河道砂體地震響應(yīng)特征及影響因素分析——以墾東1地區(qū)館陶組上段河道砂為例

畢俊鳳，顧漢明，劉書會，管曉燕

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地球物理與空間信息學(xué)院，湖北武漢 430074；2.中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東東營 257015）

濟陽坳陷新近系館陶組—明化鎮(zhèn)組沉積時期廣泛發(fā)育的河道砂體蘊藏著巨大的勘探潛力。河道砂體描述及含油性預(yù)測一直是地質(zhì)解釋研究工作的重心。相比較而言，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，河道砂體的描述和追蹤比較容易實現(xiàn)。但是，由于受地形坡度、構(gòu)造運動及河水流量、負(fù)載方式等因素的影響，在同一條河流的不同河段或不同時期，河道形式有不同變化，其對應(yīng)的巖性組合必然不同［1］。因此，不同的地震地質(zhì)條件下，河道砂體的地震響應(yīng)不盡相同，實際砂體反射是巖性組合配置、砂泥厚度、速度等因素的疊加效應(yīng)。

1 問題的提出

地層切片、頻譜分解及三維可視化技術(shù)是目前淺層河道砂體描述中常用的技術(shù)方法［2－5］。這些方法能否獲得理想的效果，依賴于河道砂體較圍巖有無明顯的地震響應(yīng)異常［6－7］。在勘探生產(chǎn)中，針對河道砂體進行井位部署時，追蹤地震剖面上振幅強的同相軸仍然是大多數(shù)解釋人員采用的方法。是不是所有的河道砂體均以強反射振幅的形式出現(xiàn)？一套砂層在什么情況下能夠形成獨立單砂體反射？影響河道砂體地震響應(yīng)（振幅強弱）的因素又有哪些？這些問題應(yīng)當(dāng)引起解釋人員的關(guān)注。

墾東1 地區(qū)新近系館陶組沉積時期為辮狀河—曲流河的過渡時期，河道遷移擺動頻繁。砂、泥巖巖性配置形式多樣，不同巖性之間速度關(guān)系復(fù)雜，河道砂體形成的地震反射類型多樣。以往，在該區(qū)進行砂體描述主要采用的是振幅屬性分析及三維可視化透視技術(shù)。但是實際鉆井資料證明，這些方法的解釋結(jié)果仍然會有一定數(shù)量的砂體漏失。并且，強振幅反射砂體大多含水，含油砂體往往具有中等—弱振幅反射特征。因此，在墾東1地區(qū)應(yīng)用地震資料描述砂體之前，需明確河道砂體能夠形成的地震反射類型，引起地震響應(yīng)差異的影響因素以及砂體表現(xiàn)為強振幅的概率，以便選擇相應(yīng)的描述方法及部署措施。

2 研究區(qū)地震地質(zhì)概況

墾東1區(qū)塊地處淺海灘涂地區(qū)，構(gòu)造上位于墾東凸起北部斜坡帶的東段，勘探面積約為253km2，截至2010年底完鉆探井19口。研究區(qū)可分為南、北兩個構(gòu)造單元，已發(fā)現(xiàn)的油氣藏類型亦有所區(qū)別：南部為典型的巖性－構(gòu)造油氣藏；北部遠(yuǎn)離輸導(dǎo)斷裂網(wǎng)，為正向微幅構(gòu)造控制的巖性油氣藏［7－8］。館陶組上段V 砂組為其主力油層組，是研究目的層系。

墾東1區(qū)塊館陶組上段沉積時期為辮狀河—曲流河的過渡時期，區(qū)內(nèi)的河道砂體同時具有辮狀河和曲流河的沉積特征。沉積背景的不同造成砂體與圍巖之間在巖性組合、速度及厚度配置上差異很大，這些差異性在不同構(gòu)造單元上有不同的體現(xiàn)。在工區(qū)南部，砂巖與泥巖層數(shù)多，單層厚度小，砂、泥以頻繁互層狀出現(xiàn)，砂泥比一般在40%以上，常見單層厚度為1～2 m 的砂質(zhì)泥和泥質(zhì)砂薄層（圖1a）；在工區(qū)北部，巖性組合關(guān)系簡單，泥巖隔層少，單層厚度大，砂泥比偏低，多在30%以下，“泥包砂”特征明顯，砂質(zhì)泥和泥質(zhì)砂較少（圖1b）。

