关于地震属性应用的几点认识

第25卷第5期2002年10月
勘探地球物理进展
Progress in Exploration G eophysics
Vol.25,No.5
Oct.,2002关于地震属性应用的几点认识
曹　辉
(中国石化石油勘探开发研究院南京石油物探研究所,江苏南京210014)
摘要:讨论了应用地震属性研究油藏(或储层)特征时存在的问题,指出了通过运用属性的综合标定、先验模型的约束以及改进属性算法等手段,可以在一定程度对地震属性进行优化,减少地震属性应用的不确定性,提高地震属性预测油藏特征的应用效果。

关键词:地震属性;属性标定;属性优化;模型约束;油藏特征
中图分类号:TE19 文献标识码:A
Discussion on the application of seismic attributes
Cao Hui
(Institute of G eophysical Prospecting,SINOPEC Research Institute of Petroleum Ex ploration and Development,Nan2 jing210014,China)
Abstract:Limitations in using seismic attributes to reservoir characterization are discussed in the paper.By a combina2 tion of seismic attribute calibration,model2based constraint and refinement of algorithms of seismic attribute extraction, the limitations and uncertainties in using seismic attributes to reservoir characterization can be reduced greatly.There2 fore,the efficiency and accuracy of reservoir characterization by using seismic attributes are improved accordingly.
K ey w ords:seismic attribute;attribute calibration;attribute o ptimization;model2based constrain;reservoir char 2acterization
近年来地震属性的研究进展很快,有关地震属性研究的文章很多。

翻开地球物理杂志,无论是国外的还是国内的,都有大量的有关地震属性应用的文章发表。

可以毫不夸张地说,地震属性技术已广泛应用于地震构造解释、地层分析、油藏特征描述以及油藏动态检测等各个领域,地震属性在油气勘探与开发中所发挥的作用越来越大。

地球物理学中的一门新兴学科———地震属性学已初步形成。

但是,任何事物都是一分为二的,地震属性的应用也不例外。

地震属性应用的领域越多,由此而引发的问题也越多。

从20世纪70年代初开始,到80年代中期的迅速发展,再到近年来的基本成熟,地震属性的研究与应用走过了一条不平坦的道路。

特别是在80年代的一段时期内,提取地震属性的方法五花八门,提取出的地震属性信息多达几十种。

但是,由于没有将这些信息赋予明确的地质意义,解释起来难度极大,部分从事地球物理学的人员将地震属性研究做成了“黑匣子”,更有甚者将其神化,将储层预测说成是“神学、心理学、地球物理学与地质学的结合”,以致于国外有的专家将地震属性研究与巫术相提并论,称地震属性分析为“地震炼金术”,国内也有不少专家对地震属性研究的前景表示担忧。

这种状况使不少地球物理学家对地震属性的研究感到迷惘,更不用说其它相关行业的专家们[1,2]。

这段时间,地震属性的研究虽然有一定发展,但大都集中在研究提取属性的计算方法上,对属性应用条件与效果的研究却较少,多少有些舍本逐末。

应该说此时的地震属性研究走了一段弯路。

时至今日,仍有不少同志对应用地震属性研究油藏(或储层)特征存有疑虑。

曾有很多人问过同样的问题:地震属性在油藏特征研究中到底有多大作用?我自己也曾不止一次地问过类似的问题。

对于这一问题,确实难以回答。

但是,如果我们换一种思路,问一问如果不用地震属性,我们又能用什么来研究油藏的空间特征呢?对于这一问题,相信大多数人都认为:就目前技术现状而言,地
收稿日期:20020605。

作者简介:曹辉(1959),男,教授级高级工程师,1986年毕业于长春地质学院应用地球物理专业,获硕士学位。

现主要从事地震综合解释工作和地震新方法新技术研究。

震属性是研究油藏空间特征的最好的参数。

地质
露头只能解决表层问题,井孔资料只能解决点上的问题。

要解决空间问题,唯一可供利用的就是地震属性信息。

目前,我们所用的多数地震属性是叠后属性,即是从叠后偏移数据体中提取的。

提取属性的方法和属性的种类均很多[3,4]。

地震属性与地下地质目标之间并不存在一一对应的关系,影响地震属性的因素很多。

实际上,多数地震属性是构造、地层、岩性与油气等综合因素的反映。

这还不包括由属性计算以及地震资料本身等因素引起的误差与干扰。

以油藏特征研究为例,假设我们应用振幅属性A研究陆相油藏特征,对A的贡献可能有20%来自页岩与含气砂岩的界面,5%来自油砂,20%来自含水砂岩,45%来自页岩与页岩界面,10%来自其他影响。

