濟(jì)陽坳陷灘壩砂巖地球物理勘探技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀

曲志鵬 潘興祥 吳明榮(中石化勝利油田分公司 物探研究院，山東 東營(yíng)257022)

0 引言

“十一五”以來，勝利油田在“精細(xì)勘探東部穩(wěn)定基礎(chǔ)，創(chuàng)新突破西部實(shí)現(xiàn)發(fā)展”的整體工作思路的指導(dǎo)下，東部探區(qū)巖性油藏勘探取得了豐碩的成果，其中以灘壩砂巖油藏最為典型，通過科研攻關(guān)，在東營(yíng)南坡、車鎮(zhèn)、沾化、惠民等地區(qū)均發(fā)現(xiàn)了規(guī)模區(qū)塊，累計(jì)探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量2.1億噸，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益[1-2]。

針對(duì)灘壩砂巖油藏的勘探難點(diǎn)，研發(fā)形成了系統(tǒng)的技術(shù)系列：①研發(fā)高精度古地貌恢復(fù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了古地貌背景的準(zhǔn)確恢復(fù)；②應(yīng)用正演模型技術(shù)，明確了灘壩砂巖的地球物理響應(yīng)特征，建立了灘壩砂巖地震響應(yīng)特征與地震識(shí)別模式；③根據(jù)不同區(qū)帶灘壩砂巖發(fā)育的具體特點(diǎn)，開發(fā)了針對(duì)性的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)描述方法[3]。上述研究成果，對(duì)深化了老區(qū)勘探的技術(shù)方法，保持了勝利油田東部探區(qū)勘探的穩(wěn)定發(fā)展，具有較高的借鑒、推廣意義。

1 灘壩砂巖地球物理特征

灘壩砂巖儲(chǔ)層廣泛發(fā)育于斷陷盆地緩坡帶，具有薄互層的巖性組合特點(diǎn)，儲(chǔ)層單層厚度薄、橫向變化快，灰質(zhì)、白云質(zhì)成分含量普遍較高，客觀上增加了儲(chǔ)層描述的難度[4-5]。東營(yíng)凹陷灘壩砂體埋深在2000～4050米之間，單砂體一般厚3～5米，最大厚度可達(dá)15米。

壩砂厚度相對(duì)較大時(shí)，比較容易識(shí)別；灘砂地震相特征不明顯，地震常規(guī)剖面上很難識(shí)別。地層灰質(zhì)含量較重時(shí)，灘、壩地震相差異較小，頂面均呈現(xiàn)強(qiáng)振幅、席狀較連續(xù)反射。通過模型正演分析與實(shí)際資料的對(duì)比表明，不同的地層巖性組合模式具有不同的地震波形，可用地震波形信息進(jìn)行灘壩砂巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)；不同區(qū)帶灘壩砂巖發(fā)育特點(diǎn)的差異，不同區(qū)帶灘壩砂巖具有不同的地震反射特征，因此需要針對(duì)地質(zhì)特點(diǎn)選擇相應(yīng)的地震預(yù)測(cè)方法[6-7]。

2 地震資料特殊處理技術(shù)

常規(guī)三維地震資料對(duì)灘壩砂巖儲(chǔ)層的分辨能力偏低，且層內(nèi)地震反射弱、層次性差，連續(xù)性差，不能很好的滿足灘壩砂巖的識(shí)別與描述要求，因此，需要對(duì)常規(guī)資料進(jìn)行高分辨率處理，提高對(duì)灘壩砂巖的分辨能力，以適應(yīng)精細(xì)綜合解釋和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的需要。

小波變換和譜白化為常用特殊處理方法，小波變換在對(duì)某一尺度的信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，并沒有考慮高頻成分的吸收隨深度的增加；而譜白化方法的分窄頻帶通濾波采用的是經(jīng)典的傅利葉變換，在頻率域沒有任何時(shí)間分辨率，而在時(shí)間域沒有任何頻率分辨率，任一頻率成分都是所有時(shí)間的總效果[8]。小波變換和譜白化方法在高分辨處理方面均存在明顯不足，為此，在實(shí)際研究中將二者的優(yōu)勢(shì)有機(jī)地結(jié)合起來，提出了將小波變換與譜白化結(jié)合的地震高分辨率處理方法：首先利用小波變換時(shí)—頻域局域化好的優(yōu)點(diǎn)，將地震信號(hào)進(jìn)行小波分解，得到不同尺度下的分信號(hào)；其次，利用譜白化方法對(duì)各尺度信號(hào)進(jìn)行白化處理，補(bǔ)償高頻成分；最后將分尺度譜白化后的信號(hào)進(jìn)行小波反變換，得到高分辨率信號(hào)，取得了良好的處理效果。

