東營(yíng)北帶東部鹽下深層砂礫巖體有效儲(chǔ)層地震識(shí)別

王樹(shù)剛，李紅梅，王 紅，魏 文，江 潔

（中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司物探研究院，山東東營(yíng)257022）

勝利探區(qū)濟(jì)陽(yáng)坳陷為典型的陸相箕狀斷陷盆地，陡坡帶具有山高坡陡、鄰近物源、快速堆積的特點(diǎn)，儲(chǔ)層以各種成因的砂礫巖體為主［1］。隨著當(dāng)前隱蔽油氣藏勘探所占比重越來(lái)越大，古近系深層砂礫巖體的勘探越來(lái)越受到重視。

東營(yíng)凹陷北部陡坡帶（東營(yíng)北帶）沙河街組四段下亞段為間歇式鹽湖相沉積，暗色泥巖比較發(fā)育。通過(guò)FS1，F(xiàn)S2等井的實(shí)鉆證實(shí)，沙四下亞段烴源巖有機(jī)質(zhì)類(lèi)型好、豐度高，而且成熟度高，評(píng)價(jià)為優(yōu)質(zhì)的烴源巖，已進(jìn)入了大量生氣階段。通過(guò)古地形分析，東營(yíng)北帶山高坡陡，來(lái)自北部陳家莊凸起的物源沿古沖溝發(fā)育有大量的近岸水下扇和深水濁積扇，是深層天然氣的有利聚集場(chǎng)所，具有較好的勘探前景。特別是FS1，F(xiàn)8，F(xiàn)S3等井的鉆探成功，更是揭示了該區(qū)深層天然氣勘探的潛力。初步預(yù)測(cè)，東營(yíng)北帶東部深層天然氣資源量達(dá)200×108m3。然而，在FS3井之后相繼部署的FS4，F(xiàn)S5，F(xiàn)S6，F(xiàn)S10，TS4等井雖然在鹽下深層砂礫巖體儲(chǔ)層中見(jiàn)到了不同程度的油氣顯示，但均未獲得工業(yè)產(chǎn)能，反映了當(dāng)前東營(yíng)北帶東部深層砂礫巖體的勘探仍然面臨著較大的困難。

1 存在的問(wèn)題

目前，針對(duì)東營(yíng)北帶鹽下深層砂礫巖體的研究主要集中在成藏主控因素和成藏規(guī)律的認(rèn)識(shí)等方面［2－5］，通過(guò)地震手段對(duì)砂礫巖體有利儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)也取得了較大的進(jìn)展［6－7］，但多集中在剖面預(yù)測(cè)，對(duì)于有效儲(chǔ)層展布的量化預(yù)測(cè)缺少系統(tǒng)的研究，這也是當(dāng)前東營(yíng)北帶東部鹽下深層砂礫巖體研究徘徊不前的重要原因。分析近年實(shí)鉆井資料特別是失利井資料，認(rèn)為當(dāng)前東營(yíng)北帶東部鹽下深層砂礫巖體的勘探主要存在3個(gè)方面的問(wèn)題。

1）砂礫巖體沉積期次劃分不明朗，不能準(zhǔn)確刻畫(huà)單一砂礫巖體儲(chǔ)層。由于東營(yíng)北帶東部深層地震資料相對(duì)較差，只有砂礫巖體的頂面能夠形成較強(qiáng)反射，而砂礫巖體內(nèi)部反射相對(duì)雜亂，砂礫巖體與泥巖間存在相位突變，為砂礫巖體沉積期次的劃分帶來(lái)了困難。

2）速度誤差大，不能有效落實(shí)扇體構(gòu)造形態(tài)。由于鹽下深層砂礫巖體儲(chǔ)層埋深較大，且上覆有較厚的鹽膏地層，僅利用區(qū)域的東營(yíng)速度進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換存在較大誤差，不能有效反映實(shí)際構(gòu)造形態(tài)。而且目前鉆穿深層砂礫巖體儲(chǔ)層的井比較少，利用已知井的實(shí)鉆資料同樣不能對(duì)區(qū)域構(gòu)造進(jìn)行有效的校正。

3）砂礫巖體儲(chǔ)層巖性相對(duì)致密，有效儲(chǔ)層預(yù)測(cè)難度大。據(jù)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，東營(yíng)北帶東部深層砂礫巖的密度為2.4～2.7g／cm3，孔隙度為0.4%～10.0%，巖石較為致密，加大了該區(qū)深層砂礫巖體有效儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)難度。

根據(jù)上述問(wèn)題，結(jié)合實(shí)鉆井資料分析，認(rèn)為影響東營(yíng)北帶東部鹽下深層砂礫巖體勘探效果的最主要原因是采用的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)缺乏針對(duì)性。針對(duì)鹽下深層砂礫巖體條帶窄、巖相變化快、沉積期次劃分難度大的特點(diǎn)，進(jìn)一步開(kāi)展系統(tǒng)的砂礫巖體有效儲(chǔ)層 預(yù)測(cè)研究，確定了新的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)流程（圖1）。

