地震属性及其提取方法

地震属性及其提取方法第1页（共19页）地震属性及其提取方法1绪论1.1选题的必要性及重要性地震属性分析技术作为油气藏勘探的核心技术之一,其作用主要为:岩性及岩相、储层参数和油气的预测。地震数据体中含有丰富的地下地质信息,不同的地震属性组合可能与某些地质参数具有很大的相关性,因此利用地震属性参数可以有效地进行储层预测。常用的地震属性主要有瞬时类参数、振幅统计类参数、频能谱统计类、相关统计类、层序统计类。在层序界而内追踪闭合基础上,将地震属性分析技术、储集层反演技术、相干体切片技术等许多新技术综合应用于分析论证,可以预测有利的区带,进行油气藏勘探。1.2重要研究内容地震属性包括剖面属性、层位属性及体属性,目前层属性最为常用和具有实际意义。剖面属性提取就是在地震剖面沿目的层拾取各种地震信息,主要通过特殊处理来完成;层位属性就是沿目的层的层面并根据界面开一定长度的时窗提取各种地震信息。提取的方式有:瞬时提取、单道时窗提取和多道时窗提;体属性提取方法与层位属性相同,只是用时间切片代替层位。地震属性提取选择合理的时窗很重要,时窗过大,包含了不必要的信息;时窗过小,会丢失有效成分。时窗选取应该遵循以下原则:(1)当目的层厚度较大时,准确追出顶底界面,并以顶底界面限定时窗,提取层间各种属性,也可以内插层位进行属性提取;(2)当目的层为薄层时,应该以目的层顶界面为时窗上限,时窗长度尽可能的小,因为目的层各种地质信息基本集中反映在目的层顶界面的地震响应中。1.3地震属性分析的难点问题（1）地震属性分析的间接性。地震数据中所含的储层信息往往是十分间接的，至今无法建立明确的物理或数学模型，这种关系通常是定性的、模糊的、不唯一的，1绪论第2页（共19页）带有一定的经验性，因此我们无法用某种确定性的方法从地震数据中进行分析。（2）地震属性相关性的错综复杂。各种地震属性之间的相关性错综复杂，主次关系变化不定，数量关系难于提取，因此应用常规的分析方法做出定量的分析也比较困难。（3）地震属性的非线性特性。地震属性以及影响属性的各变量之间呈现非线性特性，地震属性分析是一个多变量非线性问题，因此要求有强大的处理非线性问题的能力。（4）分析结果的不确定性。地质状况的复杂性、原始资料品质的好坏程度使得地震属性分析结果误差相当大。地震属性分析中对样本数据的最好匹配并不能保证最好的分析结果，即建模数据的最小误差准则并不是提高分析精度的最好准则。（5）地震数据噪声问题。由于地质状况复杂、实际施工条件等诸多因素的影响，地震数据中噪声情况严重，大大干扰属性分析的性能。（6）信息量和计算量巨大。地震属性分析时需要处理的信息量和计算量往往十分巨大，对分析算法的性能要求非常高。以上这些问题都直接影响着地震属性分析的工作效率、准确度以及精度。1.4国内外研究发展现状随着三维地震勘探技术的不断成功，地震属性越来越受到人们的欢迎。地震属性在了解解释层位空间显示的数据方面有着特殊的价值。然而，许多可以获得的属性并不总是信息的独立部分，事实上只是简单的表示反映基础信息有限部分的不同方式，成功的关键是选择解决问题最有效的属性，而且使用属性进行的统计分析必须建立在对属性了解的基础上，而不是简单的数学关联。目前已经有许多学者对用地震属性进行了归类，可以帮助人们了解可以获得的属性及每种属性拥有的用途。首先，与地震数据中基本信息有关的是时间、振幅、频率和衰减，其中大多数属性是叠后的，来自于工作站上装载的叠加与偏移数据体，叠前属性主要来自AVO测量结果。地层属性沿追踪地层提取，得益于计算机自动追踪的精度。定位精度通常约1/4ms，属性值精度基本相似。时窗属性采用如2或4ms间隔的采样值，它们可以对全部采样值进行求和或平均给出总属性，也可以选择单一属性，或者可以计算时窗上属性值的分布或走向。地震属性及其提取方法第3页（共19页）时间导出的属性有助于分辨构造细节，而振幅和频率导出的属性便于解决地层和储层特征问题。