三維區(qū)卡拉沙依組砂泥巖段地震反演儲(chǔ)層識(shí)別

許璟，蒲仁海

(1.延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075；2.大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 西北大學(xué)，陜西 西安 710069）

引言

研究區(qū)位于塔里木盆地塔中地區(qū)卡塔克隆起西傾末端的卡1區(qū)塊內(nèi)，北與阿瓦提坳陷、西與巴楚隆起相臨，東與塔中Ⅰ號(hào)斷裂帶、南與塔中Ⅱ號(hào)斷裂帶相臨（圖 1）。塔中地區(qū)處于環(huán)滿加爾、阿瓦提及塘古巴斯復(fù)式油氣系統(tǒng)交匯疊合部位，是塔里木盆地油氣富集區(qū)，目前發(fā)現(xiàn)程度較低，具有巨大的勘探潛力。卡1區(qū)塊是中石化在塔中地區(qū)新登記的重點(diǎn)勘探區(qū)塊之一[1]。盆地石炭系含油氣砂巖儲(chǔ)層段主要分布于卡拉沙依組砂泥巖段，近年來(lái)有多口井在該儲(chǔ)層段中已獲工業(yè)油氣流或見(jiàn)到較好的油氣顯示[2]。從各井鉆遇的儲(chǔ)層來(lái)看，卡1區(qū)塊卡拉沙依組砂泥巖段砂、泥巖相互疊置，砂巖平面變化較快，儲(chǔ)層非均質(zhì)

圖1 塔中地區(qū)卡1三維區(qū)位置

性較強(qiáng),有利于形成巖性油氣藏，但目前還未作為一個(gè)單獨(dú)的開發(fā)層系進(jìn)行開發(fā)，因此研究?jī)?chǔ)層砂體的的空間展布規(guī)律是解決該段油藏勘探開發(fā)問(wèn)題的關(guān)鍵。

前期對(duì)塔里木盆地臺(tái)盆區(qū)卡拉沙依組砂泥巖段的沉積環(huán)境及古鹽度的研究工作表明，該段儲(chǔ)層在塔中地區(qū)發(fā)育陸相的三角洲—河流相沉積[3-4]。在前期工作的基礎(chǔ)上，利用測(cè)井約束地震反演技術(shù)對(duì)該段在塔中卡1三維區(qū)的儲(chǔ)層砂體平面展布進(jìn)行詳細(xì)的刻畫，為勘探開發(fā)井位部署提供重要的依據(jù)。

1 研究區(qū)進(jìn)行測(cè)井約束地震反演的可行性分析

通過(guò)研究區(qū)三維地震資料頻譜的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，目的層主頻為30～35Hz。受地震頻帶寬度的限制，采用普通地震資料直接進(jìn)行反演，如利用振幅等屬性來(lái)識(shí)別儲(chǔ)層，其分辨率和精度均不適合油田薄砂層的勘探開發(fā)。而測(cè)井約束三維地震反演技術(shù)是以地震精細(xì)解釋層位為依據(jù)，利用測(cè)井中所得的聲波時(shí)差、密度、自然伽瑪?shù)葏?shù)作為反演地震數(shù)據(jù)體的約束條件，采用模型優(yōu)選迭代擾動(dòng)算法，從井點(diǎn)出發(fā)內(nèi)插外推，形成初始波阻抗模型，再不斷修改地質(zhì)模型，使由模型正演得到的合成地震數(shù)據(jù)與實(shí)際地震數(shù)據(jù)相吻合，進(jìn)而得到最終的反演結(jié)果[5-7]。因此測(cè)井約束地震反演可將測(cè)井垂向上的高分辨率與地震在橫向上的連續(xù)性相結(jié)合。根據(jù)Stephens等[8]的研究，用測(cè)井約束的地震反演可識(shí)別1/3調(diào)諧厚度的薄層，這意味著利用測(cè)井約束的地震反演可大大提高對(duì)薄層砂體的預(yù)測(cè)精度。

卡拉沙依組自下而上可劃分為：泥巖段、砂泥巖段及含灰?guī)r段，其中砂泥巖段為主要儲(chǔ)層段。研究區(qū)卡拉沙依組砂泥巖段主要發(fā)育灰色、褐色中—粗砂巖，細(xì)砂巖夾泥巖，個(gè)別井（中16、中1井）地處火山口附近，還發(fā)育火山巖（圖2）。

