Uso de tecnología de procesamiento de imágenes para estudiar anomalías aeromagnéticas y aéreas en campos de petróleo y gas
(Centro de Exploración Geofísica Aérea y Teledetección del Ministerio de Geología y Recursos Minerales, Beijing 100083)
Las siguientes cuestiones relacionadas con las anomalías de los yacimientos de petróleo y gas se estudiaron utilizando imágenes tecnología de procesamiento: extracción rápida de anomalías magnéticas débiles de alta frecuencia. Se propusieron cuatro anomalías prometedoras de petróleo y gas basadas en la estimación de la profundidad de enterramiento de anomalías magnéticas de alta frecuencia, la normalización de anomalías radiactivas, el análisis de perfiles de anomalías típicas y la evaluación del petróleo. y perspectivas de gas. Después de la verificación, tres de las cuatro anomalías mostraron petróleo y gas, y una de ellas fue un flujo de gas industrial.
Palabras clave: yacimientos de petróleo y gas, efecto de superposición, procesamiento de imágenes, procesamiento de normalización Th de aviación, evaluación de prospectos de petróleo y gas.
1. Introducción
En los últimos 10 años, la gente ha prestado cada vez más atención a los trabajos de exploración geofísica no sísmica en campos de petróleo y gas [1-8]. las razones es que el costo de producción de la exploración sísmica es cada vez más caro; por otro lado, la tecnología de radiación aeromagnética y aeronáutica ha experimentado enormes cambios en los últimos 10 años; La sensibilidad del magnetómetro de la bomba óptica neumática se ha aumentado de 1 nT a 0,1 ~ 0,01 NT. La introducción de un cristal de NaI(Tl) cilíndrico cuadrado grande y un circuito digital en un instrumento de medición de radiactividad de aviación no solo mejora su sensibilidad en un 10%. Todo esto hace que los trabajadores geofísicos presten más atención a la aplicación de tecnología de prospección geofísica aérea de bajo consumo y grandes áreas en la exploración de petróleo y gas.
La distancia de la línea de vuelo de las mediciones de espectroscopía gamma aeromagnética y aeronáutica de alta sensibilidad en el centro de Qaidam es de 65.438 ± 0 km, y la altitud de vuelo es de aproximadamente 90 m. La estación integral aeromagnética y de radio aeronáutica instalada en el avión Shuangaot incluye; Espectrómetro de cuatro canales GAD-6, magnetómetro de precesión de protones MAP-4, grabadora, radar Doppler y fotografía aérea. El espectrómetro utiliza tres cajas de cristales de NaI (T1) con un volumen total de 48 litros y la sensibilidad del magnetómetro es de 0,5 nT.
Las mediciones de gamma radiactiva se han utilizado en la exploración de petróleo y gas durante más de 50 años. La práctica muestra que existen anomalías de baja radiactividad sobre los campos de petróleo y gas, y que hay picos anormales en los bordes de las estructuras de petróleo y gas que son más bajos que los originales. En 1979, Donovan T.J y otros en los Estados Unidos descubrieron anomalías magnéticas de alta frecuencia en campos petroleros de cemento [13]. La gente ha reconocido la existencia de tales anomalías magnéticas de alta frecuencia relacionadas con campos de petróleo y gas durante más de 10 años [9]. ]. Si bien existe mucho debate sobre el mecanismo de estas anomalías, la hipótesis más aceptada es el efecto chimenea. En general, se cree que casi todas las estructuras de almacenamiento de petróleo drenan agua desde profundidades profundas, y el efecto de chimenea lleva los hidrocarburos y otros derivados orgánicos a la superficie a través de tres modos de fuga: desbordamiento, escape de solución y difusión de gas. En el proceso de migración hacia arriba desde la capa de petróleo y gas, el líquido y el gas en la formación forman magnetita y precipitan elementos radiactivos debido a efectos posteriores, formando así anomalías aeromagnéticas y de fotografía aérea, que pueden descubrirse mediante reconocimientos aéreos y usarse como base para juzgar la acumulación subterránea de petróleo y gas.