这里所说的振幅属性是相当稳健和有效的，而频率属性则有助于展示附加的地质分布。混合属性因含振幅和频率成分而有着特殊意义，因而是非常有用的地震特性测量结果。当然，岩石物性研究和地震模拟是了解地震属性的其它来源，这类了解方式必须在与储层参数的相关性中建立置信度，而且必须成为所有属性分析项目的一部分2地震属性2.1地震属性的内涵与分类到目前为止,对地震属性还没有统一的定义,大家引用较多的是WesternAtlasInternational公司的QuincyChen与SteveSidney所给出的定义:“地震属性是地震资料的几何学、运动学、动力学及统计学特征的一种量度”采地震属性是指由叠前或叠后地震数据,经数学变换而导出的有关地震波的几何学、运动学、动力学和统计学特征。地震数据体中隐含着丰富的地质信息,就是通过地震属性来实现和表达的。目前地震属性主要用于储层岩性及岩相、储层物性和含油气性分析。广义的地震属性分析还包括波形分析、地震相干体分析、地震反演波阻抗分析、AVO反演等。随着人们对地震属性了解越来越深入,地震属性的数量突增,据统计目前有明确定义的有300多种,而常用的只有30～50种。把地震属性合理分类,对理解和正确使用地震属性是很有帮助的。根据不同的出发点,属性有多种分类方案,其中主要的分类方案有如下:Taner等人(1995)将地震属性划分为几何属性和物理属性,几何属性主要指反射特征等,用于构造解释、层序划分和地震相研究;物理属性主要指振幅、频率、相位等,用于岩性和储层特征解释。AlistairR1Brown(1996)强调叠前及叠后分类并提出四类叠后地震属性:时间、振幅、频率及衰减属性。Chen以运动学和动力学为基础把地震属性分为振幅、频率、相位、能量、波形、衰减、相关和比值等几大类。2.2地震三瞬属性三瞬属性是所有其它衍生类属性的基础，三瞬属性包括瞬时振幅、瞬时频率和瞬时相位。已经有许多专家和研究人员对三瞬属性在储层分布形态、地震沉积分析、异2地震属性第4页（共19页）常体识别等多方面的应用做出研究和分析，并有许多成果文献发表，对于刚接触地震属性的人来说，还是有必要了解三瞬属性的来源。由于地震数据实际上也类属于信号，所以许多有关信号处理的方法和概念都被引入到地震数据的处理当中，包括小波分频变换处理、褶积与反褶积等。三瞬属性主要是利用了Hilbert变换的信号处理方法。如下摘自于高静怀教授（2005）等《利用地震瞬时谱属性进行薄互层分析》（发表在《煤田地质与勘探》）对三瞬属性的表述：瞬时振幅是反射强度的量度，所以一般软件中出现的envelope也就是瞬时振幅的含义，其用法与瞬时振幅一样。从计算公式来看，就是解析信号的实部与虚部总能量的平方根，主要反映能量上的变化，可以突出特殊岩层的变化。瞬时相位是地震剖面上同相轴连续性的量度，无论能量的强弱，它的相位都能显示出来，即使是弱振幅有效波在瞬时相位图上也能很好的显示出来。当波在各向异性的均匀介质中传播时，其相位是连续的；当波在有异常存在的介质中传播时，其相位将在异常位置发生显著变化，在剖面图中明显不连续。因此，利用瞬时相位能够较好地震属性及其提取方法第5页（共19页）的对地下分层和地下异常进行辨别。当瞬时相位剖面图中出现相位不连续时，就可以判断该处存在分层或异常。瞬时相位与以上两种地震属性不同，它是根据地震波穿越不同地质体引起的相位变化来识别不同地质体间的边界。单道计算的基本地震属性中，瞬时相位是非常敏感的地震属性。瞬时频率是相位的时间变化率，它能够反映组成地层的岩性变化，有助于识别地层。当地震波通过不同介质界面时，频率将会发生明显变化，这种变化在瞬时频率图像剖面中就能显示出来。对于同一探测对象，三种瞬时信息在同一位置发上明显变化就可能反映探测对象在该处的物性变化。在三个参数中，瞬时相位谱的分辨率最高，而瞬时频率和瞬时振幅谱的变化也较为直观，可以利用这两者来确定地下异常的大概位置，用瞬时相位来确定分层的边界。如下图对某个地震信号进行Hilbert变换处理，右侧依次为Hilbert结果、瞬时振幅、瞬时相位和瞬时频率。