本發(fā)明屬于石油勘探地震儲層預測技術領域，具體地說，尤其涉及一種基于譜反演的砂體厚度預測方法及系統(tǒng)。

背景技術：

隨著油氣藏勘探開發(fā)的不斷深入，開發(fā)目標不再是以厚儲層為主的構造油氣藏，而是更多為儲層厚度較薄(單砂體厚度多小于10米)的復雜油氣藏。

厚度大于1/4波長的儲層存在調諧效應，結合測井資料阻抗反演和擬聲波反演可以滿足儲層識別需求。受目前地震分辨率影響，當?shù)卣鹱硬ㄖ黝l為30hz左右時，很難分辨厚度小于1/4波長(20米以下)薄砂體的頂、底地震反射。而現(xiàn)今勘探開發(fā)層系的河道砂體厚度往往小于1/4波長，且沉積相橫向變化快，河道薄砂體的識別與預測問題日益突出。

因此，需要一種能夠提高地震資料分辨率、預測厚度小于1/4波長薄層砂體的方法。

技術實現(xiàn)要素：

為解決以上問題，本發(fā)明提供了一種基于譜反演的砂體厚度預測方法及系統(tǒng)，用于提高厚度小于1/4波長薄層砂體厚度的預測精度。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了基于譜反演的砂體厚度預測方法，包括：

從原始地震數(shù)據(jù)中獲取地震子波和地層反射系數(shù)；

建立目標函數(shù)，并根據(jù)所述目標函數(shù)、所述地震子波、奇偶分解后的地層反射系數(shù)進行譜反演，以獲取偶分量反射系數(shù)序列；

根據(jù)所述地震子波、所述偶分量反射系數(shù)序列和所述目標函數(shù)合成新地震數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述新地震數(shù)據(jù)預測砂體厚度。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，獲取所述偶分量反射系數(shù)序列進一步包括：

建立包括地震記錄、地震子波、奇偶分解后的地層反射系數(shù)的目標函數(shù)；

在指定頻率范圍內，根據(jù)所述目標函數(shù)對每道地震記錄進行運算，以確定對應地層反射系數(shù)的偶分量反射系數(shù)和奇分量反射系數(shù)的位置點和幅值大??；

反復迭代修改偶分量反射系數(shù)和奇分量反射系數(shù)的位置點和幅值直到滿足預設要求，以確定偶分量反射系數(shù)序列。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述目標函數(shù)為：

其中，s(t,f)為地震記錄；w(t,f)為地震子波；re為偶分量反射系數(shù)序列；ro為奇分量反射系數(shù)序列；fl為低截頻；fh為高截頻；n為時窗內包含的地層反射系數(shù)的個數(shù)；ti為第i層與第n-i+1層之間的間隔；αe和αo為加權系數(shù)，t為采樣時間，f為主頻，re取實部，im取虛部，t為地震道計算時間，re(i,n-i+1)和ro(i,n-i+1)分別表示第i層與第n-i+1層之間的偶分量反射系數(shù)序列和奇分量反射系數(shù)序列。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，合成新地震數(shù)據(jù)進一步包括：

將所述奇分量反射系數(shù)設置為零；

將所述偶分量反射系數(shù)序列與所述地震子波進行褶積計算，以得到新地震數(shù)據(jù)。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，根據(jù)所述新地震數(shù)據(jù)預測砂體厚度進一步包括：

根據(jù)砂體地震波形結構特征，計算所述新地震數(shù)據(jù)中每一道地震記錄目的層段的地震波谷面積；

統(tǒng)計整個地震數(shù)據(jù)體的地震波谷面積形成波谷面積的平面累積厚度；

將過井地震道的波形面積與測井解釋砂層厚度對比，建立砂體厚度線性對應關系；

以鉆井砂體厚度為約束條件，通過插值將波谷面積時間厚度轉換為砂體平面厚度。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種基于譜反演的砂體厚度預測系統(tǒng)，包括，

數(shù)據(jù)獲取模塊，從原始地震數(shù)據(jù)中獲取地震子波和地層反射系數(shù)；

反射系數(shù)序列獲取模塊，建立目標函數(shù)，并根據(jù)所述目標函數(shù)、所述地震子 波、奇偶分解后的地層反射系數(shù)進行譜反演，以獲取偶分量反射系數(shù)序列；

新地震數(shù)據(jù)合成模塊，根據(jù)所述地震子波、所述偶分量反射系數(shù)序列和所述目標函數(shù)合成新地震數(shù)據(jù)；

砂體厚度預測模塊，根據(jù)所述新地震數(shù)據(jù)預測砂體厚度。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述反射系數(shù)序列獲取模塊通過以下步驟獲取偶分量反射系數(shù)序列：

