地震資料全三維精細構(gòu)造解釋技術(shù)研究

李瀟

中石化石油物探技術(shù)研究院有限公司 江蘇 南京 211100

地震勘探作業(yè)屬于能源開發(fā)過程中了解地質(zhì)構(gòu)造的重要基礎(chǔ)，地震勘探作業(yè)開展將會得到充足的地震資料，地震資料全三維精細構(gòu)造解釋技術(shù)的研究對于理解地球內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，地球的內(nèi)部不僅包含不同類型的巖石和礦物，還存在著各種地質(zhì)構(gòu)造，如斷裂帶、隆升帶等[1]。通過精細的三維解釋，能夠深入了解這些地質(zhì)構(gòu)造的幾何形態(tài)、空間分布以及相互關(guān)系。地球深部結(jié)構(gòu)的詳細解釋可以幫助工作人員準確預(yù)測地下資源的分布，包括石油、天然氣等，這對于有效開發(fā)和管理地球資源具有戰(zhàn)略性意義，有助于提高勘探的成功率和資源的利用效率[2]。研究主要是對相干數(shù)據(jù)體解釋斷層、全三維自動追蹤解釋層位以及變速做圖等技術(shù)進行研究，為推動我國地質(zhì)勘探領(lǐng)域的進一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 相干數(shù)據(jù)體解釋斷層

1.1 相干數(shù)據(jù)體的技術(shù)原理

在進行油氣資源勘探作業(yè)時，相干數(shù)據(jù)體解釋斷層是一項關(guān)鍵的技術(shù)任務(wù)，斷層是地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的重要構(gòu)造，它對油氣運移和聚集具有重要影響。相干數(shù)據(jù)體解釋斷層主要是通過地震勘探儀器獲取地下反射波數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)記錄了地下結(jié)構(gòu)的變化，對采集到的地震數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，包括去噪、校正、剖面疊加等步驟，以確保數(shù)據(jù)的質(zhì)量[3]。將地震數(shù)據(jù)從時間域轉(zhuǎn)換到深度域，以獲取地下結(jié)構(gòu)的深度信息，通過速度分析，建立地下的速度模型，這對于后續(xù)的圖像重建和解釋非常關(guān)鍵。利用地震道集數(shù)據(jù)，計算相干體來衡量不同深度層之間的相干性，相干體表示在多個地震剖面上，同一位置的地下結(jié)構(gòu)信息的一致性程度，對相干體進行閾值處理，提取出相干性較強的體素，這有助于減小噪聲對解釋的影響。利用計算機算法自動提取相干體中的斷層特征，常見的算法包括基于相干體的梯度、曲率等，地質(zhì)學(xué)家根據(jù)地質(zhì)知識，對自動提取的斷層進行手工解釋和驗證，以確保解釋的準確性。利用三維地震體數(shù)據(jù)，將解釋的斷層以三維形式可視化，有助于更直觀地理解地下結(jié)構(gòu)，對斷層附近的屬性進行分析，例如地震振幅、頻率等，以獲取更多關(guān)于地下結(jié)構(gòu)和潛在油氣資源的信息。

1.2 應(yīng)用地震相干數(shù)據(jù)體解釋斷層存在的問題

在應(yīng)用地震相干數(shù)據(jù)體解釋斷層的過程中，雖然這一方法有其優(yōu)勢，但也存在一些局限性和多解性。當?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)具有多層次和多介質(zhì)時，相干體解釋容易受到復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的干擾，導(dǎo)致斷層解釋的困難，非均勻的地下速度模型可能使得相干體的解釋不準確，尤其是在地下存在速度梯度或不規(guī)則變化的情況下。低質(zhì)量的地震數(shù)據(jù)、地震數(shù)據(jù)缺失或由于噪聲引起的異常值，都可能影響相干體解釋的準確性，數(shù)據(jù)分辨率不足可能導(dǎo)致對小尺度地質(zhì)結(jié)構(gòu)的漏檢問題。相干體解釋斷層常常面臨多解性問題，即存在多個可能的解釋，而無法唯一確定地下結(jié)構(gòu)。這使得在油氣勘探中確定最優(yōu)的斷層模型變得更加復(fù)雜，地震相干體解釋可能受到局部結(jié)構(gòu)的影響，而忽略了全局結(jié)構(gòu)的一致性，導(dǎo)致解釋結(jié)果的不確定性。人工解釋地震相干體存在一定主觀性，不同地質(zhì)學(xué)家可能會對同一相干體產(chǎn)生不同的解釋，導(dǎo)致解釋結(jié)果的不一致性，解釋人員的經(jīng)驗和訓(xùn)練水平差異可能影響斷層解釋的質(zhì)量和準確性。地震相干體解釋可能在不同地質(zhì)區(qū)域產(chǎn)生不同的效果，因此，解釋的適用性需要在不同地質(zhì)背景下進行驗證。

