時移地震流動單元自動追蹤與解釋成果分析

康鯤鵬

（商丘師范學院計算機科學系，河南商丘476000）

時移地震是利用多次采集的時移地震資料，結合巖石物理和生產動態數據，通過提取和綜合分析各種敏感屬性，分析解釋油氣藏動態，并對油藏進行模擬處理分析，以確定剩余油的分布范圍，指導開發井的部署和調整，提高采收率。因此，時移地震方法廣泛應用于油藏監測、基礎測量和監測測量。流動單元是從宏觀到微觀的不同級次上的、空間三維連續分布的、具有相似的影響流體流動的巖石特征和流體本身滲流特征的儲集巖體；同一流動單元內各處相對均質，不同流動單元之間儲、滲能力差異顯著，且有較好的隔擋界面或滲流屏障。其發育特征和空間分布狀況受沉積作用、構造作用和成巖作用等的綜合控制。對流動單元的研究有很多種方法，如精細沉積學研究方法、FZI劃分法等，近年來利用時移地震資料進行流動單元解釋也得到發展。

1 國內針對流動單元的時移地震資料解釋現狀

時移地震技術是一門綜合地質勘探技術，包含諸如巖石物理技術、采集技術和處理解釋技術等，目前，我國在這方面的理論研究比較多，王大偉等[1]通過對地震資料的解釋分析了油層內部滲流的影響，為劃分油藏流體流動單元提供依據。桑淑云[2]針對SZ油田，從時移地震差異合理性分析、地震敏感屬性、井上動態分析、流動單元劃分、時移地震約束下的油藏數值模擬等方面著手，經過分析對比，在地震可分辨的基礎上對油田主體部分的小層的水驅效果及剩余油分布進行了分析；他們在分析過程中用到的軟件多為國外專業或者是類似MATLAB這樣的通用軟件。國內基于對時移地震資料解釋分析的軟件很少，而對流動單元的時移地震資料解釋軟件研究目前更是處于起步階段。

2 時移地震技術分析

2.1 巖石物理技術

對于時移地震技術而言，巖石物理技術是連接地震響應和油藏參數（如壓力、流體飽和度等）的橋梁。人們注意到近幾年來實際的時移地震響應變化往往大于實驗室中觀測到的由流體以及壓力變化引起的響應變化。另外，通過油藏模型的正演發現，當油藏的厚度和調諧厚度相近時引起的變化比速度的變化大得多。這主要是因為速度的變化導致調諧位置的變化，這與地震的主頻有關。當兩次地震響應相減時，差異就比較大。因此，在進行時移地震的可行性分析時，必須考慮油藏本身的變化，以及油藏的其他參數，如厚度和地震主頻。時移地震可行性研究綜合考慮了巖石物理、地震資料的品質及油藏的若干信息和條件。在風險圖中劃分出高、中、低風險區。

2.2 采集技術

近幾年來，時移地震技術多應用在重復采集的三維區中，采集技術方面的進展相對緩慢。通常把在同一地區不同時期采集的數據稱為繼承性數據（Legacy Data）。這種數據往往在采集時沒有考慮到時移地震技術的應用，成本低。另外一種采集方式為目的性重復采集，在已有的三維區為了時移地震技術的應用進行另一個時間的采集，這種數據的成本次之，但其重復性相對比較好。如果把檢波器永久固定在同一個位置，在不同時間進行地震波激發，稱之為永久性檢波器的采集，其成本最高。

在采集設計上，目的性重復采集主要要求檢波器以及炮點盡量保持一致。GPS技術的發展使這種一致性比較容易達到。在采集方面，Western Geco近年推出的Q采集系統采用高密度網格數據接收，可將響應的重復性和位置的重復性問題變成相同位置取舍檢波器數據進行處理的問題。

2.3 處理技術

均衡處理技術是在完成常規處理后為了提高可重復性，對不同時間的地震響應進行匹配，使油藏以外的差異性變小，而油藏位置上的差異性比較大。具有相同面元的數據體就可以進行均衡處理，該處理有時很難消除處理過程中的差異，很多情況下要對原始數據體重復進行處理。這種重新處理的過程一般采用常規的處理流程就可完成，但其處理參數和原則與三維處理方法不同，主要包括：

