时频分析技术在预测残留地层厚度中的应用——以PG地区石炭系黄龙组为例

彭俊，何文祥　(长江大学地球环境与水资源学院，湖北 武汉 430100)

彭嫦姿　(中石化勘探南方分公司，四川 成都 610041)

时频分析技术在预测残留地层厚度中的应用——以PG地区石炭系黄龙组为例

彭俊，何文祥(长江大学地球环境与水资源学院，湖北 武汉 430100)

彭嫦姿(中石化勘探南方分公司，四川 成都 610041)

[摘要]依据薄层反射的调谐原理，每个薄层产生的地震反射在频率域都有一个与之对应的特定频率成分，该频率成分可以指示薄层的时间厚度。PG地区石炭系残留地层厚度较薄，地震资料主频在25～30Hz之间，分辨率低，常规的地震属性分析和地震反演不能满足石炭系黄龙组(C2h)残留地层厚度预测，特别是地层尖灭线刻画的要求。时频分析技术是采用小波变换，将地震数据变换到频率域，根据地震响应的时频变化规律来研究薄层结构和厚度的一种新方法技术，其中振幅谱描绘时间地层厚度变化，相位谱显示地质体的横向不连续性。应用该技术对PG地区C2h残留地层厚度进行预测，预测结果与钻探成果符合度较高，应用效果较好。

[关键词]时频分析；小波变换；残留地层厚度；石炭系黄龙组

PG地区中石炭统黄龙组(C2h)为主要的岩溶储层，地层厚度薄，由于地震资料分辨率的局限性，直接利用地震资料来预测其厚度和地层尖灭线存在很大的难度。基于小波变换的时频分析及其在分频数据体上提取的相关信息在地震资料综合解释的许多方面有着重要的应用。通过分频解释，可在不同的频带上显示不同级别的地质体信息[1]。利用高分辨率的时频振幅谱表征薄层的时间厚度变化，相位谱表征地层岩性的尖灭点，因此可以在频率域提取地震属性，用于预测PG地区C2h的残留地层厚度。

1时频分析的原理与方法

时频分析在理论上主要是依据薄层反射的调谐原理。在时间域，薄层厚度小于调谐厚度时，随着薄层厚度的增加，地震反射振幅逐渐增加，当厚度增加至调谐厚度时，反射振幅达到最大值。频谱成像技术将地震数据由时间-空间域转换到频率-空间域，时间域的最大反射振幅对应着频率域的最大振幅能量。时频转换将产生一系列的具有单一频率的振幅能量体，在不同频率的三维地震能量体上可以看到薄层干涉特征。基于小波变换的时频分析及其在分频数据体上提取的相关信息，在地震资料综合解释的许多方面有着重要的应用，通过分频解释，可在不同的频率上显示不同级别的地质体信息，转换后产生的振幅谱可以通过陷频曲线识别薄层的时间厚度变化，而相位谱则通过局部相位的非稳定性来反映地质体的横向不连续性。

为了探讨时频分析预测残留地层厚度(薄地层)的基本方法，笔者从理论入手，建立了不同厚度的薄地层楔状模型；通过正演计算，初步建立了不同地层厚度的时频响应之间的对应关系，用于指导残留地层(薄地层)厚度的横向预测。

1)地层厚度<10m时，二叠系底反射界面(TP1)的振幅能量很弱，频率高，呈弱峰、弱谷双弱特征。

2)地层厚度≥10～20m时，TP1的振幅能量略有增强，但还是较弱，频率略有降低，呈弱波峰、中强波谷特征。

3)地层厚度≥20～30m时，TP1的振幅能量增强，频率降低，呈中强波峰、强波谷特征。

4)地层厚度≥30～60m时，TP1的振幅能量明显增强，频率明显降低，呈强峰、强谷双强特征。

5)地层厚度≥60m时，TP1反射界面的振幅能量开始减弱，频率开始增高，随着厚度的继续增大，能量明显减弱，频率明显增高，出现双峰相位。

根据正演模型的分析，当薄地层的厚度为有序递增时，其变化规律是：薄层厚度小于调谐厚度时，随着薄地层的厚度由薄变厚，地震反射振幅逐渐增强，振幅谱的频率由高逐渐变低；当薄地层的厚度达到调谐厚度时，反射振幅达到最大值；随着地层厚度的继续增厚，反射振幅逐渐减弱，频率逐渐变高(图1)。

图1　地震模型正演

2实际应用

PG地区石炭系残留地层厚度较薄，且变化较大，经区内pg5井、ql23井、ss1井、lx1井、lx2井、lb1井钻井资料揭示，石炭系厚度范围为4～59m，岩性非均质性强，地层缺失带的分布不清楚。因此，利用基于小波变换的时频分析技术预测PG地区C2h的残留地层厚度及地层缺失带，为C2h岩溶储层预测奠定良好基础。

2.1分频数据体的计算与分析

小波变换的优点是对信号的低频部分有较高的频域分辨力，对信号的高频部分(即信号的突变)能较好地定位，即有较高的时域分辨力。只要选择合适的基本小波，小波变换可以很好地用于地震分频数据体的计算。利用小波变换对PG地区的三维纯波地震数据体开展10～70Hz(步长为10Hz)的分频数据体计算，得到一系列单一频率的高分辨率分频数据体[2]。沿层提取单一频率的分频数据体的频谱能量和相位谱[3]，通过时频分析，了解C2h时频分析的最佳频率响应。

