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地震资料解释基本方法及发展趋势

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物探 地震资料解释 地震处理 反演
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地震资料的地质解释,指根据地震信息确定地质构造形态和空间位置,推测地层的岩性、厚度及层间接触关系,确定地层含油气的可能性,直接为钻探提供井位。地震勘探的地质成效,在很大程度上取决于地震资料的正确与否。而要正确地解释地震资料,必须了解地震剖面上的反射特性及其与地质剖面的内在联系;了解并掌握各种地质现象的变化规律及其地震响应;要善于识别和区分地震剖面上的假象;要正确认识和理解地震勘探的分辨率;也要明确,在沉积岩地区,地震剖面上大多数反射是干涉复合的结果;还要明确一点,地震资料的地质解释往往具有多解性和局限性。地震资料的野外采集和室内处理涉及到基础资料的操作,而地震资料解释就是把这些资料转化成抽象的地质术语。很显然,这种转化和转化的质量是每个解释人员的能力、想象力的综合表现,最终的成果体现在地质解释的合理性上。地震资料中蕴藏着丰富的地质信息,主要有两大类:一类是运动学信息,另一类是动力学信息。运动学信息主要是指地震波的反射时间t 0及旅行时差,同相性和速度(平均速度、层速度)等,利用这些信息可以把地震时间剖面变为深度剖面,绘制地质构造图,进行地质构造解释,搞清岩层之间的界面、断层、褶皱的位置和展布方向等。动力学信息主要是指地震反射特征,如反射波的振幅、频率、吸收衰减、极化特点、连续性,反射波的内部结构,外部几何形态等。从这些地震信息中可以提取非常有用的地层岩性信息,借此确立地震层序、分析地震相、恢复盆地的古沉积环境、预测生储油相带的分布、寻找地层圈闭油气藏。除此之外,借助于地震波的振幅,频率、极性等动力学信息并结合层速度、钻井、测井等资料,提取岩性和储层参数,如流体成分、储层厚度及性质、孔隙度等,进行地震资料的岩性分析及烃类检测。地震资料解释大致可分为三个阶段,即构造解释、地层岩性解释和开发地震解释。20世纪70年代以前,地震勘探方法和技术在解决地质问题过程中,主要以地震资料的构造解释为主,即利用由地震资料提供的反射波旅行时、速度等信息,查明地下地层的构造形态、埋藏深度、接触关系等。在这一阶段中,地震勘探技术在各种构造圈闭油气藏的勘探中做出了重大贡献。但是,随着人类对能源需求的不断增长和构造油气藏的大量发现和开发,比较容易找到的构造油气藏已经越来越少,于是人们不得不设法寻找非构造油气藏。与此相应,在地震勘探技术发展的基础上,对地震资料的解释工作提出了更高的要求。于是,在70年代末期出现了地震资料的地层岩性解释。这一阶段,应该说包括两部分内容,一是地震地层学解释,它是根据地震剖面特征结构来划分沉积层序,分析沉积岩相和沉积环境,进一步预测沉积盆地的有利油气聚集带。二是地震岩性学解释,这是采用各种有效的地震技术(如地震资料的各种分析处理方法),提取一系列地震属性参数,并综合利用地质、钻井、测井等资料,研究特定地层的岩性、厚度分布、孔隙度、流体性质等。油田进入开发阶段,地震技术为开发服务则产生了开发地震解释,主要研究内容包括油藏精细描述、储层参数预测、油藏动态监测等。地震资料解释大致可分为三个阶段,即构造解释、地层岩性解释和开发地震解释。20世纪 70 年代以前,地震勘探方法和技术在解决地质问题过程中,主要以地震资料的构造解释为主,即利用由地震资料提供的反射波旅行时、速度等信息,查明地下地层的构造形态、埋藏深度、接触关系等。在这一阶段中,地震勘探技术在各种构造圈闭油气藏的勘探中做出了重大贡献。但是,随着人类对能源需求的不断增长和构造油气藏的大量发现和开发,比较容易找到的构造油气藏已经越来越少,于是人们不得不设法寻找非构造油气藏。