Gabor变换与三原色融合技术在碳酸盐岩缝洞储层识别中的应用

郑连弟， 袁联生， 杨 强， 杨江峰， 马永强， 张 薇

(中国石化石油物探技术研究院，南京 211103)



Gabor变换与三原色融合技术在碳酸盐岩缝洞储层识别中的应用

郑连弟， 袁联生， 杨 强， 杨江峰， 马永强， 张 薇

(中国石化石油物探技术研究院，南京 211103)

针对塔河油外围地区小尺度缝洞型储层和古河道精细识别的难题，基于叠前逆时偏移(RTM)成像数据体，利用Gabor变换进行地震数据体频谱分解，优选针对不同尺度的河道和缝洞储集体敏感频带的数据体，采用RGB三原色融合技术将优选后的低、中、高频带数据体进行融合，形成RGB混频数据体。与常规地震数据体对比，混频数据体对不同尺度缝洞型储集体的刻画更加清晰、对古河道细节识别更加精细，有效提高了研究区碳酸盐岩缝洞型储层预测的精度。

Gabor变换； RGB三原色； 碳酸盐岩； 储层预测

0 引言

基于薄层调谐效应的原理，谱分解技术被广泛应用于储层预测研究中。对地震信号进行时频分析，将地震数据体分解成若干单一频段的振幅调谐体，根据不同频段调谐体对应不同的调谐厚度的特点，开展不同尺度地质体的厚度估算、边界探测、含油气检测等研究[1-9]。Gabor[9]提出短时傅里叶变换；Morlet等[10]首次将短时傅里叶变换应用于地震解释为谱分解技术奠定了基础；R.GStockwell等[11]综合短时傅里叶变换和小波变化技术，提出了针对非平稳信的S变换；Partyka等[12]将时频分析技术转换为一种实用、便捷的地震解释工具，此后地震谱分解技术被广泛应用；蔡刚等[2-3]、赵爽等[5]利用谱分解技术，分别开展准噶尔盆地和四川盆地碎屑岩储层预测；肖高杰等[8]利用谱分解技术开展了河道砂体的预测；黄饶等[6]利用谱分解技术开展了气藏识别研究；张亚中等[7]、侯海龙等[4]、龚洪林等[1]、韩革华等[13]将谱分解技术应用于碳酸盐岩储层预测研究，很好地预测断裂、裂缝和空洞储层的展布。在频谱分解基础上，利用RGB混频融合数据体，在“河道识别、断裂识别、碳酸盐缝洞型储层预测”等方面取得了良好的应用效果[10-15]，曹鉴华[10]利用RGB混频技术，很好地预测了河道的平面展布；杨玉杰等[11]将RGB分频混色技术应用塔河油田缝洞型储层预测；鲁新便等[16]利用RGB混频技术，精细分析了塔河油田东部奥陶系古水系、断裂以及溶洞体的空间分布，提高了小尺度河道和溶洞识别精度。

随着塔河油田开发程度的深入，塔河外围区缝洞型储集体成为增储上产的新领域。受多期次构造运动的改造，塔河油田中下奥陶统地层中形成了以岩溶缝洞型为主要储集空间的古喀斯特储层，岩溶水系发育区的喀斯特古河道系统是整个岩溶体系的核心[18-19]。不同尺度、不同走向的古河道与不同规模的缝洞型储集体交织在一起，增添了储层预测的难度，能否准确预测古河道的平面展布、识别不同规模的缝洞型储集体，对于井位部署和油田高效开发具有重要现实意义。

作者选择塔河油田西北部的艾丁工区，在2014年度逆时偏移(RTM)处理的地震资料基础上，将基于Gabor变换的谱分解技术和RGB三原色融合技术有机结合，开展了艾丁地区中下奥陶统古河道和不同规模缝洞储层的平面分布预测研究。

1 分频三原色融合技术基本原理

分频三原色融合技术主要包含两个步骤：①将地震数据进行谱分解，分解成不同频段的振幅调谐数据体；②利用RGB三原色融合的技术，将三种频率分量数据体利用不同的颜色混合在一起形成融合数据体，其优势在于凸显不同主频数据体对于地质体的分辨能力，更加有利于特殊地质异常体的识别(如：河道、盐丘、断裂等)[13-15]。

1.1 基于Gabor变换基本原理

信号x(t)的傅里叶变换如式(1)所示。

X(ω)=∫x(t)e-iωtdt

(1)

式中：t为时间；ω为角频率；X(ω)为信号x(t)的傅里叶频谱。

傅里叶变换使用的是一种全局变换，无法准确地表达信号的局部视频特征，为此，衍生出了短时傅立叶变换(STFT)：

F(t,ω)=∫x(τ)h(τ-t)ejωτdτ

(2)

