（地球探测与信息技术专业论文）空变匹配因子控制下的信号域联合拓频方法研究.pdf

摘要 随着油气勘探的深入和技术的发展，为了能够更加精细解释地层、构造、储层等 地质目标，对地震资料的分辨率提出了越来越高的要求。提高地震资料分辨率是地震 数据处理过程中的关键。针对垦7 l 地区多尺度地球物理资料，综合利用井间地震、 测井以及地质信息等，研究井地联合拓频方法，建立了井地联合拓频技术流程。并通 过实际资料和模型数据处理分析，验证了井地联合拓频的合理性、可行性和可靠性。 首先对地面地震和井间地震资料进行频谱分析，通过频谱分析确定它们之间是否 满足进行联合拓频的基本条件；然后通过井间地震与地震数据之间的匹配可以得到具 有较高频率的局部匹配因子，对局部匹配因子按照一定的方法进行空间处理，得到具 有较好连续性和稳定性的空变匹配因子；接着空变匹配因子作用于通过地震记录脉冲 化技术获得的主要层位脉冲记录，得到具有较高分辨率的匹配数据体；下一步，在测 井资料和地质认识的约束下，运用地震记录脉冲化技术得到有效地震地质模型，作为 宽带约束反演的约束条件，对地面地震资料补偿高频，拓展低频，并最终得到联合拓 频数据体。 通过对模型和实际资料处理取得了明显效果。研究认为：( 1 ) 可利用井间地震和 地面地震资料在各自在纵横向分辨率上的优势进行联合拓频，两种资料既可以相互印 证，又达到了有机结合的目的；( 2 ) 通过地震资料相关性和空间距离作为匹配因子空 变处理的约束条件是合理有效的；( 3 ) 空变匹配因子在连续性和稳定性方面都达到了 要求；( 4 ) 通过联合拓频数据体的时频分析可以清楚地认识到，联合拓频达到了补偿 高频、拓展低频的目的，地震资料的分辨率有了很大的提高。 关键词：联合拓频，频谱分析，匹配因子，地震记录脉冲化技术，地震地质模型 r e s e a r c ho nj o i n tw i d e n i n g t h ef r e q u e n c yb a n dc o n t r o l l e db ys p a t i a l v a r i a t i o no fm a t c h i n gf a c t o r i ns i g n a ld o m a i n l ih u i ( g e o p h y s i c a lp r o s p e c t i n g a n di n f o r m a t i o nt e c l m o l o g y ) d i r e c t e db ya s s o c i a t ep r o f s o n gj i a n g u o a b s t r a c t i i lc u r r e n t ，m eh y d r o c a r b o ne x p l o r a t i o ni sm o r ea n dm o r ed i f f i c u l t y s o t h a tmo r d e r t oi n t e r p r e t i n gs t r a t a ，s t r u c t u r e ，a n dr e s e r v o i rm o r ee x a c t l y ，w en e e d t h eh i g h e rr e s o l u t l o n o fs e i s m i cd a t a i m p r o v i n gt h er e s o l u t i o n o fs e i s m i cd a t ai s t h ek e yo fs e i s m i c 似a p r o c e s s i n g a c c o r d i n gt o m u l t i s c a l eg e o p h y s i c a ld a t ai n k e n 71 ，i n t e g r a t ec r o s s 。w e 儿 s e i s m i c w e l ll o g g i n ga n dg e o l o g i c a li n f o r m a t i o n ，r e s e a r c hc r o s s w e u - s u r f a c e s e l s n l l cj 0 1 m w i d e n i n gf r e q u e n c ym e t h o d ， a n df o u n dt h ef l o wo f c r o s s w e l l - s u r f a c es e l s m l cj o i n t 埘d e n i n gf r e q u e n c ym e t h o d t h e nb ya n a l y z i n g r e a ld a t aa n dm o d e ld a t ap r o c e s s m g ，v e m y t h er a t i o n a l i t y , f e a s i b i l i t ya n dr e l i a b i l i t yo f t h i sm e t h o d f i 戚a n a