全方位地震数据分频相干技术在火山岩裂缝检测中的应用

全方位地震数据分频相干技术在火山岩裂缝检测中的应用(2011-03-3108:47:47)摘要针对火成岩裂缝性储层地震勘探问题，在井地联合采集、处理数据的基础上，本文探讨了利用分频相干数据体进行了复杂火成岩裂缝性储层的综合研究。主要包括：分频地震数据体断裂检测能力分析,分频相干数据体火山岩断裂检测能力分析,分频相干融合数据火山岩断裂检测能力分析。研究结果表明，利用分频相干数据体可以识别一些全频带数据难以发现的小断裂和裂缝发育带，在此基础上，应用分频相干融合数据体，可以得到比全频带数据相干更为详细的断层及裂缝发育带的空间分布规律。关键词：分频相干数据体融合数据体火成岩裂缝性储层AbstractBasedontheintegratedacquisitionandprocessingof3D-VSPandfull-azimuthsurfaceseismicdata,thispaperfocusesontheapplicationofdiscretefrequencycoherencecubestodetectfracturesinvolcanicrocks.Discretefrequencyseismicdata,discretefrequencycoherencecubesandreconstructedcoherencecubesareusedtodelineateminorfaultsandfracturedistributioninvolcanicrocks.Wefoundthatdiscretefrequencycoherencecubescandetectfaultsandfracturezonesthatarenoteasilyseenbyfullspectrumcoherencedata,especiallywhenusinghighdiscretefrequencycoherencedata.Comparedwithfullspectrumcoherencedata,thereconstructedcoherencecubegivesmoredetailsonfaultsandfracturedistributioninourstudyarea.Keywords:Discretefrequency;coherencecube;Reconstructedcoherencecube;Volcanicrock;Fracturedreservoir1引言自从Amoco公司（Bahorich&Farmer,1995）年把相干数据体技术应用于地震资料解释以来，相干数据体在地震资料解释尤其是断层解释中发挥了非常重要的作用。在以上研究基础上，Marfurt(1999)等学者不断对这项技术进行深化研究，相干算法不断改进。到目前为止，已发展到第4代相干算法以及与相干技术相类似的蚂蚁体计算技术。在实际地质应用中，这些技术主要用于对断层、河道边界以及一些特殊岩性体的边界的识别，并取得了较为明显的效果。以上研究所用的地震数据一般为常规有限带宽地震数据和优势频带地震数据。Partyka（1999）等人提出了谱分解的方法，利用地震数据的不同频带识别不同尺度的地质体。同样，在对某些地质沉积体的研究过程中，Zeng等人（2009）利用分频地震数据进行解释研究发现某些单频数据体对地质体边界、范围的刻画比常规有限带宽的地震数据体更清楚，反映的地质细节也更丰富。这些都为频率域的地质解释提供了一条很好的思路。同沉积现象一样，断层和裂缝也具有分频特性，结合上述的一些研究，本文采用了分频相干数据体分析技术针对复杂的火成岩裂缝性储层进行了研究探讨。在对火山岩储层裂缝单频相干解释基础上，借鉴了李衍达信号重构的部分思路，提出了单频相干数据体重构技术，继续提高相干数据体在解释和地质研究方面的实际应用效果。以上研究的结果同HTI各向异性裂缝检测的结果进行了比较，两者具有很好的一致性，证明该方法是合理有效的。2方法及实现步骤在3D地震勘探中，在利用地震数据和其离散傅立叶变换（DFT）对时间地层厚度和地质不连续体进行成像和作图时，频谱分析为之提供了一种新颖的方法。该方法利用频率域信号对某些特定部分地震信息变化规律反映更敏感的特性，有利于表现一些细微的地质信息，提高了对特殊岩性体的解释、薄层描述特别是一些不连续性地质体（如断层、裂缝带及河道边界）等的解释精度。该方法相对比较简单，主要分为4个步骤，其中第4项为质量控制手段。1）经DFT变换把地震数据变换到频率域，通过分析找出有效地震频带的范围，在有效地震频带内，利用频率域滤波技术生成一系列的单频3D地震数据体。在3D地震勘探中，用该项技术确定地层的形成环境（如河道边界和涉及复杂断层系统的构造环境）。2）对上述利用频率域滤波技术生成一系列的单频3D地震数据体分别进行计算，利用相同的相干算法和处理参数生成对应的一系列相干数据体。3）在地震解释的基础上，针对某一特定的目的层，分别提取上述一系列的相干数据体平面属性，再结合剖面确定对研究目标敏感的一组单频数据体。根据具体的地质情况，对这些频带的相干数据进行融合、重构，得到更为精细、丰富的相干数据体。4)火成岩内部的介质方向（HTI）各向异性特性差异反应了裂缝的发育，利用这种特性可用于裂缝的空间分布检测。在各向异性研究的基础上，利用全方位地面地震观测的优势，研究中抽取井旁CMP形成了随方位角变化的CMP道集数据，在此基础上可以针对特定的目的层分别计算出裂缝的发育方向和密度。由于结果以上的计算结果具有更高的精度，可作为分频相干裂缝带检测的一种质量控制手段。3裂缝研究应用效果XS火山岩气藏受构造、岩相、古地貌等多重因素控制，储层空间非均质性强,为了搞清气藏分布规律,实施了基于3D-VSP和全方位地震观测的井地联合勘探。勘探与研究证实，火山口发育的区域储集物性较好，天然气富集程度高；断裂对天然气的富集起重要作用，营一段构造圈闭分布、断层展布及走向、预测裂缝发育的强度方向等三方面要素与有效储层厚度分布有非常好的匹配关系。