鄭連弟， 袁聯(lián)生， 楊 強(qiáng)， 楊江峰， 馬永強(qiáng)， 張 薇

(中國(guó)石化石油物探技術(shù)研究院，南京 211103)

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Gabor變換與三原色融合技術(shù)在碳酸鹽巖縫洞儲(chǔ)層識(shí)別中的應(yīng)用

鄭連弟， 袁聯(lián)生， 楊 強(qiáng)， 楊江峰， 馬永強(qiáng)， 張 薇

(中國(guó)石化石油物探技術(shù)研究院，南京 211103)

針對(duì)塔河油外圍地區(qū)小尺度縫洞型儲(chǔ)層和古河道精細(xì)識(shí)別的難題，基于疊前逆時(shí)偏移(RTM)成像數(shù)據(jù)體，利用Gabor變換進(jìn)行地震數(shù)據(jù)體頻譜分解，優(yōu)選針對(duì)不同尺度的河道和縫洞儲(chǔ)集體敏感頻帶的數(shù)據(jù)體，采用RGB三原色融合技術(shù)將優(yōu)選后的低、中、高頻帶數(shù)據(jù)體進(jìn)行融合，形成RGB混頻數(shù)據(jù)體。與常規(guī)地震數(shù)據(jù)體對(duì)比，混頻數(shù)據(jù)體對(duì)不同尺度縫洞型儲(chǔ)集體的刻畫更加清晰、對(duì)古河道細(xì)節(jié)識(shí)別更加精細(xì)，有效提高了研究區(qū)碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的精度。

Gabor變換； RGB三原色； 碳酸鹽巖； 儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

0 引言

基于薄層調(diào)諧效應(yīng)的原理，譜分解技術(shù)被廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究中。對(duì)地震信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分析，將地震數(shù)據(jù)體分解成若干單一頻段的振幅調(diào)諧體，根據(jù)不同頻段調(diào)諧體對(duì)應(yīng)不同的調(diào)諧厚度的特點(diǎn)，開展不同尺度地質(zhì)體的厚度估算、邊界探測(cè)、含油氣檢測(cè)等研究[1-9]。Gabor[9]提出短時(shí)傅里葉變換；Morlet等[10]首次將短時(shí)傅里葉變換應(yīng)用于地震解釋為譜分解技術(shù)奠定了基礎(chǔ)；R.GStockwell等[11]綜合短時(shí)傅里葉變換和小波變化技術(shù)，提出了針對(duì)非平穩(wěn)信的S變換；Partyka等[12]將時(shí)頻分析技術(shù)轉(zhuǎn)換為一種實(shí)用、便捷的地震解釋工具，此后地震譜分解技術(shù)被廣泛應(yīng)用；蔡剛等[2-3]、趙爽等[5]利用譜分解技術(shù)，分別開展準(zhǔn)噶爾盆地和四川盆地碎屑巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)；肖高杰等[8]利用譜分解技術(shù)開展了河道砂體的預(yù)測(cè)；黃饒等[6]利用譜分解技術(shù)開展了氣藏識(shí)別研究；張亞中等[7]、侯海龍等[4]、龔洪林等[1]、韓革華等[13]將譜分解技術(shù)應(yīng)用于碳酸鹽巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究，很好地預(yù)測(cè)斷裂、裂縫和空洞儲(chǔ)層的展布。在頻譜分解基礎(chǔ)上，利用RGB混頻融合數(shù)據(jù)體，在“河道識(shí)別、斷裂識(shí)別、碳酸鹽縫洞型儲(chǔ)層預(yù)測(cè)”等方面取得了良好的應(yīng)用效果[10-15]，曹鑒華[10]利用RGB混頻技術(shù)，很好地預(yù)測(cè)了河道的平面展布；楊玉杰等[11]將RGB分頻混色技術(shù)應(yīng)用塔河油田縫洞型儲(chǔ)層預(yù)測(cè)；魯新便等[16]利用RGB混頻技術(shù)，精細(xì)分析了塔河油田東部奧陶系古水系、斷裂以及溶洞體的空間分布，提高了小尺度河道和溶洞識(shí)別精度。

隨著塔河油田開發(fā)程度的深入，塔河外圍區(qū)縫洞型儲(chǔ)集體成為增儲(chǔ)上產(chǎn)的新領(lǐng)域。受多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的改造，塔河油田中下奧陶統(tǒng)地層中形成了以巖溶縫洞型為主要儲(chǔ)集空間的古喀斯特儲(chǔ)層，巖溶水系發(fā)育區(qū)的喀斯特古河道系統(tǒng)是整個(gè)巖溶體系的核心[18-19]。不同尺度、不同走向的古河道與不同規(guī)模的縫洞型儲(chǔ)集體交織在一起，增添了儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的難度，能否準(zhǔn)確預(yù)測(cè)古河道的平面展布、識(shí)別不同規(guī)模的縫洞型儲(chǔ)集體，對(duì)于井位部署和油田高效開發(fā)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

