頻譜分解技術(shù)在松遼盆地月亮泡地區(qū)巖性油藏勘探中的應(yīng)用

史忠生， 王天琦， 王建功， 潘樹新， 雷 明

( 中國石油勘探開發(fā)研究院 西北分院，甘肅 蘭州 730020 )

0 引言

近年來，隨著油氣勘探程度的提高，油氣勘探領(lǐng)域已從尋找構(gòu)造油氣藏轉(zhuǎn)向?qū)ふ規(guī)r性油氣藏.巖性油藏研究的難點及核心是準(zhǔn)確落實儲層分布的范圍、規(guī)模及空間展布形態(tài).目前，多采用波阻抗反演等方法預(yù)測儲層，但在鉆井資料少、儲層薄、橫向變化快的情況下，用波阻抗反演預(yù)測砂體存在多解性，模型所占比例直接影響反演效果，無法消除人為干預(yù)因素.為降低儲層預(yù)測的多解性，李小梅等[1-4]利用時頻分析技術(shù)進(jìn)行層序地層學(xué)研究，確定沉積相帶；王利田等[5-6]利用波形聚類分析方法對不同的地震屬性進(jìn)行綜合分析，尋找有利儲層.這些方法和技術(shù)主要是在時間域?qū)Φ卣鹦盘栠M(jìn)行分析，利用地震數(shù)據(jù)的部分信息，在解決薄儲層成像、預(yù)測方面仍存在局限，而利用短時傅里葉變換、小波變換等數(shù)學(xué)工具，將地震信號從時間域變換到頻率域的頻譜分解技術(shù)可以解決薄儲層尤其是河道砂體的預(yù)測，在巖性油氣藏勘探中越來越受到人們的重視[7-12].筆者采用短時傅里葉變換算法的頻譜分解技術(shù)對薩爾圖油層頂部分流河道砂體進(jìn)行預(yù)測，同時結(jié)合波阻抗反演、 沉積學(xué)及儲層地質(zhì)學(xué)研究，綜合編制沉積微相平面圖，指導(dǎo)薩爾圖油層巖性油氣藏勘探.

1 研究區(qū)概況

月亮泡工區(qū)位于吉林省鎮(zhèn)賚縣及大安市境內(nèi)，區(qū)域構(gòu)造位于松遼盆地西斜坡及紅崗階地二級構(gòu)造帶上，東鄰齊家—古龍生油凹陷，西接西部斜坡，總體為一西高東低的東傾斜坡(見圖1).工區(qū)北部為英臺油田，南部為紅崗油田和大安北油田.由于受區(qū)內(nèi)水域影響，月亮泡工區(qū)還沒有進(jìn)行大規(guī)模勘探，同時也制約對工區(qū)內(nèi)主要油層油氣成藏規(guī)律的認(rèn)識.在油田對月亮泡水域冬季三維地震作業(yè)后，獲得三維地震資料，為開展水域覆蓋區(qū)精細(xì)構(gòu)造解釋、地震沉積學(xué)研究及有利的構(gòu)造、構(gòu)造—巖性圈閉識別提供依據(jù).

目前，工區(qū)內(nèi)H98井在薩爾圖油層(對應(yīng)于上白堊統(tǒng)姚家組姚二+三段)見工業(yè)油流，其他探井未發(fā)現(xiàn)油氣.區(qū)域上，位于工區(qū)北部的英臺地區(qū)薩爾圖油層比較發(fā)育.薩爾圖油層在英臺及月亮泡地區(qū)整體上處于三角洲前緣相帶內(nèi)，油藏類型主要為斷層—巖性型油藏，少量為構(gòu)造油藏及純巖性油藏.位于薩爾圖油層之上的嫩江組區(qū)域性水進(jìn)形成的大套穩(wěn)定泥巖為薩爾圖油層重要的區(qū)域蓋層，三角洲前緣相帶沉積微相相變所造成的巖性變化是薩爾圖油層成藏的主要控制因素.三角洲前緣水下分流河道砂巖是薩爾圖油層的優(yōu)勢儲集層，因此準(zhǔn)確刻畫薩爾圖油層水下分流河道砂體的平面展布，同時疊合構(gòu)造圖識別有利的巖性及構(gòu)造—巖性圈閉是薩爾圖油層巖性油藏勘探的關(guān)鍵.