l y z et h et i m e f r e q u e n c y r e l a t i o nf o rs e i s m i cd a t aa n dc s s _ w e l ld a t a ，a n d c o n f i r mt h a tt i m e - f r e q u e n c ya n a l y s i sw h e t h e r m e e tt h eb a s i cc o n d i t i o n so fj o i n tw l d e n l n g t h ef r e q u e n c yb a n do rn o t t h e n ，o b t a i nt h eh i g h f r e q u e n c yp a r t i a lm a t c h i n g f a c t o r sf r o m c m s s w e l la n ds e i s m i cd a t a ，u s es o m es p a t i a lp r o c e s s i n gm e t h o d t os e r i a l i z ea n ds t a b l i l z e t h es p a t i a lm a t c h i n gf a c t o r s ，a n dt h e ng a i nt h es p a t i a lm a t c h i n g f a c t o ra c t m go np r i m a r y p u l s e dr e c o r d ，i no r d e r t oo b t a i n i n gah i g hr e s o l u t i o nm a t c h i n g d a t ab o d y w i t hm er e s t r a i n t o fl o g g i n gd a t aa n dg e o l o g i c a l k n o w l e d g e ，u s es f m o dm e t h o d t ot h ee f i e c t l v e s e i s m i c g e o l o g i cm o d e l a st h ec o n s t r a i n tc o n d i t i o nf o rb c i ，c o m p e n s et h eh l g hf r e q u e n c y 锄de x p 锄dt h e1 0 wf r e q u e n c yf o rs u r f a c es e i s m i cd a t at oo b t a i n ah i g hr e s o l u t l o nd a t a b o d y t h e o r e t i c a lm o d e l sa n dp r o c e s s i n gr e s u l t so f r e a ld a t as h o wt h a tt h en e w m e t h o dh a s r i g h tt h e o r yb a s i sa n db r i n g sg o o da p p l i c a t i o ne f f e c t b a s e d o ns t u d y i n g ，t h ea u t h o rh o l d s t h eo p i i l i o n st h a t ：( 1 ) i tc a nw i d e nt h ef r e q u e n c yb a n dt h r o u g hu s i n g t h e i rr e s p e r c t i v e a d v 锄g e si nv e r t i c a lr e s o l u t i o na n dl a t e r a lr e s o l u t i o no f c r o s s 。w e l la n ds e i s m i cd a t a t h e y e a c ho t h e rc a nf i tw e l la n dc o m b i n eo r g a n i c a l l y ( 2 ) r e s t r i c t e db yc o r r e l a t i o n o fs e l s m l c d a t a 锄ds p a t i a ld i s t a n c e ，s p a t i a li n t e r p o l a t i o nm e t h o d i sr e a s o n a b l ea n de f f e c t i v e ( 3 ) t h e s d a t i a lv a r i a t i o no fm a t c h i n gf a c t o rf u l f i l l st h er e q u i r e m e n t so f c o n t i n u i t ya n ds t a b l l l t y ( 4 ) t h et i m e 仔e q u e n c ya 1 1 a l y s i sr e s u l t so fh i g hr e s o l u t i o ns e i s m i c d a t ac a nf a i r l yd i s p l a yt h a t ： t h j sm e t h o dc o m p e n s e sh i g hf r e q u e n c y a n de x p a n d sl o wf r e q u e n c yi s 撇1 n e d a 1 1 d i m p r o v e st h e r e s o l u t i o no f s e i s m i cd a t as i g n i f i c a n t l y ； k e yw o r d s ：j o i n tw i d e n i n gt h ef r e q u e n c yh a n d ，s p e c t r u ma n a l y s i s ，m a t c h i n gf a c t o r ， p u l s e ds e i s m i cr e c o r d ，s e i s m i c g e o l o g i cm o d e l 1 l l 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：日期：9 p 年；月2 曰 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 指导教师签名： 日期：d 兮年 日期：髫年 6 月2 日 6 月谢 中国石油大学( 华东) 硕十学位论文 第一章引言弟一早jii 1 1 研究目的 从“六五 开始，我国就把提高地震勘探的分辨率列入科技攻关项目，提高地震 勘探的分辨率已成为一项长期的科学研究课题，它受到多学科技术发展水平的制约， 只有依托相关学科的技术发展，才会促进地震勘探技术的自身发展。就专业本身而言， 它又与数据采集、处理、解释有着紧密的联系，是一项复杂系统工程。经过三十多年 的艰苦努力，地震勘探的分辨率有了显著的提高，得到了一批有意义的成果【l 】。但是， 现今地震勘探的分辨率仍然满足不了地质解释的要求，特别是在油田开发方面，其矛 盾显得尤为突出。一方面，石油勘探目标的复杂化和精细化，油气储层地球物理的深 入发展，为地球物理人员提出了新的挑战；另一方面，日益提高的地震勘探技术为我 们提供了愈来愈丰富的多尺度地震资料，特别在油田进入开发中后期，开发地震有着 举足轻重的作用：动态监测油气田开发过程，确定开采过程中流体运移趋势、驱油物 质的波及范围、剩余油的分布情况等。因此，以己知地质规律为前提，研究地面地震、 井间地震等不同尺度的地球物理资料联合拓频方法，拓展地面地震的频带宽度，提高 地面地震的分辨率，对于油田开发具有重要的作用和全新的意义。 地面地震资料具有较好的横向连续性，但其纵向分辨率常常不能满足精细勘探的 要求；而井间地震观测更接近地下目标，基本不受各种地面因素的影响，从而具有更 高的分辨率和信噪比，各种动力学特征也更明显、更直接，特别是其在纵向上具有比 较高的分辨率，横向上具有较好的连续性。因此将井间地震资料与地面资料联合进行 拓频，可以充分发挥各种数据的优势，得到高质量的地震剖面，为油气藏精细描述和 动态监测提供更详尽、更可靠的地震信息。 胜利油田在垦7 1 区块采集了国内外最为丰富的针对特定探区的地球物理资料。 这些不同尺度的地球物理资料包括井间地震、三维v s p 和地面高精度三维地震资料、 测井与岩心资料，不仅是垦7 1 区块进行油藏建模与油藏描述宝贵的基础数据，也是 进行地球物理勘探方法研究的最佳基础数据。将不同尺度资料有机地结合起来，进行 全面、综合、深入的研究分析，用于油藏建模和油藏描述，能够搞清油藏精细结构， 对储层的刻画更加细微，从而使开采方案更加合理，达到提高产量的目的。利用现有 技术方法和软件对这些资料的处理取得了很大进展，得到了较常规地震勘探质量高的 地震剖面。目前所研究的地震资料联合拓频在空变匹配因子的控制下，利用井间地震 第一章引言 横向连续性和纵向分辨率较高的特点，对地面地震数据进行拓频处理，得到分辨率接 近井间地震的高精度拓频地震资料，为搞清地下地质构造提供可靠的资料。因此，有 必要开展多尺度地震资料联合拓频技术研究。 在拓频技术研究中，并不是频宽越大越好，李庆忠院士曾指出：分辨率和频宽成 正比这句话虽然不错，但是不能光看频宽数值愈大愈好，还要注意不要丢掉低频成分。 那种丢掉低频成分的、表面上看来主频较高的分辨率是假分辨率【2 1 。 空变匹配因子控制下的信号域联合拓频主要是根据垦7 1 区块的实际情况，研究 适用于垦7 1 区块井间地震和地面高精度三维地震等地球物理资料进行联合拓频的技 术。 1 2 国内外研究现状 用地震资料解决油气勘探问题时，地震资料的分辨率是关键，获得高分辨率地震 资料也是众多地球物理研究人员不断追求的目标。李庆忠院士曾经指出【2 j ：今后石油 物探的主要任务恐怕首先应是提高地震勘探的分辨率。