（地球探测与信息技术专业论文）井震联合实现测井类属性横向预测方法研究.pdf

硕士学位论文摘要 摘要 测井数据以及由测井数据计算出的孔隙度、渗透率、饱和度等储 层参数，称为测井类属性，是油田开发过程中描述油藏属性的重要依 据。但由于工区内钻孔往往稀少，因此，在空间上很难控制油气藏的 变化特征。本文从统计关系出发，突破常规反演方法的限制，建立起 地震属性与测井类属性的关系，实现了测井类属性的横向预测，从而 较好地解决了这一阿题。 本文分析了测井类属性横向预测的国内外研究现状，从而提出了 相应的研究思路。在对测井类属性的获取方法及其应用领域进行积极 探讨的基础上，重点研究了地震属性的提取方法及其地质应用基础， 同时，对众多属性的筛选或寻优方法进行了必要的阐述。所有这些研 究成果为建立测井类属性与地震属性之间的统计关系提供了理论依 据。本文重点在于数学方法的研究，如多属性线性回归及引入褶积因 子的回归方法的研究。并证明了应用褶积因子相当于引入新的属性， 只不过这列属性是原属性的时移。此外，还提出了一种新的快速神经 网络算法，并通过模型和实际数据试算表明了它能很好地揭示出测井 类属性与地震属性之间复杂的非线性关系。 在属性提取、筛选、回归方法及神经网络算法等方面研究工作的 基础上，利用v b 语言开发了相应的应用软件系统，并针对某一实际 工区的测井和地震资料进行了尝试性的应用，取得了比较理想的效 果。实际应用效果表明，神经网络算法优于线性回归方法。 随着直接找油研究工作的进一步深入，利用测井和地震数据联合 1 硕士学位论文 摘要 实现地震数据的测井类属性横向预测必将具有广阔的应用前景。 关键词：测井类属性，地震属性，横向预测，多属性线性回归， 快速b p 神经网络 硕士学位论文 a b s t r a c t l 0 9 咖a n d m e i rd 耐v e dr e s e r 、，o i rp a r 呦e t e r s 跚c ha sp o r o s i 劬 p e 肋e a b i l i 啦删i o l l ，髓m e dl o g sa 确b u t e s ，a r e 蛐p o m m tf o 瑚d a t i o n s o fd e s c m 堍r e s c n ，o i r 种晡b u t e si l lm ep r o c e s so fo i lf i e l de x p l o i 诅t i o n a sm e “l l i i l g si l ias p c c i f i cs u r v e yz o n eu s u a l l ya r em u c hf e w “i s v e i yd i m c u nt oc o n 缸d l 吐i ev 撕a t i o no fr e r v o i rs p a t i a l l y b a s e d0 nm e s t a t i s t i c a l l a t i o n s ，m ep 印c rh 鹤b r o k e na w a y 丘o mt l l e i i m i t so f c o n v t i o n a li n v e r s i o nm e m o d ，a i l ds e tu p 也er e l a t i o n s h i p sb e t w e e nm e s e i s i i l i c 砌b u t e s 觚d l el o g s 砌b u 嘧t or e a l i z el a t e m lp r e d i c t i o no f l o g s 舭r i b l l t e s ，m 吣t l l ep b l e mn 嘲l t i o n e da b o v et l a s b e e ns o l v e d r e 嬲彻a b l l y b ya 删y s i i 玛m eo v e r s e 勰觚dd o m e s t i cf e s e a r c h a c n j a l i t i e so f l a t e r a lp 痢i c t i o no fi o g sa t t r i b u t e s ，吐l er e s e a r c ht r a i no fm o u 曲ti sp m f o n ) l ，a r dc o r r e s p o n d i r 培l y o nn l eb 鸽e so f p r o b i n gi i l t oe ) ( t r a c t i v em e m o d s o fl o g sa t t r i b u t e sa n dm e i ra p p l i e df i e l d sa c t i v e l y ，e x 盱a c l i v em e m o d so f i s m i c 砌b u t e sa