地震波形分析技術(shù)在川西新場(chǎng)地區(qū)沉積微相研究中的應(yīng)用

伍新和, 林良彪, 張璽華

(1.中國(guó)地調(diào)局 油氣資源調(diào)查中心，北京 10029； 2.成都理工大學(xué) 沉積地質(zhì)研究院，成都 610059)

地震波形分析技術(shù)在川西新場(chǎng)地區(qū)沉積微相研究中的應(yīng)用

伍新和1, 林良彪2, 張璽華2

(1.中國(guó)地調(diào)局 油氣資源調(diào)查中心，北京 10029； 2.成都理工大學(xué) 沉積地質(zhì)研究院，成都 610059)

地震沉積學(xué)研究中仍缺乏對(duì)地質(zhì)體性質(zhì)及非均質(zhì)性刻畫(huà)的有效技術(shù)手段。針對(duì)四川盆地西部新場(chǎng)地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組(T3x)沉積相變化快、非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，以地震沉積學(xué)為主體思路，利用地震正演模擬技術(shù)及井-震標(biāo)定，建立了T3x4-9砂組不同沉積微相的地震波形識(shí)別模式。通過(guò)不同地震屬性的對(duì)比分析及鉆井驗(yàn)證，反映高階統(tǒng)計(jì)量分析技術(shù)對(duì)地震反射波形變化更具有敏感性，能夠?qū)ι绑w性質(zhì)進(jìn)行刻畫(huà)。其中扭度屬性能夠有效地反映出不同沉積微相的地震波形變化，進(jìn)而可以對(duì)新場(chǎng)地區(qū)T3x4-9砂組有利于儲(chǔ)層發(fā)育的砂礫巖疊置河道進(jìn)行刻畫(huà)和預(yù)測(cè)。

地震波形分析；地震沉積學(xué)；沉積微相；疊置水下分流河道；川西

曾洪流、Henry、Riola 等人在地震地層學(xué)基礎(chǔ)上提出了地震沉積學(xué)這一概念。根據(jù)曾洪流等人的定義，地震沉積學(xué)是利用地震信息來(lái)研究沉積巖及其形成過(guò)程的一門(mén)學(xué)科。地震沉積學(xué)分析歸結(jié)為一個(gè)事實(shí)：即一些地質(zhì)體的水平寬度大于地質(zhì)體的厚度，在垂向上較難識(shí)別的地質(zhì)體在平面上利用地震特殊技術(shù)有可能被識(shí)別出來(lái)。地震沉積學(xué)在以地質(zhì)研究為基礎(chǔ)、在沉積學(xué)規(guī)律的指導(dǎo)下進(jìn)行研究。利用90°相位轉(zhuǎn)換、地層切片和分頻解釋是地震沉積學(xué)中的3項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。相位轉(zhuǎn)換使地震相位具有了地層意義，可以用于高頻層序地層的地震解釋?zhuān)坏貙忧衅茄?個(gè)等時(shí)界面間等比例內(nèi)插出的一系列層面進(jìn)行切片來(lái)研究沉積體系和沉積相平面展布的技術(shù)[1-5]。

目前地震沉積學(xué)的沉積相分析技術(shù)，是在沉積體系的約束下，利用地震屬性在地層切片平面上幾何形態(tài)對(duì)地質(zhì)體外貌進(jìn)行定性的描述，但缺乏對(duì)于砂巖的性質(zhì)和非均質(zhì)性方面描述的有效手段[6,7]。

地震沉積學(xué)應(yīng)用90°相位轉(zhuǎn)換技術(shù)，使得地震反射與地質(zhì)巖性有了更直觀的對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)地震沉積學(xué)原理對(duì)相位轉(zhuǎn)換后的地震剖面進(jìn)行砂體對(duì)比及解釋?zhuān)狈?duì)砂體性質(zhì)的剖析(比如河道砂體、河口壩砂體等)，也無(wú)法對(duì)砂體的非均質(zhì)性進(jìn)行研究。徐國(guó)強(qiáng)(2005)等人也通過(guò)對(duì)地震波形進(jìn)行分析對(duì)砂體展布及砂體性質(zhì)進(jìn)行刻畫(huà)描述[8-12]。

