地震属性及其提取方法

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地震属性及其提取方法
地震属性及其提取方法
1绪论
1.1 选题的必要性及重要性
地震属性分析技术作为油气藏勘探的核心技术之一,其作用主要为:岩性及岩相、储层参数和油气的预测。

地震数据体中含有丰富的地下地质信息,不同的地震属性组合可能与某些地质参数具有很大的相关性,因此利用地震属性参数可以有效地进行储层预测。

常用的地震属性主要有瞬时类参数、振幅统计类参数、频能谱统计类、相关统计类、层序统计类。

在层序界而内追踪闭合基础上,将地震属性分析技术、储集层反演技术、相干体切片技术等许多新技术综合应用于分析论证,可以预测有利的区带,进行油气藏勘探。

1.2 重要研究内容
地震属性包括剖面属性、层位属性及体属性,目前层属性最为常用和具有实际意义。

剖面属性提取就是在地震剖面沿目的层拾取各种地震信息,主要通过特殊处理来完成;层位属性就是沿目的层的层面并根据界面开一定长度的时窗提取各种地震信息。

提取的方式有:瞬时提取、单道时窗提取和多道时窗提;体属性提取方法与层位属性相同,只是用时间切片代替层位。

地震属性提取选择合理的时窗很重要,时窗过大,包含了不必要的信息;时窗过小,会丢失有效成分。

时窗选取应该遵循以下原则:
(1) 当目的层厚度较大时,准确追出顶底界面,并以顶底界面限定时窗,提取层间各种属性,也可以内插层位进行属性提取;
(2) 当目的层为薄层时,应该以目的层顶界面为时窗上限,时窗长度尽可能的小,因为目的层各种地质信息基本集中反映在目的层顶界面的地震响应中。

1.3地震属性分析的难点问题
(1)地震属性分析的间接性。

地震数据中所含的储层信息往往是十分间接的,至今无法建立明确的物理或数学模型,这种关系通常是定性的、模糊的、不唯一的,
1绪论
带有一定的经验性,因此我们无法用某种确定性的方法从地震数据中进行分析。

(2)地震属性相关性的错综复杂。

各种地震属性之间的相关性错综复杂,主次关系变化不定,数量关系难于提取,因此应用常规的分析方法做出定量的分析也比较困难。

(3)地震属性的非线性特性。

地震属性以及影响属性的各变量之间呈现非线性特性,地震属性分析是一个多变量非线性问题,因此要求有强大的处理非线性问题的能力。

(4)分析结果的不确定性。

地质状况的复杂性、原始资料品质的好坏程度使得地震属性分析结果误差相当大。

地震属性分析中对样本数据的最好匹配并不能保证最好的分析结果,即建模数据的最小误差准则并不是提高分析精度的最好准则。

(5)地震数据噪声问题。

由于地质状况复杂、实际施工条件等诸多因素的影响,地震数据中噪声情况严重,大大干扰属性分析的性能。

(6)信息量和计算量巨大。

地震属性分析时需要处理的信息量和计算量往往十分巨大,对分析算法的性能要求非常高。

以上这些问题都直接影响着地震属性分析的工作效率、准确度以及精度。

1.4 国内外研究发展现状
随着三维地震勘探技术的不断成功,地震属性越来越受到人们的欢迎。

地震属性在了解解释层位空间显示的数据方面有着特殊的价值。

然而,许多可以获得的属性并不总是信息的独立部分,事实上只是简单的表示反映基础信息有限部分的不同方式,成功的关键是选择解决问题最有效的属性,而且使用属性进行的统计分析必须建立在对属性了解的基础上,而不是简单的数学关联。

目前已经有许多学者对用地震属性进行了归类,可以帮助人们了解可以获得的属性及每种属性拥有的用途。

首先,与地震数据中基本信息有关的是时间、振幅、频率和衰减,其中大多数属性是叠后的,来自于工作站上装载的叠加与偏移数据体,叠前属性主要来自AVO测量结果。

地层属性沿追踪地层提取,得益于计算机自动追踪的精度。

定位精度通常约1/4 ms,属性值精度基本相似。

时窗属性采用如2或4 ms间隔的采样值,它们可以对全部采样值进行求和或平均给出总属性,也可以选择单一属性,或者可以计算时窗上属性值的分布或走向。

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时间导出的属性有助于分辨构造细节,而振幅和频率导出的属性便于解决地层和储层特征问题。

