开题报告-几种地震曲率属性的开发应用研究.doc

本科毕业设计（论文）开题报告题目：几种地震曲率属性的开发应用研究学生姓名学号教学院系资源与环境学院专业年级勘查技术与工程2008级指导教师职称副教授单位资源与环境学院几种地震曲率属性的开发应用研究1、研究目的与意义当前，随着油气勘探工作的不断深入和发展，寻找新的油气目标的难度在逐渐加大，这就要求我们不断探索新的勘探技术和方法，并从现有的地震、地质、油藏、开发等资料中提取和挖掘出更多的信息来进行油气研究。裂缝性储层、孔洞性储层和缝洞性储层是重要的油气储集空间，在碳酸盐岩、致密砂岩、泥岩、火成岩以及古潜山变质岩中均存在着具有工业价值的油气藏。特别对于碳酸盐岩来说，裂缝、孔隙和孔洞是油气的主要运移通道和储集空间，是碳酸盐岩成藏的必要条件之一。因此，通过地球物理学的理论和方法去识别及预测地下储层空间的分布和内部结构对油气勘探和开发都有着重要的意义。地下岩层中的断层、裂缝与孔洞发育带，在经过弱性物质(油、气、水及软性泥沙)填充之后在岩石物性和弹性性质上与围岩有着较大的差异，这种差异便成为利用地球物理方法对其进行识别和检测的基础。但是，由于断裂发育带的空间分布受各种因素的影响往往没有一定的规律性，从而使地震波场特征也无规律可循，难以使用常规的波场对比追踪和地震波的运动学特征进行缝洞识别和检测。大量的研究发现，不规则断裂发育带的波场响应特征与断裂欠发育带存在着明显的边缘或边界，因此找出和圈定这些边界，就可以确定断裂发育带的空间分布，断裂发育带的识别就转化为寻找和检测地震波场的边缘特征或奇异值。传统的三维地震资料解释方法在地震剖面上进行断层解释和地层特征分析，在确定断层特征的平面展布时，需要将工区内各条测线的解释结果进行平面组合。这种解释方法存在信息利用率低、工作效率低、解释成果质量不高等问题，尤其是当工区内断层发育且断层走向不明时，断层的识别及平面组合分析的难度更大。而且，解释结果的准确性和精度与解释人员的经验密切相关，增加了解释成果的不确定性。随着地震属性的提出和发展，以地震属性为代表的地震资料解释技术逐渐得到推广。20世纪90年代以来，计算机软硬件的飞速进步和三维地震勘探的普遍采用，使地震属性技术逐渐成为三维地震资料解释的重要组成部分。近年来，以相干体属性、曲率属性为代表的地震几何属性得到了迅速发展和广泛应用。曲率属性通过测量地层弯曲的程度，可有效指示地层构造变化引起的横向起伏和中断。由原始三维地震数据求取的体曲率属性，其获得的构造信息不受人为因素和层位拾取的影响，相比与由等时构造图计算的层面曲率属性，体曲率属性的抗噪性更好，所获得的地质特征也更为精确。在体曲率属性的时间切片、沿层切片或地层切片上可以直观地识别典型构造和断裂系统，为层位自动拾取划分出大断层控制界限，提高解释的效率。在三维地震资料构造解释中采用曲率属性分析方法可以实现地层特别是断层的自动或半自动解释，提高构造的识别精度，从而降低勘探风险。2、国内外研究现状地震属性是对地震资料的几何学、运动学、动力学及统计学特征的一种测量和描述，它反映了不同的地质信息，是刻画、描述地层结构、岩性及物性等地质特征的方法，因此在油藏识别和储层预测中扮演着重要的角色。地震属性的研究内容由定性描述与分析、定量分析发展到如今的约束性定量分析，其应用范围也从简单的观察地震剖面上反射特征的强弱变化、地震波运动学和动力学特征的描述发展到以地质含义为指引的地震属性分析，使地震属性的研究趋向完善。随着20世纪80年代后期三维地震勘探的普遍使用，地震属性分析方法逐渐从二维面空间拓展到三维体空间中，并根据三维地震资料的特点予以优化和发展。