[0001] 本发明涉及一种基于粗糙集理论与色相法的多 波油气地震响应表征方法。

背景技术

[0002] 地震属性携带有丰富的储层地质信息， 它是由地震数据导出的关于几何学、 运 动学、 动力学以及统计特征的度量， 目前已广泛应用于油气储层预测。 随着数 学与计算机技术的发展， 地震属性多达数百种。 如何从众多的属性中优选优化 出对油气异常敏感的地震属性进行储层预测， 目前常用的方法主要有主成分分 析、 聚类分析、 多属性神经网络和深度学习等， 这些方法在油气储层预测方面 发挥重要作用。

[0003] 然而， 地震属性与地下流体特征、 岩性变化、 储层参数之间的对应关系复杂， 如何降低单一属性进行储层预测带来的多解性 ， 近年来， 地震属性融合技术迅 速发展， 国内外学者对此进行了大量研究， 已形成 RGB属性融合、 聚类分析地 震属性融合、 多元线性回归融合、 模糊逻辑融合等方法， 在储层物性、 地质规 律、 沉积特征分析等方面发挥了重要作用。

[0004] RGB融合技术在计算机图形学、 图像处理、 遥感等领域具有广泛应用， 将基于 颜色空间的 RGB融合技术引入到地震反演解释领域， 以解决单一属性带来的多 解性与单属性色彩不能突出的地质异常等问题 ， 对此国内外学者进行大量研究 。 其中：

[0005] Balch于 1971年将地震资料用彩色进行显示， 提高了对地下地质异常的识别能 力。 Onstott

于 1984年将近、 中、 远炮检地震数据用 RGB色彩融合显示， 进行 AV0特征分析 。 Stark于 2006年将 3种不重叠的光谱平均振幅赋予 3种颜色， 进行融合。 GU0等 于 2006年、 李艳芳等于 2009年、 丁峰等于 2010年发展了一种基于 PCA-RGB的属 性融合方法， 将地震数据进行主成分分析， 获得三大主成分， 将其作为 RGB的 三颜色进行融合。 LIU和 Marfurt于 2007年提出一种自定义频谱范围， 对地震数据 进行频谱分析， 将获得的三种频段基于余弦函数变换进行 RGB融合。 陈俊等于 2 014年发展了一种基于 RGB-HIS变换的地震属性融合方法。 目前， RGB融合技术 在断层识别、 河道检测、 储层预测等方面有着广泛应用。

发明概述

技术问题

问题的解决方案

技术解决方案

[0006] 本发明的目的在于提出一种基于粗糙集理论与 色相法的多波油气地震响应表征 方法， 以克服单一属性显示不足和单属性不能准确刻 画油气储层边界精度的缺 点， 降低反演结果的多解性， 使图像显示的地震储层特征更加明显， 从而提高 油气藏的预测精度。

[0007] 本发明为了实现上述目的， 采用如下技术方案：

[0008] 基于粗糙集理论与色相法的多波油气地震响应 表征方法， 包括如下步骤：

[0009] si.首先从靶区目的层段的地震地质特征出发， 对纵横波原始地震数据进行属 性提取， 以生成各类纵、 横波地震属性， 然后进行去噪和标准化处理， 为后续 工作提供源数据；

[0010] S2.利用粗糙集理论， 以井位处的孔隙度、 渗透率、 含油性作为决策属性， 对 上步提取的地震属性， 利用粗糙集理论及结合专家经验对各类纵、 横波属性进 行优选优化， 去除冗余信息， 从而提取出对地震储层响应敏感的几类纵、 横波 属性， 为纵横波属性复合打下基础；

[0011] S3.综合纵横波对油气敏感度的差异与岩石物理 基础， 对优选出的几类敏感纵

、 横波属性复合构建成能够突出地质异常的三种 新的复合属性；

[0012] s4.将三种新的复合属性通过一阶线性变换映射 到 RGB色彩空间， 进行多属性融 合， 融合后的结果能够充分展现纵波和转换横波所 蕴含的地下介质丰富的岩性 与构造信息。

[0013] 优选地， 所述步骤 s3中， 三种新的复合属性的构建过程如下：

[0014] 获得的多波复合属性包括叠合类、 乘积类、 差值类和比值类， 在此以 L数J

表示在多波地震资料中提取的目标层面的纵 波类属性

L数J

F

， 如 （l） 式所示:

［0015］ ［数］

⑴

［0016］ 以

［数］ i) 表示在多波地震资料中提取的目的层的转换横 波属性类属性

［数］

PS

， 如 （2） 式所示:

［0017］ ［数］

⑵

［0018］ 其中，

［数］

1 < I < ffi

［数］ i：：<； < w

， m为 / 方向的道数， n为—方向的道数；

［0019］ 结合研究区地质特征与专家经验的基础之上优 选优化出两种单一属性对研究目 标均异常敏感的属性， 由此计算形成叠合类、 乘积类纵横波复合属性；

［0020］ 在此以符号 表示叠合类复合属性， 如式 （3） 所示：

［0021］ ［数］

［0022］ 其中，

［数］

[0023] [数]

F2 表示乘积类属性， 如式 （4） 所示:

[0024] ［数］

⑷

［0025］ 其中，

［数］

1 < i < m

［数］

［0026］ 比值类、 差值类复合属性是针对两种属性均对油气异常 敏感， 且有一种属性的 敏感程度与油气表征值呈反比关系， 比值、 差值后的地震属性能够减少背景干 扰， 突出油气敏感属性的特征， 设定纵波对油气表征值呈正比关系， 横波对油 气表征值呈反比关系表示;

［0027］ ［数］

F3 表示差值类属性， 如式 （5） 所示:

［0028］ ［数］

［0029］ 其中，

［数］

［数］

［0030］ ［数］

F4 表示比值类属性， 如式 （6） 所示:

［0031］ ［数］

⑹

［0032］ 其中，

［数］

［数］

I < i < m

［数］ l < i < ?i

［0033］ 纵波通过气层时， 其振幅由于气层的强烈吸收而大量衰减， 而纵波的振幅几乎 不变， 按照公式 （6） 复合形成比值属性， 即转换横波均方根振幅与纵波均方根 振幅的比值；

［0034］ 根据岩石物理特征， 砂岩地层表现为强振幅低频率， 而泥页岩地层表现为高频 率弱振幅， 因此， 通过公式 （5） （6） 复合形成纵、 横波的甜点属性

［数］ M ， 如式 (7) 所示:

［0035］ ［数］

［0036］ 利用公式 (3) (4) 形成纵横波的弧长与平均波峰振幅复合属性

［数］

^12

［0037］ ［数］

［0038］ 式中，

［数］ msamp _p 为纵波瞬时振幅，

［数］

:iiisaffl|5 _pS 为转换横波瞬时振幅；

［0039］ ［数］ insfreq _p 为纵波瞬时频率，

［数］ msfmm 为转换横波瞬时频率；

［0040］ ［数］ ap% 为纵波平均波峰振幅，

［数］ 为转换横波平均波峰振幅;

［0041］ ［数］ aI _F 为纵波平均波峰振幅，

［数］ 为转换横波平均波峰振幅。

［0042］ 优选地， 所述步骤 s4中， 进行 RGB多属性融合的具体步骤为：

［0043］ 在经过上述步骤 s3后， 构建出能够突出地质异常的三种新的复合属性 ; ［0044］ 定义上述三种新的符合属性为三种对研究目标 异常敏感的属性体 ［数］

， 其中

［数］

=1,2,3 ;

［0045］ 为减少地震属性异常值对后续处理结果的影响 ， 将三种对研究目标异常敏感的 属性体

依据拉依达准则进行异常值剔除， 剔除过程如下：

［0046］ 地震属性

［数］ 的算术平方根：

［0047］ ［数］

⑼

［0048］ 元素的绝对误差 ［数］

［0049］ ［数］

［0050］ 按照贝塞尔公式计算 D的标准误差

［数］

S

［0051］ ［数］

［0052］ 若某一元素的绝对误差满足：

［0053］ ［数］

> 3€F

(12)

［0054］ 则认为

［数］

▼ A!! 为异常值， 须剔除；

［0055］ 剔除异常值后， 通过一定的数学变换到色彩空间

［数］

［数］

=1,2,3 ; 在此对每一种属性采用一阶线性 T数学变换， 每一属性元素:

［0056］ ［数］

［0057］ 其中， ［数］

为属性颜色空间，

［数］

的最大值， N inline 的最大值；

［0058］ 变换后的属性颜色空间按照三基色合成原理， 映射为 RGB色彩空间的某一属性 值， 即

［0059］

［数］

［0060］ 其中，

［数］

为属性融合后的 RGB色彩空间的某一属性值;

［0061］ ［数］ 分别为经过一阶线性变换后的属性三颜色数值 。

发明的有益效果 有益效果

[0062] 本发明具有如下优点：

[0063] 该方法利用粗糙集理论， 结合专家经验优选出对地震储层响应敏感属性 ， 去除 冗余信息， 以优选出的对地震储层敏感的属性为基础， 综合纵横波对油气刻画 的精度差异及岩石物理基础， 形成三类对油气异常敏感的复合属性映射到色 彩 空间， 进行 RGB多属性融合， 融合后的结果能够充分展现纵波和转换横波所 蕴 含的地下介质丰富的岩性与构造信息， 克服了单一属性显示不足和单属性不能 准确刻画油气储层边界精度的缺点， 降低了反演结果的多解性， 使图像显示的 地震储层特征更加明显， 提高了油气藏预测精度。

对附图的简要说明

附图说明

[0064] 图 1为 RGB色相空间图；

[0065] 图 2为本发明中基于粗糙集理论与色相法的多波� �气地震响应表征方法的模型 设计图；

[0066] 图 3为目的层纵波均方根振幅属性图；

[0067] 图 4为目的层转换横波均方根振幅属性图；

[0068] 图 5为目的层纵波瞬时频率属性图；

[0069] 图 6为目的层转换横波瞬时频率属性图；

[0070] 图 7为目的层纵波弧长属性图；

[0071] 图 8为目的层转换横波弧长属性图；

[0072] 图 9为转换横波与纵波均方根振幅比值属性图；

[0073] 图 10为纵横波的甜点属性图；

[0074] 图 11为弧长与平均波峰振幅乘积属性图；

[0075] 图 12为三种单一属性 RGB融合结果图；

[0076] 图 13为复合属性 RGB融合结果图；

[0077] 图 14为测试区含气地震储层预测结果效果分析图� ��

发明实施例

本发明的实施方式 [0078] 下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进 一步详细说明：

[0079] 如图 2所示， 基于粗糙集理论与色相法的多波油气地震响应 表征方法， 包括如 下步骤：

[0080] si.首先从靶区目的层段的地震地质特征出发， 对纵横波原始地震数据进行属 性提取， 以生成各类纵、 横波地震属性， 然后进行去噪和标准化处理， 为后续 工作提供源数据；

[0081] s2.利用粗糙集理论， 以井位处的孔隙度、 渗透率、 含油性作为决策属性， 对 上步提取的地震属性， 利用粗糙集理论及结合专家经验对各类纵、 横波属性进 行优选优化， 去除冗余信息， 从而提取出对地震储层响应敏感的几类纵、 横波 属性， 为纵横波属性复合打下基础；

[0082] s3.综合纵横波对油气敏感度的差异与岩石物理 基础， 对优选出的几类敏感纵

、 横波属性复合构建成能够突出地质异常的三种 新的复合属性；

[0083] s4.将三种新的复合属性通过一阶线性变换映射 到 RGB色彩空间， 进行多属性融 合， 融合后的结果能够充分展现纵波和转换横波所 蕴含的地下介质丰富的岩性 与构造信息。

[0084] 传统的地震勘探主要利用反射纵波， 而多波多分量技术能够同时得到纵波与转 换横波的信息， 这能够提供更加丰富的地震波动学与运动学信 息， 同时纵、 横 波对岩性与流体的敏感度往往存在差异， 这两者的地震属性可以反映不同的异 常信息， 综合研究利用纵横波的属性差异， 可以获得更为有效的流体与岩性信 息， 可以有效突出地震油气储层特征， 降低单一纵波属性的多解性。 纵横波复 合属性是指利用从多波地震资料中提取的纵横 波属性， 在结合研究区地质特征 与专家经验的基础之上， 将纵横波属性通过一定的数学方法融合构建成 能够突 出地质异常的一类新的地震属性。 复合属性从不同的方面反映了地层的岩性与 所含流体的变化特征， 对油气和储层特征更为敏感， 能够提高地震储层油气预 测的精度。