这里所说的振幅属性是相当稳健和有效的,而频率属性则有助于展示附加的地质分布。

混合属性因含振幅和频率成分而有着特殊意义,因而是非常有用的地震特性测量结果。

当然,岩石物性研究和地震模拟是了解地震属性的其它来源,这类了解方式必须在与储层参数的相关性中建立置信度,而且必须成为所有属性分析项目的一部分
2 地震属性
2.1 地震属性的内涵与分类
到目前为止, 对地震属性还没有统一的定义, 大家引用较多的是Western A t las Internat ional 公司的Q uincy Chen 与SteveSidney 所给出的定义:“地震属性是地震资料的几何学、运动学、动力学及统计学特征的一种量度”
采地震属性是指由叠前或叠后地震数据,经数学变换而导出的有关地震波的几何学、运动学、动力学和统计学特征。

地震数据体中隐含着丰富的地质信息,就是通过地震属性来实现和表达的。

目前地震属性主要用于储层岩性及岩相、储层物性和含油气性分析。

广义的地震属性分析还包括波形分析、地震相干体分析、地震反演波阻抗分析、AVO 反演等。

随着人们对地震属性了解越来越深入,地震属性的数量突增,据统计目前有明确定义的有300 多种,而常用的只有30~50 种。

把地震属性合理分类,对理解和正确使用地震属性是很有帮助的。

根据不同的出发点,属性有多种分类方案,其中主要的分类方案有如下: Taner 等人(1995) 将地震属性划分为几何属性和物理属性,几何属性主要指反射特征等,用于构造解释、层序划分和地震相研究;物理属性主要指振幅、频率、相位等,用于岩性和储层特征解释。

AlistairR1Brown (1996) 强调叠前及叠后分类并提出四类叠后地震属性:时间、振幅、频率及衰减属性。

Chen以运动学和动力学为基础把地震属性分为振幅、频率、相位、能量、波形、衰减、相关和比值等几大类。

2.2地震三瞬属性
三瞬属性是所有其它衍生类属性的基础,三瞬属性包括瞬时振幅、瞬时频率和瞬时相位。

已经有许多专家和研究人员对三瞬属性在储层分布形态、地震沉积分析、异
2 地震属性
常体识别等多方面的应用做出研究和分析,并有许多成果文献发表,对于刚接触地震属性的人来说,还是有必要了解三瞬属性的来源。

由于地震数据实际上也类属于信号,所以许多有关信号处理的方法和概念都被引入到地震数据的处理当中,包括小波分频变换处理、褶积与反褶积等。

三瞬属性主要是利用了Hilbert变换的信号处理方法。

如下摘自于高静怀教授(2005)等《利用地震瞬时谱属性进行薄互层分析》(发表在《煤田地质与勘探》)对三瞬属性的表述:
瞬时振幅是反射强度的量度,所以一般软件中出现的envelope也就是瞬时振幅的含义,其用法与瞬时振幅一样。

