（地球探测与信息技术专业论文）博兴洼陷沙三沙四段储层预测技术研究.pdf

摘要 博兴洼陷沙三、沙四段的地层叠置关系复杂，砂泥薄互层严重，物性纵横向变化 剧烈，地震反射特征差异小，有利储层难以识别。为了进一步研究盆地后期的沉积发 育与分布，以及油藏后期的储盖组合，利用地震资料进行古地形进行恢复。对等时基 准面的选取、差异构造校正、大面积不规则层位数据处理等古地形恢复技术的关键问 题进行了研究分析。 对砂泥薄互层地区的地震资料进行谱反演，预测低于调谐厚度的薄层，为地质解 释提供薄层信息。谱反演基于薄层的陷频理论，先对地震资料进行短时傅里叶变换求 取谱反演的输入数据，再用模拟退火算法进行反演的。文中用模型对谱反演进行论证， 其中对复杂模型的时窗大小、时窗时移、振幅谱及实部与虚部影响做了重点研究。应 用到实际地震资料时，谱反演技术可以将薄层较好的识别出来。 谱反演是基于最优化方法的地震资料参数反演，利用s a 算法求取目标函数极小 值的反演解。s a 算法是一种串行优化算法，运算速度较慢。研究了依赖温度的柯西 分布状态产生函数，高温状态下可进行大范围的搜索，低温状态下只对当前模型附近 进行搜索，改进了退火过程及抽样过程，在改进过程中增加记忆功能。提高模拟退火 算法的效率与精度。 利用古地貌恢复及谱反演技术，在博兴洼陷花沟地区预测并验证了一个储层发育 良好的有利区带。 关键词：储层预测，古地貌，谱反演，薄互层，模拟退火 s t u d i e so np r e d i c t i o nr e s e r v o i ro fe s 3a n de s 4 i nb o x i n gd e p r e s s i o n z h a n gc h u n x i a o ( g e o p r o s p e c t i n ga n di n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db yp r o f s o n gw e q i a b s t r a c t t h ee s 3a n de s 4m e m b e r si nb o x i n gs a gh a v et h ec h a r a c t e r i s t i c so fc o m p l e xp l a c e c o n n e c t i o n ，s e r i o u ss a n d s t o n et h i ni n t e r b e d d i n g ，a n da c u t ep h y s i c a lp r o p e r t i e sc h a n g e si n v e r t i c a la n dh o r i z o n t a ld i r e c t i o n s ，f e wd i f f e r e n c e so ff e a t u r eo fs e i s m i cr e f l e c t i o n ，w h i c h g e n e r a t ed i f f i c u l t i e si ni d e n t i f y i n gf a v o r a b l er e s e r v o i r i no r d e rt or e s e a r c ht h ed e v e l o p m e n t a n dd i s t r i b u t i o no ft h el a t es e d i m e n t a r ya n dt os t u d yt h ea s s e m b l a g eo fr e s e r v o i r sa n d c a p p i n gf o r m a t i o n s ，w eh a v eu s e dt h ea n c i e n tl a n d f o r mr e c o v e r i n gm e t h o db a s e do n s e i s m i cd a t a f o rs e v e r a lt e c h n i q u ek e yp r o b l e mo ft h i s ：h o wt os e l e c te q u i t i m eb a s e s u r f a c e ，c o r r e c tt h ed i v e r g e n c es t r u c t u r ea n dp r o c e s sl a r g ei r r e g u l a rd a t a a i m i n ga tt h ep r o b l e mo fs a n d s t o n et h i ni n t e r b e d d i n gf o rg e o l o g i c a li n t e r p r e t a t i o n ， t h es p e c t r a li n v e r s i o ni sa p p l i e dt os e i s m i cd a t ai nt h i sa r e at op r e d i c tt h et h i c k n e s so