一种基于倾角成像增强的火山岩裂缝预测方法

1.本发明涉及石油天然气地震勘探技术领域，具体涉及针对火山岩裂缝孔隙型储层预测的方法，以提高火山岩储层预测精度和优选井位有利区。


背景技术：

2.随着火山岩油气藏发现日益增多，火山岩已成为油气勘探新领域，但由于火山岩埋深较深且受到火山喷发期次及构造变形等因素影响，火山岩内部地层和层序十分复杂，导致地震资料多为杂乱反射，不同火山岩相带、岩性组合之间的界限不清，波阻抗特征重叠严重，且火山岩储集类型多为双重介质，储层岩性多样，因此火山岩储层预测难度大。火山岩的优质储层预测成为火山岩气藏高效开发的难点，储层预测的准度和精度决定着火山岩气藏开发效益，目前行业内火山岩的储层预测方法较单一，且单一方法预测效果精度低。
3.现阶段对火山岩勘探方法宏观方面限于寻找火山岩体，主要应用重力勘探、磁法勘探、声频磁场法、复合道的振幅、相位和频率分析等技术来研究地下火山岩厚度分布、岩相和物性；微观方面在火山岩岩石学特征、成岩作用及其对储层物性的影响方面的研究较为细致。叠后地震数据作为石油工业中最常用的数据，以往的裂缝预测技术方法大多只能用来定性地描述裂缝发育程度，但针对例如准噶尔盆地深层火山岩气藏地下地质条件复杂，非均质性强、岩性和岩相变化快、地震反射特征复杂等特点，常规方法难以满足实际生产的要求。
4.对火山岩的储层预测主要存在以下问题：
5.(1)深层资料品质问题。由于火山岩埋藏深，形成基质多变，岩性复杂，岩相变化大，导致资料信噪比整体较低，火山岩地震响应特征不明确，火山结构刻画及后续火山岩储层预测难度大；
6.(2)火山岩储层定量预测精度较低。
7.常规储层预测方法大多是基于相控反演进行火山岩的定量预测，但对于裂缝-孔隙型火山岩储层，不同岩相火山岩岩石成分、孔隙结构差异较大，储层物性参数与弹性参数间变化关系也不同，常规反演无法有效预测优质储层。


技术实现要素：

8.本发明要解决的主要技术问题在于提供一种火山岩裂缝储层预测方法，以规避传统方法存在的火山岩储层预测精度的影响，以提高火山岩优质储层预测精度，优选有利钻探目标区，以降低研究目标的钻探风险，为油气田高效勘探开发提供可靠数据。
9.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种倾角成像增强的火山岩裂缝预测方法，包括步骤：
10.s1倾角成像增强：对原始地震资料进行多尺度多方位倾角成像增强，利用倾角及方位角的变化计算相邻道的相似性，以提高地震资料横向信噪比；
11.s2断层加强处理：对原始地震资料进行断层加强处理，以提高地震资料垂向分辨
率，提高断层可识别度；
12.s3基于张量方向场约束的裂缝预测：在倾角成像增强和断层加强处理后的地震资料基础上，基于张量场方向约束加权拟合进行火山岩裂缝预测，预测出裂缝发育强度，结合区域地质分析最终确定火山岩储层分布区。
13.优选的，所述步骤s1包括：
14.s11：根据地震三维数据体，定义地震数据的分方位分尺度特征为ψ
u,v
(x)，
[0015][0016]
式(1)中，i为复数算子，σ为滤波器带宽，k
u,v
＝kv(cosθ,sinθ)
t
，kv＝2
(2-v)/2
π，θ＝u
·
π/k，v对应于滤波器的尺度，u对应滤波器的方向，‖*‖表示模；
[0017]
对于给定的三维地震数据i(x),对于给定的任意一个空间点x＝(in,cl,t)，定义不同方位不同尺度的地震数据为d
u,v
(x)：
[0018]du,v
(x)＝ψ
u,v
(x)*i(x)
ꢀꢀ
(2),
[0019]
式(2)中，d
u,v
(x)为根据不同的(u,v)决定的滤波器得到的不同方位不同尺度的地震数据；
[0020]
采用3个尺度和8个方向对地震数据进行联合分析，得到d
u,v
(x)的24中表达形式：
[0021][0022]
式(3)中，变量m和n为下标索引变量；
[0023]
s12：对d
u,v
(x)进行编码，
[0024][0025][0026]
式(4)、(5)中，和为d
u,v
(x)在(u,v)参数下多尺度多方位滤波数据的二进制编码，并计算合成数据和
[0027][0028][0029]
式(6)、(7)中，和为通过不同尺度和不同方位的滤波处理；
[0030]
s13：根据分解数据的相关性，定义相关矩阵为：
[0031][0032]
[0033]
将用特征值和特征向量表示为：
[0034][0035]
