基于奇異值分解的地震屬性優化分析技術研究

暢永剛，黃 丹

(中油長慶油田分公司，陜西 西安 710018)

基于奇異值分解的地震屬性優化分析技術研究

暢永剛，黃 丹

(中油長慶油田分公司，陜西 西安 710018)

奇異值分解是基于矩陣的數學運算方法來優化壓縮地震屬性集，地震屬性集空間維數一般較高，因此有必要對相關地震屬性集進行壓縮，從而揭示數據集所表征的儲層特征，可用于識別有意義的地質目標。采用奇異值分解方法對蘇里格氣田東區致密砂巖石盒子組盒8段含氣儲層沿層屬性集進行了優化壓縮。實際應用結果表明:奇異值分解優化后的各分量比優化壓縮前的單屬性預測致密含氣砂巖效果更好。

奇異值分解;屬性優化;致密砂巖儲層;蘇里格氣田

引言

隨著蘇里格氣田規模性整體開發，三維地震儲層預測已經做出了重要貢獻，實現了對儲集巖層的橫向預測。因此，開展三維地震技術研究，優化三維地震屬性，對蘇里格氣田高效規模化開發，提高采收率，具有非常重要的意義。在細致做好前期屬性提取分析工作的同時，對三維地震沿層屬性優化壓縮;根據完鉆井地質解釋成果，分析確定各個分量所反映的不同級別地質因素，其中第1主分量反映的是辮狀河—三角洲沉積環境、第2主分量反映的是儲層物性特征、第3主分量反映的是儲層含氣性、第4主分量以后則反映背景噪音。

1 奇異值分解降維基本原理

1.1 實對稱矩陣的正交分解

若G為M×M階實對稱、非奇異矩陣，則總存在正交矩陣U，使:

式中:λi為矩陣G的第i個特征值;Λ為由G的M個特征值組成的對角線矩陣，U為G的M個特征向量矩陣，是1個正交向量，即:G=UΛUT，為1個實對稱矩陣正交分解。

1.2 非奇異且非對稱矩陣分解

若G為非奇異、非對稱矩陣，則正交分解不成立。可證，存在2個正交矩陣U和V，且:

式中:Λ是由GGT或GTG的M個特征值之正根組成對角線矩陣，λi＞0;U和V分別為對稱矩陣GGT和GTG之特征向量組成特征向量矩陣，即:G=UΛVT，是一個非奇異且非對稱矩陣分解。

1.3 奇異矩陣的奇異值分解

若G是M×M階奇異矩陣，此時也可以進行分解，即:

式(3)為奇異矩陣G的奇異值分解。其中:Λr由GTG或GGT之r個非零特征值之正根組成對角線矩陣。這樣可以把(M－r)個或者(N－r)個相關的行或列降低到r行或者列。在地震屬性優化過程中，有些地震屬性之間，可能有某種線性的相關性，通過SVD降維優化，避免了這些線性相關屬性的干擾而造成儲層預測的誤判。G為M×N矩陣，是對數學分析的矩陣表示。其物理意義隨著分析的數據的具體物理意義變化而定。

2 致密砂巖儲層奇異值分解三維地震屬性優化應用

2.1 蘇里格東區致密砂巖儲層地震地質特征

蘇里格東區致密砂巖儲層沼澤背景下的辮狀河沉積，有效砂體多呈孤立狀分布，規模小，連續性差;西傾單斜構造，對天然氣聚集不起控制作用，以次生孔隙為主，具有低孔、特低滲特點致密砂巖儲層;波阻抗差異小，成為地震儲層預測難點。因此在提取多種地震屬性后需參考大量地質資料做地震屬性優化工作。

2.2 沿層屬性提取

提取地震屬性除對于地震數據處理高保真要求外，更加要求地震層位解釋的準確性，對蘇東三維地震資料做精細處理基礎上，做合成地震記錄標定，并精細拾取石盒組盒8段頂面層位。首先提取各種地震屬性，初步結合井資料優選，圖1所示為

圖1 盒8段沿層相關體屬性

盒8段沿層相關體屬性，黑色區域為地震道相關系數小，可能為巖性變化界面，可以指示沉積河道邊界，在預測砂體沉積范圍上應用效果好。圖2所示為盒8段沿層最大波峰振幅屬性，暖色調為高值，反映砂泥巖界面明顯的區域，很明顯看出河道砂體沉積的細微變化。對蘇里格氣田多年的地震解釋技術方法進行攻關、試驗、完善，認為在巖性相對單一的致密砂巖儲層，沿層振幅屬性在預測砂體分布、含氣性分布上成功，即尋求亮點特征。利用分偏移距疊加剖面的偏移距隨振幅變化的 特征信息，進一步預測有效含氣儲層。