ft h i n l a y e rw h i c hi s l o w e rt h a nt u n i n gt h i c k n e s s t h es p e c t r a li n v e r s i o nb a s e do nt h en o t c h e s i n - t h i n - b e d t oc a l c u l a t et h ei n p u td a t ao fi n v e r s i o n ，w et a k es h o r t - t i m ef o u r i e rt r a n s f o r mt op r o c e s st h e s e i s m i cd a t a , t h e nt os p e c t r a li n v e r s i o nw i t ht h es i m u l a t e da n n e a l i n ga l g o r i t h m w ev a l i d a t e dt h e s p e c t r a li n v e r s i o nb yt h em o d e l w eg e ts o m ea c h i e v e m e n ti nc o m p l e xm o d e lb yr e s e a r c ht h e l e n g t ho ft i m ew i n d o w s ，t i m ew i n d o w ss h i f ta n dt h ec o n n e c t i o n so fa m p l i t u d es p e c t r u m a n dr e a la n di m a g i n a r yp a r t t h i nb e dc a nb et or e c o g n i t i o nu s i n gt h es p e c t r a li n v e r s i o n , i n t e a ls e i s m i cd a t a t h es p e c t r a li n v e r s i o ni sb a s e do no p t i m i z a t i o np a r a m e t e r so fs e i s m i cd a t ai n v e r s i o n a n du s e ds aa l g o r i t h mf o r c a l c u l a t i n ge x t r e m e l ym i n i m u mo ft a r g e tf u n c t i o n t h e s i m u l a t e da n n e a l i n ga l g o r i t h mi sas e r i a lo p t i m i z a t i o na l g o r i t h m sa n di t ss p e e di ss os l o w b a s e do nc l a s s i cs i m u l a t e da n n e a l i n ga l g o r i t h m ，r e s e a r c h e dt h eg e n e r a t ef u n c t i o nw a s c r e a t e db yc a u c h yf u n c t i o nr e l yo nt e m p e r a t u r e t h en e w g e n e r a t ef u n c t i o nc o u l dh a v ea w i d er a n g eo fs e a r c hi nh i g ht e m p e r a t u r ea n dd i s t u r b a n c ei nn e a rt h ec u r r e n tm o d e li nl o w t e m p e r a t u r e w ea l s oi m p r o v e da n n e a l i n ga n ds a m p l i n gp r o c e s s ，a n da d d e dm e m o r ) r f u n c t i o ni nt h e s ep r o c e s s i tg e t sm o r ee f f i c i e n ta n dm o r ep r e c i s er e s u l t k e yw o r d s ：p r e d i c t i o nr e s e r v o i r , a n c i e n tl a n d f o r mr e c o v e r i n g ，s p e c t r a li n v e r s i o n , t h i n m t e r b e db o d y , s i m u l a t e da n n e a l i n g 1 1 1 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得 