三维精细构造解释的方法流程和关键技术_刘丽峰

第21卷　第3期地　球　物　理　学　进　展Vol.21　No.32006年9月(页码:864～871)PRO GRESS IN GEOP H YSICSSept.　2006三维精细构造解释的方法流程和关键技术刘丽峰,　杨怀义,　蒋多元,　董　宁,　王相文(中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院,北京100083)摘　要　详细论述了三维精细构造解释的方法和流程.对层位标定、层位解释、断裂、速度解释及成图每个步骤的方法给以具体论述,重点分析了三维精细构造解释使用的关键技术如可视化技术、相干体技术、变速解释技术和真三维解释技术.本文可为从事三维精细构造解释的人员提供借鉴.关键词　三维精细构造解释,相干体,变速解释,真三维解释,虚拟现实技术中图分类号　P631 文献标识码　A 文章编号　100422903(2006)0320864208Prim ary Exploration of 32D Fine Structure InterpretationL IU Li 2feng ,　YAN G Huai 2yi ,　J IAN G Duo 2yuan ,　DON G Ning ,　Wang Xiang 2wen(Ex ploration &Production Research I nstit ute.S I N O P EC,B ei j ing 100083,Chi na )Abstract This article systemically summarizes the method and flow of 32D fine structure interpretation and descibes ,every step such as horizon demarcate 、horizon interpretation 、faulting 、velocity interpretation and cartography.Espe 2cially lt explains the key technology 2visualizing technology 、coherence cube technology 、velocity 2varied interpretation technology.This article can be used as the reference to the novice of 32D fine structure interpretation.K eyw ords 32D fine structure interpretation ,coherence cube ,velocity 2varied interpretation ,true 32D interpretation VR收稿日期　2006202210;　修回日期　2006205220.基金项目　中石化东北分公司《松辽盆地南部长岭凹陷所图探区滚动勘探开发一体化研究》项目资助.作者简介　刘丽峰,女,1974年生,河南遂平人,2003年于中国科学院地质与地球物理研究所获博士学位,现于中石化石油勘探开发研究院工作,主要从事综合地质、地球物理及构造解释方面的研究工作.0　引　言随着三维地震勘探技术的发展,构造解释技术在近年来已有较大的发展[1].传统的三维解释方法是把三维地震资料当作加密的二维地震资料进行解释,存在信息利用率低,工作效率低,成果质量不高等问题,解释人员需要在层位解释和断层识别、组合上花费大量时间和精力.随着地震资料属性处理和人机联作解释方法的不断发展和成熟,打破常规的三维资料二维解释,充分利用三维数据信息,获得更精细的构造形态,高效、高精度的三维精细构造解释已经切实可行.三维可视化(Voxel Geo )技术[2]的不断发展,更是推动了三维解释技术,出现了真(全)三维地震解释技术.近年来,虚拟现实技术(V R )应用于三维地震资料的可视化解释,使地震资料解释更为自动化、智能化[3].目前,三维精细构造解释的支持软件是Landmark 地震解释软件和虚拟现实技术,Paradigm 地震解释软件及可视化技术.1　三维精细构造解释三维精细构造解释的步骤是层位标定,层位、断层解释,速度解释和构造成图.1.1　层位标定构造解释的第一步是层位标定,首先分析比较分层数据的各层位划分情况,使分层数据准确一致;之后对声波测井曲线进行编辑,剔除畸变.并结合自然电位、自然伽玛、电阻率、密度等曲线提取井旁道地震子波制作单井合成记录;制作完单井的合成记录之后,再制作联井合成地震记录.