我们知道,应用地震属性研究油藏特征实际上是一个反问题,客观上不止一个油藏地质模型能够产生观测到的地震属性特征。

仍以振幅属性A为例,对A的贡献可能有10%来自页岩与含气砂岩的界面,15%来自油砂,25%来自含水砂岩, 35%来自页岩与页岩界面,15%来自其他影响。

在具体的油藏特征分析中,影响地震属性的因素还要复杂的多。

由此可见,应用地震属性研究油藏特征有很大的不确定性。

特别是在属性研究中普遍存在地震属性所固有的而不是由误差引起的多解性,使得人们应用地震属性研究油藏特征,进行岩性与油气预测的难度加大。

传统上,常依据地震属性研究是否获得正确结果,来判断地震属性解释的成功与否,如通过钻井对其进行验证等。

这种验证,在时间上严重滞后,又因油气勘探是一复杂的系统工程,其中的每个环节都可能对钻井结果产生影响,从而使得这种验证结论变得复杂化。

一般而言,地震属性的有效应用取决于地学家对属性的了解程度以及对各种综合资料的掌握程度。

笔者通过近几年的研究发现,在应用地震属性研究油藏或储层特征(如岩性与含油气性预测、储层物性预测等)时,通过属性的综合标定、先验模型的约束以及改进属性算法等,可以在一定程度上优化地震属性的应用,减少地震属性应用的不确定性,提高地震属性的应用效果。

在此,愿意与各位专家进行探讨与交流。

1　地震属性的综合标定
要进行构造解释,第一步就得对层位进行标定。

同理,应用地震属性研究油藏特征,第一步也要进行属性的标定。

对地震属性进行标定,是应用地震属性进行各种研究的前提条件。

没有经过标定的属性仅仅是一种地球物理参数,不具任何地质意义,不能用于地质解释。

只有通过标定,才能建立地震属性与地质特征之间的关系。

目前主要使用以下几种方法对地震属性进行标定。

111　用前人的经验与成果进行标定
对于一个新的工作地区或新的研究领域,由于工作初期可供利用的资料较少,人们不得不借鉴他人以前的工作经验或其它类似地区的工作成果,对地震属性进行标定,如20世纪60年代末70年代初在墨西哥湾等地广泛使用的“亮点标定”技术。

当时,就有很多人直接利用这一技术识别油气藏,并取得了一定成效。

前人的工作经验是一项宝贵的财富,没有这些经验与成果,对于新的研究领域我们将难以下手。

但是,经验也会制约我们的思路,盲目或不加分析地应用经验,甚至会带来严重的后果。

仍以“亮点标定”技术为例,早期在中国东部陆相薄互层地层油气勘探中,按“亮点”异常模式布置的钻井很少成功,由此造成的损失至今令人记忆犹新。

现在我们已经知道,所谓的“亮点”,只有在油气储层为疏松砂岩(其速度小于或近似等于页岩速度)时才会出现,不同类型的储层含有油气时,有的会形成“亮点”,有的会形成“暗点”,有的既不产生亮点也不产生暗点。

利用这种属性标定方式,可以说是不得已而为之,应当充分注意其风险性。

从方法技术看,利用经验进行标定的方法属于类比法,即基于前人研究的对象与现在研究的对象有某种相同或相似性。

因此,在应用一些成功经验时,一定要注意研究区域内的具体地质、地球物理条件与特征。

事实上,地下的地质与地球物理条件千变万化,很少有两个地区具有完全相同的条件。

只有在研究区的地质和地球物理条件与获得成功经验地区的地质和地球物理条件基本相同或相似的情况下,这种标定才会取得成功。

1.2　用井孔资料进行标定
应用井孔资料对地震属性进行标定,是目前使用最多,效果最好,大家最为认可的方法。

该方法
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第5期 曹辉1关于地震属性应用的几点认识
采用的是从已知到未知的思路,即运用井中已经获
得的地层、岩性、储层物性及含油气性等信息,通过过井地震道或井旁地震道,建立油藏(储层)特征与地震属性之间的关系,然后,将其外推至整个油藏空间。

