一种复杂油藏的叠前低频信号识别方法，包括利用人工激发的地震波获取原始地震资料，并由此获得目的层的层位文件；然后选择层位文件的最佳时窗而确定目的层；再对目的层内的叠前地震资料进行近、中、远偏移距数据的分离；对目的层范围内的数据进行频谱分析，分别求取叠前叠后地震资料的油气敏感最佳频率段；通过分频技术在上述油气敏感最佳频率段内提取目的层内地震波低高频信息；利用低频段能量增强、高频段能量减弱这一特征检测油气是否存在；最后与已知探井对比，分析并输出结果。本发明基于与地下实际情况更接近的双相介质模型，实现了利用具有更丰富信息的叠前低频信号识别油气储层，与传统的间接法和直接法相比具有成本低、精度高的优点。
（1）选定探区，利用人工激发的地震波获取原始地震资料；
（2）对原始地震资料进行去噪和偏移处理流程，得到叠前偏移共成像点道集资料和叠后地震资料；
（3）通过探区内已有的探井资料与上述步骤（2）的叠后地震资料联合的方式获得目的层的层位文件；
（4）选择层位文件的最佳时窗而确定目的层：选择任一地震道或任一探井旁的地震道，在该地震道的目的层的层位上选择地震波形的一个完整的周期作为时窗的宽度，而将此时窗作为目的层；
（5）对目的层内的叠前偏移共成像点道集资料进行近、中、远偏移距数据的分离：根据叠前偏移共成像点道集资料中数据的偏移距大小，将目的层内的地震数据分开成近偏移距、中偏移距和远偏移距数据，再经过叠加处理，而得到近偏移距叠加数据、中偏移距叠加数据和远偏移距叠加数据；若是叠后地震资料，则无需进行近、中、远偏移距数据的分离步骤；
（6）寻找油气敏感的特征频率段：通过抽取已知探井旁的叠前、叠后地震资料，对目的层范围内的数据进行频谱分析，分别求取叠前、叠后地震资料的油气敏感最佳频率段；
即选取至少两个探井旁的地震道进行分析，对所有进行分析的地震道求取的频率段范围再求平均值，将低频段的平均值(L1，L2)和高频段的平均值(H1，H2)作为油气敏感的最佳频率段；
（7）提取目的层内地震波低、高频信息：通过分频技术提取油气敏感的低频段信息和高频段信息；对任一道地震数据，在由步骤（6）确定的油气敏感最佳频率段范围内进行分频处理，并利用所有分频结果的最大值来代表该地震道油气敏感频率段内的地震波能量；
（8）油气检测：利用低频段能量增强、高频段能量减弱这一特征检测油气是否存在，即检查步骤（7）中求取的低高频段能量值，若在某区域内低频段能量值相对于周围值变大，且高频段能量值相对于周围值变小，则判定该区域为含油气区，否则为不含油气区； （9）与已知探井对比，分析结果：如果中偏移距油气检测结果或叠后资料的油气检测结果与已知探井对比差别较大，即含油气性检测结果在高产油流井区域未出现低频能量增强、高频能量减弱现象，说明结果与已知井的含油气情况不符合，则返回步骤（6）重新寻找油气敏感的特征频率段；如果结果与已知探井对比差别较小，即含油气性检测结果在工区内已知的油井区域出现了低频能量增强、高频能量减弱现象，而在已知的干井区域-如果有的话-未出现低频能量增强、高频能量减弱现象，说明油气检测的结果与实际情况一致，则执行步骤（10）；
（10）输出结果：分别绘制测线或工区的低频、高频能量曲线或平面等值线，寻找低频能量相对增强、高频能量相对减弱的共同部分，圈定油气藏；
上述步骤（4）选择层位文件的最佳时窗，是根据目的层位文件是油层的顶部还是底部来确定时窗位置，若是顶部，则时窗从层位文件开始的时间向下开时窗，若是油层底部，则时窗从层位文件开始的时间向上开时窗，时窗宽度均为地震波形的一个完整周期的长度；
上述步骤（6）中，对目的层范围内的数据进行频谱分析的具体实现方法如下：①、从叠前地震资料和叠后地震资料中选择已知探井旁的地震道Ai，其中，i为试验道号；
②、选取1Hz至100 Hz之间的频率fj，其中j为频率序号，以fj为中心频率，采用三角滤波器对所选地震道的目的层数据进行滤波，得到滤波结果Aijk，其中k为采样点号；或采用小波变换对所选地震道的目的层数据进行滤波，得到滤波结果Aijk；