没有足够的分辨率，我们很难 在储层研究及油藏描述方面有所作为，而提高地震勘探的分辨率现在也已经条件成 熟。提高地震勘探的分辨率，是从野外观测到室内资料处理的系统工程。为了提高地 震资料的分辨率，己经在动、静校正，水平叠加，偏移和反褶积等方面提出了很多室 内资料处理方法。尽管近年来石油地震勘探数据采集和处理技术都取得了长足进步， 采集的地震资料具有较高分辨率，但是仍然不能满足精细地质解释的要求，必须进一 步处理改进。 李生杰【3 】提出利用测井资料的高频信息，通过反褶积等手段压缩、整形子波，拓 宽地震资料的有效频带，从而达到提高地震资料分辨率的目的。张玉芬【4 】提出的多参 数约束高分辨率处理方法，主要是通过测井、地震资料以及一定的构造信息约束得到 一个具有较高分辨率和较宽频带的近似反射系数序列模型，通过与已求出的子波褶积 得到高分辨率地震剖面。杜世通【5 j 认为要提高地震资料的分辨率，应是地震信号频带 按层序级别的频率间隔跳跃式地向高频扩展，否则改进的分辨率是没有意义的；补偿 高频、拓展低频应该是一个相对概念，具有实际地质解释意义的高分辨率地震数据处 理，应该是针对地质研究目标的调谐频率进行有选择性的高频、宽频带处理。一个真 正的高分辨率地震资料，必须具有识别和划分研究尺度范围内各个级别的层序体及其 分界面的能力，地震响应必须符合地震层序模型所要求的各项特征。田钢【6 】利用微测 井直达波资料，采用最佳维纳滤波方法，求取不同厚度低降速带地层的吸收补偿反滤 2 中国石油大学( 华东) 硕上学位论文 波器来补偿地震数据的高频成分。徐旺林1 6 0 1 采用褶积算子将地震资料的低频信息和测 井特征属性的高频信息相融合，以达到有效拓展地震资料频带，提高分辨率的目的； 王西文【7 j 在限定有效地震频带，防止出现假频的前提下通过子波分频处理和反褶积来 拓宽地震资料的频带。徐衍和【8 】提出的优化高频拓展技术，他认为地震记录是反射系 数序列在频率空间低频端的投影，将频率空间低频端的地震记录反投影到更宽更高的 频带，从而可以达到拓宽频带提高分辨率的目的。易宗富【9 】提出了保幅宽频高分辨率 处理技术( h i r a b ) 是在提高地震资料信噪比和振幅相对保持的基础上拓宽地震信号 的有效频带、提高分辨率，获得的地震剖面具有分辨率高、信噪比好、波组关系得到 保护等优点。芮拥军【lo 】提出叠前通过振幅补偿和反褶积技术，叠后有限反射频带识别、 提高优势频率来提高地震资料的分辨率。孙渊【l l 】在处理煤田地震数据时应用反q 滤 波、组合反褶积方法( 预测反褶积、脉冲反褶积和零相位反褶积组合) ，通过对子波进 行压缩达到展宽频带，提高分辨率的目的。 b r u c ez s h a n g e l 2 】提出一种基于高阶累积量的子波分析方法来拓宽地震频带技术； 为了有效抑制边界效应，在提取子波时通过质量控制来优化频带。s a t i n d e rc h o p r a 【l 3 j 等利用v s p 地震数据，通过求取不同深度地层的反滤波器来补偿高频成分；鼬c k w a l i a t l 4 j 提出通过分层反射系数反演来拓展频带宽度，首先通过分层数据和地质趋势 建立一个层状模型，它的初始厚度是由地震数据的频带宽度决定，由于厚度和波阻抗 是一个扰动量，通过模型得到的合成记录与地震相比较，不断对其修正，使其与实际 地质构造误差达到最小，这样可以剔除调谐效应，得到比原始地震数据具有更高频带 宽度的反射系数序列，进而得到高分辨地震资料。d l e e e n 4 1 5 j 认为恢复地震高频信息 的能力决定提高地震分辨率的程度，在提高时移地震的分辨率时，提出通过得到一个 没有接收噪音，特别是对于高频信息具有较高信噪比的地震数据体，利用公用谱设计 两个对称的匹配因子，因为这样可以提高高频信息的再现性，然后在层位的约束下利 用地震资料的空间相关性对稀疏反射系数进行插值，最后通过反射系数与匹配因子褶 积得到高分辨率数据体。k r s a n d h y ad e v i 1 6 提出通过地震子波的相似定律由带限数 据计算得到高分辨率地震资料；m a s c h o n e w i l l e 【1 7 】提出通过时间域高分辨率r a d o n 变 换，对地震数据，特别是复杂的地震数据进行处理，与频率域高分辨率r a d o n 变换相 比更能够实现多次波场分离，抑制空间假频，达到保幅的效果。 1 3 研究思路 根据联合拓频的基本原理，从实际地震资料出发，根据不同尺度地震资料，建立 气 第一章引言 统一的处理流程。井地资料联合拓频处理流程建立的基本思路是利用井间地震资料引 导和加强三维地震资料中的有效信号，补偿高频，拓展低频。 传统的联合拓频仅使用测井资料作为单一的约束条件。而井间地震资料含有十分 丰富的地质信息，特别是在油田开发后期，采集了越来越多的井问地震资料，利用多 对井的井间地震资料可以形成具有一定空间变化的约束条件，有利于获得更加准确的 空变匹配因子。因此，在此利用多对井的井间地震剖面，在三维地震资料构造解释线 的控制下得到空变匹配因子体，然后再进行联合拓频。这样就使得约束条件由单井扩 展到井间，从而可以提高匹配因子的稳定性和可靠性，比较好地解决了层位错断位置 处匹配因子求不准的问题。 