Se propone tecnología de procesamiento de imágenes para estudiar este problema, basándose en dos consideraciones: (1) los datos macroscópicos de áreas grandes de la exploración geofísica aérea pueden obtener rápidamente resultados intuitivos a través del procesamiento de imágenes; Ser adecuado para funciones de procesamiento de datos de campo de posición (aeromagnéticos) y datos estadísticos (aeromagnéticos). La cuadrícula de imágenes básica producida en este artículo es de 317,5 × 317,5 m2. Además de la radio aeromagnética y aérea, también se utilizan datos MSS (bandas 7, 5 y 4) de imágenes Landsat.
En segundo lugar, estudio de las características de las anomalías
1. Extracción rápida de anomalías magnéticas débiles de alta frecuencia.
La cuenca Qaidam es una de las cuencas importantes de petróleo y gas. en China. Hay muchos espectáculos subterráneos de petróleo y gas en el área de exploración. Hay poca gente en el área de pruebas y hay poca interferencia humana. Es un sitio de prueba ideal para estudiar las características de las anomalías magnéticas débiles de alta frecuencia causadas por la magnetita detrás de los campos de petróleo y gas.
El rango dinámico del campo magnético en el área de medición es de 0 ~ 533 nt. Solo hay 12 píxeles en el extremo inferior de 0 ~ 127 nt, lo que representa 5/100000 de todo el mapa. hay anomalías negativas locales concentradas en el noreste. Por lo tanto, se utiliza el método de estiramiento restringido:
Zhang Yujun analiza nuevos métodos de exploración geológica
donde z (x, y) es. la anomalía del campo magnético en nT, y l(x,y) es la imagen en escala de grises o escala de grises.
Cada nivel de gris representa 1.598 nT, por lo que se puede ver que después del procesamiento de limitación y estiramiento, se retiene información anormal más débil en la imagen magnética original, y luego de acuerdo con la fórmula (2) [10]( Placa de color 9(A)) Crea un mapa de sombras tridimensional.
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Donde θ es el ángulo de acimut de la fuente de luz; φ es el ángulo de altitud de la fuente de luz; λ es el ángulo entre los dos; vector normal del plano magnético y el vector de fuente de luz.
El mapa de sombras tridimensional en color del campo magnético en el área de estudio muestra que hay un grupo de anomalías magnéticas débiles de alta frecuencia a lo largo de la diagonal desde la esquina noroeste hasta la esquina sureste, con un ancho de 1 ~ 2 km y una amplitud de 2 ~ 15 nt. La imagen en blanco y negro tiene 3 ~ 20 variaciones en escala de grises.
La literatura [2] cree que la perforación de casings y tapas de registro pueden causar anomalías con amplitudes de 2 a 5 nt, pero sus longitudes de onda son más cortas (< 300 m, es decir, anomalías causadas por casings y). tapas de alcantarilla Solo puntos aislados en una imagen de cuadrícula de 317,5 × 317,5 m. Para resaltar anomalías magnéticas débiles útiles, se utiliza la plantilla de la Figura 1 para crear una imagen derivada horizontal de segundo orden y se utiliza filtrado de vecindad para eliminar anomalías aisladas.
La Figura 9(B) de la placa de color es una imagen superpuesta de la derivada aeromagnética de segundo orden, U normalizada y la distribución de anomalías de petróleo y gas. El grupo de puntos cian es la segunda anomalía derivada a nivel aeromagnético; el rojo es la U normalizada; los óvalos verdes y azules son ubicaciones de anomalías conocidas y los óvalos rojos son anomalías prometedoras recientemente descubiertas. Las 10 muestras conocidas de petróleo y gas tienen anomalías magnéticas débiles de alta frecuencia, lo que ilustra efectivamente que el mapa derivado horizontal de segundo orden del campo magnético, que puede completarse en solo unos minutos, es de gran importancia para extraer alta anomalías de frecuencia relacionadas con campos de petróleo y gas.
