时移地震流动单元自动追踪与解释成果分析

康鲲鹏

（商丘师范学院计算机科学系，河南商丘476000）

时移地震是利用多次采集的时移地震资料，结合岩石物理和生产动态数据，通过提取和综合分析各种敏感属性，分析解释油气藏动态，并对油藏进行模拟处理分析，以确定剩余油的分布范围，指导开发井的部署和调整，提高采收率。因此，时移地震方法广泛应用于油藏监测、基础测量和监测测量。流动单元是从宏观到微观的不同级次上的、空间三维连续分布的、具有相似的影响流体流动的岩石特征和流体本身渗流特征的储集岩体；同一流动单元内各处相对均质，不同流动单元之间储、渗能力差异显著，且有较好的隔挡界面或渗流屏障。其发育特征和空间分布状况受沉积作用、构造作用和成岩作用等的综合控制。对流动单元的研究有很多种方法，如精细沉积学研究方法、FZI划分法等，近年来利用时移地震资料进行流动单元解释也得到发展。

1 国内针对流动单元的时移地震资料解释现状

时移地震技术是一门综合地质勘探技术，包含诸如岩石物理技术、采集技术和处理解释技术等，目前，我国在这方面的理论研究比较多，王大伟等[1]通过对地震资料的解释分析了油层内部渗流的影响，为划分油藏流体流动单元提供依据。桑淑云[2]针对SZ油田，从时移地震差异合理性分析、地震敏感属性、井上动态分析、流动单元划分、时移地震约束下的油藏数值模拟等方面着手，经过分析对比，在地震可分辨的基础上对油田主体部分的小层的水驱效果及剩余油分布进行了分析；他们在分析过程中用到的软件多为国外专业或者是类似MATLAB这样的通用软件。国内基于对时移地震资料解释分析的软件很少，而对流动单元的时移地震资料解释软件研究目前更是处于起步阶段。

2 时移地震技术分析

2.1 岩石物理技术

对于时移地震技术而言，岩石物理技术是连接地震响应和油藏参数（如压力、流体饱和度等）的桥梁。人们注意到近几年来实际的时移地震响应变化往往大于实验室中观测到的由流体以及压力变化引起的响应变化。另外，通过油藏模型的正演发现，当油藏的厚度和调谐厚度相近时引起的变化比速度的变化大得多。这主要是因为速度的变化导致调谐位置的变化，这与地震的主频有关。当两次地震响应相减时，差异就比较大。因此，在进行时移地震的可行性分析时，必须考虑油藏本身的变化，以及油藏的其他参数，如厚度和地震主频。时移地震可行性研究综合考虑了岩石物理、地震资料的品质及油藏的若干信息和条件。在风险图中划分出高、中、低风险区。

2.2 采集技术

近几年来，时移地震技术多应用在重复采集的三维区中，采集技术方面的进展相对缓慢。通常把在同一地区不同时期采集的数据称为继承性数据（Legacy Data）。这种数据往往在采集时没有考虑到时移地震技术的应用，成本低。另外一种采集方式为目的性重复采集，在已有的三维区为了时移地震技术的应用进行另一个时间的采集，这种数据的成本次之，但其重复性相对比较好。如果把检波器永久固定在同一个位置，在不同时间进行地震波激发，称之为永久性检波器的采集，其成本最高。

在采集设计上，目的性重复采集主要要求检波器以及炮点尽量保持一致。GPS技术的发展使这种一致性比较容易达到。在采集方面，Western Geco近年推出的Q采集系统采用高密度网格数据接收，可将响应的重复性和位置的重复性问题变成相同位置取舍检波器数据进行处理的问题。

2.3 处理技术

均衡处理技术是在完成常规处理后为了提高可重复性，对不同时间的地震响应进行匹配，使油藏以外的差异性变小，而油藏位置上的差异性比较大。具有相同面元的数据体就可以进行均衡处理，该处理有时很难消除处理过程中的差异，很多情况下要对原始数据体重复进行处理。这种重新处理的过程一般采用常规的处理流程就可完成，但其处理参数和原则与三维处理方法不同，主要包括：

1）噪声的独立消除，即不同数据体的噪声由于采集条件不同，去噪必须是相对独立的；2）相同的叠加速度和偏移距；3）相同的网格生成；4）相同的偏移速度。

3 时移地震流动单元解释

3.1 解释中的可视化技术

可视化即科学计算可视化，它是计算机应用中的一个重要领域，可把函数值计算或实验得到的大量数据表现为人的视觉可以感受的图像。三维空间数据场的显示是实现科学计算可视化的核心。可视化技术是将计算机图形学、图像处理技术、虚拟现实技术相结合，将难以理解的抽象的数据场转换为直观的图形图像信息。将N维域中的一组离散的数据映射为彩色象素值，并能进行交互处理的理论、方法和技术。

