碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)層“弱反射”特征的地震多屬性識(shí)別

李 弘,竇之林,王世星,唐金良,朱 童

(1.中國(guó)石油化工股份有限公司石油物探技術(shù)研究院,江蘇南京211103;2.中國(guó)石油化工股份有限公司西北油田分公司,新疆烏魯木齊830011;3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢),湖北武漢430074)

油氣勘探實(shí)踐表明,世界上50%以上的油氣賦存于碳酸鹽巖儲(chǔ)層中[1]。近年來(lái),在我國(guó)鄂爾多斯盆地、塔里木盆地、渤海灣盆地、四川盆地的碳酸鹽巖儲(chǔ)層中相繼發(fā)現(xiàn)了大、中型油氣田,油氣勘探開(kāi)發(fā)取得重大進(jìn)展[2-4]。

塔河油田位于塔里木盆地北部,其構(gòu)造單元屬沙雅隆起中段南翼阿克庫(kù)勒凸起[5]。塔河油田的主要產(chǎn)層為中下奧陶統(tǒng)鷹山組碳酸鹽巖儲(chǔ)層,由于受到后期多期次強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、巖溶作用和成巖作用疊加改造,該段儲(chǔ)層中形成了分布極不均勻、非均質(zhì)性極強(qiáng)的縫洞型巖溶系統(tǒng)[6-7]。儲(chǔ)集空間主要有洞穴、孔洞和裂縫,儲(chǔ)集滲透空間幾何形態(tài)多樣,大小懸殊,分布不均[8]。據(jù)鉆井、錄井、巖心觀察和測(cè)井、地震資料分析研究的認(rèn)識(shí),中下奧陶統(tǒng)鷹山組碳酸鹽巖儲(chǔ)層主要分為3種類型:大型溶洞型、裂縫-孔洞型和裂縫型[9]。

碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)層的地震反射特征差異除了受地震資料質(zhì)量的影響外,主要與縫洞體的形態(tài)、尺度范圍、組合形式、充填程度、距不整合面距離以及其它地質(zhì)因素(如地層產(chǎn)狀、構(gòu)造部位等)有關(guān)。儲(chǔ)層段地震反射特征的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明,塔河油田縫洞型儲(chǔ)層主要表現(xiàn)為3類地震反射特征:“串珠狀”反射、雜亂強(qiáng)反射和弱反射特征。呈“串珠狀”反射特征的縫洞儲(chǔ)層作為塔河油田有利勘探目標(biāo)早已成為共識(shí),且研究也較為深入;對(duì)于呈雜亂強(qiáng)反射的縫洞儲(chǔ)層前人也多有研究,亦有相應(yīng)的識(shí)別方法;而對(duì)于“弱反射”特征以往多被忽視,對(duì)該類儲(chǔ)層的識(shí)別研究尚不夠深入。

分析塔河油田縫洞型儲(chǔ)層段地震資料可知,“弱反射”特征主要可分為雜亂弱反射、均勻弱反射和“紅波谷”反射3種類型。隨著油田勘探開(kāi)發(fā)的不斷深入與拓展,尤其是THX1井、THX6H井等以“紅波谷”為目標(biāo)層的探井,以及THS8井、THX7井等以雜亂弱反射為目標(biāo)層的探井相繼見(jiàn)工業(yè)油流,證明了“弱反射”儲(chǔ)層的油氣勘探潛力。因此,亟需加強(qiáng)對(duì)塔河油田縫洞型儲(chǔ)層“弱反射”特征的研究與認(rèn)識(shí),以指導(dǎo)后續(xù)的勘探工作。

1 縫洞型儲(chǔ)層“弱反射”特征正演模擬

塔河油田THX1井位于10區(qū)東THT8和THT2井區(qū)南北向斷裂帶之間的斜坡部位,構(gòu)造條件有利,2012年建產(chǎn)并表現(xiàn)出一定的產(chǎn)能。據(jù)成像測(cè)井解釋,該井儲(chǔ)層段廣泛發(fā)育構(gòu)造裂縫及溶蝕孔。地震資料顯示該井儲(chǔ)層段主要地震反射特征為相對(duì)弱反射能量,寬波谷平行于上層不整合面,表現(xiàn)為地震反射波的“紅波谷”特征(圖1),相對(duì)于鄰區(qū)多口高產(chǎn)井的“串珠狀”地震反射特征,其地震響應(yīng)關(guān)系特殊。

