最大似然法在桩海潜山内幕断裂识别中的应用

2020-06-19刘良刚

复杂油气藏 2020年1期

刘良刚

（中国石化胜利油田分公司物探研究院，山东东营257022）

桩海潜山经历了印支、燕山、喜山多期构造运动与风化剥蚀的多次改造作用，使得潜山断裂体系、残留地层等空间变化大，同时也形成了多种类型圈闭。在油源、储盖层条件具备情况下，形成潜山含油圈闭。前期的勘探实践表明，桩海潜山具有成藏条件优越、富集高产的特点，目前已探明石油地质储量近亿吨，为济阳坳陷潜山油气藏发现规模最多的区带。但是相较于中浅层第三系河道砂岩及各类扇体，因其含油层段长、产能高且油气富集不受埋深制约，潜山油藏勘探程度仍相对较低，剩余资源量十分可观。因此潜山内幕将是胜利油田东部探区今后重要的优质储量接替阵地。

针对潜山断裂的描述，深度偏移技术被认为是目前最为有效解决潜山及两侧断裂附近速度横向突变问题的处理方法，其能够使地下构造成像更加合理，同时信噪比和保真保幅方面也有所提高。但针对潜山内幕去噪、提高分辨率及内幕断层精细成像方面尚难以满足应用需求。本文基于多年来对桩海潜山的现场实践，依托新出站的高精度深度域地震资料，在时-深两域联合标定内幕层位的基础上，地质上开展精细的井间地层对比，井震结合落实井钻遇断层的性质，如断点位置、倾角及走向等；同时开展倾角去噪成像增强和断层增强滤波技术提高信噪比，使得内幕地震反射同相轴的连续性和间断特征更加明显。在此基础上，创新运用最大似然技术精细描述桩海潜山内幕的断裂特征，形成地质地震一体化的潜山内幕断裂描述技术，为后续井位部署提供了可靠的依据，扩大了桩海潜山的勘探空间。

1 方法原理及实现

在多类识别时，常采用统计方法建立一个判别函数集计算各分类样品的归属概率，样品属于哪类的概率大就判别其属于哪类，这就是最大似然法。

目前，地震属性在地震勘探中正在发挥越来越大的作用。尽管如此，地震属性分析技术仍然没有达到人们的要求，正处于探索研究阶段。对于多元地震属性分析应用，通常采用多元回归、神经网络等模式识别方法。人们在利用从地震数据中提取的多种地震属性参数预测地下地质情况时，要采用这些方法使测井数据与地震属性相关联起来，然后将井周围较确切的地质体特性延拓到整个研究区域中。我们这里研究的最大似然法也可以起到这个作用，并且它在未知样品进行分类时效果更佳。

最大似然法判别分类首先需要从已知样品的许多数据中找出分布规律，然后依据这种规律来预测未知样品。对于已知井来说，我们首先提取每口井处地震道的多种地震属性，作为样品的多种指标，然后利用它们计算每口井的判别函数［1］。对其它未钻探区域的地震道提取同样的地震属性参数，并利用这些属性参数及每口井处的判别函数来计算每个地震道属于每口井的函数值，然后对这些值进行比较判断，其最大值对应的井的特征就是此地震道的特征，从而实现利用已知井对未知地震道进行预测的目的。

2 实例应用

桩海潜山位于济阳坳陷沾化凹陷的东北部，西与埕东凸起相邻，南与孤北洼陷相接，向东倾没于桩东凹陷，被北西、东西、北北东向3组边界大断裂带所夹持（图1）。研究区前新生界残留了太古界，古生界和中生界部分层组的地层，其中下古生界的寒武系、奥陶系的碳酸盐岩地层为研究区主要的储集层，可分为风化壳和内幕储集层［2］。由于风化壳地震成像质量相对较好，前期针对风化壳的断裂特征和储集性能开展了大量的研究工作，并取得了技术和勘探上的丰硕成果。而潜山内幕构造复杂、加之地层非均质性强，导致地震反射速度变化大，反映潜山内幕地震信息的有效信号能量弱，信噪比低，给潜山内幕构造识别与描述增加了难度，制约了桩海潜山内幕油气藏的勘探进程［3］。