一般来说，三维空间数据场是连续的，而数值计算结果或测量所的数据则是离散的，是采集连续的三维场的结果。体绘制技术就是要将这一种三维空间样本直接转换为屏幕上的二维图像，尽可能准确地重现原始的三维数据场。屏幕上的二维图像决定于帧缓存中对应与每一个象素点的光亮度值，这也是一个二维的离散数据场。因此，体绘制技术的实质是将离散的三维空间数据场转化为离散的二维数据。

将离散的三维空间数据场转化为离散的二维数据点阵，首先必须进行三维空间数据场的重新采样。其次，应该考虑三维空间中每一个数据对二维图像的贡献，因而必须实现图像的合成。所以，体绘制技术的实现是一个三维离散数据场的重新采样的图象合成的过程。实现重新采样从理论上说应有以下步骤：

1）选择适当的重构函数，对离散的三维数据场进行三维卷积运算，重构连续的三维数据场；2）对连续的三维数据场根据给定的观察方向进行几何变换；3）由于屏幕上采样点的分辨率是已知的，由此可计算出被采样信号的Nyquist频率极限，采用低通滤波函数去掉高于这一极限的频率；4）对滤波后的函数进行重新采样。

由于进行三维卷积运算比较费时，因此可采用离散方法实现。上述提到的物体空间为序和图象空间为序2种不同的体绘制算法，只是实现重新采样的不同方法。

绘制技术是科学计算可视化中的核心技术。体可视化的实现方法包括面绘制和体绘制2种。其中，面绘制的过程包括等值面转化，可见部分绘制和阴影部分绘制；而体绘制过程包括图像的可见部分绘制和阴影部分的绘制。体数据是一个三维连续的几何模型，通常代表一个几何化或参数化定义的多边形或平面显示列表，这个几何模型被扫描转化为一组体数据集，使体数据集可视，则原物可能被直接投影或减至二维象素空间，并且存储为一个光栅图形于一个帧缓冲区中。

体数据可能先以一定的方法转化为几何物体，如等值面处理、等值线处理、面抽象处理或依边界处理。然后，几何物体通过常规几何绘制投影到屏幕。体绘制是直接将原物显示而没有任何体数据中介转化到表面表示；体绘制采用带有透明度的体元微粒模型绘制；它可以再现细节，获得高质量的图形。因面体绘制计算量大，对硬件的要求也比较高。面绘制对原物可视化的基本技术，先将原物转化为一个平面表示，然后用常用的计算机图形技术投影平面到屏幕；一般情况下，面绘制采用确定表面的数据，且表面可能是实在的并且是可视的；这是一种有损绘制，但是效率比较高。体绘制和面绘制这两种方法是相互补充的，无论采用体绘制，面绘制还是混合绘制方法，主要依据特定的可视化任务。

体绘制-面绘制技术是可视化实现的重要方法，它可以揭示数据场内部的细微与难于定义的结构，可以显示数据场的整体特征。但因为其计算量大，与数据场的规模成正比以及随机存取大量的体数据而需占用巨大的带宽，难于满足实时交互需要。

可视化技术可以直接从地震数据中看到蕴含地质现象和规律，无需经传统的地质解释就可直观、全方位地看到地层界面的起伏、断层的形态，甚至可直接观察到沉积体系的空间展布，大大提高地质解释的效率和可靠性。

3.2 可视化算法

三维可视化技术的思想是用直观的图形输出代替枯燥的数据输出，借助人类强大的视觉及形象思维能力，对数据进行本质上的理解，从而洞察、发现数据中隐藏的现象和规律，为获取深层次信息提供了强有力的手段，同时也极大提高了工作效率。可视化的核心是三维数据场的可视化[10]，可视化算法可分为2大类。第一类是基于面的体绘制算法，它首先由三维空间数据场构造出中间几何图元，最常见的中间几何图元就是等值面。在三维地震数据体的面绘制中，最常用的就是进行各种切片显示。第二类算法并不构造中间几何图元，而是直接由三维数据场产生屏幕上的二维图像，称为直接体绘制算法，这种算法能产生三维数据场的整体图像，包括每一个细节，并具有图象质量高、便于并行处理的优点。

