基于地震资料的薄层沉积结构识别方法研究

With the deepening of oil and gas exploration, the further exploration gradually focus from conventional structural hydrocarbon reservoir to lithologic traps of various types of sedimentary sand bodies. Especially those area that far from main source and develop thin interbedded sandstone constitute further field of reservoir exploration in the next few decades. For the restriction of seismic resolution, sedimentary structure information of underground thin layers is difficult to directly identify from seismic section and it brings trouble to describe sand structure of thin layer using seismic data. According to the thin interbedded sandstone widely developed in eastern basins of China, this project mainly study internal structure and sedimentary cycle characteristics of thin layer sandstone basing on seismic data, and develop new technologies of multiwavelet spectra inversion and multi-dimensional seismic time-frequency cycle. It can gets higher resolution of reflection coefficient volume and cycle data volume. At the same time, this project combines with sedimentary structure observation of drillhole core in the study area, and build sedimentary structure characterization chart of thin layer sandstone in different sedimentary environments in seismic section. This research makes it possible to analyse thin layer sedimentary structure by seismic data. The results of this research will inspire a new thinking of using seismic to study sedimentology, and it can be used to guide lithologic trap exploration of subtle reservoir and provide a favorable evidence for reservoir exploration and development.

随着我国油气勘探程度的不断深入，勘探重点逐渐由常规构造油气藏转向各类沉积砂体组成的岩性圈闭，尤其是那些远离主物源区，薄互层砂体发育的地区，构成了未来几十年油气勘探开发的接替领域。但受地震资料分辨率的限制，从地震剖面中难以直接识别出地下薄层沉积结构信息，为利用地震资料描述薄层砂体结构带来困难。本次研究针对我国东部陆相盆地广泛发育的薄互层砂体，通过地震资料对砂体内部结构和沉积旋回特征两方面进行深入研究，研发地震资料多子波谱反演新技术和多维地震时频旋回新技术，获得更高分辨率的反射系数数据体和旋回数据体。同时，结合研究区岩心沉积结构观察结果，构建不同沉积环境下，薄层砂体在地震资料中沉积构造表征图版，使得通过地震资料分析薄层砂体沉积结构成为可能。研究成果将为利用地震资料进行沉积学的研究开辟新的思路，并可以直接用来指导隐蔽油气藏的岩性圈闭勘探，为油气藏勘探开发提供有利依据。

本项目针对国内陆相盆地广泛发育的薄互层砂体，利用地震资料开展识别技术研究，提出地震资料高分辨率多子波谱反演处理新技术，获得更高分辨率的反射系数数据体。常规谱反演技术基于简单模型地震子波频谱峰值与陷波之间距离和地层厚度及反射系数之间的关系，并不适用于实际地层中的多层介质情况，本次研究将地震道分解为多个地震子波，分析每个子波频谱特征参数与反射系数的联系，并将反射系数对分解为奇部分量和偶部分量，建立多子波的频率域目标函数，经过迭代反演获得能够直接指示岩性界面信息的反射系数资料。该技术主要分为两步：第一步将地震道分解为多个子波的线性组合；第二步建立多子波频谱与地层厚度和反射系数的函数，进行迭代反演得到反射系数。其中有两个关键环节，地震子波的提取和地震道快速分解。地震子波的准确性直接影响后面反演结果，本次研究提出一种更接近实际的混合相位子波提取方法，首先利用振幅谱和相位谱的关系，通过希尔伯特变换求出最小相位子波，与地震数据反褶积得到白化数据，然后结合四阶统计量与最优化算法计算最优因子，最后和最小相位子波褶积获得最终的混合相位子波。经过验证该子波提取方法不仅稳定而且还具有抑制噪声的能力，地震数据在较低的信噪比下也能得到较好的地震子波。利用提取的混合相位子波作为时频原子建立子波原子库，就可以对地震数据进行多子波分解，传统的匹配追踪地震道分解方法效率低，不适应大数据量的地震信号。本次研究提出一种结构化的快速匹配追踪分解算法，主要对传统匹配追踪算法中最耗时的最佳匹配原子搜索部分进行改进，将时频原子库看作由许多原子组构成的集合，每组包含许多不同尺度的时频原子，这些时频原子可以通过时窗的移动来获取，通过追踪组内最佳原子来降低计算复杂度。同时结合树状结构进行数据的传递与更新，每次迭代计算后，沿树状结构传递最大内积，避免重复计算达到加速分解的目的。此外，本项目尝试利用地震数据进行多维时频旋回分析，将地震信号进行连续小波变换后，依据某时刻影响锥内，连接时间频率平面上所有模的极大值点，得到模极大值线。研究表明该模极大值线的弯曲方向与时频图中能量团移动方向一致，进而可以通过模极大值线的弯曲特征表示沉积旋回性。采用本次研究的多子波谱反演技术和时频旋回分析技术能够更好地揭示薄层砂体的内部结构特征，使得通过地震资料分析薄层砂体沉积结构成为可能，为利用地震资料进行沉积学的研究开辟新的思路。