从计算公式来看,就是解析信号的实部与虚部总能量的平方根,主要反映能量上的变化,可以突出特殊岩层的变化。

瞬时相位是地震剖面上同相轴连续性的量度,无论能量的强弱,它的相位都能显示出来,即使是弱振幅有效波在瞬时相位图上也能很好的显示出来。

当波在各向异性的均匀介质中传播时,其相位是连续的;当波在有异常存在的介质中传播时,其相位将在异常位置发生显著变化,在剖面图中明显不连续。

因此,利用瞬时相位能够较好
地震属性及其提取方法
的对地下分层和地下异常进行辨别。

当瞬时相位剖面图中出现相位不连续时,就可以判断该处存在分层或异常。

瞬时相位与以上两种地震属性不同,它是根据地震波穿越不同地质体引起的相位变化来识别不同地质体间的边界。

单道计算的基本地震属性中,瞬时相位是非常敏感的地震属性。

瞬时频率是相位的时间变化率,它能够反映组成地层的岩性变化,有助于识别地层。

当地震波通过不同介质界面时,频率将会发生明显变化,这种变化在瞬时频率图像剖面中就能显示出来。

对于同一探测对象,三种瞬时信息在同一位置发上明显变化就可能反映探测对象在该处的物性变化。

在三个参数中,瞬时相位谱的分辨率最高,而瞬时频率和瞬时振幅谱的变化也较为直观,可以利用这两者来确定地下异常的大概位置,用瞬时相位来确定分层的边界。

如下图对某个地震信号进行Hilbert变换处理,右侧依次为Hilbert结果、瞬时振幅、瞬时相位和瞬时频率。

注意观察图中用黑色虚线标注的层段,在振幅上层段的顶为一个强波谷,底为零值,中间包括一个强波峰,考虑子波相位为零相位时,该层段岩性阻抗比上覆岩层阻抗高,底与下伏岩层接近,其顶部为高阻抗岩性。

在进行Hilbert变换后,原有的信号为解析信号,其振幅的变化幅度正好与原始信号的相反。

层段上覆地层振幅为正值,层段原强波峰段在此变为强波谷。

在下方的
2 地震属性
振幅图上与原始信号基本一致。

瞬时振幅为Hilbert变换后的实部与虚部值的均方根,可以看到在标注层段处振幅为高值,这是原始信号上波谷与波峰幅度的统计,层段整体都表现为强值段。

这是反映的能量变化。

瞬时相位则是虚部值与实部值相除然后求反正切值。

瞬时相位反映出边界的变化或者是反射的连续性。

从结果来看,层段的顶底变化很清楚,顶对应的是近-180度的相位值,底对应近正180度的相位值。

与原始信号对比,顶在信号上是由波谷转换到波峰,是正180度转换到负180度,在颜色上表现是截然相反的两种对比颜色。

而层段内部的变化是连续的,又从负相位渐变到正相位,到底时为正180度。

然后层段下伏地层显示很快的相位变化,而在信号幅度上虽然有正负值的变化,但差异没有那么明显,而在相位上则显示快速的变化(由正相位到负相位或由负相位到正相位),这也说明相位能够放大局部信号上的差异(尤其是存在较弱正负幅度的变化)。

瞬时频率来源于瞬时相位,为相位对时间求导获得。

它的变化就没有相位那么敏感,如层段处整体显示出低频特征,反而在层段的底界处出现一个高频率的值。

对比整个原始信号,在瞬时频率出现高值的地方基本上都对应一个层段的底,也就是发生岩性或者层段变化的界面处出现频率的突然变化。

2.3地震属性的计算方法
(1)均方根振幅(RMS Amplitude)
均方根振幅是将振幅平方的平均值开平方。

由于振幅值在平均前平方,因此,它对特别大的振幅非常敏感。

(2)平均绝对值振幅(Average Absolute Amplitude)
地震属性及其提取方法
平均绝对值振幅没有均方根振幅那样,对特别大的振幅敏感。

(3)最大波峰振幅(Maximum Peak Amplitude)
最大波峰振幅的求取方法是,对于每一道,PAL在分析时窗里做一抛物线,恰好通过最大正的振幅值和它两边的两个采样点,沿着这曲线内插可得到最大波峰值振幅值。

PAL画一个使这三个采样点适合曲线并且
沿这一曲线确定出最大值。

Maximum Peak Amplitude = 125
(4)平均波峰振幅 (Average Peak Amplitude)
平均峰值振幅是对每一道在分析时窗里的所有正振幅值相加,得到总数除以时窗里的正振幅值采样数得到的。

(5)最大波谷振幅 (Maximum Trough Amplitude)
最大波谷振幅的求取方法是,对于每一道,PAL在分析时窗里做一抛物线,恰好通过最大负的振幅值和它两边的两个采样点,沿着这曲线内插可得到最大波谷振幅
2 地震属性
值。

