一种对断溶体计算相关属性及数据加权重构的方法与流程

本发明属于石油天然气勘探领域，尤其涉及一种对断溶体计算相关属性及数据加权重构的方法。

背景技术：

在现阶段的油气勘探中，断溶体是一个具有较高勘探价值的地质目标体。在油气勘探中，深层的断溶体具有较大的勘探价值，打在断溶体上的钻井往往获得高产工业气流，但打在断溶体外的钻井则往往无气或微弱产气。

另外，在油气勘探实践中发现，断溶体系统中断层及岩溶的地震成像亟需加强。一般情况下，断溶体油气藏非均质性极强，相关次级断裂识别、断溶体边界刻画及内幕表征非常困难，存在“看不清、描不精、打不准”的问题。

目前，大多数断溶体成像技术采用叠后地震数据来预测断溶体系统的分布位置。如在一些断溶体平面成像预测中，主要是利用相干体计算或颜色融合、瞬时振幅属性等提取沿层属性来进行。但相关结果对断溶体的成像的精度不高，也存在岩溶、断裂各向异性等引起的干扰情况。

在对断溶体的研究上，有一些专利如发明《一种断溶体储层连通性的地震识别方法及装置》(专利号：cn201810227814.7)的专利公开了基于三维地震数据体，构建地震最大似然体，利用地震最大似然体的属性的门槛值对地震最大似然体进行空间雕刻，获得断溶体的空间轮廓，在断溶体的空间内选择位于同一海拔高度的第一点以及第二点，获取第一点处的地层压力以及第二点处的地层压力，比较第一点处的地层压力以及第二点处的地层压力，根据比较结果判断第一点以及第二点之间的储层是否连通.

发明《碳酸盐岩断溶体内部结构的表征方法》(专利号：cn201710595771.3)的专利提出对地震资料进行叠后反演，得到地下波阻抗数据，确定代表缝洞型储集体发育的波阻抗数据阈值，根据所述波阻抗数据阈值对所述地下波阻抗数据进行镂空雕刻处理，计算地震资料的张量属性，对所述张量属性进行空间平滑处理，确定代表断溶体破碎区域的张量属性阈值，根据所述张量属性阈值对张量属性空间平滑处理的结果进行处理，得到断溶体的轮廓，以所述断溶体的轮廓作为边界，将所述张量属性及所述地下波阻抗数据显示在轮廓内，实现断溶体的外部轮廓刻画及内部结构表征。

目前利用常规地震技术开展断溶体等地质异常体的平面预测方面的相关研究成果国内外均较多，但预测效果都相对差强人意，结合现有地质、测井及地震上的认识，认为主要存在如下几个问题：

(1)常规断溶地质异常体的成像技术通常使用了叠后地震数据来进行计算，由于常规地震数据的全方位角叠加具有平均效应，往往压制了某些断溶体中断层的地震响应；

(2)使用单一属性对断溶体进行刻画，往往不能准确地对岩溶及断裂进行有效兼顾，使相关的刻画结果不准确。

技术实现要素：

本发明的目的在于为解决上述现有常规地震数据对断溶体等地质异常体的成像技术中存在的难题，公开了一种基于对断溶体计算相关属性及数据加权重构的方法，可实现对研究区内的断溶体系统等的精确成像工作，提升了相关勘探区的地质异常体的位置预测精度，进而减少了钻井风险，提高了断溶体系统的油气勘探的经济效益。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种对断溶体计算相关属性及数据加权重构的方法，所述方法至少包括如下步骤：

s1：确定研究区内断裂的中心角数据值，并设定方位角范围参数，对相关中心角道集数据体进行叠加、偏移处理，得到相关的中心角数据体；s2：对中心角数据体计算与断层相关的属性数据体，并利用相关地震数据体进行针对溶洞的属性计算，得到关于溶洞响应的属性数据体；s3：对各个属性数据体进行归一化处理后，经数据加权重构得到一个用于断溶体分析的重构数据体。

根据一个优选的实施方式，所述步骤s1具体包括：s11：计算研究区断裂的走向，并根据断裂的走向确定断裂的中心角数据值；s12：确定中心角的方位角范围，对相关中心角道集数据体进行叠加、偏移处理，得到相关的中心角数据体。