④、j=j+1,反复循环②、③两步，直至计算完所有频率；
⑤、以fj为自变量绘制Dj (fj)图形，得到井旁道频谱分析结果； ⑥、i=i+1,重复①~⑤，直至计算完所有试验道；
⑦、分别对所有含油气和不含油气的试验道的频谱分析结果进行统计，得到整条测线或整个工区的油气敏感特征频段，确定油气敏感的低频段的平均值(L1,L2)和高频段的平均值(H1,H2)；
上述步骤（7）中，通过分频技术提取各地震道的低频信息的实现方法如下：①、输入地震道Ai，其中i为地震道号；
②、选择中心频率fj，其中fj属于(L1,L2)，j为其滤波器序号；利用三角滤波器或小波变换对输入数据进行滤波，得到滤波结果Aijk，其中k为样点序号；
⑤、求取Bij的最大值Di作为该地震道的低频能量信息；
通过分频技术提取各地震道的高频能量信息是采用相同的方法提取，即只需将上述步骤②中的区间(L1,L2)换成区间(H1,H2)即可。
2.如权利要求1所述的识别方法，其特征在于上述步骤（5）中，是将偏移距大小与目的层深度之比小于1/6的偏移距作为近偏移距，将偏移距大小与目的层深度之比在1/3~1/2之间的偏移距作为中偏移距，将偏移距大小与目的层深度之比大于2/3的偏移距作为远偏移距。
3.如权利要求1所述的识别方法，其特征在于上述对目的层范围内的数据进行频谱分析，所用的滤波器个数在100~400之间。
4.如权利要求1所述的识别方法，其特征在于上述步骤（7）提取各地震道的低、高频信息之后，将低、高频能量值作标准化处理，即将数据统一归一到同一个范围，所述同一个范围为0至100的区间。
复杂油藏的叠前低频信号识别方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种复杂油藏的识别方法，具体涉及一种复杂油藏的叠前低频信号识别方法，属于地球物理勘探领域。
背景技术
[0002] 传统上，对储层进行油气检测的主要方法是间接法，即寻找可能含有油气的构造，进而确定井位。目前，随着油气资源的不断开发，已由构造油气藏勘探逐步转向了岩性油气藏或复杂油气藏勘探，勘探难度不断加大，需要寻找新的技术去解决面临的问题。自从发现亮点技术以来，利用地震波识别油藏的方法由叠后反演逐步开展到叠前反演，如AVO技术、弹性阻抗反演等。这些新方法在某些地区见到了好的效果，但并不是适用于所用地区，仍然需要寻找新的方法去解决油气藏的检测问题。另一方面，以前的方法大都是基于单相介质模型的，而含油气储层是典型的双相介质，这也是以前的方法精度不高的一个主要原因。双相介质模型与实际情况更为接近，显然基于双相介质模型的油气检测方法应该具有更高的精度。张会星在2004年的博士毕业论文中提出了一种基于双相介质模型的油气检测方法，并做了数值模型实验，在实际资料的应用中也见到了好的效果。然而，张会星提出的方法是在叠后地震资料中应用的，由于叠前地震资料与叠后地震资料相比，具有更丰富的信息，因此，基于双相介质模型的叠前地震资料油气检测方法将具有更高的精度和可靠性。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种复杂油藏的叠前低频信号识别方法，用于难以检测的复杂油藏的油气勘探，以克服现有技术的不足。
[0004] 本发明的技术构思是基于目前已有的双相介质模型，其中包括输入偏移地震数据(即叠前共成像点道集数据或叠后偏移数据)和目的层位文件；选择目的层的最佳时窗，可以地震波形的一个完整周期的长度为准；然后选取油气敏感的低高频段频率；再利用分频技术如小波分频或三角滤波分频提取地震波的低频段能量和高频段能量；根据所提取油气敏感的低高频段(能量)信息，就可以利用叠前低频信号并基于双相介质模型实现油气检测。
[0005] 本发明的复杂油藏的叠前低频信号识别方法，包括以下步骤：