圖2 卡1三維區(qū)卡拉沙依組砂泥巖段連井地層剖面

波阻抗是巖層波速與密度的乘積，從研究區(qū)6口鉆井的測(cè)井曲線上看（圖2），砂、泥巖的聲波時(shí)差值集中在 250～340μ s/m，聲波時(shí)差測(cè)井曲線不能有效地區(qū)分砂、泥巖；但砂泥巖與火山巖聲波時(shí)差差異較大，火山巖的聲波時(shí)差值明顯變小[9]，一般為160～240μ s/m，可與砂泥巖區(qū)分。因此在研究區(qū)，波阻抗反演較難對(duì)砂、泥巖進(jìn)行有效的判別，但可明顯的識(shí)別出火山巖。而自然伽馬反映了巖層的放射性強(qiáng)度，其主要取決于巖層的泥質(zhì)含量。從鉆井的自然伽馬測(cè)井曲線上看，砂體與泥巖的自然伽馬差異較大，砂巖的自然伽馬為相對(duì)低值，可明顯與泥巖區(qū)分。

波阻抗地震反演是相對(duì)成熟的地震反演技術(shù)，應(yīng)用較為廣泛[10-11]。而在波阻抗和其他參數(shù)反演中，作為主因子之一的自然伽馬反演數(shù)據(jù)體對(duì)儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)和砂體形態(tài)的識(shí)別具有良好的效果[12]。在測(cè)井約束地震反演中，地震道是由不同權(quán)重因子的速度、密度及自然伽馬測(cè)井主分量的非線性擬合而得，反演出的自然伽馬數(shù)據(jù)體不是簡(jiǎn)單的井間線性內(nèi)插，而相當(dāng)于從振幅道中反推出一個(gè)自然伽馬主分量，因此可信度較高[13]。

綜上所述，在本次反演思路制丁上，將測(cè)井約束三維地震波阻抗和自然伽馬反演兩者結(jié)合，可有效區(qū)分研究區(qū)目的層段非儲(chǔ)層泥巖及局部發(fā)育的火山巖，對(duì)砂巖儲(chǔ)層進(jìn)行有效識(shí)別。反演過(guò)程在Jason軟件中完成。

2 測(cè)井約束地震反演的主要流程

2.1 測(cè)井曲線歸一化處理

由于測(cè)井時(shí)采用的儀器類型及測(cè)井時(shí)間等因素的影響，往往會(huì)產(chǎn)生誤差[14-15]，應(yīng)對(duì)不同鉆井測(cè)得的聲波時(shí)差、自然伽馬測(cè)井曲線進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。由于石炭系小海子組灰?guī)r段在整個(gè)研究區(qū)內(nèi)有穩(wěn)定的沉積，致密純灰?guī)r段的聲波時(shí)差、自然伽馬的最小值基本一致并且穩(wěn)定，故以此作為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)井曲線進(jìn)行歸一化處理。選用直方圖法，對(duì)研究區(qū)6口井的灰?guī)r標(biāo)志層分別作聲波時(shí)差、自然伽馬曲線的直方圖，統(tǒng)計(jì)最小值，結(jié)果顯示這6口井的純灰?guī)r標(biāo)志層聲波時(shí)差最小值平均為164.4μs/m，自然伽馬值最小值平均為17.1API。然后對(duì)這6口井聲波時(shí)差、自然伽馬測(cè)井曲線進(jìn)行偏移校正，將曲線輸出，作為反演測(cè)井曲線的輸入。

2.2 子波提取與合成記錄制作

卡1三維區(qū)地震資料目的層主頻為30Hz，地震原始的純波帶資料為正極性，因此制做合成記錄時(shí)，提取的應(yīng)是正極性子波（接近零相位的子波）。且每口井的子波不能有太大差異，最后反演時(shí)參考的是每口井的平均子波。因此通過(guò)對(duì)比分析波組關(guān)系及相關(guān)性，在研究區(qū)層位標(biāo)定過(guò)程中首先采用主頻為30Hz的零相位子波，最終區(qū)內(nèi)6口鉆井完成層位標(biāo)定的子波形態(tài)相似，有效頻帶較寬，在有效頻帶內(nèi)相位接近0°，表明子波估算準(zhǔn)確。