四川盆地新場(chǎng)地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組第4段(簡(jiǎn)稱(chēng)“須四段”, T3x4)共分10個(gè)砂組。經(jīng)多口鉆井證實(shí)T3x4-9砂組儲(chǔ)層發(fā)育，為深層致密砂巖儲(chǔ)層。其中新場(chǎng)地區(qū)T3x4-9砂組主要沉積微相有分流間灣，河口壩，水下分流河道以及砂礫巖疊置水下分流河道。由于目的層埋藏較深，通常為4 km左右，原生孔隙難以保存。其中有效儲(chǔ)層為具有較好儲(chǔ)集空間、裂縫也發(fā)育的砂礫巖儲(chǔ)層，這類(lèi)儲(chǔ)層由于砂巖夾在礫巖之間，因礫巖的抗壓實(shí)性較強(qiáng)，使得砂巖的孔隙能夠得到較好保存。且這種夾在礫巖中的砂巖儲(chǔ)層好于純砂巖儲(chǔ)層的另一個(gè)原因是由于砂巖、礫巖的薄弱接觸易產(chǎn)生裂縫。只有砂礫質(zhì)疊置水下河道才是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育最有利的區(qū)域。波形分析是通過(guò)地震波的微細(xì)變化來(lái)分析巖性及沉積相的變化。本文利用地震反射的不同波形分析不同巖性組合、不同沉積微相及不同性質(zhì)砂體的反射特征。這種技術(shù)是在傳統(tǒng)地震沉積學(xué)相位轉(zhuǎn)換解釋砂體的基礎(chǔ)上，更有描述砂體性質(zhì)的優(yōu)勢(shì)，尤其對(duì)油氣開(kāi)發(fā)階段的意義較大[10-18]。

1 不同沉積微相的地震波形分析

本次研究通過(guò)正演模擬技術(shù)分析不同類(lèi)型巖性組合的地震波響應(yīng)特征。正演分析的關(guān)鍵是賦予巖性準(zhǔn)確的速度數(shù)值。經(jīng)巖性-測(cè)井參數(shù)統(tǒng)計(jì)，新場(chǎng)地區(qū)須四段泥巖聲波時(shí)差最大，砂巖次之，泥巖最低。其中礫巖和泥巖聲波時(shí)差數(shù)值差別最大，砂巖和礫巖聲波時(shí)差數(shù)值差別最小。表明在泥巖中地震波傳播速度最小，而在礫巖中地震波傳播速度最大，砂巖的地震波速度居中(圖1)。

通過(guò)上面的鉆井AC曲線(xiàn)統(tǒng)計(jì)，同時(shí)運(yùn)用VSP資料及制作地震合成記錄，對(duì)目的層進(jìn)行了層位標(biāo)定。須四的底面為T(mén)3x4-9底界面的高阻抗礫巖與低阻抗泥巖的正反射，強(qiáng)振幅，區(qū)域上較連續(xù)，可以對(duì)比追蹤(圖2)。然而通常在泥包砂的情況下，砂體頂界對(duì)應(yīng)波峰，砂體底界對(duì)應(yīng)波谷。但從標(biāo)定結(jié)果上可以看到研究區(qū)T3x4-9砂層組的砂體的地震反射情況比較復(fù)雜，很難判斷砂體頂?shù)着c地震反射波峰或波谷的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這種砂體與地震反射的不對(duì)應(yīng)關(guān)系就導(dǎo)致了地震微相分析的困難。雖然近來(lái)流行的地震分類(lèi)技術(shù)能夠進(jìn)行地震相分析，但是該技術(shù)不能提供具體波形與微相對(duì)應(yīng)關(guān)系的正演分析，因此需要找到一種分析方式來(lái)確定地震波形的地質(zhì)內(nèi)涵。

利用地震波形進(jìn)行沉積微相分析就是先通過(guò)地震正演模擬不同波形的地質(zhì)含義，然后運(yùn)用相位轉(zhuǎn)換技術(shù)找出地震波形與沉積微相的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在此基礎(chǔ)上提取對(duì)地震波形敏感的屬性來(lái)預(yù)測(cè)沉積微相。

首先根據(jù)T3x4-9砂層組上下地層的巖性特征建立了用于正演的模型。新場(chǎng)地區(qū)T3x4-8砂層組的底部為泥巖，在該地區(qū)可以展開(kāi)對(duì)比。T3x4-10砂組頂部以泥巖沉積為主。根據(jù)此規(guī)律，建立了頂?shù)诪槟鄮r的內(nèi)部不同巖性組合的模型，在不同巖性的聲波速度的統(tǒng)計(jì)下，用零相位30 Hz的雷克子波，制作了不同沉積微相的地震合成記錄(圖3) 。