[0085] 三种新的复合属性的构建过程如下：

[0086] 获得的多波复合属性包括叠合类、 乘积类、 差值类和比值类， 在此以 ［数］

表示在多波地震资料中提取的目标层面的纵 波类属性

［数］

P

， 如 （1） 式所示：

［0087］ ［数］

（1）

［0088］ 以

［数］

表示在多波地震资料中提取的目的层的转换 横波属性类属性

［数］

FS

， 如 （2） 式所示：

［0089］ ［数］

⑵

[0090] 其中，

［数］

L：< I < ®

[数] i：：<； < w

， m为 jd/ 方向的道数， n为—方向的道数。

[0091] 结合研究区地质特征与专家经验的基础之上优 选优化出两种单一属性对研究目 标均异常敏感的属性， 由此计算形成叠合类、 乘积类纵横波复合属性。 叠合、 乘积后的纵横波复合属性， 有利于突出含油气的共同特征， 压制背景干扰， 提 供预测精度。

[0092] 在此以符号 表示叠合类复合属性， 如式 （3） 所示:

[0093] [数]

[0094] 其中，

［数］ ［数］

［0095］ ［数］

F2 表示乘积类属性， 如式 （4） 所示:

［0096］ ［数］

⑷

［0097］ 其中，

［数］

［数］

1st <m

［数］ i < j < ft ［0098］ 比值类、 差值类复合属性是针对两种属性均对油气异常 敏感， 且有一种属性的 敏感程度与油气表征值呈反比关系， 比值、 差值后的地震属性能够减少背景干 扰， 突出油气敏感属性的特征， 设定纵波对油气表征值呈正比关系， 横波对油 气表征值呈反比关系表示。

［0099］ ［数］

FS 表示差值类属性， 如式 （5） 所示:

［0100］ ［数］

［0101］ 其中，

［数］

［数］

1 < i < m

［数］ l < j < K. ［0102］ ［数］

表示比值类属性， 如式 （6） 所示:

［0103］ ［数］

⑹

［0104］ 其中，

［数］ = % / :

［数］

1 s £ s m

［数］

［0105］ 纵波通过气层时， 其振幅由于气层的强烈吸收而大量衰减， 而纵波的振幅几乎 不变， 按照公式 （6） 复合形成比值属性， 即转换横波均方根振幅与纵波均方根 振幅的比值； 高值区可能为含气层区域， 低值区可能为非含气区域， 可以有效 的刻画油气储层分布预测边界。 ［0106］ 根据岩石物理特征， 砂岩地层表现为强振幅低频率， 而泥页岩地层表现为高频 率弱振幅， 因此， 通过公式 (5) (6) 复合形成纵、 横波的甜点属性

［数］

， 如式 (7) 所示：

［0107］ ［数］ p g— j n sa?r：pp

， ~qp— JtisiVeqpg

(7)

［0108］ 利用公式 (3) (4) 形成纵横波的弧长与平均波峰振幅复合属性

［数］

［0109］ ［数］

［0110］ 式中，

［数］ tasaifip _p 为纵波瞬时振幅， ［数］ lo.sa.iiipp _g 为转换横波瞬时振幅；

［om］ ［数］ iosfr eq _p 为纵波瞬时频率，

［数］ 为转换横波瞬时频率；

［0112］ ［数］

为纵波平均波峰振幅，

［数］

^ P ：PS 为转换横波平均波峰振幅;

［0113］ ［数］

为纵波平均波峰振幅，

［数］ al: _pS 为转换横波平均波峰振幅。

[0114] 复合后的地震属性综合了上述各地震属性对油 气异常敏感的信息， 将单属性难 以呈现的地下信息充分挖掘出来， 更加清晰的刻画了油气储层边界。

[0115] s4.最后将三种新的复合属性通过一阶线性变换 到色彩空间， 进行 RGB多属性 融合， 融合后的结果能够充分展现纵波和转换横波所 蕴含的地下介质丰富的岩 性与构造信息。

