基于频率-尺度匹配的地震沉积学解释方法

摘要

本发明是基于频率-尺度匹配的地震沉积学解释方法，属于石油勘探开发领域。包括以下步骤：1）叠后地震资料加载；2）进行相位转换，得到90°相位地震数据体；3）根据井点分析确定主要勘探目标砂体的平均厚度；4）确定目标砂体调谐频率；5）地震资料分频处理，得到反映目标砂体的分频地震数据体；6）制作分频数据体的地层切片；7）解释地层切片，得到目标砂体的平面展布和演化；8）当存在多种厚度级别砂体时，对每一类砂体按照步骤（4）至步骤（7）操作；9）将不同分频体的同深度切片解释结果合并，解释研究区沉积微相特征及演化。本发明用于地震垂向分辨率之下的薄层沉积特征解释，显著提高了薄层沉积地震解释精度，应用前景广阔。

说明书

技术领域

本发明涉及石油勘探和开发地质领域，是一种地震沉积学解释方法和技术流程。 

背景技术

随着油藏勘探开发的不断深入，窄薄砂体的分布预测在油气勘探开发地质研究中的重要性日益凸显，而对沉积微相及其演化的研究是进行砂体分布预测和精细刻画的关键内容，是砂体成因和分布预测的连接点。不论在勘探阶段还是在油藏开发阶段，井间沉积微相的展布及其垂向演化都是油气地质研究中的难点。自上世纪90年代以来，应用地球物理技术的发展为井间储层分布和沉积相研究提供了有效的方法。 

上世纪七十年代末提出的地震地层学为利用地球物理技术研究等时沉积单元及其沉积相特征提供了一种思路和方法，在之后发展起来的层序地层学中沿用了这一思路和方法。该方法的核心是把地震反射同相轴作为等时沉积界面，建立不同沉积相的地震反射形态模式，通过在地震剖面上识别特殊的地震反射形态（组合），对等时单元的沉积相做出解释。 

1998年曾洪流和Henry提出了“地震沉积学”这一概念，认为地震沉积学是利用地震资料研究沉积岩及其形成过程的一门学科。地震沉积学虽然与地震地层学、层序地层学、沉积学等学科相关，但是在概念、研究内容、方法和技术等方面都有所不同和发展。从地震地层学、层序地层学到地震沉积学的发展，意味着地震信息和技术在地质学领域应用的逐步深入。 

对地震同相轴等时性的新认识是地震沉积学重要的理论突破。曾洪流等在Permain盆地研究中发现，在前积的碳酸盐岩台地边缘和斜坡沉积中，主反射同相轴并不沿倾斜的地质时间界面，通过对三角洲前积体中常见的平行倾斜界面模型进行正演模拟发现：地震资料的频率成分控制了地震反射同相轴的倾角和内部反射结构。低频地震资料中同相轴更倾向于具有岩性意义而不是时间意义。目前中深层地震资料的主频一般在40Hz以下，有些甚至低于20Hz，这种情况下当岩性界面与沉积时间界面不一致时，反射同相轴是穿时的。这一观点否定了反射同相轴的严格等时性，修正了Vail提出的“在自然界中，不存在形成的地震反射平行于岩性地层单元顶面的物理界面”的假设。这一认识意味着在地震地层学、层序地层学研究中，当沿着地震同相轴追踪界面时，原以为“等时”的界面有些其实是“穿时”的，这种现象在薄互层发育的地区及三角洲前积层发育区尤为突出。 

目前地震沉积学采用的关键技术主要包括90o相位转换、地层切片和分频解释技术。其中90o相位转换技术是通过将地震相位旋转90o使反射波主瓣提到薄层中心，这样就使得原来作为地层界面响应的地震同相轴具有了地层意义，进而克服了零相位波的缺点；分频解释技术是一种等时地层界面解释方法，其理论基础是地震沉积学中关于地震同相轴地质意义的新认识，按照地震沉积学的理论，地震资料中不同频率 成分所反映的沉积学信息是不同的，通过对地震资料进行分频，依据沉积特征和砂体厚度选取合适频带的地震分频数据体就可以更好地反映沉积信息；地层切片技术是通过等时界面间等比例内插获得近似的次级等时沉积界面，再沿这些界面对地震数据体（包括各种属性体）进行切片，以此反映沉积相随时间的变化，该技术可以很好地应用于沉积相及沉积发育史精细解析研究。这三项关键技术都是基于一点认识：地震反射同相轴不是严格等时的，地震资料的频率控制了同相轴的倾角和内部反射结构。 