在速度分布特征方面，整體上，泥巖速度最低，泥質(zhì)粉砂巖速度最高。但泥巖與砂巖及泥質(zhì)砂、砂質(zhì)泥重疊區(qū)范圍較大，部分泥巖速度甚至高于砂巖速度，這也是造成地震反射類型多樣性的重要原因。砂巖與泥巖的單層厚度在不同區(qū)帶上也有差異，主要表現(xiàn)在：①在工區(qū)南部，砂體單層厚度大于10m 的僅占6%，其余全部為10m 以下；泥巖厚度大于15m 的不足6%，5m 以下的占50%以上；②在工區(qū)北部，砂層厚度全部小于10m；泥巖厚度在15m 以上的占30.8%，5m 以下的占46.2%，其余泥巖厚度為5～15m。

圖1 研究區(qū)典型井巖性組合

3 正演模擬

墾東1區(qū)塊地震資料主頻為35 Hz，砂巖速度在2 500m／s左右，則1／4 波長約為15m。由厚度分析結(jié)果可知，儲層及圍巖的厚度基本在1／4波長以內(nèi)。下面設(shè)計砂體層狀模型，利用褶積方法得到合成地震記錄，分析不同巖性組合、不同厚度砂體與圍巖能夠形成的地震反射類型及影響地震振幅強弱的因素［9－11］。

3.1 儲層及圍巖厚度對反射振幅的影響

首先設(shè)計砂巖厚度為15m，泥巖厚度分別為20，15，7，2m 的地質(zhì)模型。砂巖速度為2 500m／s，泥巖速度為2 300m／s，正極性子波頻率為35 Hz。將褶積得到的合成記錄道疊加到模型上，直觀、準(zhǔn)確地分析各反射界面形成的地震反射特征。由圖2可以看出，在砂巖厚度較大（1／4波長附近）的情況下，泥巖厚度大于7m 時，3種情況均可形成單砂體獨立反射，每套砂層在地震道上是時間可分辨的，波峰對應(yīng)砂層頂界面（圖2a，圖2b，圖2c）；在泥巖隔層厚度為2m 的情況下，砂體之間形成一套或幾套疊合砂包反射，振幅明顯減小，每套砂層的頂、底界面不再清楚（圖2d）。

圖2 砂巖厚度為15m，泥巖厚度不同的模型及合成地震道

設(shè)計砂巖厚度為8m，泥巖厚度分別為15，7，5，3m 的模型（圖3），可以看出，隨著砂巖厚度減?。ㄐ∮?／4 波長），泥巖厚度在15m 時，各砂層仍然形成獨立強反射，波形上彼此分開（圖3a）；泥巖厚度為7m 時，由于層間發(fā)生地震波的干涉現(xiàn)象，振幅減弱，但波形上仍然能夠彼此分開（圖3b）；泥巖厚度減至5m 時，開始出現(xiàn)復(fù)波，振幅減弱，下面兩套砂層不再形成獨立反射（圖3c）；泥巖厚度為3m 時，同樣形成疊合砂包反射（圖3d）。當(dāng)頂部的砂巖上方有厚層泥巖時，在第一套砂體頂界面處形成強反射。

圖3 砂巖厚度為8m，泥巖厚度不同的模型及合成地震道

設(shè)計砂巖厚度為5m，泥巖厚度分別為15，7，5，3m 的模型（圖4），可以看到，隨著砂巖厚度的減薄，泥巖厚度在15m 時，各砂層仍然形成獨立強反射，波形上彼此分開（圖4a）；泥巖厚度為7，5，3m 時，均形成疊合砂包反射，振幅表現(xiàn)為中強—弱的特征（圖4b，圖4c，圖4d）。