三维地震已经成为目前油气勘探开发的主要方法，三维地震数据体中蕴含着地下岩层的丰富信息，以前由于没有合适的三维显示设备，只利用一条条地震剖面以及水平切片来显示三维数据，地质解释人员依据这些二维图像来推测、想象地下地层的空间形态和结构。对于庞大的三维数据体，即使将每一条剖面和水平切片都显示出来，一个三维地质体的完整信息也是分散在各个独立的二维图像中，很难综合起来进行联想，观察也不直观，不能从三维的角度去观察和分析地质体的空间形态。更何况在实际工作中不可能对每条剖面和切片都进行观察，常常是只对部分剖面和水平切片进行解释，只利用了一小部分信息，大部分信息没得到利用，其结果是很难了解地层结构的三维细节，不可避免地漏失了大量的小油气田。因此，采用三维可视化技术及虚拟现实技术实现三维数据三维解释。

对于三维地震数据场，目前常用的切片式可视化方法带有明显的三维数据二维解释的痕迹，所表达的信息是片面的、孤立的，难以反映原始数据的全貌，丢失了宝贵的三维细节，仍然没有摆脱二维解释方法的局限性，本质上仍然是一种三维数据二维显示的方法，没有体现三维数据场可视化的真正含义，无法直接看到反射面的形态以及相互之间的接触关系。

与传统剖面解释方法完全不同，常规的三维解释是通过对每一条地震剖面上的每个层位、每条断层拾取后，再通过三维空间的组合来完成的。三维体可视化解释是通过对来自于地下界面的地震反射率数据体采用各种不同的透明度参数在三维空间内直接解释地层的构造、岩性及沉积特点。这种三维立体扫描和追踪技术可使解释人员快速选定目标，结合精细的钻井标定，可帮助解释人员准确快速的描述各种复杂的地质现象。三维可视化是根据数据体的透明度属性，假定地下界面的反射率是地下界面的原始、真正的三维模型，本质上讲，它是由三维空间中的构造、地层及振幅属性综合组成的。无论是做三维区域分析，还是做特定前景目标评价（包括流体界面识别），都可以通过这种‘进去看’的方式快速完成。在基于三维像素的立体可视化中，每个数据样点都被转换成为一个三维像素（其大小近似面元间距和采样间隔的三维像素）。每一个三维像素具有与原三维数据母体相对应的数值，一个三色（红、绿、蓝）值以及一个暗度变量，该变量用来调整数据体的透明度。这样，每一个地震道被转换成为一个三维像素柱。图1为多属性可视化。

图1 多属性体可视化Fig.1 Multi-attribute visualization

3.3 时移地震流动单元解释参数设置

本系统的时移地震流动单元解释中需要对解释点、线、面的颜色、大小等参数[3-4]进行恰当的设置，以便在形成图件的时候更利于观察。参数设置对话框如图2所示。

图2 时移地震流动单元解释参数设置Fig.2 Flow-unit parameter setting of time-lapse seismic

3 .4时移地震流动单元解释

图2所示的流动单元点、线、面都是需要处理的对象，采用以下数据结构进行描述，定义流动单元类CQISSegFlowUnit。

1）流动单元定义

class CQISSegFlowUnit

{Public：

CQISSegFlowUnit（）；//构造函数

virtual～CQISSegFlowUnit（）；//析构函数public://定义方法

void Display（）；//流动单元显示

int InsertVex（StSeedType seed）；//插入解释点

void DelSeed（bool bMove=true）；//删除解释点

void MoveLine（StSeedType seed）；//移动解释面

private：

bool isSameSeed（StSeedType ArraySeed，StSeedType Seed）；//判断两解释点是否相同

bool checkSam（StSeedType seed）；//检查解释点

int InsertVexIn（StSeedType seed）；//在测线剖面上插入解释点

void InsertMoveLineIn（）；//在测线剖面上插入移动解释面

private://定义成员

std::list＜std::list＜StSeedType＞＞::iterator pCurLine；//当前解释面

std::list＜StSeedType＞::iterator pCurLineSeed；//当前行的解释点

StSeedType m_Seed；//当前选准解释点

StFlowUnitPara m_FlowUnitPara；//流动单元属性

}

2）解释点结构体

struct StSeedType

{int CrosslineNum；//解释点坐标Xline

int TimeNum；//解释点坐标TimeNum

int InlineNum；//解释点坐标InLine

float x；//解释点显示坐标x

float y；//解释点显示坐标y

float z；//解释点显示坐标z

}

3）流动单元属性结构体定义

struct StFlowUnitPara

{intnSelectLineType；

//流动单元类型1：测线剖面流动单元；

//2：联络测线剖流动单元；

//3：TimeSlice切片流动单元。

int nLineType；

//流动单元走向：1：测线剖面；2：联络

int nFlowUnitLineType；

//映射相邻剖面解释TRUE：映射；

}

在剖面或切片上解释流动单元时需要利用增加解释点的方法实现[5]。首先要判断增加的解释点是否在当前剖面或者切片上，如果在，就分侧面或剖面上2种情况进行解释；否则什么也不做，直接返回。具体算法流程图如图3所示。