根据一个优选的实施方式，所述研究区断裂的走向以正北方向为0°，顺时针方向旋转计360°。

根据一个优选的实施方式，所述研究区断裂的走向为基于地质资料、对目的层提取相关属性切片或进行构造应力场分析获得。

根据一个优选的实施方式，中心角方向取与断裂走向呈90°的方向的角度值。

根据一个优选的实施方式，所述步骤s2中地震数据体为全方位角叠前或叠后地震数据体。

前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案；且本发明，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。

本发明的有益效果：

通过本发明方法的实施可完成对时间域的目的层的断溶系统进行的精确成像，确定断溶体在平面、三维立体上的准确位置，进而减少钻井风险，提高断溶体油气的勘探效益。当然也可利用本发明技术推广到其它地质异常体的预测方面，如预测线状礁滩相及岩溶体、线状分布的火山成像等方面。

附图说明

图1是本发明的流程示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参考图1所示，本发明公开了一种对断溶体计算相关属性及数据加权重构的方法，所述方法至少包括如下步骤：

s1：确定研究区内断裂的中心角数据值，并设定方位角范围参数，对相关中心角道集数据体进行叠加、偏移处理，得到相关的中心角数据体；

s2：对中心角数据体计算对断层响应相对敏感的属性数据体，并利用相关地震数据体进行针对溶洞的属性计算，也得到关于溶洞响应的属性数据体；

s3：对各个属性数据体进行归一化处理后，经数据加权重构得到一个用于断溶体分析的重构数据体。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

本发明首先对研究区设计与断裂走向垂直的中心角数据值及其相关的最优方位角范围，并计算相关中心角数据体；其次，根据地震数据体及相关技术方法的测试结果，对岩溶及断裂计算响应较好的属性数据体；对各个属性数据体进行归一化处理后，再实施加权重构处理，得到一个用于断溶体分析的重构数据体。通过对该数据体进行沿层切片或针对目的层的三维立体显示，便可达到利用地震技术精细预测研究区断溶体位置的目的。

由图1可知，本发明包括以下步骤：

步骤s1:确定研究区内断裂的中心角数据值，并设定方位角范围参数，对相关中心角道集数据体进行叠加、偏移处理，得到相关的中心角数据体。

步骤s11：对整个研究区计算断裂的走向，并根据走向确定断裂的中心角数据值。

其中，断裂的走向为以正北方向为0°，顺时针方向旋转，计360°。基于对称原理，将断裂的走向由0°－360°方位转化为0°－180°方位角。

研究区内的断裂走向基本上可以从地质资料、对目的层提取相关属性切片或对其进行构造应力场分析等可以得到。

并根据断裂的走向，取与断裂走向呈90°或大角度相交(大于或等于80°)走向为中心角数据值。亦即是中心角的方向与断层走向是垂直或大角度(大于或等于80°)相交的，依此类推，完成相关断裂的中心角数据值的确定。

步骤s12:：对中心角确定其最优方位角范围，对相关中心角道集数据体进行叠加、偏移处理，得到相关的中心角数据体。

步骤s12主要是对以中心角为中心，对其设定对称的方位角数据值分别进行测试，确定最佳的方位角数据值。

具体方位角范围的测试主要为以样本网格点(cdp)的中心角为中心，以其正、负12°的范围内同时增加或减少1°所得到的方位角范围内的道集数据(全部入射角)进行叠加，当叠加道的相关断层反射振幅最大时或断裂成像相对清晰时所对应的方位角范围，就作为该中心角类型的最佳方位角参数。依次类推，完成各个中心角的最佳方位角参数的确定。

利用确定的中心角及其方位角范围，对相关方位角范围的道集数据体进行叠加、偏移处理，得到相关的中心角数据体。其中，样本网格点(cdp)是已知在目的层断层上的点，该点具有对所要反映的断层所引起的振幅异常具有代表性。优选地，所述的道集是经过叠前去噪、振幅补偿、提高信噪比及相关静校正等处理后的动校正后的道集数据体；所述的方位角范围的道集数据体是指保留某一方位角范围内的数据道，而方位角范围外的数据道均置零值或对其切除——不参与后续的叠加、偏移处理。另外，也可以对方位角道集进行叠前时间偏移处理后，再进行叠加处理得到叠后数据体。具体上，使用何种叠加、偏移方法，应视实际情况、专家经验及对断裂成像精度等情况来决定。

其中，相关方位角范围的划分参数如下：

σi＝βi+δφ+10°(1)

σj＝βi-δφ-10°(2)