n dm e i rg e o l o 舀c 印p l i c a t i o nf o u n d a t i o l l sa r em a m l y s t u d i e d ，s i i n u l t a l l e o u s l 弘t i l em e m o d s t 0s e l e c to r a r c hf 醅o p t m l a lo n e s 丘d ms l e w so f 砌b u t e sa r ；ea l s 0e l a b o r a t e d 蚰o f n e c e s s i 何a l lm er e s u l 招 s t u d i e d p r 0 v i d eam e o r e t i c a lb 笛i sf o rs e t t i n gu p 吐l er e l a t i o n s h i p sb e 铆e 钮 t i l es e i 砌ca 埘b u t e s 柏dm e1 0 9 sa 确b u t e s 1 h ee m p h a s i so fm ep 印e r l a y0 nt h es t i l d yo f 眦t h e m a t i c a lm 劬o d s ，s u c h 觞t 1 1 e 咖d i e so f m 预七学位论文摘要 m u l t i - a t t r i b u t el i i l e a rr e g r e s s i o nm e t h o da i l dc o n v o l u t i o n a lr e g r e s s i o n m e t i l o d f u r 吐l e 眦o r e ，m ef 犯tn l a t 印p l y i n gc o n v o l u t i o no p e m t o ri s c l o s e dt 0i i l d u 幽gn e wa 丽b u t e s ，j u s t l et i m es h i f t so fm ep r i m 吖 删b u t e s ，i sp r o v e d i 芏la d d i t i o n 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f i o rt 0t 1 1 el i l l e a rr e g r e s s i o nm e m o d a 1 0 n g w i t ht i l ed e v e l o p m e mo f 山er e s e a r c hf o rd i r e c to i ld i s c o v e r y i ts h o u l db ee x p e c t e dt | l a tn l el a t e r a lp r e d i c t i o no f l o g sa 腼b u t e sf 0 rr e a l s e i s m i cd a b yj i o n tu s i i l gl o gd a t aa n ds e i s m i cd a t at 0r e a l i z e ，w o u l d h a v ew i d e 印p l i c a t i o nf o r e g r o u n d k 耐w a r d s ：l o g sa t t 抽m e s ，s e i s m i c 砌b u t e s ，l a t e r a lp r e d i c t i o 玛 m u l t i a t t r i b u t el i i l e a rr e g r e s s i o n ， 触b a c k _ p r 叩a g a t i o n ( b p ) n e u r a ln e 时o r k 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含已获得中南大学或其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名： 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位 论文的全部内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文；学 校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 硕士学位论文 第一章绪论 1 1 论文研究意义 第一章绪论 地震勘探发展到现在，已经取得了巨大的成就，形成了一整套行之有效的油 气探测技术和手段，极大地促进了整个油气工业的发展，现在几乎每一口石油钻 井都依赖于对地震资料的解释。