基于特定反射系數(shù)壓制與最大似然屬性的斷層識別方法

甄宗玉，陳華靖，張鵬志，鄭江峰

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

0 引言

在油氣田形成過程中，斷層對圈閉形成、油氣運移和成藏起著重要作用［1-5］，因此，斷層識別對斷塊油氣田的評價具有重要意義。特別是在復(fù)雜斷塊油氣田的勘探開發(fā)過程中，準(zhǔn)確合理的斷層解釋是確定油田構(gòu)造特征和注采井網(wǎng)的關(guān)鍵因素［4-5］。受多期構(gòu)造運動影響，渤海灣盆地新近系斷裂體系復(fù)雜，斷層解釋成為地球物理研究的重要內(nèi)容。

長期以來，國內(nèi)外很多專家在斷層識別方面做了大量的研究工作。方差、相干等基于相似性的斷層識別方法在實際生產(chǎn)中也得到了廣泛的應(yīng)用。相干技術(shù)最早由Bahorich等［6］提出，即基于相鄰地震同相軸相似性來突出斷層空間展布、巖性邊界變化等地下地質(zhì)信息（C1 相干算法）；Marfurt等［7］提出了基于相似性的C2相干算法；Gersztenkon等［8］提出了基于特征結(jié)構(gòu)的C3相干算法；Randen等［9］提出了基于幾何結(jié)構(gòu)張量的相干體技術(shù)，可以估算反射界面的傾角和方位角信息；王西文等［10］提出了基于小波變換的多尺度相干體分析技術(shù)，提高了對小斷層的識別能力；陸文凱等［11］以C1算法為基礎(chǔ)，提出了高階統(tǒng)計量的相干體技術(shù)；Hale［12］基于相似系數(shù)提出了最大似然屬性，在斷面表征和斷層組合方面具有明顯的優(yōu)勢，在實際生產(chǎn)中獲得了較好的應(yīng)用。

在河流相儲層廣泛發(fā)育的復(fù)雜斷塊油田中，砂體尖滅也會引起強振幅同相軸消失，導(dǎo)致相干、最大似然屬性等基于相鄰地震道相似性的斷層識別方法的計算結(jié)果中同時包含斷層響應(yīng)和河道砂體邊界響應(yīng)，進而干擾斷層精細(xì)識別。針對上述問題，本文提出了基于特定反射系數(shù)壓制與最大似然屬性的組合方法進行復(fù)雜斷塊油田斷層的精細(xì)識別：首先分析了最大似然屬性的基本原理，并在模型數(shù)據(jù)測試中發(fā)現(xiàn)了河道砂體對斷層識別的干擾；隨后提出了一種利用譜反演和層位自動解釋進行特定反射系數(shù)壓制河道砂體響應(yīng)的方法；最后基于壓制后的地震數(shù)據(jù)，利用最大似然屬性進行斷層識別。模型和實際數(shù)據(jù)應(yīng)用表明，該方法對河流相儲層廣泛發(fā)育的復(fù)雜斷塊油田的斷層識別，具有較好的應(yīng)用效果。

1 方法原理

1.1 最大似然屬性

地震資料包含地下地層和斷層反射信息，地層反射為連續(xù)反射同相軸，斷層反射為地震同相軸的錯斷。方差、相干等方法主要是根據(jù)地震反射同相軸的不連續(xù)性現(xiàn)象進行斷層識別。Hale［12］基于相似系數(shù)提出了似然屬性，并通過對斷層傾角和方位角的掃描，尋求最大似然屬性，以更清晰地表征斷面展布和斷層組合［13］。Murfurt于1998年提出的相似系數(shù)首先定義了一個包含分析點的窗口，則相似系數(shù) S（ τ，p，q ）可表示為

式中：u為原始地震數(shù)據(jù)；J為計算窗口內(nèi)的總道數(shù)；τ為分析點對應(yīng)的時間，ms；j為分析窗口內(nèi)第j道地震數(shù)據(jù)；xj，yj分別為第j道地震數(shù)據(jù)在x，y方向上距中心點的距離，m；p，q分別為在 x，y方向上的視傾角，ms/m；pxj+qyj為第j道地震數(shù)據(jù)與中心點在時間方向的時移量，ms；上標(biāo)H表示對地震道進行希爾伯特變換。

