頻譜分解在生物礁儲層油氣檢測中的應用

胥良君，李錄明，黨錄瑞，鐘 峙，歐陽煬

(1.成都理工大學 地球探測與信息技術(shù)教育部重點實驗室，成都 610059;2.西南油氣田分公司 重慶氣礦，重慶 400021)

頻譜分解在生物礁儲層油氣檢測中的應用

胥良君1，2，李錄明1，黨錄瑞2，鐘 峙1，歐陽煬1

(1.成都理工大學 地球探測與信息技術(shù)教育部重點實驗室，成都 610059;2.西南油氣田分公司 重慶氣礦，重慶 400021)

生物礁是特殊的沉積體，其生長形態(tài)、發(fā)育規(guī)模通常因古地理位置及古氣候環(huán)境的差異而不盡相同，由于其與圍巖存在波阻抗差異，在地震反射剖面上常形成上隆、下凹、內(nèi)部雜亂反射等特征，解釋人員一般也通過該特征來尋找生物礁。但由于振幅異常往往受多種因素的影響，因此降低了生物礁氣藏勘探的成功率。這里利用短時傅里葉變換、連續(xù)小波變換對生物礁異常體進行頻譜分解，通過頻降分析，與實鉆情況吻合，驗證了該方法的有效性。

生物礁;頻譜分解;短時傅里葉變換;連續(xù)小波變換

0 前言

生物礁是特殊的地質(zhì)沉積體，其主要發(fā)育于低緯溫暖的淺海環(huán)境，按沉積環(huán)境、形態(tài)、與海岸關(guān)系等標準可有多種分類。生物礁是良好的油氣儲集場所，具有孔隙度高，儲量豐度大，油氣產(chǎn)能高等特點。世界上日產(chǎn)萬噸級的油氣井，半數(shù)為生物礁儲層，美國找到與巨大的馬尼拉礁有關(guān)的油田就有三十七個。加拿大西部找到與生物礁有關(guān)的油氣田總數(shù)達到三百多個，占加拿大油氣儲量的60%以上［1］。

礁體的生長形態(tài)及發(fā)育規(guī)模，通常因古地理位置及古氣候環(huán)境的差異而不盡相同。因此，其非均質(zhì)性較強，巖性橫向變化快。由于與圍巖存在的波阻抗差異，所以在地震反射剖面上常形成上隆、下凹、減弱、內(nèi)部雜亂反射等特征［2～4］。解釋人員通常對該特征進行分類總結(jié)，以形成生物礁地震響應模式，用于尋找生物礁。但振幅異常往往受多種因素的影響，且在川東地區(qū)，礁灰?guī)r若未經(jīng)白云巖化作用改造，亦不能形成良好的儲層，但其地震響應特征仍表現(xiàn)為異常，因此降低了生物礁氣藏勘探的成功率。

根據(jù)地震波的傳播理論可知，地震波在地下巖層傳播時，由于巖層的非完全彈性，使地震波的能量轉(zhuǎn)化為熱能，造成振幅、頻率衰減，高頻被吸收。當巖石中含有油氣時，衰減尤為顯著［5～8］，作者利用短時傅里葉變換及連續(xù)小波變換，對生物礁異常體進行頻譜分解，通過頻降來判斷地質(zhì)體的含油氣性，實際資料的處理結(jié)果與實鉆情況吻合，驗證了該方法的有效性。

1 方法原理

1.1 短時傅里葉變換

短時傅里葉變換(STFT)，是一種利用固定時窗進行傅里葉變換的時頻分析方法［9］。它假設在時窗內(nèi)，信號是平穩(wěn)的，對時窗內(nèi)信號進行傅氏變換后，滑動時窗再進行下一段信號的計算，直至完成整段信號的時頻分析。

連續(xù)信號x(t)∈L2(R)的短時傅里葉變換定義為:

由式(1)可知，h(x)窗口函數(shù)是有時頻局域性的時窗函數(shù)，使得STFT具有局部特性，h(x)函數(shù)的形狀及長度，直接影響變換的分辨率。常用的時窗函數(shù)有 Rectangular窗、Bartlett窗、Kaiser窗、Gaussian窗、Hanning窗、Blackman窗等。

窗口函數(shù)滿足如下條件:

x(t)的反變換公式為:

短時傅里葉變換是經(jīng)典的線性時頻分析方法，其變換結(jié)果表征的頻譜特征比小波變換更容易被理解。但由于其時窗固定，時頻網(wǎng)格不能隨信號自適應改變，因此具有單一的頻率分辨率。

1.2 連續(xù)小波變換

連續(xù)小波變換(CWT)是由法國科學家Morlet于1980年在進行地震資料分析時引入，并在此基礎(chǔ)上由Morlet和物理學家Grossma等人建立了完整的連續(xù)小波變換的幾何體系［10］。與STFT比較，CWT是一種多分辨分析方法，具有平移伸縮不變性。它繼承了STFT的局部化思想，能在時間、頻率域同時對信號進行局部化分析，并針對高頻信號、低頻信號自動采用窄、寬時窗進行分析。

