地震、測井和地質數據融合與實現

丁衛平，余先川

(1.中化地質礦山總局地質研究院，河北 涿州 072754;2.北京師范大學信息科學與技術學院，北京100875)

地震、測井和地質數據融合與實現

丁衛平1，余先川2

(1.中化地質礦山總局地質研究院，河北 涿州 072754;2.北京師范大學信息科學與技術學院，北京100875)

厚覆蓋區地下地質模型所依靠的數據主要是地震和測井資料，但地震數據反映范圍廣而分辨率低，測井數據則分辨率高而反映范圍小，如何有效地將兩者組合利用，克服各自不足是論證的重點，說明了用數據樹的形式組織所有井與地震地質等數據，并能同時生成和編輯多口井的合成地震記錄，來確定不同井的深時關系，為把不同域的地震數據和測井數據融合顯示建立基礎，提供了實時修改子波的頻率和相位來做合成記錄的功能，也有反射系數與子波的分布褶積等最新的方法，以慢鏡頭的形式說明合成記錄的形成過程。這些功能的應用，給用戶確定正確的地下速度場提供了先進的手段，為地質模型建立提供了先進的方法。

合成記錄;地質模型;深時關系;頻率;相位;實時修改;目的層;分布褶積

0 引言

在地層覆蓋區進行石油、煤炭、鹽類、地下水、金屬等資源勘查時，由于地表完全被第四系覆蓋，有時覆蓋厚度很大，可達上百米，在海洋石油勘探中，海水更深達上千米，這時最常用的野外勘探是地震和測井等工作。地震可以是二維的，也可能有三維的，它們主要反映了地下地質體(層)的彈性特征，而測井則有很多種方法，比如密度測井、電阻率測井、微電極測井、測向測井、感應測井、傾角測井、聲波測井、井徑測量、伽瑪測井，等等，都是從不同側面反映了地下地層或巖體的某方面信息，要想對地層或巖體有深入的認識就必須將多種測井曲線綜合利用。另外，在測井過程中，獲取了大量地質方面的數據，如巖性(芯)數據，這是很重要的原始地質數據，反映了從井的上部到下部的詳細地質情況，是研究有關該地區地質情況的很好的原始材料。

地震方法的特點是面積性(三維)或者剖面性(二維)，但是與測井數據相比，地震的分辨率低很多，測井分辨率則相當高，但只代表一測井點下部的詳細信息，經過處理后用來進行解釋的地震數據如果能與測井數據以及井巖性等地質數據結合起來將克服各自的局限，充分反映地下的地質、構造、礦產等情況。對于資源勘查尤其是石油、天然氣、煤炭、鉀鹽、磷塊巖等沉積礦產的勘查有很重要的意義，對于厚覆蓋區的勘查則意義更大。

為克服地震和測井解釋時各自的缺陷，發揮各自長處，有必要將二者結合起來顯示并進行解釋，這樣可以做到相互補充，取長補短。因此，對地震和測井數據進行綜合利用很有必要。

1 多源數據融合

1.1 建立深時關系是融合的基本前提

地震數據在沒有建立速度場之前都是時間域的，而測井數據都是深度域的，時間域的數據要與深度域數據融合在一起顯示，可以采用2種方式。一種方式是利用測井曲線中的聲波時差和密度曲線，沒有密度曲線的情況下可采用Gardner公式(張華，2009)將聲波曲線轉換而得到密度曲線，通過它們及選擇的子波(雷克子波、帶通子波或者從井旁地震道中提取的子波等)做合成地震記錄(圖1)，然后將該合成記錄不斷與井旁地震對比，對比的過程中不斷修改深時關系，使合成記錄與井旁地震道具有最大的相似性，這樣就可以獲得該口井從上到下的深時關系。在對所有井利用合成記錄的方法獲得它們相應的深時關系后，就可以將所有深度域的測井數據轉化成時間域的測井數據，然后與時間域的地震數據一起顯示在圖上，成為一張時間域的測井地震數據融合圖。