结合VSP 叠加地震剖面,进行粗框架地震剖面追踪对比,检查各反射波闭合情况,当存在不闭合时,依据钻井分层数据调整少数不闭合井的合成记录,并根据声波速度、地3期刘丽峰,等:三维精细构造解释的方法流程和关键技术震速度、反射极性、岩性变化、波形特征、波阻抗大小与地震波强度的关系,结合构造特征、地层组合、沉积环境等,对层位、岩性、深度在纵横向上进行全方位的统一标定[4].1.2　层位、断层解释在层位综合标定的基础上,利用地震剖面的压缩、放大、任意线组合、等时切片、自动追踪、种子点追踪、立体显示等技术,使用自动追踪模式,尽可能在断块间进行三维数据体的层位自动追踪,取代传统的逐点逐线人工拾取的解释模式,保证地震波追踪的波峰、波谷、零相位等特征在全区一致,保证地震反射波追踪对比的可靠性.如局部区域因受断裂、反射杂乱、振幅突变等因素的影响,可使用手动对比追踪技术精细刻画,确定层位解释合理、正确,达到精细解释和落实微幅度构造的目的.在应用Land2 mark软件Geoprobe模块进行真三维层位解释的过程中,如地震资料品质好,可通过种种子点进行快速全区的追踪;若资料品质不好,可局部手动追踪,结合面、块、切片立体显示,进行全区的追踪[4].断裂是解释剖面和构造图的骨架,断裂的形成不仅与构造应力有关,同时受风化剥蚀、岩溶作用、岩体坍塌的影响,因此断裂解释是地震资料精细解释中非常重要的一项内容[5].断裂解释的步骤是:首先浏览工区的三维数据体、等时切片、方差体时间切片、相干体等,对全区大小断裂的发育规模和分布特征有一个概括性的认识,建立全区断裂解释框架;然后对线和道方向的剖面进行精细解释,详细刻画断裂的性质、断开层位、倾向和倾角。

通常主测线方向的地震剖面清楚地刻画了工区内主要断裂,但也要注意与大断裂垂直发育的小断裂.最后对解释的断裂进行合理的组合,包括剖面上断开若干层位的大断裂的描述和断层的平面组合.应用三维可视化功能,结合区域地质规律对断裂进行三维空间的组合,保证断裂在三维空间的闭合以及断层面在三维空间展布的平滑及合理性,实时地观察到断层走向、倾向、倾角的空间变化.断层解释中常用的技术是相干体技术、方差体技术,另二维分形技术在断裂解释中也有应用[4].1.2.1　相干体技术三维地震数据体反映地下一个规则网格的反射情况,通过对主测线和联络测线方向计算某一时间域内波的相似性,认为地震三维数据体的不连续主要反映断层和岩性的变化,通过量化处理地震相干属性,生成可解释的断层和隐蔽地层构造的图像.第一代方法采用三道相干处理.目前,Landmark、Geo2 Frame等软件的相干算法大部分采用能量归一化后的互相关计算;第二代方法采用多道相干处理;第三代方法称作特征构造,把多道地震数据组成协方差矩阵,应用多道特征分解技术求得多道数据之间的相关性,计算倾角、方位角.在计算地震相干性时要根据研究地质目的不同来选择参与计算的相干道数.相干时窗的选择一般由地震剖面上反射波视周期T决定,通常取T/2到3T/2.1.2.2　方差体技术方差体技术,在复杂断块构造精细解释中,效果良好.在开始解释前提取方差体地震属性,突出三维地震体中与断层有关的信息.方差体的提取是运用Geoframe软件中的方差体模块,通过计算样点中心道与相邻道间的方差值,突出道间差异,特别地使常规地震数据体上较隐蔽的小断层在方差体上反映清楚.1.2.3　可视化和虚拟现实技术可视化技术是以三维可视化立体显示技术为基础,以地质研究对象为目标,从点、线、面、体等多渠道以及数据的多侧面,全方位解剖三维地震数据体,最终获得三维可视化地质模型,彩色、阴影、三维透视显示使得来自于层位、构造和断层解释的信息得以综合[6].虚拟现实技术是在真三维环境下对层位进行自动追踪及显示,实现对任意切片与数据体的交互动态显示,使操作者能够从外到内、从内到外观察数据体,分析数据体的空间关系[7].并运用透明滤波、三维体雕刻、立体显示和目标体检测等技术,对地质异常体进行三维雕刻,从而更清楚、更准确地了解地质异常体的空间展布特征及纵横向叠置关系[8].1.3　平均速度解释(1)平均速度的求取利用DIX公式,将由处理得到的叠加速度转换成层速度,并对转换得到的层速度进行平滑处理,剔除不符合总体变化规律的异常值,计算地震平均速度;利用地震平均速度内插成三维地震平均速度体.(2)拟平均速度求取[4]若研究区内井多,控制点分布广且均匀,利用拟平均速度来校正地震平均速度是可行的.钻井分层深度(D),对应的地震反射时间(t0),计算出拟平均速度v=2D/t0.再利用克里金插值方法对地震平均568地　球　物　理　学　进　展21卷图1　地震资料频谱分析Fig.1　Seismic data spectrum analysis速度加上地震平均速度与拟平均速度的差值进行校正,用校正过的平均速度再进行各井点差值校正,经多次校正,使井点拟平均速度与地震平均速度差值为零或接近零值时,界面平均速度校正完成.1.4　变速解释在地震资料处理解释当中,速度选择的合适与否直接影响到成图的质量与钻探井位设计的准确性.