与此相应,在地震勘探技术发展的基础上,对地震资料的解释工作提出了更高的要求。在这种情景下,20 世纪 70 年代后期便出现了地震资料的地层岩性解释。这一阶段应该说包括两部分内容,一是地震地层学解释,即根据地震剖面特征、结构来划分沉积层序,分析沉积岩相和沉积环境,进一步预测沉积盆地的有利油气聚集带;二是地震岩性学解释,即采用各种有效的地震技术(如地震资料的各种分析及特殊处理方法),提取一系列地震属性参数,并综合利用地质、钻井、测井等资料,研究特定地层的岩性、厚度分布、孔隙度、流体性质等。油田进入开发阶段后,地震技术为开发服务则产生了开发地震解释,它是以地震资料为基础,综合一切可能获得的其它资料,采用一切可行的方法和手段,合理判断各种地震信息所代表的地质含义,为油田勘探开发提供决策性依据的全部分析过程。其主要任务是查明确切的含油气范围,预测储集层物性参数,估算含油气储量,提供油藏模型等。一句话,开发地震解释的基本任务在于进一步确定发现井所揭示的油气藏的细节,包括油藏精细描述、储层参数预测、油藏动态监测等。本章主要讨论地震资料的地层岩性解释,而主要侧重于岩性解释方面。在此我们对地震资料的构造解释和地层岩相解释的相关内容作简要概述。地震资料的构造解释是整个解释工作中的重点和基础,地层与岩性解释一般都是在构造解释工作之后进行的。构造解释主要包括时间剖面的对比、时间剖面的地质解释、深度剖面与构造图的绘制、含油气远景评价等工作。1.时间剖面的对比时间剖面对比是地震资料解释中的一项最重要的基础性工作,对比工作的正确与否直接影响地质成果的可靠程度。解释工作的首要任务就是在地震剖面上识别和追踪反射波,通常在地震时间剖面上,反射层位表现为同相轴(地震记录上相同相位如波峰或波谷的连线)的形式,所以在时间剖面上反射波的追踪实际上就变为对同相轴的对比。根据反射波的一些特征来识别和追踪同一反射界面反射波的工作,就叫做波的对比。波的对比方法包括:相位对比、波组或波系对比、沿测网的闭合圈对比,即剖面的闭合(相交测线的交点处同一反射波的 间应相等。剖面闭合是检验波的对比追踪是否正确的重要方法。)、研究异常波、剖面间的对比。2.时间剖面的地质解释在进行地震剖面的地质解释之前,应尽量收集前人的资料,做好对本工区有关情况的调查研究工作,这是必不可少的准备工作。时间剖面地质解释的具体任务包括:划分构造层;确定反射层的地质属性,了解地层厚度的变化及接触关系;对各种构造现象和特征作出地质解释。3.构造图、等厚图的绘制反射信息成图是一项实践性很强的工作,目前,构造图的绘制都采用人机交互解释系统来完成,即由工作站解释好的层位数据直接传输到计算机的绘图系统,解释人员利用工作站的专用绘图软件实现构造图的输出。构造图包括 造图和深度构造图两类,t 0 构造图是利用解释好的同一层位的 间,由人工或计算机直接勾绘而成,它反映了地下地质构造的空间变化形态。深度构造图利用解释好的同一层位的 间,经时深转换后,再由计算机绘制而成,它是地震资料构造解释的基本成果之一,用于含油气远景评价和钻探井位的部署等。等厚图表示两个地震层位之间的沉积厚度。在作等厚图时要把画在透明纸上的两个层位的真深度构造图叠合在一起,在一系列等值线交点上计算它们的深度差值,然后把差值写在另一张平面图的位置上,再对它们绘等值线,结果就是等厚图。4.含油气远景评价利用上述工作所获得的各种图件,在地质规律的指导下,对工区内构造圈闭作出含油气远景评价,提供钻探井位。就解释工作而言,通常包括剖面解释、平面解释、连井解释三个环节,它们彼此衔接,相互联系。根据使用的资料性质,地震资料解释又可分为二维解释、三维解释和正在发展之中的全三维解释。下面我们简单介绍剖面解释、平面解释、连井解释、三维地震资料的水平切片解释、全三维解释的基本方法和主要过程。一般来说,一个未经钻探的地区,应首先有非地震的物探工作(包括重力、磁法、电法等)以及地质工作,以此确立盆地的基本格架,然后根据具体的勘探目标布置测网。最早的地震解释工作只能从剖面解释开始,经过平面解释,达到提供钻探井位的目的。