2 全三維自動追蹤解釋層位

在開展全三維自動追蹤解釋層位的過程中，自動追蹤算法的應(yīng)用以及層位更新十分關(guān)鍵。自動追蹤算法的選擇對于層位追蹤至關(guān)重要，不同的算法適用于不同的地質(zhì)條件和數(shù)據(jù)特征，對于索幃爾（Sobel）算子、Canny算子等邊緣檢測算法而言，其常用于在地震相干體中識別斷層、層位邊緣等地質(zhì)特征，通過計算相干體的曲率或梯度，可以找到可能的層位變化區(qū)域。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在圖像處理領(lǐng)域表現(xiàn)出色，可以用于自動檢測和追蹤地震相干體中的層位邊緣，支持向量機、隨機森林等機器學(xué)習(xí)方法可以根據(jù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集學(xué)習(xí)地質(zhì)特征，并在新的數(shù)據(jù)中進行層位追蹤。在三維地震數(shù)據(jù)中的水平切片上進行層位追蹤，常用于初步的層位定位，通過追蹤相鄰體元之間的關(guān)系，實現(xiàn)對層位的自動追蹤。利用地質(zhì)模型的先驗信息，通過約束條件對層位進行追蹤，利用地震反演結(jié)果，如速度模型，也可以實現(xiàn)層位追蹤。結(jié)合不同尺度的信息，可以更全面地捕捉地質(zhì)結(jié)構(gòu)的多層次特征，利用多尺度濾波技術(shù)對地震數(shù)據(jù)進行處理，有助于層位的多尺度追蹤。

層位更新和驗證是全三維自動追蹤層位解釋技術(shù)應(yīng)用過程中的關(guān)鍵步驟，這一過程涉及使用自動追蹤算法提取的層位信息，對其進行驗證以確保準確性，并在需要時進行進一步的更新和優(yōu)化。在這一方面，首先根據(jù)自動追蹤算法選擇的特征，例如相干體、梯度、曲率等，更新每個層位的位置和形狀，在三維空間中，將相鄰層位進行連接，形成更為完整的層位。地質(zhì)學(xué)家參與驗證過程，手動解釋提取的層位，檢查其在地質(zhì)學(xué)上的合理性，地質(zhì)學(xué)家標定具有明顯地質(zhì)特征的層位，以作為驗證的標準。對每個層位進行屬性分析，例如厚度、速度等，以評估其質(zhì)量和地質(zhì)意義，檢查相鄰層位之間的一致性，確保層位在空間上的平滑性和地質(zhì)上的連續(xù)性。對自動追蹤算法提取的層位與實際地質(zhì)情況進行比較，分析可能存在的誤差和偏差，根據(jù)誤差分析的結(jié)果，制定校正策略，可能涉及調(diào)整算法參數(shù)、修復(fù)斷裂、處理異常值等。在驗證和校正的基礎(chǔ)上，進行迭代，不斷優(yōu)化層位解釋結(jié)果，根據(jù)驗證過程中發(fā)現(xiàn)的問題，動態(tài)調(diào)整算法參數(shù)和方法，以提高層位解釋的準確性。利用三維地震體數(shù)據(jù)，將更新和驗證后的層位以三維形式可視化，方便地質(zhì)學(xué)家和決策者理解地下結(jié)構(gòu)，生成詳細的層位解釋報告，包括層位的位置、厚度、速度等信息，以及驗證的結(jié)果和可能的改進方向。