圖1 砂礫巖體有效儲(chǔ)層預(yù)測(cè)流程

2 鹽下砂礫巖體沉積期次劃分

時(shí)頻分析方法是劃分砂礫巖體沉積期次的有效手段之一。時(shí)頻分析的算法較多，比較常用的方法有短時(shí)傅里葉變換法、小波變換法和希爾伯特變換法等［8］。根據(jù)不同算法的特點(diǎn)，選擇采用小波變換法。小波變換是對(duì)短時(shí)傅里葉變換的繼承和發(fā)展，既保留了短時(shí)傅里葉變換的局部化思想，又解決了窗口大小不隨頻率變化的缺陷［9］。小波變換的基本思想來(lái)源于函數(shù)的伸縮和平移，它是通過(guò)基小波函數(shù)的伸縮與平移來(lái)構(gòu)成一系列分辨率不同的正交投影空間及其對(duì)應(yīng)的基［10］，這是小波變換不同于傅里葉變換之所在。正因?yàn)槿绱?，小波變換不再要求信號(hào)平穩(wěn)，這一點(diǎn)在理論和應(yīng)用中都非常重要。

設(shè)x（t）是平方可積函數(shù)，記作x（t）∈L2（R），ψ（t）是基本小波或母小波函數(shù)，ψa，b（t）∈L2（R）為連續(xù)小波。對(duì)任意x（t）∈L2（R），連續(xù)小波正變換為

在實(shí)際工作中，砂礫巖體沉積期次的劃分比較復(fù)雜，需要地震資料時(shí)頻分析結(jié)果和測(cè)井曲線(xiàn)時(shí)頻分析結(jié)果相互驗(yàn)證，以提高準(zhǔn)確性［11］。目前，東營(yíng)北帶東部鹽下深層砂礫巖體的鉆探程度較低，鉆井鉆遇的砂礫巖體厚度都較薄，而且均未鉆穿砂礫巖扇體，測(cè)井信息不完整，為鹽下深層砂礫巖體沉積期次的劃分增加了難度。趙華等［12］和王慶華［13］通過(guò)Wheeler變換對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行小層追蹤與對(duì)比，進(jìn)而對(duì)鹽下砂礫巖體的沉積期次進(jìn)行了劃分。這種方法劃分結(jié)果較為精細(xì)，但對(duì)于地震資料分辨率相對(duì)較低的鹽下砂礫巖體，劃分結(jié)果在地震剖面上不具有可追蹤性。綜合考慮地震資料品質(zhì)和沉積期次劃分的精度要求，我們應(yīng)用小波變換對(duì)地震資料進(jìn)行時(shí)頻分析，由此將東營(yíng)北帶東部鹽下砂礫巖體精細(xì)劃分為6個(gè)沉積期次。通過(guò)連井對(duì)比，基于小波變換時(shí)頻分析方法劃分的各沉積期次更加明確合理。

3 各期次砂礫巖體構(gòu)造形態(tài)落實(shí)

根據(jù)區(qū)域經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換，目的層的預(yù)測(cè)深度與實(shí)鉆深度存在較大誤差，而利用三維速度場(chǎng)能夠還原真實(shí)構(gòu)造形態(tài)［14－15］。為此，我們嘗試了利用疊前偏移速度建立三維平均速度場(chǎng)，然后用三維平均速度場(chǎng)進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換，進(jìn)而落實(shí)各期次砂礫巖體構(gòu)造形態(tài)。

疊前時(shí)間偏移速度在疊加速度基礎(chǔ)上校正了地層傾角等因素的影響，相對(duì)比較準(zhǔn)確。首先用Dix公式將均方根速度轉(zhuǎn)換為層速度，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為平均速度，然后用實(shí)鉆井進(jìn)行校正，得到研究區(qū)的三維平均速度場(chǎng)。利用所建立的三維平均速度場(chǎng)對(duì)研究區(qū)鹽下各沉積期次砂礫巖體分別進(jìn)行了變速成圖。以鉆井資料相對(duì)較多的第2期次扇體為例，與利用區(qū)域經(jīng)驗(yàn)公式時(shí)深轉(zhuǎn)換結(jié)果相比，變速成圖結(jié)果的構(gòu)造形態(tài)更加合理，對(duì)構(gòu)造特征的刻畫(huà)更精細(xì)（圖2）。通過(guò)與FS1，F(xiàn)S3等實(shí)鉆井對(duì)比，平均深度誤差由原來(lái)的1.02%降低到0.15%。

圖2 用區(qū)域經(jīng)驗(yàn)公式（a）和平均速度場(chǎng)（b）所生成的第2期次砂礫巖體構(gòu)造平面分布

4 砂礫巖體有效儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)預(yù)測(cè)

在落實(shí)各期次砂礫巖體構(gòu)造的基礎(chǔ)上，通過(guò)加強(qiáng)巖石物理分析，量化了氣層與非氣層的巖石物理差異，最終實(shí)現(xiàn)了利用疊前彈性參數(shù)反演對(duì)研究區(qū)各期次砂體有效儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)的量化預(yù)測(cè)。