建立包括地震記錄、地震子波、奇偶分解后的地層反射系數(shù)的目標函數(shù)；

在指定頻率范圍內，根據(jù)所述目標函數(shù)對每道地震記錄進行運算，以確定對應地層反射系數(shù)的偶分量反射系數(shù)和奇分量反射系數(shù)的位置點和幅值大??；

反復迭代修改偶分量反射系數(shù)和奇分量反射系數(shù)的位置點和幅值直到滿足預設要求，以確定偶分量反射系數(shù)序列。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述目標函數(shù)為：

其中，s(t,f)為地震記錄；w(t,f)為地震子波；re為偶分量反射系數(shù)序列；ro為奇分量反射系數(shù)序列；fl為低截頻；fh為高截頻；n為時窗內包含的地層反射系數(shù)的個數(shù)；ti為第i層與第n-i+1層之間的間隔；αe和αo為加權系數(shù)，t為采樣時間，f為主頻，re取實部，im取虛部，t為地震道計算時間，re(i,n-i+1)和ro(i,n-i+1)分別表示第i層與第n-i+1層之間的偶分量反射系數(shù)序列和奇分量反射系數(shù)序列。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述新地震數(shù)據(jù)合成模塊通過以下步驟合成新地震數(shù)據(jù)：

將所述奇分量反射系數(shù)設置為零；

將所述偶分量反射系數(shù)序列與所述地震子波進行褶積計算，以得到新地震數(shù)據(jù)。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述砂體厚度預測模塊通過以下步驟預測砂體厚度：

根據(jù)砂體地震波形結構特征，計算所述新地震數(shù)據(jù)中每一道地震記錄目的層段的地震波谷面積；

統(tǒng)計整個地震數(shù)據(jù)體的地震波谷面積形成波谷面積的平面累積厚度；

將過井地震道的波形面積與測井解釋砂層厚度對比，建立砂體厚度線性對應關系；

以鉆井砂體厚度為約束條件，通過插值將波谷面積時間厚度轉換為砂體平面厚度。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的譜反演結果分辨率優(yōu)于常規(guī)反演，其具有無需先驗模型、反射系數(shù)假設、測井約束等優(yōu)點，可提高薄層地質目標識別效果，基于譜反演的薄砂體預測方法操作成本低、應用效果好。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現(xiàn)和獲得。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要的附圖做簡單的介紹：

圖1是地層反射系數(shù)的奇偶分解原理圖；

圖2a是地層反射系數(shù)及對應的奇偶分量主頻與厚度的關系示意圖；

圖2b是地層反射系數(shù)及對應的奇偶分量峰值振幅與厚度的關系示意圖；

圖3a是地震子波的地層反射系數(shù)與對應的奇分量反射系數(shù)和偶分量反射系數(shù)的關系示意圖；

圖3b是圖3a中三種反射系數(shù)的頻率和振幅對比關系示意圖；

圖3c是圖3a中三種反射系數(shù)的厚度和主頻對比關系示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的方法流程圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的譜反演求取地層反射系數(shù)位置和幅值大小的示意圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的原始地震數(shù)據(jù)與譜反演數(shù)據(jù)對比圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的譜反演處理前后的地震剖面對比圖；

圖8時根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的砂體地質模型及其地震響應特征示意圖；

圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的地震波形結構剖面識別河道砂體的示意圖；以及

圖10是對應圖9的河道砂體平面圖。

具體實施方式

以下將結合附圖及實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。需要說明的是，只要不構成沖突，本發(fā)明中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結合，所形成的技術方案均在本發(fā)明的保護范圍之內。

譜反演理論是在譜分解技術結合地震反演，用譜分解獲得的局部頻譜資料進行反演，計算出薄層反射系數(shù)，其反演結果分辨率優(yōu)于常規(guī)反演。將薄層反射系數(shù)分解成偶分量和奇分量，通過模型試算已經證明可用來分辨小于調諧厚度(1/4波長)的薄層。當然，該方法也可以用來分辨大于調諧波長的薄層。以下結合附圖及理論分析，說明利用地層反射系數(shù)的奇分量和偶分量確定砂體厚度的原理。

在地震數(shù)據(jù)中，有波阻抗差的地層就會產生反射系數(shù)，地面接收到的地震記錄數(shù)據(jù)正是反射系數(shù)和地震子波褶積的結果。從地震記錄數(shù)據(jù)中去除子波，則可得到地層反射系數(shù)。地層反射系數(shù)是由一些離散的信號組成，可以分解成一系列偶分量和奇分量，如圖1所示為地層反射系數(shù)r1和r2各自分解為一個偶分量和一個奇分量的原理圖。