Figura 1 Derivación de la plantilla de convolución
2. Profundidad de enterramiento de una fuente magnética de anomalía magnética débil de alta frecuencia
Transformada rápida de Fourier del campo magnético (simetría de espejo). borde Expandir), luego calcule el espectro de potencia del resultado de la transformación, tome el valor de la sección transversal radial de la imagen del espectro de potencia y finalmente haga un diagrama del espectro de potencia radial (Figura 2). Para facilitar el dibujo, el número de puntos de la imagen se utiliza directamente como abscisa.
El diagrama de espectro muestra que la imagen completa está compuesta por el espectro de potencia Pl de baja frecuencia y el espectro de potencia Ph de alta frecuencia. La parte de baja frecuencia es causada principalmente por el magnetismo de las rocas metamórficas pre-Devónicas. en el área, y la parte de alta frecuencia es causada principalmente por los estratos posteriores poco profundos locales causados por la mineralización. Utilice el método de parámetros [14] para calcular la profundidad de enterramiento de la fuente magnética.
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Tomando logaritmos
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Figura 2 Energía radial Espectro
Si se representa en coordenadas semilogarítmicas, la ecuación (4) es una ecuación lineal, y -2h y -2h son la banda de baja frecuencia (1 a 8 puntos) y la banda de alta frecuencia ( 12 a 50 puntos) respectivamente. La pendiente de la línea recta, lna y lnb son las intersecciones de las dos líneas rectas respectivamente, y △ r es el intervalo de frecuencia radial.
R=2π/(número de puntos×espaciado entre puntos)(5)
El número de puntos en esta área de estudio es 512, el espacio entre puntos es 317,5 m, R=38,65 ×10-6m, use El método de mínimos cuadrados encuentra la intersección y la pendiente de dos líneas rectas.
a=254.1429, Kt=-13.5595, b=113.7212, Kh=-0.9182,
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La introducción de s en la fórmula es Debido a que el valor del espectro de potencia logarítmico mostrado por el procesamiento de imágenes solo tiene un significado relativo, la unidad de s es my su valor se puede obtener a partir de la profundidad de enterramiento de la fuente de anomalía conocida. Se sabe que las anomalías magnéticas de baja frecuencia son causadas por rocas metamórficas pre-Devónicas con una profundidad de enterramiento de -5000 a -15000 metros, luego
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Put h, s es 0,0285 ~ 0,0855 m
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Es decir, la profundidad de enterramiento de la fuente magnética débil de alta frecuencia es entre 0,3 ~ 1 km.
3. Reflejo de imágenes aéreas sobre yacimientos de petróleo y gas
La imagen aérea compuesta de tres elementos [11-12] se muestra en la placa a color Figura 9(C), con la imagen aérea superpuesta a ella. Anomalía de la segunda derivada horizontal magnética. El rojo es K y el contenido varía del 0 al 7,8%. El verde es Th y el contenido varía de 0,0 a 39 × 10-6; el azul es U y su contenido varía de 0 a 14,9 × 10-6. El código de color se muestra en la imagen superior de la placa de color, Figura 9 (D). ); grupo de puntos amarillos Es la segunda anomalía derivada del nivel aeromagnético. En comparación con la segunda derivada del nivel aeromagnético, la correlación entre las imágenes aéreas y las visualizaciones de petróleo y gas es mucho más compleja. Aunque no todas las muestras conocidas de petróleo y gas tienen anomalías claras en la aviación, hay algunas estructuras que contienen petróleo que se reflejan claramente. Por ejemplo, la anomalía número 5 en la versión en color de la Figura 9 (C) es un domo conocido que contiene petróleo en el lago Huya. En el diagrama binario (el código de color en la imagen inferior de la placa de color adjunta a la Figura 10 (A) y la placa de color adjunta a la Figura 9 (D)), la estructura del lago de los patos también es obvia en la parte superior de la imagen; es R-Th, G-K, imagen compuesta de B-K, con flechas que apuntan a estructuras conocidas que contienen hidrocarburos en Jinel, Dongtai.
La parte inferior es una imagen compuesta de R-Th, G-U y B-U. Las flechas apuntan a las estructuras petroleras conocidas de Sebei No. 1 y No. 2. Ambas muestran anomalías radiactivas con niveles altos en la periferia y niveles bajos. en el centro.
