基于地质先验硬约束的多振幅地震属性深层砂体预测方法

本发明涉及地球物理勘探领域，尤其涉及基于地质先验硬约束的多振幅地震属性深层砂体预测方法。

背景技术：

1、砂体预测是油气勘探开发中的关键环节，常用技术路线包括基于地震振幅属性的定性解释、多属性综合分析与地震反演约束下的储层预测等。随着三维地震采集与处理能力提升，最小振幅、均方根振幅、峰值振幅、振幅包络等振幅类属性被广泛用于表征砂体展布，并结合相干体、曲率、谱分解等属性进行综合解释。近年来，机器学习与深度学习方法逐步引入砂体预测领域，通过多属性输入的监督学习或端到端卷积网络实现砂体概率体输出，在井控较充分区域取得了一定应用效果。同时，为降低预测结果的地质不合理性，部分方法引入沉积相带、古地貌趋势、构造边界等先验信息，通常以损失函数惩罚或后处理修正等方式实现软约束。

2、但现有技术仍存在以下不足：

3、第一，深层目标层段往往埋深大、能量衰减明显、有效频带变窄且噪声增强，导致单一振幅属性表征不稳定，多属性融合又常依赖经验选取与固定权重，适应性较差。

4、第二，在深层海相或低勘探程度区块井控稀疏、井间距大，传统依赖高密度井网统计构建的先验信息难以可靠获得，多属性融合与训练标签的代表性不足，易造成预测偏差。

5、第三，纯数据驱动的深度学习模型缺乏构造边界与沉积可行域等硬性约束，容易在未钻区出现跨断裂扩展或在不利沉积背景产生异常高值等地质失真，而仅通过损失函数惩罚的软约束难以从结构上有效避免上述问题。

6、因此，需要一种能够解决上述现有技术不足的多振幅地震属性深层砂体预测方法。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提出基于地质先验硬约束的多振幅地震属性深层砂体预测方法，针对现有技术在深层目标层段存在能量衰减、频带变窄、同相轴连续性变差及噪声增强导致单一振幅属性表征不稳定，以及井控稀疏条件下多属性融合依赖主观经验、纯数据驱动模型易跨断裂扩展并在不利沉积背景产生异常高值且软约束难以避免地质失真的问题，提出了包括三维地震数据预处理、目标层段多振幅属性提取与统一量纲化、融合井点解释锚点、断裂构造分区、古地貌趋势与属性响应构建地质先验约束体并生成断裂边界阻隔矩阵、在砂体预测模型中执行断裂阻隔约束下的特征提取与融合并以地质先验对特征进行硬约束、输出概率体后进行可行域投影修正以及地质一致性判别触发的二次约束修正的技术方案。本发明具备提高深层砂体预测精度、减少跨断裂误传播、抑制非沉积可行域异常高值并使预测结果严格符合沉积与构造规律的技术效果。

2、本发明提供了基于地质先验硬约束的多振幅地震属性深层砂体预测方法，包括：

3、s1、获取三维地震数据体以及目标层段的钻井解释结果、层位解释成果、断裂解释成果和古地貌恢复成果，确定目标层段并对三维地震数据体进行预处理；

4、s2、在目标层段时间窗内计算至少两种振幅类地震属性，对各振幅类地震属性进行统一量纲化处理，得到标准化多振幅地震属性体；

5、s3、基于钻井解释结果并结合断裂解释成果、古地貌恢复成果以及标准化多振幅地震属性体构建地质先验约束体，体元取值表示砂体发育可行性权重，由断裂解释成果构建断裂边界阻隔矩阵，用于限制跨断裂的特征传播；

6、s4、将标准化多振幅地震属性体、地质先验约束体和断裂边界阻隔矩阵输入砂体预测模型，在断裂边界阻隔矩阵约束下进行特征提取与融合，以地质先验约束体对模型特征执行硬约束，输出初始砂体概率体，基于地质先验约束体对初始砂体概率体执行可行域投影修正，得到修正砂体概率体；