井地联合拓频的思路是：对地面地震、井间地震进行匹配处理，得到局部的匹配 因子，然后利用适当的插值方法实现匹配因子的空变处理，得到全局空变匹配因子。 将空变匹配因子作用于由地面地震数据通过地震记录脉冲化技术获得的地震地质模 型得到匹配数据体，在对匹配数据体有效性评价的基础上，用地面地震数据作为输入， 用由匹配数据体获得的高精度地震地质模型作为约束，进行宽带约束反演，并最终得 到井地联合拓频数据体。 4 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第二章井间地震技术 目前地震勘探数据采集大致存在四种观测方式：地一地观测方式、地一井观测方式、 井地观测方式和井井观测方式。其中地地观测方式是常规的地震勘探，井井观测 方式就是井间地震勘探【1 8 】。井问地震作为强有力的高分辨率工具，对地震油藏描述在 方法和技术方面起到了极大的推动作用。 2 1 井问地震技术原理 所谓井间地震，就是采用在一口井内放置震源，激发地震波，在另一口井内放置 检波器接受地震信号的地震观测方式。利用井间层析成像、井间反射波成像和井问导 波成像方法进行资料处理，以获得能够反映两井之间岩性和地层结构的剖面的一种地 震方法，如图2 1 所示。 lw 圳擀 ：晤 7 l 下行反艇挚n 、 乡龠翮杂心、一 n x气 i ii i _i 一一 上行反射波 、i 上，鼋粼、 图2 - 1 井间地震观测示意图1 1 9 1 井间地震和常规地震相比，由于将震源和检波器都置于井中，可以较好地避开衰 减严重、非均质性严重的近地表低速带的影响，尽量接近目的层或者直接布置在目的 层上，地震波可以直接穿越两井之间的目标层，减少了不必要的衰减，提高了地震数 据的频率成分，并可以记录隐含地质信息的直达波等各种有效波，信噪比甚至可以高 出几个数量级。井间地震资料的分辨率介于地面地震和测井资料之间，通过井间地震 资料，依赖于井的精细标定和向外扩展，可以对地面地震资料进行比较精细的构造解 释，提高了地震资料层位标定的精度。一般情况下，在5 0 0 m 井间距离下的砂岩地层 中，频率可达到1 5 0 h z - 3 0 0 h z ，具有较高的地震分辨率，这为描述储层性质，进行 5 第二章井问地震技术 油藏精细研究提供了准确的第一性资料。 2 2 井间地震技术发展现状 井间地震测量原理于1 9 1 7 年首次提出【2 0 1 ，最初的应用目的是确定矿体的位置与分 布范围，随后又在建筑工程领域作为检测方法使用。2 0 世纪7 0 代初这种技术被引入到 油气勘探开发领域。井间地震技术经历了三十余年的发展历程，在上世纪8 0 年代末和 9 0 年代初，有一个发展高潮，其标志是美国许多石油公司投入大量资金进行井下设备 研制、成像技术研究和实际测量试验；9 0 年代中期由于油价以及其他方面的因素，研 究工作由热变冷，技术发展跌入低谷；9 0 年代后期又重新复苏，至今仍保持着稳步发 展势态【2 1 1 。与上次发展高潮有所不同的是，9 0 年代后期以来技术研究更注重于应用， 形成了许多有形的技术主品。服务领域多为油气田开发生产阶段，与油藏工程技术十 分紧密。通过静态或动态( 时移) 的数据采集、处理和井间速度层析成像、反射波成像， 在井间构造解释( 井间储层的连通性) 、储层参数分析和估算以及先导方案实施中的井 间监测等方面发挥了重要的作用。 1 9 7 2 年美国地球物理杂志报道了首次井间地震方法在油田上的试验【2 2 1 。到目 前为止，井间地震技术已经成功地应用于油气开发与生产的各个方面。在储层精细描 述方面，h a r r i s 等人通过对西得克萨斯卅 m c e l r o y 油田一对井间地震资料的一系列处 理，最终获得分辨率接近于测井曲线分辨率的反射图像，并在1 0 0 0 m 以下发现了一个 地面地震、v s p 与测井均未检测到，平均厚度仅3 m 左右的岩性尖灭油藏；1 9 8 7 年加拿 大n o r c e n 公司为了确定两口井间距仅5 1 m 的井间火烧前沿明显受阻现象的原因，进行 了井间地震观测，在7 1 0 m 7 7 0 m 深度井段内发现，两井之间存在明显的横向速度变化， 其中一口井在大约7 4 0 m 井段处存在一个高速异常体，解释为渗透性差的胶结砂岩， 正是它阻止了井间火烧继续向另一口井移动；1 9 9 2 年，a l l l o c o ，c o n o c o ，s c h l u m b e r g e r 等公司与斯坦福大学联合开展了：l l c o w d e n 油l i t g r a y b u r g i 反块c 0 2 气驱后油藏特性的 变化研究，综合应用了井间地震的层析成像、反射成像、槽波等资料，结合井中应力 分析、横波分裂、地面三维地震和测井资料等成功地描述了该区储层的非均匀性和各 向异性特征【2 3 1 。目前，美国的井间地震己进入稳步发展阶段，井间地震己从简单的二 维逐步走向三维、四维( 时延井问地震) 。井间地震专业服务公司每年为各国石油公司 进行数以百计的工作项目，每年的s e g 年会和石油物探期刊都有许多井间地震的论文 发表。 