圖1 某井合成記錄與地震對比確定深時關系圖

另一種方式是將時間域的地震數據利用速度場轉化到深度域，然后與深度域的測井數據一起顯示成一張深度域的地震測井地質數據剖面融合圖，這種圖更有實際意義，因更加接近地質模型。為了制作合成記錄得到比較正確的深時關系，在測井過程中獲得井的聲波曲線或者叫聲波時差曲線是必要的，沒有它就做不了合成記錄，也就沒有獲得正確深時關系的基礎數據，這是一種超聲波測井，反映了在規定時間內聲波在固體介質內的傳播速度，聲波曲線的值越大，反映地層的傳播速度越慢，地層彈性越差，反之，聲波值越小，則彈性越大，深度越大。聲波曲線是所有數據融合的基礎中的基礎(張華，2009)，沒有這類曲線就根本做不到測井、地質和地震數據的融合。由于野外測井中所測量的曲線可能還有一些異常值，而這些值嚴重影響所做的合成記錄的質量，所以所編的軟件增加了曲線的編輯修改功能，保證用來做合成記錄的聲波曲線的準確性，這些聲波數據可以結合提供的巖性數據與分層等數據進行編輯修改，在保證聲波曲線準確的基礎上，再利用子波等來做合成記錄。

1.2 合成記錄制作與標定準確是保證所建地下地質模型準確的關鍵

所謂合成記錄，它是合成地震記錄的簡稱。就是利用聲波等曲線人為生成的一條模擬地震記錄而不是實際的地震記錄。標定就是要確認地震數據的時間到底對應于什么深度，實際上就是對比此模擬地震記錄與實際地震記錄，在其最大相似的情況下確定深時關系，從而找到井旁地震道的各時間點對應于井曲線的那些深度點。下面從合成記錄的制作過程來分析：先將聲波曲線轉換成速度曲線(倒數關系)，再將速度曲線與密度曲線相乘，得波阻抗曲線，然后利用波阻抗曲線(Impd=Den×Velo)計算出反射系數曲線，再將反射系數曲線與選擇的雷克(Ricker)子波(也可選其他子波)進行褶積(卜兆林，1980;牟允光，1981)即生成合成記錄曲線，該曲線與井旁地震進行對比吻合比較好的話，井的深時關系就比較準確(王家映，1986)。

式(1)中，D1，D2為反射點上下的密度;V1，V2為反射點上下層的速度;R為反射點的反射系數。

以上可以看出，制作合成記錄需要的原始數據是聲波、密度和子波。在沒有密度曲線的情況下，還可以由測井理論公式將聲波轉換成密度，由于密度從井的上部到下部變化不大，可以直接只用聲波曲線，所以聲波曲線的準確度要求是最高的。另外，與合成記錄準確度有關的是子波，可供選擇的子波有雷克子波、帶通子波等，帶通子波的波長較長，旁瓣比較復雜，頻帶明顯較寬，因而有大量噪聲放進，使信噪比降低。雷克子波的波形比較簡單，頻帶比較窄，但旁瓣比較大，相當于主波的46.4%，從而干擾了有效信號，保真度比較低。

俞氏子波(俞壽朋，1996)比較適合我國的地震勘探情況。實質上，它是一種寬帶雷克子波，可提高其保真度(蔡希玲，2000)。此外，還可以對井旁地震數據確定時窗和數據半徑進行提取子波的工作，這樣能保證制作合成記錄的子波的準確度更高。

對于選擇的子波，提供了一個實時修改頻率相位的功能，就是讓子波的頻率相位變化后立即看到新的合成記錄與井旁地震的對比情況，這樣能更準確地獲得以什么頻率或相位的子波做合成記錄合適，圖2為一簡圖，通過滑動滑竿改變相位和頻率，看到合成記錄的變化，并與井旁地震對比，為了更加明確要對比的是井所在的地震道，還把合成記錄疊加顯示在井旁地震道上，這樣可以更加清楚了解對比效果，為更準確地得到深時關系，進行不同域(深時域)數據顯示提供了基礎。

在合成記錄與井旁地震對比時，先上下移動找到基本與井旁地震對比相似的部分區段，這時可以得到替換速度，也就得到了聲波曲線第一個采樣點所對應的時間，然后再將合成記錄的波峰與井旁地震的波峰對比進行微調，在波峰基本對好以后，利用多組波峰對準的時間差值參數選擇軟件所提供的合成記錄重新計算功能，即可得到新的與地震道對比最好的合成記錄，也就同時確立了此時的深時關系。