作者選擇塔河油田西北部的艾丁工區(qū)，在2014年度逆時(shí)偏移(RTM)處理的地震資料基礎(chǔ)上，將基于Gabor變換的譜分解技術(shù)和RGB三原色融合技術(shù)有機(jī)結(jié)合，開展了艾丁地區(qū)中下奧陶統(tǒng)古河道和不同規(guī)?？p洞儲(chǔ)層的平面分布預(yù)測(cè)研究。

1 分頻三原色融合技術(shù)基本原理

分頻三原色融合技術(shù)主要包含兩個(gè)步驟：①將地震數(shù)據(jù)進(jìn)行譜分解，分解成不同頻段的振幅調(diào)諧數(shù)據(jù)體；②利用RGB三原色融合的技術(shù)，將三種頻率分量數(shù)據(jù)體利用不同的顏色混合在一起形成融合數(shù)據(jù)體，其優(yōu)勢(shì)在于凸顯不同主頻數(shù)據(jù)體對(duì)于地質(zhì)體的分辨能力，更加有利于特殊地質(zhì)異常體的識(shí)別(如：河道、鹽丘、斷裂等)[13-15]。

1.1 基于Gabor變換基本原理

信號(hào)x(t)的傅里葉變換如式(1)所示。

X(ω)=∫x(t)e-iωtdt

(1)

式中：t為時(shí)間；ω為角頻率；X(ω)為信號(hào)x(t)的傅里葉頻譜。

傅里葉變換使用的是一種全局變換，無(wú)法準(zhǔn)確地表達(dá)信號(hào)的局部視頻特征，為此，衍生出了短時(shí)傅立葉變換(STFT)：

F(t,ω)=∫x(τ)h(τ-t)ejωτdτ

(2)

式(2)中:x(τ)為待分析信號(hào);h(τ)為窗函數(shù)。隨著t的變化，窗函數(shù)在時(shí)間軸上平移滑動(dòng)，將分段截取的信號(hào)看做局部平穩(wěn)信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換，得到局部頻率信息。

窗函數(shù)的選取影響短時(shí)傅立葉變換的分辨率，采用較短的時(shí)窗，短時(shí)傅立葉變換的時(shí)間分辨率較高、頻率分辨率較低，采用較長(zhǎng)的時(shí)窗，短時(shí)傅立葉變換的頻率分辨率較高、時(shí)間分辨率較低。當(dāng)窗函數(shù)選擇高斯窗函數(shù)時(shí)，STFT變換的時(shí)間和頻率分辨率乘積達(dá)到最小，此時(shí)的變換即為Gabor變換[24、31]。

高斯窗函數(shù)為：

(3)

式(3)中，a為高斯時(shí)窗的長(zhǎng)度，決定著Gabor變換的時(shí)頻分辨率。

1.2 基于RGB三原色融合技術(shù)

5) 表面形狀適應(yīng)性好。復(fù)合材料補(bǔ)片和膠粘劑均為柔性材料，采用二次共固化技術(shù)可以在一定程度上調(diào)整復(fù)合材料的形狀，從容應(yīng)對(duì)損傷結(jié)構(gòu)表面的復(fù)雜曲面。

R(紅色)、G(綠色)、B(藍(lán)色)是工業(yè)界常用的一種色彩模式，紅、綠、藍(lán)三種顏色值都可以由0～255變化，通過這3種顏色的任意組合，就可以顯示出16×104種顏色[14-16]。將這種顏色混合方式引入到地震屬性分析中來(lái)，利用R、G、B分別代表不同頻段的振幅調(diào)諧能量數(shù)據(jù)體，從而形成RGB混頻數(shù)據(jù)體。這種混頻三原色顯示的數(shù)據(jù)體可以彌補(bǔ)單一頻段數(shù)據(jù)體刻畫地質(zhì)體的不足，有利于突出地震異常體與圍巖的差異，從而提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的精細(xì)程度。

2 應(yīng)用實(shí)例

研究區(qū)位于塔河油田西北部，構(gòu)造位置位于塔里木盆地北部沙雅隆起阿克庫(kù)勒凸起的南坡，由于受到加里東運(yùn)動(dòng)晚期和海西運(yùn)動(dòng)早期阿克庫(kù)勒凸起的強(qiáng)烈隆升和古構(gòu)造背景的控制，中、下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖地層遭受了大量的剝蝕和強(qiáng)烈?guī)r溶作用改造，形成了大型的古巖溶喀斯特地貌[18-19]。正是在這種環(huán)境中形成的碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)集體，為油氣的聚集提供了廣闊的儲(chǔ)集空間，為塔河油田的高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)提供了保障[21]。