圖1 松遼盆地月亮泡地區(qū)勘探成果

2 頻譜分解技術(shù)原理

頻譜分解主要依據(jù)薄層反射的調(diào)諧原理，即來自薄層的反射在頻率域能夠反映時間地層厚度.在進(jìn)行傅里葉變換將地震數(shù)據(jù)由時間域變換到頻率域時，長時窗和短時窗所對應(yīng)的振幅譜頻率響應(yīng)差別較大[13-15].長時窗的變換與子波的頻譜類似，而短時窗的變換由子波疊復(fù)和代表該時窗內(nèi)地質(zhì)層位的聲學(xué)性質(zhì)和厚度的干涉模式組成.在進(jìn)行長時窗傅里葉變換時，反射系數(shù)的振幅譜可以被看作是白噪的，而單個薄層的地質(zhì)疊加可以被看作是隨機(jī)的，隨機(jī)地層序列與震源子波的褶積生成類似子波的振幅譜，因此長時窗傅里葉變換無法識別薄層(見圖2).短時窗傅里葉變換依賴于時窗內(nèi)地層厚度和聲學(xué)特性.時窗越短，被采樣地層在地質(zhì)上的隨機(jī)性就越小，振幅譜也不再類似于子波，而是類似于子波與局部層位的疊加.在短時窗內(nèi)，薄層相當(dāng)于反射子波的局域濾波器，反射系數(shù)的振幅譜不再是白噪的，而是反映時窗內(nèi)薄層的干涉模式.

圖2 長時窗(左)與短時窗(右)的頻譜分解及其與褶積模型關(guān)系

反射系數(shù)與地震子波褶積生成的地震道振幅譜出現(xiàn)周期性的強(qiáng)弱變化，代表時窗內(nèi)薄層的聲學(xué)性質(zhì)和地層厚度的干涉結(jié)果，因此利用短時窗傅里葉變換可以解決薄層的識別問題(見圖2).

3 應(yīng)用效果

3.1 預(yù)測分流河道砂體

不同成像頻率對應(yīng)不同的調(diào)諧厚度，因此反映的地質(zhì)體厚度不同.高頻對薄層有調(diào)諧響應(yīng)，可以分辨薄層；低頻對厚層有調(diào)諧響應(yīng)，可分辨厚層[16]. 通過對研究區(qū)目的層從低頻到高頻的逐次掃描，觀察不同頻率成像振幅的平面變化，可以判斷研究區(qū)沉積物源方向、沉積相帶變化、不同類型儲集層的平面分布及儲集層厚度的相對變化等.

薩爾圖油層垂向上主要發(fā)育于薩爾圖頂部水下分流河道砂體中，通過對薩爾圖油層頂部分流河道砂體與地震剖面的標(biāo)定，20 ms的時窗可以把薩爾圖油層頂部砂組很好地包絡(luò)在內(nèi)；因此，以薩爾油層頂面為界，向下開取20 ms時窗作為薩爾圖油層頂部分流河道砂體頻譜分析的對象.月亮泡工區(qū)三維地震資料主頻為35 Hz，有效頻帶為0～80 Hz，研究以10 Hz為間隔對目的層段進(jìn)行頻譜分解，因此目的層段將被離散化成10，20，30，40 Hz…的一系列頻率切片；然后分析不同頻率切片振幅的平面變化，并通過井震標(biāo)定選取最能反映目的層段儲層平面分布的切片，即選擇最能反映薩爾圖油層頂部分流河道砂體展布的切片.

通過對頻率切片的振幅平面變化分析及井震標(biāo)定(見圖3)，頻率為20 Hz的調(diào)諧振幅與區(qū)內(nèi)探井薩爾圖油層頂部砂組砂巖含量吻合最好，同時振幅的平面變化也很好地揭示薩爾圖油層頂部水下分流河道砂體的展布(見圖3(a)).井震分析表明，對于工區(qū)20 Hz的頻率切片強(qiáng)振幅區(qū)砂巖單層厚度較大，且一般多為分流河道相砂巖，而弱振幅區(qū)砂巖含量較低或為薄的砂泥巖互層區(qū).

圖3 薩爾圖油層頂部砂組20 Hz及50 Hz對應(yīng)的調(diào)諧振幅平面分布

如位于強(qiáng)振幅區(qū)內(nèi)的9口探井中，除C1和Y142井的測井曲線形態(tài)為河口壩特征的“漏斗”形外，其余7口井為河道特征的“箱”形或“鐘”形(見圖4)，強(qiáng)振幅與分流河道吻合較好.此外，振幅的強(qiáng)弱也反映砂體厚度的變化.如位于較強(qiáng)振幅區(qū)內(nèi)的Y136、C2及Y172井薩爾圖油層頂部砂組的砂巖厚度明顯厚于相對較弱振幅區(qū)內(nèi)的H98、H79、H78及H96井(見圖4).C1及Y142井雖然測井相與其他強(qiáng)振幅區(qū)內(nèi)的井不同，但砂巖厚度與Y172等強(qiáng)振幅區(qū)內(nèi)的井相似，均較厚，因此也位于強(qiáng)振幅區(qū)內(nèi).H62井薩爾圖油層頂部為2套薄砂層夾一套泥巖，單砂巖厚度明顯比其他井偏薄，因此H62井位于弱振幅區(qū)內(nèi).