近年来，国内众多学者开展了不同沉积体系地层的地震地貌学及地震沉积学研究（董春梅,2006；张宪国,2006,2009；林承焰,2007；董艳蕾，朱晓敏,2008；陆永潮，杜学斌,2008；吴因业，顾家裕,2008;李思田,2009;李秀鹏，查明,2009），取得了良好的效果，同时，国内学者的地震沉积学研究成果在AAPG等国际组织年会上交流，得到了国际同行的关注和认可，地震沉积学在我国进入了快速发展阶段。 

但是目前地震沉积学研究尚处于起步阶段，缺少可操作性强的地震沉积学解释方法和技术流程，如何在实际研究区开展地震沉积学解释工作是目前石油地质研究人员在利用地震资料研究沉积相及其演化中遇到的主要问题，制约了地震沉积学技术在油田实际生产研究中的应用。 

发明内容

本发明的目的是建立一种基于频率-尺度匹配的地震沉积学解释方法，并形成地震沉积学解释的方法步骤，为利用地震资料研究沉积微相展布及其垂向演化提供一种可操作性强的方法，解决油气勘探开发地质研究中的沉积微相刻画问题，尤其是解决薄层砂岩沉积特征描述难题。 

本发明通过以下步骤实现： 

1）向计算机中加载叠后三维地震数据体，这里的地震数据体要求是经过保幅处理的地震数据，按照16位或32位数据精度加载； 

2）判断原始地震数据的相位为a，然后根据a与90°的差值将地震数据体的相位旋转至90°，得到90°相位的地震数据体； 

3）对井点上的目标砂体厚度统计，确定主要勘探目标砂体的平均厚度； 

4）确定反映勘探目标砂体的地震资料主频； 

步骤4）提出的确定反映勘探目标砂体的地震资料主频，其方法是按照厚度调谐原理，在地层速度确定的前提下，当砂岩厚度值等于四分之一波长时，求取对应的频率，具体操作方法是根据地震纵波传播速度公式： 

$f=\frac{v}{\lambda }=\frac{v}{4h}$

其中，v为纵波速度，f为地震资料主频，λ为地震纵波波长，h为调谐厚度。 

令h等于目标砂体厚度，利用上式计算得到该目标砂体对应的地震资料主频f，f即为反映勘探目标砂体的地震资料主频。 

5）对地震资料进行分频处理，得到反映勘探目标砂体的分频地震数据体； 

6）利用选定的地震分频数据体制作地层切片； 

7）开展地层切片解释，得到目标砂体的平面展布和垂向演化； 

步骤7）中，地层切片的解释需要在沉积模式和现代沉积的指导下进行，而且任何一个地层切片仅反映与其地震分频数据体频率相对应的砂体沉积特征。 

8）如果勘探目标砂体存在多种厚度级别，可以按照厚度进行分类，对每一类砂体按照上述步骤4）至步骤7）进行操作，得到该类砂体的平面展布及垂向演化。 

步骤8）中，目标砂体的解释要在与其频率相匹配的分频地震数据体上进行，这是频率-尺度匹配方法实现的关键步骤和操作。 

9）将不同频率地震分频数据体得到的同深度地层切片解释结果进行合并，利用合并结果对研究区沉积微相展布及其演化进行解释。 

具体实施方式

本发明是通过对目标砂体进行厚度分级，然后利用分频解释方法对各种厚度级别的砂体分别进行分布预测，对不同频率切片预测结果合并解释，得到沉积微相展布及其演化特征的地震沉积学解释方法。 

本发明通过以下具体操作步骤实施： 

1）向计算机中加载叠后三维地震数据体，这里的地震数据体要求是经过保幅处理的地震数据，按照16位或32位数据精度加载； 

2）判断原始地震数据的相位为a，然后根据a与90°的差值将地震数据体的相位旋转至90°，得到90°相位的地震数据体； 

3）在井点上利用测井资料确定主要目标砂体，统计这些主要目标砂体的厚度，并进行厚度分级，确定每一厚度级别目标砂体的平均厚度； 

4）确定反映勘探目标砂体的地震资料主频； 

步骤4）提出的确定反映勘探目标砂体的地震资料主频，其方法是按照厚度调谐原理，在地层速度确定的前提下，当砂岩厚度值等于四分之一波长时，求取对应的频率，具体操作方法是根据地震纵波传播速度公式： 