3 灘壩砂巖分布范圍的宏觀預(yù)測(cè)

2004年高89井的鉆探拉開了濟(jì)陽坳陷灘壩砂巖油藏勘探的序幕，揭示了東營(yíng)凹陷灘壩砂巖油藏巨大的勘探潛力。灘壩砂巖的宏觀分布范圍預(yù)測(cè)成為了亟待解決的問題?？蒲腥藛T根據(jù)灘壩砂體的地質(zhì)成因、地層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和地震反射特征，提出了通過恢復(fù)地質(zhì)時(shí)期古地形宏觀預(yù)測(cè)灘壩砂體發(fā)育范圍，利用地震波形分類預(yù)測(cè)儲(chǔ)層發(fā)育程度的研究思路，以此準(zhǔn)確預(yù)測(cè)灘壩儲(chǔ)層發(fā)育帶，在東營(yíng)西部地區(qū)沙四段灘壩砂巖油藏勘探中取得了良好的效果。

3.1 高精度古地形恢復(fù)技術(shù)

地形研究的主要內(nèi)容包括古地貌恢復(fù)、古地貌單元?jiǎng)澐旨胺治龉诺孛矊?duì)儲(chǔ)層分布的影響，進(jìn)而進(jìn)行有利儲(chǔ)集相帶的預(yù)測(cè)。常用的古地貌恢復(fù)方法大多都建立在“填平補(bǔ)齊”的地質(zhì)假設(shè)之上，因此，充分考慮各種地質(zhì)因素的影響，并予以適當(dāng)校正，是提高恢復(fù)精度的關(guān)鍵。

3.1.1 恢復(fù)宏觀古地形形態(tài)

根據(jù)填平補(bǔ)齊的原理，地質(zhì)時(shí)期宏觀古地形的形態(tài)可以通過恢復(fù)一定時(shí)期內(nèi)地層的地層厚度獲得。選擇適當(dāng)?shù)牧銋⒖济孀鳛楣藕穸然謴?fù)的起算面，是決定該方法準(zhǔn)確性的關(guān)鍵因素。根據(jù)層序地層學(xué)原理，發(fā)育于最大湖泛面附近的時(shí)間凝縮段具有區(qū)域分布范圍廣，且連續(xù)穩(wěn)定的特點(diǎn)，因此，通?？蛇x擇最大湖泛面作為零參考面。

在選擇合理的零參考面的基礎(chǔ)上，可以利用地震資料計(jì)算該層段的現(xiàn)今地層厚度。在構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈、地殼升降運(yùn)動(dòng)頻繁的地區(qū)，還需要對(duì)局部地區(qū)進(jìn)行剝蝕補(bǔ)償，通過剝蝕補(bǔ)償后的地層厚度基本可以反映一定地質(zhì)歷史時(shí)期古地形的宏觀形態(tài)。

3.1.2 多因素校正獲得高精度古地形圖

甲狀腺疾病的臨床檢查方法較多，影像學(xué)檢查包括超聲、核素掃描、CT、核磁共振等，每種方法都存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)。超聲檢查憑借其診斷價(jià)格低、性價(jià)比高、圖像清晰、結(jié)果準(zhǔn)確、可重復(fù)性強(qiáng)成為臨床上鑒別甲狀腺癌的有效方法[5]。