1）噪聲的獨立消除，即不同數據體的噪聲由于采集條件不同，去噪必須是相對獨立的；2）相同的疊加速度和偏移距；3）相同的網格生成；4）相同的偏移速度。

3 時移地震流動單元解釋

3.1 解釋中的可視化技術

可視化即科學計算可視化，它是計算機應用中的一個重要領域，可把函數值計算或實驗得到的大量數據表現為人的視覺可以感受的圖像。三維空間數據場的顯示是實現科學計算可視化的核心。可視化技術是將計算機圖形學、圖像處理技術、虛擬現實技術相結合，將難以理解的抽象的數據場轉換為直觀的圖形圖像信息。將N維域中的一組離散的數據映射為彩色象素值，并能進行交互處理的理論、方法和技術。

一般來說，三維空間數據場是連續的，而數值計算結果或測量所的數據則是離散的，是采集連續的三維場的結果。體繪制技術就是要將這一種三維空間樣本直接轉換為屏幕上的二維圖像，盡可能準確地重現原始的三維數據場。屏幕上的二維圖像決定于幀緩存中對應與每一個象素點的光亮度值，這也是一個二維的離散數據場。因此，體繪制技術的實質是將離散的三維空間數據場轉化為離散的二維數據。

將離散的三維空間數據場轉化為離散的二維數據點陣，首先必須進行三維空間數據場的重新采樣。其次，應該考慮三維空間中每一個數據對二維圖像的貢獻，因而必須實現圖像的合成。所以，體繪制技術的實現是一個三維離散數據場的重新采樣的圖象合成的過程。實現重新采樣從理論上說應有以下步驟：

1）選擇適當的重構函數，對離散的三維數據場進行三維卷積運算，重構連續的三維數據場；2）對連續的三維數據場根據給定的觀察方向進行幾何變換；3）由于屏幕上采樣點的分辨率是已知的，由此可計算出被采樣信號的Nyquist頻率極限，采用低通濾波函數去掉高于這一極限的頻率；4）對濾波后的函數進行重新采樣。

由于進行三維卷積運算比較費時，因此可采用離散方法實現。上述提到的物體空間為序和圖象空間為序2種不同的體繪制算法，只是實現重新采樣的不同方法。

繪制技術是科學計算可視化中的核心技術。體可視化的實現方法包括面繪制和體繪制2種。其中，面繪制的過程包括等值面轉化，可見部分繪制和陰影部分繪制；而體繪制過程包括圖像的可見部分繪制和陰影部分的繪制。體數據是一個三維連續的幾何模型，通常代表一個幾何化或參數化定義的多邊形或平面顯示列表，這個幾何模型被掃描轉化為一組體數據集，使體數據集可視，則原物可能被直接投影或減至二維象素空間，并且存儲為一個光柵圖形于一個幀緩沖區中。

體數據可能先以一定的方法轉化為幾何物體，如等值面處理、等值線處理、面抽象處理或依邊界處理。然后，幾何物體通過常規幾何繪制投影到屏幕。體繪制是直接將原物顯示而沒有任何體數據中介轉化到表面表示；體繪制采用帶有透明度的體元微粒模型繪制；它可以再現細節，獲得高質量的圖形。因面體繪制計算量大，對硬件的要求也比較高。面繪制對原物可視化的基本技術，先將原物轉化為一個平面表示，然后用常用的計算機圖形技術投影平面到屏幕；一般情況下，面繪制采用確定表面的數據，且表面可能是實在的并且是可視的；這是一種有損繪制，但是效率比較高。體繪制和面繪制這兩種方法是相互補充的，無論采用體繪制，面繪制還是混合繪制方法，主要依據特定的可視化任務。

體繪制-面繪制技術是可視化實現的重要方法，它可以揭示數據場內部的細微與難于定義的結構，可以顯示數據場的整體特征。但因為其計算量大，與數據場的規模成正比以及隨機存取大量的體數據而需占用巨大的帶寬，難于滿足實時交互需要。

可視化技術可以直接從地震數據中看到蘊含地質現象和規律，無需經傳統的地質解釋就可直觀、全方位地看到地層界面的起伏、斷層的形態，甚至可直接觀察到沉積體系的空間展布，大大提高地質解釋的效率和可靠性。