當(dāng)T3x4-9砂組層為砂礫巖互層時(shí)，其中礫巖出現(xiàn)在中部及頂部。這種巖性組合在正極性地震剖面的地震波形表現(xiàn)為頂部低頻中等反射強(qiáng)度波峰的波形。由于礫巖出現(xiàn)在頂部，與上覆泥巖有較大波阻抗差異，呈強(qiáng)波峰反射，波峰向下振幅變?nèi)?，底部中等?qiáng)度的波谷反射。砂礫巖總厚度65 m(圖3-A),此時(shí)的砂巖物性較好。

當(dāng)T3x4-9砂層組層內(nèi)沉積樣式為砂礫巖互層時(shí)，其中礫巖出現(xiàn)在底部及中部。這種巖性組合的地震波形仍然表現(xiàn)為頂部低頻中等反射強(qiáng)度波峰的積分波形。其中頂部砂巖與上伏泥巖波阻抗差異較小，致使頂部波峰振幅較弱，波峰反射向下變強(qiáng)。底部發(fā)育礫巖與下覆泥巖波阻抗差異較大，致使波形底部的波谷反射強(qiáng)度較大，呈強(qiáng)波谷反射特征,砂礫總厚度為65 m(圖3-B)。此類(lèi)波形反映了砂礫質(zhì)水下分流河道微相沉積，砂巖的物性較好。

圖1 新場(chǎng)地區(qū)多口鉆井的不同巖性聲波測(cè)井特征

圖2 新場(chǎng)地區(qū)地震地質(zhì)標(biāo)定

圖3 不同沉積微相對(duì)應(yīng)的地震反射波形

當(dāng)T3x4-9砂層組層內(nèi)主要砂巖沉積，且砂巖粒度呈向上變粗的結(jié)構(gòu)時(shí)，在正極性地震剖面的地震波形表現(xiàn)為頂部強(qiáng)波峰強(qiáng)波谷。這是由于粗砂巖與上覆泥巖波阻抗差異較大造成。波谷呈低頻波型特征，向下頻率降低振幅變?nèi)酢Ｉ皫r總厚度為60 m(圖3-C) 。此類(lèi)波形代表河口壩，砂巖物性一般。

當(dāng)T3x4-9砂層組為礫質(zhì)水下分流河道沉積，其波形特征表現(xiàn)為底部強(qiáng)波谷反射，頂部波峰呈低頻反射特征，波峰反射的振幅由上至下由弱變強(qiáng)(圖3-D)。此類(lèi)波形代表礫質(zhì)水下分流河道沉積，砂巖物性一般。

當(dāng)T3x4-9砂層組為砂質(zhì)水下分流河道(不含礫巖或礫巖含量較少)，其波形為頂部中等反射波峰，底部中強(qiáng)波谷反射特征。這類(lèi)波形為較厚砂巖夾部分泥巖沉積。砂巖總厚度為45 m，泥巖厚度為20 m。

圖3-F的波形特征整體呈中高頻-中強(qiáng)振幅的波峰波谷反射特征，波形線(xiàn)較對(duì)稱(chēng)。這種中高頻中強(qiáng)振幅反射是由于砂泥巖互層造成，其中砂巖累計(jì)厚度為35 m，泥巖累計(jì)厚度為30 m。由于保存下來(lái)的泥巖厚度較大，表明沉積環(huán)境處于較低能狀態(tài)，以水下分流間灣沉積為主。

由于不同沉積微相的砂巖產(chǎn)生的地震反射特征變化復(fù)雜，傳統(tǒng)地震屬性分析中常常提取強(qiáng)振幅反射進(jìn)行孔隙砂體的預(yù)測(cè)，而從使用地震模擬的結(jié)果表明強(qiáng)振幅不一定為孔隙砂體的反射。通過(guò)波形分析的方法技術(shù)則可以開(kāi)展砂體性質(zhì)刻畫(huà)描述、沉積相和微相分析。

在上述分析的基礎(chǔ)上，對(duì)新場(chǎng)地區(qū)T3x4-9砂層組以地震波形分析的方式進(jìn)行沉積微相及砂體性質(zhì)描述、解釋?zhuān)⒁糟@井對(duì)分析進(jìn)行佐證。圖4為過(guò)新場(chǎng)地區(qū)INLINE 1462地震剖面，XC22井位于新場(chǎng)地區(qū)中部局部構(gòu)造高點(diǎn)上，鉆井揭示在T3x4-9砂層組有多套砂礫巖互層，為典型的疊置水下分流河道沉積(圖5)，獲得工業(yè)性氣流。