[0006] (1)选定探区，利用人工激发的地震波获取原始地震资料；
[0007] (2)对原始地震资料进行去噪和偏移处理流程，得到叠前偏移共成像点道集资料(即叠前地震资料)和叠后地震资料；
[0008] (3)通过探区内已有的探井资料与上述地震资料联合的方式(即井震联合的方式)获得目的层的层位文件；
[0009] 井震联合的方式之一是将井的地质分层投影到地震资料上，然后将目的层的时间提取出来并保存成一个格式为ASCII码的层位文件；
[0010] 其特征在于该方法还包括以下步骤：
[0011] (4)选择层位文件的最佳时窗而确定目的层：选择任一地震道或任一探井旁的地震道，在该地震道的目的层的层位上选择地震波形的一个完整的周期作为时窗的宽度，而将时窗作为目的层；
[0012] 可以根据层位文件是油层的顶部还是底部来确定时窗位置，若是顶部，则时窗从层位文件开始的时间向下开时窗，若是油层底部，则时窗从层位文件开始的时间向上开时窗，时窗宽度均为地震波形的一个完整周期的长度；
[0013] (5)对目的层内的叠前共成像点道集资料进行近、中、远偏移距数据的分离：根据叠前共成像点道集资料中数据的偏移距大小，将目的层内的地震数据分开成近偏移距、中偏移距和远偏移距数据，再经过叠加处理(即将反应同一点的多道近偏移距数据或中偏移距数据或远偏移距数据相加，并除以参加相加运算的总道数，得到一道数据)，而得到近偏移距叠加数据、中偏移距叠加数据和远偏移距叠加数据；若是叠后资料，则无需进行近、中、远偏移距数据的分离步骤；
[0014] 可以将偏移距大小与目的层深度之比小于1/6的偏移距作为近偏移距，将偏移距大小与目的层深度之比在1/3～1/2之间的偏移距作为中偏移距，将偏移距大小与目的层深度之比大于2/3的偏移距作为远偏移距；
[0015] (6)寻找油气敏感的特征频率段：通过抽取已知探井旁的叠前、叠后，对目的层范围内的数据进行频谱分析，分别求取叠前叠后地震资料的油气敏感最佳频率段；
[0016] 为保证分析的频率段范围具有普遍性，需选取至少两个探井旁的地震道进行分析，对所有进行分析的地震道求取的频率段范围再求平均值，将低频段的平均值(L1，L2)和高频段的平均值(H1，H2)作为油气敏感的最佳频率段；
[0017] (7)提取目的层内地震波低高频信息(能量)：通过一定的技术手段如分频技术提取油气敏感的低频段信息(能量)和高频段信息(能量)；对任一道地震数据，在由步骤(6)确定的油气敏感最佳频率段范围内进行分频处理，并利用所有分频结果的最大值来代表该地震道油气敏感频率段内的地震波能量；
[0018] 由于低频段能量远远大于高频段能量值，为便于显示，可将低、高频能量值作标准化处理，即将数据统一归一到同一个范围，如0至1的区间或0至100的区间；
[0019] (8)油气检测：利用低频段能量增强、高频段能量减弱这一特征检测油气是否存在，即检查步骤(7)中求取的低高频段能量值，若在某区域内低频段能量值相对于周围值变大，且高频段能量值相对于周围值变小，则判定该区域为含油气区，否则为不含油气区；
[0020] (9)与已知探井对比，分析结果：如果中偏移距油气检测结果或叠后资料的油气检测结果与已知探井对比差别较大，则返回步骤(6)重新寻找油气敏感的特征频率段；如果油气检测结果与已知探井对比差别较小，则；
[0021] (10)输出结果：分别绘制测线(或工区)的低频、高频能量曲线(或平面等值线)，寻找低频能量相对增强、高频能量相对减弱的共同部分，圈定油气藏。
[0022] 本发明的特点是利用地震资料直接找油气，和传统的间接找油气方法相比，具有成本低、精度高的优点；本发明提出的油气检测方法是基于双相介质模型，双相介质模型与传统的单相介质模型相比，与地下实际情况更接近，因此，本发明与传统的直接找油气方法相比，具有更高的精度和可靠性；本发明提出了利用叠前低频信号识别油气储层的方法，由于叠前地震资料和叠后地震资料相比，具有更丰富的信息，利用叠前地震资料检测油气的精度会更高。