在我国，“七五”期间一些大学和研究机构已开始井间地震的理论研究。其中以 6 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 石油大学为首的研究小组进行了射线理论与波动理论的层析研究，取得了许多成果。 自1 9 9 2 年起，胜利、辽河等油田相继开展井间地震研究工作；1 9 9 4 年，胜利油田利用 自己研制的采集设备与处理软件，在草桥油田稠油开发区进行了一对深井的井间地震 采集与处理工作，第一次取得了井间纵、横波速度层析剖面与井间纵、横反射波成像 剖面，可以清楚地显示井间最小厚度为6 m 的砂岩层以及砂岩的尖灭。纵、横波速度 比在井眼处与声波测井曲线几乎完全吻合。反射成像剖面给出了测井段上下的高分辨 率资料，其主频为8 0 1 0 0 h z ，结合波形变化可分辨1 0 m 厚的薄层，并发现了井间的小 断层与轻微的角度不整合。此后，吉林油田在物探局帮助下，也进行井间地震的实验， 同样取得了较好的成果。石油大学( 北京) 还与辽河油田合作，完成了兀形井间地震试 验，即将地面地震与井间地震结合起来，可增加观测角度，扩大成像范围。2 0 0 0 2 0 0 2 年，中石化集团公司与t o m o s e i s 合作，在胜利、江汉、中原等三个油田采集了2 0 多对 井间地震剖面，初步结果分析，反射波成像剖面的主频可达1 5 0 - 5 0 0 h z ，胜利河口、 永安镇、纯梁等地区的井间剖面对于了解查明砾岩体中的砂体、火成岩的蚀变带、薄 砂层、三角洲前积层、小断层等地质现象提供了非常有意义的资料【2 4 1 。 实际应用表明，井间地震技术已经将接近测井资料分辨率的地震数据拓展到了井 间。利用高精度的井间地震成像资料，能够更加精细地描述储层油藏的构造和沉积 特征、储层油藏的横向变化及连通性、检测油气与裂缝、监测驱油后的油气分布、 寻找漏失油层、指导油气开发动态管理、提高采收率等等。 在油田开发阶段，借助高分辨率的井间地震成像结果及井间地震属性资料，对原 来利用钻井资料建立的井间地质模式进行深入认识，在此基础上，可以利用井一地联 合拓频技术建立更加精细的三维地质模型，指导油田的滚动勘探开发和剩余油挖潜。 2 3 井间地震资料特点 井间地震资料与地面地震和v s p 资料同为地下介质的波场信息响应载体，反映的 是地下介质的地质特点，地面地震和v s p 成像资料解释的方法技术在井间地震资料解 释中依然适用。由于井间地震成像结果的分辨率接近于测井资料，相对于地面地震及 v s p 资料来说，井间地震资料更便于结合测井资料对地质构造、岩性、沉积、流体等 储层解释结果进行约束，更便于结合测井资料的地质解释方法进行井间地质解释工 作，从而更易于把测井资料精确解释的结果从单井拓展到井间【2 3 】。 井间地震成果资料丰富，可利用的波场信息多。图2 2 是井间地震波场类型及成 像技术示意图 2 3 】。 7 第二章井问地震技术 通过实际井间地震资料的系统分析，我们认为井间地震具有与地面地震及v s p 技 术明显不同的特点，主要有【2 6 】： ( 1 ) 波场复杂。丰富复杂的井间地震波场是一柄双刃剑，一方面，各种波场相互 叠置形成干扰，应用常规的方法难以区分。另一方面，多种波场的存在又增加了井间 地震技术的用途。 ( 2 ) 管波发育，且能量较强。井间地震的管波与测井中的单井管波不同，它是一 种由沿井筒传播的波与沿地层传播的波组合而成的波，其主要特征与直达波以及一次 反射波等有效波至存在明显差异。 ( 3 ) 反射角度大。井间地震的反射波属于大角度反射波，一般反射角均在1 5 0 以上， 但多数情况下，反射都落在临界角以内，可以正确成像。 ( 4 ) 频率极高。一般可达到地面地震资料分辨率的1 0 倍左右，主频高达3 0 0 4 0 0 h z ，具有很高的分辨率。但高频也给资料处理带来困难，主要是要求处理的精度大 幅度提高。但只要处理得当，完全可以获得正确的有效反射波场信息。 井间地震技术作为一项特高分辨率的勘探技术，在油气开发与生产中将发挥越来 越重要的作用。从方法技术的角度看，正是由于井间地震技术的出现，才使得原本断 裂的方法技术链条得以完整，进而使我们能够获得具有连续分辨率的地球物理资料， 达到完整地研究地下不同尺度的地质目标的目的。 当然，它也有着自身的一些局限，主要表现在探测范围有限，仅仅能够获得2 口 井之间的二维信息。这对于注重横向预测和整体空间研究的油藏而言，无疑难以满足 要求。但是，与测井相比，井间地震无疑大大增加了探测空间，实际资料也说明，井 间地震技术已经将接近测井记录分辨率的地震成像拓展到了井间。 8 中国石油大学( 华东) 硕上学位论文 图2 - 2 井间地震波场类型及成像技术【z j j 资料分析结果表明：垦7 1 区块时间域的井间地震资料频带为8 - 1 8 0h z ，主频为 6 0 一- , 7 0 h z ；常规地震( 目标处理后) 资料的频带为8 - 8 0h z ，主频为3 0 - - 4 0h z ；深度 域井间地震资料与常规地震资料的频带范围均为0 0 1 - 一0 0 8 ( 1 m ) ，其差别主要是主频 分布特征不一致，井间地震资料主频在0 0 3 0 0 7 ( 1 m ) 均匀分布，而常规地震资料主频 则集中在0 0 1 0 0 2 5 ( 1 m ) 之间。 