的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致 谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得 中国石油大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同 工作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：型兰壶煎 日期：) 刃年万月乙e t 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其 印刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关 部门( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位 论文被查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名：丛壶屯 指导教师签名：墨季罨虹 日期：加7 年6 月乙e t 日期：) 莎哆年多月2e 1 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第一章前言 1 1题目来源及研究意义 储层预测技术是- i - j 综合利用已有有限的、不同尺度的地震、测井、钻井资料预 测地下未知储层的存在性、空间性、物性、含有油气性等特性的技术。储层预测的精 度较低，预测结果存在多解性，虽然在实际应用中有过不少成功的范例，但也出现了 不少失败的教训。很多预测成果也只能作为“参考使用”，有的甚至无法使用。定量 预测不是误差较大就是结果与地质规律不吻合，这些结果反映出利用地震资料进行储 层预测的难度，同时暴露出储层预测技术在实际应用中的问题和对储层预测技术认识 上的误区。 储层地震预测理论是在地震波动理论、信号分析、沉积学、岩石物理学等学科的 基础上，利用地震资料在空间上的密集采样，能够在无井或少井控制条件之下，对勘 探目的层的沉积相带、岩性、空间分布、形态、储层物性孔、渗参数及含油气性作出 预测和描述。储层地震预测技术作为油气勘探过程中储层预测的主导技术，也存在如 何提高储层预测精度和分辨率、减少多解性等难点【1 1 。 博兴花沟地区是东营凹陷西南部一个典型的箕状洼陷，由高青断裂下降盘的陡坡 带、中央深洼带和位于鲁西隆起之上的缓坡带组成。花沟地区沙三、沙四段地层物性、 厚度变化复杂，各井之间差别较大，油气成藏复杂，多为复式油气藏。油气成藏特征 规律没有系统研究，储层预测研究程度低。从过去研究结果分析，该区储层沙三、沙 四段生、储、盖层发育齐全，具有较大的油气勘探潜力。因此，开展沙三、沙四段油 气成藏及储层预测评价是十分必要的，对该地区的增储上产具有重要意义。 花沟地区的沙三、沙四段油气藏是由构造和岩性共同控制的，岩性是主要因素， 构造次之。通过对油藏平面及剖面特征分析，发现滩坝型、三角洲前缘型和滑塌型砂 体构成了花沟地区主要的岩性圈闭，而且它们的油气充满度各不相同。对目的层段进 行储层预测所存在如下问题： ( 1 ) 岩性组合复杂，砂泥薄互层严重，储层横向变化大，连续性差，难于识别 砂体； ( 2 ) 目的层段不同岩性及其不同组合的测井响应关系很难确定； ( 3 ) 花沟地区沙三段储层以三角洲及湖相砂体为主，沙四段尤其上段发育滨浅 湖的滩坝砂，岩性较细，砂层较薄，横向上连通较差，纵向上多期叠置，泥岩隔层异 第一章前言 常发育，易形成岩性油气藏。 本课题研究目的就是通过对古地貌和谱反演薄互层厚度方法的研究，为找出储层 发育带提供信息，完成储层的综合预测。 1 2 国内外研究现状分析 1 2 1 古地貌研究现状 古地貌的研究起步于2 0 世纪5 0 年代，目前在较广的学科范围内得到应用。我国 通过研究古地貌寻找油气起步较晚，直到2 0 世纪7 0 年代才开始真正重视对构造地貌 的研究，注意储层构造在地貌上的反映，并取得了一定成果，如：华北油田古潜山油 气f f l 的发现、与古生代碳酸盐岩有关的鄂尔多斯盆地大气田的发现、陆相裂谷盆地的 渤中凹陷西斜坡区的研究、断陷盆地内的沾化凹陷孤北洼陷古潜山研究等。研究工作 主要是进行油气田古地貌恢复、划分古地貌单元、分析古地貌对储层分布的影响，从 而对有利油气藏带进行有效的预测。 近年来，常用的古地貌恢复方法包括：残留厚度和补偿厚度印模法、回剥和填平 补齐法、沉积学分析法以及层序地层学恢复法( 包括高分辨率层序地层学法) 。残留 厚度和补偿厚度印模法、回剥和填平补齐法在早期的古地貌恢复中曾经得到广泛应 用，是比较传统的古地貌恢复法。沉积学分析法以及高分辨率层序地层学恢复法【5 】 是目前常用的古地貌恢复方法。 1 2 2 地震薄层研究现状 根据w i d e s s 准则( 1 9 7 3 ) ，当层厚度小于八分之一地震波波长时，薄层是不能 被识别的，但这种薄层很有可能是重要的储层，或是储层中的重要流体单元。油田勘 探开发过程中，如何有效识别出这种顶和底不能清楚绘出的薄层，是地球物理工作者 经常面对的任务。因此，有效识别这类薄层的岩层物性在勘探开发中具有很大意义【2 】。 