地震频谱分解技术在油田开发中的应用

胡艳

【摘要】地震频谱分解技术是一种基于频谱分析的全新地震成像解释方法，它可以整体揭示地层的纵向变化规律、沉积相带的空间演变模式，并指导人们进行储集层厚度展布的描绘与分析，是一项针对地层厚度和地质体非连续性进行成像或模拟的地球物理新技术。它提供了结合三维可视化为主体的储层精细描述解决方案，该技术在对三维地震资料时间厚度、地质不连续性成像进行解释时，可在频率域内对每一个频率所对应的振幅进行分析，这种分析方法排除了时间域内不同频率成分的相互干扰，从而可得到高于传统分辨率的解释结果。

【关键词】频谱分解;Morlet变换;振幅属性

一、地震频谱分解原理

地震频谱分解技术（SpecDecomp）是一项基于频谱分析的地震成像方法，是基于频率的储层解释技术，展现给我们的是一种全新的地震解释方法，它使解释人员能快速有效地描述地层的纵向整体变化规律、沉积相带的空间演变模式，描绘与分析储集层厚度分布等储层特征的空间变化。在地震勘探中，由于储层厚度与对其检测的反射波频率的调谐厚度（即厚度等于检测波波长的四分之一）相等或相近时，地震反射波波峰与波峰、波谷与波谷相叠加出现调谐作用使反射波能量变大而存在异常。频谱分解技术就是针对这种现象通过离散傅里叶变换将地震数据由时间域转换到频率域，将地震数据分解成不同频率的调谐体，转换后产生的振幅谱可以识别地层的时间厚度变化，相位谱可以检测地质体横向上的地质不连续性。采用地震信号离散频率成分识别地质异常体进而预测储集层，可以彻底摆脱仅依赖振幅类以及振幅衍生类地震属性信息进行储集层厚度、物性预测以及烃类检测的束缚，同时也可弥补由于地震采集、处理时振幅不一致导致的地震地质解释的多解性，提高储集层预测的精度。

二、地震频谱分解应用实例

地震频谱分解流程的第一步是应用地震解释软件对地震资料进行解释，根据具体任务确定目的层位，第二步选择合适的谱分解算法及参数对目的层时间域的地震资料进行谱分解得到频率域目的层调谐体。调谐体是对研究目的层层面或两层之间进行谱分解，生成的在垂向上频率连续变化的振幅数据体。在相同的研究时窗内这种新的数据体变现为垂向上为连续变化的频率，在空间上与每个频率对应的是经过归一化处理的调谐振幅，与传统的属性研究方法通常只能得到主频率对应的地震属性不同。

在地震资料中，由于受到垂直分辨率的限制，地震资料能分辨的地层厚度的极限是四分之一波长（即调谐厚度）。当地层厚度由小增加到调谐厚度时，反射波振幅达到最大值，地震剖面上表现为强振幅反射，然而随着地层厚度的继续增大反射波振幅反而逐渐减小，此时已不能利用振幅的变化来反映地层厚度的变化，对薄互层来讲，在地震剖面上由多个反射层形成一个强反射轴。但对于谱分解数据体来说，对于一定厚度的地层必然存在一个频率段且在这个频率段内该厚度不会引起地震反射的调谐现象，应用这个原理可以提高对薄层的刻画精度。

研究区在区域构造划分上位于天山山前断褶带与帐北隆起带结合部位的东泉堤隆上，其南、北、东均为断裂封闭且向西开口的半封閉型断块。断块内头屯河组分布着两个轴向近南北的鼻状构造，两鼻状构造间以向斜形式相互连接过渡。本区基底为石炭系火山岩，主要为一套火山岩、火山碎屑岩及少量凝灰质泥岩、泥岩、砂岩。其上不整合沉积的二叠系为一套湖相砂泥岩。其中的暗色泥岩生油指标很高，是本地区的区域性主力生油层。二叠系与其上的三叠系为整合接触。三叠系为河流及湖沼相砂泥岩沉积，上部常夹炭质泥岩及少量薄煤层或煤线。三叠系与其上的侏罗系为角度不整合接触。

研究区地震资料的主频大约25Hz，加权频率34Hz，频宽8～50Hz。侏罗系头屯河组（J2t2）底部砂层层速度2800m/s，这样计算出在这个主频下能分辨的砂层的调谐厚度大约为28m，从钻井资料看头屯河组（J2t2）底部砂层厚度在15～38m之间，小于28m的砂层在地震上是分辨不出来的。研究中以该砂层为目标，上下两个层位控制这套砂层，以步长5Hz，起始频率10Hz，利用Morlet小波变换算法将目的层进行谱分解，得到9个频率域调谐体。分别在9个调谐体上计算扫描目的层的频率切片，可以看到随着频率的增加，高频成分的能量得到明显加强，分辨率逐步提高，横向变化的特征被突出出来，结合沉积相研究，认为本区的储集体为平原曲流河相砂岩，从10Hz频率切片上看不出河道特征，但随着频率的增加河道形态逐渐清晰，35Hz是形态最清楚的往后形态又变模糊，因此我们可以确定频率为35Hz调谐体的目的层的频率切片更能准确反映该区的地下地质情况。比较目的层在叠后地震资料上的振幅平面与分频属性，我们可以在振幅平面图上圈定强振幅的一个范围，传统的做法认为这个范围是有利的评价区域，但与分频属性比较后发现，原本的强振幅区域在频率切片中的比例有所下降，分频属性反映河道的特征更清晰。由此可见频谱分解技术能够提高地震的分辨率，用传统振幅属性圈定地质属性存在不确定性，实际工作中要谨慎，要做具体的分析。

三、结论

目前油气勘探开发已经进入到了一个新的阶段，地震解释也要求更加精细，由于受到地震资料分辨率的制约，储层尤其是薄层的定量解释一直以来都是我们要面临的一大难题。

地震频谱分解技术从全新视角出发，用一系列离散的频率（尤其是高频）成分对地震资料进行解析成像，提供了一种全新的地震资料解释方法。该技术在对三维地震资料时间厚度、地质不连续性成像进行解释时，可在频率域内对每一个频率所对应的振幅进行分析，这种分析方法排除了时间域不同频率成分的相互干扰，从而可得到高于传统分辨率的解释结果。通过频率扫描从整体上反映储集层的形态、厚度，揭示地层纵向变化规律及沉积相带的演变，它可以最大限度地应用地震反射波有效频带内的地震反射信息，更有利于薄砂体的检测。振幅调谐体的频率切片信息丰富，可用于储集层预测、断层识别等，它既可以用于新区目标圈定，也适用于老区的精细挖潜。