曲率屬性的應用

1、曲率屬性的應用刻畫斷裂/裂縫及其它地質(zhì)特征的地震曲率屬性 Satinder Chopra 和Kurt Marfurt 著 曹鑒華 譯原文鏈接：http:/www.cseg.ca/publications/recorder/2007/11nov/nov2007-seismic-curvature.pdf地震屬性對于地震解釋來說能夠起到非常強大的幫助作用，例如在地震屬性上斷裂和河道表現(xiàn)為不同的圖像特征，由此地質(zhì)科學家就能用來揭示沉積環(huán)境和構(gòu)造變形的歷史。迄今為止，地震屬性已經(jīng)應用了差不多40年了，一些重要屬性并沒有得到顯著發(fā)展或者獲得認可，直到上世紀90年代初三維地震技術(shù)開始廣泛應用。Bahori

2、ch和Farmer在1995年提出的相干屬性已經(jīng)稱為了一種常規(guī)的解釋手段，現(xiàn)在大部分解釋系統(tǒng)上都提供了該技術(shù)。曲率屬性在90年代中期引入到解釋流程中，計算方式為用層面計算，其結(jié)果顯示與露頭資料上存在的斷裂有很緊密的聯(lián)系（Lisle，1994；Roberts，2001）。最近體曲率屬性開始流行起來，解釋人員可以從沿層面屬性上識別出小的擾曲、褶皺、凸起、差異壓實特征，這些在常規(guī)解釋時是無法追蹤的、相干上也呈現(xiàn)為連續(xù)高相干特征。本文將討論地震曲率屬性及其實際應用。通常意義上曲率是用來表征層面上某一點處變形彎曲的程度。層面變形彎曲越厲害，曲率值就會越大。如果將這些構(gòu)造變形如擾曲、褶皺等定量結(jié)果與更常規(guī)

3、的斷裂圖像結(jié)合起來，地質(zhì)科學家就能利用井控下的構(gòu)造變形模型來預測古應力和有利于天然裂縫分布的區(qū)域。曲率屬性除了可用于刻畫斷裂和裂縫外，還能對一些地質(zhì)特征進行呈現(xiàn)，后面將有敘述。對于一個二維的曲線而言，曲率可以定義為某一點處正切曲線形成的圓周半徑的導數(shù)。（如圖1）如果曲線彎曲褶皺厲害，曲率值就比較大，而對于直線不管水平或傾斜其曲率就是零。一般背斜特征時定義曲率值為正值，向斜特征定義曲率值為負值。 圖1 曲線的二維曲率表示：背斜曲率為正，向斜曲率為負，而水平或傾斜面曲率為零。二維曲線曲率的簡單定義方式可以延伸到三維曲面上，此時曲面則由兩個互相垂直相交的垂面與曲面相切。在垂直于層面的面上計算的曲率定

4、義為主曲率，同時可以計算最大和最小曲率，這兩種曲率正好是互相垂直的。通常采用最大曲率來尋找斷裂系統(tǒng)。在實際應用中，曲率常是沿在三維地震資料上追蹤的層面計算。實際曲率還包括最小、最大、最大負曲率、最大正曲率、傾向曲率、走向曲率、平均曲率最小曲率方位和形態(tài)指數(shù)等。在刻畫斷裂、地質(zhì)體時我們發(fā)現(xiàn)最大正曲率、最大負曲率是最易計算也是最常用的曲率屬性。如果地震資料品質(zhì)比較好而且目標層正好位于強波阻抗分界面的時候，地震層位追蹤解釋很容易完成。圖2a為一個時間構(gòu)造圖，時間位置大概在2000ms，資料來源于加拿大艾爾貝塔省三維工區(qū)。在解釋時先用控制網(wǎng)格手動追蹤，然后進行自動追蹤，并對結(jié)果進行了平滑處理，平滑參數(shù)

5、為3x3。用解釋的層計算了曲率屬性，如圖2b和圖2d。注意到圖中黃色橢圓所圈處均受到采集腳印的影響，無論是由于采集設計、協(xié)噪還是處理過程中系統(tǒng)誤差的影響，采集腳印的產(chǎn)生與采集時地震源和接收器排列方式是分不開的，而與地下實際情況并無直接聯(lián)系。這類腳印是完全的假象，并不具有任何地質(zhì)意義。圖2 a圖為三維資料解釋的時間層面，b圖為用該層計算的最大正曲率屬性，d圖為最大負曲率屬性。圖中黃圈標示南北方向和東西方向有采集腳印影響的地方。c圖為沿層提取的最大正曲率屬性體切片，e圖沿層提取的最大負曲率屬性體切片。白色箭頭所示為延伸較長的背斜，黑色箭頭所示為向斜區(qū)域，這些在地震剖面上均可以看見。采集腳印在沿層提

6、取的曲率屬性圖上就基本消失了。對比說明，用層計算曲率結(jié)果精度要比三維曲率體屬性計算結(jié)果差。在含噪音同時受采集腳印影響的地震數(shù)據(jù)上追蹤層位，或者在某些并沒有明顯一致阻抗界面（如河道、濁積體、復合體和巖溶）的區(qū)域追蹤，進而形成的曲率屬性肯定不太可靠。一種解決思路就是對數(shù)據(jù)進行一次空間濾波，盡可能的去除噪音，從而保留下來有用的地質(zhì)信息。許多商業(yè)解釋軟件上都有這些濾波處理模塊。在曲率屬性領域非常重要的一次變革就是AlDossary和Marfurt提出的曲率體計算。這種曲率體計算方式可以減少由于層位追蹤引起的影響。文中對用層計算和三維體曲率計算兩種方式進行了實際應用對比。圖2b和d為沿層計算的曲率屬性圖