式(2)中:x(τ)为待分析信号;h(τ)为窗函数。随着t的变化，窗函数在时间轴上平移滑动，将分段截取的信号看做局部平稳信号进行傅立叶变换，得到局部频率信息。

窗函数的选取影响短时傅立叶变换的分辨率，采用较短的时窗，短时傅立叶变换的时间分辨率较高、频率分辨率较低，采用较长的时窗，短时傅立叶变换的频率分辨率较高、时间分辨率较低。当窗函数选择高斯窗函数时，STFT变换的时间和频率分辨率乘积达到最小，此时的变换即为Gabor变换[24、31]。

高斯窗函数为：

(3)

式(3)中，a为高斯时窗的长度，决定着Gabor变换的时频分辨率。

1.2 基于RGB三原色融合技术

5) 表面形状适应性好。复合材料补片和胶粘剂均为柔性材料，采用二次共固化技术可以在一定程度上调整复合材料的形状，从容应对损伤结构表面的复杂曲面。

R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)是工业界常用的一种色彩模式，红、绿、蓝三种颜色值都可以由0～255变化，通过这3种颜色的任意组合，就可以显示出16×104种颜色[14-16]。将这种颜色混合方式引入到地震属性分析中来，利用R、G、B分别代表不同频段的振幅调谐能量数据体，从而形成RGB混频数据体。这种混频三原色显示的数据体可以弥补单一频段数据体刻画地质体的不足，有利于突出地震异常体与围岩的差异，从而提高储层预测的精细程度。

2 应用实例

研究区位于塔河油田西北部，构造位置位于塔里木盆地北部沙雅隆起阿克库勒凸起的南坡，由于受到加里东运动晚期和海西运动早期阿克库勒凸起的强烈隆升和古构造背景的控制，中、下奥陶统碳酸盐岩地层遭受了大量的剥蚀和强烈岩溶作用改造，形成了大型的古岩溶喀斯特地貌[18-19]。正是在这种环境中形成的碳酸盐岩缝洞型储集体，为油气的聚集提供了广阔的储集空间，为塔河油田的高产和稳产提供了保障[21]。

随着油气开发程度的进一步深入，构造有利部位、大型的岩溶缝洞型储集体基本上均已上钻，尺度相对较小的缝洞型储集体成为目前增储上产的新目标。根据塔河油田多年以来的勘探实践表明，中下奥统的缝洞体系不是孤立发育的，岩溶水系发育区的喀斯特古河道系统是整个岩溶体系的核心，不同尺度和形态的溶洞体与古河道关系密切[21]。能否准确刻画古水系的空间展布以及古地貌形态，是本区储层预测研究的关键。

2.1 地震资料目标处理

地震资料的品质直接影响着后续储层预测的效果，研究区的地震资料是2007年完成的叠前时间偏移处理(PSTM)资料，随着近几年来逆时偏移(RTM)成像技术的应用[22]，前期时间偏移成像的资料品质具有一定的提升潜力。本研究首先对该资料进行了逆时偏移成像(RTM)，通过PSTM和RTM成像效果对比(图1)，RTM成像效果有3方面的优势：①分辨率基本相当，但剖面的信噪比明显提升；②串珠能量更加集中、串珠边界更加清晰、串珠的数量多于早期PSTM成像数据体；③小断裂的成像更加清晰、断点更加明确。高品质的RTM成像，为后续的储层预测奠定了良好的基础。

2.2 分频三原色融合技术的应用

前期大量研究认为，碳酸盐岩岩溶缝洞型储集体能够在地震剖面中形成“串珠”反射异常，利用地震振幅属性、振幅变化率属性、相干分析等技术能够很好地识别“串珠”反射异常体，从而达到预测碳酸盐岩缝洞储层的目的[23-25]。

研究区RTM处理的地震资料在中下奥陶统的主频在30 Hz左右，有效频带宽度5 Hz～65 Hz。对地震数据体进行了基于Gabor变换形成多个频带的振幅调谐体，通过不同频段数据体对“串珠”和古河道刻画精度的对比分析，作者优选了20 Hz、32 Hz和46 Hz的分频数据体进行RGB三原色融合，其中20 Hz主频段的数据体对于刻画大型的古水系更加清楚；32 Hz主频段的数据能够刻画大多数的“串珠”异常体；46 Hz主频段的数据体能够刻画一些小的“串珠”。

通过穿过“串珠”的地震剖面和RGB混频属性分析，地震剖面中的一个个“串珠”反射，在RGB混频平面属性中呈现黄白色的圆点特征(图2)。

图2 “串珠”的RGB混频属性图Fig.2 RGB mixing frequency attribute map of"Beads"