在制作合成記錄過(guò)程中，為了準(zhǔn)確卡取標(biāo)志層，井旁道與合成道的對(duì)比分別在目的層的基礎(chǔ)上向上、向下延伸。根據(jù)每口井提取的子波與聲波測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)分別制作合成記錄，調(diào)節(jié)時(shí)深關(guān)系曲線,通過(guò)交互迭代，直到合成地震記錄與井旁實(shí)際地震資料達(dá)到最佳匹配。

2.3 初始波阻抗模型的建立

基于精細(xì)標(biāo)定并追蹤好的地震層位及該區(qū)沉積模式建立的地層格架模型，利用區(qū)內(nèi)所有井的聲波時(shí)差、密度測(cè)井曲線約束井點(diǎn)處的波阻抗變化，建立接近地層情況的初始波阻抗模型。通過(guò)對(duì)多種Jason內(nèi)插方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn),由于研究區(qū)內(nèi)鉆井較少，因此選擇“局部加權(quán)法”來(lái)建立初始波阻抗模型。

2.4 測(cè)井約束反演

Jason軟件中可用于自然伽瑪反演的有測(cè)井反演（InverMod）和地質(zhì)統(tǒng)計(jì)模擬（StatMod）2個(gè)反演模塊。而地質(zhì)統(tǒng)計(jì)模擬需要大量的鉆井，否則沒(méi)有統(tǒng)計(jì)效應(yīng)。根據(jù)研究區(qū)內(nèi)有6口鉆井及井位分布情況，選擇測(cè)井反演模塊（InverMod）較為合理。通過(guò)主因子分析、模型估算及正、反演迭代等，得到與實(shí)際地質(zhì)體最接近的地質(zhì)模型，獲得了研究區(qū)目的層的波阻抗和自然伽馬數(shù)據(jù)體，為后續(xù)儲(chǔ)層識(shí)別提供了重要的屬性信息。

3 反演結(jié)果分析

根據(jù)砂巖儲(chǔ)層識(shí)別結(jié)果，選擇波阻抗、自然伽瑪進(jìn)行反演。由于反演過(guò)程中加入了測(cè)井高頻信息，反演剖面分辨率明顯增高。為了利用該反演結(jié)果計(jì)算出砂巖含量與砂巖厚度，首先統(tǒng)計(jì)分析卡 1三維區(qū)卡拉沙依組砂泥巖段的聲波時(shí)差和自然伽馬等測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)與砂巖含量的關(guān)系。第一步用目的層的自然伽馬比值大致計(jì)算泥質(zhì)含量，其值為[16]：

式中：GR為自然伽馬值，API；GRmin為自然伽馬最小值，API；GRmax為自然伽馬最大值，API；β為自然伽馬相對(duì)值；Vsh為泥質(zhì)含量。

然后對(duì)研究區(qū)6口鉆井，以聲波時(shí)差（AC）、自然伽馬（GR）和泥質(zhì)含量（Vsh）作X、Y、Z軸三元交會(huì)圖（圖3）。圖中顯示聲波時(shí)差很難區(qū)分砂泥巖。根據(jù)交會(huì)圖可確定研究區(qū)目的層泥質(zhì)含量（Vsh）小于20%的砂巖儲(chǔ)層分布區(qū)的自然伽馬上限值大多在75 API左右。

圖3 卡1三維區(qū)卡拉沙依組砂泥巖段鉆井AC/GR/Vsh交匯圖

最后根據(jù)上述分析所得的判別砂巖儲(chǔ)層的標(biāo)準(zhǔn)，即自然伽馬值小于或等于 75 API，提取自然伽馬反演數(shù)據(jù)體對(duì)應(yīng)目的層的百分含量，可作為砂巖儲(chǔ)層的百分含量。砂巖儲(chǔ)層百分含量與該目的層段厚度的乘積即是該段的砂巖儲(chǔ)層厚度，其中該目的層段的厚度約為小層時(shí)間厚度（單位為ms）的1/2與砂層速度的乘積，經(jīng)統(tǒng)計(jì)研究區(qū)內(nèi)砂層速度平均為3700m/s。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)測(cè)井、錄井等資料，經(jīng)過(guò)人工統(tǒng)計(jì)區(qū)內(nèi)鉆井的砂巖百分含量和厚度（表1）作為校正控制點(diǎn)，即可得出目的層的砂巖厚度平面圖（圖 4），圖中鉆井號(hào)旁數(shù)字為人工統(tǒng)計(jì)的該鉆井砂巖厚度值（單位為m）。