公式(1)、(2)中σi为第i个中心角的最大方位角值，σj为第i个中心角的最小方位角值，βi为第i个中心角的中心角数据值，δφ为方位角增量，为1°，2°，…9°或-1°，-2°，…-9°。若中心角值小于12°时，则将其作为12°来进行该中心角数据值来实施求取方位角范围的计算；若中心角值位于[168°，180°]之间，则将其作为165^°来进行该中心角数据值来实施求取方位角范围的计算。σi及σj组成第i个中心角的测试方位角范围。

其中，方位角道集由于在地震资料处理中设定观测系统方向以正北方向为0^°，顺时针方向旋转，计360^°。基于激发及接收的对称原理，将野外采集的地震数据炮点—检波点的360^°方位转化为180^°方位角。因此，道集中的方位角经转换变为[0°，180°]。

步骤s2：对中心角数据体计算对断层响应相对敏感的属性数据体，并利用相关地震数据体进行针对溶洞的属性计算，也得到关于溶洞响应的属性数据体。具体包括以下步骤：

步骤s21：对各个中心角数据体计算与断层相关的属性数据体。

主要操作为根据相关与断裂分析的计算属性的成果，优选其中一种属性数据体进入下一步骤。一般情况下，在研究区内建立小的测试区域作为对计算相关断裂属性的技术方法及参数的测试。具体操作为根据相关中心角数据体对相应的断裂的响应，对相关针对断裂响应属性的各种算法及参数测试，优选对断裂成像效果(清晰度高)较好的属性所对应的技术方法及参数进入下一步骤。依此类推，完成各个中心角数据体针对断裂属性计算的方法及参数的确定。然后，利用相关的技术方法及参数，以各个中心角数据体作为输入，从而得到断层响应相对敏感的属性数据体。

在实际操作中，也可以使用同一种针对断裂属性计算的技术方法对各个中心角数据体进行计算。一般情况下，相关针对断溶体的计算方法有振幅变化率、能量体技术、相干、蚂蚁体及张量属性、波阻抗属性等。在实际操作中，可以根据专家经验、断裂计算精度及资料实际情况等决定采用何种技术方法或其组合进行相关属性数据体的计算。

其中，关于针对断裂属性计算的一些方法如下：

(a)相干计算方法。主要采用c2相干算法来对三维叠后地震数据体进行相干体计算。在利用c2相干体算法来对三维叠后数据体进行相干体计算的过程中，首先对c2相干算法中的分析时窗内中心点在局部反射面x方向和y方向的视倾角p和q进行相应测试，该参数测试以达到能够清晰描述测试区域(测试区域只是研究区域中的一小块)内平面上的较大规模的断裂或岩溶形态为最好。待测试完毕后，便利用测试确定出的视倾角p和q对所有中心角叠后数据体进行相干体计算。

c2相干体算法主要是首先定义一个以分析点为中心并且含有j道地震数据的矩形或椭圆形分析时窗，将当地的坐标轴作为分析点的中心，因此相似系数σ(t,p,q)便可以根据如下表达式计算得到：

其中，下标j表示落在分析时窗内的第j道，xj和yj分别表示第j道与分析时窗内的中心点t在x方向和y方向的距离，k表示垂直分析时窗，h表示希尔伯特变换，p和q分别表示分析时窗内中心点t所在局部反射界面x方向和y方向的视倾角，uj表示分析时窗内第j道的地震数据。

根据表达式(3)可以看出，通过改变视倾角p和q的取值可以调整局部平面的倾斜方向，从而对应得到一个相似系数。通过查找最大的相似系数，可以使得局部平面达到与实际反射界面的最佳拟合，因此此时的像素系数也即为分析点的相干性估计值(即相干数据值)。

需要指出的是，在本发明的其他实施例中，该方法还可以在步骤1中采用其他合理的算法(例如c1相体干算法、c3相干体算法或新一代相干体算法)来对叠后地震数据体进行相干体计算，本发明不限于此。

(b)最大似然(likelihood)属性。针对断裂的计算也有最大似然(likelihood)属性，该属性有利于压制不是断裂的干扰，从而突出断裂的响应。likelihood属性的计算基于地震相似性属性，所以计算likelihood属性之前首先计算相似性属性。常规相似性属性是相邻道之间地震反射特征(波形、振幅、相位等)的对比关系，为了压制噪音突出断裂的成像，hale于2013年提出了以突出断裂识别为导向的相似性属性semblance(数值范围0-1)，具体公式如下：