但是，随着勘探工作的进一步深入，地质学家们 所面i 临的地质情况越来越复杂，石油地震勘探已由纯构造勘探阶段进入到构造与 岩性复合勘探阶段，地震勘探工作在技术上遇到了严峻的挑战。地质学家、地球 物理学家必须利用测井资料与地震数据联合来研究地质问题，特别是由油气勘探 阶段到开发阶段，在油田，钻井已经越来越多，这种联合已显得尤其重要，而且 已有许多成功的范例，比如说利用模型约束的宽带约束反演就很好的反演出地下 介质的波阻抗【2 卯。相信不久的将来，井震联合分析将会在确定油气储层位置、 提供井位方面取得更大的成功。 测井资料与地震数据的联合分析分为两种，一种是利用测井资料求取地震合 成记录，称为正演模拟；第二种是利用地震数据作测井资料的反推，称为地震数 据反演。 我们知道，在油气田勘探开发过程中所使用的测井资料由于其种类繁多，信 息量丰富，可从不同侧面揭示岩石的物理性质，到目前为止，各类测井曲线依然 是确定储层孔隙度、渗透率，烃类饱和度等属性的有效手段，而且垂向分辨率也 特别高，因此，测井资料已成为油气田勘探与开发过程中必须依赖的一种资料。 但是，由于钻孔成本的原因，测井资料只是“一孔之见”，在横向上，其分布密 度非常低，很难控制地下介质物性的横向变化。而与之相反，地震资料( 尤其是 三维地震资料) 却具有非常高的横向分布密度，但它的纵向分辨率往往较低，且 地震数据与地下岩性的对应关系不是很直接、明了。为此，如能将地震资料与测 井资料有机融合，将地震数据转化为测井属性之类的信息，也就是说利用测井、 地震联合实现测井曲线的横向预测，这将大大有助于对油气的直接预测。 众所周知，假如有测井的声波时差和岩石密度曲线( 有时直接利用时差换 算) ，可以计算地下介质波阻抗，地震资料与地震波阻抗之间有必然联系，反射 地震数据所度量的就是地震波阻抗信息，二者之间有明确的数学含义，这样就可 以直接反演出对应测井曲线里声波时差的速度信息。但是对于其他测井曲线如： 自然电位，电阻率，伽马、密度等测井曲线是否可以建立起与地震资料之间的某 种关系昵? 本文将从测井原理出发，讨论影响测井曲线的不同岩石物理特征，同 时考虑到地震属性不仅与岩性、深度有关，而且与储层的其它物性有关。从岩石 颂十学位论文第一章绪论 物理学角度来看，虽然测井曲线和地震属性之间并不存在直接的解析关系，而且 影响测井曲线的因素很多，其间的关系十分复杂，但充分利用地震记录的各种属 性，并与测并曲线联系起来，通过数理统计等方法进行测井曲线空间变化预测， 这无疑是大有前景的发展方向。 地震属性是指那些对原始地震( 包括叠前、叠后) 数据进行数学变换后形成 的一系列数据。这些地震属性反映的是地震波的几何形态、运动学特征、动力学 特征以及统计学特征。这些地震属性虽然错综复杂，但是经过分析处理后在石油 勘探开发中将具有非常重要的应用价值。不同的地震属性有不同用途，有些对油 臧储层参数比较敏感，有些地震属性可以判断断层、裂缝、地层不整合、古河道、 冲击扇等构造、地层和岩性等信息。已有不少科研人员作了这方面的研究工作， 这也极大的推动了地震勘探技术的进步，但是就测井、地震资料综合分析，通过 地震属性来预测测井曲线的文献资料还很少，本文将追踪这方面的研究方向，就 此歼展研究工作。该研究成果具有重要的理论价值，同时通过紧密联系实际，对 实际资料进行处理，使该方法具有重要的实际应用价值。 只要是对原始地震数据进行某种数学变换，就可以说生成了某种地震属性， 这样，提取的地震属性是无穷的，只是有些地震属性有着具体的物理含义，如地 震振幅、频率信息、地震瞬时属性等，但是另外如对地震数据的倒数、导数、积 分等数学变换的就没有具体物理含义，或是物理含义不明显。地震属性的应用范 围己由原来在地震勘探中作振幅异常检测到现在到进行油藏构造分析、油藏流体 运动前缘检测、储层参数预测、铡井曲线预测等等。据统计，到目前为止，地球 物理学家已经研究了数百种地震属性。对于如此多的属性，系统的分析地震属性 的提取方法、其地质意义，并对其分类，显得尤为重要。 实际应用地震属性作预测时我们不可能用到所有属性，在地质条件比较好， 预测对象比较简单、地震资料品质理想的情况下，应用效果可能较好。但是在比 较复杂情况下，预测效果就会很差。事实上，地震属性与预测对象之间的关系是 很复杂的，就不同的工区，甚至同一工区的不同储层对应于预测对象敏感的地震 参数也可能不相同。不同数学方法提取的大量地震属性关系相互关联，错综复杂， 所包含的信息不完全相同，并且所有这些属性对测井曲线的影响程度也不同。分 析地震属性间的相关性，实现对地震属性的优化，选取合适的地震属性预测测井 曲线。这一问题的解决将能明显提高预测精度，减少钻井勘探风险，节约成本。 实现测井曲线的预测最关键的一步在于建立其地震属性与测井之间某种函 数关系。实施的过程是利用测井位置丰富的资料( 地质、测井) 建立和地震道属 性的函数关系，然后将此函数关系应用到没有测井的目的层位。 目前，储层参数预测过程已经取得了显著的进展，实际应用中，能对孔隙度 颂士学位论文 第一章绪论 作出较为准确的预测，对于其他属性则很少应用。