砂砾岩体多属性融合裂缝预测范文

《油气地质与采收率杂志》2016年第二期

摘要：

济阳坳陷车西地区北部陡坡带沙三段砂砾岩体高效勘探开发的关键是预测裂缝发育区。由于单一的相干、曲率等地震属性多解性强，不能准确、精细地反映裂缝发育情况，尝试采用基于地震影像学的多属性融合技术对研究区沙三段砂砾岩体进行裂缝精细预测。结果表明，相似性、最大正曲率和倾角曲率属性对车西地区北部陡坡带砂砾岩体的裂缝发育较为敏感。采用RGB-IHS变换的多属性融合体在剖面和平面上能够清晰地展示裂缝的发育位置和展布形态。预测结果显示，在车71—车57井区受构造活动和异常高压的影响发育构造缝和超压缝交织的网状缝，在车古25井区受异常高压影响形成了沿多个方向展布的超压缝。基于地震影像学的多属性融合技术在砂砾岩体裂缝预测中的成功应用，进一步拓展了该技术的应用范围，对其他类型油藏的裂缝预测具有借鉴和参考意义。

关键词：

地震影像学；RGB-IHS变换；多属性融合；裂缝；砂砾岩体；车西地区；济阳坳陷

车西地区位于济阳坳陷车镇凹陷西部，勘探面积约为1100km2，构造上北断南超，地层向南超覆在义和庄凸起，北部受埕南断裂带控制，具有典型的陆相断陷盆地沉积特征。车西地区北部陡坡带在古近纪沉积了大量的砂砾岩体，是该区重要的油气储集类型，已在车66、车古25等多口井见到工业油流。但砂砾岩体储层非均质性强，受后期改造作用强烈，裂缝的发育程度往往造成油气产能的巨大差异。因此，寻找有利的裂缝发育区是砂砾岩体油藏高效勘探开发的关键。目前，地震预测裂缝的常用方法主要有叠前纵波方位各向异性检测和叠后地震属性分析2类［1］。其中，叠前纵波方位各向异性检测主要是通过研究裂缝引起的地震波动力学属性（如频率衰减、波阻抗等）随方位角的不同而发生的变化，进行裂缝的定量预测［2-4］；叠后地震属性分析主要研究地震反射波形的突变（不连续性），有相干分析［5-6］和曲率分析［7-8］等技术。车西地区由于地震资料品质差，采集的覆盖次数和纵横比都不能满足叠前纵波方位各向异性检测裂缝的要求。同时，单一的相干、曲率等地震几何属性仅能呈现较大的断裂形态，多解性强，并不能准确、精细地反映裂缝发育情况。近年来，基于地震影像学的多属性融合技术在寻找浅层河道砂岩［9-10］、精细划分沉积相［11-12］等方面得到了较好的应用。为此，笔者尝试采用基于地震影像学的多属性融合技术对济阳坳陷车西地区北部陡坡带沙三段砂砾岩体进行裂缝精细预测，取得了较好的应用效果。

1地震影像学基本原理

1.1地震影像学概况地震影像学来源于近年来迅速发展的遥感影像技术，遥感卫星通过数字图像处理技术对多个频谱图像合成可获得高精度的地表影像。类似的，将这种技术应用于不同地震属性的融合，可将传统地震属性的256色图像提高到1600万色，大大提高了对地层的成像精度，可有效应用于河道、滩坝等各类油藏的储层预测与沉积相精细划分等方面［13］。

1.2基于RGB-IHS变换的融合方法基于RGB-IHS变换的融合方法主要是将基于RGB的图像融合方法与基于HIS的图像融合方法进行相互映射，进而通过RGB-IHS的正反变换来实现的。基于RGB的图像融合方法较为简单，是目前最常用的一种色彩模式。其中，R代表红色（Red），G代表绿色（Green），B代表蓝色（Blue），将这3种颜色按一定比例混合，可以得到成千上万种色彩，大自然中丰富多彩的颜色都可以看作是由这三原色叠加混合而成。具体表示时，将红、绿、蓝三原色分别定义至3个坐标轴上，取值为0~255，表示每种颜色的取值有256种亮度，由此组成了一个RGB颜色空间［10］。但由于RGB三原色相互耦合，任一分量的改变都会改变光谱信息，因此计算机很难用三原色进行定量的彩色计算和图像处理［14］。基于IHS的图像融合方法主要是利用颜色的3个基本特性，即明度（I）、色度（H）和饱和度（S）。其中，明度与颜色的明亮程度有关，色度与混合光谱中的波长有关，饱和度表征光谱的主波长在亮度中的比例［15］。IHS颜色空间是一个柱形坐标系统，用垂向来表示明度，轴向表示色度，径向表示饱和度。由于在IHS颜色空间中，I，H和S三者互不相关，光谱信息主要体现在H和S上，因此基于IHS的图像融合方法对图像处理较为方便，得到了较为广泛的应用。最后，通过RGB-IHS正变换和反变换，将RGB空间的彩色图像以坐标旋转的方式转换至IHS空间显示，建立2种图像融合方法的空间映射关系［16］。