3.2 可視化算法

三維可視化技術的思想是用直觀的圖形輸出代替枯燥的數據輸出，借助人類強大的視覺及形象思維能力，對數據進行本質上的理解，從而洞察、發現數據中隱藏的現象和規律，為獲取深層次信息提供了強有力的手段，同時也極大提高了工作效率。可視化的核心是三維數據場的可視化[10]，可視化算法可分為2大類。第一類是基于面的體繪制算法，它首先由三維空間數據場構造出中間幾何圖元，最常見的中間幾何圖元就是等值面。在三維地震數據體的面繪制中，最常用的就是進行各種切片顯示。第二類算法并不構造中間幾何圖元，而是直接由三維數據場產生屏幕上的二維圖像，稱為直接體繪制算法，這種算法能產生三維數據場的整體圖像，包括每一個細節，并具有圖象質量高、便于并行處理的優點。

三維地震已經成為目前油氣勘探開發的主要方法，三維地震數據體中蘊含著地下巖層的豐富信息，以前由于沒有合適的三維顯示設備，只利用一條條地震剖面以及水平切片來顯示三維數據，地質解釋人員依據這些二維圖像來推測、想象地下地層的空間形態和結構。對于龐大的三維數據體，即使將每一條剖面和水平切片都顯示出來，一個三維地質體的完整信息也是分散在各個獨立的二維圖像中，很難綜合起來進行聯想，觀察也不直觀，不能從三維的角度去觀察和分析地質體的空間形態。更何況在實際工作中不可能對每條剖面和切片都進行觀察，常常是只對部分剖面和水平切片進行解釋，只利用了一小部分信息，大部分信息沒得到利用，其結果是很難了解地層結構的三維細節，不可避免地漏失了大量的小油氣田。因此，采用三維可視化技術及虛擬現實技術實現三維數據三維解釋。

對于三維地震數據場，目前常用的切片式可視化方法帶有明顯的三維數據二維解釋的痕跡，所表達的信息是片面的、孤立的，難以反映原始數據的全貌，丟失了寶貴的三維細節，仍然沒有擺脫二維解釋方法的局限性，本質上仍然是一種三維數據二維顯示的方法，沒有體現三維數據場可視化的真正含義，無法直接看到反射面的形態以及相互之間的接觸關系。

與傳統剖面解釋方法完全不同，常規的三維解釋是通過對每一條地震剖面上的每個層位、每條斷層拾取后，再通過三維空間的組合來完成的。三維體可視化解釋是通過對來自于地下界面的地震反射率數據體采用各種不同的透明度參數在三維空間內直接解釋地層的構造、巖性及沉積特點。這種三維立體掃描和追蹤技術可使解釋人員快速選定目標，結合精細的鉆井標定，可幫助解釋人員準確快速的描述各種復雜的地質現象。三維可視化是根據數據體的透明度屬性，假定地下界面的反射率是地下界面的原始、真正的三維模型，本質上講，它是由三維空間中的構造、地層及振幅屬性綜合組成的。無論是做三維區域分析，還是做特定前景目標評價（包括流體界面識別），都可以通過這種‘進去看’的方式快速完成。在基于三維像素的立體可視化中，每個數據樣點都被轉換成為一個三維像素（其大小近似面元間距和采樣間隔的三維像素）。每一個三維像素具有與原三維數據母體相對應的數值，一個三色（紅、綠、藍）值以及一個暗度變量，該變量用來調整數據體的透明度。這樣，每一個地震道被轉換成為一個三維像素柱。圖1為多屬性可視化。