附图说明
[0023] 图1是本发明的基本流程示意程图。
[0024] 图2是本发明对低、高频段能量的标准化流程示意图。
[0025] 图3是本发明的选择最佳时窗的示意图。
[0026] 图4是本发明的油气检测的示意图。
[0027] 图5是本发明将低频能量和高频能量作差值运算得到融合结果的示意图。
[0028] 其中，1、地震道，2、目的层的层位，3、时窗，4、低频段能量相对大值，5、高频段能量相对小值，6、周围值，7、含油气区。
具体实施方式
[0029] 本发明基于目前已有的双相介质模型，包括输入偏移地震数据(即叠前共成像点道集数据或叠后偏移数据)和目的层位文件；选择目的层的最佳时窗，可以地震波形的一个完整周期的长度为准；然后选取油气敏感的低高频段频率；再利用分频技术如小波分频或三角滤波分频提取地震波的低频段能量和高频段能量；根据所提取油气敏感的低高频段(能量)信息，就可以利用叠前低频信号并基于双相介质模型实现油气检测。
[0030] 如图1所示，本发明具体步骤如下：
[0031] (1)选定探区，利用人工激发的地震波获取原始地震资料；
[0032] (2)对原始地震资料进行去噪和偏移处理流程，得到叠前偏移共成像点道集资料(即叠前地震资料)和叠后地震资料；
[0033] (3)通过探区内已有的探井资料与上述地震资料联合的方式(即井震联合的方式)获得目的层的层位文件；井震联合的方式之一是将井的地质分层投影到地震资料上，然后将目的层的时间提取出来并保存成一个格式为ASCII码的层位文件；
[0034] (4)选择层位文件的最佳时窗而确定目的层：如图3所示，任选一地震道或任选一探井旁的地震道，在该地震道的地震波1的目的层的层位2上选择地震波形的一个完整周期的长度作为时窗3的宽度；而将时窗作为目的层；为了便于计算，可以对所有地震道采用相同的时窗宽度，只要该相同的时窗宽度可以包含含油层的厚度即可；
[0035] 可以根据层位文件是油层的顶部还是底部来确定时窗位置，若是顶部，则时窗从层位文件开始的时间向下开时窗，若是油层底部，则时窗从层位文件开始的时间向上开时窗，时窗宽度均为地震波形的一个完整周期的长度；
[0036] (5)对目的层内的叠前共成像点道集资料进行近、中、远偏移距数据的分离：对于叠前共成像点道集资料，其不同偏移距范围的数据是混和在一起的，根据叠前共成像点道集资料中数据的偏移距大小，将目的层内的地震数据分开成近偏移距、中偏移距和远偏移距数据，再经过叠加处理(即将反应同一点的多道近偏移距数据或中偏移距数据或远偏移距数据相加并除以参加相加运算的总道数，得到一道数据)，而得到近偏移距叠加数据、中偏移距叠加数据和远偏移距叠加数据；若是叠后资料，则无需进行近、中、远偏移距数据的分离步骤；
[0037] 可以将偏移距大小与目的层深度之比小于1/6的偏移距作为近偏移距，将偏移距大小与目的层深度之比在1/3～1/2之间的偏移距作为中偏移距，将偏移距大小与目的层深度之比大于2/3的偏移距作为远偏移距；
[0038] (6)寻找油气敏感的特征频率段：通过抽取已知探井旁的叠前、叠后地震资料，对目的层范围内的数据进行频谱分析，分别求取叠前叠后地震资料的油气敏感最佳频率段；
[0039] 具体实现方法如下：
[0040] ①、从叠前地震资料和叠后地震资料中选择已知探井旁的地震道Ai(i为试验道号)；
[0041] ②、选取1Hz至100Hz之间的频率fj(j为频率序号)，以fj为中心频率，采用三角滤波器对所选地震道的目的层数据进行滤波，得到滤波结果Aijk(k为采样点号)；或采用小波变换对所选地震道的目的层数据进行滤波，得到滤波结果Aijk；
[0042] ③、求取滤波结果的最大值Dj；
[0043] k＝1，Nt
[0044] 其中Nt为目的层内的采样点数；