因此进一步提高预测储层参数 的精度，是一方面的要求。另一方面，如果能直接预测测井曲线，这将无疑推动 直接寻找油气的进程，这也是地球物理学者孜孜不倦的追求目标。以往，人们根 据某单一地震数据与储层参数建立一种统计关系来实现对储层属性的预测。这会 有两个缺点，一个是使用的地震属性有限( 只用到一个) ，另外，建立的统计关 系往往是线性的。为此本文利用多属性来预测测井曲线，建立的函数关系可以是 线性，也可以是非线性的。 对于地震数据，我们知道，地震记录只是对地面振动的记录，本文研究采用 的是地震多属性，即地震属性是多元的。地震属性不仅与岩性、深度有关，而且 与储层其它物性有关。地震资料与某些测井属性之间缺乏明确的数学关系，甚至 二者可能无必然联系。但近年来，地球物理工作者所做的大量研究结果表明，地 震数据与某些测井属性之间存在某种常规思维难于理解的非线性关系。建立这种 非线性关系的较好的办法是采用人工神经网络方法。 地震资料测井属性反演方法研究具有一定的前瞻性，它将代表今后一段时期 储层预测方法研究的一个方向。可以期盼，在不久的将来，它必将为储层研究工 作做出积极的贡献。 1 2 历史回顾及研究现状 地球物理响应是由地下介质( 模型) 的物理特性差异激发的。虽然各种地球物 理响应互不相同，但由这些响应推断的地下介质是相同的，因此，在同一地下介 质上采集的各种地球物理数据推断该地下介质的属性理应保持某种对应关系。同 时，各种地球物理数据共同反映的介质参数，也应该受到各种地球物理数据的共 同制约，以期盼解决反演问题的非唯一性问题。因此，联合反演方法越来越受到 人们的重视。 随着勘探的不断深入，待解决问题更加复杂，单一物探方法的反演工作已不 完全适应新形势的要求，联合反演已迫在眉睫，必将成为当今及未来地球物理资 料反演的总趋势。 利用测井、地震资料进行联合反演这种思路已经得到油田勘探、开发过程中 已得到广大地球物理者在工作进行地震资料解释时的一致认可，并取得了相应的 成功。本文是利用地震多属性来实现对测井曲线的横向预测，从而实现了井震的 联合曾有人就利用已知其他测井曲线来实现预测某测井曲线，这属于测井曲线 的纵向预测问题。井震联合实现测井曲线横向预测利用的是地震多个属性。本研 究内容又可以说是地震属性应用技术范畴，由于在实际油气勘探中取得了比较好 的效果，地震属性近年来又重新得到了人们的重视。笔者将就地震属性的研究发 硕士学位论文 第一章绪论 展历程进行回顾并简要介绍目前发展情况。 和其它技术不同，地震属性技术的发展经历了兴旺、衰落和重新兴起三个阶 段。回顾地震属性研究的历史，对于我们今后正确认识、利用这一技术具有重要 的意义。分析地震属性技术最近重新流行起来的原因，我们不难发现这主要得益 于新多维地震属性的开发和强大的多属性算法。可以预见，地震属性技术将在今 后充分挖掘三维地震资料中隐含的信息方面发挥越来越重要的作用。 地震属性分析技术开始于6 0 年代末到7 0 年代。7 0 年代人们建立了属性分 析技术来作为非常有价值的地震资料解释辅助工具。早期的属性包括振幅、相位、 频率和极性。不久以后，人们可以获取几十种属性。相应地，为了同时解释多个 属性，在8 0 年代中期出现了多属性分析技术。像倾角、方位角以及相干属性等 多维属性，陆续在8 0 年代末和9 0 年代出现，重新使属性技术得到重视。随着对 地震属性的深入研究，人们将会看到多属性分析及多维属性作为能源勘探开发领 域的常规手段之一，并发挥越来越重要的作用。 2 0 世纪6 0 年代末，随着数字记录的发明以及亮点技术在墨西哥湾取得的巨 大成功，地震属性分析枝术应运而生。世界各地的地球物理家首次认识到从地震 资料中可以得到比地质构造更多的信息。早期的地震属性是以反射振幅为主的瞬 时属性，尽管有各种各样的形式，这一属性至今仍然在用。振幅作为直接烃类检 测因子的成功刺激了对其他属性的研究。彳且肋f c 坝1 9 7 1 ) 首先用彩色图显示属 性，这种方法一直沿用至今。 继肋触之后，m 弘，彳瑚，秒在7 0 年代早期对地震属性作了创新性的研究。 他的主要属性是他所称的、用于测量振幅的反射强度，这种属性是他进行亮点分 析时揭示的。这种属性的重要之处在于它能从地震振幅中去掉反射极性和子波相 位的影响，突出了亮点异常，在某种意义上，更方便地进行振幅异常对比。他也 引入了视极性概念，展示了层速度、频率、交叉倾角和相干叠加等。 伴随地震地层学开始出现，砌l p r 和砌p r 汐( 1 9 7 7 ，1 9 7 9 ) 开展了许多有意 义的工作，随后地震属性影响变大并迅速普及( 事实上，地震属性这一术语就是 在那时引入的) 。7 h 拧盯衫册8 r 矽所使用的属性计算方法却是全新的。今天已经证 明，复地震道分析方法为非常通用和合适的分析方法。事实上，这种方法取得了 的巨大成功，以致于它几乎变成了地震属性分析的同义语。