圖1 多屬性體可視化Fig.1 Multi-attribute visualization

3.3 時移地震流動單元解釋參數設置

本系統的時移地震流動單元解釋中需要對解釋點、線、面的顏色、大小等參數[3-4]進行恰當的設置，以便在形成圖件的時候更利于觀察。參數設置對話框如圖2所示。

圖2 時移地震流動單元解釋參數設置Fig.2 Flow-unit parameter setting of time-lapse seismic

3 .4時移地震流動單元解釋

圖2所示的流動單元點、線、面都是需要處理的對象，采用以下數據結構進行描述，定義流動單元類CQISSegFlowUnit。

1）流動單元定義

class CQISSegFlowUnit

{Public：

CQISSegFlowUnit（）；//構造函數

virtual～CQISSegFlowUnit（）；//析構函數public://定義方法

void Display（）；//流動單元顯示

int InsertVex（StSeedType seed）；//插入解釋點

void DelSeed（bool bMove=true）；//刪除解釋點

void MoveLine（StSeedType seed）；//移動解釋面

private：

bool isSameSeed（StSeedType ArraySeed，StSeedType Seed）；//判斷兩解釋點是否相同

bool checkSam（StSeedType seed）；//檢查解釋點

int InsertVexIn（StSeedType seed）；//在測線剖面上插入解釋點

void InsertMoveLineIn（）；//在測線剖面上插入移動解釋面

private://定義成員

std::list＜std::list＜StSeedType＞＞::iterator pCurLine；//當前解釋面

std::list＜StSeedType＞::iterator pCurLineSeed；//當前行的解釋點

StSeedType m_Seed；//當前選準解釋點

StFlowUnitPara m_FlowUnitPara；//流動單元屬性

}

2）解釋點結構體

struct StSeedType

{int CrosslineNum；//解釋點坐標Xline

int TimeNum；//解釋點坐標TimeNum

int InlineNum；//解釋點坐標InLine

float x；//解釋點顯示坐標x

float y；//解釋點顯示坐標y

float z；//解釋點顯示坐標z

}

3）流動單元屬性結構體定義

struct StFlowUnitPara

{intnSelectLineType；

//流動單元類型1：測線剖面流動單元；

//2：聯絡測線剖流動單元；

//3：TimeSlice切片流動單元。

int nLineType；

//流動單元走向：1：測線剖面；2：聯絡

int nFlowUnitLineType；

//映射相鄰剖面解釋TRUE：映射；

}

在剖面或切片上解釋流動單元時需要利用增加解釋點的方法實現[5]。首先要判斷增加的解釋點是否在當前剖面或者切片上，如果在，就分側面或剖面上2種情況進行解釋；否則什么也不做，直接返回。具體算法流程圖如圖3所示。

4 應用實例

利用本系統定義的數據結構在剖面和側面上解釋用到的流動單元，取得了良好的效果，對時移地震數據體“東方-海底電纜-中間成果”主測線（360～500）、聯絡測線（800～1 100）、時間（450～750 ms），采用本系統的算法進行流動單元解釋。若從時移地震數據體中Section0面開始流動單元解釋，解釋方法如下：

1）把Section0作為引導面，在面上解釋流動單元線。

根據Section0引導面信息，沿流動單元走向添加解釋點（如圖4（a）），Section0引導面解釋完畢。如果流動單元全部解釋完畢，則解釋結束，否則轉入2）；

2）在數據體中拖動Section0到Section1，此時如果：①選擇流動單元解釋信息自動映射，系統自動把Section0上的流動單元面投影到Section1上，在Section0與Section1之間通過插值繪出流動單元體，根據Section1上同一流動單元的形狀修改Section1上的流動單元解釋點（如圖4（b）～圖4（d））。如果解釋流動單元全部解釋完畢，則解釋結束，否則以Section1作為新的引導面Section0，轉入2）。②選擇流動單元解釋信息不自動映射，把Section1作為Section0，轉入1）繼續。

圖3 流動單元解釋算法流程圖Fig.3 Flow chart of flow-unit algorithm

圖4 時移地震流動單元解釋圖件Fig.4 Flow-unit interpretation maps of time-lapse seismic

5 結束語

本軟件第二版已開發完成，主要功能達到設計要求。軟件已通過檢測，并取得國家版權局計算機軟件著作權登記證書。軟件已在多家單位實現銷售，用戶一致認為在Windows環境下運行的本軟件，技術新穎，實用性強；軟件易學易用、易于推廣；軟件界面友好，性能穩定。軟件中提供了豐富的油藏綜合分析方法，特別是基于地質約束的儲層預測方法、典型相關屬性優化和儲層預測方法等更是其他軟件所沒有，有助于提高油藏預測準確度，減少勘探風險，必將在我國的油氣勘探生產中發揮重要作用。

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