多属性融合技术在裂缝储层预测中的应用

2019-05-10 11:14李伟波

中国锰业 2019年2期

史维，李伟波

(1. 长江大学工程技术学院，湖北荆州 434020; 2. 长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室，湖北武汉 430100)

0 前言

近些年，随着勘探技术的不断提高，深度的不断加深，地震勘探的重心已由早期的构造解释逐渐向储层预测、精细描述等过渡。20世纪60年代，地震属性分析作为一种可行的方法正式出现。经过多年发展，从最早的烃类检测、亮点技术到迅速发展起来的储层预测、油气预测和物性分析等领域，最后到逐渐成熟的多维地震属性、多属性分析时代[1]。在地震勘探的采集、处理和解释过程中，地震数据体中往往隐藏着诸多储层物性的变化、孔隙流体成分和储层参数等相关的有用信息。而地震属性就是在原有的叠前或叠后的地震数据上，运用数学思维方式变换推导出的有关于地震波的几何形态、运动学和动力学特征以及统计学特征的度量值[2]，通过对所取地震属性进行分析，做出标定并消除畸变，最终可以得到揭示储层的相关信息。

地震属性分析在地球物理研究领域虽已取得了一定成果，但仍旧存在一些问题。地震属性与所预测储层对象之间不是单纯的一一对应关系，而是一种多元复杂的非线性关系，在地质条件相对简单、资料信噪比较高的情况下，单属性分析技术就能很好预测；但对于储层物性参数变化大的复杂介质，影响地震有用信息的因素会越来越多，存在较大误差和不确定性；单单仅用一种地震属性很难以准确地进行储层裂缝预测、油气藏预测以及储层参数特征描述等[3]。因此，对于开展地震多属性融合分析研究就显得十分重要了。

1 地质背景

车排子石炭系地区位于准噶尔盆地西部隆起，属于次一级构造单元的凸起。石炭系整体上受东—西向主应力作用的影响，发育的大断裂多呈南北走向，与红车断裂近似平行，这些断裂控制了二级构造带的展布方向，形成了石炭系南北成带、西高东低的断阶式构造。石炭系顶面遭受强烈剥蚀，总体呈现西北高、东南低的单斜形态(图1a)。比如排66断块是受北东东走向的排61南断层、近北西向的排661南断层夹持的断块圈闭，构造形态为近东南倾的单斜(图1b)。

2 地震属性分类及优选

2.1 属性分类及提取

地震属性是通过直接观测或间接根据经验和逻辑推理从地震数据中获取相关信息资料。随着地震属性的研究不断推进，目前可以从地震数据体中提取近百种属性，属性种类繁多，国内外的学者对地震属性有不同的分类。20世纪90年代初，Taner等将地震属性分为两大类[4]：①为几何属性，主要反映的是地质体空间几何特征，与地层几何形态和波形有关，如地层方位等；②物理属性，主要指地震数据中的运动学和动力学属性，基于物理属性用于岩性及储层特征解释，他又大致可分为两类[5]，由解析地震道计算出的属性(瞬时相位、频率等)和由叠前资料计算得到的属性(正常时差)。地震属性的提取方式虽然很多，但不同的勘探工区存在不同的地质环境及不同的勘探程度，所需解决的问题也不同，为此需要采取合适的方法才能获得更好的效果。

图1 准噶尔盆地西缘石炭系顶面构造

裂缝型圈闭储集性能的好坏取决于裂缝发育程度。无论何种岩性，其裂缝发育程度都将对地震波传播速度、吸收作用等产生一定的影响，因此，在振幅类、频率类、相关类属性和吸收系数等会出现较为明显的特征。本次分类根据工区实际地层特点，利用LandMark地震多参数属性计算对地震数据体进行属性的提取。沿石炭系顶界面结合工区油藏特点并通过不断尝试确定合适的时窗，然后对地震数据体提取了振幅类、瞬时类、层序统计类、频谱类等三十几种属性，并总结了不同类别属性的实际地质意义(如表1)。

表1 不同属性所对应的不同类别及其实际地质意义

2.2 地震属性优化

对于地震多属性融合技术，属性提取的好坏会直接影响到后期的储层预测精度以及计算速率，属性的优化选取至关重要[6]。优选地震属性一般遵循的原则主要有：①所取属性集对样本能够进行有效分类，且保证属性与地质目标具有相关性；②确保优选的属性尽可能相互独立，达到更加多元化、最优化；③消除无关的干扰，使有用信息最大化。总的说来，所提取属性要具有代表性(敏感性)，能突出其特有的敏感特性，且属性个数要避免冗余，样本数不易过多，去粗取精。利用相关性和属性特征强度综合分析方法，对已提取出属性进一步分析彼此之间存在差异的特征，通过压制相对噪音的方法，有效突出与油气藏相关的变化信息。针对以上三十几种属性，结合聚类分析的方法分别分组做相关性分析[7](如图2所示)。