其中，人们发现以一阶导数为基础的倾角和方位角属性可以有效识别其它方法看不到的断层。20世纪90年代中期以来，以二阶导数为基础的曲率属性在构造解释上得到了迅速发展和广泛应用。1994年，Lisle论述了在某一地质露头上测量的张开裂缝与高斯曲率的关系；1998年，Ericsson等人论证了油气产量与曲率之间的关系，指出使用曲率直接预测张开裂缝时一定要有从生产、追踪器、成像测井或微地震测量得到的主要校正量，而且曲率成像非常有助于常规构造和地形解释，有利于改善不准确偏移而造成断层模糊的成像质量；2001年，Roberts详述了曲率属性的基本理论，提出了第一代曲率分析方法层面曲率属性(surface curvature attribute)的计算和工作流程，表明曲率属性对断层和裂缝走向等构造几何特征的提取十分有效，为曲率属性在地震资料构造解释中的推广和应用奠定了基础；2002年，Hart指出在新墨西哥州西北部地层的走向曲率与张开裂缝有密切的关系；2003年，Bergbauer等人采用kx-ky滤波计算了不同波长的曲率；Sigismondi和Soldo通过调整分析时窗的大小计算了不同尺度上的曲率属性，从而获得了比原来时间-构造剖面图上小得多的地下特征；2006年，Al-Dossary和Marfurt利用地震数据体所包含的空间方位信息，得到了第二代曲率分析方法体曲率属性(volumetric curvature attribute)，并在此基础之上采用分波数傅里叶变换实现了体曲率属性的多尺度分析(fractional curvature attribute)；2008年，Klein 等人则提出通过寻找时窗内最大互相关值的方法来计算地震数据体中任意点的曲率属性，为曲率属性分析开拓了新的思路；Keating和Fische根据物理实验的测量结果讨论了曲率与裂缝的关系；2009年，Ganguly等人利用体曲率属性进行井位部署和评价，其钻井成功率要远比其它地震属性高；2010年，陈学华采用小波包分解实现了时间或深度方向上的多尺度分析，并通过多尺度体曲率属性的融合显示获得了更加丰富的构造细节；2011年，Chopra和Marfurt则将曲率属性与相干属性融合显示用以进行构造上的识别和解释，并将地震几何属性应用于地震资料预处理中，用以监控地震数据处理的质量。3、研究的内容曲率属性是一种数学属性，也是一种地震属性。在数学上，曲率定义为曲线的二阶导数，表明曲线偏离直线的程度，曲率越大，表示曲线的弯曲程度越大。在地震属性中，曲率属性描述的是地震反射面的几何变化，曲率的发散向量与背斜有关，收敛向量与向斜有关，而平行向量与平坦层面(零曲率)有关，其与地震反射体的弯曲程度相对应，其对褶皱和断层的反应敏感，是用于寻找地质体构造特征的有效手段。一维曲率属性和二维曲率属性两部分共同组成了曲率属性。一维曲率属性在描述背斜和向斜方面效果良好，但是在描述单斜、水平地层或者是比较复杂的地质构造的时候，它就显得有些无能为力了，因为它一般是来描述曲线，数学意义上是一个单变量的导数。而二维曲率属性克服了这些缺点，有十分清楚明白的物理含义，因为其数学意义是二元的偏导数。在2001年，Roberts讨论了它在构造图解释中的应用，给出了详细的计算公式，并进行了全面的分类；Marfurt（休斯顿大学应用物理实验室）教授等人把多尺度的概念引入其中，把其发展到沿层曲率属性的高度上，在前人的基础上升华、提高，很快得到了广泛应用，使得地震属性的内容又产生了一个新的方面。