PAL 画一个适合这三个采样点的曲线
并且沿着这一曲线确定出最大值。

Maximum Trough Amplitude = |-90| = 90
(6)最大绝对值振幅 (Maximum Absolute Amplitude)
计算每道的最大绝对值振幅的求取方法是,首先在分析时窗内计算出波峰和波谷的值,得出最大的波峰或波谷值,然后,PAL画一抛物线,恰好通过最大波峰或波谷振幅值和它两边的两个采样点,沿着这曲线内插可得到最大绝对值振幅值。

PAL 画一个适合这三个采样点的曲线
并且沿着这一曲线确定出最大值。

Maximum Absolute Amplitude = 123.6
(7)平均振幅 (Mean Amplitude)
对于每一道的平均振幅的求取方法是,对分析时窗内的振幅值相加,总数除以非零采样点数得到的。

(8)振幅的平方差 (Variance in Amplitude)
对于每一道的振幅的平方差的求取方法是,对分析时窗内的每个振幅值减去平均值累加,总数除以非零采样点数得到的。

(9)振幅的立方差 (Skew in Amplitude)
对于每一道的振幅的立方差的求取方法是,对分析时窗内的所有采样点求取平均值,然后减去每道的平均值,计算差值的立方,求出这些值的总和,除以采样点数就可得到。

3 地震属性的提取方法
3.1地震属性研究工作流程
地震属性研究工作中属性参数的提取时非常重要的环节。

3.2提取地震属性的原则
提取地震体的属性时,时窗的选取是以目的层的深度和厚度为依据的。

时窗开的过大,会包含不必要的信息,开的过小,则会出现截断现象,丢失有效成分。

时窗的选取方法有固定时窗和沿层滑动时窗两种。

一般遵循以下原则:
(1)如果能够准确追踪目标的顶底界线,则用顶底界线限定时窗;
(2)若不能准确追踪目标的顶底界线时,可以根据井对应的目标体的时间厚度以
某一个标准层的走势为约束进行井间插值与外推开取时窗,也可以采用固定时窗法,时窗的起点、长度均为固定值,时窗长度的选取要靠经验,以尽可能少包含无效信息为准;
(3)若进行沉积相研究、相变带预测及储层预测等,应先搞清目的层段基本厚度,
根据合成记录标定后目的层所对应的地震反射范围来开取相应时窗。

3.3几种提取方法
地震属性的提取方法很多,根据研究区域的勘探程度、研究对象以及所要解决的地质问题采用合适的方式,可以获得较好的效果。

下面主要针对地震属性的目标分类按线、面、体介绍地震属性提取的基本方式及其适用性。

(1) 剖面属性提取剖面属性提取就是直接将地震剖面数据通过一些数学变换或
方法转换为与地震反射波或岩石物性有关的新的地震信息,如复数道分析、时频分析、波阻抗反演等方法获得的地震属性剖面。

这类属性剖面在过去20 年的油气检测中, 它们已得到了广泛应用。

(2) 层位属性提取
层位属性也称为基于同相轴的属性, 它是指从地震数据中提取的并与一个界面有关的属性, 它提供了有关界面上或界面之间属性怎样变化的信息。

对于这种界面上或界面之间的层位属性, 实际上它是对一个层位上地震波信息的一种平均响应, 因此, 层位属性的提取又可分为瞬时属性提取、单道分时窗提取和多道分时窗提取。

(3) 三维体属性提取
三维体属性其实质是基于三维地震数据体产生一个完整的三维属性体, 它是地震数据的另一类图像。

这种图像可以用作揭示其它剖面图像难以识别的地震特征, 如河道砂体、礁块、各类地层学沉积单元的沉积特征等, 它具有重要的使用价值。

体积属性的提取方法与上述层位属性的提取方法一样, 即分为瞬时属性提取、单道时窗属性提取和多道时窗属性提取。

3.4地震属性优化提取
(1) 资料的信噪比大于2 的原则优化前必须做资料品质评价。

就信噪比而言, 当信噪比SöN < 2(低信噪比) 时, 原则上不能利用地震属性研究地质问题; SöN 为2~ 4 (中等信噪比) 时, 可以利用地震属性研究地质问题; 若SöN > 4 (高信噪比) , 则利用地震属性完全能研究地质问题, 所提取的地震属性最稳定, 得到的结果可靠性高。