井间地震资料主频、频带宽度随目的层的埋深、岩性、流体性质的变化而变化。 一般来说，目的层埋深大、岩石结构致密、层速度高，井间地震资料的频带范围宽、 主频高；目的层埋深浅、岩石结构疏松、层速度低，井问地震资料的频带范围窄、主 频低。从胜利油田不同地区的井间地震资料频谱分析很容易看到这个特点：罗家地区 目的层埋深2 5 0 0 - - - - 3 0 0 0 m ，井间地震资料时间域频带范围3 0 6 0 0 h z 、主频2 2 0 h z ；埕 9 1 3 1 9 1 3 7 9 1 3 6 井目的层埋深1 6 0 0 2 2 0 0 m ，井间地震资料时间域频谱范围 3 0 5 0 0h z 、主频18 0 h z 2 7 , 2 s 。 9 第三章联合拓频流程及关键技术 第三章联合拓频流程及关键技术 联合拓频的主要目的是将不同尺度的地球物理资料( 包括井间地震、地面高精度 三维地震资料、测井和地质信息等资料) 有机地结合起来，进行全面、综合、深入的 研究分析，用于油藏建模和油藏描述，实现对油藏结构的精细描述，更加细微地刻画 储层，从而使开采方案更加合理，达到提高采收率的目的。 井地联合拓频综合利用了地面地震具有较高横向连续性，井间地震在纵横向分辨 率都较高的特点，结合地质构造信息，通过一系列方法和技术达到补偿地面地震高频 信息，拓展低频信息的目的。具体技术流程包括：首先利用时频分析技术分析井间地 震和地面地震资料频带的有效分布范围以及对层序体识别能力的差异，从而可以根据 两种资料的有效频带确定匹配数据体的频带分布范围，同时通过井间地震和地面地震 的频谱分析确定联合拓频的可行性；然后，对地面地震资料和井间地震资料进行匹配 处理，通过匹配处理得到局部匹配因子；接着，在地面地震层位数据的约束下，通过 基于相关性、距离等因素的计算进行空间插值，从而实现匹配因子的空变处理；最终， 空变匹配因子作用于有效地震地质模型得到匹配数据体，匹配数据体具有较高的分辨 率，以此作为宽带约束反演的约束条件，并最终得到联合拓频地震数据体。井地资料 联合拓频的处理流程如图3 1 所示： 高分辨率约柬数据 约 柬 空 变 匹 配 因 子 1 分析两种数据的频带展布| 利用谱自化或反褶积将憾l 频沓数据拓展到与高频带l 数据低额段相重合1 ；类数据 滤波嚣融合两l 图3 - 1 井地资料联合拓频流程图 其中匹配因子的空变处理技术作为研究的主要内容，将在第四章中单独做详细叙 述。下面对联合拓频所涉及的其他关键技术原理进行详细介绍。 1 0 中国石油大学( 华东) 硕十学位论文 3 1 时频分析技术 把频率域信息和时间域信息联系起来进行信号分析的方法称为时频分析2 9 1 。时频 分析是随着短时傅里叶变换方法发展起来的，它是信号处理中常用的一种方法，也可 以用来阐明各级地震层序体的内部精细结构，并预测其物质成分。由于时间信号的结 构特征与其频谱的特征紧密相关，当时间信号改变时，频谱特征也随之改变，这样就 可以利用时频信号来研究时间信号的结构特征，解决与信号相关的实际问题。 频率是一个重要的物理量。对于周期性的信号来说，频率为信号周期的倒数，是 恒定不变的，而地震信号是一种非稳态信号，其频率特性是时变的。1 9 3 6 年a r m s t r o n g 发现，在通信中对正弦信号进行频率调制可以有效地抑制噪声，人们随之进行了对调 频信号中频率这一物理量的研究；1 9 3 7 年c a r s o n 推广了频率的定义，使之成为随时 间变化的函数，并提出了瞬时频率的概念，认为频率即是相位角在t 时刻的变化率。 随着信号处理数学手段的进步，时频分析法由傅氏变换( f t ) 、短时傅里叶变换 ( s t f ，i 、) ，发展到现在开始被人们逐渐认识和使用的小波变换( w t ) 方法等【2 9 1 。 频谱是地震记录在频率域的重要特征。由地震记录时窗傅立叶变换获得的频谱分 辨率较低，不适于用作属性分析。利用希尔伯特变换对地震记录作复地震道分析，在 波的每一个到达时间位置上，获得振幅、频率、相位属性，称为瞬时属性。它是按照 简谐波的复数表示，根据复地震道定义，计算的振幅、频率、相位参数，与构成地震 脉冲的简谐成分的振幅、频率、相位参数是不同的。瞬时频率属性不能提供在到达时 间位置上准确的简谐成分频率信息，为获得真实脉冲信号简谐成分的频率信息，必须 引用傅立叶积分的概念，以及建立在脉冲信号傅立叶分解基础上的时间一频率分析技 术。时频分析技术，对地震记录进行滤波扫描，近似地将地震道时间域数据转换为旅 行时间一频率域信息，实现时频分析，提供了获取分界面频率特征的可能性。 时频分析技术，以物理可实现的滤波器，模拟单频国滤波器，对固定观测点x 的 地震记录进行滤波扫描，获取不同频率彩滤波器的实际输出，可近似地视为该频率 的简谐分量。将不同频率国滤波器的实际输出，按频率缈由小到大排列，得到时间一 频率分析剖面。剖面的纵坐标为记录的时间轴t 。，横坐标为频率轴。时频分析剖面， 在每个地震波到达时间位置上，使地震记录按频率做了分解，获得了频率域信息。 