基于最大熵谱分解的微裂缝识别技术

周仲礼 张艳芳 王权锋

1.成都理工大学信息管理学院 2.成都理工大学数学地质四川省高校重点实验室 3.成都理工大学能源学院

基于最大熵谱分解的微裂缝识别技术

周仲礼1,2张艳芳3王权锋1,2

1.成都理工大学信息管理学院 2.成都理工大学数学地质四川省高校重点实验室 3.成都理工大学能源学院

众所周知,小断层对储层的连通性及油气开发方案的确定具有重要意义,为此引入信息理论中的熵来对储层中的小断层进行预测。首先介绍了最大熵谱分析的原理,其次介绍了最大熵谱分析的Beryman经验公式,最后应用最大熵功率谱方法,对阿曼第五区块Daleel油气田shuaiba储层的高精度三维地震资料进行精细解释,在功率谱分解的振幅数据体上,识别和解释出了以往难以识别的断距在10～15 m之间的小断层,为更加清楚地认识油气藏的地质特征、调整注采方案提供了更加可靠的基础资料。

熵 最大值 功率谱 地震资料处理 三维地震解释 断层

1 最大熵谱分析原理

最大熵谱分析的熵来源于热力学,原意是热量(Q)被热源温度(T)除的商(Q/T)。若不同温度提供相同热量,则称温度高的熵小,温度低的熵大。在信息理论中,把熵定义为信息源所提供的信息率[1](它等于信号在单位时间内的信息量),换句话说,就是信息的不确定性或未知程度的量度,定义为:

式中:Pi为信号位于(xi,xi+Δx)区间的概率。

最大熵谱分析要求一个平稳的时间序列(指信噪比较高的地震记录),在计算时窗内的自相关函数符合已知数据要求,在时窗之外的自相关函数的未知部分所保持的不确定性最大,就是说,未知部分具有最大熵。由熵原则外推自相关函数就得到满意的功率谱。

地震记录 x(t)可被认为是一个平稳的离散序列过程,即t=1,2,…,N+1,其熵表达式为:

T(N)是托布里兹(Toep ritz)形式的信号相关矩阵。即

若 r(0),r(1),…,r(N)值已知,要计算 r(N+1), r(N+2),…的值的话,根据部分应有最大熵原则,带有r(N+1)项后自相关函数的熵表达式为:

就应该对r(N+1)取最大值,因为当 x→0,lg x→∞,则det[T(N+1)]=0,即

由式(5)解出r(N+1)值,重复利用递推算法可求出r(N-2),…,这就是递归求自相关函数的最大熵法,它等价于一个自回归模型。因此,实际使用的伯格最大熵谱分析是建立一个自回归模型。

地震数据道 x(t)可用一个 K阶自回归差分方程模拟:

式中,ak为自回归系数,|ak|<1,k=1,2,…,K;e(t)为预测误差,是一白噪序列,它的方差为δ2n。

由式(6)知,输出谱表达式为:

其功率谱为:

2 最大熵谱分析算法

伯格算法是从一阶自回归模型开始,逐步增加阶数的递推算法,它给出的自相关系数的估计,可保证相应的自相关矩阵是正定的,而得到的模型也是平稳的,用伯格算法求最大熵谱估计中,预测误差滤波器长度一般采用Beryman经验公式[2-3]:

式中:N为记录长度。

求出了自回归系数 app,p=1,2,…,K和δ2K后,可用下式估计功率谱:

为了减少偶然误差,在算法中应考虑在选定时窗内对3～5道相邻道功率谱进行平均,然后用于参数拾取。

3 应用实例

3.1 地震数据的分析与处理

图1 研究区地震资料频谱分析图

对阿曼Block5区块Daleel油气田shuaiba组海相礁滩相储层应用谱分解技术,在应用谱分解技术之前,先对地震资料进行系统分析,结合地质特征选用相应的方法和参数。地震资料品质的评价主要从地震剖面的频谱特征、信噪比、连续性等诸方面来完成。通过对全区目的层段地震资料分析,表明所研究的shuaiba目的层段对应地震资料地震资料总体品质较好,信噪比高,优势频带在7～77 Hz,有利于对shuaiba目的层段的地震资料进行谱分解处理(图1)。根据频谱分析和目的层段的精细标定,确定时窗宽度和频率参数,进行目的层段的谱分解处理,形成振幅数据体。从振幅体的频率切片上可以看出,随着频率的增高,断层显示得更加清楚。