圖4 砂巖厚度為5m，泥巖厚度不同的模型及合成地震道

3.2 地層結(jié)構(gòu)對反射振幅的影響

圖5 不等厚度的砂、泥巖組合模型及合成地震道

不同厚度的巖性組合即不同的地層結(jié)構(gòu)可以得到不同的復(fù)合過渡層，前面設(shè)計的幾個模型均為砂巖、泥巖等厚分布的韻律層。圖5為砂、泥巖不等厚分布的模型，自上而下不同的背景色分別代表泥巖厚度為15，7，5，3m，不同厚度泥巖中砂層自上而下的厚度分別為2，5，7，15，7，5，2m，從正演結(jié)果上可以分析不同厚度的砂層與不同厚度泥巖形成反射振幅的強弱變化：厚砂、厚隔層形成強反射，厚砂、薄隔層形成中強反射，薄砂、厚隔層形成弱反射，薄砂、薄隔層疊合形成弱反射；當(dāng)頂部有厚隔層時可出現(xiàn)中強振幅。

3.3 速度差值對反射振幅的影響

砂巖與泥巖的速度差不同，反射振幅的強弱亦不同。圖6 為砂體厚度5m，速度為2 500m／s時，泥巖厚度5m，速度分別為2 800，2 500，2 200，2 000m／s的模型及合成地震道?？梢钥闯?，不論泥巖速度高，還是砂巖速度高，均形成疊合砂包反射。當(dāng)二者速度相同時，振幅值幾乎為0（圖6b）。速度差越大，振幅越強（圖6d）。

由模型正演結(jié)果可知，河道砂體形成的地震反射主要有兩種類型，即單砂體獨立反射和疊合砂包反射。能否形成單砂體獨立反射主要取決于泥巖隔層的厚度，當(dāng)泥巖隔層厚度大于15m 時，砂巖厚度在4m 以上，基本上都可以形成單砂體獨立反射，速度差異大小只是決定著反射振幅的強弱。疊合砂包反射主要形成于砂泥互層的地層當(dāng)中，其反射機理比較復(fù)雜，存在著振幅的“相消”及“相長”現(xiàn)象。振幅的強弱與砂層本身的厚薄、泥巖隔層的厚度及二者的巖性配置、速度差異均密切相關(guān)。相同的沉積背景下，速度差異對振幅強弱起著不可忽視的作用。

圖6 砂巖速度為2 500m／s，泥巖速度不同的模型及合成地震道

4 實際砂體地震反射特征分析

實際地下地質(zhì)條件千變?nèi)f化，地震反射特征更為復(fù)雜。分析認(rèn)為，研究區(qū)河道砂體地震反射特征大致可以分為4類（圖7）。

1）單砂體獨立強反射：在泥包砂配置的地層當(dāng)中，泥巖隔層厚度較大，速度較砂巖偏低，表現(xiàn)為強振幅反射（圖7a）。這類反射主要分布在工區(qū)北部，強振幅多指示砂質(zhì)充填河道，弱振幅代表河漫相及泛濫平原沉積。

2）疊合強反射：在砂、泥呈互層狀分布且地層中含有泥質(zhì)砂巖或砂質(zhì)泥巖時，由于泥質(zhì)砂巖或砂質(zhì)泥巖速度較高，往往容易形成疊合強反射（圖7b）。

圖7 實際井旁地震道反射特征及分類

3）疊合中強—弱反射：在砂泥互層中，厚砂（大于7m）和中等厚度泥巖（7～15m）配置，整體表現(xiàn)為中強—弱的反射振幅特征（圖7c）。

4）疊合弱反射：厚砂（大于7m）和薄的泥巖隔層（5m 以下）配置時，多呈弱反射特征。另外，當(dāng)厚度均小于7m 的砂巖和泥巖互層，由于在不同反射界面發(fā)生干涉相消作用，反射振幅減弱或出現(xiàn)復(fù)波現(xiàn)象（圖7d）。

2）至4）類反射主要分布在工區(qū)的中部和南部，強振幅代表主河道或分流河道砂體，中強或弱振幅除了指示泛濫平原相泥質(zhì)沉積外，還是點砂壩及廢棄河道沉積物的地震響應(yīng)特征。