为了做出准确的构造图,提出了一种新的方法———变速成图.变速解释为精细构造解释提供了准确的时深转换关系,具体步骤是:(1)把地震资料处理过程中得到的经速度分析得到的速度场加载到解释系统里,利用地震资料中的解释层位,从速度数据中沿解释层位提取平均速度层面,形成一个沿层平均速度场.(2)对沿层平均速度场进行校正.校正时,利用各井的该层地质分层、声波时差曲线转成的平均速度曲线,计算出各井位点该层的平均速度,将计算的各井点平均速度与提取的沿层平均速度场中井点的平均速度进行比较,计算两者的系统误差,将沿层平均速度场同时加上或减去存在的系统误差,再利用井点处速度对该速度场进行校正,直到达到误差允许范围内.(3)把校正好的沿层速度数据体乘以解释的地震反射层位即得深度数据体.1.5　构造成图利用Landmark解释软件中的ZMA PPlus模块可自动成构造图.如果工区内断裂多,构造格局复杂,机器成图可能在等值线走向、连接的合理性存在问题,可采取人工干预,互动成图,使构造图等值线走向自然,构造形态合理,图面清晰,使最终图件达到构造解释的行业标准———“一般不漏掉10ms幅度(面积为0.2km2)的构造、断块和圈闭”.2　三维精细构造解释的实例利用笔者参加解释的实际例子,详细给出三维精细构造解释的全过程.6683期刘丽峰,等:三维精细构造解释的方法流程和关键技术图2　X 井的合成地震记录Fig.2　Synthetic seismic record of Xwell图3　多井联合标定结果Fig.3　Associate demarcation result of many wells768地　球　物　理　学　进　展21卷图4　层位的三维可视化解释Fig.4　Three dimension visualization interpretation ofhorizon图5　相干体解释立体图和平面图Fig.5　The stereogram and ichnography of intervention interpretation8683期刘丽峰,等:三维精细构造解释的方法流程和关键技术图6　层位与断层解释三维可视化图Fig.6　Three dimension visualization graph of horizon and fault interpretation 三维解释工区的满覆盖面积为87km 2,解释的基础数据为三维叠偏的成果数据及三维叠加速度体.目的层段的频谱分析(图1)表明地震资料的频带较宽,一般在10～70Hz 左右,主频为30～35HZ ,目前地震资料的品质可以满足三维精细构造解释的要求.2.1　层位标定及波组地质属性针对研究区的实际情况,我们采用了两种方法来进行层位标定,对于泉头组以上的地层采用地震合成记录法进行层位标定,而对于未钻遇到的地层,采用与二维标定成果对比及地震反射特征、不整合面特征的方法进行标定.本区的地震反射标志层为嫩江底界(K 2n ),反映在地震剖面上的两个相邻的强相位中的第二个强相位对应该层的地质分界,而在合成记录上该界面正好对应的是一个强波峰.在标定过程中,采用的是主频为35Hz 正极性的雷克子波.多口井、多个层位联合标定的结果如图3.从地震解释的剖面上看,研究区内的地震反射自下而上特征清晰,强弱反射带相间特征明显.1000ms 以上为一大套较强振幅的高频反射,代表了四方台组的一套沉积.接下来是一段明显的弱反射带,测井特征为声波时差差异较小,该段反射主要代表了嫩江组的沉积.T1是该区典型的标志层,波组有两个同相轴组成,反射能量强,连续性好,可全区进行追踪,测井分析表明该界面是一个明显的波阻抗差界面.向下进入到该区主要的目的层段青山口组,该套地层在地震上表现为一大套中———强反射振幅,基本可连续追踪,上下平行接触的反射特征.在时间为1800ms 以下是一个杂乱反射,振幅较强反射带,主要代表了一套泉头组的沉积.向下又是一个明显的弱反射带,是登娄库组的地层沉积,该弱反射带的底与下伏地层呈明显的角度不整合,其顶底界面是识别标定追踪T3、T4的一个重要的特征和依据.营城组与沙河子、火石岭组在地震上表现为一套强反射,较连续,不平行的反射特征,该套反射的底与下伏地层呈明显的角度不整合,是古风化壳(基底)的反射特征,边界之下为古生界地层的杂乱反射.2.2　层位断层解释在解释过程中采用了常规解释和三维可视化解释相结合的解释方法.(图4、图5、图6).2.3　三维平均速度场建立(1)用地质模型与叠加速度体建立初始速度模型,按构造层位重新对速度谱进行解释,解释时强调968地　球　物　理　学　进　展21卷速度数据取点与层位的对应,形成新的解释速度体.