(jié)果。 在此基礎(chǔ)上進(jìn)行全局歸一，設(shè)置相應(yīng)參數(shù)使得具有相近相似性的voxel相連接，得到最大似然體計(jì)算結(jié)果。計(jì)算出來的最大似然體能有效識別出與前期地質(zhì)方法識別出來的內(nèi)幕斷層相似的斷層（圖6）。 從預(yù)測的屬性圖上可以看出，紫紅區(qū)域?yàn)榇蟪叨葦嗔寻l(fā)育區(qū)，藍(lán)色區(qū)域?yàn)橹行〕叨葦嗔寻l(fā)育區(qū)。 斷裂特征比較清晰，主要發(fā)育了北西向、東西和北東向的三組斷裂帶，潛山內(nèi)幕被分割成多個獨(dú)立的斷塊， 與研究區(qū)的區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力基本一致。

圖6 樁海地區(qū)馬家溝組頂面斷裂預(yù)測屬性

2.4 應(yīng)用效果

通過地質(zhì)地震一體化斷裂描述技術(shù)的應(yīng)用，準(zhǔn)確落實(shí)了樁海潛山內(nèi)幕主要目的層馬家溝組、冶里—亮甲組和張夏組的構(gòu)造形態(tài)。從圖7的地震剖面上看出紅色斷層為真正的邊界斷層-長堤斷層，之前解釋的藍(lán)色邊界斷層只是長堤斷層的分支斷層。 對比新落實(shí)的內(nèi)幕馬家溝組頂面構(gòu)造圖與早期的構(gòu)造圖（圖8），在早期上報(bào)探明儲量的ZH104塊東南邊新落實(shí)了構(gòu)造圈閉8個，部署了四口井位，其中完鉆的Z169-X1、Z169-X10均獲得了日產(chǎn)百噸以上的高產(chǎn)工業(yè)油流，還有兩口井未鉆，預(yù)計(jì)可新增控制儲量150×104t。 依據(jù)內(nèi)幕斷裂的可靠落實(shí)，目前在ZGX473塊針對內(nèi)幕的冶里-亮甲山組和張夏組已經(jīng)部署了開發(fā)井5口，預(yù)計(jì)新增探明儲量100×104t。 研究成果有力地支撐了樁海潛山內(nèi)幕油藏的勘探及研究工作，也為其它地區(qū)潛山的勘探提供了技術(shù)指導(dǎo)。

圖7 過長堤斷層?xùn)|西向剖面

圖8 樁海地區(qū)馬家溝組頂面構(gòu)造對比

3 結(jié)論

（1）針對時間域子波褶積滿足線性時不變條件，而深度域地震波場不滿足線性時不變條件，不能直接進(jìn)行褶積運(yùn)算的情況下， 采用時-深兩域聯(lián)合層位標(biāo)定法，在時間域應(yīng)用褶積模型確定界面反射特征，在深度域進(jìn)行波組特征對比，實(shí)現(xiàn)了潛山內(nèi)幕層組深度域的合成記錄標(biāo)定。

（2）井震結(jié)合落實(shí)內(nèi)幕斷層的性質(zhì)是最直接有效的方式，也為后續(xù)地震屬性描述內(nèi)幕斷層奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

（3）潛山內(nèi)幕地層產(chǎn)狀變化大，斷裂復(fù)雜，進(jìn)行解釋性去噪處理時必須考慮保持原始地震圖像的結(jié)構(gòu)信息。 傾角去噪成像技術(shù)在保留原始地震資料的傾角信息的基礎(chǔ)上，開展各向異性擴(kuò)散濾波能夠更有效地抑制隨機(jī)噪聲、增強(qiáng)同相軸的一致連續(xù)性，同時保持原始地震圖像的結(jié)構(gòu)信息，突出斷裂的邊界特征。

（4）斷層增強(qiáng)濾波技術(shù)提升了內(nèi)幕斷層識別能力，結(jié)合前期井震結(jié)合識別出內(nèi)幕斷層的地震屬性特征，利用最大似然屬性技術(shù)有效地識別出樁海潛山內(nèi)幕的斷層，擴(kuò)大了樁海潛山的勘探空間，為后續(xù)井位的部署提供了有利依據(jù)。