待钻探工作开始以后,解释工作就应以钻探的井位为出发点,以所钻井的地层资料为依据,控制和指导工区的剖面及平面解释,提高解释精度。5.剖面解释地震记录是以剖面的形式获得的,因此,剖面解释是最重要的基础解释工作。剖面解释的主要任务是:基干测线对比,用以研究分析追踪大套构造层,确立解释层位等;区域测线对比,用以解决构造层和各解释层位的全区对比问题;复杂剖面解释,主要针对重点地区的复杂剖面段(如断层、挠曲、尖灭、不整合及岩性变化等)以及诸如平点、亮点等特殊的现象作分析研究。如需进一步解释,一般还要进行特殊处理,利用各种地震信息(速度、频率、振幅、相位等)进行综合解释,并采用地震模型技术,反复验证,以求对地下复杂现象的正确解释。6.平面解释地震勘探的任务,通常是了解有利地区的地下构造特征和地层分布情况,因此各种平面图件是地震勘探的最终成果。主要包括:各种地质现象的分布图,包括主要目的层位的断层组合、构造纲要、尖灭线范围、岩性变化带以及各种有意义的沉积现象的平面分布等;各层位的等t 0构造图;各目标层位的深度构造图,用以了解各目的层位构造起伏情况,为钻探提供井位;各层位的地层等厚图,用以研究沉降沉积及其差异等。平面解释的图件同时又是地震地层学研究和地震岩性解释的基础图件。7.连井解释钻探的井位是通过地震和其它资料综合解释得到的,而钻井资料的获得又直接检验地震资料的解释精度,井资料及井旁的地震资料将作为下次解释的出发点。连井解释的具体内容为:钻井分层与地震反射层位的对比连接,了解地震反射层所相当的地质层位以及各地层的岩性接触关系等在地震剖面上的特征,如有垂直地震剖面(料,则可相当精确地标定地震层位,进行对比追踪;井资料用以获得较准确的平均速度和大套地层的层速度资料,平均速度是时深转换的主要依据,层速度则是速度岩性分析的主要参数;利用声波测井的层速度资料和密度测井资料,计算反射系数,并给定地震子波,制作井旁合成地震记录,把它与井旁实际地震道进行比较,用以判断井旁反射信息的地质含义,提高地质分层的准确性。8.水平切片解释经过偏移处理后的三维地震资料,组成一个三维数据体,三维数据体可以从不同方向,不同角度,用不同的方法显示成各种地震图件,其中包括垂直剖面和水平切片。垂直剖面包括纵剖面和横剖面、对角线剖面、过井的折曲测线剖面等。水平切片主要指水平等时切片,也可获取层位切片等。水平切片是三维数据体的等时面,这种切面与等值线图的形式相似,但等值线图是反映同一地质界面不同时间的等值线,而水平切片则是反映同一时间不同地质界面的水平切面,形象地称之为地质露头图,即反映不同时期沉积的地层在同一时间的出露情况。也可以说,水平切片上的地震信息与各铅垂剖面上同一时刻的地震信息相对应,水平切片是三维地震特有的显示资料。水平切片具有如下特点:(1)地震水平切片上波峰或波谷“同相轴”的显示宽度是地层倾角和地层界面反射波频率的综合反映。对于同一套地层,当埋藏深度变化不大时,反射波的频率变化也不大,因此可以利用水平切片上“同相轴”的显示宽度来了解地层倾角的变化。(2)不同时刻的水平切片上同一层位界面反射波的“同相轴”沿着地层倾斜方向移动。利用不同时刻的相邻水平切片对比同一界面可以了解该反射层界面的产状(倾向、倾角、走向及空间展布等)。(3)水平切片能直接、准确地反映出正(负)向构造的高(低)点位置及其变化。利用不同时刻的水平切片上同一层位反射“同相轴”的分布形态和移动规律,推断该地层界面的构造形态及其分布特征,如背斜、鼻状构造、向斜等。在不同时刻的水平切片上,背斜的“同相轴”随时间的增加向外推移,圈闭面积不断扩大,向斜的情形与背斜的相反。(4)断层在水平切片上反映比较明显。用水平切片绘制等t 0构造图:在经过水平切片的对比解释后,利用等时切片绘制等t 0构造图就十分简便了。具体作图方法如下:将透明测网底图蒙在某一时刻t=t 用钻井分层资料或垂直剖面的解释层位,在水平切片上找出相应层位的“同相轴”,然后沿着这个连续的“同相轴”的中心线或波峰、波谷的分界线描绘下来,这就是作图层位在此时的等值线。