利用小波相干技术检测致密储层裂缝发育带

倪根生，何建军，李 琼，叶增炉

(1．成都理工大学，四川 成都610059;2．中石油西南油气田分公司 低效油气开发事业部，四川成都610017;3．安徽省铜陵学院，安徽铜陵244000)

利用小波相干技术检测致密储层裂缝发育带

倪根生1、2，何建军1，李 琼1，叶增炉3

(1．成都理工大学，四川 成都610059;2．中石油西南油气田分公司 低效油气开发事业部，四川成都610017;3．安徽省铜陵学院，安徽铜陵244000)

目前国内、外油气勘探已经进入岩性油气藏勘探阶段，其中致密碳酸盐岩或页岩油气勘探具有远大前景。这类致密储层中裂缝是油气储集的主要空间。用模拟地震子波的小波函数对原始三维地震数据体作小波变换，可以得到不同频带(分辨率)的地震数据体。分别对具有不同分辨率的三维地震数据体进行C3相干处理，其中低频相干体突出了断裂的信息，而高频相干体则突出反映了受断裂控制下的小断裂或裂缝的发育信息，通过合理的融合系数有选择地对C3相干数据进行融合，获得了能够高精度分辨裂缝发育特征的相干数据体，由此提高了裂缝检测和储层预测的精度。

三维地震;致密储层;C3相干;小波相干;裂缝检测

0 前言

中国海相碳酸盐岩地层分布面积广，烃源岩层系多，蕴藏着丰富的油气资源，但多具层深、质密、非均质强的特点。同时，在我国目前也兴起了对页岩油气藏的勘探。致密碳酸盐岩和页岩均属重要的油气储层之一，它们的储集空间均以裂缝为主体，因此对裂缝的识别和检测，已成为寻找致密储层构成的油气藏的关键因素［1]。

地震相干体技术是在1995年召开的65届SEG年会上正式推出的，现在已成为地震资料储层解释中的一项普及性技术。相干体技术通过比较局部地震波形的相似性，在断层或裂缝发育区由于地震信息的差异性较大，因而表现出较低的相干值。因此通过相干处理和分析，利用各种地震信息，如地震反射时间、功率谱、振幅、频率及相关等，结合地质、钻井等资料解释断层或识别裂缝发育带，大大提高了断层解释和裂缝识别的准确性，为油气勘探和开发提供有效布井依据。

目前，相干体算法已从第一代基于互相关的算法(简称C1算法)、第二代利用多道相似性的算法(简称C2算法)，发展到第三代基于特征结构的相干算法(简称C3算法)［2]。Bahorich和Farmer提出的C1算法适用于高质量的地震资料，但对噪声的地震资料计算效果较差;Marfurt等提出的沿倾角(方位角)计算的多道C2算法，具有较强的抗噪能力，且能适应大倾角地层，但分辨率低;Gersztenkorn和Marfurt提出的C3算法具有最佳的横向分辨率，但对大倾角敏感性稍差。

小波分析是一种时频分析技术，其时频窗口大小(即窗口面积)固定，但其形状可改变，即在低频部份具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率;在高频部份具有较高的时间分辨率和较低的频率分辨率。正是这种特性，使小波变换具有对信号的自适应性。因此在地震处理领域内，利用小波分析技术来对信号进行多分辨率分析，从而检测地震信息中所包含的地质特征。

虽然C3相干算法在水平方向上有较高分辨率的优点，但在纵向上对大倾角地层的分辨特性较差。而小波变换具有多分辨率的特性，因此把这两大技术结合起来，可以在纵横方向上提高断层或裂缝的识别能力，从而对致密碳酸盐岩或页岩的储层进行准确预测［3、4]。

1 C3相干算法基本原理

假设在地震三维振幅体中，取相邻J道N个样点，组成一个N·J的地震子体构成矩阵D:

D=［dnj]N*J

对于数据体中的相干计算点，设样点号为n，给定按一定方式组合的J道数据，取时窗长度为N(N取奇数)，定义协方差矩阵C为:

式中djm=dj(m－t－pxj－qyj)为对应的地震数据;p和q为视倾角。

对于每一组p、q值，都可以利用J道、N个点的小数据体的信息，来提取该计算点的相干属性值。由于以上协方差矩阵是对称的半正定矩阵，当原始数据矩阵的元素不全为零时，可以计算出它们的J个非负特征值。

定义式(2)为第三代相干体的相干值:

对于每一时间点，在给定的视倾角范围内，计算不同p、q时的相干值，取其中最大的相干值作为该点最终的相干结果。

2 小波相干计算基本原理

2．1 小波函数的选择

小波函数的选择，对处理效果有直接影响。高静怀［5]在Morlet小波基础上，构造出了适应于地震资料处理的小波函数，如公式(3);王西文［6]基于Mor2let小波和改进的Morlet小波，提出了导数小波函数，如公式(4)。