$f=\frac{v}{\lambda }=\frac{v}{4h}$

其中，v为纵波速度，f为地震资料主频，λ为地震纵波波长，h为调谐厚度。 

令h等于目标砂体的厚度，利用上式计算得到该目标砂体对应的地震资料主频f，f即为反映勘探目标砂体的地震资料主频。 

5）对地震资料进行分频处理，得到反映勘探目标砂体的分频地震数据体； 

6）利用选定的地震分频数据体制作地层切片； 

7）开展地层切片解释，得到目标砂体的平面展布和垂向演化； 

步骤7）中，地层切片的解释需要在沉积模式和现代沉积的指导下进行，而且任何一个地层切片仅反映与其地震分频数据体频率相对应的砂体沉积特征。 

8）如果勘探目标砂体存在多种厚度类型，可以按照厚度进行分类，对每一类砂体按照上述步骤4）至步骤7）进行操作，得到该类砂体的平面展布及垂向演化。 

步骤8）中，目标砂体的解释要在与其频率相匹配的分频地震数据体上进行，这是频率-尺度匹配方法实现的关键步骤和操作。 

9）将不同频率地震分频数据体得到的同深度地层切片解释结果进行合并，利用合并结果对研究区沉积微相展布及其演化进行解释。 

实施实例 

墨西哥湾TS地区新近系发育河流相沉积，不同规模河流沉积砂体的厚度存在差异，研究区位于海上，钻井少且井网分布不规则，沉积微相展布及演化研究难度大。采用本发明的方法，对不同规模河流沉积地层的沉积微相展布及其内部结构特征进行刻画。 

首先将保幅处理的地震数据加载到计算机中，本实例采用LandMark公司的OpenWorks解释软件，将地震数据加载到该软件中。 

第二步，井震标定，利用海底面的地震反射同相轴判断原始地震数据的相位为30°，将地震数据相位旋转60°，得到90°相位的地震数据体。 

第三步，对研究区9口井的测井资料进行分析，统计确定主要目标砂体的厚度级别，分为两级，厚砂体级别的砂岩平均厚度为20m，薄砂体级别的砂岩平均厚度为8m。首先对平均厚度8m的砂体进行地震沉积学解释。 

第四步，确定目标砂体对应的分频数据体频率。目的层砂岩纵波速度为2200m/s，按照公式： 

$g=\frac{v}{\lambda }=\frac{v}{4h}$

其中，v为纵波速度，f为地震资料主频，λ为地震纵波波长，h为调谐厚度。 

令h等于目标砂体的平均厚度8m，利用上式计算得到目标砂体对应的地震资料主频为68.75Hz，取近似值f=69Hz，即为反映勘探目标砂体的地震资料主频。 

第五步，对地震资料进行分频处理，选取主频为69Hz的地震分频数据体作为反映勘探目标砂体的地震数据体。 

第六步，制作69Hz地震分频数据体的地层切片。 

第七步，在沉积模式和现代沉积的指导下开展地层切片解释。以井点的沉积微相认识为控制，以沉积模式为指导对地层切片进行优选和解释，得到第一类厚度级别目标砂体（平均厚度8m）的平面展布和垂向演化。 

第八步，开展第二类厚度级别目标砂体（平均厚度20m的目标砂体）的地震沉积学解释。具体操作按照上述步骤4）至步骤7）的方法进行，得到平均厚度20m的厚砂体级别目标砂体平面展布及垂向演化解释结果。 

第九步，按照上述方法，完成研究区不同厚度级别沉积砂体的平面展布特征解释，将解释结果进行合并，得到沉积微相的平面发育特征。将不同深度的地层切片解释结果进行比较，在井点沉积演化分析结果的控制下，对目的层的沉积演化做出解释。 

从解释结果看，研究区目的层发育的两期河道沉积砂岩分布范围差异大，下部河流沉积单元的砂岩分布范围小，主要发育由北向南的三条主河道，砂岩沿河道走向呈条带状分布，与后期的河流沉积相比，砂岩发育带的宽度明显要小，点坝侧积体发育，但是河流的弯曲度低。