Cómo mejorar o resaltar la información relacionada con el petróleo y el gas en los datos aéreos es la clave para reducir o suprimir la influencia de la litología. Por eso utilizamos el análisis de componentes principales (llamado transformada KL en el procesamiento de imágenes) y el procesamiento de normalización Th [15].
La Figura 10(B) de la placa de color es una imagen de análisis de componentes principales de tres elementos de aviación (transformación KL), y el código de color en la Figura 9(D) de la placa de color es también su leyenda; en la figura, A, B, C son los componentes principales primero, segundo y tercero respectivamente, representados por KL (1), KL (2) y KL (3) respectivamente, y D es la imagen compuesta. La composición de cada componente principal es la siguiente:
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Donde Xk, XTh y x representan los valores de contenido de los píxeles k. Th y u respectivamente.
En el 1 componente principal ξ1, K es dominante, lo que reduce el papel de Th ya que K y Th están correlacionados positivamente en la mayoría de las areniscas y conglomerados, el KL(1) procesado por este método tiene una gran influencia; Se suprime la litología y se resalta el reflejo de procesos geológicos ajenos al K y Th, como el efecto de deposición y superposición de sales de potasio.
ξ2 combina los cambios de K, Th y U, refleja el entorno geológico de toda la región y no tiene ningún efecto obvio en el estudio de anomalías locales del petróleo y el gas.
U es dominante en ξ3, lo que debilita los efectos de Th y K y suprime en gran medida la influencia de la litología, que es muy importante para estudiar anomalías locales del petróleo y el gas.
Para reducir la influencia de la litología, según la literatura [15], al clasificar los datos de medición de radiactividad terrestre o aérea, a menudo se dividen por el valor del contenido de Th, lo que se denomina procesamiento de normalización de Th. Al realizar este procesamiento, se cree que Th puede representar cambios en la litología en los sedimentos de grava. K, U y Th tienen una cierta correlación positiva en estos sedimentos. La influencia de la litología se puede reducir o suprimir dividiendo por el valor de Th. . Nuestra mejora es realizar primero un análisis de correlación para obtener el coeficiente de correlación antes de la normalización y luego realizar la normalización basada en el coeficiente de correlación. La Figura 10 (C) de la placa de color muestra la comparación de K y U antes y después de la normalización. La imagen original está a la izquierda. La imagen superior de la placa de color (D) es su escala de color. .
La Tabla 1 es una tabla estadística de anomalías conocidas y recientemente descubiertas, con * *8 características: K imagen original, K transformada por KL, K normalizada por th, U imagen original, U transformada por KL Transformación, U normalizado por Th, U halo y reflexiones de halo en imágenes MSS (bandas 7, 5, 4). Se sabe que 8 de cada 10 visualizaciones de petróleo y gas (80%) tienen anomalías de aviación evidentes u obvias, sus características típicas son: un halo periférico de k baja, u baja y u alta en el centro del mapa normalizado Th.
La normalización tiene efectos obvios en las siguientes anomalías de las estructuras que contienen petróleo: cambiar la K alta de V1, V2 y V5 a K baja, y reducir significativamente la U alta de V1 y V5. Por tanto, la estandarización tiene un efecto claro en la unificación de atributos anormales.
4. Imágenes de perfil de anomalías típicas
Hu Ya (V2) y Hongsanhan 4 (V1) se estudiaron como anomalías típicas conocidas.
La anomalía de Huya tiene las siguientes características típicas (imagen adjunta en color 10(D)):
Antes y después de la normalización (1) U (curva azul 10 a la derecha de la placa de color adjunto) (D)), el centro de anomalía es bajo;
(2)K era originalmente un valor alto en el centro de anomalía, pero también es un valor bajo después de la normalización (curva roja en la imagen de la derecha) de la placa de color Figura 10(D));
(3) Hay picos U obvios y halos alrededor de la anomalía;
(4) Hay una señal magnética débil de alta frecuencia obvia anomalía con un centro fuerte (placa de color Figura 10 (D) Curva verde a la derecha).