注意观察图中用黑色虚线标注的层段，在振幅上层段的顶为一个强波谷，底为零值，中间包括一个强波峰，考虑子波相位为零相位时，该层段岩性阻抗比上覆岩层阻抗高，底与下伏岩层接近，其顶部为高阻抗岩性。在进行Hilbert变换后，原有的信号为解析信号，其振幅的变化幅度正好与原始信号的相反。层段上覆地层振幅为正值，层段原强波峰段在此变为强波谷。在下方的2地震属性第6页（共19页）振幅图上与原始信号基本一致。瞬时振幅为Hilbert变换后的实部与虚部值的均方根，可以看到在标注层段处振幅为高值，这是原始信号上波谷与波峰幅度的统计，层段整体都表现为强值段。这是反映的能量变化。瞬时相位则是虚部值与实部值相除然后求反正切值。瞬时相位反映出边界的变化或者是反射的连续性。从结果来看，层段的顶底变化很清楚，顶对应的是近-180度的相位值，底对应近正180度的相位值。与原始信号对比，顶在信号上是由波谷转换到波峰，是正180度转换到负180度，在颜色上表现是截然相反的两种对比颜色。而层段内部的变化是连续的，又从负相位渐变到正相位，到底时为正180度。然后层段下伏地层显示很快的相位变化，而在信号幅度上虽然有正负值的变化，但差异没有那么明显，而在相位上则显示快速的变化（由正相位到负相位或由负相位到正相位），这也说明相位能够放大局部信号上的差异（尤其是存在较弱正负幅度的变化）。瞬时频率来源于瞬时相位，为相位对时间求导获得。它的变化就没有相位那么敏感，如层段处整体显示出低频特征，反而在层段的底界处出现一个高频率的值。对比整个原始信号，在瞬时频率出现高值的地方基本上都对应一个层段的底，也就是发生岩性或者层段变化的界面处出现频率的突然变化。2.3地震属性的计算方法(1)均方根振幅（RMSAmplitude）均方根振幅是将振幅平方的平均值开平方。由于振幅值在平均前平方，因此，它对特别大的振幅非常敏感。(2)平均绝对值振幅（AverageAbsoluteAmplitude）地震属性及其提取方法第7页（共19页）平均绝对值振幅没有均方根振幅那样，对特别大的振幅敏感。(3)最大波峰振幅（MaximumPeakAmplitude）最大波峰振幅的求取方法是，对于每一道，PAL在分析时窗里做一抛物线，恰好通过最大正的振幅值和它两边的两个采样点，沿着这曲线内插可得到最大波峰值振幅值。PAL画一个使这三个采样点适合曲线并且沿这一曲线确定出最大值。MaximumPeakAmplitude=125(4)平均波峰振幅(AveragePeakAmplitude)平均峰值振幅是对每一道在分析时窗里的所有正振幅值相加，得到总数除以时窗里的正振幅值采样数得到的。(5)最大波谷振幅(MaximumTroughAmplitude)最大波谷振幅的求取方法是，对于每一道，PAL在分析时窗里做一抛物线，恰好通过最大负的振幅值和它两边的两个采样点，沿着这曲线内插可得到最大波谷振幅2地震属性第8页（共19页）值。PAL画一个适合这三个采样点的曲线并且沿着这一曲线确定出最大值。MaximumTroughAmplitude=|-90|=90(6)最大绝对值振幅(MaximumAbsoluteAmplitude)计算每道的最大绝对值振幅的求取方法是，首先在分析时窗内计算出波峰和波谷的值，得出最大的波峰或波谷值，然后，PAL画一抛物线，恰好通过最大波峰或波谷振幅值和它两边的两个采样点，沿着这曲线内插可得到最大绝对值振幅值。PAL画一个适合这三个采样点的曲线并且沿着这一曲线确定出最大值。MaximumAbsoluteAmplitude=123.6(7)平均振幅(MeanAmplitude)对于每一道的平均振幅的求取方法是，对分析时窗内的振幅值相加，总数除以非零采样点数得到的。地震属性及其提取方法第9页（共19页）(8)振幅的平方差(VarianceinAmplitude)对于每一道的振幅的平方差的求取方法是，对分析时窗内的每个振幅值