图1 济阳坳陷桩海地区构造纲要

2.1 时-深两域联合层位标定

内幕层位的精细标定是开展潜山内幕断裂描述的基础。目前时间域层位标定技术已日臻完善，而在深度域的层位标定中，主要采用变频子波，具体就是将时间域子波转换为深度域子波时，在不同深度层位，采用不同的速度值来将子波转换成深度域的子波，其合成记录标定的精确度有待进一步提升［4］。本文采用时-深域联合标定法来进行深度域井震标定，具体操作流程可分为三步（见图2）。

图2 深度域井震标定流程

①通过速度场将深度域地震资料转换到时间域，转换后的地震资料在反射轴的数量和组合关系上与深度域资料完全一致，只是同相轴的起伏形态有所不同；②进行时间域合成记录标定，明确波组反射特征；③对比时间域-深度域剖面，明确深度域中的地震反射层。对研究区已钻井进行深度域井震标定看出，古生界标准反射层以及内幕马家沟、冶里-亮甲山组等主要目的层标定清晰，为下一步地层对比以及构造解释夯实了基础。

2.2 井震联合落实已钻遇断层的性质

桩海潜山下古生界是一套以碳酸盐岩为主的海相沉积地层，地层剥蚀和缺失严重［5］，本文充分利用已钻井的测录井资料来识别内幕断裂的断点位置和走向。首先统计已钻井钻遇各个层组地层的厚度，落实地层组厚度的缺失情况，与钻遇地层比较全的井厚度对比分析，落实断点位置，成像测井资料明确断层的走向。如Z169-X1井在4 951m处从马家沟组进入凤山组（图3），断缺冶里—亮甲山组地层，可以落实在4 951 m存在断点，结合成像测井资料，落实断层整体是北西西走向。 ZGX472井只钻遇64 m厚的冶里—亮甲山组地层，寒武系地层钻遇比较完整，对比研究区内其它完钻井的冶里—亮甲山组地层厚度以及测井曲线特征，可以落实该井断缺冶里—亮甲山组顶部地层，断点在冶里—亮甲山组顶部的4 594 m处，通过井震标定落实断层走向为北东东向。统计研究区所有已钻井钻遇断层的性质表明，研究区主要发育东西向和北西、北东向三组断裂，倾角在30°～60°之间。

图3 过Z169-X1井东西向剖面

2.3 地震描述技术

通过已钻井资料描述内幕断裂虽然真实可靠，但是对于低勘探地区难以开展运用，本文在地质识别内幕断层的基础上，开展了地震描述技术研究，形成了针对桩海潜山内幕断裂识别的地震描述技术系列。

2.3.1 倾角去噪成像增强技术

运用编写的针对潜山成像小程序——倾角去噪成像增强技术提高潜山成像质量。该方法是利用倾角及方位角的变化计算相邻道的相似性，提高地震横向信噪比。由于采用计算倾角方位角的方式，其结果对断层的刻画能力明显增强，有利于对断层及裂缝的后续研究［6］。

倾角增强控制能够改善地震资料品质以利于层位、断层的解释。在计算过程中充分考虑每一个采样点的倾角变化，并按计算样点为中心选取对比视窗，所参与计算的每一个采样点均定义相应的计算权度。为确保所有结果均为正值，每个相关初始值定义为1，完美的相关性将产生权重为2。对于加权平均，先计算每一个倾角控制的采样点振幅与权重，之后针对所有对比时窗的样点平均加权处理。

对每一倾角，用线性时差校正地震剖面，拉平该倾角的同相轴，然后进行KL变换和反线性时差校正，叠加所有倾角的变换结果构成最终的滤波剖面。这样可以使倾斜的或弯曲的同相轴都得到加强，去除存在于倾斜地震同相轴中的随机噪声和相干噪声，提高地震资料信噪比（图4）。从图4中可以看出，处理后的剖面地震信噪比提高，同相轴连续性增强，断面更加清晰。

2.3.2 断层增强滤波技术

在倾角去噪成像增强的基础上，断层增强滤波技术是一种降低地震数据噪声的方法。降噪是一种预处理滤波方法，可以应用于叠后地震数据上。本文选用扩散滤波和中值倾角滤波相结合的断层增强滤波技术。