如圖2a所示為隨著地層厚度的減薄，由奇部分量、偶部分量形成的地層反射系數(shù)對應模型的主頻變化規(guī)律。隨著地層減薄，地層厚度從調諧厚度(1/4波長)減至調諧厚度一半(1/8波長)時，奇分量和偶分量反射系數(shù)的主頻先隨之增加，然后減小到地震子波的峰值頻率30hz。隨著地層減薄至零時，主頻呈現(xiàn)連續(xù)的變化。同時，由圖2a可知，奇分量和偶分量反射系數(shù)隨著地層厚度減小(小于1/4波長)，奇分量與偶分量的主頻隨地層厚度變化逐漸增大是一個確定關系，表明高頻屬性更能反映薄層信息。

如圖2b所示為當?shù)貙雍穸葟恼{諧厚度(1/4波長)減至調諧厚度一半(1/8波長)時，在地層厚度為零時，奇部分量、偶部分量形成的反射系數(shù)對應的總峰值振幅并不為零，偶分量峰值振幅與總峰值振幅一致。偶分量振幅譜與地層厚度(小于1/4波長)存在倒數(shù)對應關系，偶分量更有利于分辨薄層(小于1/4波長)，而奇分量不利于分辨薄層。

因此，地層反射系數(shù)經過奇偶分解之后，在地層層厚小于調諧厚度一半(1/8 波長)后，奇分量與偶分量的主頻隨地層厚度變化逐漸增大是一個確定關系。在地震資料主頻確定的情況下，反射系數(shù)通過奇偶分解可以準確預測小于調諧厚度下的薄層厚度。但偶分量和奇分量有不同的薄層頻譜響應特征和分辨能力，偶分量能夠明顯提高薄層的分辨率，而奇分量反射系數(shù)不利于分辨薄層。

如圖3a所示為采集到的一個地震子波的地層反射系數(shù)與對應奇偶分解之后的奇分量反射系數(shù)和偶分量反射系數(shù)的關系示意圖，偶分量反射系數(shù)合成的地震子波波形與原始地層反射系數(shù)對應的波形近似，而奇分量反射系數(shù)相差較遠。如圖3b所示，地層反射系數(shù)奇偶分解后，偶分量頻率峰值與地層反射系數(shù)頻率峰值一致，奇分量頻率峰值更低。如圖3c所示為三種不同反射系數(shù)識別實際地層厚度的差別示意圖，可知偶分量識別的地層時間厚度與實際地層厚度誤差小、精度高，奇分量識別的地層時間厚度與實際地層厚度誤差大。

因此，基于以上原理，本發(fā)明提供了一種基于譜反演的厚度小于1/4波長薄砂體的預測方法，用于提高厚度小于1/4波長的薄層砂體厚度的預測精度。當然，本發(fā)明也可以用來預測厚度大于1/4波長的砂體厚度。

如圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種基于譜反演的砂體厚度預測方法流程圖，以下參考圖4來對本發(fā)明進行詳細說明。

首先，在步驟s110中，從原始地震數(shù)據(jù)中獲取地震子波和地層反射系數(shù)。具體的，在該步驟中，從原始地震數(shù)據(jù)中精確的提取地震子波，避免出現(xiàn)由非地質成因而產生的假象，減少地震子波對反演結果的影響。雖然地震子波一般是未知的，但地震數(shù)據(jù)中包含有子波信息，可以采用無井控制統(tǒng)計方法從地震記錄中求取子波，該方法不需要測井信息也能得到子波。在采用以上無井控制統(tǒng)計方法求取地震子波時，采用的理論模型為：

s(t)＝r(t)*w(t)(1)

其中，s(t)為地震記錄，r(t)為地層反射系數(shù)，w(t)為地震子波。設定初始r(t)和w(t)的值，經反復迭代和修改得到與原始地震記錄擬合度最好的s(t)，此時對應的r(t)和w(t)即為所求的地層反射系數(shù)和地震子波。

接下來，在步驟s120中，建立目標函數(shù)，并根據(jù)目標函數(shù)、地震子波、奇偶分解后的地層反射系數(shù)進行譜反演，以獲取偶分量反射系數(shù)序列。

在步驟s110中得到的地層反射系數(shù)是一系列離散的信號，此時的地層反射系數(shù)是無序的，無法與地層進行對應。因此，在步驟s120中，通過將地層反射 系數(shù)進行奇偶分解，并通過譜反演獲取與地層序列對應的偶分量反射系數(shù)序列。