隨著油氣開發(fā)程度的進(jìn)一步深入，構(gòu)造有利部位、大型的巖溶縫洞型儲(chǔ)集體基本上均已上鉆，尺度相對(duì)較小的縫洞型儲(chǔ)集體成為目前增儲(chǔ)上產(chǎn)的新目標(biāo)。根據(jù)塔河油田多年以來(lái)的勘探實(shí)踐表明，中下奧統(tǒng)的縫洞體系不是孤立發(fā)育的，巖溶水系發(fā)育區(qū)的喀斯特古河道系統(tǒng)是整個(gè)巖溶體系的核心，不同尺度和形態(tài)的溶洞體與古河道關(guān)系密切[21]。能否準(zhǔn)確刻畫古水系的空間展布以及古地貌形態(tài)，是本區(qū)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究的關(guān)鍵。

2.1 地震資料目標(biāo)處理

地震資料的品質(zhì)直接影響著后續(xù)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的效果，研究區(qū)的地震資料是2007年完成的疊前時(shí)間偏移處理(PSTM)資料，隨著近幾年來(lái)逆時(shí)偏移(RTM)成像技術(shù)的應(yīng)用[22]，前期時(shí)間偏移成像的資料品質(zhì)具有一定的提升潛力。本研究首先對(duì)該資料進(jìn)行了逆時(shí)偏移成像(RTM)，通過PSTM和RTM成像效果對(duì)比(圖1)，RTM成像效果有3方面的優(yōu)勢(shì)：①分辨率基本相當(dāng)，但剖面的信噪比明顯提升；②串珠能量更加集中、串珠邊界更加清晰、串珠的數(shù)量多于早期PSTM成像數(shù)據(jù)體；③小斷裂的成像更加清晰、斷點(diǎn)更加明確。高品質(zhì)的RTM成像，為后續(xù)的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)奠定了良好的基礎(chǔ)。

2.2 分頻三原色融合技術(shù)的應(yīng)用

前期大量研究認(rèn)為，碳酸鹽巖巖溶縫洞型儲(chǔ)集體能夠在地震剖面中形成“串珠”反射異常，利用地震振幅屬性、振幅變化率屬性、相干分析等技術(shù)能夠很好地識(shí)別“串珠”反射異常體，從而達(dá)到預(yù)測(cè)碳酸鹽巖縫洞儲(chǔ)層的目的[23-25]。

研究區(qū)RTM處理的地震資料在中下奧陶統(tǒng)的主頻在30 Hz左右，有效頻帶寬度5 Hz～65 Hz。對(duì)地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行了基于Gabor變換形成多個(gè)頻帶的振幅調(diào)諧體，通過不同頻段數(shù)據(jù)體對(duì)“串珠”和古河道刻畫精度的對(duì)比分析，作者優(yōu)選了20 Hz、32 Hz和46 Hz的分頻數(shù)據(jù)體進(jìn)行RGB三原色融合，其中20 Hz主頻段的數(shù)據(jù)體對(duì)于刻畫大型的古水系更加清楚；32 Hz主頻段的數(shù)據(jù)能夠刻畫大多數(shù)的“串珠”異常體；46 Hz主頻段的數(shù)據(jù)體能夠刻畫一些小的“串珠”。

通過穿過“串珠”的地震剖面和RGB混頻屬性分析，地震剖面中的一個(gè)個(gè)“串珠”反射，在RGB混頻平面屬性中呈現(xiàn)黃白色的圓點(diǎn)特征(圖2)。

圖2 “串珠”的RGB混頻屬性圖Fig.2 RGB mixing frequency attribute map of"Beads"

古河道與現(xiàn)代河道類似，在地震響應(yīng)中具有明顯的異常特征。在垂直于河道的地震剖面中，古河道具有“下切”的特征，連續(xù)的波組突然中斷、不連續(xù)。在平面屬性圖上，古河道呈現(xiàn)彎彎曲曲的條帶狀展布特征，基于RGB混頻屬性清晰地刻畫出了河道的平面展布特征(圖3)。

圖3 “古河道”的RGB混頻屬性圖Fig.3 RGB mixing frequency attribute map of ancient river system

圖4 沿層屬性圖Fig.4 Seismic attributes along reflection interface沿層RGB屬性圖；沿層地震振幅屬性圖

通過RGB三原色屬性與常規(guī)地震振幅屬性對(duì)比分析(圖4(b))，①在工區(qū)北部大型古河道刻畫方面，RGB刻畫的河道更為清晰；②在工區(qū)中部小型河道刻畫方面，RGB屬性刻畫的更加精細(xì)、河道的邊界更為清楚、分支河道的細(xì)節(jié)更為突出；③在工區(qū)東南部“串珠”刻畫方面，RGB屬性對(duì)于不同尺度的“串珠”均能清晰顯示，常規(guī)的振幅屬性僅僅刻畫出了較大尺度的“串珠”，而對(duì)于小尺度的“串珠”刻畫不清晰。

