一种利用叠后地震数据进行油气检测的方法

摘要

本发明涉及一种利用叠后地震数据进行油气检测的方法，本发明通过井旁地震道目的层段频谱分析确定滑动时窗参数；以加权平均频率划分频谱的高低频部分，采用反向频率加权的方法求取低频部分频谱能量；利用频谱的低频部分能量与高频部分能量的比值，获得能量系数；以能量系数和加权频率构建地震波衰减因子，用以指示地层含油气的概率；获得工区地震波衰减因子数据体，识别工区内有利含油气目标区。本发明能够充分提取和利用地震数据频谱中低频增强、高频衰减的信息,有利于突出油气层的存在，增强了对油气层的识别能力，提高了油气检测的灵敏度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用叠后地震数据进行油气检测的方法，属于地震勘探储层油气预测技 术领域。

背景技术

叠后地震数据除了携带与地下地质构造形态有关的运动学信息(如反射面形态、旅行时 等)之外,还包含了与地下岩层性质有关的大量动力学信息。随着地震勘探的主要对象转向 岩性油气藏领域，人们期望通过叠后地震数据的振幅、频率等属性获取目的层段岩性和含油 气性的信息。

二十世纪六、七十年代，出现了依据地震振幅特征的油气检测技术，该类技术主要应用 于较新沉积的地层中油气藏的预测。勘探实践表明，在那些古老的、埋藏较深的油气藏中， 油气藏的地震反射振幅特征不明显，油气检测结果具有多解性。

除了利用地震资料的振幅信息外，人们更多地尝试利用地震资料中携带的频率信息进行 直接油气检测，出现了瞬时频率、吸收系数、衰减梯度、频谱比等方法，在特定条件下取得 了一定的效果。近年来通过采用小波变换、S变换等信号分析技术，增加了时频分析的分辨 率，并被用于频谱参数的计算和含油气检测。经过多年的研究和发展，相继出现了多种油气 检测方法，但由于地下实际地质条件的复杂性，每种方法都有一定的局限性。概括来说,当 前利用频率信息检测油气的方法主要存在以下问题：

(1)针对单个地震采样点或者很薄层段采取的局部频谱信号分析方法，难以克服反射 系数对频谱的影响，油气检测可靠性低。申请号为200910236634.6的发明公开了一种油气 预测方法，该方法利用小波函数良好的时间域和频率域局部变化特性，根据计算出的多个纵 波信号的主频和/或品质因子预测油气分布的有利区域。由于该方法提取的频率信息受地层 结构本身的影响较大，导致油气检测可靠性较差，不能准确反映油气的存在与否。

(2)申请号201010227065.1公开了一种利用地震数据瞬时频率属性进行油气检测的方 法，通过采用广义S变换得到地震数据每个样点的时频谱,然后以时频谱中总能量的15％和 35％分别为计算低频段吸收衰减梯度的起始频率和终止频率，对起始频率和终止频率间的时 频谱取自然对数后利用最小二乘法进行拟合,得到该样点的低频段吸收衰减梯度，低频段吸 收衰减梯度强的位置对应含油气有利区域。大量的岩石物理实验和油气地震勘探实践 (Dilay，Eastwood，1995；高建虎，雍学善，2004；张景业，贺振华等，2010；仲伟军， 陈军等，2012)表明，含气层地震数据在频率变化上表现为“高频衰减、低频增加”。这种 通过求取低频衰减梯度的油气检测方法，与实际的油气藏地震响应特征不一致，导致油气检 测方法适应性差。

(3)地震数据频谱衰减梯度类油气检测方法，易受地层结构本身影响，油气检测稳定 性差。地震数据频谱包含了地层结构信息和地震子波信息，是地下地层反射系数和地震子波 共同作用的结果。在计算时窗较小时，频谱受反射系数的影响较大，不易获得真实的地震波 衰减参数；在计算时窗较大时，频谱形态不规则，衰减梯度的计算稳定性差。

(4)利用频谱高、低频能量比的油气检测方法，反映油气层的灵敏度低。该方法以频 率振幅谱中峰值振幅对应的频率(主频)为界，在有效频带范围内把主频以下的低频部分能 量去除主频以上的高频部分能量，即获得高、低频能量比。该方法较好表征了地震数据高、 低频能量的分布与组成。但实际上，由于油气的存在会引起低频段部分能量增强，而对于高 频段而言,频率越高衰减程度越大。以主频为界进行高、低频段能量比的油气检测方法，因 在常规低频段能量求取中包括的范围通常较大,包含了更多的对油气存在反映不敏感的信息 在内，因而，这类油气检测方法灵敏度低。

发明内容

本发明旨在克服上述现有油气检测方法存在的可靠性低、适应性差、稳定性不足等问 题，提出一种利用叠后地震数据的油气检测方法。

为实现上述目的，本发明采用技术方案是通过频率反向加权求取低频部分能量获得新的 能量系数,并以新的能量系数和加权频率构建地震波衰减因子,突出对地震频谱数据中低频 增强和高频衰减信息的提取和利用，提高利用叠后地震数据进行油气检测的能力，包括以下 步骤：