圖1 THX1井的“紅波谷”反射特征

為探索“弱反射”特征與縫洞儲(chǔ)層類型間的關(guān)系,建立了縫洞儲(chǔ)層數(shù)值模型(圖2,圖3),通過(guò)正演模擬研究縫洞儲(chǔ)層的“弱反射”與“紅波谷”反射特征形成原因,為進(jìn)一步的識(shí)別研究奠定理論基礎(chǔ)。

圖2a所示的縫洞模型1背景為均質(zhì)塊狀碳酸鹽巖,水平方向上高阻抗的孔洞發(fā)育帶兩側(cè)分布有低阻抗的縫洞帶,其詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表1;圖3a所示的縫洞模型2為層狀碳酸鹽巖圍巖中發(fā)育相對(duì)較低阻抗的縫洞儲(chǔ)層,其詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表2;圖4a是根據(jù)“紅波谷”反射特征的成像測(cè)井結(jié)果設(shè)計(jì)的不同縫洞儲(chǔ)集體模型,分別為致密巖性中的垂直裂縫發(fā)育帶模型、水平裂縫發(fā)育帶模型及孔洞發(fā)育帶隨機(jī)介質(zhì)模型,其對(duì)應(yīng)的詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表3,其中孔洞發(fā)育帶縱、橫波速度及密度值呈隨機(jī)分布,其值略小于圍巖。

對(duì)圖2a,圖3a及圖4a所示3個(gè)數(shù)值模型的正演計(jì)算采用35Hz的Ricker子波和基于波動(dòng)方程的正演模擬算法,所獲結(jié)果的地震疊加剖面分別見(jiàn)圖2b、圖3b及圖4b所示。正演模擬結(jié)果重現(xiàn)了縫洞儲(chǔ)層的“弱反射”特征:①由圖2b可見(jiàn),在塊狀致密碳酸鹽巖地層中,低阻抗縫洞儲(chǔ)層間的相對(duì)較高阻抗孔洞發(fā)育帶會(huì)形成弱雜亂反射,而此時(shí)雜亂弱反射兩側(cè)儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能要優(yōu)于弱反射位置;②由圖3b可見(jiàn),碳酸鹽巖內(nèi)幕存在弱的阻抗界面,在這些層狀界面內(nèi)發(fā)育較大型縫洞帶,當(dāng)縫洞帶阻抗值亦較低時(shí),會(huì)影響層狀界面的同相軸成像,使得縫洞位置地震波場(chǎng)形成雜亂弱反射特征,指示較好的縫洞儲(chǔ)集空間;③由圖4b可見(jiàn),在均一塊狀碳酸鹽巖地層中發(fā)育水平方向延伸較長(zhǎng)的縫孔發(fā)育帶(相對(duì)圍巖阻抗稍低)時(shí),易于形成“紅波谷”反射特征。

表1 縫洞模型1參數(shù)

圖2 縫洞模型1(a)及其正演模擬疊加剖面(b)

圖3 縫洞模型2(a)及其正演模擬疊加剖面(b)

圖4 模擬“紅波谷”反射特征的數(shù)值模型(a)及相應(yīng)的正演模擬疊加剖面(b)

表2 縫洞模型2參數(shù)

表3 模擬“紅波谷”反射特征的數(shù)值模型參數(shù)

2 “弱反射”特征的地震屬性識(shí)別研究

地震屬性是指地層中儲(chǔ)層物性和充填流體性質(zhì)的空間變化所造成地震波速度、振幅、頻率等的相應(yīng)變化在數(shù)學(xué)上的表現(xiàn)[10],它是利用地震資料描述、刻畫地層結(jié)構(gòu)、巖性以及物性等信息的可量化的地震特征量[11]。只要儲(chǔ)層或流體性質(zhì)變化的特征參數(shù)達(dá)到某一程度,地震數(shù)據(jù)就會(huì)有所反映,表現(xiàn)為波形、能量、頻率、相位等一系列基于幾何的、運(yùn)動(dòng)學(xué)的、動(dòng)力學(xué)或統(tǒng)計(jì)特征的變化[12]?？p洞型儲(chǔ)層“串珠狀”反射特征的地震屬性識(shí)別方法較多且相對(duì)成熟,如振幅變化率、強(qiáng)振幅聚類、衰減等等。針對(duì)“弱反射”特征,我們?cè)噲D通過(guò)相應(yīng)的測(cè)試尋找最優(yōu)的地震屬性,指導(dǎo)該類儲(chǔ)層的識(shí)別與預(yù)測(cè)。

