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1、利用三维地震不连续性属性及可视化技术来解释裂缝Interpretingfracturesthrough3DseismicdiscontinuityattributesandtheirvisualizationSatinderChopra著原文发表于：October2009CSEGRECORDER利用三维地震不连续性属性及可视化技术来解释裂缝曹鉴华译摘要裂缝可以改善储层的渗透性，也由此提高了产能和采收率。在地震反射率数据纵横切片上很难清晰的识别出褶皱断裂、地层结构和大尺度的沉积体（如河道、深切河谷填充以及浊积扇复合体），但地震的不连续性属性却可以帮助我们刻画许多储层要素的地质特征。相干属性和曲率
2、属性是这方面分析的两个重要地震属性。为了获得精确的地震属性信息，一般会先对输入的地震数据进行优化处理，如采用稳健的倾向约束方法进行去噪处理，同时在计算地震属性时采用更先进的算法。曲率属性尤其可以呈现出详细的裂缝分布模式，为提高其准确度，常采用成像测井及生产数据进行对比验证。其中一种方式就是在井筒临近区域的曲率属性图上先手动解释出排列模式，并将这些模式数据形成玫瑰图，然后与实际成像测井形成的玫瑰图进行对比。如果相关性很好的话，就可以提高裂缝的解释可信度。另外一种方式就是自动生成三维玫瑰图，然后与如相干等属性上呈现的分布模式对比。最后，地质特征的三维显示技术和地震不连续性属性的交绘分析技术对三维地
3、震解释能起到极大的帮助作用。引言在研究裂缝分布模式时裂缝刻画是基础，由此也研究出了许多有效的裂缝性油藏评价方法。天然裂缝网络的存在使得许多储层具有不可预测的非均质性，它还可以改善低渗透基质岩石中储层的渗透性能，增加油气产能。因此针对裂缝的检测与刻画变得很重要，这也促使裂缝研究技术如方位AVO技术、成像测井断裂解释技术以及地震属性分析技术得到不断改进。研究人员一直以来都采用层界面地震数据来检测断裂和大尺度的裂缝，而最近几年发展的地震属性分析技术在判别多组相邻裂缝或内部互相连通裂缝网络取得了令人鼓舞的效果。基于相干和曲率属性的裂缝检测相干属性在识别断裂和裂缝方面已经应用了好多年了。随着本征分解算法
4、的出现，相干属性进一步提高了其横向分辨能力，使得断层和裂缝在属性图上表现得更尖锐、更干脆。而体曲率属性则在刻画裂缝方面表现出优势(Al-Dossary和Mafurt,2006；Chopra和Mafurt,2007a和b,2008)。其过程大概如此：先计算指示每个采样点处最佳单倾向特征的的倾角和方位角属性，然后根据相邻点倾角和方位角计算曲率，进而产生整个三维体曲率属性。曲率属性类别很多，但其中最大正曲率、最大负曲率属性在刻画地层中与裂缝相关的微小扰曲和褶皱特征时是最有效的。除了断层和裂缝外，一些地质现象如河床、点砂坝、成岩作用如岩溶、热液作用形成的白云岩等在曲率属性图上都会有很好的反映。由Ber
5、gbauer等在2003年提出多谱曲率计算方法，并被AlDossary和Marfurt在2006年引入到三维体计算。这种方法可以同时获取长波长和短波长曲率图，解释人员就可以对不同尺度大小地质体进行分析。硬曲率(短波长)属性对于常规地震剖面上很难识别的100-200道长度的微小扰曲特征有一定的响应，也常用来分析地震无法分辨的裂缝发育区带以及由于破碎、成岩作用形成的较宽碗状特征。这些属性的质量与输入的数据有直接关系。为了获得精确的地震属性体，一般会先对输入的地震数据进行优化处理。这里“最优化”目的就是要去除在地震处理流程中没有消除的与层面或与振幅/相位相关的偏差效应。在工作站加载的叠前或叠后数据中