圖2 盒8段沿層最大波峰振幅屬性

圖1是地震波形數據各道之間的互相干值，屬系數類數據，圖2是地震波形的振幅數值，它們均是相對數值，無量綱單位。在一定程度上反映了地震波在地層介質中傳播后的相對變化情況。這些都是一種單屬性反映，而且各個屬性表達的地震地質有相當差距，這樣就要求線性相關的屬性后，融合優化后的屬性，綜合分析地震屬性所反映不同級別的地質因素，如:沉積背景、儲層物性、含氣性等。

2.3 沿層地震屬性SVD優化

通過提取蘇東三維地震數據盒8段沿層多地震屬性，把各種地震屬性輸入SVD優化屬性系統，結合地質資料、鉆井資料等綜合分析認為:奇異值分解第1主分量反映該地區大沉積背景，即圖3所示的河流相沉積特征，反映了物源方向;圖4奇異值分解第2主分量反映砂巖分布情況;圖5奇異值分解第3主分量反映儲層含氣性分布，該結論已得到開發證實;圖6奇異值分解第4主分量表現為噪音，在第5主分量以后的信號都被噪音淹沒。這些經過SVD降維的各類地震數據融合后具有統計學意義的分量，包含了原來多屬性所反映的各自儲層特征信息的綜合，各分量失去了明確的物理意義。因此也為無量綱。

圖3 奇異值分解第1主分量

圖4 奇異值分解第2主分量

圖5 奇異值分解第3主分量

圖6 奇異值分解第4主分量

2.4 沿層地震屬性SVD應用效果

應用三維地震屬性分析，是氣田有效開發的關鍵技術;對資料精細處理、客觀分析、結合鉆井地質資料情況綜合分析，對蘇東三維地震盒8段為重點做含氣儲層預測，效果良好。

3 結 論

(1)三維地震儲層預測是蘇里格氣田致密砂巖巖性氣藏實現高效規模性開發的關鍵技術之一，結合三維地震、地質、鉆井、試氣、測井等資料綜合人工優化是優化的基礎工作。

(2)不同影響因素的儲層特征(沉積環境、巖性、物性、含氣性)信息和環境噪音信息進行分類、分級別的展開分析是SVD優化的工作思路。

(3)本文精細科學地處理、解釋屬性優化工作，基于SVD的地震屬性優化技術在蘇里格巖性氣藏開發中取得很好效果。

［1］暢永剛，等.多參數地震屬性分析技術在儲層預測中的應用——以NP地區為例［J］.石油天然氣學報，2008，30(1):244－246.

［2］暢永剛，等.彈性阻抗反演在火山巖發育區應用效果分析——以NP構造為例［J］.天然氣地球科學，2007，18(3):422－425.

［3］張益，等.基于神經網絡信息融合技術預測氣藏水鎖［J］.特種油氣藏，2011，18(2):102－103.

［4］劉登明，等.地震屬性分析在三塘湖盆地火山巖儲層預測中的應用［J］.特種油氣藏，2011，18(4):14－18.

［5］潘仁芳，等.疊前彈性阻抗反演在蘇里格氣田盒8段致密氣層的應用［J］.油氣地球物理，2011，9(1):45－48.

［6］黃長春，等.奇異值分解遙感圖像壓縮算法研究［J］.計算機仿真，2011，28(8):226－228.

［7］明治良，等，蘇里格地區低滲透砂巖氣藏多波地震勘探技術及應用［J］.中國石油勘探，2011，16(5/6)103－110.

［8］王大興，等，蘇里格氣田多波地震處理與儲層預測技術研究及應用［J］.中國石油勘探，2011，16(5/6)95－102.

［9］鄭云川，等.蘇里格氣田儲層產能模糊綜合評價方法［J］.天然氣勘探與開發，2011，34(4):23－26.

［10］代金友，等.蘇里格西區氣水分布特征及產水類型解析［J］.特種油氣藏，2011，18(2):69－72.

［11］陳遵德.儲層地震屬性優化方法［M］.北京:石油工業出版社，1998:21－25.

［12］王家映.地球物理反演理論［M］.北京:高等教育出版社，1998:111－115.

編輯 張 雁

TE122.1

A

1006－6535(2012)04－0042－04

10.3969/j.issn.1006－6535.2012.04.011

20111222;改回日期:20120415

國家科技重大專項“鄂爾多斯盆地大型巖性地層油氣藏勘探開發示范工程”(2011ZX05044)

暢永剛(1978－)，男，工程師，2002年畢業于江漢石油學院勘查技術與工程專業，2008年畢業于長江大學地球探測與信息技術專業，獲碩士學位，現從事天然氣開發地震資料解釋工作。