这项工作在促进利用 瞬时频率寻找频率阴影的想法方面也起到了很大作用。n 陀r 陷甜和他研究地震 地层学原理的同事主要从地质角度理解地震属性的价值，认为地震频率是可用于 定量分析地层厚度的属性，同时认为震相参数，不仅包括振幅、极性和频率，还 包含连续性以及类似于平行、发散及杂乱反射等这样的反射结构及外形。地震地 层学对属性分析的重要性是双重的：它给予了属性分析在科学上最初受尊敬的光 硕学位论文第一章绪论 环，也给后来利用地震属性识别地震相所取得的成就提供了灵感。 到了8 0 年代，我们看到有很多各种各样新的、有时是隐含的地震属性，它 们要么基于经验、要么直接来自于工程文献。这些属性中，很多在数学上有严格 的定义，有些也有明确的学科意义( 如第一主频) ，但是很难明了其地质含义。 期间，还利用很多基本属性混在一起来产生一种新的属性，判断其是否会有具体 地质含义，由于此时使用地震属性较为混乱，实际应用失败的例子不少，人们慢 慢淡化其应用。f 眺p 历( 1 9 8 2 ) 等评论说“除了振幅之外，他们( 地震属性) 从 来没有变得流行，也没有在解释时得到广泛应用，出现这种现象的原因可能时这 些属性不能直接与地质因素建立联系”。r o v 咖玎移鼢 州1 9 8 8 ) 说：“将具 有意义和不具有意义的数值混在一起，可能足解释者在属性剖面上寻找具有物理 意义的实际数据时感到灰心的主要原因。如果专家都不知道如何生成地震属性， 那么我们其他人感到迷惑又有什么奇怪的呢? ”。 到了8 0 年代末到1 9 0 年代仞，多维属性如倾角和方位角( m 溉踟f f ，1 9 8 7 ； p n “盯和d f 出n 6 甜苫，1 9 8 8 ：肋坳等，1 9 8 9 ) 首次出现。9 0 年代三维连续 性属性研究出现( 肋肋廊矗彻d 凡 明盯，1 9 9 5 ； 三期甜以，1 9 9 6 ；r 砌v f 西册d o f n ，p m ，1 9 9 8 ) 。这就是现在常用的相干体技术，其在断层自动化解释和地质 异常体检测方面取得了巨大成功。正因为如此，以至于整个属性分析技术又获得 了新生，在学术界又赢得了信任和尊敬。现在三维属性体技术引起了人们的普 遍关注，地震属性体的提取方法也已由单道提取方式发展为基于面元的多道提取 方法。这种根据面元提取的三维属性体来反演油藏参数，也将是新的探索和研究， 具有很大的发展潜力。 利用地震勘探直接找油气，现在在国外正以“地震属性口f f ，f 6 砒s ) ”这一技 术迅猛地发展着( 当然还有其他技术) 。根据荚国勘探地球物理学家协会累积索引 统计，在1 9 9 0 年以前“地震属性”只有两个条目的文章，而从1 9 9 0 年到2 0 0 1 年有多于8 0 个，到了2 0 0 2 年更以指数增长。2 0 世纪9 0 年代早期这个技术发展 得非常迅速，新的属性层出不穷，以致4 凰m 玎b 阳啊于1 9 9 6 年l o 月号在儿e 上撰文将属性按时问、振幅、频率和吸收进行分类，且每一个又分成叠前和叠后。 过了不到一年( 1 9 9 7 年5 月) ，1 1 l e 发表了q f 钞c h p 疗和船w 咖秒关于属性 分类的文章【l j 。在接下来的6 年中这个技术以指数增长，可以说现在地震属性分 析技术已经形成了一门学科，因此t l e 确定要增加一个地震属性专辑。可以设 想，到2 0 1 0 年还会出现某些通用的技术。我们已看到，2 0 0 3 年死e 相继编辑出 版了开发和生产、碳酸盐岩地球物理、岩石地球物理埘阳和多分量专辑。由此 可以想见，未来岁月地震勘探直接找油气技术会在世界各地得到充分应用，并取 得丰硕的成果。 卿! 七学位论文 第一章绪论 国内在地震属性的提取和应用方面也作了大量工作，可以提取振幅类、频率 类、相位类及振幅衰减类等各种信息多达几十中。在储层预测、油藏描述、油气 检测和油藏监测中做了大量工作，还编写了大量神经网络、聚类分析、模式识别 等分析软件，但是具有阶段性、临时性强等特点，工作系统性较差，还没有形成 高质量、有特色、影响广泛的产品。陈遵德( 1 9 9 7 ) 在储层地震属性优化方法 一书中，详细系统地讨论了地震属性的提取方澍”，并分别介绍了基于尽变换、 搜索算法、遗传算法和r s 理论等对地震属性的优化，这是目前国内比较系统的 关于地震属性研究方法方面的重要著作。乐友喜( 2 0 0 0 ) 介绍了地震属性的提取 及其物理意义，他通过正演模型技术研究了地震波传播速度、密度及深度与地震 属性之间的关系，分析了地震属性的地质意义，为在实际应用中对地震属性的分 析、提取提供了一定的依据【s l 。 总结国内外使用的成功经验和滥用误区，将地震属性技术正确应用道地震解 释、储层特征描述、测井曲线预测领域，具有莺要现实意义。笔者相信，井震联 合，用地震属性预测测井曲线技术将在能源勘探开发方面有着巨大的应用前景和 发展潜力。 