式(10)中，v是尺度下标，为的三个非负特征值，且满足分别为对应的特征向量，对应的特征向量，构成一个局部的正交坐标系，为局部领域内对比度最大的方向，为局部领域内对比度最大的方向，成一个垂直于的局部平面，通过求取倾角属性：
[0036][0037]
将用特征值和特征向量表示为：
[0038][0039]
式(12)中,v是尺度下标，为的三个非负特征值，且满足分别为对应的特征向量，对应的特征向量，构成一个局部的正交坐标系，为局部领域内对比度最大的方向，为局部领域内对比度最大的方向，成一个垂直于的局部平面，通过求取倾角属性：
[0040][0041]
最佳倾角dip(x)为：
[0042][0043]
优选的，所述步骤s2包括：
[0044]
对原始地震数据x沿着dip(x)方向选取3
×
3的子块y(x),定义y(x)的分块直方图为：
[0045][0046]
式(15)中,为步骤s1得到的多尺度多方位滤波数据，i＝1,2,...k,k为事先设定的数据等级；
[0047]
对y(x)进行矩阵分解，
[0048][0049]
将所有特征值排序，λi》λ
i 1
，所有变化都由第一个特征向量定义，如λ1》》λ2＝λ3≈0,则凌乱属性值c＝-1；如果三个特征向量相等λ1＝λ2＝λ3,则c＝ 1；如果有边界λ1＝λ2》》λ3＝0,则c＝0，
[0050][0051]
在滤波器倾角估计中，确定一组重叠窗口确保为最佳平面值为：
[0052][0053]
式(18)中，r为滤波反射器最佳平面值,r范围介于r＝1/3和r＝1之间，则滤波反射器的平面计算值为：
[0054][0055]
(19)中，为滤波反射器的平面计算值，直到滤波反射器的平面计算值然后边缘特征值f为：
[0056][0057]
式(20)中，对于边界f＝1,则λ1≈λ2》》λ3≈0,对于边界f＝0,则λ1》》λ2＝λ3≈0,或λ1≈λ2≈λ3，
[0058]
结合和f来定义相似度属性：
[0059][0060]
式(21)中，s为相似度属性，f为边缘特征值，为滤波反射器的平面计算值。
[0061]
优选的，所述步骤s3包括：
[0062]
将步骤s1和s2计算得到的相似度属性作为裂缝模型的输入数据，令裂缝模型的方向核函数为km，相似度属性的方向核函数为k
coh
，新生成一个方向核函数k，令k＝k
coh
*km，通过对模拟窗口内的裂缝进行方向加权，然后通过最优化聚类拟合，得到基于张量方向的裂缝模拟属性；
[0063]
基于裂缝模拟属性，计算相对裂缝密度fden与裂缝发育主方位fazi：
[0064][0065][0066]
式(22)用于计算相对裂缝密度，设区域内划分为m个区块，区块半径为r，每个半径内都有一个裂缝条数nf，max(nf)代表该面积内的最大值，通过计算单位半径r内的裂缝的条
数nf得到相对裂缝密度；
[0067]
式(23)用于计算裂缝发育主方位，azi为裂缝方位角属性，coh为相似度属性，l为裂缝长度，i代表裂缝条数，fi代表第i条裂缝，cohi和li作为第i条裂缝的权重属性约束。
[0068]
本发明相比现有技术，具有如下有益效果：
[0069]
本发明提出的一种基于倾角成像增强的火山岩裂缝预测方法，首先，对原始地震资料进行特殊化处理，进行多尺度多方位倾角控制增强，以提高地震资料横向信噪比；其次，对地震数据进行断层增强处理，提高地震资料垂向分辨率，保留其不连续的波组特征，从而使地震数据平滑，使不连续性(比如断层)更容易识别；再基于张量场方向约束加权拟合进行火山岩裂缝预测，预测火山岩优质储层分布区，并进行火山岩储层分类评价。本发明方法大大提高了裂缝预测的精度，对于隐蔽火山口的描述与识别，与常规预测方法相比，火山形态更清晰，火山通道位置更准确，为后续火山岩优质储层预测等提供可靠支撑，对今后火山岩地震勘探技术具有十分重要的指导意义。
[0070]
本发明方法充分利用了研究区钻、测井资料及地震资料信息丰富的特点，充分挖掘了地震资料的信息，本发明基于倾角成像增强的火山岩储层预测方法，验证井吻合率达到80％。
附图说明
[0071]
图1为本发明一种基于倾角成像增强的火山岩裂缝预测方法流程图。
[0072]
图2为基于断层加强处理的前后剖面对比图。
[0073]
图3为基于本发明方法的火山岩裂缝预测示意图。
具体实施方式
[0074]
为便于对本发明的方法及达到的效果有进一步的了解，现结合附图实例详细说明如下，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