曲率是曲线的二维性质，描述的是曲线上任一点的弯曲程度，例如曲线在某一点偏离直线有多远。曲线上某一点的曲率定义为曲线方向的改变速度。考虑曲线上某一点P(图 3.1)，则该点的曲率可以定义为角度变化与对应的弧长之比。存在一个圆，它与曲线在P点存在一条公切线，使圆与曲线的接触面最大，这个圆称为密切圆，圆的半径定义为曲率半径R。圆周上每一点的弯曲程度都相同，因此它的曲率K为常量，我们可以利用圆的这一特殊性质来导出曲率的关系式： (3.1)应当注意，圆是一种特殊的封闭曲线，圆周上曲率处处相同，而且半径越小曲率越大。考虑曲率半径为无穷大的极限情况，圆周的局部可近似为一段直线，其曲率为零。对于任意的曲线，曲率还可以表示成导数的形式： （3.2）图3.1曲率的数学定义在构造解释中，如果我们根据层位的解释线数据，计算其曲率，自然就可以定量来描述其构造特征，图3.2示意给出了背斜、单斜、向斜、平层和断层的曲率描述。其中，背斜的曲率为正，向斜的曲率为负，而且褶皱越厉害曲率值越大；平层和单斜层的曲率为零；断层在平滑后可近似认为其曲率有正到负或负到正的变化。显然，上述曲率对于单斜和水平地层的区分是无能为力的，对于平行断层、水平面上或沿层面上有方向变化的复杂构造，也是无能为力的，必须要借助于以二维曲面（趋势面）分析为基础的曲率属性。（a）褶皱构造 （b）断层图3.2 基本构造及其曲率值二维曲面分析其实也很简单，即我们先设定一个曲面，然后在曲面有一点P，在曲面上过P点的曲线有无数条，这些曲线的曲率即是我们前面所提到的以二维曲面分析为基础的曲率属性。那么，在曲面上过P点的曲线有无数条，我们应该取哪一条作为其二维曲率呢，哪一条对于我们来说又最有用呢？在无数个曲率中，最有用的曲率子集为那些正交于层面的平面所定义的曲率，我们称之为法曲率。在这之中，一些曲率属性十分重要，例如倾向曲率和走向曲率，极大曲率和极小曲率。我们要在实际情况中灵活运用这些曲率属性，来解决不同的问题。图3.3 曲面的曲率1、极大曲率（Kmax）过层面上某一点的无穷多个正交曲率中存在一条曲线，使得该曲线的曲率为最大，这个曲率称为极大曲率。这个曲率属性对界定断层及断层的几何形态非常有效。以这个属性表示的断层表现为正曲率值和负曲率值的邻接，另外，曲率值也确定了断层的错断方向，极大曲率中正的曲率值代表上升盘，负的曲率值代表下降盘，极小曲率则与之相反。其计算公式式为： （3.3）2、极小曲率（Kmin）垂直于极大曲率的曲率称为极小曲率。它与极大曲率称为主曲率，它们代表了法曲率的极值。当极小曲率的值非常小或者为零时，则该层面为一个可展层面，当极小曲率的值很大时，意味着层面发生了非等距畸变，即层面可能发生了错位和断裂，通过分析它可以判定裂隙带。其计算公式为： （3.4）3、平均曲率（Km）过层面上某一点的任意两个相互垂直的法曲率的平均值为一常量，称为平均曲率。该曲率受极大曲率控制，与极大曲率看上去相似。本身并不是特别有用，但与高斯曲率结合可判断曲面的特性。其计算公式为： （3.5）4、高斯曲率（Kg）这一类曲率是以高斯及其定理命名，也称为全曲率。该定理表明层面的等距弯曲不会改变层面上任一点的高斯曲率。换句话说，如果层面以某种形式褶皱了，但没有断开、拉伸或压缩，那么高斯曲率仍保持为常量。如果我们拿一张纸卷成一个柱或锥，那么这种操作并不会改变它的高斯曲率，高斯曲率保持不变，并总是零。这类层面称为可展层面。平面在各个方向上的曲率都是零，锥体在极小曲率方向的曲率为零，在极大曲率方向上的曲率为非零。用一张纸卷成一个柱面或锥，只改变了极大曲率，而极小曲率仍保持为零。