如果这个层位存在断层,则同时把解释出的断层位置描绘下来。对一系列由浅到深的等时切片,逐张重复上述工作,就可得到作图层位的等t 0构造图。利用水平切片绘制等t 0构造图具有下列特点:快速、准确、简便;构造图精度高,有利于构造细节、小幅度构造及小断层的识别。当然,如果地震资料的品质较差、信噪比低或作图层位反射波能量较弱时,利用水平切片绘制构造图将会受到限制。9.三维数据体全三维解释的基本思路所谓的全三维解释是指现阶段用面块切片解释,并以垂直剖面和水平切片的解释为辅,再与相干体等不连续性分析相结合,结果用三维可视化显示等一整套解释流程,属于地震数据体“真”三维解释的初级阶段。当直接利用可视化工具对三维数据体作地层标定、断层、岩性、沉积、储层分析,以及油气识别和油藏参数表征等进行交互解释时,才是真正意义上的三维解释。简单来讲,全三维解释是针对“数据体的解释” ,它从三维可视化显示出发,以地质体或三维研究区块为单元,采用点、线、面相结合的空间可视化解释。目前可用的全三维解释软件有 司的 。由此可见,数据体的全三维解释(主要指构造解释)离不开三维可视化技术和相干体技术。三维可视化技术,就是利用大量的处理后的三维数据体,检查资料的连续性,辨认资料的真伪,提取有用的异常信息,为进一步的快速分析、理解及解释提供有利的工具。也就是说,三维可视化是一种能以直观的方式显示数据及其人们对数据的理解和解释的工具。而相干体技术则是作为三维解释和可视化的重要内容,在构造解释领域起着重要的作用,尤其是在特殊岩性体、特殊油藏的分析和解释方面已取得了良好的地质效果。所谓相干体技术,就是利用相邻道数据间的相似程度,实际上就是利用相邻的道间不连续性来判断、分辨断层及油气藏的一种方法。借助于三维可视化技术和相干体技术就能实现三维资料的全三维解释。全三维解释的基础是实现对层位和断层面的自动追踪。层位解释的主要方法包括自动拾取、层面切片和体元(踪,简介如下。(1)自动拾取(也称自动追踪)技术在二十世纪八十年代初的解释系统中就已出现。所谓的自动拾取,就是解释人员把“种子点”或称“控制点”放在三维工区的纵横测线上,这些点所起的作用是控制自动拾取的计算,依据计算在相邻的地震道上寻找相似的特征点,如果在规定的条件下找到了特征点就取出来,再计算下一道。规定的条件主要包括追踪的特征、振幅范围大小、自动搜索的控制时窗。如果在追踪过程中没有找到满足上述条件的特征点,自动追踪就在当前道停止。目前,有两类较好的自动追踪拾取准则:一种是特征追踪,另一种是相关追踪。特征追踪是寻求倾斜时窗内样点相似结构形态,而在道间不作任何相关计算和比较,逐道地追踪定义的波峰、波谷和零交叉点等。基于相关的自动追踪是以“种子点”为中心截取一段地震道,使用一组定义在倾斜时窗内的时间延迟作为约束条件,对该段地震道作相关,如果在某一时间延迟内找到可接受的相关质量因子,则在该道上的拾取就固定下来,然后拾取下一道。很显然,这种方法的计算量比特征追踪计算量要大得多,但其结果的可靠性则要高一些。自动追踪方法对资料信噪比的变化很敏感,所以追踪时总是假定数据在局部范围内是连续、平滑且一致的。随着人工智能技术的发展,特别是神经网络技术的发展,自动追踪分析也开始多样化,沿一个解释层位的时窗数据或两个解释层位之间的数据,追踪其振幅、反射结构、频率、同相轴连续性、顶底接触关系、层速度、相关性等。(2)体元追踪技术对于三维可视化技术来说,体元追踪技术已被实践证明是迄今为止最好的技术。每一个地震采样点经过转化后就是一个体元,一个地震道相当于一个体元柱。对于一个三维数据体而言,它是由上亿个体元组成的。每个体元的维数依赖于主测线、联络测线的线距及采样率。体元追踪与自动追踪在利用数据来追踪“同相轴”或者特征上说是相似的,但体元追踪是沿着真正的三维路径追踪数据体的,从“种子体元”开始,体元追踪寻求满足解释人员规定的搜索准则连接体元,这种搜索是在纵、横测线及时间方向上同时进行的。