[0075]
本发明的一种基于倾角成像增强的火山岩裂缝储层预测方法，该方法通过对原始地震资料进行倾角成像增强及断层加强处理，提高资料信噪比和断层可识别度。再在特殊处理后的数据上进行基于张量方向场约束的裂缝预测，突出火山岩地质目标，提高裂缝预测精度，为火山岩机构刻画提供了重要依据。本发明通过以下步骤实现：
[0076]
s1倾角成像增强：对原始地震资料进行多尺度多方位倾角成像增强，利用倾角及方位角的变化计算相邻道的相似性，以提高地震资料横向信噪比。
[0077]
s2断层加强处理：对原始地震资料进行断层加强处理，以提高地震资料垂向分辨率，提高断层可识别度。
[0078]
s3基于张量方向场约束的裂缝预测：在倾角成像增强和断层加强处理后的地震资料基础上，基于张量场方向约束加权拟合进行火山岩裂缝预测，预测出裂缝发育强度，结合区域地质分析最终确定火山岩储层分布区。
[0079]
本发明主要通过综合多种信息，包括测井信息、录井信息及地震多种信息，为火山岩优质储层综合评价与分类提供了重要依据，本发明具体实施方式如下：
[0080]
s1倾角成像增强：基于多尺度分方位自适应变换数据增强处理
[0081]
该步骤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，且
由于其采用计算倾角、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。在计算过程中对于每一个采样点采用多尺度分方位变化分解数据进行融合分析，所参与计算的每一个采样点均通过分块直方图统计相应的计算权度。其倾角计算方法主要是通过一小分析窗口，寻找地震数据变化最大的方向来确定地层的倾角。其方法主要分为：
[0082]
s11：根据地震三维数据体，定义多尺度分方位变换，由于传统梯度结构张量(gst)只采用单点与单一方向的计算方式，所得结果容易受到噪声影响，精度较低。本次考虑空间组合方式，采用多尺度分方位变化方法，以提高数据的分辨率和信噪比：
[0083][0084]
式(1)中，i为复数算子，σ为滤波器带宽，k
u,v
＝kv(cosθ,sinθ)
t
，kv＝2
(2-v)/2
π，θ＝u
·
π/k，v对应于滤波器的尺度(频率)，u对应滤波器的方向，‖*‖表示模。不同的滤波器的方向可以提取地震数据不同的方位和尺度特征。
[0085]
对于给定的三维地震数据i(x),对于给定的任意一个空间点x＝(in,cl,t)，地震数据的分方位分尺度特征定义为gabor变换ψ
u,v
(x)与地震数据i(x)进行卷积运算，得到不同方位不同尺度的地震数据：
[0086]du,v
(x)＝ψ
u,v
(x)*i(x)
ꢀꢀ
(2)
[0087]
式(2)中，d
u,v
(x)为根据不同的(u,v)决定的滤波器得到的多尺度分方位数据。另外，(u,v)的组合方式和组合数目需要由地震解释人员事先确定。实际应用过程中，采用了3个尺度和8个方向对地震数据进行联合分析，得到d
u,v
(x)的24中表达形式，即：
[0088][0089]
式(3)中，变量m和n为下标索引变量。
[0090]
s12：在步骤s11的基础上利用编码策略计算最佳融合数据。
[0091]
对所得到的多尺度分方位数据集合d
u,v
(x)采用如下方式进行编码，
[0092][0093][0094]
式(4)、(5)中，和为数据集合d
u,v
(x)在(u,v)参数下多尺度多方位滤波数据的二进制编码，并计算合成数据和即：
[0095][0096][0097]
式(6)、(7)中，数据和通过不同尺度和不同方位的滤波处理，减少了相邻地震道数据之间的相关性，突出了地震数据相邻道之间不同方位的横向差异性特征，与原始地震数据相比，可以更好地根据地震数据变化最大的方向来确定地层的倾角。
[0098]
s13：根据分解数据的相关性，求取最佳倾角，其中相关矩阵定义为：
[0099][0100][0101]
将用特征值和特征向量表示，则：
[0102][0103]
式(10)中，v是尺度下标，为的三个非负特征值，且满足分别为对应的特征向量。对应的特征向量。构成一个局部的正交坐标系，为局部领域内对比度最大的方向，为局部领域内对比度最大的方向，成一个垂直于的局部平面。通过可求取倾角属性：
[0104][0105]
将用特征值和特征向量表示，则：
[0106][0107]