[0116] 首先介绍一下 RGB色彩空间：

[0117] RGB色彩空间是基于三基色原理， 即红、 绿、 蓝三种基色按照亮度可以划分为 256个等级， 将红、 绿、 蓝分别分配一个 0〜 255的强度值， 定义一映射函数 S， 对输入的三种颜色进行比例变换， 融合成 RGB色彩空间中对应的某一颜色值， 即：

[数]

[0118] 式中， R、 G、 B代表红绿蓝；

[0119] [数] 为输入三基色的颜色亮度值；

[0120] [数] sm 为融合后颜色值的大小。

[0121] RGB色彩空间只需要三种颜色， 进行比例变换， 就可产生 24位 (256x256x256 ) ， 多达 2563种颜色， 具有丰富的色彩空间， 如图 1所示。

[0122] 在 RGB模式下， 当三种颜色值为 255时， 图像显示为白色， 当三种颜色值为 0时 ， 显示为黑色， 若每种 RGB成分相同， 将会产生灰色效应。

［0123］ 与上述原理类似， 进行 RGB多属性融合的具体步骤为：

［0124］ 在经过上述步骤 s3后， 构建出能够突出地质异常的三种新的复合属性 。

［0125］ 定义上述三种新的符合属性为三种对研究目标 异常敏感的属性体

［数］

， 其中

［数］

. p

=1,2,3

［0126］ 为减少地震属性异常值对后续处理结果的影响 ， 将三种对研究目标异常敏感的 属性体

依据拉依达准则进行异常值剔除， 剔除过程如下：

［0127］ 地震属性

［数］ 的算术平方根:

[0128] ［数］

⑼

［0129］ 元素的绝对误差

［数］

［0130］ ［数］

［0131］ 按照贝塞尔公式计算 D的标准误差

［数］

O ^'

［0132］ ［数］

(i i)

［0133］ 若某一元素的绝对误差满足: [0134] [数] il

[数]

3 U

(12)

[0135] 则认为

［数］

为异常值， 须剔除；

［0136］ 剔除异常值后， 通过一定的数学变换到色彩空间

［数］

， p=l,2,3 ; 在此对每一种复合属性采用一阶线性 T数学变换， 每一属性元素:

［0137］ ［数］

[0138] 其中， ［数］

为属性颜色空间，

［数］

的最大值， N inline 的最大值。

［0139］

［0140］ 变换后的属性颜色空间按照三基色合成原理， 映射为 RGB色彩空间的某一属性 值， 即

［0141］

［数］

［0142］ 其中，

［数］

为属性融合后的 RGB色彩空间的某一属性值；

［0143］ ［数］ 分别为经过一阶线性变换后的属性三颜色数值 。 [0144] 融合的结果能够充分展现纵波和转换横波所蕴 含的地下介质丰富的岩性与构造 信息， 克服了单一属性显示不足和单属性不能准确刻 画油气储层边界精度的缺 点， 降低了反演结果的多解性， 使图像显示的地震储层特征更加明显， 从而提 高了油气藏的预测精度。

[0145] 下面将本发明应用于 FG地区， 以此来验证本发明方法的有效性与可行性。

[0146] FG地区历经多期构造运动， 地质条件复杂， 目的层段埋藏深、 岩性垂直方向 变化快， 储层特征复杂， 砂岩储层普遍具有超致密、 超高压、 非均值、 低渗透 等特征， 致密砂岩气藏分布预测不明确， 传统的地震勘探难以获得有效的地质 信息。

[0147] 本发明方法在此地区应用的具体步骤如下：

[0148] 1.粗糙集理论优选储层敏感属性

[0149] 首先从靶区目的层段的地震地质特征出发， 对纵横波原始地震数据进行属性提 取。 本发明提取了纵波与转换横波各 36种属性， 在进行一系列的去噪及标准化 后， 结合专家经验优选， 以粗糙集理论优选储层敏感属性。

[0150] 2.多波复合属性融合

[0151] 从图 3 -图 8所示的几种典型属性可以看出， 不同属性对油气储层的响应不同， 对地震储层油气边界刻画精度存在差异， 如何降低单一属性造成的多解性， 充 分挖掘纵横波所携带的丰富信息， 本环节在聚类分析与经验优选的基础上， 进 行多波复合属性融合。