要实现井孔资料对地震属性的标定,第一步必须进行层位标定。

层位标定是地震属性标定的基础,层位标定不准或有误,将使属性标定失去意义。

在层位标定的基础上,抽取过井地震道或井旁地震道与油藏位置对应的地震属性,建立应用地震属性研究油藏特征的模式。

目前采用的方法主要有以下三种。

11211　回归分析
运用井中获得的储层岩性、物性及含油气性等参数,与对应的地震属性进行回归,建立油藏特征与地震属性之间的对应关系式。

这种方法简单易行,且很直观。

通过回归曲线,可清楚地看出地震属性与油藏特征参数之间的关系。

图1与图2是笔者在江苏某工区内利用8口井资料所作的反射地震振幅与储层物性参数(孔隙度、渗透率
)之间的统计交会图,对这些图进行进一步回归,
即可获得该地区振幅属性与储层物性之间的基本关系式。

应用该关系式,就可通过振幅属性获得全工区的有关储层的孔隙度和渗透率等物性参数。

图1　反射振幅与孔隙度的交会图
图2　反射振幅与渗透率的交会图
由图1与图2可知,振幅与孔隙度之间呈近似线性关系,而振幅与渗透率之间的关系较为复杂。

根据这一结果不难看出,在该地区利用振幅属性预测孔隙度是可行的,但利用振幅属性预测渗透率的风险很大。

11212　模式识别
模式识别是一种借助于大量信息和经验进行逻辑推理的方法。

它既能利用信息参数,又能利用前人的经验,是一种集信息和经验于一体的方法。

模式识别的高级阶段是通过大量已知信息(如由井孔资料确定的储层参数、油藏参数等)对复杂过程进行学习、判断和寻找规律。

由此可见,我们在地震资料及其他地球物理资料的解释中,几乎无一例外地都是使用模式识别技术。

模式识别成败的关键是建立分类器,即通过对已知信息的学习,根据已知样本确定隶属函数。

建立隶属函数(分类器)的过程,实际上就是运用井孔资料或其它先验信息对地震属性进行标定的过程。

常用的方法有统计模式识别法与模糊模式识别法,前者是通过统计的方法建立隶属函数,后者则根据前人的经验或成果直接选用一些理论函数(如正态分布)作为隶属函数。

模糊模式识别技术由于标准模式的选择带有较多的主观性,由此获得的隶属函数受人为因素的影响严重,因此近年来较少有人再使用;统计模式识别则直接利用井孔资料帮助建立隶属函数,人为因素小,效果较好,但需要有足够多的已知样本(井孔资料)来建立分类器,
已知样本越多,建立的分类器越好。

所以,在井资料较少的情况下,效果受到影响。

笔者在松南某地区应用统计模式识别进行油气预测时,曾出现过这样的现象,建立起的隶属函数出现两个峰值(见图3)。

图3　地震属性隶属函数(由统计模式识别获得)
02勘探地球物理进展 第25卷
仔细分析后发现,造成这一结果的原因是参与统计的样本是两类储层,一类是粉砂岩储层,一类是致密细砂岩储层。