譜反演的原理就是根據(jù)時間域褶積模型，從地震記錄中去除地震子波的影響，進而得到反射系數(shù)序列的奇分量和偶分量。在本發(fā)明中，假設地層波阻抗模型所對應的反射系數(shù)序列模型是稀疏分布的，即地震反射系數(shù)是由起主導作用的強反射系數(shù)序列和具有高斯背景的弱反射系數(shù)序列(薄互層)疊加而成，如圖5所示。譜反演是將地震記錄進行反褶積去除子波得到地層反射系數(shù)，求得具有稀疏特性的反射系數(shù)序列。譜反演需要建立目標函數(shù)，求解目標函數(shù)的過程就是去除地震子波，并確定反射系數(shù)奇、偶性和反射系數(shù)值的大小。

具體的，獲取與地層序列對應的偶分量反射系數(shù)序列包括以下的幾個步驟。首先建立目標函數(shù)，該目標函數(shù)包括地震記錄、地震子波、奇偶分解后的地層反射系數(shù)的目標函數(shù)：

其中，s(t,f)為地震記錄；w(t,f)為地震子波；re為偶分量反射系數(shù)序列；ro為奇分量反射系數(shù)序列；fl為低截頻；fh為高截頻；n為時窗內包含的地層反射系數(shù)的個數(shù)；ti為第i層與第n-i+1層之間的間隔；αe和αo為加權系數(shù)，t表示采樣時間，f表示主頻，re取實部，im取虛部，t表示地震道計算時間，re(i,n-i+1)和ro(i,n-i+1)分別表示第i層與第n-i+1層之間的偶分量反射系數(shù)序列和奇分量反射系數(shù)序列。

接著，在指定頻率范圍fl-fh內，根據(jù)目標函數(shù)對每道地震記錄進行運算，以確定對應地層反射系數(shù)的偶分量反射系數(shù)和奇分量反射系數(shù)的位置點和幅值大小。具體的，將偶分量反射系數(shù)和奇分量反射系數(shù)的位置點和幅值代入目標函數(shù)式(1)中，使得目標函數(shù)的值接近零，這樣可以初步獲得多組偶分量反射系數(shù)序列和奇分量反射系數(shù)序列。

接著，反復迭代修改偶分量反射系數(shù)和奇分量反射系數(shù)的位置點和幅值直到滿足預設要求，以確定偶分量反射系數(shù)序列。具體的，通過反復迭代修改每個地層反射系數(shù)(奇分量和偶分量反射系數(shù)合成地層反射系數(shù))的位置點和幅度，以使得與地震子波褶積運算后得到一個與實際地震資料達到最佳逼近的合成地震 記錄，最終獲得寬頻帶內的偶分量反射系數(shù)序列分布。

接下來，在步驟s130中，根據(jù)地震子波、偶分量反射系數(shù)序列和目標函數(shù)合成新地震數(shù)據(jù)。具體的，將奇分量反射系數(shù)設置為零，將偶分量反射系數(shù)序列與地震子波進行褶積計算，以得到新地震數(shù)據(jù)。如圖6所示為原始地震數(shù)據(jù)與譜反演數(shù)據(jù)的井震標定對比圖，可知譜反演數(shù)據(jù)保留了原始地震數(shù)據(jù)的強反射特征，峰值頻率從30hz拓寬到40hz。結合井震標定，可發(fā)現(xiàn)偶分量反射系數(shù)提高了薄層識別效果，且符合測井解釋對應的地層特征。圖7所示為譜反演處理前后的地震剖面對比圖，由圖7所示，譜反演處理后地震資料頻帶變寬、主頻提高，薄層識別能力增強。wb37井有兩套薄砂體，在原始地震資料上是不能分開的(圖7中a部分)，而處理后則可清晰的識別(圖7中的b部分)，能夠滿足厚度小于λ/4的薄層識別需求。

最后，在步驟s140中，根據(jù)新地震數(shù)據(jù)預測砂體厚度。具體的，計算新地震數(shù)據(jù)中每一道地震記錄目的層段的地震波谷面積，統(tǒng)計整個地震數(shù)據(jù)體的波谷面積形成波谷面積的平面累積厚度，將過井地震道的波形面積與測井解釋砂層厚度對比，建立砂體厚度線性對應關系，以鉆井砂體厚度為約束條件，通過插值將波谷面積時間厚度轉換為砂體平面厚度。