1 3 论文主要研究内容 1 3 1 测井类属性简介 在油田钻一口井的成本是非常巨大的，获得的测井曲线在面上不可能密度太 高，但因它可直观的反映出地下介质的物性特征，并通过综合分析各种曲线能详 尽地揭示锗层特性，因此这种第一手资料足j 常宝贵的，这一部分简单回顾了测 井曲线的形成原理及其应用。 1 3 2 地震属性介绍、提取、优化 根据不同的分类方式，本文将全面系统地总结提取各种地震属性如频谱类、 瞬时类，波形振幅特征等属性提取原理、其物理或地质含义，应用范围。主要应 用因子分析、基于搜索算法的地震属性优化方法等对地震属性进行了优化分析。 l - 3 3 测井类属性预测方法研究 从统计关系出发，研究单属性线性回归、多属性线性回归、褶积算子以及人 工神经网络等数学方法。针对本论文研究内容提出相应解决测井类属性预测的策 略。 1 3 4 测井类属性横向预测软件设计 根据前面几章的方法研究，结合生产实际，对测井类属性横向进行了软件设 计。软件即可以进行单、多描性线性回旷1 计算，也可以应用快速神经网络来预测 硕十学位论文 第一章绪论 测井类属性。 1 3 5 测井类属性横向预测模型及实例计算 为验证测井类属性预测方法及软件可靠性，制作合成记录、构造剖面模型等 应用软件进行处理，并对实际地震数据剖面进行测井类属性进行预测。 硕 学位论史第二章溯井类匿件简介 第二章测井类属性简介 测并类属性包括常规各种测井曲线，还包括由测片曲线解释后的得到的储层 属性。本章分析了几种主要测井曲线的特征、应用以及主要影响因素，并介绍了 储集层所需要的一些重要岩石物理参数。 2 1 测井曲线分类 根据所研究的岩石物理性质不同，可以把测井分为以下几个大类【i l l ： l 、声测井，包括声速( 声波时差) 测井、声幅测井、全波列测井等，是以 研究岩层的弹性差异为基础的一类测井方法。 2 、自然电位测井，是以研究岩层自然极化性质差异为基础的一种测井方法 3 、电阻率测井，包括普通视电阻率测井，侧向测井、感应测井、微电极测 井等是以研究岩层导电性差异为基础的一类测井方法。 4 、核测井，包括自然伽马测井、伽马伽马测井、中子伽马测井等，是以研 究岩层的天然放射性差异、岩层与伽马量子相互作用时的特征差异、岩层与中子 相互作用时的特征差异为基础的一类测井方法。 2 1 1 声波测井 不同地层中，声波的传播速度及其他声学特性( 如声幅度的衰减、声频率的 变化等) 是不同的，利用岩石的这种物理性质研究井剖面的测井方法称为声波测 井。声波测井主要分为两大类：声速测井和声幅测井。在这咀我们主要介绍声速 测井，声速测井也称声波时差测井或声波测井。 声波测井记录的是声波通过l 米地层所需时间( 称声波间隔传播时间) 随 深度变化的曲线( 也称时差曲线) 。声波间隔传播时间是纵波速度的倒数。& 的单位采用微秒，米，速度矿的单位是米，秒。因此 ，：攀 ( 2 1 ) 矿 声波在某一岩层中的间隔传播时间f 取决于岩性和孔隙度，当岩性已知时， 出则取决于孔隙度。 声速测井曲线可以用来识别岩性、对比地层、判断气层，但重要是用来确定 岩层孔隙度。当固结的纯地层具有均匀分布的小孔隙时，孔隙度和传播时日j 之间 存在线性时间平均或加权平均关系： r = r ，+ ( 1 一m ) r 。 ( 2 2 ) 或： 顿十学位论文第一二章渊井类属性简介 。；簪 ( 2 3 ) t f t m 式中：。一声波测井读数，芦； k 岩石骨架中的传播时间： ，饱和流体中的传播时间( 对于淡水泥浆系统，大约为1 8 9 芦夕) v l = 2 0 0 0 米，秒 v 2 - 8 0 0 0 米，秒 v 舟o o o 米，秒 2 0 0 06 0 0 08 0 0 05 0 03 2 21 4 4 囊 ：i 二艺 图2 - l 声速及声波时差理论曲线 分析图2 1 ，可见声波时差或声速曲线特征： a ) 、正对高速地层，声波时差为低异常，声波速度为高异常，它们的异常极 小值或极大值即为该岩层的声波时差或声波速度； b ) 、声波时差曲线异常的半幅值点正好对应于地层的上下界面。 实际工作中，声波时差或声速会受到一些因素的影响使曲线发生不同程度的 畸变。它们主要是：井孔影响、“周波跳跃”影响、源距与间距的影响以及声波 时差探测范围的影响等。 2 1 2 自然电位测井 在未向井中通电的情况下，发现放在井中的电极m 与位于地面的电极之 间存在电位差，这个电位差是自然电场产生的，称为自然电位。测量自然电位随 井深的变化叫做自然电位测井。自然，自然电位测井( s p ) 曲线就是井中移动 电极与地面固定电极之间的电位差随深度变化的记录。 在泥岩层，s p 曲线通常接近于一条直线，即所谓泥岩基线。在渗透性地层， s p 曲线偏离泥岩基线；当地层相当厚时，曲线将达到一个基本固定的偏转幅度， 硕t 学位论文第：章测井类属件简介 定义为砂层线。偏转可以向左( 负的) 或向右( 正的) ，主要取决于地层水和泥 浆滤液的相对矿化度。如果地层水矿化度大于泥浆滤液的矿化度，则曲线向左偏 转；矿化度的关系相反时，偏转则向右。 