式(12)中,v是尺度下标，为的三个非负特征值，且满足分别为对应的特征向量。对应的特征向量。构成一个局部的正交坐标系，为局部领域内对比度最大的方向，为局部领域内对比度最大的方向，成一个垂直于的局部平面。通过可求取倾角属性：
[0108][0109]
因此，最佳倾角dip(x)为：
[0110][0111]
s2断层增强处理。
[0112]
首先对火山岩内幕地层开展不同提高信噪比方法测试，增强断裂可识别度，主要技术思路是基于同相轴的不连续性，以突出断裂识别为导向的几何体属性，在倾角加强滤波和断裂增加的基础上进行归一化处理，能够突出小尺度裂缝的同时保留大尺度断裂的信
息。这里采用分块直方图和多尺度多方位滤波倾角体的联合属性预测裂缝。
[0113]
首先计算分块直方图，对原始地震数据x沿着dip(x)方向选取3
×
3的子块y(x)。定义y(x)的分块直方图为：
[0114][0115]
式(15)中,为上文提到的多尺度多方位滤波数据，i＝1,2,...k,k为事先设定的数据等级，即将地震数据分成k级。
[0116]
对y(x)进行矩阵分解，
[0117][0118]
将所有特征值排序，λi》λ
i 1
,其中所有变化都由第一个特征向量定义，例如λ1》》λ2＝λ3≈0,则凌乱属性值c＝-1；如果三个特征向量相等λ1＝λ2＝λ3,则c＝ 1；如果有边界λ1＝λ2》》λ3＝0,则c＝0。计算如下：
[0119][0120]
在滤波器倾角估计中，确定一组重叠窗口确保为最佳平面值，其为：
[0121][0122]
式(18)中，r为滤波反射器最佳平面值,r范围介于r＝1/3(对于随机反射器)和r＝1(对于平面反射器)之间，则：
[0123][0124]
直到随机反射器的为然后边缘特征可简化为：
[0125][0126]
式(20)中，范围对于边界f＝1,其λ1≈λ2》》λ3≈0,对于边界f＝0,则λ1》》λ2＝λ3≈0,或λ1≈λ2≈λ3。
[0127]
为了更好的来表示边缘几何属性，结合和f来定义相似度属性：
[0128][0129]
式(21)中，f为边缘特征值，为滤波反射器的平面计算值。
[0130]
s3基于张量场方向约束加权拟合的裂缝预测
[0131]
在基于特殊处理(步骤s2和s3处理)后的地震资料基础上，进行第三代本征相干计算(是一种定量化计算波形相似性的一种方法，它是通过在时空中定义“全局化的”孔径并利用倾角和方位角的计算来实现)。
[0132]
假设裂缝方向分布符合高斯函数，通过建立不同方向的裂缝模型，以模拟单位时窗范围内各个点的裂缝分布张量场方向来建立方向核函数。将步骤s1和s2计算得到的相似度属性作为裂缝模型的输入数据，令裂缝模型的方向核函数为km，相似度属性的方向核函
数k
coh
，新生成一个方向核函数，令k＝k
coh
*km，通过对模拟窗口内的裂缝进行方向加权，然后通过最优化聚类拟合(方向加权、最优化聚类拟合使用常规的数学方法即可)，得到基于张量方向的裂缝模拟属性。
[0133]
基于裂缝模拟属性，计算相对裂缝密度(fden)与裂缝发育主方位(fazi),最终得到裂缝的发育强度(裂缝密度可以代表裂缝发育强度，密度大的地方裂缝发育强度就大)。具体公式如下：
[0134][0135][0136]
式(22)用于计算相对裂缝密度，设区域内划分为m个区块，区块半径为r，每个半径内都有一个裂缝条数nf，max(nf)代表该面积内的最大值，通过计算单位半径r内的裂缝的条数nf得到相对裂缝密度；
[0137]
式(23)用于计算裂缝发育主方位，azi为裂缝方位角属性，coh为相似度属性，l为裂缝长度，i代表裂缝条数，fi代表第i条裂缝(每条裂缝都有一个方位属性)，cohi和li作为第i条裂缝的权重属性约束。
[0138]
如图2和图3所示，将本发明方法的具体实施例与现有技术进行比较，本发明方法有较好的效果。
[0139]
图2是经过断层加强处理的剖面(右)和原始地震剖面(左)对比，从对比剖面可以看出，经过断层加强处理后，地震资料信噪比明显提高，断层落实，断裂更加干脆整洁，剖面断点更加清晰。
[0140]
图3中，在断层加强处理的资料上，进行基于张量方向场约束的火山岩裂缝预测。从平面图上看出中心式火山口和中心-裂隙式火山口的特征清楚，火山机构刻画精度更高。中心式火山口在裂缝属性平面图上呈环下凹分布，中心-裂隙式火山口，伴随裂缝发育带呈集群式分布。
[0141]
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。