圖2 子波相位頻率實時修改合成記錄圖

測井生產過程中除了各種曲線外，還有各種重要的取芯數據，包括巖芯數據，如不同深度的沉積巖石什么類型，另外還有油氣水數據等，這些數據是非常重要的原始數據，對石油、煤炭、地下水或鹽類化工礦產等的勘查有很重要的意義。另外，測井解釋過程中可以產生很多新數據，比如分層數據、地層旋回數據、石油的生儲蓋數據、沉積相數據，等等。如果對井旁地震進行時頻分析還可以產生井位置從上到下的時頻數據，這些數據多是深度域的，但也有時間域的，如時頻分析數據，這些數據融合顯示在一個剖面圖上都需要深時關系來轉換，大量不同性質的數據顯示在一個剖面圖上需要精心組織才行。

2 綜合剖面圖顯示

2.1 綜合剖面對比顯示

圖3 某井地質數據柱狀顯示圖

測井地震綜合顯示的剖面圖中，在井方面能顯示的數據包括曲線(含波阻抗、速度)、合成記錄、反射系數、子波、巖性、地質分層、地層、油氣水、生儲蓋(生油層、儲層、蓋層)、地層旋回、文字解釋等數據，地震數據中可以進行層位和斷層拾取等(圖3)，這些數據有的是原始數據，有的是測井解釋過程中生成的數據，為了使這些數據有機組成而不亂，采用數據樹的方式來組織這些數據，按數據類型來組織成各類數據樹中的節點，并且把原始曲線和生成曲線進行分開。把需要顯示的深時數據以深度或時間標尺(或深時混合標尺)來表示。在顯示的圖中，由于垂直方向和水平方向比例尺可以不一致，所以產生的剖面圖可以產生類似哈哈鏡的效果。如圖4中的層位特別陡，是因為有限版面顯示兩井和地震數據，水平方向比例尺小的緣故。

圖4 連井地震綜合解釋軟件主界面示意圖

應用過程中，先同時把兩口井的深時關系利用合成記錄與井旁地震對比編輯得到，然后結合得到的巖性數據以及其他井數據(包括編輯解釋生成的數據)將它們顯示在剖面圖中(圖5)。可以看出，用合成記錄標定得到的深時關系繪制的圖形，明顯反映了測井曲線與地層巖性、地震等的對應關系，兩條紅色的地震層位拾取線反應了礫巖或砂巖層的出露部位，地層旋回也有較好的反映。

圖5 連井地震剖面對比圖

2.2 存在問題與討論

(1)在每口井的深時關系出來以后，對于井之間的深時關系，除了可以利用地震解釋軟件得到的速度場來顯示深度域剖面外，是否可以研究利用井深時關系及井之間的地震數據進行協克立金插值，從而獲得比較正確的速度場(張仁鐸，2006)。目前來看，由于井數據的單一性，可能不符合統計學要求的樣本數。

(2)是否可以利用已知的巖性柱，利用地層的馬爾科夫鏈性質(趙鵬大，1983)自動生成地層旋回數據，目前張光前等(1989)的環流分解法，在選擇地層旋回頂底的標志層上并不是一定選擇極限概率矩陣里的最大概率標志層，存在主觀選擇因素，所以，可能在軟件自動生成上有一定的難度，軟件只可能選擇最大概率出現的地層，如果實現了的話是否經得起實踐檢驗有待觀察。

3 結論

對測井與地震綜合顯示以及相關數據轉化方面進行了一些探索，在數據組織方便性，多口井合成記錄生成及編輯靈活性，子波選擇與實時相位頻率修改，反射系數與子波分布褶積顯示等方面有國內同類軟件所沒有的特色，這些為建立地下模型的速度場方面發揮了獨自的優勢。利用曲線屬于不同井，按照選擇曲線的先后順序來顯示所有數據，對已經顯示好的數據可再隨意調整順序，使軟件的靈活運行方面有較大的優勢，對煤田、化工、石油等勘探行業確立地下地層模型等方面有較大的意義。

進一步研究工作：(1)用測井原理，利用提供的測井曲線進行有關參數的計算，以便得到更加重要的參數，比如滲透率、飽和度等(張華，2009)。(2)對井所在的地震道進行時頻分析(熊翥，1993)，進一步克服地震分辨率低的弱點，在時頻分析結果出來后，將其顯示在井數據道中，因高頻對應于薄層集中的地下部位，而低頻段則對應于厚地層分布的地下部位，這樣可以對地層進行更好的判斷。(3)考慮引進利用判別分析的方法，先建立標準井曲線和巖性柱之間的判別關系式(長春地質學院數學地質研究室，1983)，再利用未知井測井曲線自動生成巖性柱(李昌，2006)。

卜兆林.1980.FFT補零充位的探討［J］.石油地球物理勘探，(3)：63-64.