連續(xù)信號x(t)∈L2(R)的連續(xù)小波變換定義為:

由式(4)可知，Ψa、b(t)是母小波經(jīng)過伸縮移動后的結(jié)果，當a、b不斷改變，便能產(chǎn)生函數(shù)族{Ψ，(t)}，人們稱之為小波基。其中，每個Ψa，b(t)被稱為一個小波。經(jīng)典類小波又可以分為Haar小波、Morlet小波、Mexicanhat小波和Gaussian小波等。Ψ(t)滿足式(5)。

其反變換定義為:

2 實際應用效果

四川盆地從二疊紀開始，地殼全面下沉廣泛海侵，早二疊世末，受東吳運動影響，盆地露出水面遭受剝蝕，晚二疊世晚期，海侵規(guī)模擴大，以長興組為代表的淺海碳酸鹽巖廣泛分布。WL構(gòu)造位于四川盆地川東南中隆高陡構(gòu)造區(qū)，上二疊統(tǒng)沉積期位于開江～梁平海槽西南側(cè)開闊碳酸鹽臺地之上。長興組地層巖性以灰色、褐灰色泥粉晶、細粉晶灰?guī)r為主，夾薄層硅質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r、燧石結(jié)核灰?guī)r，局部地區(qū)發(fā)育臺內(nèi)點礁，以溶孔白云巖、生屑灰?guī)r為主。

對WL構(gòu)造區(qū)塊內(nèi)生物礁氣井S15井、W118－1井、生物礁鉆探失利井W124井及生物礁專層建議井J6井過井地震剖面，進行STFT、CWT頻譜分解形成分頻剖面，然后以井位所在CDP產(chǎn)生頻率道集。

下頁圖1(a)～圖1(d)分別為S15井、W118－1井、W124井、J6井的過井局部時間剖面，矩形框內(nèi)為地震異常響應。不難看出，其不同程度的存在同相軸減弱、上隆、內(nèi)部反射雜亂等特征，因此，極易將其判定為生物礁引起的地震響應。但從實鉆情況來看，S15井、W118－1井均獲氣，而W124井為干層。

后面圖2(a)～圖2(d)分別為針對S15井、W118－1井、W124井及J6井過井剖面采用 STFT方法進行頻譜分解，并以井位所在CDP產(chǎn)生的頻率道集。從圖2上不難看出，在地質(zhì)目標的下方，S15井、W118－1井及 J6井存在明顯頻降，而W124井則沒有此特征。

見后面，圖3(a)～圖3(d)分別為針對S15井、W118－1井、W124井及J6井采用 CWT方法進行頻譜分解，并以井位所在CDP產(chǎn)生的頻率道集。從圖3上依然可以看出，在地質(zhì)目標的下方，S15井、W118－1井及J6井存在明顯頻降，而W124井沒有此特征。并且，由于CWT方法的多分辨特性，因此比STFT方法具有更高的分辨率。

圖4(見后面)為利用20Hz與70Hz沿層切片求差產(chǎn)生的平面預測圖，黑色區(qū)域為生物礁發(fā)育有利區(qū)。從圖4中可以看到，S15井、W118－1井及J6井均位于有利區(qū)，而W124則在不利區(qū)，同時，工區(qū)左下方邊界處亦表現(xiàn)為有利區(qū)，但由于其屬于工區(qū)邊界信噪比相對較低，因此未在該區(qū)定井。

圖1 過井地震剖面Fig． 1 Cross － well seismic profile

3 結(jié)論

通過對過井剖面進行頻譜分解分析可以看出，STFT、CWT方法均可以反映儲層，由于含油氣后對高頻成份的吸收作用，驗證了該方法用于儲層含油氣性檢測的可行性。同時，由于CWT方法具有多分辨特性，因此比STFT方法具有更高的分辨率，而STFT則具有較好的宏觀性。在進行實際計算時，對頻率分析范圍、步長、小波類型等參數(shù)的選擇，都會對頻譜特征產(chǎn)生影響。因此需進行參數(shù)試驗，以便合理選取。在對待預測結(jié)果時，應該采取綜合分析的原則，以提高鉆探成功率，降低風險。

作者在本文運用該方法對建議J6井進行了分析，從結(jié)果來看，其與同區(qū)其它獲氣井具有相似的頻降特征，并且在預測平面圖上位于有利區(qū)，為該井實施提供了進一步有利依據(jù)。

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圖4 生物礁預測平面圖Fig． 4 Prediction map of reef

TE121.3+4

A

1001—1749(2011)05—0544—05

博士學科專項基金(20070616004)

2011－02－28 改回日期:2011－06－23

胥良君(1981－)，男，博士，主要從事地質(zhì)勘探及地球物理信號與信息處理研究。