[0045] ④、j＝j+1，反复循环②、③两步，直至计算完所有频率；为精确起见，一般所用的滤波器个数要达到一定数量，如100～400个；
[0046] ⑤、以fj为自变量绘制Dj(fj)图形，得到井旁道频谱分析结果；
[0047] ⑥、i＝i+1，重复①～⑤，直至计算完所有试验道；
[0048] ⑦、分别对所有含油气和不含油气的试验道的频谱分析结果进行统计，得到整条测线或整个工区的油气敏感特征频段，确定油气敏感的低频段的平均值(L1，L2)和高频段的平均值(H1，H2)；
[0049] 通常油气敏感的低频段频率会小于地震波主频，而高频段频率大于地震波主频。
[0050] (7)提取目的层内地震波低高频能量(信息)：通过一定的技术手段如分频技术提取油气敏感的低频段信息(能量)和高频段信息(能量)，对任一道地震数据，可以求取特定频率段范围内数据的最大值来代表该道特定频率段内的地震波能量；
[0051] 其中，求取各地震道的低频能量信息的实现方法如下：
[0052] ①、输入地震道Ai(i为地震道号)；
[0053] ②、选择中心频率fj(其中，fj属于(L1，L2)，j为其滤波器序号)，利用三角滤波器或小波变换对输入数据进行滤波，得到滤波结果Aijk(k为样点序号)；
[0054] ③、求取Aijk的最大值Bij；
[0055] k＝1，Nt
[0056] ④、重复②～③，直至计算完所有低频滤波器；
[0057] ⑤、求取Bij的最大值Di作为该地震道的低频能量信息；
[0058] j＝1，Nf
[0059] 其中Nf为滤波器个数。
[0060] ⑥、i＝i+1，重复①～⑤，直至计算完所有各道；
[0061] 并且，地震道的高频能量信息可以采用相同的方法求取，即只需将上述步骤②中的区间(L1，L2)换成区间(H1，H2)即可；
[0062] 如图2所示，由于低频段能量远远大于高频段能量值，为便于显示，可将低、高频能量值作标准化处理，即将数据统一归一到同一个范围，如0至1的区间或0至100的区间；如图5所示，还可将低频能量和高频能量作差值运算，得到一个融合结果；
[0063] (8)油气检测：利用低频段能量增强、高频段能量减弱这一特征检测油气是否存在，即检查步骤(7)中求取的低高频段能量值，若在某区域内低频段能量值相对于周围值变大，且高频段能量值相对于周围值变小，则判定该区域为含油气区，否则为不含油气区；为了方便起见，如图4所示，可将该低高频段能量值分别绘成曲线或平面图，若在曲线或平面图存在某区域内低频段能量值相对于周围值6变大，且高频段能量值相对于周围值6变小，则判定该低频段能量相对大值4并高频段能量相对小值5所对应的区域为含油气区7，否则为不含油气区；如图5所示，若利用上述差值运算得到的融合结果可直接判定出含油气区7；
[0064] (9)与已知探井对比，分析结果：对于叠前地震资料，会得到三个油气检测结果，分别为近偏移距油气检测结果、中偏移距油气检测结果和远偏移距油气检测结果，经实验发现中偏移距油气检测结果最接近真实情况，所以对此三个结果，以中偏移距油气检测结果为主，其它结果只供参考；而叠后资料，只得到一个油气检测结果；如中偏移距油气检测结果或叠后资料的油气检测结果与已知探井对比差别较大，即含油气性检测结果在高产油流井区域未出现低频能量增强、高频能量减弱现象，说明结果与已知井的含油气情况不符合，则返回步骤(6)重新寻找油气敏感的特征频率段；如果结果与已知探井对比差别较小，即含油气性检测结果在工区内已知的油井区域出现了的低频能量增强、高频能量减弱现象，而在已知的干井区域(如果有的话)未出现低频能量增强、高频能量减弱现象，说明利用本方法进行油气检测的结果与实际情况一致，则；
[0065] (10)输出结果：分别绘制测线(或工区)的低频、高频能量曲线(或平面等值线)，寻找低频能量相对增强、高频能量相对减弱的共同部分，圈定油气藏；
[0066] 其中，对一条地震测线，得到反应油气信息的特征曲线；对于一个三维工区，可得到反应油气信息的平面图；根据油气特征在图上圈定含油气范围；