圖5 過鉆井A和B的地震剖面圖Fig.5 Seismic profile cross well A and well B

經(jīng)塔河油田鉆探證實(shí)，多數(shù)“串珠”地震反射異常體與優(yōu)質(zhì)的碳酸鹽巖縫洞儲(chǔ)集體具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，但有些“串珠”會(huì)被泥質(zhì)充填或者油氣產(chǎn)量并不高，縫洞儲(chǔ)集體是否被充填或者高產(chǎn)與古地貌形態(tài)密切相關(guān)[18-19]。如圖5所示，鉆井A和B同樣鉆遇地震剖面中的“串珠”反射異常體，A井揭開中-下奧統(tǒng)統(tǒng)厚度為66 m，泥漿漏失量為301.5 m3，初期測(cè)試產(chǎn)液量為12.4 t/d，含水為33%；B井揭開中-下奧統(tǒng)統(tǒng)厚度為33.8 m，泥漿漏失量為454.9 m3，初期測(cè)試產(chǎn)液量為82.9 t/d，含水為“0”，這說(shuō)明B井鉆遇的儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間更大、含油氣效果更好。在地震剖面中，兩口鉆井的最大差別在于B井位于凸起的位置，而A井位于下凹的位置，因此，在井位目標(biāo)優(yōu)選過程中，不但要關(guān)注地震剖面中是否具有“串珠”響應(yīng)，同時(shí)要關(guān)注古地貌特征，位于古地貌高部位的“串珠”型縫洞儲(chǔ)集體被充填的可能性較小，是有利的鉆探目標(biāo)。

前期地質(zhì)研究認(rèn)為，古地表河近岸巖溶臺(tái)地和巖溶緩坡等部位受較強(qiáng)的水動(dòng)力沖蝕形成溶丘地貌，后期充填破壞程度低，形成的儲(chǔ)層體規(guī)模較大，為井位部署的優(yōu)選區(qū)域[18-19]。這里研究中精細(xì)預(yù)測(cè)不同規(guī)模古河道以及“串珠”的平面展布(圖4(a))，結(jié)合古地貌特征(圖6)，優(yōu)選古河道近岸的、古地貌高部位的“串珠”,可能是有利的碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)集體。

3 結(jié)束語(yǔ)

低、中、高三種主頻數(shù)據(jù)體的選擇是RGB三原色混頻融合技術(shù)的關(guān)鍵，在實(shí)際應(yīng)用該技術(shù)的過程中，根據(jù)地震資料品質(zhì)特征和目標(biāo)地質(zhì)體的規(guī)模，優(yōu)選有利的主頻數(shù)據(jù)體；RGB三原色混頻融合技術(shù)集成了不同頻帶數(shù)據(jù)體對(duì)于不同尺度地質(zhì)體識(shí)別的優(yōu)勢(shì)，與常規(guī)的振幅屬性相比，RGB混頻屬性更能夠突顯地質(zhì)異常體、對(duì)于“串珠和河道”的刻畫更加清晰、細(xì)節(jié)更為精細(xì)，這一技術(shù)值得在碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中推廣應(yīng)用。

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Application of Gabor transform and RGB tricolor in reservoir prediction of fracture-cavity carbonate reservoir

ZHENG Lian-di， YUAN Lian-sheng， YANG Qiang， YANG Jiang-feng， MA Yong-qiang， ZHANG Wei

(SINOPEC Geophysical Research Institute, Nanjing 211103， China)

Fine recognition of small scale fracture-cavity carbonate reservoir and ancient river channel in Tahe oilfield has always been a problem. The combination of Gabor transform and RGB tricolor fusion technique is proved to solve this problem effectively. Gabor transform realizes spectral decomposition on pre-stack reverse time migration (RTM) imaging data. The sensitive band data to highlight the different scale of fracture-cavity carbonate reservoir and channel were analyzed. Then RGB tricolor fusion technique integrate low, medium and high frequency bands and RGB mixing data was formed. Compared to the conventional seismic data, better results were obtained in RGB mixing data. The description of different scale fracture-cavity reservoir and ancient river channel are more finer, which effectively improved the prediction accuracy of carbonate reservoir in study area.

Gabor transform; RGB tricolor; carbonate; reservoir prediction

2015-08-19 改回日期：2015-09-16

中國(guó)石油化工股份有限責(zé)任公司項(xiàng)目(P 14124，P 14061)

鄭連弟(1982-)，女，博士，工程師，從事地震資源解釋和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究，E-mail:ldzheng01@163.com。

1001-1749(2016)05-0631-06

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2016.05.09