7、，明顯受采集假象影響。同時沿圖2a顯示的層提取了最大正曲率和最大負曲率屬性，如圖2c和e，該層并沒有受采集腳印影響。圖3為相干體、最大正曲率體和最大負曲率體的時間切片對比?？梢钥吹剑瑘D中有一條NW-SE展布的主河道很清晰（黑邊白框箭頭所指），同時還有3個圓形決口區(qū)域。第二條河道系統(tǒng)顯示在圖的東南角區(qū)域，與主河道垂直相交。最大正曲率屬性圖對河道的邊界和潛在的河床、溢流沉積都刻畫比較清楚，而由于差異壓實原因最大負曲率屬性圖則突出了河道的軸或河谷底部。相干圖可以用于補充，但它對層面的構(gòu)造變形不敏感，另外相干屬性突出了河道側(cè)翼，這些區(qū)域在波形上由于地震資料的調(diào)諧作用而呈現(xiàn)明顯的變化。圖3 a圖為AA任

8、意線地震剖面，b圖為相干時間切片，c圖為最大正曲率時間切片，d圖為最大負曲率時間切片。圖中白色箭頭所示為一條北西向展布的河道，在相干切片上河道的邊界很清晰，在最大負曲率圖上突出了河道的軸或河谷。最大正曲率屬性則突出了河道的側(cè)翼。但在工區(qū)的東南側(cè)的河道（如黑色箭頭所指）在相干圖上就不那么清晰，而在最大負曲率屬性上顯示了河道的分叉現(xiàn)象。圖中黃色箭頭所指處為一條垂直相交的河道，在縱剖面上看的很清楚，在相干屬性和最大負曲率屬性圖上也很清晰。而淺蘭色箭頭所指處河道在相干圖上幾乎看不見，但在最大負曲率圖上河道的軸很清晰的呈現(xiàn)出來了。圖中綠色箭頭標示出了圓形決口區(qū)域，在最大正曲率屬性圖上清晰的顯示為負值。圖

9、4也是屬性時間切片與地震剖面的對比分析，解釋員需要通過這種分析來理解和驗證屬性特征如何與地震信號匹配起來。同樣的，在最大正曲率和最大負曲率屬性圖上河道的邊界和河床特征都很清晰，明顯優(yōu)于相干屬性。圖4 對圖3中顯示的測線和椅狀顯示放大。a圖切片為相干屬性、b圖切片為最大正曲率屬性、c圖為最大負曲率屬性。在曲率屬性圖上河道特征非常清晰，與地震剖面上特征很吻合。三維體屬性的應用也是兩方面的，首先，如圖2、3和4所示體屬性圖要比用層計算得到的結(jié)果具有更高的信噪比。曲率體計算不是沿著某一個追蹤的采樣點，而是采用了一個包含多個采樣點的地震時窗（本例中時窗為11個采樣點），因此計算結(jié)果受噪音影響要少。其次，

10、也不是每個我們期望解釋的地質(zhì)現(xiàn)象都會落入我們解釋的層位附近，如上述例子中的河道。在刻畫斷層方面相干屬性是一個很好的工具，但不是每個地震數(shù)據(jù)體都會成像很好。在處理過程中出現(xiàn)的靜校正問題、速度分析以及采用時間偏移而不是深度偏移處理都會影響斷裂的成像。一些疊瓦狀斷裂、有沉積拉曳特征的斷裂以及斷距偏移距離小于子波長度的小斷層在相干屬性圖上都無法很好的分辨。在曲率圖上這些斷裂則表現(xiàn)為擾曲特征，可以分辨。曲率屬性圖在突出某些微小斷裂和裂縫時很有效果，這就有助于后續(xù)的水平井部署。圖5為相干屬性、最大正曲率、最大負曲率三個屬性體中分別截取的地層體的椅狀顯示，這里地層體指的是沿著某一個追蹤的層平行取一定時窗或者

11、兩個不平行的層面截取的屬性子體。同時圖中顯示了一條垂直的測線，正好與地層子體上斷層或裂縫趨勢相切。注意圖5b中沿近南北斷裂展布方向紅色峰值正好與地震測線剖面上地震波組上升盤邊界特征吻合。同樣圖5c中最大負曲率地層屬性切片上藍色峰值與地震測線剖面上下降盤邊界特征吻合。圖5 a圖為相干體層切片，b圖為最大正曲率屬性層切片，c圖為最大負曲率屬性層切片。圖6a為在目標區(qū)合適的位置提取的最大正曲率層切片，圖中顯示發(fā)育許多斷裂和裂縫，如黃色線狀追蹤所示。然后將這些斷裂排列的密度和方位用玫瑰圖顯示，展布方向依然用黃色表示，如圖6b所示。用該玫瑰圖與成像測井獲得的裂縫分布玫瑰圖進行對比，如果匹配關系比較好的話，就可以利用該成果進行進一步的定量分析，從而為儲層分類開發(fā)提供有意義的證據(jù)。圖6a圖為沿層提取的最大正曲率屬性切片，斷裂的展布方向用黃色標示。b圖為a圖中黃色追蹤的斷裂排列方位信息形成的玫瑰圖。結(jié)論與其它屬性一樣，曲率屬性也只有在與建立構(gòu)造變形模型、地層沉積或成巖作用等分析結(jié)合起來應用才有意義。曲率對擾曲和斷層都非常敏感。同時曲率屬性還可以用于刻畫河道、河床、砂壩、等深巖沉積物和其它地質(zhì)現(xiàn)象，尤其是對于經(jīng)歷過差異壓實作用的古巖石內(nèi)這些地質(zhì)特征更有效，如上述例子所述。離散裂縫通常在最大負曲率