Tabla 1 Estadísticas de anomalías conocidas y recientemente descubiertas
Las características de anomalía de Hongsanhan 4 son las siguientes:
(1) U está en el centro de anomalía antes normalización Fuerte y alta, reducida significativamente después de la normalización.
(2) K es alto antes de la normalización y bajo después de la normalización.
(3) Después de la normalización, aparecen picos U obvios alrededor de la anomalía, lo que refleja el fenómeno del halo;
Figura 3. Perfil de medición del espectro de energía superficial del Hong Sanhan No. 4.
(4) También hay anomalías magnéticas débiles obvias de alta frecuencia.
Análisis completo de anomalías típicas, los signos de identificación de anomalías aeromagnéticas y transmitidas por el aire relacionadas con los yacimientos de petróleo y gas son: cambios débiles locales de alta frecuencia en el aeromagnético después de la normalización de Th, el potasio y el uranio locales son bajos (algunos; las partes no alcanzan valores bajos); y el fenómeno del halo de uranio de alto valor alrededor de la anomalía.
Realizamos una inspección terrestre de la anomalía Hongsanhan 4 y medimos el perfil con cuatro espectrómetros de energía, con una longitud total de 10 km y una distancia entre puntos de 100 ~ 200 m. El perfil obtenido (Figura 3) y aéreo. encuesta Los resultados son consistentes. La altura K, la altura U y la altura th están en el centro de la anomalía, primero disminuyen y luego aumentan desde el centro hacia ambos lados.
Tres. Discusión sobre la evaluación de perspectivas de petróleo y gas
Hay 10 estructuras o puntos conocidos que contienen petróleo en esta área de estudio, consulte la Tabla 1: Hongsanhan No. 4 (V1, gas), Huya (V2, gas), Ma Xingaodian (V4, petróleo), Dongtai Jinair (V5, ver flujo de petróleo industrial), Nannan. Estos 10 programas conocidos de petróleo y gas tienen anomalías obvias en la segunda derivada del nivel aeromagnético, sin excepción. Los primeros 8 presentan anomalías aeronáuticas evidentes u obvias, que se manifiestan como valores bajos centrales de U y fenómenos de halo periférico en la imagen del elemento K y en la imagen del elemento U normalizada por Th. Las anomalías de la aviación en las dos últimas áreas conocidas no son lo suficientemente obvias, principalmente porque estos dos puntos de exhibición de petróleo y gas conocidos están ubicados en áreas ricas en depósitos de sal de potasio. Los cambios radiactivos causados por el potasio son más fuertes que las anomalías radiactivas débiles relacionadas con los hidrocarburos. y no son obvios. Por lo tanto, la tasa de coincidencia de estructuras o puntos de visualización de petróleo y gas conocidos en esta área de estudio con anomalías aeromagnéticas derivadas horizontales de segundo orden es del 100%, y la tasa de coincidencia con anomalías aeromagnéticas de K y U es del 80%.
Li Luling et al. informaron los resultados detallados del estudio aeromagnético en la cuenca central de Qaidam. Centro de Exploración Geofísica Aérea y Teledetección del Ministerio de Geología y Recursos Minerales, 1985.
Las perspectivas de petróleo y gas del área de estudio se evaluaron utilizando métodos tradicionales y se marcaron con un círculo las ocho áreas de petróleo y gas más prometedoras. Los resultados de la evaluación se confirmaron completamente mediante el procesamiento de imágenes. Después del procesamiento de imágenes, creemos que se deben agregar las siguientes cuatro áreas prometedoras de anomalías de petróleo y gas:
(1) La estructura anticlinal de Yikeraoru (V3) está ubicada a 30 kilómetros al este de la estructura anticlinal de petróleo y gas de Huya. 15 kilómetros al norte del anticlinal de petróleo y gas de Tajner. Las anomalías aeromagnéticas, aéreas y de imágenes satelitales son muy típicas y muy similares a la anomalía de Huya. Las características de la anomalía están bien fundadas y pueden considerarse como la anomalía de petróleo y gas recientemente descubierta más prometedora.