7、s5、对修正砂体概率体进行地质一致性判别，在未满足预设一致性条件时基于地质先验约束体执行二次约束修正，输出最终砂体概率体。

8、可选的，s1包括：

9、获取研究区三维地震数据体以及与目标层段对应的钻井解释结果、层位解释成果、断裂解释成果和古地貌恢复成果；

10、依据所述层位解释成果确定目标层段的顶界面和底界面并形成目标层段解释框架；

11、依据所述目标层段解释框架对所述三维地震数据体实施深层资料预处理以获得预处理地震数据体，所述深层资料预处理包括去噪、相位校正、能量均衡、频率补偿和构造导向滤波，使所述预处理地震数据体保持与所述目标层段解释框架一致的空间网格和层段范围。

12、可选的，s2包括：

13、依据目标层段解释框架在预处理地震数据体中确定目标层段时间窗；

14、在所述目标层段时间窗内计算多振幅地震属性，所述多振幅地震属性包括最小振幅、均方根振幅、峰值振幅和振幅包络；

15、对所述多振幅地震属性实施统一量纲化处理得到标准化多振幅地震属性体，所述统一量纲化处理包括对多振幅地震属性进行分位数截断处理并进行归一化处理或者标准化处理。

16、可选的，s3包括：

17、依据所述钻井解释结果在所述标准化多振幅地震属性体的网格上确定钻井约束位置并生成井点约束体；

18、依据所述古地貌恢复成果确定目标层段的古地貌控制趋势并生成古地貌趋势约束体；

19、依据所述断裂解释成果确定断裂边界及构造分区范围并生成断裂构造分区约束体；

20、依据所述标准化多振幅地震属性体在目标层段的响应强度、连续性以及边界变化生成属性响应约束体；

21、在同一网格体系下对所述井点约束体、所述古地貌趋势约束体、所述断裂构造分区约束体以及所述属性响应约束体分别进行0至1归一化处理，采用加权求和后截断至0至1范围的方式进行融合，形成地质先验约束体，其中所述地质先验约束体的体元取值为表征砂体发育可行性的权重；

22、所述加权求和的权重系数为预设常数，且各权重系数之和为1，所述预设常数由验证井处的样本通过遍历候选权重组合并使预设预测评价指标达到最优而确定；

23、将所述断裂解释成果表达为与所述标准化多振幅地震属性体同网格的断裂边界阻隔矩阵，所述断裂边界阻隔矩阵用于指示相邻体元之间的特征传播是否允许，其中相邻体元被断裂边界分隔时对应取值为0，相邻体元未被断裂边界分隔时对应取值为1；

24、进一步的，在将所述断裂解释成果表达为断裂边界阻隔矩阵之前，对断裂边界进行预设体素宽度的膨胀处理，形成断裂不确定性缓冲带，使位于所述缓冲带两侧的相邻体元对应取值为0。

25、可选的，s4包括：

26、将所述标准化多振幅地震属性体、所述地质先验约束体以及所述断裂边界阻隔矩阵加载至地质先验硬约束多振幅地震属性深层砂体预测模型以获得投影修正砂体概率体；

27、所述地质先验硬约束多振幅地震属性深层砂体预测模型通过多分支特征编码器对所述标准化多振幅地震属性体中的各振幅属性分别进行卷积特征提取以形成多尺度属性特征，在卷积特征提取过程中依据所述断裂边界阻隔矩阵执行屏蔽卷积，使被断裂边界分隔的体元不参与同一卷积邻域的特征传播；

28、所述相邻体元为三维网格中与中心体元共享面的六邻域体元；所述地质先验硬约束多振幅地震属性深层砂体预测模型包括地质特征对齐模块，所述地质特征对齐模块用于将所述地质先验约束体与所述多尺度属性特征在空间采样网格和尺度上对齐；