1）壓實(shí)校正

嚴(yán)格來說，在利用地層厚度恢復(fù)古地形形態(tài)的時(shí)，應(yīng)該首先恢復(fù)目的層段的古厚度，因此，對(duì)上述的計(jì)算結(jié)果，需要在剝蝕補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)膲簩?shí)校正。需要強(qiáng)調(diào)的是，地層的埋藏壓實(shí)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，因此，壓實(shí)校正的最終目的是要將地層厚度恢復(fù)到零參考面所對(duì)應(yīng)的地質(zhì)時(shí)期。筆者認(rèn)為，單純考慮目的層埋深與巖性因子的校正方法，實(shí)際上存在對(duì)沉積埋藏過程的誤解[9]。在地層埋深達(dá)到一定的深度后，目的層對(duì)上覆地層的承壓響應(yīng)所產(chǎn)生的壓實(shí)比例會(huì)趨于一致，此時(shí)，目的層段在平面上的厚度差異才是古厚度恢復(fù)中需要考慮的最重要的因素，由此所產(chǎn)生的校正量將直接影響古地形的形態(tài)。因此，目的層段厚度、埋深、巖性因子等諸因素都應(yīng)在壓實(shí)校正中予以充分考慮。實(shí)際研究中可以利用“骨架厚度不變”原理計(jì)算出地層的原始厚度[10]。

2）斷層校正

利用地震資料計(jì)算的地層厚度并沒有靠慮由于斷層的存在造成的地層缺失，從而導(dǎo)致古地形形態(tài)的失真，在古地形圖上出實(shí)際中不存在的陡崖現(xiàn)象。因此需要根據(jù)斷層兩盤的實(shí)際厚度計(jì)算斷面上地層的斷缺厚度，給予適當(dāng)補(bǔ)償，使恢復(fù)結(jié)果更接近于地質(zhì)實(shí)際。

3）背景校正

上已述及，利用地層厚度恢復(fù)古地形是基于填平補(bǔ)齊的原理，實(shí)際上，沉積過程中沉積物的表面并不是一個(gè)水平面，而是具有一定沉積坡降的曲面，因此填平補(bǔ)齊原理本身會(huì)給古地形的恢復(fù)結(jié)果帶來系統(tǒng)誤差。為消除這種誤差，需要對(duì)恢復(fù)結(jié)果進(jìn)行古沉積背景校正。實(shí)際的校正過程主要考慮兩方面的因素，一是古沉積中心的位置，其二是計(jì)算點(diǎn)距離古岸線的距離。根據(jù)盆地的構(gòu)造-沉積發(fā)育特點(diǎn)可以大致確定地質(zhì)歷史時(shí)期古沉積中心的位置；從沉積中心到計(jì)算點(diǎn)的連線延伸到古岸線即可確定計(jì)算點(diǎn)至岸線的距離。針對(duì)不同地質(zhì)情況，確定古沉積坡降即可實(shí)現(xiàn)古地形的背景校正。

綜合上述，高精度古地形恢復(fù)是一個(gè)綜合分析的過程，需要多種方法、多種資料的的互相補(bǔ)充、相互完善[11]。

3.2 學(xué)習(xí)型地震波形預(yù)測(cè)技術(shù)

學(xué)習(xí)型地震波形預(yù)測(cè)技術(shù)，即在儲(chǔ)層正演模擬的基礎(chǔ)上，分析不同巖性組合的地震波形特征，總結(jié)各種波形與儲(chǔ)層發(fā)育程度和地層組合模式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而利用實(shí)際井信息進(jìn)行地震相劃分及儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的一項(xiàng)技術(shù)。

在理論模型正演的指導(dǎo)下，分析總結(jié)多口井沙四段灘壩砂巖發(fā)育層段巖性組合模式及對(duì)應(yīng)地震反射波形特征，并對(duì)分析結(jié)果按波形特征的不同進(jìn)行分類總結(jié)，然后利用分類產(chǎn)生的波形結(jié)構(gòu)模式，得到典型井旁道的模型道，并依次執(zhí)行計(jì)算機(jī)自動(dòng)波形分類。在對(duì)博興洼陷灘壩砂巖的研究中，將目的層段地震波形自動(dòng)分為十類，形成初始地震相圖，觀察結(jié)果與實(shí)際地質(zhì)情況的吻合程度。軟件允許從井旁道或井的合成記錄替換模型道，分類圖必須通過分類計(jì)算重新產(chǎn)生。因此，將總結(jié)出的10類波形結(jié)構(gòu)模式的代表井的井旁道替換掉自動(dòng)分類的十類波形，重新計(jì)算結(jié)果，產(chǎn)生基于總結(jié)的10類波形結(jié)構(gòu)的地震相圖。通過波形分類得到的地震相很容易與測(cè)井相、沉積相對(duì)比，具有明確的地質(zhì)含義[13]，能夠較為準(zhǔn)確地反映灘壩砂巖儲(chǔ)層的分布規(guī)律，并與通過古地形恢復(fù)確定的灘壩砂體宏觀分布特征相吻合。