(2) 地震属性间的可对比性原则在众多的地震属性中, 由于各属性间的量纲不同, 数值间的幅值差异很大, 不便于相互对比, 为此必须做规格化处理, 建立地震属性的统一评价标准。

(3) 已知地质信息(地质规律和特点) 的指导原则在进行地震属性优化之前, 应该熟悉和全面了解研究区块的地质特点和地质规律, 应用地质规律和已知地质、测井、钻井以及录井等资料作为属性优化的指导。

(4) 浏览属性特性和规律, 力求心中有数的原则在地震属性优化之前, 应该对研究区所提取的属性进行浏览, 了解哪些属性比较有规律, 对研究对象(如岩性、
物性参数、含油气性等) 比较敏感, 而且经理论模型证实物理意义明确的属性, 优选过程中应该考虑这些属性。

(5) 计算方法与人工优选相结合的原则地震属性优化的计算方法有多种, 计算方法只是从数学原理上解决了局部或全局寻优的问题, 寻优过程与寻优结果还需人来控制、分析和评价。

4 地震属性及应用实例
4.1地震属性聚类分析技术在苏北某油田的应用
油田所处的构造是位于溱潼凹陷祝庄断阶构造带前排构造,紧邻溱潼、俞垛两大次级凹陷。

新处理三维地震资料构造精细解释表明,构造为一近东西向北掉断层控制的鼻状构造。

研究区覆盖全区的数字三维地震,区内共有8口钻井钻穿戴南组,现在有4口井在开采,目的层戴一段处于岩相变化带,具备岩性—构造圈闭的形成条件。

该区块戴一段主要储集砂组第八层、第九层、第十层砂体沉积受主物源方向的控制,沿凹陷长轴方向形成呈北东—南西向展布的水下三角洲、水下分支河道等储集砂体,物源方向为溱潼凹陷东部的南黄海隆起,沉积物与整个盆地的主要沉积方向一致;为了在研究区内发现新的油气,我们利用油藏描述技术进行了储层预测。

本次采用的油藏描述技术方法—SSAA(地震属性提取)与RAVE(储层属性可视化与推断)相结合的方法。

通过钻井资料得知,含油气层是垛一段和戴一段,此次研究的主力油层是在戴一段底块砂岩内部,油层单层厚度一般只有几到十几米,属于薄层。

在提取属性时,通过分析该油田目的层段的钻井资料,确定沿T30波向上取10ms为底,向上取25ms 为顶,作为提取属性时的分析时窗,在此时窗内提取了四大类(振幅统计类、复数道统计类、频谱统计类和序列统计类)几十种地震属性。

通过对提取的几十种地震属性及本区的地质情况进行分析,选用相关系数小的两种地震属性,进行聚类分析,确定地震属性与油藏属性的相关性,通过分析从这些地震属性中挑选出了六种与油气相关的属性:平均绝对振幅(Avg ABS Ampl),该属性可用于识别振幅异常或地震层序特征,解释岩性变化或含油气砂岩;平均瞬时频率(Average Instantaneous Frequency ):由于异常引起的频率吸收,反映与油气或裂隙的频率吸收效应有关的主频特征,低值经常与亮点(高RMS振幅)有关,指示含
油气砂岩;弧长(Arc Length):用于识别泥岩层序与高含砂岩含层序;大于门槛值的百分值(Percent Greater than Threshold):描述水进、水退层序,绘制主层序倾向,大于门槛值的百分值在均质沉积、丘形体、杂乱的河床间是不同的,在层序内或沿反射体绘制振幅异常图;能量半衰时的斜率(Slope at Energy Half-Time):指示断层或尖灭,能量半衰时的斜率强烈的变化也可能是砂、泥岩的分界;相干窗口时间漂移(corr_Time_Shift)突出倾角突变区域,如断层关系、不整合和地层尖灭。