29、所述地质先验硬约束多振幅地震属性深层砂体预测模型对经对齐后的所述地质先验约束体执行下采样以生成与所述多尺度属性特征对应的多尺度地质先验掩码，对所述多尺度地质先验掩码执行跨尺度一致性约束处理，所述跨尺度一致性约束处理包括将较低分辨率尺度的地质先验掩码上采样至较高分辨率尺度，并与较高分辨率尺度的地质先验掩码逐元素取较小值；所述地质先验硬约束多振幅地震属性深层砂体预测模型将所述多尺度属性特征与对应尺度的所述多尺度地质先验掩码进行逐元素相乘以形成经地质先验硬约束的多尺度属性特征，通过自适应融合模块对经地质先验硬约束的多尺度属性特征进行空间自适应权重学习与融合得到融合特征，其中所述空间自适应权重学习包括对同一尺度的多分支特征进行拼接，对拼接结果执行一乘一乘一卷积以输出权重图，并对所述权重图执行按属性分支维度的软最大归一化函数以得到空间自适应权重；随后由解码器依据所述融合特征输出初始砂体概率体；

30、所述地质先验硬约束多振幅地震属性深层砂体预测模型通过可行域投影层依据所述地质先验约束体对所述初始砂体概率体执行逐元素截断，所述逐元素截断包括对每个体元取所述初始砂体概率体的预测值与所述地质先验约束体对应体元的权重中的较小值，得到投影修正砂体概率体；

31、进一步的，所述屏蔽卷积包括对卷积邻域内各邻接体元设置传播允许权重，将跨断裂边界的传播允许权重设为0，同时对未被屏蔽的传播允许权重进行归一化，使卷积输出为未被屏蔽邻接体元的加权聚合结果。

32、可选的，s5包括：

33、在以待评估体元为中心的预设邻域窗口内计算投影修正砂体概率体与地质先验约束体的第一皮尔逊相关系数，以及投影修正砂体概率体与所述标准化多振幅地震属性体中的均方根振幅属性体的第二皮尔逊相关系数；

34、将所述第一皮尔逊相关系数与所述第二皮尔逊相关系数按预设权重加权求和得到地质一致性指标；

35、所述预设阈值由验证井处的样本通过遍历候选阈值并使预测评价指标达到最优而确定；

36、当所述地质一致性指标低于所述预设阈值时，依据地质先验约束体对对应体元的投影修正砂体概率体执行压制修正，所述压制修正包括将对应体元的投影修正砂体概率体的预测值乘以所述地质先验约束体对应体元权重的预设幂次，得到最终砂体概率体并输出为深层砂体预测结果；

37、进一步的，所述二次约束修正之前还包括在断裂构造分区约束体限定的同一构造分区内对修正砂体概率体执行连通性分析，将体素数量低于预设体素阈值的孤立连通体对应的预测值压制为0。

38、可选的，所述地质先验硬约束多振幅地震属性深层砂体预测模型通过以下方式训练得到：

39、以所述钻井解释结果构建训练标签；

40、以所述标准化多振幅地震属性体、所述地质先验约束体和所述断裂边界阻隔矩阵为输入在钻井位置处截取训练样本块，使所述训练样本块与所述训练标签在空间位置上一一对应以形成训练样本集；

41、将所述训练样本集输入初始模型获得投影修正砂体概率体，基于所述投影修正砂体概率体与所述训练标签之间的监督误差更新模型参数，所述监督误差为交叉熵损失，直至满足预设收敛条件，得到地质先验硬约束多振幅地震属性深层砂体预测模型。

42、本发明的有益效果是：

43、1、在深层地震资料能量衰减、频带变窄且噪声增强的条件下，通过对三维地震数据预处理并提取最小振幅、均方根振幅、峰值振幅、振幅包络等多振幅属性进行统一量纲化，再进行空间自适应权重学习融合，降低单一振幅属性不稳定带来的误差，提高砂体预测的稳定性与精度。

44、2、通过融合井点约束、古地貌趋势、断裂构造分区及属性响应构建地质先验约束体，并在模型特征层面执行硬约束掩码抑制，同时在结果端采用可行域投影层进行逐体元截断修正，使预测结果受沉积背景与古地貌控制，显著抑制未钻区不利沉积背景下的异常高值，减少地质失真。

45、3、通过将断裂解释成果构建为断裂边界阻隔矩阵并在卷积特征提取过程中执行屏蔽卷积，限制跨断裂的特征传播，同时结合地质一致性判别触发的二次约束修正，有效避免预测结果跨断裂扩展与构造分区混叠，提高砂体展布与构造格架的一致性。