2.1 反射結(jié)構(gòu)屬性

從獨(dú)立單道的角度來(lái)講,地震振幅或波形是具有有限帶寬的能量信號(hào)經(jīng)大地濾波器延遲后的脈沖響應(yīng)。而大地濾波器的作用對(duì)不同頻率的信號(hào)響應(yīng)特征各有差異,不同的響應(yīng)信號(hào)同時(shí)也反映了不同的地下地質(zhì)特征,即地下地質(zhì)目標(biāo)的存在或相互組合關(guān)系。從空間多道的角度來(lái)看,這種響應(yīng)既有關(guān)聯(lián)及相似的特征,又有突變及階躍的性質(zhì)。地下地質(zhì)特征的多樣性及波動(dòng)響應(yīng)的囊括特征,使得人們只憑視覺(jué)及感知難以勝任客觀波場(chǎng)的復(fù)雜性分析。

通過(guò)資料處理去除對(duì)目標(biāo)表征貢獻(xiàn)率低、相關(guān)性小的信號(hào)成份,可以突出有效信息。如“三瞬”振幅、平均振幅、門檻值振幅提取,以及比例放大∕縮小、波形箱化、分頻濾波、調(diào)幅載波等數(shù)學(xué)運(yùn)算所生成的結(jié)果都能夠突出溶洞反射特征。通過(guò)對(duì)地震資料開(kāi)展反射特征及反射結(jié)構(gòu)提取分析,弱反射縫洞儲(chǔ)層異常不明顯,如THX1井“紅波谷”地震反射結(jié)構(gòu)屬性相比周圍有一定的異常,但并不明顯(圖5)。

2.2 衰減屬性

理論研究表明,與致密圍巖相比,當(dāng)儲(chǔ)層中存在溶孔、斷層/裂縫等以及含有流體時(shí)都會(huì)引起地震波的散射和地震能量的衰減。地震波在聚集了油氣的儲(chǔ)層中傳播時(shí),對(duì)高頻成分的吸收能力更強(qiáng)[13]。基于儲(chǔ)層含油氣后對(duì)頻率的敏感性,分析了THX1井點(diǎn)儲(chǔ)層位置的地震資料頻率及頻率累計(jì)能量曲線(圖6)。由圖6可見(jiàn),縫洞儲(chǔ)層“紅波谷”反射表現(xiàn)出明顯的低頻能量增強(qiáng)、高頻能量衰減現(xiàn)象。

圖5 THX1井“紅波谷”反射特征(a)及反射結(jié)構(gòu)屬性(b)

圖6 THX1井儲(chǔ)層位置的地震頻譜曲線(a)及頻率累計(jì)能量曲線(b)

根據(jù)儲(chǔ)層段地震資料頻率所表現(xiàn)出的這一變化特征,開(kāi)展了頻率衰減屬性計(jì)算,結(jié)果見(jiàn)圖7所示。由圖7可以看出,“弱反射”儲(chǔ)層具有明顯的頻率衰減屬性異常,THX1井區(qū)的縫洞油氣富集帶明顯分布于頻率衰減高值區(qū),從剖面和平面中均能準(zhǔn)確地將這種“紅波谷”儲(chǔ)層識(shí)別出來(lái)。由此證實(shí)了運(yùn)用頻率衰減屬性尋找“紅波谷”反射特征儲(chǔ)層的可行性。

