層控分頻技術(shù)在渤南地區(qū)沙四上灘壩中的應(yīng)用

劉升余

（中國石化勝利油田分公司 物探研究院，山東 東營257000）

1 區(qū)域概況

渤南洼陷位于濟(jì)陽坳陷沾化凹陷西部，屬于較高勘探程度區(qū)。以往勘探主要針對(duì)沙三段濁積巖、北帶陡坡礫巖體油藏。沙四上灘壩作為一種重要油藏類型，勘探程度較低，其勘探歷程主要分為兩個(gè)階段：第一階段為20世紀(jì)70年代至2005年初期，以羅11井為標(biāo)志在沙四上膏巖下鉆遇油浸砂巖，試油12．6t／d，90年代末期義17等井也相繼鉆遇類似砂巖，但未認(rèn)識(shí)到灘壩這種沉積類型。第二階段為2005年“十一”五以來，以東營凹陷這種寬盆深盆為主戰(zhàn)場(chǎng)的沙四上灘壩油藏，近年來該凹陷油氣勘探取得了重大突破［1］，累計(jì)上報(bào)探明儲(chǔ)量近億噸，同時(shí)形成以三古控砂沉積模式及古地形恢復(fù)、波形類屬性為特色的地震預(yù)測(cè)技術(shù)，推動(dòng)著周邊洼陷的勘探步伐。渤南洼陷這種小盆淺盆富油氣洼陷，勘探程度低，尚未充分認(rèn)識(shí)到沙四上灘壩潛力。基于共性（同處于濱淺湖）決定是否值得勘探，個(gè)性（盆內(nèi)沉積差異）決定如何勘探的思路，加強(qiáng)對(duì)渤南地區(qū)沙四上灘壩的深入研究。

從目前勘探的實(shí)際情況來看，渤南洼陷與東營凹陷沙四上灘壩最大的差異在于沉積組合的不同，渤南地區(qū)沙四上灘壩砂巖普遍上覆厚度較大的高速膏巖層，受高速屏蔽作用，加上灘壩砂巖與周圍泥巖速度差別不大，使地震資料預(yù)測(cè)灘壩儲(chǔ)層的難度增加，而東營凹陷只是灘壩砂巖與泥巖的互層組合（圖1），預(yù)測(cè)難度相對(duì)簡(jiǎn)單。此外，渤南地區(qū)沙四上南北沉積差異大，巖性組合變化快，疊置復(fù)雜，沿用以往東營凹陷波形分類方法進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)有一定的局限性。對(duì)渤南地區(qū)沙四上灘壩而言，由于成藏條件優(yōu)越，有好儲(chǔ)層就能成藏，儲(chǔ)層平面展布范圍乃至砂組厚度預(yù)測(cè)是制約勘探最大的問題。因此，應(yīng)用層控分頻技術(shù)解決研究區(qū)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)難題。

圖1 渤南洼陷與東營凹陷沙四上灘壩地震反射特征及沉積組合對(duì)比

2 層控分頻技術(shù)原理及優(yōu)點(diǎn)

層控分頻技術(shù)主要參照地震沉積學(xué)的思路，利用沉積等時(shí)面控制層位，劃分最小等時(shí)單元，利用連續(xù)相對(duì)等時(shí)年代地層切片約束目的層在頻率域內(nèi)提取分頻屬性來進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)（圖2）。其基本原理是在時(shí)間域地震體上運(yùn)用余弦相關(guān)變換算法轉(zhuǎn)換到頻率域，由于巖性厚度變化在頻率域變化敏感，利用儲(chǔ)層響應(yīng)頻率所占能量百分比的貢獻(xiàn)率來進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，其主要是把地震反射波中各頻率成分對(duì)應(yīng)的調(diào)諧能量識(shí)別出來而形成對(duì)應(yīng)的頻率能量異常，從而使儲(chǔ)層得以檢測(cè)。能量百分比貢獻(xiàn)率是單一分頻體能量占所有頻率能量總和的百分比大小，反映了給定分頻體能量對(duì)總能量譜的貢獻(xiàn)程度，是同一砂體自身高頻特征與低頻特征的響應(yīng)。而傳統(tǒng)的分頻技術(shù)主要是以傅里葉變換、小波變換、墑變換為基礎(chǔ)，通常沿層或?qū)娱g小時(shí)窗內(nèi)提取各種單頻體信息，主要是以振幅作為儲(chǔ)層評(píng)價(jià)參數(shù)，同時(shí)由于儲(chǔ)層經(jīng)常在地震同相軸旁瓣處上下擺動(dòng)，沿層等時(shí)窗等時(shí)性及準(zhǔn)確性都較差，影響了儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的精度。

圖2 層控分頻技術(shù)研究思路

層控分頻技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)分頻存在以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）能夠更好地符合地質(zhì)沉積規(guī)律，利用沉積等時(shí)面作為大約束層，利用相對(duì)等時(shí)的連續(xù)地層切片作為小約束層，盡可能符合實(shí)際沉積情況，同時(shí)可以細(xì)化到砂層組的預(yù)測(cè)，可以滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要。