式中：g为三维地震数据体；(·)s代表对括号内地震数据体进行构造导向平滑；(·)f代表沿断裂走向、倾向方向再进行一次滤波，这次滤波主要用来增强semblance属性计算的稳定性。likelihood属性的计算公式为：

likelihood＝1－semblance⁸(5)

可以看出，likelihood属性为semblance属性的指数幂与1的差值，其数值范围限定为0-1。相较于semblance属性，likelihood属性对相邻样点间相似性的对比关系有一个放大效应，更有助于凸显断裂的成像。

根据上述公式，likelihood属性也可以理解成样点处断裂发育的可能性大小。地震同相轴越连续，相似性属性semblance越大，likelihood属性越小，即断裂发育的可能性越小；断点位置处，地震同相轴连续性变差，semblance变小，likelihood属性变大，也就是说存在断裂的可能性增大。

另外，也可以对中心角数据体进行分频处理或其它数据融合处理后，再计算相关属性以突出断裂的响应。具体上使用何种技术方法参与针对断裂的属性计算，应视地震资料、专家经验及相关测试成果对比等情况决定。

步骤s22：利用相关地震数据体进行针对溶洞的属性计算，也得到关于溶洞响应的属性数据体。其中，地震数据体可以为全方位叠前或叠后地震数据体，其相应的计算方法也有多种可以反映溶洞的响应。因此，可以参考步骤21的测试方法，对相关数据体及其计算所得到的反映溶洞体的属性进行优选，优选出能相对清晰的反映溶洞的形态及位置的属性。其次，利用该属性所对应的技术方法及参数，对相关数据体作为输入，经相关计算后得到反映溶洞响应的属性数据体。一般情况下，可以利用叠后地震数据体，利用基于构造导向的振幅变化率计算方法实施相关属性计算，该属性也可以对溶洞形态有较好的反映；当然，也可以利用叠前道集数据，进行叠前avo反演或弹性波反演等，计算梯度数据体或泊松比数据体，也能对相关溶洞的形态有较好的响应。

步骤s3：对各个属性数据体进行归一化处理后，经数据加权重构得到一个用于断溶体分析的重构数据体。具体包括以下步骤：

通过步骤s2中得到的各个属性数据体，对其进行归一化处理后，将相关数据值归于某一值域内.并对归一化后的各个属性数据体设定相关的最佳加权因子，利用相关的最佳加权因子对各个属性数据体经数据加权重构处理后，得到一个用于断溶体分析的重构数据体。其中，归一化处理为一种无量纲处理手段，是使物理系统数值的绝对值变成某种相对值关系，归一化处理亦即是利用加、减、乘、除或它们之间的组合进行运算；归一化处理具体为设样本数据为xp(p＝1，2，…,p),定义xmax＝max{xp}，xmin＝min{xp}，归一化处理计算将样本数据转化为n～m区间的数据，归一化处理计算公式如下：

式(6)中，xp为归一化处理前的样本值，xpi为归一化处理后的样本值，xmax＝max{xp}，xmin＝min{xp}，n及m为正整数，m>n≥0。

其中，数据加权重构的主要操作如下：

(a)各个属性数据体重构的相关最优加权因子ki确定。该取值一般可以通过等值法或非等值法来进行相应的设计并进行测试及评价，设计中可将加权因子大值适当向与断裂体属性的数据体倾斜，再利用对评价因子的求取及分析进而评价出相对较好的加权因子，具体情况视相应的地震数据及目标地质体而定。一个属性数据体在一次数据重构中对应一个加权因子，可进行不同的加权因子循环测试，最终要优选出在各个数据组合最优的那个因子。

加权因子的详细计算公式如下：

1.等值法：采用各个加权因子大小相等或大体一致来进行，计算公式为：

上式中ki为第i个加权数据体的加权因子，n为加权的数据体数目。

2.非等值法：采用每个属性数据在抽样岩溶或断裂点的归一化属性值进行计算，加权因子设计原则为主要最优突出要预测目标地质体的边界为最佳，其计算公式为：

上式中ki为第i个属性数据体的加权因子，ai为数据加权重构后属性数据体在该抽样岩溶点或断裂点上的归一化属性值，a^/i为设计的第i个加权数据体在该抽样岩溶点或断裂点上的归一化属性值，n为加权数据体的数目。