通过对提取的地震属性分析研究发现,含油区储层物性具有中振幅、低频率的特性,反映了含油砂层衰减地震波主频成分,导致低频异常的特征,对该区找油具有指导意义。

通过对属性的分析可以看出,该油田是研究区最好的含油区,说明地震属性特定的聚类区能够可靠地反映油气的分布,以此为依据可以对类似地质条件的未知区域进行油气预测。

根据这种思路,我们对研究区进行油气预测,找到有利区实施钻井。

在精细构造解释的基础上,基于有效的属性分析,可以利用该项技术进行油气预测,通过已知油区的特征推断未知的油气区。

4.2地震属性的应用
4.2.1地震属性在断裂和裂缝(孔、洞) 识别方面的应用
断裂识别应用属性最多的是相干,相干数据体是利用地震道间的波形相似性进行分析,来确定地下储层的横向岩性变化,其假设条件是地层连续、横向上地质与地球物理参数变化不大、道与道之间的波形应相似. 当存在断层或裂缝(孔、洞) 发育时,地震剖面上波形特征会发生变化,用多道相似性准则去衡量它,找出波形特征的变化与相似系数的关系,根据已知区相似系数的变化规律,可预测目标区是否有断层或裂缝(孔、洞) 分布。

世界上最早提出相干技术的是AMOCO 石油公司,正式推出是在1995年的第65 届SEG 年会上. 相干技术经过了单道相干和多道相干的发展阶段,目前的发展到有相干(或连续) 性或不相干(或不连续) 性两种分析方法,可采用平面图或体的可视化的方式显示具不连续性的断层和地层边界等,能直接指示断层、河道、地层边界等地质特征。

在泥岩、碳酸岩中往往有大量的缝(孔、洞) 存在,而这些裂缝(孔、洞) 往往是油气运移和储存的主要空间,因而储层中裂缝的密集带往往也是油气富集区,是获得高产油气的潜在地。

4.2.2地震属性在河道及砂砾岩体预测方面的应用
地震属性在河道及砂砾岩体预测方面的应用第三系的沉积地层中往往有河道存在,这些河道有的在地震剖面上形成一定的下切特征,有的非常不明显,但河道砂体顶或低界面通常具有一定的振幅响应. 一般应用相干、振幅和阻抗属性对河道的分布和河流体系的特点进行描述。

4.2.3地震属性在火成岩预测方面的应用
火成岩岩石成分复杂,种类繁多,且部分岩石次生变化较大,不同的火山岩类型在储集特征、岩相、成藏等方面都表现出极大的差异,在地震剖面上的表现特征大致为:
(1) 呈不规则的地质体形态;
(2) 多分布于断裂附近或断裂带中;
(3) 与围岩相比有较强振幅的反射;
(4) 岩体内无明显的地震反射,频率较低;
(5) 比围岩的速度要高。

对于侵入岩来说,在阻抗剖面上表现出了明显的高速特征,侵入岩中心亚相速度最高,向边缘亚相和蚀变亚相速度依次降低,因此阻抗属性体中不仅能把岩盘、岩柱的产状、形态表现得清晰直观,而且把地层速度的纵横向变化也刻画得细致入微。

4.2.4地震属性在古潜山预测方面的应用
古潜山本意是指侵蚀期后被新的沉积物掩埋在地下的侵蚀残丘。

但在油气田的勘探开发中已将潜山的概念扩大化了,不论是侵蚀成因的,还是构造成因的,或者是两者结合生成的一切被掩埋的古地形突起均成为古潜山。

潜山的埋藏深度从几百米到几千米不等,与其它类型的油藏相比,古潜山油藏在构造、储层、油气分布、开采特征等方面均有以下的特点:
(1) 地层时代老,与上覆地层呈不整合接触;
(2) 经历的构造运动多、构造复杂;
(3) 具有多种储集空间类型,缝、洞发育;
(4) 与其它油气藏相比,储层纵向、平面非均质性较强。

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