地震頻譜分解技術在油田開發中的應用

胡艷

【摘要】地震頻譜分解技術是一種基于頻譜分析的全新地震成像解釋方法，它可以整體揭示地層的縱向變化規律、沉積相帶的空間演變模式，并指導人們進行儲集層厚度展布的描繪與分析，是一項針對地層厚度和地質體非連續性進行成像或模擬的地球物理新技術。它提供了結合三維可視化為主體的儲層精細描述解決方案，該技術在對三維地震資料時間厚度、地質不連續性成像進行解釋時，可在頻率域內對每一個頻率所對應的振幅進行分析，這種分析方法排除了時間域內不同頻率成分的相互干擾，從而可得到高于傳統分辨率的解釋結果。

【關鍵詞】頻譜分解;Morlet變換;振幅屬性

一、地震頻譜分解原理

地震頻譜分解技術（SpecDecomp）是一項基于頻譜分析的地震成像方法，是基于頻率的儲層解釋技術，展現給我們的是一種全新的地震解釋方法，它使解釋人員能快速有效地描述地層的縱向整體變化規律、沉積相帶的空間演變模式，描繪與分析儲集層厚度分布等儲層特征的空間變化。在地震勘探中，由于儲層厚度與對其檢測的反射波頻率的調諧厚度（即厚度等于檢測波波長的四分之一）相等或相近時，地震反射波波峰與波峰、波谷與波谷相疊加出現調諧作用使反射波能量變大而存在異常。頻譜分解技術就是針對這種現象通過離散傅里葉變換將地震數據由時間域轉換到頻率域，將地震數據分解成不同頻率的調諧體，轉換后產生的振幅譜可以識別地層的時間厚度變化，相位譜可以檢測地質體橫向上的地質不連續性。采用地震信號離散頻率成分識別地質異常體進而預測儲集層，可以徹底擺脫僅依賴振幅類以及振幅衍生類地震屬性信息進行儲集層厚度、物性預測以及烴類檢測的束縛，同時也可彌補由于地震采集、處理時振幅不一致導致的地震地質解釋的多解性，提高儲集層預測的精度。

二、地震頻譜分解應用實例

地震頻譜分解流程的第一步是應用地震解釋軟件對地震資料進行解釋，根據具體任務確定目的層位，第二步選擇合適的譜分解算法及參數對目的層時間域的地震資料進行譜分解得到頻率域目的層調諧體。調諧體是對研究目的層層面或兩層之間進行譜分解，生成的在垂向上頻率連續變化的振幅數據體。在相同的研究時窗內這種新的數據體變現為垂向上為連續變化的頻率，在空間上與每個頻率對應的是經過歸一化處理的調諧振幅，與傳統的屬性研究方法通常只能得到主頻率對應的地震屬性不同。

在地震資料中，由于受到垂直分辨率的限制，地震資料能分辨的地層厚度的極限是四分之一波長（即調諧厚度）。當地層厚度由小增加到調諧厚度時，反射波振幅達到最大值，地震剖面上表現為強振幅反射，然而隨著地層厚度的繼續增大反射波振幅反而逐漸減小，此時已不能利用振幅的變化來反映地層厚度的變化，對薄互層來講，在地震剖面上由多個反射層形成一個強反射軸。但對于譜分解數據體來說，對于一定厚度的地層必然存在一個頻率段且在這個頻率段內該厚度不會引起地震反射的調諧現象，應用這個原理可以提高對薄層的刻畫精度。

研究區在區域構造劃分上位于天山山前斷褶帶與帳北隆起帶結合部位的東泉堤隆上，其南、北、東均為斷裂封閉且向西開口的半封閉型斷塊。斷塊內頭屯河組分布著兩個軸向近南北的鼻狀構造，兩鼻狀構造間以向斜形式相互連接過渡。本區基底為石炭系火山巖，主要為一套火山巖、火山碎屑巖及少量凝灰質泥巖、泥巖、砂巖。其上不整合沉積的二疊系為一套湖相砂泥巖。其中的暗色泥巖生油指標很高，是本地區的區域性主力生油層。二疊系與其上的三疊系為整合接觸。三疊系為河流及湖沼相砂泥巖沉積，上部常夾炭質泥巖及少量薄煤層或煤線。三疊系與其上的侏羅系為角度不整合接觸。

研究區地震資料的主頻大約25Hz，加權頻率34Hz，頻寬8～50Hz。侏羅系頭屯河組（J2t2）底部砂層層速度2800m/s，這樣計算出在這個主頻下能分辨的砂層的調諧厚度大約為28m，從鉆井資料看頭屯河組（J2t2）底部砂層厚度在15～38m之間，小于28m的砂層在地震上是分辨不出來的。研究中以該砂層為目標，上下兩個層位控制這套砂層，以步長5Hz，起始頻率10Hz，利用Morlet小波變換算法將目的層進行譜分解，得到9個頻率域調諧體。分別在9個調諧體上計算掃描目的層的頻率切片，可以看到隨著頻率的增加，高頻成分的能量得到明顯加強，分辨率逐步提高，橫向變化的特征被突出出來，結合沉積相研究，認為本區的儲集體為平原曲流河相砂巖，從10Hz頻率切片上看不出河道特征，但隨著頻率的增加河道形態逐漸清晰，35Hz是形態最清楚的往后形態又變模糊，因此我們可以確定頻率為35Hz調諧體的目的層的頻率切片更能準確反映該區的地下地質情況。比較目的層在疊后地震資料上的振幅平面與分頻屬性，我們可以在振幅平面圖上圈定強振幅的一個范圍，傳統的做法認為這個范圍是有利的評價區域，但與分頻屬性比較后發現，原本的強振幅區域在頻率切片中的比例有所下降，分頻屬性反映河道的特征更清晰。由此可見頻譜分解技術能夠提高地震的分辨率，用傳統振幅屬性圈定地質屬性存在不確定性，實際工作中要謹慎，要做具體的分析。

三、結論

目前油氣勘探開發已經進入到了一個新的階段，地震解釋也要求更加精細，由于受到地震資料分辨率的制約，儲層尤其是薄層的定量解釋一直以來都是我們要面臨的一大難題。

地震頻譜分解技術從全新視角出發，用一系列離散的頻率（尤其是高頻）成分對地震資料進行解析成像，提供了一種全新的地震資料解釋方法。該技術在對三維地震資料時間厚度、地質不連續性成像進行解釋時，可在頻率域內對每一個頻率所對應的振幅進行分析，這種分析方法排除了時間域不同頻率成分的相互干擾，從而可得到高于傳統分辨率的解釋結果。通過頻率掃描從整體上反映儲集層的形態、厚度，揭示地層縱向變化規律及沉積相帶的演變，它可以最大限度地應用地震反射波有效頻帶內的地震反射信息，更有利于薄砂體的檢測。振幅調諧體的頻率切片信息豐富，可用于儲集層預測、斷層識別等，它既可以用于新區目標圈定，也適用于老區的精細挖潛。