在反射振幅特征分類基礎(chǔ)上，對實際井鉆遇砂體在地震剖面上對應(yīng)的反射特征進行統(tǒng)計，砂體對應(yīng)強—中強振幅的概率為68%。

5 砂體描述方法探討

研究區(qū)河道砂體單層厚度小于1／4波長，在隱蔽油藏里屬于薄互層的范疇。按照普遍接受的垂向分辨率的識別界限，這樣的砂體在縱向上預(yù)測其厚度和分布是不可能的。曾洪流［12］指出：從儲層幾何形態(tài)來說，約99%的儲層其橫向尺寸（長度、寬度）要明顯大于縱向尺寸（厚度）。對高質(zhì)量的三維數(shù)據(jù)體而言，地震水平分辨率與縱向分辨率近似相等，這也就意味著沉積體的地震成像在水平方向更易分辨。河道砂體通常具有橫向延伸距離長，展布范圍廣的特點。研究表明，研究區(qū)河道砂體寬厚比約為38∶1，長寬比約為9∶1。對這樣的線狀體，在橫向上完全可以利用振幅屬性進行砂體展布特征研究，但是必須明確砂體與振幅之間的對應(yīng)關(guān)系。在河流相沉積體系內(nèi)，河道砂體普遍發(fā)育，只是厚薄不同。由前面的分析可知，研究區(qū)砂體對應(yīng)強振幅反射的概率在70%左右，這些強振幅反射異常通常是主河道砂體（圖8a），運用振幅類屬性可以刻畫砂體分布，但要與相帶特征結(jié)合起來評價。而單一振幅屬性圖中河道輪廓不完整的地方或主河道之外的砂體主要表現(xiàn)為弱振幅反射。對于弱反射砂體，目前還缺乏針對性強的有效描述方法，可以嘗試運用多屬性融合互補的方法［13－14］，強化砂體反射異常區(qū)（如圖8b中虛線所示）。通過該方法，在不同砂層組內(nèi)可以較完整地刻畫河道砂體平面展布特征及空間遷移規(guī)律，結(jié)合沉積相的解釋，選擇有利相帶進行勘探目標(biāo)的優(yōu)選。

圖8 河道砂體單一振幅屬性（a）和分頻處理后多屬性融合結(jié)果（b）

6 結(jié)束語

墾東1地區(qū)館陶組上段河道砂體形成的地震反射主要有兩種類型，即單砂體獨立反射和疊合砂包反射。單砂體獨立反射主要取決于泥巖隔層的厚度，形成于曲流河沉積背景中。在砂、泥巖互層中，砂體主要形成疊合砂包反射。

正演模擬結(jié)果表明，影響河道砂體反射振幅強弱的主要因素有儲層與圍巖的厚度及速度差異等，實際砂體反射是這些因素疊加后的綜合反映。一般來說，在泥巖速度和砂巖速度差異大于200m／s以上，較厚砂巖（大于5m）、厚隔層（大于15m）配置形成強反射；厚砂巖（大于7m）、薄隔層（2～5m）配置形成中強或弱反射；薄砂（5m 以下）、薄隔層（2～5m）疊合形成弱反射。在研究區(qū)，砂體表現(xiàn)為強—中強反射振幅的概率約為68%。這也解釋了地震剖面上單純追蹤強同相軸的方法會有部分砂體漏失的原因。由此可知，在墾東1井區(qū)館陶組特定的地震地質(zhì)條件下，針對河道砂體進行井位部署時，不能只瞄準(zhǔn)反射振幅“亮點”，而依靠地質(zhì)分析，選擇有利沉積相帶和油氣運移指向區(qū)尤為重要。即使是弱反射砂體，同樣可能成藏。

墾東1地區(qū)河道砂體地震響應(yīng)特征的正演模擬研究結(jié)果表明，對河道砂體、薄互層砂體等做儲層預(yù)測前，需要從基礎(chǔ)資料統(tǒng)計分析入手，建立正演模型，認(rèn)真分析砂體對應(yīng)的地震反射特征，以便選擇合適的儲層描述技術(shù)。對于呈弱振幅反射的砂體，尚有待在今后的勘探實踐中探尋更加有效的技術(shù)方法，結(jié)合地質(zhì)綜合分析進行預(yù)測和描述。

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