4 灘壩砂巖儲(chǔ)層地震屬性預(yù)測(cè)技術(shù)

地震屬性 (Seismic attribute)是指從地震數(shù)據(jù)中導(dǎo)出的關(guān)于幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及統(tǒng)計(jì)特性的特殊度量值。在眾多地震屬性中，有些對(duì)特定的油藏環(huán)境比較敏感，有些對(duì)不易檢測(cè)的地下界面異常更有利，有些直接用于碳?xì)錂z測(cè)。地震屬性技術(shù)可從地震資料中提取隱藏其中的有用信息，提高地球物理學(xué)在石油工業(yè)中的應(yīng)用價(jià)值。因此，地震屬性的研究和應(yīng)用在隱蔽油氣藏勘探時(shí)期，越來越受到人們的重視[14-15]。在灘壩砂巖油藏的研究和勘探過程中，經(jīng)過不斷總結(jié)探索，最終開發(fā)形成了一套基于不同地震屬性的降維分析儲(chǔ)層定量評(píng)價(jià)技術(shù)，較好的解決了灘壩砂巖定量描述的問題，在實(shí)際生產(chǎn)中得到了較好的應(yīng)用。

4.1 局部區(qū)塊以單一屬性為主的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)

灘壩砂巖研究初期，由于對(duì)沉積特征、平面發(fā)育規(guī)律認(rèn)識(shí)尚不夠深入，加之受“郵票式”三維地震資料的限制，研究工作主要在鉆探已發(fā)現(xiàn)的灘壩砂巖發(fā)育的個(gè)別局部區(qū)塊內(nèi)開展。同時(shí)，考慮到不同區(qū)帶、不同巖石物理相屬性參數(shù)與井震響應(yīng)關(guān)系的不確定性及局部區(qū)塊地震地質(zhì)條件的相對(duì)穩(wěn)定性，這一時(shí)期采用的研究方法主要是：從關(guān)鍵井分析入手，通過井震關(guān)系分析，找到能夠反映儲(chǔ)層分布的單一地震屬性進(jìn)行儲(chǔ)層平面預(yù)測(cè)。

4.2 區(qū)帶上的多屬性體重構(gòu)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)

單一屬性無法解決區(qū)帶規(guī)模上灘壩砂巖發(fā)育情況的預(yù)測(cè)問題，需要綜合多種地震屬性進(jìn)行整體預(yù)測(cè)描述。地震體多屬性重構(gòu)技術(shù)就是將可反映儲(chǔ)層某一特征的不同類別的兩種或兩種以上地震屬性按不同的加權(quán)因子，采用代數(shù)運(yùn)算的方式實(shí)現(xiàn)重構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)不同類地震屬性間的加強(qiáng)和互補(bǔ)。該技術(shù)具有對(duì)強(qiáng)(弱)異常信號(hào)放大的功能，可以有效識(shí)別強(qiáng)弱變化的分界線。

4.3 基于不同屬性的降維分析儲(chǔ)層定量評(píng)價(jià)技術(shù)

所謂基于不同屬性的降維分析儲(chǔ)層定量評(píng)價(jià)技術(shù)，是基于不同的數(shù)據(jù)體提取多種沿層地震屬性，通過交匯分析選擇出最佳的屬性組合，用該屬性組合與儲(chǔ)層參數(shù)采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法進(jìn)行人工智能儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，來實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層定量評(píng)價(jià)的一項(xiàng)技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)是在以往基于同相軸的單一地震屬性儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，改進(jìn)了單一地震屬性在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方面存在的不足，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)層描述從定性預(yù)測(cè)向定量描述的跨越[17]。

4.4 分頻解釋技術(shù)