(2) La anomalía de Nanling Qiu occidental (V10) se encuentra a unos 5 km al oeste de la conocida estructura petrolera de Nanling Qiu. Hay anomalías magnéticas locales de alta frecuencia y baja amplitud, niveles bajos de potasio y uranio, y un halo U obvio de alto valor encerrado en la periferia. Puede servir como una nueva y prometedora anomalía de petróleo y gas.
(3) La anomalía de inundación (V11) se localiza en la parte superior del abanico aluvial de Taiji Nair. Además de las anomalías magnéticas débiles locales de alta frecuencia, también hay halos U bajos y U periféricos vagamente visibles, que pueden usarse como anomalías prometedoras de petróleo y gas recién descubiertas.
(4) La anomalía Nanbaxian (V14) está ubicada en el extremo norte del punto alto suroeste en el condado de Xianxian. Hay anomalías locales de alta frecuencia magnética débil, niveles bajos de potasio y niveles bajos de uranio. También puede servir como una prometedora anomalía de petróleo y gas recientemente descubierta.
Como se mencionó anteriormente, el diagrama de placa de color 9(B) muestra las anomalías de petróleo y gas conocidas (óvalos azules, verdes y amarillos) y cuatro recién descubiertas (óvalos rojos) en l0. Se superpone con la U normalizada (rojo) y las anomalías de la segunda derivada (puntos verdes) a nivel aeromagnético.
La evaluación de la visión antes mencionada se completó en 1990. Según los resultados de exploración del Ministerio de Energía en la cuenca central de Qaidam en 1991, la comparación es la siguiente: entre las cuatro áreas de prospectos petroleros mencionadas anteriormente, se han visto muestras de petróleo y gas en tres de ellas: a saber, la Estructura de pendiente suave Yike Jaú (V3) en el pozo "Zhongyi 1"), se observaron indicadores de petróleo y gas y se produjeron inundaciones anormales en Taichung.
Entre los cuatro prospectos petrolíferos predichos en este trabajo, tres han visto espectáculos de petróleo y gas, lo que indica que es eficaz utilizar parámetros de radiografía aérea y aeromagnética para el procesamiento de imágenes para estudiar las características anormales del petróleo y campos de gas. Este método se utilizó para predecir anomalías que no se encuentran mediante métodos convencionales y se verificó, mostrando el valor de este método.
Otro personal involucrado en la verificación in situ incluye a Shui Enhai, Shi y Guo Yi. Todas las imágenes de la pantalla fueron tomadas por Yang, con el apoyo de Ye Hefei, Instituto de Geología de Detección Remota, Instituto de Investigación de Exploración y Desarrollo del Petróleo, Ministerio de Energía. Me gustaría expresar mi más sincero agradecimiento.
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Estudio del magnetismo del aire y aerodinámica. Uso de tecnología de procesamiento de imágenes para estudiar anomalías radiactivas en algunos campos de petróleo y gas
Zhang
(Centro de Geofísica Aeronáutica y Teledetección, Ministerio de Geología y Recursos Minerales, Beijing 100083)
Resumen
p>Este trabajo representa los resultados del uso de tecnología de procesamiento de imágenes para estudiar los siguientes temas: extracción rápida de anomalías magnéticas débiles de alta frecuencia, estimación de la profundidad de anomalías magnéticas de alta frecuencia , normalización de anomalías de radiación, análisis de perfiles de anomalías típicas y búsqueda de predicciones de anomalías en prospectos de petróleo y gas. Se descubrieron cuatro nuevas anomalías en prospectos de petróleo y gas. El estudio se completó a principios de 1990. En comparación con los resultados de la exploración en 1991, nos alienta que no sólo se encontró petróleo y gas en 3 de las 4 anomalías, sino que también se encontró gas natural en una de las anomalías.
Palabras clave yacimientos de petróleo y gas, efecto chimenea, procesamiento de imágenes, gradiente horizontal de campo magnético de segundo orden, espectro de potencia, normalización Th de mediciones de radiación aérea, evaluación de prospectos de petróleo y gas.
Acta Geophysica Sinica, 1994, Volumen 37, Número 1.