1、数据准备：获取工区的地震叠后纯波数据、工区内各井位的坐标及各井目的层段含 油气层厚度和解释的目的层顶、底时间数据；

2、确定地震数据的分析时间范围和滑动时窗长度：

2.1 根据工区解释的目的层顶、底时间数据，以保证覆盖目的层范围为原则确定地震叠 后纯波数据的分析时间范围；

2.2 根据各井位坐标在地震叠后纯波数据中抽取该井位的井旁地震道，采用不同滑动时 窗长度，利用短时窗傅立叶变换方法获得该井旁地震道目的层段的每个时间采样点的频谱， 通过分析不同滑动时窗长度对该井旁地震道目的层段频谱的特征及其对油气层的表征确定滑 动时窗长度；

3、对工区地震叠后纯波数据提取能量系数，构建地震波衰减因子,获得衰减因子数据 体，分析、识别工区内有利含油气目标区：

3.1 针对地震叠后纯波数据的每一地震道，在步骤2.1中确定的分析时间范围内对每一 时间采样点以步骤2.2中确定的滑动时窗长度做短时窗傅立叶变换，获得该时间采样点的频 谱，确定加权平均频率和有效频带的低频端和高频端；

3.2 以步骤3.1中确定的加权平均频率为分界点，把该时间采样点的频谱划分为低频和 高频两个部分，把频谱的低频部分以频率反向加权的形式求和，获得频谱的低频部分能量； 把频谱的高频部分求和，获得频谱的高频部分能量；

其中，低频端到加权平均频率的范围为低频部分，加权平均频率到高频端的范围为高频 部分；

3.3 利用步骤3.2获取的低频部分能量与高频部分能量的比值，获得该时间采样点的能 量系数，并通过该时间采样点的能量系数和步骤3.1确定的加权平均频率，构建该时间采样 点的地震波衰减因子；

3.4 重复上述步骤3.1—3.3，获得工区地震叠后纯波数据每一道在步骤2.1确定分析 时间范围内每一时间采样点的地震波衰减因子，得到工区地震波衰减因子数据体；

3.5 对上述步骤3.4获得的工区地震波衰减因子数据体,根据其数值的大小，分析、识 别工区内有利含油气目标区。

本发明的有益效果是：本发明通过采用频率反向加权方法求取频谱低频部分能量而获得 新的能量系数,并通过由新的能量系数和加权平均频率构建地震波衰减因子的方法获得工区 地震波衰减因子数据体，能够充分提取和利用地震数据频谱中“低频增强、高频衰减”的信 息,有利于突出油气层的存在，增强了对油气层的识别能力，提高了油气检测的灵敏度。

附图说明

图1为本发明流程框图；

图2为中国渤海湾盆地东濮凹陷濮138工区过p138-7井的三维地震纯波数据剖面图；

图3为确定分析时间范围的方法示意图；

图4为中国渤海湾盆地东濮凹陷濮138工区p138-7井旁地震道不同滑动时窗长度的时 频谱；

图5为频谱主要参数定义的示意图；

图6为渤海湾盆地东濮凹陷濮138工区过p138-7井地震波衰减因子剖面图；

图7为渤海湾盆地东濮凹陷濮138工区Es3z2层含油气性预测平面图；

图8为渤海湾盆地东濮凹陷濮138工区Es3z3层含油气性预测平面图。

具体实施方式

下面以中国渤海湾盆地东濮凹陷濮138工区的含油气检测为例，并结合附图对本发明详 述。由图1可知，本发明包括以下步骤：

1、数据准备：获取工区的地震叠后纯波数据、工区内各井位的坐标及各井目的层段含 油气层厚度和解释的目的层顶、底时间数据，图2显示了一个标有p138-7井位置及 Es3z1、Es3z2、Es3z3、Es3z4层底界面层位的地震剖面图，叠后地震纯波数据时间采样率 是2ms，时间采样点数2000；表1显示了p138-2、p138-3和p138-7井Es3z2和Es3z3层的 含油气厚度数据。

表1 中国渤海湾盆地东濮凹陷濮138工区部分井油层厚度统计表

2、确定待分析时间范围和滑动时窗长度：

2.1 根据工区解释的目的层顶、底时间数据，以保证覆盖目的层范围为原则确定地震叠 后纯波数据的分析时间范围，图3为确定分析时间范围方法的示意图，本例选择分析时间范 围为1200-3600ms，包括了工区各主要目的层；

2.2 根据各井位坐标在地震叠后纯波数据中抽取该井位的井旁地震道，采用不同滑动时 窗长度利用短时窗傅立叶变换方法获得该井旁地震道目的层段的每个时间采样点的频率域振 幅谱——即频谱，通过分析不同滑动时窗长度对该井旁地震道目的层段频谱的形态及其对油 气层反映的能力确定滑动时窗长度，包括以下步骤：

2.2.1 根据井位坐标在工区地震叠后纯波数据中抽取井旁地震道x(i)，i为所抽取井旁 地震道时间采样点的序号；

2.2.2、分别以滑动时窗长度160ms、120ms、80ms和40ms，利用傅立叶变换方法获得 地震道x(i)的目的层段每个时间采样点的频谱A(i,f)，即

A(i,f)＜--＞FFT(x'(i))    (1)