（2）可以消除速度的影響，由于灘壩儲(chǔ)層縱向上韻律的差別，與圍巖的速度影響等引起地震反射上一些畸變，層控分頻技術(shù)利用頻率域受速度影響因素小的優(yōu)勢(shì)，充分發(fā)揮地震橫向優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)跨相帶的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。

3 層控分頻技術(shù)應(yīng)用及其效果

3．1 渤南沙四上灘壩儲(chǔ)層分析

渤南地區(qū)沙四段灘壩普遍單層小于10m，地層累加厚度約為35m，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，泥巖速度在3 000～3 700m／s，砂巖速度在4 000～4 500m／s（圖3），根據(jù)調(diào)諧厚度1／4波長理論，砂巖儲(chǔ)層調(diào)諧厚度最佳響應(yīng)頻率約在32Hz，目前實(shí)際地震資料主頻只有15～20Hz左右，頻帶寬10～50Hz，必須要提高地震分辨率才能滿足儲(chǔ)層預(yù)測(cè)要求。此外，從實(shí)際地震標(biāo)定上看，灘壩砂巖發(fā)育不穩(wěn)定，在地震同相軸上單獨(dú)沿膏巖層向下開時(shí)窗很難有效包全，必須尋找兩個(gè)沉積等時(shí)面約束目的層進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。

圖3 渤南地區(qū)沙四上灘壩儲(chǔ)層速度統(tǒng)計(jì)分析

3．2 沉積等時(shí)面及最小等時(shí)單元選取

沉積等時(shí)面及最小等時(shí)單元選取，主要依據(jù)井震結(jié)合，利用單井連井合成記錄標(biāo)定，測(cè)井GR曲線小波變換及地震道時(shí)頻分析綜合選取。由于渤南地區(qū)膏巖厚度大，速度高，其屏蔽作用使其底部的灘壩反射十分微弱，怎樣正確認(rèn)識(shí)灘壩的反射，劃分層序成為關(guān)鍵。通過井震結(jié)合，可將沙四上分為2個(gè)三級(jí)層序、4個(gè)四級(jí)層序（圖4）。其中以長期基準(zhǔn)面上升期和下降期為界，各分為兩個(gè)砂層組，沙四上灘壩對(duì)應(yīng)底部的3、4砂組，膏巖對(duì)應(yīng)頂部的1、2砂組。同時(shí)利用連井時(shí)頻分析保證了追蹤界面的等時(shí)性，從連井剖面（圖4）可以看出，沙四上、下不整合，膏巖底部旋回的界面比較一致，在地震上能夠連續(xù)追蹤，可作為兩套穩(wěn)定的沉積等時(shí)面，有效卡準(zhǔn)目的層。而最小等時(shí)單元，則主要根據(jù)膏底與沙四上底之間四級(jí)－五級(jí)旋回選取，總共可劃分為5個(gè)最小等時(shí)單元，作為后面年代地層切片數(shù)的參考。

圖4 Y178井震層序劃分及連井時(shí)頻對(duì)比

3．3 小波變換提高地震分辨率

由于渤南沙四段地層埋藏深，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地震上多呈現(xiàn)空白或雜亂的反射特征，現(xiàn)有地震資料很難有效的識(shí)別。前面已分析到灘壩砂巖最佳響應(yīng)頻率在32Hz左右，小波提頻技術(shù)較好地解決了此問題。小波域信號(hào)重構(gòu)在信號(hào)分析中具有良好的局部化特性，作為頻率和時(shí)間的二元函數(shù)，可在頻率和時(shí)間域中同時(shí)進(jìn)行地震波能量的吸收衰減補(bǔ)償，利用小波域信號(hào)重構(gòu)去除噪音，提高分辨率具有很好的保真度［2］。

對(duì)此結(jié)果顯示，小波提頻后的剖面分辨率明顯提高，主頻從15Hz提高到40Hz（圖5），同時(shí)可較好地將膏巖層強(qiáng)反射和灘壩區(qū)分開，內(nèi)幕反射更加清晰，突出了目的層，為后續(xù)地灘壩儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提供了基礎(chǔ)。

圖5 原始地震剖面與40Hz小波提頻剖面對(duì)比

3．4 年代地層切片建立及分頻選取

經(jīng)小波變換提頻后，地震分辨率明顯提高，而膏巖底和沙四上底兩套穩(wěn)定沉積等時(shí)面卻未改變，利用前面選取好的沉積等時(shí)面作為頂?shù)准s束，以最小等時(shí)單元作為最終要分出的層數(shù)，將膏底和沙四上底間進(jìn)行連續(xù)等時(shí)地層切片，選取4個(gè)年代地層切片（共分為5份）與前期最小等時(shí)單元相一致。基于以上年代地層切片，可用于分頻屬性時(shí)窗控制，通過分序級(jí)由粗到細(xì)逐步深入進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。其中切片1－沙四上底控制整個(gè)沙四上時(shí)窗，切片1－切片3控制沙四上3砂組時(shí)窗，切片3－沙四上底控制沙四上4砂組時(shí)窗（圖6）。