式中c为常数，f0为主频。

式(1)、式(2)小波函数用常数c控制高斯函数来调制小波函数g(t)的特征，从而最大程度地模拟地震子波。

2．2 地震数据的小波变换

低频段选取公式(3)中的小波，高频段选取公式(4)中的小波，对三维地震数据体进行小波变换。尺度因子为ai(i=0，…，N－1。其中N为小波变换尺度数)。当尺度因子ai发生变化时，小波变换的实部就是一系列具有不同分辨率的地震记录。

2．3 小波分频相干计算

对不同尺度因子ai下获得的不同分辨率的地震记录，按式(2)求取m样点处的相干值C3(m，ai)。在这一系列多频相干数据中，低频相干体突出了控制构造格局的大断裂的信息，高频相干体则突出反映了受大断裂控制下的小断裂的信息。

2．4 小波相干体融合

为了获得最佳的重构相干数据，必须根据地质特征，选择在合适的尺度因子ai下确定融合系数(di)，以突出特定频带特征。按式(5)进行融合，可以获得最佳的相干数据体(C*3)。

3 实际应用效果分析

选择新疆某油田奥陶系一间房组碳酸盐岩为处理目标。该区域一间房组埋深都在5 000 m以下，碳酸盐岩中裂缝为主要的油气储集空间［7]。裂缝以小缝为主，所占比例达52.7%，其次为中缝，占37.2%，而大缝仅占10.1%。常规C3处理与小波相干C3处理结果如下页图1、图2所示。

比较二种处理结果可知，常规C3相干处理只能显示裂缝发育的大概部位，而小波相干处理结果不仅能反映出裂缝的发育部位，而且还清楚地揭示了裂缝的平面走向、延伸等重要特征。

图1 常规C3相干处理平面图Fig．1 C3 coherence data with normal processing

图2 小波相干处理平面图Fig．2 The results with wavelet coherence processing

图3 三维剖面与小波相干裂缝检测对比图Fig．3 The comparison diagram of three-dimensional cut plane and fracture detection bymethod of coherentwavelet

通过一条EW向剖面与小波相干平面图对比(见下页图3)，展示出还有许多小断层在原层位解释中没有解释出来，在图1中也不清楚。图3中三维剖面中粗断层是层位追踪出来的断层，而三维剖面中细断层(裂缝)是本次小波相干检测出来的，二者对应关系非常一致，说明这小断层(裂缝)是客观存在的。从而说明本次小波相干裂缝检测结果准确，效果良好。

4 结论

(1)小波相干技术是目前地震地质解释中常用来进行断层、裂缝检测与解释的重要手段，现已发展到第三代相干技术。但小波相干技术的应用效果，受地下地质特点影响较大。如构造平缓、大断层不发育且规模小、后期断层被剥蚀等，导致C3相干断层(裂缝)检测效果并不理想。

(2)小波分频相干是一种能够按各种尺度进行分频，再相干运算的一种新方法。该方法形成的相干体是多频带的相干体，其含有反映着不同频带通道的地质特征。通过数据融合，把各频带通道的地质特征融合成一幅图像，该图像能较全面地反映各种地质构造特征。

(3)对于融合质量的评价，目前还没有一个全面、客观和统一的标准。因此，小波相干形成的数据，必须结合实际地质特征进行综合对比分析。

［1]巫芙蓉，李亚林，王玉雪，等．储层裂缝发育带的地震综合预测［J]．天然气工业，2006，26(11):49．

［2]张军华，王永刚，赵勇，等．相干体技术算法改进及其在JTH地区的应用［J]．物探与化探，2002，26(1):50．

［3]何建军．致密碳酸盐岩缝洞储层地震检测方法研究［D]．成都:成都理工大学，2008．

［4]叶增炉．小波相干技术及在地震解释中的应用［D]．成都:成都理工大学，2006．

［5]高静怀，汪文秉，朱光明，等．地震资料处理中小波函数的选取研究［J]．地球物理学报，1996，39(1):392．

［6]王西文，高静怀，李幼铭．高分辨地震资料处理中的导数小波函数的构造［J]．石油物探，2000，39(2):64．

［7]龚洪林，潘建国，王宏斌，等．塔中碳酸盐岩裂缝综合预测技术及应用［J]．天然气工业，2008，28(6):31．

P 631.4+4

A

1001—1749(2011)02—0111—04

国家自然科学基金项目(40874053)

2010－12－03改回日期:2010－12－17

倪根生(1964－)，男，高级工程师，博士，主要从事石油地质及物探科研管理工作。