長春地質學院數學地質研究室.1983.多元統計分子方法在地質中的應用［R］.長春：長春地質學院.

蔡希玲.2000.俞氏子波在地震數據處理中的應用研究［J］.石油地球物理勘探，35(4)：497-507.

楚澤涵.2007.地球物理測井方法與原理［M］.北京：石油工業出版社.

李慶忠.1994.走向精確勘探的道路［M］.北京：石油工業出版社.

李松林，吳寧遠，宋占隆，等.1997.速度分布和界面位置的聯合反演［J］.地震學報，19(4)：383-392.

李昌.2006.南冀山油田利用測井資料識別地層巖性［R］.杭州：中國石油集團杭州地質研究所.

何樵登，熊維綱.1991.應用地球物理教程：地震勘探［J］.北京：地質出版社.

景毅.1986.馬爾科夫過程在地質學中的應用［M］.北京：地質出版社.

牟允光.1981.地震勘探資料數字處理方法［M］.北京：石油工業出版社.

茅一民.1996.離散付立葉變換的新算法［J］.聲學學報，21(1)：49-54.

孫學凱，馮世民.2010.地震反演系統中的子波提取方法［J］.物探化探計算技術，32(2)：120-125.

王家映.1986.地震學中的反演理論［M］.武漢：武漢地質學院出版社.

謝靖.1981.物探數據處理的數學方法［M］.北京：地質出版社.

熊翥.1993.地震數據數字處理應用技術［M］.北京：石油工業出版社.

謝里夫R E，吉爾達特L P.1999.勘探地震學［M］.初英，李承楚，譯.北京：石油工業出版社.

俞壽朋.1996.寬帶Ricker子波［J］.石油地球物理勘探，31(5)：605-615.

雍世和，張超謨.1996.測井數據處理與統合解釋［M］.北京：石油大學出版社.

趙鵬大.1983.礦床統計預測［M］.北京：地質出版社.

張光前，劉承祚.1989.環流分解及其在沉積地層旋回分析中的應用［J］.地質科學，(3)：288-296.

張仁鐸.2006.空間變異理論及應用［M］.北京：科學出版社.

張華.2009.地球物理測井課程［J］.東華理工大學學報：自然科學版，28(4)：384-387.

BLANCHETTE JASMIN，SUMMERFIELD MARK.2006.C++GUI Qt 3編程［M］.齊亮，譯.北京：北京航空航天大學出版社.

Integration and realization of seismic，well logging and geological data

DING Wei-ping1，YU Xian-chuan2

(1.Geological Institute，China Chemical Geology and Mine Bureau，Zhuozhou 072754，Hebei;2.School of Information Science and Technology，Beijing Normal University，Beijing 100875，China)

The data of geological model in heavy overburden areas was dependant on seismic data and well logging data.Seismic data was characteristic of wide reflecting range and low resolution，well logging data was characteristic of high resolution and small reflecting range.The focal points of demonstration for the paper were to combine the seismic data and well logging data effectively.In a form of data tree，the explanation organized the well logging and seismic data，generated and edited the synthetic notes of the wells to determine the when and deep relationship of different wells，set foundations for the integration and display of seismic data and well logging data in different domains，provide foundation for making synthetic notes of modification of frequency and phase for real time wavelet that would be proved to be an advanced method for geological model building.

Synthetic notes;Geological model;When and deep relationship;Frequency;Phase;Real time modification;Purpose layer;Distribution of convolution

TE122

A

1674-3636(2012)01-0048-06

2012-01-05;編輯：陸李萍

國家自然科學基金(41072245);北京市自然科學基金(4102029);中國石油集團“十一五”“十大科研項目”之地質建模子項目基金(1212010733810)

丁衛平(1965— )，男，高級工程師，地球化學和數學地質專業，E-mail：weipingding@sohu.com

10.3969/j.issn.1674-3636.2012.01.48