在充满不导电泥浆的井中不能记录出s _ p 曲线，因为这种泥浆在5 ：尸电极和地 层之间不能形成电流的通路。此外，如果泥浆滤液的电阻率和地层水的电阻率大 致相等时，s p 偏转幅度将很小并且曲线无明显特征。 s p 曲线的偏转是由流过井内泥浆中的电流造成的，这些s p 电流是由地层中 电化学和动电学起因的电动势造成的。s 尸曲线上任何一点的斜率和该深度上井 内泥浆中的卵电流强度成正比。 渗透性地层的s p 曲线形状和偏转幅度与多种因素有关系。这些因素影响5 ：p 电流线分布和每个介质中由于s p 电流通过产生的电位降。这些因素包括： 1 ) 渗透性地层的厚度h 和真电阻率冠 2 ) 泥浆滤液侵入带的电阻率盂。和直径吐 3 ) 泥岩围岩的电阻率只。 4 ) 泥浆电阻率如和井眼直径以 自然电位曲线的主要用途是： a 判断岩性和划分渗透率 b 求地层水电阻率 c 估计地层的粘土含量 在自然电位测井过程中，还存在许多与地层自然电位无关并影响自然电位曲 线形状的因素，叫做自然电位曲线的干扰。由于干扰的出现使自然电位曲线不能 真实反映地层的情况，降低了应用自然电位曲线的效果，甚至作出错误的解释。 2 1 3 电阻率测井 所有的电阻率测井都是建立在各种岩石具有不同的导电性这一基础上的。岩 石的导电性能用电阻率p 或电导率口表征。电阻率越大导电性越差，电阻率越小 则导电性越好。岩石电阻率的大小，主要取决于它们的组成成分、矿物的颗粒及 其结构、孔隙及裂隙的发育程度、分白状态及含水分的数量和矿化度，以及它们 所处环境的温度等因素。在这里我们只介绍普通视电阻率测井。 普通视电阻率测井的测量原理路线如图2 2 ，它是由供电电极a 及测量电极 m 、n 组成的电极系沿井身测量的( 另一供电电极b 在地面) 。如果地下半空间 介质是均匀各向同性的，且不考虑井的影响，则介质的电阻率p 可以由下式确定： r ， p = 置= ! 生( 2 4 - a ) 顼十学f 1 7 论丈第二章测井类匿件简介 足= 4 石彳m 4 肘( 2 4 _ b ) 式中为肘电极间的电位差；，为测量时由爿曰电极流出的电流强度；x 称 为电极系系数。在实际中，图2 1 装置测量的并不是均匀介质，不是介质的真电 阻率，而是视电阻率n 岛：k 孥( 2 5 ) 见值是电极系探测半径范围内所有地层的岩石电阻率、井臂泥饼和侵入带地层 电阻率以及井中泥浆电阻率和地层地厚、孔径、侵入带直径及电极系系数k 的 复杂函数。 图2 - 2 电阻率测井示意图 影响视电阻率曲线的因素有：井孔及泥浆的影响、厨距离影响、岩层倾斜 的影响等。 普通视电阻率测井的应用包括岩层界面和求取岩层真电阻率的两个方面。 2 1 4 自然伽马测井 沉积岩中含有天然放射性同位素，天然放射性同位素核衰变放射出的伽马射 线称为自然伽马。不同岩石所含放射性同位素的数量不同，衰变时放射出的伽马 射线的强弱也不同，所以自然伽马测井曲线能够反映不同地层的岩性剖面。 地层放射性元素所放射的伽马射线，在穿过岩石时会逐渐被吸收。距离记数 管较远处岩石放射出的伽马量子，在到达记数管前就全部被岩石吸收了。所以自 然伽马测井曲线所记录的主要是以记数管为中心，半径约为3 0 _ 5 0 厘米范围内 岩层所放射出来的伽马射线，这个范围称为“探测范围”。 伽马理论曲线如图2 3 ，自然伽马曲线有以下特点： ( 1 ) 对于放射性物质含量均匀的高放射性地层，当上下围岩放射性强度相 同时曲线具有对称性，对于地层厚度的中点有一个极大值且随着地层厚度的增加 而升高，当探测范围小于地层厚度时( 理论曲线j i 3 以) ，即使厚度再增大，自 顾十学仲论史 第一：章测井类匿件简介 然伽马曲线极大值g 足。仍为常数。曲线极大值6 足。与地层放射性强度成正比。 0 图2 - 3 不同厚度时自然伽马测井理论曲线( = o ) l - 点状指器2 - 有限长度指示器( 虚线) ( 2 ) 当放射性目的层的上下围岩放射性强度不同时，曲线不对称，放射性 强度高的围岩自然伽马曲线读值较高。 ( 3 ) 对 3 巩时的目的层，曲线的半幅点对着地层界面，可以用曲线的半 幅点分层，当_ j i 肘， 若舾 ，则在小) 后补一m 个零。相应小) 的频谱为础) ，0 = l 2 ，) ， 从而有 x 岱) = 笔小) 一瘕) ( 3 6 ) x 岱) = 小) 叫一7 2 州哆膏l ( 3 6 ) h = l 、7 其中，七= i ，2 ， 其功率谱为 尸伍) = i z 1 2 ( 3 7 ) 也可用最大熵分析法求地震数据的频谱，但在实际应用中发现用叩谱更实 用，此处选用用可谱。由上述频谱尸伍) 或能谱z ) 可以计算与频率有关的地震 属性，考虑到z 伍) 的共扼性质及仅需要地震属性的相对大小，故只在e p ，2 | 的范围内讨论频率属性的提取。 l 、总能量 总能量为振幅谱的平方和即功率谱之和，它与地层的反射系数有关在频率 域的计算公式为 s ：参 ) ( 3 8 ) 2 、功率谐最大峰值 己。