基于w i d e s s ( 1 9 7 3 ) 、k a l l w e i t 、w o o d ( 1 9 8 2 ) 关于调谐厚度分析的理论作为研 究薄层的基本理论已经有几十年的时间，p a r t y k a 等( 1 9 9 9 ) ，p a r t y k a ( 2 0 0 5 ) ，和 m a r f u r t 与k i r l i n ( 2 0 0 1 ) 论证了应用离散傅里叶变换进行谱分析对厚度预测的有效性。 但当地震资料的带宽不足以识别频谱峰值周期或是陷频范围不明确时【3 】，应用此方法 会出现一些问题。这些问题的存在促进了此方法的发展，使其不再要求对地震资料频 域内的峰值和陷频进行精确拾取。 p a r t y k a ( 2 0 0 5 ) ，p o r t n i a g u i n e 与c a s t a g n a ( 2 0 0 4 ，2 0 0 5 ) ，p u r y e a r ( 2 0 0 6 ) ， 2 中国石油大学( 华东) 硕七学位论文 c h o p r a 等( 2 0 0 6 a ，2 0 0 6 b ) ，和p u r y e a r 与c a s t a g n a ( 2 0 0 6 ) 指出在能够同时确定反 射系数的情况下，改进了利用频谱成分反演岩层物性的方法。这意味着能够利用稀疏 反射系数反演参数来进行稳定的薄层估计。此过程就是谱反演，能够提供与常规反演 理论不同的结果。 w i d e s s 在1 9 7 3 年提出可分辨的薄层厚度极限为八分之一倍的波长。实际上，在 时间域内，在两个波相差四分之一个波长时，波形干涉，波峰达到最大。随厚度减小 到八分之一波长，干涉的波形和峰值频率伴随合成振幅的减小也发生变化，在八分之 一波长处合成的波形与地震子波的导数相似。当薄层厚度小于波长的八分之一时，合 成波形的振幅变化就不很明显了，只是振幅在持续减小，如图1 1 所示。图中，振幅 是利用3 0 h z 雷克子波通过楔状模型得到的。 t h i c k n e s s ( m s ) 图1 - 1w i d e s s 模型时间振幅图 尽管w i d e s s 准则在假设成立时是非常有效的，但实际情况很少能够满足这些严 格的理论假设。谱反演的理论是以预先假定的反射结构情况下，针对薄层的w i d e s s 准则基础上实现的，这些假设实际上是一个可能的连续反射系数序列。任何反射系数 对都可以分解为偶分量和奇分量，偶分量有相同的数值和符号，奇分量有相同的数值， 但符号相反。c a s t a g n a ( 2 0 0 4 ) 和c h o p r a 等( 2 0 0 6 a ，b ) 对此进行了描述。 等同关系如图1 2 所示。w i d e s s 准则假设反射系数序列是单纯的奇数对，它能够 很好的近似像泥岩骨架中的砂岩层等地质状况。然而，关于奇反射系数对的假设对薄 层分析可能得到较差的分辨率。即使反射系数对中出现一个很小的偶反射对也会使薄 层的分辨率明显提高。当薄层厚度趋近于零时，要提高薄层的分辨率就要使得偶分量 3 第一章前言 有相长干涉效果。实际情况正相反。奇分量往往是相消干涉。因此，在噪声环境下 层厚趋近于零时，用偶分量解决薄层问题是更加稳定的方法( t i r a d o ，2 0 0 4 ) 。 原反射系数对偶反射系数 - r 2 + 图1 - 2 任何一个反射系教对都可以分为奇偶两部分 根据c h u n g 和l a w t o n ( 1 9 9 5 ) 给出的计算公式可以求得峰值频率和峰值振幅。 图l - 3 a 显示随层厚减小，含有奇偶分量的反射系数对对峰值频率的影响。在这个模 型中，总的峰值频率随层厚减小而增长，然后返回到子波的峰值频率，而不是像w i d 髂s 模型样为子波导数。有意思的是，在层厚减小到零的过程中，波峰频率一直是连续 明显变化的。同样，总的波峰振幅也并不像w i d e s s 模型描述的一样随层厚减小趋近 于零( 见图1 3 b ) 。 ；耋。莲 i j j i i jl i 鋈驴l 。：rjj ( a 】( b ) 图1 0 在调谐厚度内反射系数奇偶分量( _ ) 频率的信息与( b ) 振幅的信息 从这个这个例子可看出在偶分量不为零的情况下，随着层厚趋近于零，反射振幅 的变化趋势与w i d e s s 模型的曲线有着明显不同。因此，利用含有振幅反射系数大小 相等符号相反的假设的传统振幅图版方法，是不能得到厚度小于w i d e s s 准则定义的 极限厚度情况下的信息的。这种上下界面反射系数不等的模型更接近于实际地震反射 现象，为此，更加需要将薄层振幅分析的适用性进行推广。 由于谱峰值和陷频是层厚度的函数p i ，需要设计一种新的算法来利用频域内的固 有周期反演反射系数。先从时间域的一个脉冲对开始，从中得到一个进行复变谱分析 数 躲ij_l、l 板 一 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 的数学算法，并用楔状模型检验这个算法。然后再用博兴花沟地区的3 维地震资料进 行检测，将实际资料、谱反演结果和测井资料进行对比。 1 3 主要研究内容与技术思路 ( 1 ) 对本区的地震资料的基础的解释 利用三维地震资料，在s u n 工作站上，进行精细构造解释。