2.2时频响应特征分析

在分频数据体上沿层提取10、30、50、70Hz分频能量谱平面图(图2)，10Hz能量谱图表现为能量中等且分布零散；30Hz频谱能量图表现为能量逐渐增强，为中强-强能量特征；50Hz能量谱图表现为能量进一步增强，且出现明显的能量分界线，以ss1井、lx2井为界，北部能量弱，南部能量强且集中；70Hz频谱能量图表现为能量逐渐变弱。通过以上分析，结合模型正演认为50Hz频谱能量为最佳频率响应，C2h的时频响应特征为强能量谱特征。

2.3C2h残留地层厚度预测

根据时频响应特征分析，在50Hz分频数据体上沿层提取振幅能量谱和相位谱。振幅能量谱表现为强能量异常，主要分布在ss1井的南部地区(图2(c))。相位谱表现为ss1井南部相位较连续，说明地层分布较稳定(图3)，结合C2h正演模型分析，南部地层分布较稳定且相对较厚；往北相位的连续性逐渐变差，能量逐渐变弱，说明北部C2h地层逐渐变薄且尖灭。ql23井、lb1井、lx1井等资料证实工区南部有相对连片的石炭系存在，厚度分别为27、59、48m，ss1井、lx2井、pg5井C2h的厚度变薄，分别为4、13、11.5m。通过对三维工区50Hz单频能量和相位谱异常分布的分析认为，该区存在C2h南厚北薄的展布特点，地层尖灭线主要沿着lx2井-ss1井-pg5井一带(图3中白虚线)。

图2　研究区石炭系分频能量谱平面图

图3　C2h的50Hz沿层相位谱平面图　　　　　　　　　图4　C2h钻井厚度与频谱能量关系图

图5　C2h厚度预测平面图

根据上述地震模型正演及时频响应特征分析，当C2h较薄时，钻井揭示的地层厚度与TP1反射波组的振幅(即频谱能量)呈正相关关系(图4)，因此可利用时频分析的频谱能量预测石炭系地层的厚度。

利用上述关系对50Hz分频能量图进行转换，即对C2h厚度开展预测。研究区C2h分布广泛，厚度在0～80m之间，地层的尖灭线主要沿lx2井以北-ss1井-pg5井以西一带分布，而工区西南部lx1井-lb1井-ql23井一带的C2h厚度较大(图5)。

2.4预测精度分析

根据时频分析预测结果，C2h预测厚度在0～80m之间，厚度分布及其横

表1　C2h厚度预测统计表

向变化趋势与ql23井、ss1井、lx1井、lx2井、lb1井的实钻资料符合度较高，绝对误差基本上控制在1.6m以内(表1)。

3结论

1)利用时频分析技术可以在频率域得到反映地震信号的振幅、频率、相位等信息，通过不同频率体的时频响应特征分析，结合调谐效应及正演模型分析选择最佳的调谐频率，提取最佳频率域信息，可以实现对残留地层展布的预测。

2)基于小波变换的时频分析技术将地震信息变换到频率域，能够提高地震资料的分辨率，有效落实了PG地区C2h的展布特征。

[参考文献]

[1]刘百红，郑四连，任鹏.时频分析技术及其在储层预测中的应用[J].勘探地球物理进展,2008,31(3):199～224.

[2]江凡.高精度时频分析技术在地震资料综合解释中的应用[A]. 中国地球物理2013——第二十分会场论文集[C]. 北京：中国地球物理学会，2013:728.

[3]张延章，尹寿鹏，章巧玲，等.地震分频技术的地质内涵及其效果分析[J]. 石油勘探与开发，2006，33(1)：64～66.

[编辑]龚丹

[引著格式]彭俊，何文祥,彭嫦姿.时频分析技术在预测残留地层厚度中的应用[J].长江大学学报(自科版) ,2015,12(2):28～31.

28 The Application of Time-frequency Analysis in Predicting the Remaining Thickness of Strata

——By Taking Carboniferous Huanglong Formation in PG Area for Example

Peng Jun，He Wenxiang，Peng Changzhi(FirstAuthor’sAddress：SchoolofEarthEnvironmentandWaterResources，YangtzeUniversity,Wuhan430100，Hubei，China)

Abstract:According to the tuning principle in thin layer reflection, seismic reflection of each thin layer corresponded to a specific frequency component in the frequency domain，the frequency component could be a good indicator of the time thickness of thin layer.Because the thickness of residual strata of Carboniferous in PG Area was thinner and the low resolution seismic data were at 25~30Hz dominant frequency，the conventional techniques such as seismic attribute analysis and seismic inversion were not capable to predict the residual stratum thickness of Huanglong Formation (C2h) and especially the stratigraphic pinchout line.Time-frequency analysis technique was a new method, which transformed the seismic data into frequency domain by using wavelet transform and analyzed the structure and thickness of thin layer according to the variation of seismic response frequency.Amplitude spectrum depicted the changes of time thickness of strata，while phase spectrum indicated the transverse discontinuities of geological body.The time-frequency analysis based on wavelet transform is used to predict the remnant strata thickness of C2h.The predicted result is well coincident with that of actual drilling operation，better application effect is obtained.

Key words:time-frequency analysis；wavelet transform；residual stratum thickness；Carboniferous Huanglong Formation

[文献标志码]A

[文章编号]1673-1409(2015)02-0028-04

[中图分类号]P631.44

[通信作者]何文祥(1968-)，男，博士，教授，现主要从事油气地球化学等方面的研究与教学工作;E-mail：hwx@yangtzeu.edu.cn。

[作者简介]彭俊(1989-)，女，硕士生，现主要从事石油物探、油气勘探与油藏描述研究工作;E-mail：545598792@qq.com。

[收稿日期]2014-02-19