4.1 巖石物理分析

東營(yíng)北帶東部鹽下深層砂礫巖體巖性致密，縱波速度隨著埋深的增大而增大，且明顯大于其上覆圍巖的縱波速度；砂礫巖體含氣以后，縱波速度和密度均有所降低。依據(jù)已知井測(cè)井資料，計(jì)算分析了縱橫波速度比和波阻抗等參數(shù)。結(jié)果表明，氣層的ⅠA一般在12 000～15 000m·s－1·g·m－3，而非氣層的ⅠA一般在13 000～17 000m·s－1·g·m－3，即儲(chǔ)層無(wú)論含氣與否均具有高阻抗的特征；但儲(chǔ)層含氣后vP／vS＜1.7，不含氣時(shí)vP／vS＞1.7，即縱橫波速度比為定量區(qū)分氣層與非氣層提供了巖石物理基礎(chǔ)。

4.2 疊前彈性參數(shù)反演

疊前彈性參數(shù)反演是以Zoeppritz方程為理論基礎(chǔ)的，由于Zoeppritz方程非常復(fù)雜需簡(jiǎn)化使用，比較著名的簡(jiǎn)化式有Aki ＆Richards近似公式和Shuey近 似 公 式［16－17］。 在 前 人 研 究 的 基 礎(chǔ) 上，Whitcombe［18］提出了彈性阻抗方程，即

式中：θ為入射角；vP為縱波速度；vS為橫波速度；ρ為密度；K＝v2P／v2S為常數(shù)，一般取0.25；vP0，vS0和ρ0為歸一化常數(shù)，通常取測(cè)井曲線(xiàn)的平均值。當(dāng)入射角θ＝0時(shí)，ⅠE（0）＝vP0ρ0為波阻抗。

彈性參數(shù)反演可以看作是波阻抗反演的延續(xù)［19－20］，在測(cè)井曲線(xiàn)和初始模型的約束下，分別對(duì)遠(yuǎn)、中、近不同角度的數(shù)據(jù)體進(jìn)行反演；通過(guò)對(duì)比，采用中角度（中心角度為10°）數(shù)據(jù)體反演效果更好。在得到縱、橫波速度體和密度體后，根據(jù)彈性參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)而求得vP／vS和ⅠA等數(shù)據(jù)體。

基于疊前彈性參數(shù)反演得到的vP／vS數(shù)據(jù)體，根據(jù)沉積期次劃分結(jié)果分別提取了各期次砂礫巖體的vP／vS屬性，對(duì)6個(gè)期次砂礫巖體的有效儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)進(jìn)行了平面預(yù)測(cè)（圖3）。根據(jù)巖石物理分析結(jié)果，vP／vS＜1.7的區(qū)域（圖3中藍(lán)色區(qū)域）為有效儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)。從預(yù)測(cè)結(jié)果上看，前4期有效儲(chǔ)層相對(duì)比較發(fā)育，而第5期、第6期由于埋深較大、巖性更致密而有效儲(chǔ)層分布范圍較小。研究區(qū)內(nèi)共預(yù)測(cè)有利圈閉總面積102km2，圈閉天然氣資源量246×108m3（表1）。

圖3 研究區(qū)6個(gè)沉積期次砂礫巖體有效儲(chǔ)層預(yù)測(cè)結(jié)果

表1 研究區(qū)6個(gè)沉積期次砂礫巖體預(yù)測(cè)有利圈閉面積及圈閉天然氣資源量

5 結(jié)束語(yǔ)

東營(yíng)北帶東部鹽下深層砂礫巖體具有較好的成藏條件，是深層氣勘探的重要陣地。針對(duì)該區(qū)鹽下砂礫巖體的特點(diǎn)和勘探制約因素，通過(guò)進(jìn)一步的系統(tǒng)性研究，初步形成了有針對(duì)性的砂礫巖體有效儲(chǔ)層精細(xì)預(yù)測(cè)技術(shù)系列。首先利用小波變換時(shí)頻分析技術(shù)將該區(qū)鹽下砂礫巖體劃分為6個(gè)沉積期次，然后通過(guò)三維平均速度場(chǎng)的建立落實(shí)了各期次砂礫巖體的構(gòu)造特征，最后在巖石物理分析的基礎(chǔ)上利用疊前彈性參數(shù)反演對(duì)各期次砂礫巖體的有效儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)進(jìn)行了量化預(yù)測(cè)。通過(guò)砂礫巖體有效儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，共落實(shí)有利圈閉面積102km2，天然氣圈閉資源量246×108m3。隨著勘探部署的逐步實(shí)施，預(yù)計(jì)將控制東營(yíng)北帶東部鹽下深層天然氣資源量180×108m3，使得東營(yíng)北帶東部地區(qū)成為勝利油田首個(gè)上報(bào)深層氣儲(chǔ)量的區(qū)塊。

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