从单井及多井对比分 析入手，进行沉积特征分析。利用j a s o n 系统进行井约束地震反演，利用反演结果， 结合原始地震资料进行砂体预测及描述。 ( 2 ) 利用地震资料进行古地貌恢复 结合本区域的地质演化史以及构造特点，在现有地震资料的基础上，对本区的古 地形进行研究。设计古地貌恢复的流程：选取等时基准面，分别进行压实作用 的校证恢复当时沉积的真是厚度，结合古构造发育特点求取本区的背景系数做背 景校j 下，做差异构造校正。文中研究了碰壁算法，较好的解决了本区域层位面积 大且不规则的问题。 ( 3 ) 研究谱反演技术，对有利区地震资料进行反演 花沟地区沙三、四段发育滨浅湖的滩坝砂，岩性较细，砂层较薄。根据薄层陷频 的原理，利用频谱反演薄层技术，可以较好的将厚度小于调谐厚度的独立薄层识别出 来。应用本技术对地震数据谱反演，预测薄层厚度提高地质解释的细节信息。 ( 4 ) 综合古地貌、谱反演预测及验证有利区带 用古地貌恢复技术结合在本区域基础工作进行有利区带划分。利用谱反演技术对 有利区带的地震资料反演，确定有利目标。 5 第二章博兴洼陷地质概况及古地貌 第二章博兴洼陷地质概况及古地貌 博兴洼陷是东营凹陷内一个次一级的构造单元，位于东营凹陷西南部，西邻高青 平南断层，东以石村断层为界，北邻东营中央隆起带东南端，南接鲁西隆起。洼陷东 西向呈地堑式，南北呈箕状，是东营凹陷的四个生烃洼陷之一。博兴洼陷呈北西断陷， 东南超覆，北西陡，东南缓的不对称箕状。整个洼陷东西向呈地堑式，南北呈箕状。 控制洼陷形成和构造、沉积演化的边界断裂为高青平南断裂。 2 1区域构造与沙三四段沉积特征 沙三段沉积时期，基底断裂活动加剧，导致地壳进一步拉张，东营凹陷进入了强 烈裂陷期。气候温暖潮湿，湖区范围迅速扩大，物源供应充沛，在博兴洼陷形成了三 角洲一重力流一深湖相沉积体系。此时，樊东地区正处于博兴洼陷的中心地带，地形 平缓，湖水较深，沉积物主要为粉砂岩和灰色、深灰色泥岩。 沙三段形成于裂谷盆地强烈沉降阶段，为一套分布面积广、沉积厚度大的深水湖 相暗色泥岩、油页岩夹砂岩沉积，是洼陷的主要烃源岩层，有利于自生自储岩性油气 藏的形成。 在沙四段沉积时期，在洼陷内形成了两个明显的沉积中心，高青断裂开始活动， 小营一石村断裂已具雏形。洼陷的中心为深湖一半深湖沉积，近鲁西隆起一侧则为滨浅 湖沉积，部分地方为扇三角洲沉积。 沙四段是该区的主要储层之一，其不同物源的砂体交错叠置，具有成因类型复杂 多样的特点。层序内部主要发育湖侵域和高位域，低位域不明显。层序底界的岩性常 为湖侵域的泥岩。 2 2 古地貌恢复 古地貌是控制盆地内沉积相发育与分布的主导因素，层序地层单元结构类型、叠 加式样由基准面旋回变化控制着，因此其在基准面旋回中所处的位置与沉积动力学关 系等可以对沉积地层进行高分辨率的等时地层对比。高分辨率层序地层学进行沉积前 古地貌分析也是建立在等时基准面的基础上行的( 吴丽艳，2 0 0 5 ：韦忠红，2 0 0 6 ) 。 对博兴沣陷，在立足于地震资料的基础上，结合井资料及地质资料，对沙三段底进行 古地貌的恢复，设计如下古地貌恢复流程： 1 ) 选取等时基准面( 即o 标准层) 古地形恢复的最基本的方法是根据地层基准面原理、体积分配原理、相分异原理 6 中蛋石油尢学( 华末) 碛士学位论文 与旋回等时对比法则，进行沉积后作用的反演，通过现今地表构造去一层层的反推目 的层的古时形态。等时性的基准面在整个盆地中是一个连续光滑的曲面，在不同的沉 积体系发育位簧，其曲率大小不同，可以以基准面作为对比参考面来恢复出下伏地层 沉积前的原始古地貌形态。选取0 标准层的原则：目的层到等时基准面这段沉积过 程中堆好不要发生大的构造变化，最好是连续沉积，不要存在地层缺失或者严重剥蚀； 并且沉积年代足够长；在全区连续分布。若是不存在地层抬升剥蚀现象，则可以极大 降低恢复难度和有效的提高恢复古地貌的真实度。由图2 1 可以看出t 4 完全符台基 准面选取的原则。 图2 _ l 博兴洼陷花沟地区地震剖面 在一定的假设条件下，认为沉降速度和沉积速度相对稳定的情况下，盆地的古地 理环境保持不变，盆内的沉积物的堆积厚度与地壳沉降幅度大体是相当的。正是基于 这种沉积补偿假设，才可能重塑地层的构造发育史。于是用待恢复的目的层减去选取 等时基准面( t 6 一t 4 ) 求得厚度差，这个厚度差理论上就是目的层的初始古地貌。但 是由于前面的假设，这个古地貌与真实的情况有很大的出入，故要进行下面的各种枝 证( 压实、背景、构造) 。 2 ) 压实校正 地层沉积过程中。随着沉积物的不断累加，在压实作用下它的沉积厚度发生一定 的变化。为了恢复当时沉积的真实厚度。需要对时今厚度进行压实校正。压实作用的 效果主要由两部分决定，分别是上面沉积物的重量以及自身的岩性。而这又包括两部 分即基准面以上的埋深压实校正和基准面到被恢复达到的面的岩性压实校正。基准 面以上的岩性压实校正在背景校正中进行。这里主要讨论基准面以下到被校正面之间 7 第二章博辩洼陷地质概况及古地貌 的岩性压实校正。 霉2 - 2 1 4 层( 基准面)留2 - 3 初始古地貌( t 6 - t 4 厚度差) 在井资料较少的情况下，利用地震反演波阻抗资料进行岩性压实校正。