6、或多或少还存在一些噪音，其来源有许多种，如与采集相关的、处理造成的假象或随机噪音等。这里建议在计算几何类属性时考虑三个方面，以相干属性为例，包括(1)数据整理，(2)引入倾角约束计算(3)选择合适的算法。在原始数据上采用构造约束类滤波处理能突出目标反射特征，弱化背景噪音，在此基础上计算相干属性结果会更干净。在计算相干属性时引入倾角导向后，结果会更清晰，避免了任何构造模式的影响，保证属性的准确性。采用基于本征值分解协变矩阵算法（也称为能量率算法）计算的相干属性结果要比其它算法成果更好。地震属性可视化在纵横向地震反射率切片数据上很难清楚的分辨出褶皱断裂、地层构造和大尺度沉积单元（如河道、下切河谷以
7、及浊积扇复合体等）（Kerr，2003），所以解释人员开始采用三维可视化技术从空间上去观察输入的地震数据或者属性数据，由此可以提供更多有效信息，帮助解释人员提高解释精度和效率。传统的二维解释流程为：先在倾向和走向测线上追踪断层和层界面，然后通过网格化插值和等值线标示方法形成时间和构造图。随着三维资料的出现，该流程变成了每隔10条主测线或10条联络测线追踪。后续的改进包括在时间切片上开展解释以及利用自动追踪技术（如Rijks和Jauffred，1991）。正是在这些图件基础上开展了重大而且需要大量资金投入的钻井决策。地震数据三维可视化显示也是一种有效展示构造或地层含烃圈闭三维形态的手段，解释人员
8、可用此来理解层位与断层之间复杂的相交模式以及斜井的空间轨迹。三维体渲染是一种可视化模式，调整透明度后来观察三维体内的目标体特征。解释人员先选取一个目标地震子体或属性子体，通过交互调整透明度来实现对目标体地质特征透视，并观察形态细节，突出一些沉积体（如河道和生长体）在空间上的特征。这种三维可视化手段可以更直观地理解纵剖面和平面上看见的地质特征。因此，对于属性子体幅值透明度曲线的有效调整能够增强与地震体的关联性。如果目标区域需要寻找断层，如图1进行调整。先产生一个最大正曲率属性的目标地层属性子体，然后调整透明度曲线，只保留红色的大值区域显示出断裂的轮廓，同时叠加显示在地震数据上。在白色箭头所指的方
9、向扫描地震剖面，这样可以帮助解释人员确定那些红色的面是否指示断面、中轴面或压实背斜，或者是由于采集或处理过程中产生的假象。一旦在这个方向确认红色区域指示的意义后，还需要在联络线和时间切片方向进行同样的数据浏览。图1、2、3最大正曲率属性透视，注意与地震数据反射特征的对比如图3,对地震剖面上看见的断层特征与地层相干属性进行对比。除了主要的断裂很清晰外（如图中用黄色箭头所指），还存在一些低相干区域（如图绿圈所指），不仅影响整体属性显示效果，而且也会影响这些断层的快速解释。在下一节中会介绍采用属性交绘的方法将这些不想要的低相干区域消除掉。图4同时利用长波长和短波长最大正曲率属性与地震剖面进行对比。可
10、以看见在长波长曲率属性上大断层和裂缝都显示得很清晰，而短波长曲率属性上断层和裂缝特征明显要细一些，细节更丰富。图4左为长波长最大正曲率属性，右为短波长最大正曲率属性多属性体渲染显示前面介绍了对一个属性体通过透明度控制来实现三维显示的方法，包括地震测线方向和时间切片方向。我们还可以在同一个三维空间内显示多个属性体，例如将相干体或最大正曲率（或根据目标特征选择最大负曲率属性）体与地震振幅体同时渲染显示，这是非常有用的。图5就是相干体与振幅体的混合渲染显示，将高相干值透明后保留下来低相干值区域，叠加显示在地震振幅体上。如果是曲率体的话就将正曲率高值（选用最大正曲率体时）或负曲率高值（选用最大负曲率体
11、时）保留下来，而其它的值透明显示。图5相干体与振幅体混合渲染显示图6相干、最大正曲率、最大负曲率三属性混合显示在解释断层时有一定的指导作用。如图6,将相干属性（低值以黑色指示）、最大负曲率体（负曲率高值以蓝色表示）、地震振幅体融合渲染显示，在该融合体上就能够将地震波形不连续变化特征（黑色）、断裂上升盘边界（红色所示）和断裂下降盘边界（蓝色所示）解释岀来。断裂/裂缝显示的交绘分析在测井和AVO分析时常采用交绘分析方法，通过交绘分析来理解数值上的测量值与实际地下地质信息的相关趋势。相干属性用来表征波形不连续性特征，曲率则是指示构造变形程度，他们是独立的属性，都可用来识别断层。如果对这两个属性进行交