扩散滤波技术是一种能有效保留地震反射信息中地层倾角和地层接触关系的滤波方法，具有较强的去噪功能，利于突出地层接触关系［7］。通过计算地震剖面的结构张量，可获取图形局部结构信息，利用这些局部结构来控制扩散过程，以实现保边滤波功能。其原理是从物理学的扩散方程出发，将地震属性图像作为初始条件，通过求解关于时间的偏微分方程得到扩散后的图像。在扩散方程中通过引入结构张量获取局部信息（断层、尖灭等），并根据结构信息设计扩散张量，在不同方向上采用不同的扩散系数，在去噪的同时保护边缘信息。

中值倾角滤波是考虑倾角影响，基于倾角控制，沿着计算的倾角和方位角所进行的中值滤波。滤波后，地震剖面质量大幅提高，改善了同相轴的连续性，在提高信噪比的同时分辨率也得到了保持。中值滤波的原理是基于排序统计理论的一种能有效抑制噪声的非线性信号处理技术。它把数字图像或数字序列中一点值用该点的一个领域中各点值的中值代替，其算法简单，去噪效果明显。

这两种滤波方法均存在自身的缺陷。扩散滤波对地震资料信噪比要求较高，有时无法正确地区分边缘和噪声，因而对小尺度空间噪声处理效果不是很好，反而会产生地质假象。中值倾角滤波在提高信噪比、改善同相轴连续性的同时，会使其边缘信息变得模糊，随着迭代次数的增加，最终边缘信息可能会完全丢失。

运用Paradigm17解释软件里HSE 断层增强技术，将两种滤波的优点结合起来，利用扩散滤波保护边缘信息，增强小断层识别能力；同时利用中值倾角滤波增强同相轴的连续性，提高信噪比（图5）。从资料对比图看，内幕地层连续性更好，断点也更加干脆，为后续地震预测内幕断层提供了较好的地震资料基础。

图4 原始地震剖面与倾角扫描增强剖面对比

图5 中值倾角滤波处理剖面与断层增强滤波处理剖面对比

2.3.3 最大似然法技术

最大似然法技术是将原始地震数据沿着一组走向和倾角，计算每一点最低的相似度，最终的断裂相似数据体更加接近断裂的原貌，检测到的断裂在剖面上连续性强，在地震反射轴错断和变形的区域断裂都能刻画出来，在剖面上更加接近人工解释的断裂。最大似然算法在充分考虑地层走向及倾向前提下，计算同相轴连续性，提高潜山内幕断裂的识别度［8］。

总结已钻遇断裂性质的基础上，运用Paradigm17解释软件里面最大似然法（likelihood）属性来精细描述桩海潜山内幕断裂，具体的过程如下：将前期通过井上识别出来的内幕断层根据其地震特征进行组合归类，把每一类看做一个voxel单元，具有振幅、倾角及走向等信息，在计算过程中，比较每一类型采样点与地震数据体内所有采样点之间的相似性，保留最小的相似性，将其作为最大似然法分析技术结果。在此基础上进行全局归一，设置相应参数使得具有相近相似性的voxel相连接，得到最大似然体计算结果。计算出来的最大似然体能有效识别出与前期地质方法识别出来的内幕断层相似的断层（图6）。从预测的属性图上可以看出，紫红区域为大尺度断裂发育区，蓝色区域为中小尺度断裂发育区。断裂特征比较清晰，主要发育了北西向、东西和北东向的三组断裂带，潜山内幕被分割成多个独立的断块，与研究区的区域构造应力基本一致。

图6 桩海地区马家沟组顶面断裂预测属性

2.4 应用效果

通过地质地震一体化断裂描述技术的应用，准确落实了桩海潜山内幕主要目的层马家沟组、冶里—亮甲组和张夏组的构造形态。从图7的地震剖面上看出红色断层为真正的边界断层-长堤断层，之前解释的蓝色边界断层只是长堤断层的分支断层。对比新落实的内幕马家沟组顶面构造图与早期的构造图（图8），在早期上报探明储量的ZH104块东南边新落实了构造圈闭8个，部署了四口井位，其中完钻的Z169-X1、Z169-X10均获得了日产百吨以上的高产工业油流，还有两口井未钻，预计可新增控制储量150×104t。依据内幕断裂的可靠落实，目前在ZGX473块针对内幕的冶里-亮甲山组和张夏组已经部署了开发井5口，预计新增探明储量100×104t。研究成果有力地支撑了桩海潜山内幕油藏的勘探及研究工作，也为其它地区潜山的勘探提供了技术指导。

图7 过长堤断层东西向剖面