表1 人工統(tǒng)計(jì)卡1三維區(qū)鉆井砂巖厚度

圖4 自然伽馬反演卡拉沙依組砂泥巖段砂巖厚度

圖5 卡拉沙依組砂泥巖段波阻抗反演

由于目的層在研究區(qū)局部地區(qū)出現(xiàn)火山巖（如中1、中16井）（圖2），而火山巖的自然伽馬值較低，與砂巖較難分開，而高速火山巖與低速砂泥巖的波阻抗差異很大。因此可在自然伽馬反演結(jié)果的基礎(chǔ)上，綜合波阻抗反演結(jié)果，剔除掉反映火山巖的高波阻抗區(qū)，從而才能較準(zhǔn)確的反應(yīng)砂巖儲(chǔ)層的展布情況。卡1三維區(qū)對(duì)波阻抗數(shù)據(jù)體提地震屬性時(shí)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的相對(duì)波阻抗的反演平面圖（圖5）顯示，中1、中16井及其周邊地區(qū)波阻抗值明顯偏大，與鉆井資料相吻合，因此從該圖上可把呈亮藍(lán)色的高波阻抗火山巖識(shí)別出來(lái)，進(jìn)而在自然伽馬反演計(jì)算的砂巖厚度平面圖上分離出火山巖。

結(jié)合自然伽馬與波阻抗反演結(jié)果可以看出（圖4）：①該段砂巖在研究區(qū)的東南部較為發(fā)育，可見(jiàn)物源主要來(lái)自東南方；②盆地臺(tái)盆區(qū)該段的沉積環(huán)境研究結(jié)果表明塔中地區(qū)發(fā)育三角洲—河流相沉積[3-4]，在研究區(qū)砂體呈朵葉狀分布，可能為來(lái)自東南的三角洲朵體，三角洲朵體由多個(gè)分流河道組成，向北西方砂體厚度明顯減少，這與該段在盆地臺(tái)盆區(qū)東南部代表的沖積扇—河流相區(qū)域沉積環(huán)境相符合[3-4]；③由于該段地層較厚，砂體發(fā)育區(qū)內(nèi)砂巖累加厚度較大，多在50m以上，因此圖4中顯示的分流河道應(yīng)為多期河道疊加而成；④反演結(jié)果與井點(diǎn)一致性較好（表1，圖4），如在分流河道上有鉆遇的塔中46井，其砂巖百分含量約為47%，砂巖累計(jì)厚度達(dá)70m，單砂層厚度不均，而向北有鉆遇的中12井、中17井、中11井砂巖百分含量、砂巖累加厚度逐漸變小，與反演結(jié)果基本吻合。

4 結(jié)論

（1）在塔中地區(qū)卡 1三維地震工區(qū)，對(duì)于局部發(fā)育火山巖的卡拉沙依組砂泥巖段，利用測(cè)井約束三維地震波阻抗與自然伽馬反演相結(jié)合的方法，能有效區(qū)分出非儲(chǔ)層泥巖及區(qū)內(nèi)火山巖，可對(duì)砂巖儲(chǔ)層的厚度及展布情況進(jìn)行有效預(yù)測(cè)。

（2）基于反演結(jié)果所計(jì)算出的砂巖厚度橫向變化明顯，與井點(diǎn)統(tǒng)計(jì)砂厚吻合較好。研究區(qū)的東南部砂體較為發(fā)育，可能為來(lái)自東南方的三角洲朵體，砂體呈朵葉狀分布，三角洲朵體由多個(gè)分流河道組成，分流河道應(yīng)為多期河道疊加而成，砂體厚度向西北方明顯變薄，顯示其物源可能來(lái)自東南方向。

（3）卡拉沙依組砂泥巖段在塔河油田油氣顯示十分普遍，綜合利用測(cè)井約束地震波阻抗與自然伽馬反演進(jìn)行儲(chǔ)層識(shí)別的方法與結(jié)果對(duì)在塔中地區(qū)尋找中大型油氣藏具有重要的參考意義。

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