(2)在确定的层位上下界面间插值,求取相应的均方根速度,再利用DIX 公式求层速度.(3)层速度平滑为了克服随机干扰造成的影响,我们采用了平滑技术,设计平滑因子.这种方法不仅去掉了横向上随机干扰造成的影响,同时还去掉了纵向上随机干扰造成的异常.层速度作为重要的地层参数之一,反映了地层岩性、沉积、构造等多方面的特征,因此层速度的展布特征应与地层的地质特征有很强的相关性.本次研究分别为采用二个不同的立体平滑算子求得的层速度剖面,对比可以得知立体平滑算子有效地去掉了一些局部速度异常,从而避免了可能由速度异常引起的构造假象.图7　平滑半径500米的层速度剖面Fig.7　Interval velocity profile ofsmooth radium 500m图8　平滑半径1500米的层速度剖面Fig.8　Interval velocity profile ofsmooth radium of 1500m (4)将平滑后的层速度转换成平均速度图9为青三段顶(T11)平均速度图.开始原始平均速度横向变化较大,有许多的异常假象,通过平面约束调整,使得最终的平均速度则明显合理与构造趋势吻合良好.图9　青三顶(T11)最终平均速度分布Fig.9　Average distribution of qingsan top (T11)图10　青山口组顶(T11)平均速度图Fig.10　Average velocity of qingshankou group top783期刘丽峰,等:三维精细构造解释的方法流程和关键技术 (5)建立三维平均速度场速度场建立前后各主要层位的平均速度对井都存在误差.本研究区初始平均速度对井速度误差在0.8%～4%之间,最终平均速度对井的速度误差在0.1%～1.5%之间,速度精度明显提高.可以确保低幅度构造和断层解释的精度.同时分析还表明在校正前,平均速度误差一般为20～130m/s,通过钻井的实际平均速度的校正,平均速度误差降低到1～10m/s的范围内,速度的精度得到了很大的提高,为精细构造解释奠定了基础.图10为目的层的平均速度平面图,分析得知东西速度场总体上呈西低东高、北高南低之式,东西向速度的变化梯度比南北向速度的变化梯度大.分析表明速度的这种变化与构造的变化趋势吻合.(6)对三维平均速度场进行标定由于成像的速度精度低的原因,通常地震速度与实际的钻井速度存在误差,分析表明地震速度普遍大于测井速度,故必须用钻井的实际速度加以校正.在平均速度体上提取各井主要层位的速度值与实际钻井的平均速度进行比较,求出平均速度与实际速度的误差,得到各层相应的标定值,分别对各层位进行标定.最终建成平均速度模型.用最终的平均速度场对研究区内的解释层位的等T0进行了时深转换,通过和钻井实际数据比较,误差范围0.3～7m,绝大部分误差小于4m.说明用上述方法建立的平均速度场的精度较高.2.3　成　图利用Landmark解释软件中的ZMA PPlus模块最终制成构造图(图11),同时进行人工干预,使所成构造图更加符合研究区的地质规律.3　结　语三维地震数据已经成为石油工业中用来探寻地下未知地层的关键工具[11].三维精细构造解释充分利用三维地震数据体的信息,结合测井数据,并且将一些属性体如相关数据体、方差体用构造解释中,可视化技术和虚拟现实技术使解释精度大大提高,使解释的结果更完整更准确.可以预见,随着各项技术的不断完善和新方法的出现,三维精细构造解释技术也会再上一个新台阶.参　考　文　献(References):[1]　谢里夫R E,吉尔达特L P.勘探地震学[M].北京:石油工业出版社,1997.[2]　Geoffrey A.Dorn.Visualization in32D seismic interpretation[J].The Leading Edge,1995.1045～1049.[3]　李剑峰,董宁,关达.虚拟现实技术在鄂尔多斯东北部低渗透气藏勘探开发中的应用[J].石油物探,2005,44(5):471～472. [4]　安精文.精细构造解释在塔河油田开发中的应用.新疆石油地质,2004.[5]　Bob A,Hardage etc.32D Seismic Interpretation of Deep,Complex Structures in t he Delaware Basin,West Texas[J].Geological Circular99～1.[6]　王咸彬.真(全)三维构造解释技术初探[J].石油物探,2000,39(2):90～94.[7]　刘兵,刘怀山,姜绍辉.虚拟现实技术在石油勘探开发中的应用[J].西北地质,2004,37(4):107～112.[8]　赵庆国,赵华,湛林福.虚拟现实技术在石油勘探中的应用[J].石油大学学报(自然科学版),2005,29(1):30～33.178。