3.2 小断层识别与解释

在应用谱分解处理的振幅数据体中,对一系列振幅进行对比后表明:低频率切片反映断距相对较大的断层,而高频率切片主要反映断距相对较小断层(图2)。遵循“由低频到高频,与相干体结合”的解释思路[4],应用中低频切片解释主干断层,在此基础上应用中高频切片识别、解释小断层。据此完成了目的层段断层的精细解释(图3)。图3-a是利用谱分析技术解释的断层多边形,图3-b是原断层的多边形情况。发现了许多以往难以发现的断距在10～15 m的小断层,解决了许多困扰油气田开发的问题。

图2 振幅数据体不同频率切片图

图3 不同时期解释的断层多边形对比图

4 结论

1)应用谱分解技术处理成果,结合其他的地震资料解释技术,识别并解释出了断距10～15 m的小断层,为提高对油气藏地质特征的认识和油气田开发方案调整提供了可靠的基础资料。

2)在断层识别和解释的过程中,谱分解技术能够揭示更加丰富的地质信息,振幅数据体对小断层的识别能力有了明显的增强,对断层平面组合、平面展布特征及相互关系等研究成果可靠性得到了明显提高[5]。

3)在地震资料有效频带内,随着频率的增高,小断层变得更加清楚。

4)应用谱分解的振幅数据体时,高信噪比的地震资料是其应用前提。

[1]陶德元,黄本淑.数字信号处理原理及应用[M].成都:四川大学出版社,1991.

[2]陆基孟.地震勘探原理[M].东营:石油大学出版社,1993.

[3]王权锋,周仲礼,张艳芳.天然气储层综合预测技术在锦州27区的应用[J].天然气工业,2008,28(8):46-48.

[4]叶泰然,张虹,唐建明.深层裂缝性致密碎屑岩气藏高效储渗区识别[J].天然气工业,2009,29(11):24-26.

[5]李正文.高分辨率地震勘探[M].成都:成都科技大学出版社,1993.

M icro-fracture identification technology based on themaximum entropy spectrum decomposition

Zhou Zhongli1,2,Zhang Yanfang3,Wang Quanfeng1,2
(1.School of Inform ation M anagement,Cheng du University of Technology,Chengdu,Sichuan 610059, China;2.Sichuan University Key Laboratory of Geom athematics,Chengdu University of Technology, Chengdu,Sichuan 610059,China;3.School of Energy Resources,Chengdu University of Technology, Chengdu,Sichuan 610059,China)

NATUR.GAS IND.VOLUM E 30,ISSUE 6,pp.42-44,6/25/2010.(ISSN 1000-0976;In Chinese)

It is well know n that small faults are critical to the connectivity of reservoirs and oil/gas development planning.For this reason,the concep t of entropy in info rmation theo ry is introduced to assist the p rediction of small faults in reservoirs.First,we introduce the theory of themaximum entropy,and then p resent the Beryman empirical fo rmula of the maximum entropy,and finally perfo rm fine interp retation of the high-resolution 3D seismic data from the Shuaiba reservoir in the Daleel Field,the Oman’s Block 5, by using themaximum entropy spectrum method.Small faultsw ith a disp lacementw ithin 10 - 15 m,w hich were not easy to be iden-tified before,are identified in amplitude data volume after spectrum decomposition.This study p rovides robust basic data for a good understanding of the geological features and easy adjustment of p roduction-injection p rogram.

entropy,maximum,power spectrum,seismic data p rocessing,3D seismic interp retation,fault

“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室开放基金(编号:PLC200703)、四川省教育厅自然科学重点资助项目(编号:08ZA 105)。

周仲礼,1971年生,副教授,博士研究生;从事数学地质、矿产普查与勘探研究工作。地址:(610059)四川省成都市成华区二仙桥东三路1号。电话:(028)84073700。E-mail:zzl@cdut.edu.cn

周仲礼等.基于最大熵谱分解的微裂缝识别技术.天然气工业,2010,30(6):42-44.

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.06.011

(修改回稿日期 2010-04-29 编辑 韩晓渝)

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.06.011

Zhou Zhongli,associate p rofesso r,bo rn in 1971,is engaged in research of geomathematics and exp lo ration of mineral resources.

Add:No.1,Dongsan Rd.,Erxianqiao,Chenghua District,Chengdu,Sichuan 610059,P.R.China

Tel:+86-28-8407 3700E-mail:zzl@cdut.edu.cn