具体校正 方法是：对研究的目标段进行三维地震料反演。利用反演的波阻抗资料进行加权平均 求得沙三段的平均波阻抗利用该波阻资料，结合井资料的标定分析，进行岩性压实 校正。 圈2 - 4 经岩性压实校正之后古地貌 3 ) 背景技正 古地形恢复的假定前提条件是沉积时间足够长，能够将所有的高位削平并且把地 位填平。这种假设是理论上的，实际中最后是不平的。如何尽量的符合实际情况，这 就需要做背景校正。背景校正的参数与( 从恢复层到标准层) 的沉积时间有关，沉积 时间越长，这个系数就越小，反之就越大。它的公式是： d r = y i + d 其中：y 是沉积后的标准层深度；k 为背景校正系数( 或者说扑偿系数) ，是一个经 8 m m 瑚 掰瑚 瑚姗 删 m 啪珊瑚 啪枷 瑚啪 中胃石油大学( 华末) 颈士学位论文 验值( 因为地层沉积的不可模拟性只能通过试验求取) ；d 则是基于层拉平技术恢 复出的古地貌。 如果k 足够大，那么就是现今构造形态；如果k 等于零，则是属于理论情况( 完 全满足假定条件) 的古地貌恢复。本地区所选的背景校正系数为01 7 较合适。由图 2 - 5 可以看到背景系数为o1 0 时，几乎没有变化。 图2 - 5 背景授正效果l ( t = 01 0 )图2 - 6 背景校正效果2 ( = 仉1 7 ) 4 ) 差异构造校正 差异构造校正就是指针对构造作用引起的这些沉积差异所做的校正。它主要包括 断层校正、剥蚀补偿等等。根据断层的发展历史可以将断层分为同生断层和后生断层。 后生断层时指沉积后形成的断层，不会产生沉积的差异；而同生断层是边沉积边断裂 上升盘与下降盘的沉积发生了极大的差别，所以断层校正指的就是同生断层校正。在 古地形恢复中，若是选取的基准面和目的层这个层段存在同生断层，则需要进行断层 校正。如果不对其进行校正，会出现的古地貌根本不存在的陡崖现象( 如图2 - 7 ) ， 大大降低了古地貌恢复的真实程度。 鬟 黝 ；_ 暾 图2 - # t 6 构造圈与差异构造校正前古地貌对比图 结合地震资料的特性，古地貌中的陡崖是由于断层使地震信号产生的异常突变而 9 第二章博兴洼陷地质摄况瘦古地貌 产生的。也就是说找到了异常值，就确定了断层位置。但是一般说来，只有明显的异常 值才能检验出来，对于不是异常值的数据，错误定位同样会错失断层位置。这里运用 了拉依达( p a u t a ) 准则。用拉依达准则判断粗大误差的基本思想是以给定的置信概 率9 97 为标准，以三倍测量列的标准偏差限为依据，凡超过此界限的误差，就认为它不 属于随机误差的范畴，而是粗大误差。含有粗大误差的测量值称为异常值，异常值是由 断层造成的。 豳2 4 经差异构蠢棱正后古地貌 设对某量测得值为x i ，屯，矗，算出算术平均值厦绝对误差： f = ( x ) h ， ( 2 1 ) 缸= 一焉，j = l 2 惕( 2 - 2 ) 按贝塞尔公式测得值的标准误差： 毋= 【q ( n 一1 ) 】5 = “# 一( ) 2 ( n - d 。 ( 2 3 ) 如果某个测量值心的绝对误差缸( 1 d 由满足i a - | 3 d ，则认为而是含有 粗大误差的异常值，即断层位置。通过拉依达( p a u t a ) 准则进行异常值的判断得到 断层位置，通过上升盘与下降盘之间的断距校正得到图2 - 8 。 实际应用 将上述研究的各项古地形恢复校正措施，应用到博兴洼陷西部花沟地区的古地形 愀复。根据区域构造与沉积演化史研究，本区中、新生代经历了断陷一断坳一坳路 早第三纪经历了两个主要沉积旋回：沙三段沉积早期，深水湖盆发育最盛：沙三段沉 积晚期，主要发育分布于洼陷边侧部位的小型三角洲前源相和水下扇相储集体。本次 0 m m 啪拗 瑚 啪m 珊 啪 中国石油大学( 华东) 颐士学位论文 恢复的目的层为t 6 层界面，结合本区域的地质构造特点设计了如下的古地形地貌 恢复流程：选取地震解释的t 4 作为0 标准层；对地层的压实作用做压实系数校正。 在背景校正后做差异构造校正，综合利用各种基本地质图件，同时结合砂体等厚图、 古构造特点、现今构造特点等，通过分析对比，背景校正系数选为01 7 。 对比分析t 6 层现今构造和恢复的古地形( 图2 - 9 、2 - 1 0 ) 。现今构造整体反映被 北东向高青断层分成的两大构造格局，即南边近似单斜沉积地层和北边沉积地层，构 造形态比较简单。古地形恢复结果构造形态和现今构造有明显的区别。西部的洼陷带 在古地形恢复图上揭示清楚，而在构造图上反映不明显或者甚至没有反映，并且这个 洼陷带在沉积相及井资料研究中，已经早已证实。古地形恢复结果与现今构造的其它 不同之处，在沉积相研究中也都得到证实。 图2 - 9 1 7 6 层现今地貌图2 - 1 0t 6 层古地貌 相标志既是用来进行古环境分析的重要依据，也是用于判断古地形地貌恢复正确 与否的重要标志。如坡积、残积相一般出现在正地形；冲积扇一般则出现于高地的边 缘的正负地形过渡带；河流沉积、三角洲、湖泊等大量沉积相产于负地形。如果古地 形恢复结果和这些相标志吻合一致，说明各项校正参数取得合适，否则不合适。古地 性恢复结果，基本上符合上述沉积规律嗍。 _二_ 一 第一章博* 洼陷地震概况厦古地貌 图2 - l l t 6 祝祝相分布图与古地貌对比 23 古地貌恢复程序实现问题 2 31 大范围不规则层位数据处理 当需恢复层位面积过大且不规则时，研究了碰壁算法。碰壁算法原理很简单，就 l l 如- - 个小球在一间封闭的空间里。当小球碰到墙壁时被自动弹回。以图2 1 2 的边 界为倒介绍碰壁算法如何处理不规则区域数据的。 圈2 - 1 2 大面积不规则区域示意图 窗口相当于上面所说的小球，当小球碰到上边界时便会被弹回。在小球弹回的过 程中，加以控制使其按一定的规则弹回。反弹过程中，根据需要控制小球碰壁后向 右( 左) 移动几个窗口后，然后再垂直往下( 上) 移动，不断循环，直到遍历整个区 域。 中用石油大学( 华东) 磺学位论文 2 3 2 校正范围及校正量的确定 0 标准层的选取至关重要。看图2 一1 3 如果选取t 2 ，在画圈部分有明显的断层发 育。这对古地形校正存在很大的误差，必须加以矫正。在图2 1 4 厚度差中，可以很 清楚画图处有很大落差，与实际的地质情况不符。 如何校正t 2 呢? 首先要确定断层的发育的区域影响的范围及校正范围通过地 震剖面及t 2 层位及与t 4 的厚度差。确定如图2 1 5 的校正范围。 从地震剖面上看t 2 在断层左边一直是平稳沉积，没有大的构造变动直到大断 层发育处。在这种情况下，把t 2 在校正范围的层段提升7 75 7 m s 。( 在断层两边各 取5 到6 个点的时间，取平均再求差得到，断层校正的数据量7 7 5 7 脚) 。 第= 章博兴洼陷地质概况厦古地貌 图2 - 1 5 据初始古地貌埘分校正的范围 有了校正范围与校正量，下一步就是如何校正的问题。具体方法是，判断t 2 层 位的每个点是否在矫正的范围内，如果在就减去校正量7 75 7 m s 。面对不规则的校正 区域，利用基于单调性与相关边的多边形内外点判断算法。 2 3 3 基于单调性与相关边的多边形内外点判断算法 有关单调性与相关边定义、定理 建立多边形顶点的存储链表，找出多边形的最高、最左、最低、最右点 咒、小昂、耳 定义1 对多边形边只只+ ( f = l ，2 ) ，若有。引钆 y p , 则称该边为减单调边；反之 则称为增单边i 若璃= r p , 。则称之为水平边。称多边形边的这种性质为边的单调性。 定义2 对于多边形其中一边只只“( f = l ，2 ) ，当】氪】 h ，则点在b 只+ 。的左侧； 若 & & 讫 + ，则点在b 易+ 。的右侧 ( 2 ) 当p i p , + 。为增单调边时，若如 + ，则点在b b + 。的右侧 ?ff k 鼍& & k 。 ? ?7 f? ? ? 气 k & & k o ，点在ep i + ，左侧 c = = o ，点在e p i + i 上 i o ，点在e b j 。右侧 结合相关边查找可知，对最的非相关边和满足条件1 或条件2 的相关边只需进行 条件判断运算，而无需经过叉积运算；只有对不满足条件1 或条件2 的相关边，才需 进行一次叉积判断运算。因此大大减少了判断的计算量，加快了点与多边形关系判断 的速度。 d 算法步骤 ( 1 ) 建立多边形顶点的存储链表，找出多边形的最高最左最低最右顶点： ( 2 ) 做检测点在多边形包围盒内外的测试，若检测点在包围盒外，则点在多边 形外，算法结束；否则继续执行； ( 3 ) 找出检测点的相关边对，并进行关系判断，若点在多边形的边上，则算法 结束：否则计算s ：若s = 2 ，点在多边形内，算法结束；若s = 0 ，点在多边形外，算法 1 6 中国i 油大学( 华末) 碗士学位论文 结束：否则，点在多边形上，算法结束。 m_ i ，- ：= = j1 ，_ _ _ pj ? + ，e = _ ，mj m 瞄2 1 8 地震剖向上1 2 柱正前后对比 图2 1 9 t 2 标准层校正后求取的古地貌 从图2 - 1 9 上看该方法在亿标准层校正中取得较好的效果。 第三章谱反演方法研究 第三章谱反演方法研究 谱反演是在薄层的陷频理论基础上展开研究的。谱反演方法通过频谱反演薄层， 结合短时傅里叶谱分析将其应用到合成记录和实际资料当中。利用这种方法，可以较 好的将厚度小于调谐厚度的薄层识别出来。这种方法也可以推广到广义的反射系数序 列中去。 3 1 薄层陷频理论 对砂泥岩薄互层段，用短时窗对地震道做傅里叶分析，可以显示薄层振幅谱和相 位谱的周期性。对三维数据体目的层段做谱分析后，可以形成薄层振幅谱或相位谱数 据体。在合适频率上做频率振幅切片有可能显示古河道。做频率相位切片可以比常规 三维振幅切片更清晰地显示断层。薄层谱还可用来估算薄层厚度及岩性1 2 1 。 骂 颦百 ；+ 扣千：【# 搿i 0 时有极小值。只有当w t = ( 2 仃一1 ) 万时才同时符合这两个条件。这时， 厂= 掣f ，有极小值( 甩= 1 一n ，n = o o ) ，这就是陷频。由此可见，薄层谱是一个周期 谱，陷频周期性地出现。其第n 个陷频为z = 芝 f ，两个相邻陷频之差为 矽= z - f 一。= 只= v t ， ( 3 9 ) 这就是说，陷频差鲈亦即陷频周期尸，是时间厚度f 的倒数。陷频差可以实际测 得，如图2 1 的右侧谱上，就标明两个陷频之差，就是1 f 左侧是震源子波谱，经薄 层顶、底板反射叠合成薄层反射后的谱就成为有周期性的陷频谱。 