因此,在建立隶属函数时,要特别注意对已知样本(储层信息)进行有效分类。

要做到这一点,应当遵循以下研究步骤。

1)必须保证所选已知样本来自相同或相近的层位,不能把不同层位的属性混在一起进行学习。

这一点不仅仅限于模式识别技术,对于所有的地震属性研究方法都很重要,比如上面提到的回归分析等。

这是因为只有相同或相近层位的属性才具有可比性。

不同层位上的属性,即使与其相对应的储层特征类似,如都为细砂岩储层,但受现阶段的地震资料处理(如均衡处理)等因素的影响,在量值上不具有可对比性。

2)要将相同或相近储层中对应于不同地质特征的地震属性,如对应于砂岩、含油气砂岩以及含水砂岩的属性等,分别进行学习,以建立各自的隶属函数。

只有这样,建立起的隶属函数才能既有较高的可信度,又有较强的分辨能力。

如果把对应于不同类型储层特征的属性放在一起学习,建立起来的隶属函数就无法区分不同类型的储层特征,更无法区分储层的岩性和物性差异,这样就失去了属性研究的意义。

11213　神经网络
神经网络实际上也是一种模式识别技术,它具有自学习与自适应能力以及较强的容错能力,并具有非线性特征。

与模式识别技术一样,神经网络对已知样本较少,样本类型单一的地区效果较差。

此外,它将所有参与学习的属性样本不分优劣地同等对待,不能对属性进行优选。

这往往会影响应用属性研究储层特征的效果。

有经验的人都知道,在一个地区,常常只有一两种属性能较好地反映储层特征。

在这种情况下,如果不分青红皂白,使所有的属性不加选择地参与学习,建立起来的网络将难以取得良好的效果。

神经网络研究一般都分为两步:①网络的学习;②网络的识别或预测。

所谓网络的学习,就是利用已知资料(样本),如井孔资料,对地震属性进行标定的过程。

在应用神经网络研究储层(或油藏)时,对已知样本的要求基本与模式识别一样。

此外,要取得良好的预测效果,神经网络也需要有足够的已知样本,通过自适应或自学习来形成分辨能力强、预测准确度高的网络权系数,否则,其研究结果的正确性将难以保证。

除上述几种方法外,类似的方法技术还有灰色识别、分形理论、决策分析等。

无论哪种方法,对用于标定的已知样本的要求基本相同。

2　地震属性的优化
2.1　用模型优化属性
21111　理论模型
虽然有不少学者对楔状模型与薄互层模型的反射特征进行了研究[5～7],但真正将这些模型研究结果用于实际地震属性解释的例子却较少。

因为在实际工作中,我们面对的模型非常复杂,不经过相当长时间的研究,不掌握足够的资料,根本无法建立地下的等比简化模型。

因此,应用理论模型研究优化地震属性的难度很大。

尽管如此,我们仍然能做一些工作。

例如,对于陆相薄互层储层,我们可以借助于井孔资料研究薄互层的结构特征。

理论模型研究表明,由于薄层调谐作用,决定薄互层储层反射特征的主要因素不是岩性或油气,而是储层的结构。

与薄互层结构相比,岩性与油气对反射特征的贡献要小很多。

对于振幅类属性,当薄互层组合反射出现相长干涉时,振幅增强;出现相消干涉时,振幅减弱。

对于频率类属性,韵律型薄互层类似于带通滤波器,反射波频率随着薄层厚度的减小而升高;递变型薄互层具有低通滤波作用,反射波频率随着薄层厚度的减小而降低。

我们在研究松南地区八屋油气藏时,就发现两个相邻的储层(泉一段农Ⅷ与登娄库小Ⅰ)所表现出的这种特征。

总的看来,该区农Ⅷ层为韵律型结构,频率较高(30Hz左右);小Ⅰ层为递变型结构,频率较低(15Hz左右)。

在振幅特征上,农Ⅷ层单砂层较薄,出现相消干涉,振幅较低;小Ⅰ层单砂层稍厚,出现相长干涉,振幅较强。

但也有部分地段,并不具有这种特点。

21112　实际模型
前面已经指出,很多地震属性是构造、地层、岩性与油气等综合因素的反映。

理论上,无法由一个方程同时求解多个未知数。

只有对其中的某些参数做出假设后,才能求得其它参数。

但对一个具体地区而言,随着研究的不断深入,人们对地下地质情况的了解将越来越多。

这样,就可以利用这些信息建立模型,将其中的一些未知因素(如构造模型、地层模型等)确定下来,再去研究其他未知因素(如储层的岩性与含油气性等)。

在一个相对稳定的沉积环境中,储层的厚度和
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第5期 曹辉1关于地震属性应用的几点认识
岩性等因素的横向变化相对较小。