古河道与现代河道类似，在地震响应中具有明显的异常特征。在垂直于河道的地震剖面中，古河道具有“下切”的特征，连续的波组突然中断、不连续。在平面属性图上，古河道呈现弯弯曲曲的条带状展布特征，基于RGB混频属性清晰地刻画出了河道的平面展布特征(图3)。

图3 “古河道”的RGB混频属性图Fig.3 RGB mixing frequency attribute map of ancient river system

图4 沿层属性图Fig.4 Seismic attributes along reflection interface沿层RGB属性图；沿层地震振幅属性图

通过RGB三原色属性与常规地震振幅属性对比分析(图4(b))，①在工区北部大型古河道刻画方面，RGB刻画的河道更为清晰；②在工区中部小型河道刻画方面，RGB属性刻画的更加精细、河道的边界更为清楚、分支河道的细节更为突出；③在工区东南部“串珠”刻画方面，RGB属性对于不同尺度的“串珠”均能清晰显示，常规的振幅属性仅仅刻画出了较大尺度的“串珠”，而对于小尺度的“串珠”刻画不清晰。

图5 过钻井A和B的地震剖面图Fig.5 Seismic profile cross well A and well B

经塔河油田钻探证实，多数“串珠”地震反射异常体与优质的碳酸盐岩缝洞储集体具有良好的对应关系，但有些“串珠”会被泥质充填或者油气产量并不高，缝洞储集体是否被充填或者高产与古地貌形态密切相关[18-19]。如图5所示，钻井A和B同样钻遇地震剖面中的“串珠”反射异常体，A井揭开中-下奥统统厚度为66 m，泥浆漏失量为301.5 m3，初期测试产液量为12.4 t/d，含水为33%；B井揭开中-下奥统统厚度为33.8 m，泥浆漏失量为454.9 m3，初期测试产液量为82.9 t/d，含水为“0”，这说明B井钻遇的储层储集空间更大、含油气效果更好。在地震剖面中，两口钻井的最大差别在于B井位于凸起的位置，而A井位于下凹的位置，因此，在井位目标优选过程中，不但要关注地震剖面中是否具有“串珠”响应，同时要关注古地貌特征，位于古地貌高部位的“串珠”型缝洞储集体被充填的可能性较小，是有利的钻探目标。

前期地质研究认为，古地表河近岸岩溶台地和岩溶缓坡等部位受较强的水动力冲蚀形成溶丘地貌，后期充填破坏程度低，形成的储层体规模较大，为井位部署的优选区域[18-19]。这里研究中精细预测不同规模古河道以及“串珠”的平面展布(图4(a))，结合古地貌特征(图6)，优选古河道近岸的、古地貌高部位的“串珠”,可能是有利的碳酸盐岩缝洞型储集体。

3 结束语

低、中、高三种主频数据体的选择是RGB三原色混频融合技术的关键，在实际应用该技术的过程中，根据地震资料品质特征和目标地质体的规模，优选有利的主频数据体；RGB三原色混频融合技术集成了不同频带数据体对于不同尺度地质体识别的优势，与常规的振幅属性相比，RGB混频属性更能够突显地质异常体、对于“串珠和河道”的刻画更加清晰、细节更为精细，这一技术值得在碳酸盐岩缝洞型储层预测中推广应用。

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Application of Gabor transform and RGB tricolor in reservoir prediction of fracture-cavity carbonate reservoir

ZHENG Lian-di， YUAN Lian-sheng， YANG Qiang， YANG Jiang-feng， MA Yong-qiang， ZHANG Wei

(SINOPEC Geophysical Research Institute, Nanjing 211103， China)

Fine recognition of small scale fracture-cavity carbonate reservoir and ancient river channel in Tahe oilfield has always been a problem. The combination of Gabor transform and RGB tricolor fusion technique is proved to solve this problem effectively. Gabor transform realizes spectral decomposition on pre-stack reverse time migration (RTM) imaging data. The sensitive band data to highlight the different scale of fracture-cavity carbonate reservoir and channel were analyzed. Then RGB tricolor fusion technique integrate low, medium and high frequency bands and RGB mixing data was formed. Compared to the conventional seismic data, better results were obtained in RGB mixing data. The description of different scale fracture-cavity reservoir and ancient river channel are more finer, which effectively improved the prediction accuracy of carbonate reservoir in study area.

Gabor transform; RGB tricolor; carbonate; reservoir prediction

2015-08-19 改回日期：2015-09-16

中国石油化工股份有限责任公司项目(P 14124，P 14061)

郑连弟(1982-)，女，博士，工程师，从事地震资源解释和储层预测研究，E-mail:ldzheng01@163.com。

1001-1749(2016)05-0631-06

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2016.05.09