基于S变换的分频解释技术在三维地震资料中的运用

基于S变换的分频解释技术在三维地震资料中的运用
­­­­摘要 分频解释技术是一项基于各种时
频变化的，能利用三维地震资料多尺度信息对储层进行高分辨率成
像、储层时间厚度变化检测的特色解释技术。分频技术具有在空间
横向上分辨率高的特点，避免了常规属性分析方法中的调谐陷阱，
提高了识别薄储层的能力，能更客观地刻画地质体。本文利用分频
解释技术对国内某区块河流相砂岩储层进行了储层描述，在多频率
振幅叠加图上，分流河道等地质体形态和边界清晰地反映在单频振
幅图上，低频阴影现象明显，含气检测与钻井结果吻合较好，提高
了储层含气性预测精度，为勘探开发评价提供了有利的参考资料。
关键词 s变换；频谱成像；河道识别；低频阴影
中图分类号p618 文献标识码a 文章编号 1674-6708
（2011）38-0173-02
1 基本原理
1.1 s变换在分频中的应用
地震波在地层介质中传播，由于散射和吸收衰减等均与频率有
关，严格意义上属非平稳信号。所以在谱分析中，核心是将地震数
据进行合理的时频变化。s变化就是一种相对于离散傅里叶变化和
连续小波变换更完善的算法，它由地球物理学家stockwell于1996
年提出[1]， 是一种连续小波的改进或引伸。若设h（t）表示地震
信号，其s变换定义为：
式中：f为频率；τ为时窗函数的中心点，它控制高斯窗函数在
时间轴上的位置。
在s变换中，基本小波是由简谐波与gaussian函数的乘积构成
的，基本小波中的简谐波在时间域作伸缩变换，而gaussian函数
则进行伸缩和平移。这一点与连续小波变换不同。在连续小波变换
中，简谐波与gaussian函数进行同样的伸缩和平移。与连续小波
变换、短时fourier变换等时间-频率域分析方法相比， s变换有
其独特的优点。譬如：1）信号的s变换的时-频谱的分辨率与频率
（即尺度）有关；2）与其fourier谱保持直接的联系；3）基本小
波不必满足容许性条件。
1.2 分频解释技术的基本思想
时频分析处理就是在有效频带内，产生一系列单一频率的振幅
调谐体和离散频率能量体，在不同频率的三维地震振幅调谐体上对
薄层干涉特征进行分析。
2 实例应用
2.1 背景资料
本文研究区块为陆相河流沉积，其中，辫状河道频繁摆动迁移，
砂体多期复合叠置，发育规模大，横向连片性较好；曲流河沉积砂
体规模较小，横向连片性较差，储集砂体中，心滩、边滩储集物性
较好，其次为决口扇、天然堤及废弃河道砂体。在同一沉积微相不
同部位的砂岩储层物性也存在差异， 储层物性相对较差，总体属
于中低孔、特低渗储层特征，但在大面积低渗背景下存在低—中渗
透高产区域。在地震剖面上储层段同相轴较宽，多处出现波形分叉，
鉴于此，我们通过逐井编制合成记录，仔细分析砂、泥、含气砂体
不同厚度组合与地震波的关系后，在不同频率分频数据体上进行反
复推敲，仔细研究地层厚度变化对不同的频率成分的影响。然后进
行目标层段的准确识别和追踪，为下一步的属性分析打下了良好的
基础。
2.2 河道识别
本次所选研究区块砂体厚度在从几米到30m之间变化，地震资
料在储层段存在不同程度的调谐效应，在常规振幅属性图上，高、
低频率成分相互干扰，无法清晰地勾绘出下储层段河道砂体的平面
展布。
通过对三维地震资料的分频处理，在有效频带内产生一系列单
一频率的振幅调谐体和离散频率能量体。在不同频率的三维地震振
幅调谐体上，薄层干涉特征明显。经过时频分析发现在地震波在穿
过储层附近时，在井旁地震道时频图（图1）上，我们发现在低频
分量上能量差异不明显，而在高低频能量包络线出现了一种有规律
的缺口（图1蓝色方框），这种地震频率在纵向上频率发生的直观