由于相似系數(shù)在式（1）中的分母很小時會出現(xiàn)異常值，因而，需要在時間方向設(shè)定相關(guān)時窗，以求取平均值作為相似系數(shù)，從而增加算法的穩(wěn)定性。假定以分析點為中心，在時間上分別向上和向下取K個采樣點參與平滑計算，則在該時窗內(nèi)垂向共有2K+1個采樣點參與平滑計算。

此時式（1）可變?yōu)?/p>

式中：Δt為地震數(shù)據(jù)采樣間隔，ms。

為進一步增強斷層和非斷層響應(yīng)之間的差異性，定義似然屬性L為

指數(shù)n的設(shè)定是為擴大相似系數(shù)高值與低值之間的差異性，Hale設(shè)定n=8。由于斷層的傾向和傾角是未知的，沿斷裂走向、傾向的濾波很難實現(xiàn)，所以，可以借鑒速度分析中常用的速度掃描的思路，對斷層傾向和傾角進行固定間隔掃描，并運用式（3）分別計算每個傾向和傾角的似然屬性，進而通過對比,保留最大值——最大似然屬性Lmax。

圖1a為正演模型，包含1條正斷層和2個巖性砂體，其中巖性砂體和圍巖阻抗差異較大。圖1b為正演地震剖面，剖面中斷面較清晰，巖性砂體的反射同相軸較強。圖1c為C2相干屬性（運用C2相干算法得到的屬性），該屬性在斷層處為不連續(xù)的垂直短線（圖右側(cè)），連續(xù)性及與斷面的吻合性較差，在砂體邊界也存在類似于斷層的響應(yīng)（圖左側(cè)）。圖1d為最大似然屬性，該屬性表現(xiàn)為沿斷面展布的連續(xù)線條（圖右側(cè)），與斷面吻合較好，但在砂體邊界也存在類似于斷層的響應(yīng)（圖左側(cè)），影響斷層的識別效果。

圖1 基于模型數(shù)據(jù)的斷層識別分析

1.2 特定反射系數(shù)壓制

基于最大似然屬性的斷層識別，河道砂體邊界引起的地震同相軸尖滅現(xiàn)象使相鄰地震道反射特征差異較大，會誤將河道砂體邊界識別成斷層響應(yīng)。如果能去除地震資料中河道砂體的強反射地震同相軸，只保留宏觀地層結(jié)構(gòu)和斷層的響應(yīng)，則可以消除河道砂體在斷層識別時的干擾。根據(jù)這一思路，本文提出了利用基于譜反演和層位自動解釋的特定反射系數(shù)壓制方法去除河道砂體響應(yīng)。

譜反演是一種提高薄層成像精度的反演技術(shù)，可以獲得較可靠的地層反射系數(shù)［14-16］。任意一個信號的反射系數(shù)都可以分解為奇部和偶部。其中：奇部是一對值相等但極性相反的反射系數(shù)序列，偶部是一對極性相同的反射系數(shù)序列。Portniaguine等［14］正是基于反射系數(shù)奇偶分解原理和地震記錄褶積理論，結(jié)合匹配追蹤算法提出了譜反演方法，其基本思路是利用Tikhonov正則化函數(shù)求取泛函極小min：

譜反演的主要技術(shù)流程為：1）基于原始地震數(shù)據(jù)，利用譜反演獲得較準(zhǔn)確的反射系數(shù)。2）利用層位自動解釋獲得河道砂體的頂?shù)讓游唬绑w的頂?shù)淄ǔ閺姴ü群蛷姴ǚ宸瓷?，基于原始地震資料獲得較吻合的解釋方案。3）搜索砂體頂?shù)讓?yīng)的反射系數(shù)并壓制，根據(jù)解釋層位，利用小時窗在反射系數(shù)數(shù)據(jù)體上搜索極值，以獲得砂體頂?shù)追瓷湎禂?shù)，并將其置為0值進行響應(yīng)壓制。4）利用壓制后的反射系數(shù)和適當(dāng)?shù)淖硬薹e獲得壓制河道響應(yīng)后的地震數(shù)據(jù)。