12、绘分析的话，期望能够对地震上不不连续特征有更清楚的刻画。一般低相干不连续特征以灰度级别色标上的黑色或灰色异常来标示，而最大正曲率则用双重渐变色标，其中指示河道边界或断层上升盘边界的正曲率高值用黑红色表示。图7为这两个属性的交绘，低相干和曲率高值集中在左上方第二象限里。用多边形将这些点圈起来并映射到地层切片或时间切片上，如图7。操作时要注意选择合适的多边形边界，从而突出8例，这些不连续样点可目标区域断裂/裂缝的分布模式。实际上也可以按照自己的意愿去圈定有利样点，如图以投影到地震数据或层界面上显示。Coherence势。相干属性用来表征波形不连续性特征，曲率则是指示构造变形程度，他们是独立的属性，
13、都可用来识别断层。势。相干属性用来表征波形不连续性特征，曲率则是指示构造变形程度，他们是独立的属性，都可用来识别断层。图7左为相干与曲率的交绘，右为将交绘红色所圈样本点投影到沿层相干切片上，切片上红线指示断层图8左为相干与曲率的交绘，右为将交绘黑色所圈样本点投影到沿层时间构造图上，切片上黑线指示断层通过交绘可以将不同类型的断裂区分开。在相干属性、最大正曲率和最大负曲率属性图上有一定倾向和延伸长度的断裂都表现得比较清楚。但没有拖曳特征的断裂（如直立断层）在曲率图上通常显示不岀来。而相干对断距小于子波长度的微小断裂也没有响应。这样采用交绘分析就可以将指示这两类断裂的样点区分开。在使用属性数据时注意
14、尽量不受噪音的影响，由采集脚印引起的样本点也有可能落在左上第二象限区域，从而影响后续的分析。所以我们建议在进行属性计算之前先进行数据整理，如采用构造约束的滤波处理（PC或主分量滤波）（Chopra和Marfurt，2008）。用测井数据校正有可能的话利用实际测井数据来校正曲率属性。一种方式就是先在裂缝区域解释出裂缝走向趋势并转成玫瑰图/裂缝方位、然后与成像测井资料获得的裂缝玫瑰图对比。两者的相关性比较好时有助于利用曲率属性进行断裂厚度等定量化的储层分析。在对比时选择井筒附近区域进行分析玫瑰图裂缝可以用不同方位上的分布来刻画，将1到180度所有方位上裂缝的分布形成一个玫瑰图，然后观察玫瑰图上的主
15、方位，而不是仅分析某一点处裂缝的方位分布。玫瑰图上某个方位的花瓣长度依赖于在该方位裂缝出现的频率。玫瑰图分析方法常用来描述特定线状特征的方位分布，而且结果易于理解(Wells,2000)。如图9在最大正曲率属性图上解释裂缝分布，图中用黄色线标示，然后转换成玫瑰图。从图上也可以观察沿层的裂缝方位和分布密度。严格的说，在进行玫瑰图制作时就选取某口井附近区域分析，而不是对整个工区数据进行分析。图9最大正曲率属性图上解释裂缝分布，右上角为转换得到的玫瑰分布图层面的曲率计算公式为：C2=Kmin2+Kmax2，其中Kmin和Kmax为最小和最大曲率(Roberts，2001)。Roberts同时指岀可以利用Kmin和Kmax来计算形态指数s，s为1时指示穹窿，s为1/2时为背脊，s为0指示鞍状，sc=0指示层面为平面状为-1/2时为河谷状，而s为-1是指示碗状。曲率用来指示产生这些形状的变形程度，在Al-dossary和Marfurt在2006年说明了利用变形强度与形态指数来获得形态分量，所有分量的总和就是曲率值形态依赖于采用的地质模型。如图10为沿层的相干切片、谷状和脊状属性切片对比。可以看到河道的边界在山脊属性切片上更突出，河谷在谷状属性上则更清晰。这两类属性走向都很清楚，可采用最小曲率的方位角Ph（imin）来表征走向。