= 脚x p p ( 2 l 尸( 2 + 1 ) ( 3 9 ) 3 、功率谱最大峰值对应的频率 地震信号的主频率，即丘。对应的频率。 4 、频带宽度 振幅谱最大峰值 r 。= m a x 0 加l ，j 谁l ，+ ，肛1 ) 通常以o 7 0 7 五。获得的两个振幅谱值对应的频率石和疋，计算其频带宽度 玎0 = 五一石 ( 3 1 0 ) 5 、频带宽度内功率谱之和 指在频带宽度内各振动分量的功率谱之和。 硕七学位论文第三章地震属性介绍、提取、优化 k & = 艺p ) h ( 3 1 1 ) 其中，毛= 阮可】，岛= 阮匀1 。( v 为频率采样间隔，【】为取整符号。 6 、能谱中心频率 计算公式为 兀：髫护咳 ( 3 1 2 ) 7 、能量分布的一、二、三阶中心矩 计算公式为 l + 以 f = 陋一厶l p q ) s ( 3 1 3 ) 其中，_ ，= 1 ，2 ，3 分别为能谐分布的一、二、三阶中心矩。 8 、能量分别达到总能量2 0 、5 0 、8 0 时的频率 3 3 4 瞬时属性的提取 瞬时属性通常指三瞬属性( 包括瞬时振幅、瞬时频率、瞬时相位) 及其导出属 性。它是建立在脚f 6 e 变换及复地震道技术的基础之上的，可以帮助确定地下 岩层的岩性、岩相变化和岩石孔隙中所含流体的性质，从而可以研究地层学的问 题。 我们知道：一个实地震道面) 可看成复地震道z ( f ) 的实部，其虚部j ，o ) 为实 地震道如) 的胁f 6 口玎变换，即 y o ) = 撕) 寺 ( 3 1 4 ) 故复地震道 z ( f ) = 工( ) + 抄( f ) 从而 瞬时振幅( 包络) ：4 ( r ) = k z ( r ) + j ，2 ( f ) 弘 瞬时相位： 瞬时频率： 删= 嘴器 巧o ) = 掣 ( 3 1 5 ) ( 3 1 6 ) ( 3 1 7 ) ( 3 1 8 ) 具体计算时，需将连续地震信号离散化，微分用差分代替。 瞬时振幅能反映出地下反射界面的反射系数的大小，瞬时相位是与时间点有 关的相位值，能有效地反映出相位的突然变化；瞬时频率是与时间有关的频率值， 硕十学位论文 第t 章地震属性介绍提取、优化 是介质吸收特性的一种反映。 3 3 5 自相关属性的提取 设时窗内地震数据为工o ) ，0 = l ，2 ，m ) ，其自相关函数的计算公式为 m r ( f ) = 工o h 0 + r ) ( 3 1 9 ) 舾i 由自相关函数可求出三个地震属性。 l 、自相关函数负极大值的绝对值； 2 、自相关函数主瓣宽度； 求出自相关函数第一个零点f l ，2 ，即为自相关函数主瓣宽度。 3 、自相关函数主瓣面积。 计算公式为 s = 艺r ( ) ( f ) ( 3 。2 0 ) 式中，l | ：旦 1 ， ( 3 2 1 ) 3 3 6 相干数据体的提取 三维地震相干性技术是近年束发展起来的一项新披术，在三维地震解释中应 用效果独特。相干体技术研究的是三维数据体中的不连续性特征，可在三维地震 解释之前，了解研究区内断层的分布情况，缩短三维解释周期，提高解释效率和 精度，还可以在三维地震解释之后，指导断层组合，预测裂缝发育隋况。 利用相干体技术，可通过相干切片、相干层切片或相干透视图等手段，反映 地下断层即裂缝带分布特征，还可以作为一种属性，应用于储层地震属性综合预 测中。 三维地震相干体技术是用来研究由构造分割、地层岩性变化及裂缝等原因所 引起的地震响应在横向变化的一种方法，通过计算三维地震数据相邻道之间的相 干性。得到一个三维相干数据体。在断层切割的部位，相邻道之间的相干性将产 生明显的不连续性，由沉积环境引起的地层岩性横向 均匀性的变化也会改变地 震相干性的强弱差异，从而可在相干时间切片上很消楚地识别出断层、河道和不 同的岩性体系特征。在裂缝发育部位，其相干特征和其它部位也有明显的不同。 相干性计算首先是定义一个以，时刻为中心的一个时窗，在时窗内取t ，道相 邻地震数据“，如果分析点的坐标为k _ ) ，) ，则定义相似性盯i f ，p q ) 为： 盯( f ，p ，q ) = ( 3 2 2 ) 其中p 和q 分别是x 和，r 方向的视倾角，上标表示肋，6 们变换或实际地震 、i，j 怛月 乃 ， 弘 一 ， 舛 一 ，v b + 谁朋， y 0， 弘 一 肛 一 ，v缸 ，一 ， 硕十学位论史第：章地震网怍彳卜熠、提取、优化 ，、砉 粪“o 一彤，一蚂，_ ) 2 + 喜“( f 一，一鹎一，乃) 2 瓯舢卜赢i i 搽靠i 磊群 ( 3 2 3 ) 时窗长度的选取一般在半个周期到一个半周期之i 日j 。图3 - 4 为提取的相干数 据体的三维显示，图中町以明显看到断层的显示。 图3 - 4 相干数据体三维显示 3 3 7 速度属性的提取 地层速度携带有地下介质的信息，是地震储层预测中一种很莺要的地震属 性。由于速度谱