根據(jù)沉積學(xué)一般的規(guī)律，每一期河道為向上變細(xì)的沉積序列，且每一期河道的下部往往是礫巖及中粗砂巖的沉積，而河道的頂部沉積則為細(xì)粉砂-泥巖沉積。對(duì)于多期疊置河道，由于第二期河道對(duì)第一期河道的沖侵作用,前期河道頂部的泥巖將被侵蝕，前期河道僅能保持下部的礫巖、中粗砂巖及頂部薄層的細(xì)砂巖。而最終能夠形成儲(chǔ)層的則為河道下部的中粗砂巖。基于此，對(duì)疊置河道的零相位子波的地震正演結(jié)果進(jìn)行90°的相位轉(zhuǎn)換，在零相位的地震正演結(jié)果上，地震反射很難與每一期河道的不同巖性相對(duì)應(yīng)。但90°相位轉(zhuǎn)換后的地震正演記錄道，我們可以看到每一期河道下部的中粗砂巖及礫巖皆對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換相位后的波谷反射，這使得地震解釋及地質(zhì)人員能夠更好地進(jìn)行地質(zhì)解釋?zhuān)瑫r(shí)避免了解釋人員把強(qiáng)波峰或強(qiáng)波谷一概解釋為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層砂體的反射的誤區(qū)(圖6)。

圖5 XC22井T3x4-9砂層組沉積相綜合柱狀

在上述結(jié)論的基礎(chǔ)上，對(duì)過(guò)XC22井地震剖面進(jìn)行90°相位轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換的地震剖面波谷指示GR測(cè)井?dāng)?shù)值偏低的砂巖及礫巖(圖6)。 90°相位轉(zhuǎn)換雖然不能提高地震分辨率，但是它可以搭建地震反射和巖性較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過(guò)轉(zhuǎn)換相位的地震剖面解釋?zhuān)瑢?duì)疊置河道的形態(tài)及沉積微相的邊界有了更好的識(shí)別(圖4、圖6)。

圖6 過(guò)XC22井經(jīng)90°相位轉(zhuǎn)換后(反極性顯示)的地震剖面解釋

2 地震波形屬性的提取

扭度S(skewness)和峰度K(kurtosis)是2個(gè)典型的統(tǒng)計(jì)量，在數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)研究中，是用來(lái)研究分布的正態(tài)性的。引申到地球物理學(xué)中，則用來(lái)研究波形x(t)的復(fù)雜程度[7]。我們參考文獻(xiàn)中對(duì)扭度和峰度的定義，使用下面的計(jì)算公式[8,9]

(1)

(2)

其中：均值μ=E(x(t)); 方差σ2=E((x(t)-μ)2);E為數(shù)學(xué)期望。

扭度是一個(gè)無(wú)量綱的量，用來(lái)評(píng)價(jià)分布函數(shù)相對(duì)均值的對(duì)稱(chēng)性。峰度也是一個(gè)無(wú)量綱的量，用來(lái)表征分布函數(shù)在均值處的峰值特性，公式(2)中減3是為了保證正態(tài)分布的峰度為零。對(duì)于正態(tài)分布，S=K=0；對(duì)于其他情況，如圖7所示，S>0表示正偏分布(向左偏)，S<0表示負(fù)偏分布(向右偏)；K的大小則反映了分布在峰值附近的集中程度，是分布尖鋒度和平坦度的度量[9](圖7)。

上述分析可以看出，扭度值既能反映地震波的偏度，又能反映地震波的振幅。為了驗(yàn)證扭度屬性對(duì)地層巖性組合結(jié)構(gòu)在縱向、橫向上變化的敏感性，根據(jù)研究區(qū)幾種典型波形進(jìn)行了扭度計(jì)算(圖8-A)?？梢钥闯?，扭度屬性對(duì)不同地震波形有較好的分辨能力。其中水下分流河道、河口壩及疊置河道沉積微相對(duì)應(yīng)的峰度值較高，疊置水下分流河道微相對(duì)應(yīng)的扭度最高(紅黃色)。