变化的主要原因很有可能是多期叠加的河道砂体在纵向上的离散
砂体引起的，分析不同频率的调谐体发现，高频分量的敏感性能够
对河道的刻画能起到积极作用。
沿层的不同频率分量的振幅切片，能最大程度的反映出其横向
差异性，在30hz和35hz分量的振幅切片上，主河道隐约呈由北向
南的弯曲延伸，与北方为物源供给的区域地质背景相符合，但其成
像精度不够且在中上部出现不连续。而在25hz分量的振幅切片上
出现了与实际结论相违背的假象，原始剖面是各个频率分量的综合
响应，正是由于这种低频分量的扰动导致我们在常规振幅属性图上
不能很好的描绘主河道的主要原因。然而在40hz分量的振幅切片
上，分流河道刻画比较清晰、完整、与实钻井和测井相比较吻合（详
见图2）。
（a）25hz单频属性（b）30hz单频属性（c）35hz单频属性（d）
40hz单频属性
2.3 含油气检测
在常规储层预测成果的基础上，可利用低频阴影的原理在有利
储集砂体上进行含油气检测，经谱分解后，低频强能量可作为储层
含气检测的标志。
总结不同数据在该区块的应用经验，进行仔细的分析对比，在
8hz~23hz、23hz~47hz频段的分频数据体上对储层段重新进行层位
追踪，筛选出适合反映该区块地质体的单频能量体数据，然后分别
沿层提取分频能量属性。将沿层属性数据做归一化处理后做代数运
算，将储层下方的高低频能量差异体现到平面图上（图3右）。从
砂体预测图上（图3左）反映出了南北向多次扰动叠加的辫状河（图
中红色区域），在10-30～11-30井一带有主河道分布。但在储层下
方高低频率差异图表现为白色条带（即差异不大，低频阴影不明
显），为含水区域，结合已完钻井，在高低频率差异图上白色部分
基本上是含水井，该图揭示了研究区块中部的含水区域的大体分布
形态，与目前的地质认识基本一致。研究表明通过时频分析进行的
含油气检测吻合率较高，充分表明时频分析法在本地区含油气检测
上具有明显的指示作用，是今后含气检测的一个有利的研究方向。
3 结论
本文对研究区块内的三维地震资料分频处理后，不同频率所展
示的河道砂体比常规振幅属性更为明显，储层下方的低频阴影现象
突出，充分说明了该区块储层中的高频信息对砂体的横向不均质性
和含油气性反映敏感。通过此次研究，我们加深了对该区三维数据
频率信息的认识，为后期勘探积累了些许参考性经验：1）研究区
块地震资料主频偏低，调谐现象比较普遍，高频信息对储层参数更
为敏感，对其频率信息的深入研究对储层预测有着重要的意义；2）
研究区块内地震反射特征受岩性变化和含气性的双重影响，做各种
含气检测时应当充分结合已钻井和反演的结论，尽可能多的结合地
质信息降低多解性；3）在叠前处理过程中对频率的保护是本技术
应用的基础。
参考文献
[1]stockwell r g，mansinha l，lowe r p.localization of the
complex spectrum: the s transform[j].ieee transactions on
signal，1996，44(4):998-1001.
[2]黄中玉，王于静，苏永昌.一种新的地震波衰减分析方法—
—预测油气异常的有效工具[j].石油地球物理勘探，2000，35(6)：
768-773.
[3]夏竹，刘兰峰，等.基于地震道时频分析的地层结构解析原
理和方法[j].石油地球物理勘探，2007，42(1)：57-65，69.
[4]叶泰然，苏锦义，刘兴艳.分频解释技术在川西砂岩储层预
测中的应用，2008，47(1).
[5]曾忠，阎世信，魏修成，刘洋.苏里格气田地震预测技术效
果分析及对策[j].石油勘探与开发，2003，30(6).