图2 不同类别地震属性相关性分析对比

从图2中可以直观看到：5类属性及其各属性之间的相关性，相关性越好，表示两种属性表征的意义越相近，从而可以剔除重复表征的属性，同时结合油气藏属性在地震属性上反映的特征强弱，最后优选出的属性既具有独立性，避免了研究工作的重复，又能很好的突出油气藏的变化信息。

3 地震属性融合技术及应用

地震多属性融合技术是一种分析属性的方法，考虑到不同属性的实际物理意义，挑选出表征不同储层特性的属性，运用数学方法原理将不同的地震属性融合到一起相互补充和加强，综合分析来解决由单属性预测而存在的不稳定、多解性问题，进一步来提高储层预测的精度，从而更好地指导实际的地质勘探工作。地震多属性融合的方法有多种，早期使用的基于颜色空间的多属性融合技术，通常用3种基本色(红R、绿G、蓝B)来表示不同的信息[8]。到21世纪又相续出现了基于数学方法和神经学等学科的多属性融合技术[9]。不同的融合方法有其适应范围和局限性，选取合适的属性方法对优先属性进行融合显得很有必要。考虑到研究工区位于石炭系顶界面深度不深的特征，本文在基于聚类相关性分析的思路下优选出4种属性，并结合多元线性回归属性融合技术进行多属性融合分析。

多元线性回归分析是数理统计学的一个分支，起源于21世纪初。但在早期，多元线性回归就被广泛运用于气候、海洋、环境、水文地质和地震等领域，并取得了一定的效果[10]。国内季玉新等最早将多元线性回归应用于地震多属性融合分析中，借鉴其在其他领域中的成功经验。应用多元线性回归方法可以建立多种地震属性与储层参数之间的数学关系[11]。多元线性回归方法的数学模型为：

Y=β0+β1X1+β2X2+…+βm-1Xm-1+βmXm+ε ε～N(0,σ2)

(1)

其中：Y是实际预测随机变量，他受到m个非随机因素X1,X2…Xm-1,Xm以及满足正态分布的不可预测随机变量ε～N(0，σ2)的影响；β0、β1、β2…βm-1、βm为回归系数。

实际裂缝储层Y对m种属性X1,X2…Xm-1,Xm的m元线性回归方程为：

(2)

(3)

D为C0、C1、C2…Cm-1、Cm的m+1元函数，经整理可得到关于回归系数C0、C1、C2…Cm-1、Cm的正规方程组，通过求解方程组即可得到回归系数的解，从而解出m元线性回归方程式[12]。确定相应系数后，利用该系数与选择归一化的属性数据进行属性融合，结合实际的叠前、叠后地震资料对勘探区排1(P1区15～200 ms)进行储层预测。优选出的4种地震属性平面图具体如图3所示，将优选属性结合线性回归方程进行多属性融合最终得到融合地震属性平面图(见图4)。

从图3中可以看到均方根振幅、地震弧长和反射强度属性体现的平面特性相差不大，基本一致，与已知勘探油藏对应较好；但单从相关系数这一属性平面图上看，除了部分平面特性吻合外又出现了特殊区域，即如果仅依靠一种属性来分析、预测裂缝储层，就容易出现误差区间，最终导致出现多解性问题。而由以上4种属性进行综合分析，利用线性回归方法进行多属性融合，抓住不同属性的共有特征比重，按照不同的系数比重进行融合，降低个别因素的干扰，最终得到较为精确的融合属性平面图(如图4)。图4中既包含了多数敏感属性所共有的有效区域(图中2区)，也剔除了那些容易产生多解的干扰区域(如图3c)，还保留了单属性分析未体现出的有效区块(图4中1区)，很好地解决了由单一属性储层预测带来的多解性问题。相比4种单属性平面属性图，多属性融合属性图有效区与车排子石炭系P1区实际勘探区(如图5)有更好的匹配对应关系，有更好的吻合程度。总体而言，多属性融合技术对于属性特性的提取分析提供了很好的研究方向，不失为一种好的裂缝储层预测方法。