4 应用实例

利用本系统定义的数据结构在剖面和侧面上解释用到的流动单元，取得了良好的效果，对时移地震数据体“东方-海底电缆-中间成果”主测线（360～500）、联络测线（800～1 100）、时间（450～750 ms），采用本系统的算法进行流动单元解释。若从时移地震数据体中Section0面开始流动单元解释，解释方法如下：

1）把Section0作为引导面，在面上解释流动单元线。

根据Section0引导面信息，沿流动单元走向添加解释点（如图4（a）），Section0引导面解释完毕。如果流动单元全部解释完毕，则解释结束，否则转入2）；

2）在数据体中拖动Section0到Section1，此时如果：①选择流动单元解释信息自动映射，系统自动把Section0上的流动单元面投影到Section1上，在Section0与Section1之间通过插值绘出流动单元体，根据Section1上同一流动单元的形状修改Section1上的流动单元解释点（如图4（b）～图4（d））。如果解释流动单元全部解释完毕，则解释结束，否则以Section1作为新的引导面Section0，转入2）。②选择流动单元解释信息不自动映射，把Section1作为Section0，转入1）继续。

图3 流动单元解释算法流程图Fig.3 Flow chart of flow-unit algorithm

图4 时移地震流动单元解释图件Fig.4 Flow-unit interpretation maps of time-lapse seismic

5 结束语

本软件第二版已开发完成，主要功能达到设计要求。软件已通过检测，并取得国家版权局计算机软件著作权登记证书。软件已在多家单位实现销售，用户一致认为在Windows环境下运行的本软件，技术新颖，实用性强；软件易学易用、易于推广；软件界面友好，性能稳定。软件中提供了丰富的油藏综合分析方法，特别是基于地质约束的储层预测方法、典型相关属性优化和储层预测方法等更是其他软件所没有，有助于提高油藏预测准确度，减少勘探风险，必将在我国的油气勘探生产中发挥重要作用。

[1]王大伟，刘震，赵伟，等.利用时移地震资料划分油藏流体流动单元的可行性分析[J].地球物理学报，2007，50（2）：46-48.

WANG Da-wei，LIU Zhen，ZHAO Wei，et al.Feasibility analysis on division of flow units using time-lapse seismic data[J].Chinese Journal of Geophysics，2007，50（2）：46-48.

[2]陈小宏，牟永光.四维地震油藏监测技术及其应用[J].石油地球物理勘探，1998（6）：198-201.

CHEN Xiao-hong，MOU Yong-guang.Four-dimensional seismic reservoir monitoring technique and its application[J].Oil Geophysical Prospecting，1998（6）：198-201.

[3]康立明，任战利.多参数定量研究流动单元的方法——以鄂尔多斯盆地W93井区为例[J].吉林大学学报：地球科学版，2008，38（5）：282-287.

KANG Li-ming，REN Zhan-li.Study on multi-parameters discrimination method for flow units—taking W93 wellblock in ordos basin as an example[J].Journal of Jilin University：Earth Science Edition，2008，38（5）：282-287.

[4]史成恩，解伟，孙卫，等.靖安油田盘古梁长6油藏流动单元的定量划分[J].石油与天然气地质，2006，27（2）:239-243.

SHI Cheng-en，XIE Wei，SUN Wei.Quantitative division of flow units in Panguliang Chang 6 reservoir，Jing’an oilfield[J].Oil&Gas Geology，2006，27（2）：239-243.

[5]赵伟.中国海上时移地震技术应用的可行性研究[J].勘探地球物理进展，2003，26（1）:33-37.

ZHAO Wei.Feasibility study on time-lapse seismic offshore china[J].Progress in Exploration Geophysics，2003，26（1）33-37.

[6]Smith T M，Sondergeld C H，Chandra S R.Gassmann fluid substitutions:A tutorial[J].Geophysics，2003，68（2）:430-440.