对地震剖面逐道做时间一频率分析，可以获得每一观测点x 上的时间一频率分析剖 面。若将所有的时间一频率分析剖面按空间坐标x 顺序排列，得到一个( x ，缈，t o ) 域的地 震数据体。其中的每一道数据是一个既定频率国的简谐分量，这个时间一频率分析地 1 1 震数据体在i 维地震解释系统中，一按i 维地震数据格，也录和解释。l 二维地震 数掘体类比，如图：卜2 所示，时问频率分析地震数据体的纵剖面足固定频率0 9 的分 频滤波剖面即 ，b m h ，e ”去( w 如l t ( 纠) 横荆匝_ i 是同定观测点xl 的时叫一频率分析削皿，即 f b ，刚。】2e ”去7 ( 川， ( 3 嘲 而时i i j j 切片则是固定，。时问上的地震信号存卒间频率域的分布- 即 ，b ，m ，b 1 。= e 。去( m p m i 。一( 3 - 3 ) 浚切片得到的信息称为分界面的频率属性，它展示了沿层位分析地震信号频率成分的 可能性。 地震测线时频分析数据的存储示意 “： 爹1 b 图3 - 2 地震测线时间频率分析数据的存储示意图 ( a ) 时频数据体存储示意：( b ) 时频数据体立体显示 1 2 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 联合拓频不是无米之炊，三维地震资料的质量是井地联合拓频的关键。时频分析 技术可以用来分析地面三维地震资料和井间地震资料的频带分布情况，看其频带重合 程度是否满足联合拓频的基本要求，以及分析两种资料的高频段是有效信号还是噪 声。 地震旋回体对应一定的地质层序体，地质层序体是由一定沉积环境下的地层组合 形成的。组成地质层序体的地层厚度都很小，因而在地震剖面上一般找不到与地质层 序体内部薄层相对应的独立的地震同相轴，地质层序体内部薄层在一般地震勘探中是 不可分辨的薄层。根据沉积环境的不同，构成层序体的薄层的厚度和波阻抗往往具有 一定的变化规律。地震资料的时频分析就是要从地震资料中提取出地震旋回体中所包 含的相关信息，用以解释地震层序体。 如果地震记录频谱包含了薄层反射系数频谱特征主瓣的大部分能量，则会产生振 幅调谐现象，对于每个薄层，存在一个振幅谱最大的频率成分，称为调谐频率。该频 率成分为薄层反射系数频谱特征主瓣的能量中心，频率成分的大小与薄层厚度有关。 时频分析的基本原理就是试图找到与各薄层厚度相对应的最大振幅谱频率位置以及 对应的时间。对于层厚度为h 米，地震波速度为口的薄层，调谐频率为： f ：旦 越 4 办 ( 3 4 ) 对地震记录道作时间频率扫描，如果在某一时刻频率成分 的能量突出，则表 示在该时刻可能存在一个薄层，其厚度为： h ：旦：兰 4 兀 4 ( 3 5 ) 基于上述，把一个水平迭加地震道或偏移地震道在时间域按频率成分展开，形成 一个时间频率剖面，称为时频分析剖面。在时频分析剖面上，层序体边界及其内部薄 层在相应的时间段出现在各自发生振幅调谐的频率道上。结合测井、钻井和露头地质 等资料分析该剖面，可以获得有关层序体沉积旋回性以及沉积相、沉积间歇、储层和 盖层分布等地质信息。 时频分析利用滤波器把地震道分解，从地震记录中近似提取出各频率成分的能 量，使用的滤波器必须考虑以下几个因素：( 1 ) 滤波器主频突出，且滤波器提取的能 量尽量反映该频率成分强弱；( 2 ) 滤波器的时间响应延续时间短，要求滤波器的频带 宽度达到两倍频程；( 3 ) 滤波器时间响应的时移为零，要求采用零相位的滤波器；( 4 ) 1 3 第三章联合事f i 频流程及关键技术 不同频率滤波器的时间响应要基本相似，便于对比，这就要求滤波器的低截频陡度和 高截频陡度固定。因而时频分析采用双倍频程零相位三角形宽带滤波器。 根据式( 3 - 4 ) n - 作出薄层厚度h 与调谐频率瓦。的曲线，如图3 3 所示。时频分析 滤波器主频的确定，以能识别不同厚度的薄层为准则。采样定理要求在一个波长内至 少有两个采样点，实际在薄互层厚度域，一般保证在一个波长内有五个以上采样点。 地震波在薄层中传播时顶底反射波路径距离上的差异为薄层厚度的两倍，所以一般使 下式成立： 丝 o 1 五 ( 3 6 ) 式中砌为相邻滤波器对应的薄层厚度的差值，元为薄层对应调谐频率的波长，即保 证在一个波长内有五个以上的采样点。兄为： 名= 4 h ( 3 - 7 ) 扣 d 厂 图3 - 3 溥层厚度与调谐频率关系 公式( 3 4 ) 对薄层厚度求微分得： d f = - - - 番h zd h = 一等锄 ( 3 _ 8 ) 将公式( 3 - 6 ) 、( 3 - 7 ) 代入( 3 - 8 ) 得： d f = 0 4 ( 3 9 ) 用滤波器的主频表示公式( 3 - 9 ) 为 厶+ - 一六= o 4 厶 ( 3 1 0 ) 式中z + 。为第刀+ 1 个滤波器的主频，z 为第n 个滤波器主频。所以时频分析滤波 器主频之间的关系满足如下关系式： 厶+ 2 ( 1 + 0 4 ) 六 ( 3 1 1 ) 一d 0 0 0 d 0 脚印 蚰 m 丛i 而，时频分析滤波器的k 频需要满足如下的递推关系： + 】2 ( 1 + 出) 2