因此很多形态不能单独用高斯曲率加以区分，还需要平均曲率信息加以辅助。其计算公式为： （3.6）5、最大正曲率（Kpos）和最小负曲率（Kneg）法曲率中最大的正曲率称为最大正曲率。该曲率能放大层面中的断层信息和一些小的线性构造，有时也会放大由解释线间隔造成的解释脚印。法曲率中最小的负曲率称为最小负曲率,其功能与最大正曲率类似，与最大正曲率结合，也可判断曲面的特性（图 3.4）。图 3.4基于最大正曲率和最小负曲率属性的地质构造形态分类6、形态指数（S）把极小曲率和极大曲率结合起来可以得到形态指数。这样就能够对形态进行准确定量定义，它描述了与尺度无关的层面局部形态。换句话说，碗状物就是碗状物，无论它是个小汤碗还是大的无线电望远镜。其计算公式为： （3.7）7、倾向曲率（Kd）在最大倾角方向求取的曲率定义为倾角曲率，该曲率是最大倾角方向上倾角变化率的量度，Wood 在地貌分析(1996)中称之为剖面曲率，该曲率既包含了断层的大小信息，又包含了断层的方位信息。能强化河道砂体和岩屑流压实特征的描述。8、走向曲率（Ks）在与倾角垂直的方向，即走向上求取的曲率叫走向曲率，该曲率有时也称为切面曲率，用于描述层面的切面形态,这一属性被广泛地用于地貌分析。9、等值线曲率（Kc）等值线曲率有时称平面曲率，虽然不是法向曲率，但能有效地描述与层面相关的各种等值线的曲率。它是由水平切割层面产生的,在背斜、向斜、山脊和山谷的褶隆区会出现特别大的值。10、弯曲度（Kn）弯曲度曲率表示层面与形态无关的曲率大小，这种绝对意义下的曲率表示给出了层面内曲率总量的一般量度方法。 （3.8）4、预期成果（1）了解和掌握地震曲率计算方法的发展和应用状况，掌握地震曲率计算方法的方法原理；（2）通过模型数据和实际资料利用地震曲率进行实际应用研究。5、毕业设计时间进程安排序 号设计（论文）各阶段内容起止日期1下达任务书，了解题目研究内容3.204.22进行文献调研，掌握研究方向的发展现状，编写开题报告4.3-4.103完成开题答辩4.84.104进行论文实际研究工作，对方法进行研究，验证4.11-5.115中期检查5.106继续进行论文研究工作，并撰写毕业论文，做好多媒体报告5.126.157进行毕业论文检查，进行多媒体报告检查6.156.208毕业答辩6.216.246、 参考文献1 贺振华,黄德济,文晓涛.裂缝油气藏地球物理预测M.成都:四川科学技术出版社,2007.2 王永刚,乐友喜,张军华.地震属性分析技术M.东营:中国石油大学出版社,2007.3 Ericsson J B, McKean H C, Hooper R J. Facies and curvature controlled 3D fracture models in a Cretaceous carbonate reservoir, Arabian GulfJ. Geological Society, London, Special Publications, 1998, 147:299-312.4 Roberts A. Curvature attributes and their application to 3D interpreted horizonsJ. First Break,2001, 19(2):85-100.5 王雷,陈海清,陈国文,等.应用曲率属性预测裂缝发育带及其产状J.石油地球物理勘探,2010,45(6):885-889.6 何英,贺振华,熊晓军.基于高精度曲率分析的断层识别方法J.石油天然气学报,2010,32(6):404-4