以下通過一個具體的例子來說明如何根據(jù)新地震數(shù)據(jù)預測砂體厚度。如圖8所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的砂體地質模型及其地震響應特征示意圖，通過地震正演模擬三套砂體縱向厚度及橫向變化特征，明確河道砂體地震波形結構特征模型。與原始地震數(shù)據(jù)相比，譜反演地震數(shù)據(jù)分辨率明顯提高，其主頻提高了10hz、頻帶拓寬了20hz，強反射界面更清楚，弱反射界面顯著增強。地質模型中第一套砂體厚0-15m，第二套砂體厚0-20m，第三套砂體厚0-10m，其中泥巖速度2500m/s，砂巖速度3000m/s。正演模型結果表明，20m厚砂體對應的波谷最寬、面積最大；隨著砂體厚度減薄，波谷變窄、面積變小。

圖9所示為地震波形結構剖面識別河道砂體示意圖，可發(fā)現(xiàn)河道砂體層厚規(guī)模與波谷波形面積具有較好的對應關系，砂體厚度越大對應波谷面積越大，連續(xù)性越好；砂泥薄互層對應波谷面積小，連續(xù)性差。根據(jù)剖面上波谷地震波形結構特征識別和預測了過井位置和井間的河道砂體發(fā)育特征，20m以上砂體和20m以下砂體(小于1/4波長)都可以識別和預測，表明基于譜反演數(shù)據(jù)的河道薄砂體預測技術具有很好的實用性。圖10所示為地震波形結構預測河道砂體平面圖。 在開發(fā)區(qū)外圍有三個20m以下河道砂體發(fā)育區(qū)，是油田下一步開發(fā)調整和產量接替的有利陣地。

在本發(fā)明中，譜反演結果分辨率優(yōu)于常規(guī)反演，其具有無需先驗模型、反射系數(shù)假設、測井約束等優(yōu)點，可提高薄層地質目標識別效果，基于譜反演的薄砂體預測方法操作成本低、應用效果好。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種基于譜反演的砂體厚度預測系統(tǒng)，該系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)獲取模塊、反射系數(shù)序列獲取模塊、新地震數(shù)據(jù)合成模塊和砂體厚度預測模塊。

其中，數(shù)據(jù)獲取模塊從原始地震數(shù)據(jù)中獲取地震子波和地層反射系數(shù)；反射系數(shù)序列獲取模塊建立目標函數(shù)，并根據(jù)目標函數(shù)、地震子波、奇偶分解后的地層反射系數(shù)進行譜反演，以獲取偶分量反射系數(shù)序列；新地震數(shù)據(jù)合成模塊根據(jù)所述地震子波、偶分量反射系數(shù)序列和所述目標函數(shù)合成新地震數(shù)據(jù)；砂體厚度預測模塊根據(jù)新地震數(shù)據(jù)預測砂體厚度。

在本發(fā)明的一個實施例中，反射系數(shù)序列獲取模塊通過以下步驟獲取偶分量反射系數(shù)序列：建立包括地震記錄、地震子波、奇偶分解后的地層反射系數(shù)的目標函數(shù)；在指定頻率范圍fl-fh內，根據(jù)目標函數(shù)對每道地震記錄進行運算，以確定對應地層反射系數(shù)的偶分量反射系數(shù)和奇分量反射系數(shù)的位置點和幅值大?。环磸偷薷呐挤至糠瓷湎禂?shù)和奇分量反射系數(shù)的位置點和幅值直到滿足預設要求，以確定偶分量反射系數(shù)序列。

在本發(fā)明的一個實施例中，該目標函數(shù)如式(2)所示。

在本發(fā)明的一個實施例中，該新地震數(shù)據(jù)合成模塊通過以下步驟合成新地震數(shù)據(jù)：將奇分量反射系數(shù)設置為零；將偶分量反射系數(shù)序列與所述地震子波進行褶積計算，以得到新地震數(shù)據(jù)。

在本發(fā)明的一個實施例中，砂體厚度預測模塊通過以下步驟預測砂體厚度：根據(jù)砂體地震波形結構特征，計算所述新地震數(shù)據(jù)中每一道地震記錄目的層段的地震波谷面積；統(tǒng)計整個地震數(shù)據(jù)體的地震波谷面積形成波谷面積的平面累積厚度；將過井地震道的波形面積與測井解釋砂層厚度對比，建立砂體厚度線性對應關系；以鉆井砂體厚度為約束條件，通過插值將波谷面積時間厚度轉換為砂體平面厚度。

雖然本發(fā)明所公開的實施方式如上，但所述的內容只是為了便于理解本發(fā)明 而采用的實施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術領域內的技術人員，在不脫離本發(fā)明所公開的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式上及細節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護范圍，仍須以所附的權利要求書所界定的范圍為準。