[0152] 纵波通过气层时， 其振幅由于气层的强烈吸收而大量衰减， 而纵波的振幅几乎 不变， 因此按照公式 （6） 复合形成比值属性， 即转换横波均方根振幅与纵波均 方根振幅的比值， 高值区可能为含气层区域， 低值区可能为非含气区域， 可以 有效的刻画油气储层分布预测边界。 根据岩石物理特征， 在一般情况下， 砂 岩地层表现为强振幅低频率， 而泥页岩地层表现为高频率弱振幅， 因此通过公 式 （5） （6） 复合形成纵横波的甜点属性

[数] ， 如式 （7） 所示。 利用公式 （3） （4） 形成纵横波的弧长与平均波峰振幅复合 属性

[数]

， 如式 （8） 所示。

[0153] 复合后的属性如图 9 -图 11所示， 复合后的地震属性综合了上述各地震属性对油 气异常敏感的信息， 将单属性难以呈现的地下信息充分挖掘出来， 更加清晰的 刻画了油气储层边界。

[0154] 3. RGB融合地震储层分布预测

[0155] 在上一环节中结合数学方法与专家经验对纵横 波属性进行了复合， 复合后的地 震属性综合了对油气异常敏感的信息， 将复合后的转换横波与纵波均方根振幅 比值属性、 纵横波的甜点属性、 弧长与平均波峰振幅乘积属性按照公式 （9） 〜 （12） 进行异常值剔除， 随后按式 （13） 进行一阶线性变换将其变换到色彩空 间， 再按照公式 （14） 进行 RGB融合， 融合后的结果如图 13所示， 从中可以看 出 RGB属性融合技术具有丰富的色彩信息， 克服了单属性色彩不能突出的地质 异常， 降低了反演的多解性。

[0156] 4.实际应用效果分析评价

[0157] 图 12是仅以纵波均方根振幅、 瞬时频率、 弧长属性经过上述处理以后进行 RGB 融合后的结果， 结合钻井资料可以看出， 融合后的结果与图 13对比， 刻画油气 储层边界模糊， 含油气区域与实际钻井吻合度较差。

[0158] 图 13是以纵横波复合属性作为 RGB颜色的三色彩通道进行 RGB融合后的结果， 预测结果与实际的钻井资料对比表明， 纵横波复合属性进行 RGB融合后的结果 与钻井资料吻合度较高， 对油气异常的响应较为敏感， 多属性色彩空间丰富， 细节展现清晰。

[0159] 图 14中黄色圈所指示的井为出气井， 结合其他的地质与钻井资料预测表明， 以 CF563钻井为代表的中部彩色 I区域位于构造高部位， 属于油气聚集带， 已有多 口井证实为重要的含气区域， 以 CF563钻井为代表的东南彩色 n区域虽无钻井记 录， 结合其他地质资料该区域可作为重要的油气有 利预测区， 这为下一步的油 气勘探开发工作提供了技术支持， 可做更进一步的精细勘探。

[0160] 本发明方法有机结合了聚类分析、 多波复合属性与 RGB融合等方法， 清晰展现 了单一属性显示不足和单属性色彩不能突出的 丰富信息， 降低了多解性。

[0161] 将本发明方法应用于实际测试区进行试验， 试验结果表明：

[0162] ( 1) 综合专家经验与粗糙集理论， 对所提取的 36种纵横波属性， 以优选地震 储层响应敏感属性和去除冗余信息为目的， 最终优选出纵波均方根振幅、 瞬时 振幅、 弧长、 瞬时频率、 瞬时相位、 平均波峰振幅六种地震属性， 这为下一步 的多波属性复合提供了基础资料。

[0163] (2) 以纵横波对油气敏感度的差异与岩石物理特征 为指导， 在聚类分析与专 家经验基础上对纵横波属性复合成三类属性， 充分挖掘纵横波所携带的丰富信 息， 突出了含油气特征。

[0164] (3) 将复合后的三类属性进行 RGB融合， 试验结果结合已知钻井与地质资料 表明， 该方法有效验证了已知钻井区域的油气分布， 并对下一步有利勘探地段 做出预测。

[0165] 当然， 以上说明仅仅为本发明的较佳实施例， 本发明并不限于列举上述实施例 ， 应当说明的是， 任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导 下， 所做出的 所有等同替代、 明显变形形式， 均落在本说明书的实质范围之内， 理应受到本 发明的保护。