并且，营一段储层含气性横向上差异很大，有效厚度高值区都位于火山口附近。前期的研究表明，在火成岩内部的介质存在严重的方向（HTI）各向异性特性。图1为各向异性裂缝检测与相干属性叠合图。图中为红色线段图为HTI各向异性裂缝检测的结果，其中线段的方向代表裂缝的主应力方向，长度代表裂缝密度。整体上看，裂缝的发育方向与断层的发育方向具有很好的一致性，尤其在XS21井火山、XS21-1北火山裂缝发育呈现环状组合，相干属性也表现为环状组合，二者的结果相同，反映了火山发育特点。所以本区与火山活动相关的断层控制了裂缝发育带的发育，本区钻井的结果也证实了上述结论。图1火山岩顶面常规有限带宽相干切片但是，图1中裂缝检测的结果也指示白色强相干区也发育裂缝，这与相干数据体计算的结果相矛盾，为了解决该问题，我们采用了分频相干计算技术。图2a全频带地震剖面图2b50Hz频率地震剖面图3a常规数据相干数据剖面图3b50hz相干数据剖面图4a火山岩顶面20hz相干切片3.1分频数据的处理解释根据频谱分析的结果，本区地震资料的有效频带为10-65Hz，以5Hz为间隔生成12个单频数据体。对比分析发现，某些单频体,尤其是高频体对小断层的反映更为清晰、准确。图2分别为常规地震剖面和40Hz单频数据体剖面，图中箭头所指位置发育一小断层，在图2a常规地震剖面上仅表现为同相轴的扰动，很难解释，但在图2b的50Hz单频数据剖面断层的特征非常明显。图4b火山岩顶面30hz相干切片3.2分频相干数据的处理解释针对上述生成了12个单频数据体，应用相同的参数分别对它们进行相干处理，形成一组对应的相干数据体。图3分别为常规相干数据剖面和40Hz单频相干数据体剖面，图中箭头所指位置发育一小断层，在图3b的50Hz单频相干数据剖面断层的特征明显比图3b常规相干数据清楚得多。图4c火山岩顶面40hz相干切片图4d火山岩顶面50hz相干切片在地震层位解释的基础上，针对主要的研究目的层，对上述的单频相干数据体分别提取相干层切片，在三维空间上分频带对研究区断层和裂缝带的分布进行研究。图4分别为火山岩顶面20Hz、30Hz、40Hz、50Hz的沿层相干切片。从图4a的20Hz沿层相干切片上看，火山口部位，同常规数据基本相似,但在红色箭头所指部位,有2条明显的小断裂在常规资料上不明显,而它们的走向跟HTI方法检测的裂缝发育方向基本一致,指示了此处裂缝发育。从图4b的30Hz沿层相干切片上看，由于该频段接近地震资料主频，因而同常规数据非常相似，只是细节更清楚一些。图中红色箭头所指部位断裂的主方向为近SN向，而HTI方法检测裂缝为NW向，仔细对比可以发现，近SN向主断层其实由一组和裂缝方向相同的NW向微断裂组成。从图4c的40Hz沿层相干切片上看，整体同常规数据差别较大，反映了比常规数据更为丰富的裂缝发育带，同HTI裂缝检测的结果一致性好。在图4d的50Hz沿层相干切片上，同常规数据相比，反映了更多的裂缝发育带，这些可以和HTI裂缝检测的结果互相印证（图中红色箭头所指）。以上研究及其同HTI裂缝检测结果的比较表明，利用分频相干数据体的多尺度分辨率的特性可以识别一些常规数据难以发现的小断裂和裂缝发育带。从各个频带的对比情况看，高频的相干数据体对裂缝的反映更为清晰准确。3.3分频相干数据的融合重构以上分频属性仅能反映一部分断层，为了在一张图上反映更多的断层或者该层段的绝大部分断层，在上述研究的基础上，选择对本区断裂及裂缝发育特征敏感的单频相干体进行相干数据的融合、重构，得到了一新的相干数据，以便得到更为丰富的断裂平面分布。图5火山岩顶面分频融合频带相干切片图5为火山岩顶面20Hz、30Hz、40Hz、50Hz分频数据融合相干切片，同原始的相干数据相比，它反映出了更多的裂缝发育带，同方向（HTI）各向异性特性差异裂缝空间分布检测的结果也更为符合。4结论本次研究,探索和完成了应用分频相干数据体研究复杂火成岩断裂及裂缝发育带的一系列技术。研究结果表明，利用分频相干数据体可以识别一些全频带数据难以发现的小断裂和裂缝发育带，在此基础上，应用分频相干融合数据体，可以得到比全频带数据相干更为详细的空间断层及裂缝发育带分布规律。利用此项技术比较准确地解释了火山岩裂缝发育带的空间分布范围，对预测本区火山岩储层的空间分布规律具有重要的指导意义。同时也应该看到，地震资料的频带宽度毕竟有限，许多尺度更小的断裂在目前条件下还是无法识别的。参考文献MikeS.BahorichandSteveL.Farmer,3-Dseismicdiscontinuityforfaultsandstratigraphicfeatures:Thecoherencecube,1995,SEG,ExpandedAbstract,93-96KurtJ.Marfurt,Coherencecalculationinthepresenceofstructuraldip,GEOPHYSICS,VOL.64,NO.11999Partyka,G.,J.Gridley,andJ.Lopez,1999,Interpretationalapplicationsofspectraldecompositioninreservoircharacterization:TheLeadingEdge,18,no.3,353–360.SatinderChopra,KurtJ.Marfurt,SeismicAttributesforprospectidentificationandreservoircharacterization,SEGGeophysicaldevelopmentsSeriesNo.112008HongliuZeng,JohnA.andKatherineG.Jackson,Frequency-DependentSeismicStratigraphy,2009,SEG,ExpandedAbstract,93-96