上述模型的目的在于說(shuō)明不同的地層結(jié)構(gòu)會(huì)引起高階統(tǒng)計(jì)量屬性的不同變化?？梢钥闯龅卣鹳Y料的高階統(tǒng)計(jì)量的橫向強(qiáng)敏感性可幫助我們進(jìn)行儲(chǔ)層的橫向非均質(zhì)性研究，剖析砂巖的類(lèi)型；同時(shí)我們對(duì)工區(qū)常見(jiàn)的波形提取了振幅屬性進(jìn)行對(duì)比(圖8-B)，可見(jiàn)振幅屬性對(duì)疊置水下分流河道微相及分流間灣微相未能區(qū)分,而扭度屬性對(duì)沉積微相及巖石的非均質(zhì)性有更好的識(shí)別效果。

圖7 扭度及峰度示意圖

圖8 不同地震屬性對(duì)地震波形的識(shí)別能力分析

基于高階量統(tǒng)計(jì)的扭度屬性能夠反映巖性組合變化引起地震波形變化。我們對(duì)T3x4-9砂層組提取扭度屬性的最大值，進(jìn)而來(lái)刻畫(huà)了砂礫巖疊置水下分流河道的分布范圍。同時(shí)，通過(guò)對(duì)新場(chǎng)地區(qū)的鉆井情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，XC22井、X10井、X11井等產(chǎn)量較高的鉆井皆位于扭度屬性預(yù)測(cè)疊置水下分流河道的區(qū)域，證實(shí)了該方法對(duì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的效果。

3 結(jié) 論

a.地震波形分析技術(shù)通過(guò)不同巖性組合的地震反射差異識(shí)別不同的沉積微相及描述砂體的性質(zhì)，依據(jù)這種技術(shù)可以建立不同沉積微相的地震地質(zhì)識(shí)別模式。

b.基于高階量統(tǒng)計(jì)的扭度屬性能夠反映因不同沉積微相的巖性組合引起的地震反射波形的細(xì)微變化，進(jìn)而能夠?qū)Σ煌练e微相進(jìn)行刻畫(huà)。

c.通過(guò)波形分析技術(shù)不僅能夠建立不同沉積相或沉積微相的地震識(shí)別模式，并且可以分析儲(chǔ)層的非均質(zhì)性。這種方法為建立不同沉積模式及沉積環(huán)境下的地震沉積學(xué)開(kāi)辟了一個(gè)新的途徑。

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Zhang X H, Chen H D, Hou M C,etal. Seismic sedimentology of the 9th sand group in the 4th member of the Triassic Xujiahe Formation in Xinchang area of the western Sichuan Basin[J]. Oil & Gas Geology, 2013, 34(1): 95-101. (In Chinese)

ApplicationofseismicwaveformanalysistechnologyinstudyingsedimentarymicrofaciesofXinchangregioninWestSichuan,China

WU Xin-he1, LIN Liang-biao2, ZHANG Xi-hua2

1.TheCentreofOil&GasSurvey,CGS,Beijing100029,China;2.InstituteofSedimentaryGeology,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China

In the seismic sedimentology studies, there are still absence of effective technical means to depict the nature and anisotropy of geologic bodies. Based on the characteristics of fast changing sedimentary facies and strong heterogeneity of Upper Triassic Xujiahe Formation (T3x) in West Sichuan, taking the seismic sedimentology as the main idea, and using seismic forward modeling technology and well-seismic calibration, this paper establishes a seismic waveform recognition mode of different sedimentary microfacies in T3x4-9sand layer. The comparison and analysis of different seismic attributes and the verification of drilling wells reflect that the high-order statistics analysis is more sensitive to seismic reflection waveform change and can depict the nature of sand bodies. The skewness attribute can effectively reflect the seismic waveform changes of the different sedimentary microfacies. Then, one can depict and predict the superimposed river course favorable for T3x4-9sand conglomerate reservoir development .

seismic waveform analysis; seismic sedimentology; sedimentary microfacies; distributary channel; West Sichuan

10.3969/j.issn.1671-9727.2013.04.08

1671-9727(2013)04-0409-08

2012-08-02

國(guó)家重大科技專(zhuān)項(xiàng)(2011ZX05002-004)

伍新和(1970-)，男，博士，高級(jí)工程師，研究方向：石油地質(zhì)學(xué), E-mail:wuxinhe@sohu.com

林良彪(1979-)，男，博士，副教授，主要從事沉積學(xué)的教學(xué)與科研工作, E-mail:linliangbiao08@cdut.cn。

P631.44

A