体元追踪算法在计算上比常规的自动追踪更简单,所以体元追踪比自动追踪更快捷。对低信噪比资料而言,大部分体元追踪算法比相关自动拾取更为敏感。由此可见,对于高信噪比地震资料,体元追踪是效率最高的层位拾取方法。当然,与自动拾取一样,体元追踪也假定数据是局部连续一致的,或是平滑渐变的。在地震资料的对比解释过程中,体元追踪和自动追踪技术都假定解释的相位是一致的。(3)层面切片技术这是一种用于解释地震层位的新技术,该技术主要是对数据时间切片上的部分地层进行解释和可视化。层位切片上的“同相轴”宽度受倾角和频率的影响,缓倾斜的“同相轴”较宽,陡倾斜的“同相轴”较窄,增大倾角和提高频率时,层面切片上显示的同相轴会变窄。通常当地层倾角小于 450 时,层面切片上的同相轴一般比垂直剖面上的同相轴宽。熟悉了这种方法,并且选定了控制算法的各种参数之后,就可以对整个区域上的层位进行拾取,从而得到某一层位在某一区块上的时间或深度等值线平面图。与其它技术一样,层面切片技术也假定数据体局部连续的,并且相位是一致的。与体元追踪和自动追踪相比,该技术对连续性较差和信噪比较低的资料不太敏感,原因是它不是真正意义上的自动技术,为此解释人员可以随时对它调整、控制。显然,任何一种解释都可能是这几种层位解释技术的某种组合。比较而言,最好的方法是体元追踪,其次是层面切片。在某些情况和特定地区,需要使用自动拾取。但是,所有的这些技术一般都会在层位上留下一些“空洞”或未拾取的道,还需要靠内插甚至手工来完成。(4)断面的自动拾取很显然,断面上一般没有反射同相轴,它是以不连续或无资料区为特征的,而这些不连续性或无资料的区域追踪是比较困难的,但也正是数据体因为断层的存在而产生的不连续性形成了追踪不连续性的相干体技术。相干体技术在追踪不连续性的断面时,一般有两种方法:其一是利用初始解释结果作为被追踪断面的种子拾取点的方法;其二是利用预先处理来创建突出不连续性的数据体,如面反射体压缩方法、差异法,微商法和多属性分析法等,以实现对不连续性进行追踪形成断面。后者中的差异法主要是利用振幅、三瞬、波阻抗等数据体来进行连续性的比较,具有很高的分辨能力和边界检测功能,对瞬时相位的检测,分辨水平能达到一个样点。微商法实际上是对差异法的补充,如对瞬时相位作空间微商计算,即可寻找相位横向上的突变点,而这些突变点常常与断层、地层边界和同相轴的转折有关联。目前,工作流程中所包括的主要研究内容见表 5 5现阶段全三维解释的流程框图工作内容 应用的主要技术手段数据加载 地质、测井、钻井及地震资料,强调各类地震属性数据体的应用数据体评价 各角度、方向用三维可视化进行动画、切片及全数据体浏览,相干体的初步应用层位自动追踪 用体元、层面切片等实现空间自动追踪,内插“空洞” ,完成层位解释断面数据体创建可用相干体、差异法、微商法和多属性分析法等计算断面数据体,结合切片、垂直剖面检查断层解释 把上述断面数据体加载到地震数据体中,结合地质认识和规律修改解释结果以达到最合理状态目标解释 对上述结果进行选择,切割出地质上有意义的数据体作进一步的精细解释、修改构造模型建立 对构造地质模型进行三维可视化,用不同透明度突出有效地层及其与上下层的接触关系数据存档 各个阶段成果图归类,动画及多媒体显示,光盘存档常规的地震解释技术如地震信息的三维可视化技术、振幅属性分析技术、地震资料的叠前及叠后反演技术等将更加广泛应用于储层预测及描述、异常地质体识别、烃类检测、地层学解释、构造解释等方面、并在实际应用中得到进一步发展。基于三维地震资料的油藏描述技术已从单一的储层构造形态描述、储层参数和油藏地质模型上来;从定性的描述发展到半定量、定量的预测;从定性的评价发展到三维油藏属性建模。为了充分利用各种信息,降低油气勘探成本、缩短油田勘探开发的周期和使经济效益最大化,以三维可视化技术为平台的数字化的研究模式必将成为今后地震、地质等综合研究的发展方向。
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