[0067] 为方便圈定含油气范围，可将上述低频能量和高频能量作差值运算而得到一个融合结果，在结果图上表示出，然后在该条曲线上圈定含油气范围。
[0068] 由于本发明主要利用地震资料的振幅特性和频率特性检测油气，经全频带保幅处理的地震资料更有利于本发明的应用，因此，在地震资料处理阶段，要特别注意对地震资料低频成分的保护。
[0069] 双相介质中地震波的传播规律与单相介质不同，由于固体和流体的相互作用，不仅波的运动学特征会发生变化，波的动力学特征也会发生变化，而波的动力学特征的变化可能作为检测油气的依据。目前，描述双相介质中地震波传播规律的模型主要有三种类型：Biot双相介质理论、喷射流理论和BISQ模型。喷射流理论的应用，需要知道岩石的结构细节，而岩石的结构信息往往不容易知道，这就限制了它在实际中的应用。在描述波的衰减方面，与BISQ理论相比，Biot理论能得到更为可靠的结果。同时，BISQ理论非常复杂，也很难应用到实际中。故选择Biot双相介质理论研究双相介质中波的动力学特征的变化。
[0070] Biot双相介质地震波方程为：
[0071]
[0072] 式中，λ和μ为弹性参数，相当于单相各向同性弹性理论中的拉梅常数；Q为反应固体与流体体积变化之间的耦合性质的弹性常数；R为使一定体积的流体流入该集合体而又保持总体积不变而施加在流体上的压力的一种量度；ρ11为单位体积中固体相对流体运动时固体部分总的等效质量；ρ22为单位体积中流体相对固体运动时流体部分总的等效质量；ρ12为单位体积中流体和固体之间的质量耦合系数；θ表示固相体应变，u为固相位移向量，ux、uy、uz分别为固相位移向量u在x、y和z方向的分量；ε表示流相体应变， U为流相位移向量，Ux、Uy、
Uz分别表示流相位移向量U在x、y和z方向的分量；b为耗散系数， η为流体粘
滞系数，φ为孔隙度，k为渗透率；t为时间。
[0073] 考虑沿x方向传播的平面简谐波
[0074]
[0075] 式中，u为固相位移，U为流相位移，u0和U0分别为u和U的初始值；k′为复波数，k′＝k+iα；k为波数，α为衰减系数；ω为地震波的频率；i为虚数单位；x为波传播的距离。
[0076] 联立(1)式和(2)式可推导出
[0077]
[0078] 其中：H＝P+R+2Q，P＝λ+2μ，ρ＝ρ11+ρ22+2ρ12
[0079] 当地震波经过一定的时间t传播了距离x后，其振动位移为：
[0080]
[0081] 此时地震波的合振幅A(固、流相总振幅)为：
[0082]
[0083] 所以，双相介质对平面波能量有衰减作用。当波的传播距离一定时，双相介质中地震波振幅的衰减同时受地震波频率ω和耗散系数b的影响，随着地震波频率的增大，地震波的衰减变大；耗散系数越大，地震波的衰减也越大。而耗散系数与孔隙度、渗透率和流体粘滞系数有关。对某一确定介质，地震波振幅(或能量)只与频率有关，随频率增大呈指数规律衰减。衰减系数近似与频率成正比。也即，在双相介质中，不同频率成分的地震波其能量衰减程度不同，低频成分相对衰减小，高频成分相对衰减大，与单相介质相比(理论上单相弹性介质不衰减)表现为低频能量相对增强、高频能量相对减弱。在均忽略介质粘性的前提下，可以根据是否出现地震波低频能量相对增强、高频能量相对减弱的现象判断地下介质的双相性或含油气性。当波的传播距离增大时，地震波的“低频能量增强、高频能量减弱”现象越明显。因此，中远偏移距叠前偏移资料的油气检测效果要好于近偏移距资料。
[0084] 本发明从目前已有的双相介质模型出发，通过分析比较选择目前在描述地震波的动力学特征方面最优的双相介质波动方程，基于该波动方程，得到地震波传播的振幅与介质参数和流体性质及地震波频率之间存在低频成分相对衰减小、高频成分相对衰减大的事实，进而利用叠前低频信号实现油气检测，较现有技术具有可靠的依据和显著的效果。