圖6 沙四上年代地層切片建立

研究資料表明，楔狀模型厚度與其地震響應(yīng)振幅、時(shí)差、頻率等具有如下關(guān)系：在儲(chǔ)層厚度少于1／4波長時(shí)，振幅隨儲(chǔ)層厚度加厚而增強(qiáng)，當(dāng)儲(chǔ)層厚度大于1／4波長時(shí)，振幅逐步減弱，直至趨于穩(wěn)定。當(dāng)儲(chǔ)層厚度小于3／8波長時(shí)，頻率隨著儲(chǔ)層厚度增大而減小，當(dāng)儲(chǔ)層厚度大于3／8波長時(shí)，頻率隨儲(chǔ)層厚度的增大而增大，直至趨于穩(wěn)定［3］。而研究區(qū)沙四上砂巖總厚度累加平均大于35m，單砂組累加厚度小于40m，按照儲(chǔ)層速度4 250m／s，主頻40Hz，儲(chǔ)層調(diào)諧厚度（1／4波長）約26．5m，3／8波長約40m。因此，對(duì)研究區(qū)砂組預(yù)測(cè)適用于頻率隨著儲(chǔ)層厚度增大而減小的原則。前已述及，利用年代地層切片控制時(shí)窗提取分頻能譜屬性預(yù)測(cè)了3、4砂組的平面展布。根據(jù)不同成像頻率對(duì)應(yīng)不同的調(diào)諧厚度可反映不同地質(zhì)體厚度。高頻對(duì)薄層有調(diào)諧響應(yīng)，可分辨薄層；低頻對(duì)厚層有調(diào)諧響應(yīng)，可分辨厚層。根據(jù)這一原理，通過從低頻到高頻的逐次掃描，觀察不同頻率成像振幅平面位置的變化，在適合的頻率體上進(jìn)行儲(chǔ)層解釋和屬性提取，從而判斷研究區(qū)沉積物源方向、沉積相帶變化、明確儲(chǔ)集層特征分布及儲(chǔ)集層厚度的相對(duì)變化趨勢(shì)［4］。

研究發(fā)現(xiàn)，在古地貌基礎(chǔ)上用層控分頻能譜屬性進(jìn)行分砂組刻畫邊界更能清晰地解決問題。通過預(yù)測(cè)，渤南地區(qū)沙四上灘壩3砂組主要發(fā)育在L11－Y173之間（圖7、圖8），往北部變厚，走向與孤西斷層走向一致，反映了當(dāng)時(shí)的湖岸線也是近北西向。從4砂組儲(chǔ)層預(yù)測(cè)圖上可以看出，4砂組發(fā)育范圍明顯比3砂組要窄，主要分為兩個(gè)條帶。

圖7 渤南洼陷沙四上3砂組層控分頻能譜與未分層控分頻能譜對(duì)比

圖8 渤南洼陷沙四上3砂組厚度

3．5 應(yīng)用效果

通過層控分頻技術(shù)的應(yīng)用，在灘壩砂巖預(yù)測(cè)中具有較好的應(yīng)用效果，在對(duì)渤南地區(qū)的構(gòu)造、沉積、儲(chǔ)層分布等特征進(jìn)行綜合性研究的基礎(chǔ)上，在渤南地區(qū)預(yù)測(cè)沙四上灘壩3、4砂組有利疊合面積80 km2，儲(chǔ)量規(guī)模4 000萬噸。該區(qū)塊近兩年相繼部署井位20口，成功完鉆16口，有力推動(dòng)了灘壩油藏的勘探。

4 結(jié) 論

（1）研究區(qū)沙四上灘壩砂巖南北地形高差變化大、儲(chǔ)層橫向變化快、上覆高速層屏蔽致使儲(chǔ)層預(yù)測(cè)難度較大，利用層控分頻技術(shù)可有效解決儲(chǔ)層預(yù)測(cè)問題。通過頂?shù)追€(wěn)定沉積等時(shí)面和最小等時(shí)單元卡準(zhǔn)目的層，小波提頻突出目的層，層控分序級(jí)分頻雕刻目的層，能夠清晰進(jìn)行分砂組邊界刻畫，提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度。

（2）層控分頻技術(shù)能夠更好地符合地質(zhì)沉積規(guī)律，對(duì)時(shí)窗的把控更加精準(zhǔn)，可在其他沉積類型中進(jìn)行推廣。

［1］ 吳智平，張林，李偉，等．東營凹陷孔店期－沙四早期構(gòu)造格局恢復(fù)［J］．中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，36（1）：13－19．

［2］ 韓宏偉．薄互層地震波形特征研究——以博興洼陷沙四段灘壩砂為例［J］．地學(xué)前緣，2009，16（3）：349－355．

［3］ 才巨宏．綜合應(yīng)用波形分析及地震特征反演技術(shù)預(yù)測(cè)灘壩砂巖——以博興洼陷梁108地區(qū)為例［J］．油氣地質(zhì)與采收率，2005，12（3）：42－44．

［4］ 楊勇強(qiáng)，邱隆偉，姜在興，等．東營凹陷沙四上亞段灘壩物源體系［J］．吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：地球科學(xué)版，2011，41（1）：46－53．