3 變速做圖

3.1 變速做圖的必要性

在開展地震資料全三維精細構(gòu)造解釋的過程中，變速做圖屬于一項重要技術(shù)。地震勘探通常使用的是記錄在時間域的地震數(shù)據(jù)，為了理解地下結(jié)構(gòu)的深度信息，需要進行時深轉(zhuǎn)換，將時間信息轉(zhuǎn)換為深度信息，從而獲取更準確的地下結(jié)構(gòu)圖像。地震數(shù)據(jù)的時深轉(zhuǎn)換為地下結(jié)構(gòu)的深度模型提供了基礎(chǔ)，深度信息是進行地質(zhì)結(jié)構(gòu)解釋和建模的關(guān)鍵，有助于識別潛在的油氣儲層、斷層、構(gòu)造等地質(zhì)。油氣儲層的深度位置對于評估和分析儲層的性質(zhì)、厚度、體積等是至關(guān)重要的，通過變速做圖，可以將地震剖面上的時域信息映射到深度，為儲層的詳細評估提供支持。變速做圖有助于更準確地定位潛在的油氣勘探目標，深度信息提供了對地下結(jié)構(gòu)的更全面、直觀的了解，從而使得勘探目標的定位更為精準。對三維地震體數(shù)據(jù)進行深度轉(zhuǎn)換，使得在三維空間中更直觀地呈現(xiàn)地下結(jié)構(gòu)，這對于整個勘探區(qū)域的地質(zhì)特征分析和模型構(gòu)建具有重要意義。時深轉(zhuǎn)換提供了進行地震反演的基礎(chǔ)，通過比較實際記錄的地震數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)，可以優(yōu)化地下模型，更好地理解地下結(jié)構(gòu)。深度信息是進行資源量評估的關(guān)鍵因素之一，通過深度轉(zhuǎn)換，可以更準確地計算地下結(jié)構(gòu)的體積，并估算潛在的油氣儲量。變速做圖的應(yīng)用可以提高勘探作業(yè)的效率，它為地質(zhì)學(xué)家和勘探人員提供了更直觀、易于理解的地下結(jié)構(gòu)信息，使得決策制定和目標定位更加迅速和精準。

3.2 等T0 圖轉(zhuǎn)為構(gòu)造圖的具體做法

等T0圖通常指的是根據(jù)地震數(shù)據(jù)的零偏移距制作的地震時間剖面圖，而構(gòu)造圖則是以地震數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過解釋和處理得到的地下構(gòu)造圖，將T0圖轉(zhuǎn)為構(gòu)造圖是地震學(xué)中常見的步驟。在這一方面，首先利用速度模型進行時深轉(zhuǎn)換，將地震剖面上的時間信息轉(zhuǎn)換為深度信息，這需要一個地下速度模型，通常通過地震反演、井測數(shù)據(jù)等獲得。通過地震反演、井測數(shù)據(jù)、地質(zhì)模型等方式，建立地下的速度模型，速度模型是時深轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵，影響到地震剖面上的時間與深度之間的關(guān)系。將T0圖上的每個時間標志點通過速度模型映射到相應(yīng)的深度，這個映射過程可以通過插值等數(shù)學(xué)方法完成，以得到每個地點的深度信息。利用時深轉(zhuǎn)換得到的深度信息，結(jié)合地質(zhì)學(xué)家的解釋和其他勘探數(shù)據(jù)，制作構(gòu)造圖，構(gòu)造圖展示了地下結(jié)構(gòu)中的斷層、褶皺、構(gòu)造單元等地質(zhì)特征。地質(zhì)學(xué)家根據(jù)構(gòu)造圖，進行地質(zhì)解釋，包括對斷層、褶皺、巖性變化等地質(zhì)特征的識別和標注，地質(zhì)解釋有助于理解地下構(gòu)造，為后續(xù)的勘探目標定位提供基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

綜上所述，地震勘探是油氣資源開發(fā)的重要前提，對于我國部分地質(zhì)條件較為復(fù)雜的區(qū)域而言，傳統(tǒng)的地震資料解釋方法無法對地層的信息進行準確的分析和描述，因此，引入全三維精細構(gòu)造解釋技術(shù)十分關(guān)鍵，可以引入相干數(shù)據(jù)體和全三維自動追蹤獲取斷層及層位信息，利用變速做圖技術(shù)準確獲取地質(zhì)狀況信息，進而為油氣資源開發(fā)作業(yè)奠定基礎(chǔ)。