圖7 頻率衰減屬性識(shí)別THX1井區(qū)“紅波谷”反射特征的縫洞儲(chǔ)層a 原始地震剖面及頻率衰減屬性剖面; b 頻率衰減屬性平面切片

2.3 反射強(qiáng)度調(diào)諧累計(jì)頻率衰減屬性

Taner等提出了反射強(qiáng)度和瞬時(shí)頻率的概念[14]。反射強(qiáng)度是獨(dú)立于相位的絕對(duì)振幅;瞬時(shí)頻率是相位變化的次數(shù),取決于地震資料的帶寬和地層的厚度。Radovich等利用反射強(qiáng)度與瞬時(shí)頻率的均方根比值發(fā)現(xiàn)了碎屑巖地層中的孤立砂體[15]。根據(jù)塔河油田縫洞型儲(chǔ)層“紅波谷”反射特點(diǎn),在頻率衰減屬性分析的基礎(chǔ)上,基于反射能量強(qiáng)度和頻率累計(jì)能量曲線低頻敏感段的高端頻率(圖6b中右邊的A點(diǎn)),實(shí)現(xiàn)了反射強(qiáng)度調(diào)諧累計(jì)頻率衰減屬性提取,其具體計(jì)算是采用反射強(qiáng)度N與頻率累計(jì)能量曲線低頻敏感段高端頻率衰減QfA相乘來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用地震資料的反射強(qiáng)度調(diào)諧累計(jì)頻率衰減屬性不但能夠較好地刻畫儲(chǔ)層發(fā)育位置的“紅波谷”反射特征,同時(shí)也突出了“弱反射”周圍的“串珠狀”反射特征(圖8)。

對(duì)塔河油田具有相同反射特征的地震資料進(jìn)行反射強(qiáng)度調(diào)諧累計(jì)頻率衰減屬性計(jì)算與分析,證明了該屬性對(duì)于THX1井區(qū)之外“紅波谷”特征的縫洞儲(chǔ)層識(shí)別同樣具有有效性(圖9);THX7井區(qū)“弱反射”特征縫洞儲(chǔ)層的識(shí)別結(jié)果(圖10)表明,該屬性對(duì)于其他“弱反射”特征的縫洞儲(chǔ)層類型亦具有較好的識(shí)別能力。

圖8 THX1井區(qū)“紅波谷”反射特征的反射強(qiáng)度調(diào)諧累計(jì)頻率衰減屬性a 原始地震剖面及反射強(qiáng)度調(diào)諧累計(jì)頻率衰減屬性剖面; b 反射強(qiáng)度調(diào)諧累計(jì)頻率衰減屬性平面切片

圖9 其它井區(qū)“紅波谷”反射特征儲(chǔ)層段原始地震剖面及反射強(qiáng)度調(diào)諧累計(jì)頻率衰減屬性剖面(井軌跡中的綠色段表示測(cè)井解釋儲(chǔ)層位置)

圖10 THX7井區(qū)“弱反射”特征儲(chǔ)層段原始地震剖面及反射強(qiáng)度調(diào)諧累計(jì)頻率衰減屬性剖面

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

常規(guī)的振幅類地震屬性對(duì)呈“串珠狀”反射特征的縫洞型儲(chǔ)層預(yù)測(cè)具有明顯的效果,但對(duì)呈“弱反射”特征的縫洞儲(chǔ)層卻難以有效識(shí)別。為研究地震“弱反射”特征與碳酸鹽巖縫洞儲(chǔ)層的相關(guān)性,建立了幾種不同類型的縫洞儲(chǔ)層數(shù)值模型。正演模擬結(jié)果表明,在塊狀致密碳酸鹽巖地層中,當(dāng)縫洞發(fā)育帶在水平方向有較長(zhǎng)延伸時(shí),不同阻抗的縫洞儲(chǔ)層發(fā)育帶是形成弱反射的主要因素;而層狀地層內(nèi)發(fā)育的較大型縫洞發(fā)育帶亦能形成地震弱反射特征?！叭醴瓷洹碧卣骺p洞儲(chǔ)層段的頻譜分析結(jié)果呈現(xiàn)出明顯的低頻增強(qiáng)、高頻衰減現(xiàn)象。實(shí)鉆井結(jié)果約束下的地震資料測(cè)試研究證實(shí),采用反射強(qiáng)度屬性與頻率衰減屬性相結(jié)合的思路構(gòu)建的反射強(qiáng)度調(diào)諧累計(jì)頻率衰減屬性,能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)“串珠狀”和“弱反射”特征的縫洞儲(chǔ)層進(jìn)行有效識(shí)別,且可以在全區(qū)推廣應(yīng)用,為塔河油田“弱反射”特征的縫洞型儲(chǔ)層預(yù)測(cè)和勘探開(kāi)發(fā)部署提供參考依據(jù)。

參 考 文 獻(xiàn)

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