其中，i为时间采样点的序号，f为频率采样点的序号，x'(i)是地震道x(i)加海明窗的结 果，即

$x^{\prime }\left(i\right)=x\left(i\right)w(i-\frac{N}{2})---\left(2\right)$

海明窗的表达式为

$w\left(j\right)=[0.54-0.46\cos \left(\frac{2\mathrm{\pi j}}{N}\right)]---\left(3\right)$

其中，j为海明窗函数的时间采样点序号，N为滑动时窗的样点数，π为圆周率；

2.2.3 分析不同时窗长度对频率域振幅谱形态及其对油气层反映的能力，确定滑动时窗 长度，图4所示为采用160ms、120ms、80ms和40ms滑动时窗长度得到的p138-7井旁地震 道的时频谱，由图中各滑动时窗长度所得频谱上均可见Es3z2和Es3z3层油层所导致的 10Hz以下极低频段存在明显的能量增强现象，进一步分析时频谱上的时间分辨率和频谱形 态，认为图4c具有较好的时间分辨率和频率分辨率,由此确定滑动时窗长度为80ms；

3、对工区地震叠后纯波数据提取能量系数，构建地震波衰减因子,获得衰减因子数据 体，分析、识别工区内有利含油气目标区：

3.1 针对地震叠后纯波数据的每一地震道，在步骤2.1中确定的分析时间范围内对每一 时间采样点以步骤2.2中确定的滑动时窗长度做短时窗傅立叶变换，获得该时间采样点的频 谱A(i,f)，其中，i为时间采样点的序号，f为频率采样点的序号，由A(i,f)中最大振 幅的1/20为下限确定有效频带的低频端f_L和高频端f_H，图5示意出了主要频谱参数的意 义，加权平均频率f_w通过如下方法确定

$f_w=\frac{\underset{f=f_L}{\overset{f_H}{\Sigma }}f*A(i,f)}{\underset{f=f_L}{\overset{f_H}{\Sigma }}A(i,f)}---\left(4\right)$

3.2 以步骤3.1中确定的加权平均频率为分界点，把该时间采样点的频谱划分为低频和 高频两个部分，把频谱的低频部分以频率反向加权的形式求和，获得频谱的低频部分能量 E_L

$E_L=\underset{f=f_L}{\overset{f_w}{\Sigma }}(f_w-f)*A(i,f)---\left(5\right)$

把频谱的高频部分求和，获得频谱的高频部分能量E_H

$E_H=\underset{f=f_w}{\overset{f_H}{\Sigma }}A(i,f)---\left(6\right)$

其中，低频端到加权平均频率的范围为低频部分，加权平均频率到高频端的范围为高频部 分；

3.3 利用步骤3.2获取的低频部分能量与高频部分能量的比值，获得该时间采样点的能 量系数C(i)，

$C\left(i\right)=\frac{E_L}{E_H}---\left(7\right)$

通过该时间采样点的能量系数和步骤3.1确定的加权平均频率，构建该时间采样点的地 震波衰减因子Q(i)

$Q\left(i\right)=\frac{C\left(i\right)}{f_w}\times b---\left(8\right)$

其中，b为常数，此处取值为1；

3.4 重复上述步骤3.1—3.3，获得工区地震叠后纯波数据每一道在步骤2.1确定分析 时间范围内每一时间采样点的地震波衰减因子，得到工区地震波衰减因子数据体，图6为经 过上述步骤获得的过p138-7井地震衰减因子数据体的剖面图，在p138-7井钻遇的目的层段 存在明显的地震衰减因子高异常特征，比较清晰地展现了油气聚集部位，与已钻井揭示油气 层和该地区油气藏特点较符合，表明地震衰减因子可以较好地反映油气层；

3.5 对上述步骤3.4获得的工区地震波衰减因子数据体,根据其数值的大小，分析、识 别工区内有利含油气目标区。图7和图8所示分别为利用上述步骤获得地震衰减因子数据体 沿Es3z2和Es3z3层获得的平面图。图7中由虚线圈出的A部分为利用本方法检测的Es3z2 层含油有利区，由上述表1可知，p138-2井在Es3z2层有4.3m厚的油层，处于本方法检测 的Es3z2层含油有利区之内，而p138-3井在Es3z2层没有油层，处于本方法检测的Es3z2 层含油有利区之外，本方法检测的Es3z2层含油有利区与p138-2井、p138-3井钻遇油层情 况相符合。图8中由虚线圈出的B部分为利用本方法检测的Es3z3层含油有利区，由上述表 1可知，p138-2井在Es3z3层有4.9m厚的油层，p138-3井在Es3z3层有12.7m厚的油层， p138-2井和p138-3井都处于本方法检测的Es3z3层含油有利区之内，本方法检测的Es3z3 层含油有利区与p138-2井、p138-3井钻遇油层情况相符合。该工区的检测结果与钻井钻遇 油层情况符合较好，证明了该方法的可靠性和有效性。