圖2a為利用譜反演計算得到的原始反射系數(shù)，可以反映模型中的反射界面位置和阻抗差異。圖2b為利用層位自動解釋得到的2個砂體的頂?shù)缀头瓷湎禂?shù)的疊合顯示，層位自動解釋的砂體分布范圍、位置與反射系數(shù)對應(yīng)較好。圖2c為壓制河道響應(yīng)后的反射系數(shù)，只保留了大套地層的有效信息，河道砂體的響應(yīng)得到了很好的壓制。圖2d為基于壓制河道響應(yīng)后的地震數(shù)據(jù)的最大似然屬性，河道砂體的響應(yīng)得到很好的壓制；基于該資料計算最大似然屬性可以很好地識別斷層，并且沒有河道砂體邊界的干擾。

圖2 基于模型數(shù)據(jù)的特定反射系數(shù)壓制效果分析

2 實際應(yīng)用

渤海A油田發(fā)育于渤海灣盆地黃河口凹陷圍區(qū)，是以新近系河流相沉積為主要儲層的復(fù)雜斷塊油氣田。受渤海灣盆地晚期伸展作用影響，油田受多條主控伸展斷層及大量分支斷層控制形成復(fù)雜斷塊；區(qū)域沉積為典型的曲流河沉積，不同期次的窄河道廣泛發(fā)育，河道寬度主要在200～400 m，河道砂體主要為單層砂體，厚度 10～15 m。

為進行油田內(nèi)斷層精細(xì)解釋，采用本文方法進行斷層識別。圖3a為原始地震剖面，河道砂體厚度約15 m，其頂?shù)椎捻憫?yīng)特征為強波峰和強波谷。圖3b為譜反演計算得到的原始反射系數(shù)，由于砂體厚度在分辨范圍之內(nèi)，砂體頂?shù)追瓷湎禂?shù)的位置和原始地震剖面中強振幅同相軸位置基本一致。圖3c為基于原始地震數(shù)據(jù)的最大似然屬性，可以準(zhǔn)確反映斷面位置，但在砂體尖滅位置也存在異常響應(yīng)，會錯誤地識別成小斷層。圖3d為壓制河道砂體響應(yīng)后褶積得到的地震剖面，砂體的強振幅同相軸得到了壓制，而其余地層的反射同相軸基本無變化，剖面中的弱振幅同相軸也得到了保留，且剖面能量強弱關(guān)系和原始數(shù)據(jù)基本一致。圖3e為壓制河道砂體響應(yīng)后的反射系數(shù)，砂體的強反射系數(shù)得到了較好的壓制，其余地層的反射系數(shù)沒有受到影響。圖3f為基于新資料的最大似然屬性，對比圖3c可以發(fā)現(xiàn)，河道砂體的響應(yīng)得到了很好壓制，斷層響應(yīng)得到了較好保存。

圖3 基于實際資料的特定反射系數(shù)壓制及最大似然屬性剖面分析

圖4a為基于原始地震資料計算的常規(guī)相干屬性切片，斷層響應(yīng)的連續(xù)性較差，且存在多條河道的邊界響應(yīng)，影響斷層識別。圖4b為基于原始資料計算的最大似然屬性切片，斷層響應(yīng)的連續(xù)性得到增強，但仍存在強反射河道砂體的邊界響應(yīng)。圖4c為基于壓制河道砂體響應(yīng)后的地震資料計算的最大似然屬性切片，對比發(fā)現(xiàn)，河道砂體的邊界響應(yīng)得到了很好壓制，只留下斷層響應(yīng)，有利于斷層的識別。

圖4 基于實際資料的特定反射系數(shù)壓制與最大似然屬性切片分析

3 結(jié)論

1）最大似然屬性在剖面上更符合斷面展布特征，在平面上斷層組合關(guān)系清晰，有利于復(fù)雜斷裂發(fā)育區(qū)的斷層識別。

2）強反射河道砂體邊界會給相干、最大似然屬性等基于地震道相似性的斷層識別方法帶來河道邊界的響應(yīng)干擾。基于譜反演和層位自動解釋的特定反射系數(shù)壓制方法，可以很好地壓制河道砂體的響應(yīng)，消除河道砂體對斷層識別的干擾。

3）針對河流相儲層廣泛發(fā)育的復(fù)雜斷塊油氣田的斷層識別，本文提出了基于特定反射系數(shù)壓制與最大似然屬性的組合方法進行斷層識別，實現(xiàn)了河道砂體邊界干擾壓制和斷層精細(xì)識別。模型數(shù)據(jù)和實際數(shù)據(jù)應(yīng)用表明，本文方法具有較好的應(yīng)用效果。