分頻解釋技術(shù)是一項(xiàng)基于頻率的儲(chǔ)層解釋技術(shù)，顯示了一種全新的地震資料解釋方法，提供了結(jié)合三維可視化為主體的儲(chǔ)層精細(xì)描述解決方案。該技術(shù)在對(duì)三維地震資料時(shí)間厚度、地質(zhì)不連續(xù)性成像進(jìn)行解釋時(shí)，可在頻率域內(nèi)對(duì)每一個(gè)頻率所對(duì)應(yīng)的振幅進(jìn)行分析，這種分析方法排除了時(shí)間域內(nèi)不同頻率成份的相互干擾，突破薄層檢測(cè)λ/4的限制，可識(shí)別比λ/4更薄的層，從而得到高于傳統(tǒng)分辨率的解釋結(jié)果。

頻譜成像技術(shù)可有效的描述地質(zhì)反射層厚度的非連續(xù)性和巖性的非均質(zhì)性，這是因?yàn)檎嬲牡卣鸱瓷浜苌偈且院?jiǎn)單的大塊的易辨認(rèn)的反射體為主。此外，真正的地質(zhì)邊界很少沿著完全可分辨的地震反射的波峰和波谷分布。利用該技術(shù)將地震信息分解成一系列單一頻率的能量譜，利用能量譜和相位譜便可確定反射薄層，并可確定復(fù)雜巖石的層內(nèi)薄層厚度的變化，使解釋人員迅速而有效地基于薄層干涉確定不連續(xù)的地下地質(zhì)體。

目前常見的譜分解技術(shù)包括短時(shí)傅里葉變換、小波變換、最大熵等。短時(shí)傅里葉變換技術(shù)存在窗口問題，限制了垂向分辨率，而且不能適應(yīng)地層厚度的變化；常規(guī)小波變換使用尺度參數(shù)，與頻率參數(shù)難以直接對(duì)應(yīng)，地質(zhì)含義不夠明確。針對(duì)上述情況，通過對(duì)沾車地區(qū)的研究建立了分頻體線性回歸分頻預(yù)測(cè)技術(shù)、分頻能譜預(yù)測(cè)技術(shù)兩種有效的地震預(yù)測(cè)方法，突破了灘壩砂體預(yù)測(cè)的難關(guān)，實(shí)現(xiàn)了灘壩砂巖精細(xì)預(yù)測(cè)的目的[18]。

4.5 疊前屬性預(yù)測(cè)方法研究

常規(guī)疊后地震資料全角度多次疊加，損失了很多構(gòu)造、儲(chǔ)層及油氣信息，削弱了地震資料反映儲(chǔ)層變化特征的敏感性。在對(duì)疊前地震道進(jìn)行保幅處理和偏移歸位的基礎(chǔ)上，疊前地震反演充分利用疊前地震數(shù)據(jù)中豐富的信息，并結(jié)合各種測(cè)井資料，可提供更多、更敏感有效的數(shù)據(jù)體成果，可進(jìn)行儲(chǔ)集層巖性和物性反演，較疊后地震反演具有明顯的優(yōu)越性。通過疊前反演可以直接得到縱、橫波速度，進(jìn)而可以得到縱波阻抗、橫波阻抗、密度、泊松比、流體因子、μρ、λρ等巖石彈性參數(shù)數(shù)據(jù)體，對(duì)預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的分布范圍具有重要意義，通過對(duì)疊前地震屬性進(jìn)行綜合分析，為油氣預(yù)測(cè)提供直接的方法[19]。

疊前屬性首次在中層灘壩砂儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中應(yīng)用，取得了較好效果，疊前疊后屬性聯(lián)合應(yīng)用提高了對(duì)該區(qū)有效儲(chǔ)層分布規(guī)律的認(rèn)識(shí)。

5 結(jié)束語

通過近10年的研究，濟(jì)陽坳陷灘壩砂巖油藏的研究與勘探取得了輝煌的成就，伴隨著勘探工作的不斷深入，針對(duì)不同勘探發(fā)展階段的地球物理技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。經(jīng)過長(zhǎng)期的理論研究與勘探實(shí)現(xiàn)，已形成了一套系統(tǒng)的灘壩砂巖儲(chǔ)層地震描述技術(shù)方法。面對(duì)日新月異的勘探形勢(shì)，在逐步深化完善靜態(tài)儲(chǔ)層描述技術(shù)的同時(shí)，加快地震動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，為灘壩砂巖未來產(chǎn)能建設(shè)服務(wù)，是下一步研究工作的重要方向。

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