因此,可以将它们对地震属性的贡献近似为一个常量,这时引起储层地震属性变化的主要因素可能就是油气或储层物性;而在一个复杂多变的沉积环境中,影响地震属性的因素就很多,地层结构以及岩性的变化等对地震属性的贡献可能要比油气的贡献更大。

一个地区的研究程度越高,已知的资料就越多,对属性的约束就越强,应用属性预测岩性或含油气性的可信度也越高。

2.2　改进算法优化属性
21211　属性比值
利用属性比可以优化属性的应用。

根据模型及实际资料的研究[5～7],我们发现,在多数情况下,振幅属性主要是地层结构与岩性/含油气性的综合反映,而频率属性则主要受地层结构的影响。

因此,将振幅与频率相比,获得新的属性幅频特征Φ(A/f),就能在一定程度上压制地层结构的影响,突出岩性异常。

在松南孤家子地区的油气预测中,我们发现,与振幅属性相比,幅频特征更好地反映了储层的岩性/含油气性特征。

由于地层沉积上的继承性,在条件适合的情况下,利用储层顶、底反射的振幅比也能压制地层结构的影响,突出岩性与油气异常。

21212　波形特征点约束属性[8]
根据地震波特征点(极值点、半极值点、拐点、最大相干点等)对计算地震属性的方法进行约束,直接通过改进属性算法,来压制由穿层或穿时等非地质因素引起的干扰,可以优化属性的应用。

2.3　属性的误差分析
对属性研究进行误差分析,也是一种有效的优化属性应用的方法。

这一点在直接应用地震属性时体现不够明显,但在应用地震属性计算储层物性参数时,如果把最终的物性预测结果与预测的置信度(或方差等)联合起来解释,即对预测的物性特征进行误差分析,将有助于我们降低预测风险,提高预测可信度。

例如,某储层两个有利部位的预测孔隙度均为15%,但其中一个的置信度为80%,另一个为50%,显然前者比后者更好一些。

但如果不给出置信度,我们就无法判别两者的优劣。

同理,我们对地震属性的应用也应进行误差分析,以对属性本身的可靠性进行评价。

只有这样,才能使属性的应用建立在牢固的基础上。

3　结束语
地学家希望利用地震反射的变化来研究储层或油藏特征等,地震属性技术为这一研究提供了可能。

地震属性研究实际上是一种精细研究地震波波形特征与地下地质目标对应关系的方法。

地震属性与地下地质目标之间并不存在一一对应的关系,影响地震属性的因素很多。

多数地震属性是构造、地层、岩性与油气等综合因素的反映。

这还不包括由属性计算以及地震资料本身等因素引起的干扰和误差。

因此,为了应用地震属性研究储层或油藏特征,必须对其进行标定与优化,以压制各种干扰,提高应用效果。

一个地区的研究程度越高,可供利用的已知资料就越多,地震属性研究的可靠性也就越高。

利用这些已知资料,我们可以对地震属性进行标定,以建立属性与地质特征的对应关系;也可以建立模型,应用模型对属性的应用进行约束。

此外,还可以通过改进属性算法,以压制非地质因素对属性的影响,提高属性的应用效果。

地震属性的应用是一个不断深化的过程。

随着研究区可供利用资料的不断增加,地震属性的应用潜力也会不断增大。

参　考　文　献
1　Barnes A E1Seismic attributes past,present,and future.
Expanded Abstracts of69th Annual Internat SEG Mtg, 1999,892～895
2　曹辉.关于地震属性的几点思考.石油物探,2000,39(增刊):162～166
3　Brown A R.地震属性及其分类.严又生译.国外油气勘探,1997,9(4):529～530
4　刘企英.利用地震信息进行油气预测.北京:石油工业出版社,1994.306页
5　李庆忠.含油气砂层的频率特征及振幅特征.石油地球物理勘探,1987,22(1):1～23
6　曹辉.应用GM(1,1)模型分析反射波振幅与频率特征.
石油地球物理勘探,1995,30(1):91～99
7　苏盛甫.薄储集层的反射特征和定量解释方法.石油地球物理勘探,1988,23(4):387～402
8　曹辉.一种减少地震属性不确定性的方法.石油物探, 2002,41(4):待发表
22勘探地球物理进展 第25卷。