(b)求取评价因子可对该加权因子进行评价。因为加权的效果主要为突出中、小规模的岩溶及断裂形态。效果评价的具体实施为分别对测试重构数据体及叠后相干数据体(作为对比测试数据体)进行归一化处理后，按n个样点提取中、小规模断溶体测试区域的数据值，两者进行数学运算，求取评价因子，评价因子越小，重构效果越好。加权因子与该评价因子有因果关系，先有一组设计出的加权因子，然后利用这些因子进行数据重构后，再进行评价因子的求取。这样，一组加权因子对应一个评价因子。对不同组的加权因子求取对应的评价因子，实际上是对该多组加权因子进行反馈性评价，不断的进行循环评价后进而得到相对最优的加权因子的过程。评价因子的计算公式如下：

n≥2(13)

上式中为评价因子，mi为第i点重构数据体的目标地质体的归一化数据值，m/i为第i点叠后相干数据体的目标地质体的归一化数据值，n为测试计算用到的部分数据体中的所有样点个数，该部分数据体称为测试数据体，其选取原则应尽量包含不同发育规模的断溶体。通常认为则为良；当时则为良好；当时则为优。一般情况下，mi的归一化属性数据值是指取目标地质体层段的属性平均值，目标地质层段是指包含断溶体在内的双程反射时间段。

(c)对相关属性数据体利用最优加权因子进行数据重构得到一个重构数据体，数据重构计算公式如下：

式(14)中：y为加权数据处理后的重构数据体；ci为第i个加权属性数据体；其中ki为第i个加权属性数据体的最优加权因子，且0≦ki。

本发明方法利用设定与断裂走向相关的中心角及最佳方位角范围，并计算相关中心角数据体；其次，根据相关地震数据体及相关技术方法的测试结果，对岩溶及断裂计算响应较好的属性数据体；对各个属性数据体进行归一化处理后，再根据各自的最优加权因子实施数据加权重构处理，得到一个用于断溶体分析的重构数据体。通过对该数据体进行沿层切片或针对目的层的三维立体显示，便可达到利用地震技术精细预测研究区断溶体位置的目的。

本发明实例为：

参考图1，根据本次发明方法技术流程，制定工作步骤，实例是对某三维工区的断溶系统实施精确定位，从而为后续的油气勘探打下基础。

在步骤s1中对研究区相关研究成果进行分析，发现目的层的断裂主要有两个方向，分别是北东向及近东西走向。对断溶体系统的成像分析可知，研究区的断裂成像相对较差，断裂形态不是很清晰，而岩溶体则相对清晰并形成对断裂系统成像的干扰。因此有必要对相关地震数据进行重新处理，使其经相关技术计算后，更能增强断溶体的形态，研究其含油气特征。

在该步骤中，首先利用地震资料、测井资料及地质分层数据等，确定目的层段的顶，并对层位进行解释后实施内插、圆滑处理后，得到1线x1道的层位数据。并根据断裂的走向，确定出两个中心角数据值——分别是130°(针对北东向断裂中心角数据值)、12°(针对近东西向断裂中心角数据值)，并经过相关测试后，确定两个中心角的最优方位角范围为±12°，利用相关中心角及最优方位角范围参数，对两个中心角道集数据体进行叠加、偏移处理后，得到两个中心角数据体。

在步骤s2中对两个中心角数据体进行相关针对断裂属性的计算技术及参数测试，从中优选出最大似然属性来进入下一步骤。在实际操作中，利用相关的最大似然属性的计算方法及参数，对两个中心角数据体实施最大似然属性计算，得到两个属性数据体。在实际操作中，针对岩溶方面，主要利用叠后地震数据体及振幅变化率的计算方法实施对岩溶体探测的计算，得到一个振幅变化率数据体。

在步骤s3中利用两个中心角的最大似然属性数据体及一个振幅变化率属性数据体进行归一化计算，将相关数据值归于(12，100)值域内。并对三个属性数据体进行加权因子测试(测试数据体采用归一化后相干数据体，归于(12，100)值域内)，得到相关的最优加权因子。经相关的测试后，所采用的加权因子分别为0.41(针对北东向断裂计算的归一化数据体)、0.35(针对近东西向断裂计算的归一化数据体)、0.24(针对岩溶计算的数据体)。对相关属性数据体采用相关最优加权因子实施加权数据融合计算后，得到一个用于断溶体分析的重构数据体。

利用本发明技术所得到的重构数据体，经过对其及相关常规叠后相干数据体在剖面上进行分析，在断溶体成像方面，优于常规的叠后相干数据体，并取得了相关的较为明显的地质成果，该发明技术可以向礁滩相、火山及河道探测等地质异常体方面进行推广。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。