1.3多属性融合技术处理流程基于地震影像学的多属性融合技术主要处理流程（图1）包括：①多种地震属性的提取，通过与实际钻探效果对比分析，从中优选出3种敏感属性；②对每种敏感属性进行降噪、去野值等优化处理，并将其归化至0~255；③将归化后的敏感属性映射至RGB颜色空间中，映射的模式有RGB，RBG，GRB，GBR，BRG和BGR等6种，需要视融合效果而定；④通过RGB-IHS正变换，将归化敏感属性再映射至IHS颜色空间，之后通过RGB-IHS反变换输出最终的融合图像；⑤通过与原始的敏感属性和实际的钻探情况进行对比分析，若融合的效果不好，则返回③，改变RGB映射模式，重新融合；若融合的效果较好，则可以将多属性融合图像进行应用。

2砂砾岩体的裂缝预测

2.1多种属性优选车西地区沙三段在纵向上可分为4个期次，其中期次Ⅰ为沙三段下亚段底部砂砾岩体最为发育的时期，该区的控制、预测储量全部集中于此，具有较大的勘探潜力。共提取了车西地区沙三段期次Ⅰ的7种反映地震波形和层位的几何形态地震属性，主要包括相干、相似性、方差、最大曲率、最大正曲率、倾角曲率和走向曲率。通过与实际钻探情况对比，并不断优选，最终选取了相似性、最大正曲率和倾角曲率3种反映裂缝较好的地震属性。相似性属性是检测相邻地震道之间倾角的相似性，可用于指示沉积环境侧向上的相似性，反映构造的不连续性，因此该属性对裂缝相对发育区较为敏感。从提取的车西地区沙三段期次Ⅰ的相似性属性（图2a）可以看出，该属性在反映大尺度断裂方面效果较好，能清晰地呈现车西地区中部断阶带的展布形态和位置。但对于裂缝表现模糊，尤其在北部陡坡带砂砾岩体发育区更是无法识别。最大正曲率属性是刻画断裂的最常用曲率属性之一。该属性是不同方向曲率计算中出现的正值之最大的曲率分量，用于描述凸起与凹陷部位发生弯曲的强度和宽窄［17］。利用最大正曲率属性（Kpos）可进行地质上的构造形态分类：Kpos<0时为碗状构造；Kpos=0时为谷状构造或平面构造；Kpos>0时为鞍状构造、脊状构造或穹窿构造。根据提取的车西地区沙三段期次Ⅰ的最大正曲率属性（图2b）发现，该属性能够较为精细地展现北部陡坡带砂砾岩体裂缝的发育位置，但对裂缝的方位、断裂的相对断距等信息无法展现。倾角曲率属性是在最大倾角方向上提取的曲率，该曲率是最大倾角方向上倾角变化率的度量。它能清楚地呈现断层的相对断距及方向，而且通过放大层面的局部地貌保存断层的规模和方位。因此，倾角属性既有断层位置信息，又包含了断层方位信息［18］。提取的车西地区沙三段期次Ⅰ的倾角曲率属性（图2c）表明，该属性对于断裂的边界形态刻画得较为清晰，对于北部陡坡带砂砾岩体裂缝的位置和方位也有一定的反映，但在断裂呈现的直观性上略有欠缺。

2.2属性融合及效果分析相似性、最大正曲率和倾角曲率属性在表现裂缝方面各有优势，但均无法全面反映裂缝的多种信息，有必要采用基于地震影像学的多属性融合技术进行裂缝的精细预测。在对这3种属性进行降噪、去野值、归化等处理后，对其进行RGB-IHS变换融合。主要是通过对6种RGB映射方式进行对比分析，优选GRB的映射方式，即相似性属性对应于G，最大正曲率属性对应于R，倾角曲率属性对应于B。最终，适当调节HIS颜色空间中的明度、色度和饱和度，从而生成多属性裂缝融合体。利用生成的融合体可得到沿井切线剖面和沿层平面的精细裂缝预测结果。通过与实际井的钻探情况对比发现，该融合体提高了裂缝的成像精度，准确性有了较大提高。以过大斜722井的南北向裂缝预测剖面（图3）为例，在古潜山和近岸扇体的扇根部位，由于地震反射杂乱，造成裂缝预测剖面上呈连片的红色异常；大斜722井沙三段期次Ⅱ的出油层段对应的裂缝预测剖面为不规则的网状红色异常，表明该井段裂缝发育。由车西地区沙三段期次Ⅰ的多属性融合裂缝预测结果（图4）可以看出，北部近岸扇体的扇根相带呈连片红色异常，断层和裂缝处均以断续红色显示。该期次中已有车71、车57、车古25和车15-2等井见到工业油流，表明这些井均位于裂缝发育区，并较好地展现了裂缝的展布形态。在车71—车57井区，受构造活动和异常高压的影响，形成了构造缝和超压缝交织的网状缝；在车古25井区，受深洼区异常高压影响，形成了沿多个方向展布的超压缝。

3结束语

在济阳坳陷车西地区北部陡坡带沙三段砂砾岩体裂缝预测中，优选了相似性、最大正曲率和倾角曲率等3种敏感属性。采用基于地震影像学的多属性融合技术得到的裂缝融合体在剖面和平面上能够清晰地展示裂缝的发育位置和展布形态。预测结果显示，在车71—车57井区发育构造缝和超压缝交织的网状缝；在车古25井区，受异常高压影响，形成了沿多个方向展布的超压缝。值得注意的是，基于地震影像学的多属性融合技术，只能是3种属性的融合，2种属性或大于3种属性都不适用，具有一定的局限性。

作者：束宁凯 汪新文 宋亮 苏朝光 单位：中国地质大学（北京）地球科学与资源学院 中国石化胜利油田分公司 物探研究院