圖4 薩爾圖油層頂部砂組測井相特征

由此可見，頻率為20 Hz的調(diào)諧振幅能夠較好地揭示月亮泡地區(qū)薩爾圖油層頂部砂組砂巖厚度的變化，同時也可預(yù)測三角洲前緣水下分流河道砂體.因此，在頻率為20 Hz的調(diào)諧振幅基礎(chǔ)上，結(jié)合測井、錄井及巖心觀察等資料可以預(yù)測對薩爾圖油層頂部砂組沉積微相.頻率為50 Hz切片的振幅變化反映月亮泡水域?qū)Φ卣鹳Y料的干擾，切片中部的強(qiáng)反射區(qū)與圖1月亮泡水域的分布范圍一致(見圖3(b)).

3.2 編制沉積微相平面圖

在利用頻譜分解技術(shù)對薩爾圖油層頂部砂體預(yù)測的基礎(chǔ)上，通過開展沉積學(xué)及儲層地質(zhì)學(xué)研究，綜合編制薩爾圖油層頂部砂組沉積微相平面圖.姚家組薩爾圖油層(姚二+三段)+葡萄花油層(姚一段))的地層厚度在一定程度上能夠反映薩爾圖油層沉積時的沉積中心及古地貌變化特征，進(jìn)而揭示古地貌對沉積體系的控制，指導(dǎo)平面劃相.根據(jù)月亮泡地區(qū)姚家組地層厚度的平面變化(見圖5)，工區(qū)中西部地層厚度較薄，東南部H97井區(qū)及西北部C1、Y209井區(qū)地層厚度較厚，反映姚家組沉積時期月亮泡地區(qū)整體為西高東低一斜坡，地勢最低處位于南部H號井區(qū).此外，薩爾圖油層已鉆探井的砂地比平面變化(見圖6)也反映姚二+三段(薩爾圖油層)沉積時物源來至西部，無論是北部的C2到Y(jié)150井方向，還是南部的H70到H97井方向，由西至東砂巖含量逐漸降低，且平面上南部H號井區(qū)的砂地比(10%左右)明顯低于北部Y字號井區(qū)處砂地比(30%)，反映H號井區(qū)當(dāng)時是月亮泡地區(qū)地勢最低水體最深部位，這與姚家組地層厚度揭示的西高東低、北高南低的古地貌格局一致.

圖5 月亮泡地區(qū)姚家組地層厚度

圖6 月亮泡地區(qū)薩爾圖油層單井砂地比

在利用姚家組地層厚度及薩爾圖油層砂地比對薩爾圖油層頂部砂組沉積相平面變化特征研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合測井相(見圖4)分析頻率為20 Hz的頻譜分解切片對井間及無井區(qū)砂體展布的預(yù)測，綜合編制薩爾圖油層頂部砂組沉積微相平面圖(見圖7).

圖7 薩爾圖油層頂部砂組沉積微相平面

研究區(qū)主要發(fā)育三角洲前緣沉積，三角洲前緣水下分流河道及河口壩砂體是其主要儲集層，疊合薩爾圖油層頂面構(gòu)造圖可對薩爾圖油層進(jìn)行構(gòu)造及構(gòu)造—巖性圈閉的識別.

3.3 識別巖性圈閉

頻譜分解為研究區(qū)中西部無井區(qū)砂體預(yù)測及沉積微相的研究提供重要依據(jù)，疊合薩爾圖油層頂面構(gòu)造圖可以預(yù)測有利的巖性及構(gòu)造—巖性圈閉.根據(jù)過H98井薩爾圖油層反演剖面，H98井所在位置為斷層切割河道形成的斷層—巖性圈閉.該圈閉的北側(cè)依靠工區(qū)中部的一條北西—南東向斷層形成封堵；西側(cè)上傾方向依靠河道與河道間灣相變所產(chǎn)生的巖性變化形成封堵(見圖7)，因此H98井能夠成藏并獲得工業(yè)油流.過H98井垂直于河道方向的波阻抗反映剖面也揭示H98井所在位置為一河道砂巖(見圖8)，薩爾圖油層頂部砂組在橫向上存在明顯的波阻抗變化，波阻抗反演佐證頻譜分解解釋結(jié)果的正確性.

圖8 H98井薩爾圖油層波組抗反演剖面

在工區(qū)中部無井區(qū)識別一大型的斷層—巖性圈閉(見圖7圈閉①)，面積為23 km2；在工區(qū)北部也識別一斷層切割河道形成的斷層—巖性圈閉(見圖7圈閉②).頻譜分解技術(shù)A區(qū)塊薩爾圖油層三角洲前緣水下分流河道砂體的平面展布，指導(dǎo)該區(qū)巖性油氣藏的勘探.

4 結(jié)束語

利用頻譜分解技術(shù)可揭示月亮泡地區(qū)薩爾圖油層頂部砂組砂巖厚度變化，預(yù)測分流河道砂體，編制沉積微相平面圖，在該區(qū)識別2個規(guī)模較大的巖性圈閉，指導(dǎo)月亮泡地區(qū)巖性油藏的勘探.利用頻譜分解技術(shù)可以很好地預(yù)測薄砂層尤其是河道砂巖的展布，井震吻合度高，是無井區(qū)和鉆井稀疏區(qū)沉積微相研究及巖性圈閉預(yù)測的有效技術(shù)手段.