应该注意，上面的结论是做了4 个近似才得到的。这些近似是【1 0 l ： 1 ) 垂直入射或近似垂直入射； 2 ) 反射系数极小，透射系数近似等于l ； 3 ) 盖层与底层波阻抗相等； 4 ) 略去了层间多次反射。 可得出包含透射系数、透射角、层间多次并且盖、底层阻抗不相等的薄层反射公 式，亦即上述4 个近似都不存在时，薄层反射波振幅为 “南半 协 如为垂直入射0 = 0 ，并且吒2 为二阶小数，近似于o 故有 彳= 心4 万d 兄= 4 吒忻( 3 - 11 ) f = 2 d v 2 = 2 a f z 它的相位角为 故薄层的反射波为 12 7 r d c o s o 1 一r 1 2 a 死2 n d冗w t 够= 一+ = 一+ 7 2五22 ( 3 1 2 ) -。l + 万一2 i i 矽 者或 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 r ( t ) = a e 却= 心，i m e x p ( 州2 + 叫2 ) = a o r l w r ( s i n w r 2 + j c o s w r 2 ) ( 3 - 1 3 ) 3 1 2 陷频谱的求取 先看图3 2 第一列是反射系数序列r ( t ) ，在薄互层( 非稀疏脉冲) 及长时窗条件 下，反射系数序列可以看作是白噪( 只有少数是例外，如旋回沉积和盐沼沉积) ，因 此它的振幅谱，( ) 是常数。第二列是子波w ( ，) ，用对称雷克子波，振幅谱w ( 厂) 是梯 形。第三列是噪声，2 ( f ) ，也是白噪，振幅谱甩( 厂) 也是常数，信噪比高时，噪声谱的 振幅比反射系数谱的振幅小的多。第四列是地震道s ( ，) ，它的振幅谱是s ( 厂) s ( ，) = ，( f ) w ( f ) + 刀( f ) s ( f ) = ，( 厂) w ( 厂) + 刀( 厂) ( 3 1 4 ) 由于厂( ) 和n ( f ) 都是常数，故s ( 厂) 形态与w ( f ) 一致也是梯形。 当采用短时窗时，所取的只是几个薄层，少数几个反射系数，它不再是白噪，它 的谱也不再是常数，而是显出薄层周期性陷频谱的特征。地震道的谱就是它与子波谱 的乘积。消去子波谱就显出陷频谱。这是处理的关键【l l 】。 3 1 3 陷频谱随厚度及岩性的变化 再来细看一下陷频谱的周期性变化。已知陷频周期只= 1 f ，取f = 1 0 m s 和 r = 5 0 m s 两种厚度分别作陷频谱，如图3 3 所示。在( a ) 图中，厚度f 为1 0 r e s 时， 频率周期为p ，为1 0 0 h z = f 为5 0 m s 时，频率周期为2 0 h z 。改用厚度作横坐标可得( b ) 图，厚度周期只= 1 f ，分别选l o h z 和5 0 h z 作图，只各为l o o m s 及2 0 m s ，这就是 通常用的调谐厚度图。在周期曲线左侧，振幅随厚度呈线性变化，用振幅可以预测薄 层厚度。薄层厚度愈大，所用频率成分应愈低。也就是说，薄层厚度小时用高频子波 即可。薄层厚度大时，也可用调谐法定厚度，但要谱分析后用其低频成分；低到什么 程度，决定于其时间厚度f ，使f 落于第一周的左翼线性部分即可。如有一厚4 5 m 左 右的储层，层速度为3 0 0 0 m s ，时间厚度为3 0 m s ，正落于( b ) 图l o h z 线的线性部分： 取低频l o h z 的调谐曲线就可以用振幅定其各点的具体厚度【1 2 1 。 2 1 第三章谱反演方法研究 ( a ) k n 帅1 ) ( b ) 图3 - 3 陷频谱随厚度的变化 ( a ) 以频率为横坐标，l o r e s 和5 0 m s 两种厚度的陷频谱；( b ) 以时间厚度为横坐标，i o h z 和 5 0 h z 两种频率的调谐曲线 当吒i t 2 0 时，恰恰相反，该振幅谱的最小值在f = n t 处， 而该谱的最大值在f = ( n + l 2 ) t 处。当，吒符号相反时多大数情况是该薄层位于泥 岩骨架中【1 引。 缴一i - - 描o 123l567 r r ( d i m e n s i 咖s ) 一一d t 2 1 + 2 0 - - - - - - 一f l r 2 - = - + l0 麟一 3 4 567 r h 柏m 嘲) 图3 - 4 薄层反射系数的振幅值 由此可以得到以下结论： 1 ) 对砂泥岩薄互层的反射，用短时窗作地震道的傅里叶分析，可显示薄层振幅 谱和相位谱的周期性。根据薄层周期性陷频谱随厚度变化的特征，可以计算出薄层的 厚度。 2 ) 沿三维数据体目的层开短时窗作逐道谱分析，得到振幅谱或相位谱数据体。 根据具体的地质体选择合适的频率做频率振幅切片或频率相位切片，能够比常规三维 切片有更清晰的显示【1 4 】。 喵 昭 盼 嘶 叫 暑暑l 圳 o 瞄 1 2 叭 嘶 -l，ld 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 3 2 谱反演方法研究 3 2 1 单层模型反演方法 单层模型下对合成地震记录做短时傅里叶变换，然后利用谱分析技术建立目标函 数【1 5 】。经过不断地迭代反演求取最优解，即反射