地震沉積學(xué)在濁積砂體識(shí)別中的應(yīng)用

朱 超，劉占國(guó)，宮清順，黃革萍，周 剛

(1.中油杭州地質(zhì)研究院，浙江 杭州 310023;2.中油青海油田分公司，甘肅 敦煌 736202)

引 言

1998年，曾洪流等提出“地震沉積學(xué)”術(shù)語(yǔ)，認(rèn)為地震沉積學(xué)是利用地震資料來研究沉積巖及其形成過程的新學(xué)科，是盆地分析的一種新方法。地震沉積學(xué)的核心是地震巖性學(xué)和地震地貌學(xué)，2005年和2010年先后在美國(guó)Houston召開的地震沉積學(xué)國(guó)際會(huì)議，推動(dòng)了地震沉積學(xué)的快速發(fā)展，國(guó)外許多學(xué)者在北美、西非、南亞等含油氣盆地開展了一系列的地震沉積學(xué)研究，并取得了顯著的效果[1－3]。自2006年以來，國(guó)內(nèi)也有很多學(xué)者開展了地震沉積學(xué)的應(yīng)用性研究，概況起來包括陸相湖盆沉積體系的研究以及深海沉積體系的研究等，涉及的領(lǐng)域包括油氣勘探、開發(fā)等方面[4－6]。

隨著油氣勘探的不斷深入，湖相濁積砂體能夠形成有效儲(chǔ)層的認(rèn)識(shí)已經(jīng)越來越受到油田企業(yè)的重視，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)該類砂體的平面展布范圍是其勘探的難點(diǎn)之一，縱觀地震沉積學(xué)在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，將其應(yīng)用到湖相濁積砂體識(shí)別中的文獻(xiàn)資料卻較少，因此，為了豐富地震沉積學(xué)理論及拓展其應(yīng)用范圍，也為了解決油田遇到的濁積砂體難以預(yù)測(cè)的實(shí)際問題，對(duì)柴達(dá)木盆地西部扎哈泉地區(qū)上干柴溝組下段深湖相濁積砂體進(jìn)行了地震沉積學(xué)研究，通過分頻成像、90°相位轉(zhuǎn)換、地震屬性分析、地層切片標(biāo)定等一系列技術(shù)方法的有效組合，較好地預(yù)測(cè)了砂體的平面展布范圍、縱向演化規(guī)律，與實(shí)鉆井吻合較好，取得了一定的應(yīng)用效果。

1 地質(zhì)概況

扎哈泉地區(qū)位于柴達(dá)木盆地西部，總體為近東西向斜坡，西面受阿拉爾、Ⅷ號(hào)斷層控制，為主要物源區(qū)，向東延伸至綠草灘、烏南地區(qū)，北面緊鄰英雄嶺凸起，南面以昆北斷階帶為界，面積約為710 km2。由于受阿拉爾、Ⅷ號(hào)逆斷層的控沉作用，該區(qū)從下干柴溝中期(E32)開始，至上干柴溝中期(N1下)為止，下盤地層厚度明顯大于上盤，而到上干柴溝中晚期(N1上)，這些斷層的控沉作用結(jié)束，上下盤地層厚度基本不變。通過區(qū)域地質(zhì)背景及單井地質(zhì)資料分析認(rèn)為，N1下沉積背景為半深湖—深湖亞相，發(fā)育濁積扇砂體沉積，儲(chǔ)層巖性為粉細(xì)砂巖，物性較差，孔隙度范圍為3% ～9%，滲透率為0.05 ×10－3～1.00×10－3μm2，為致密儲(chǔ)層。目前該區(qū)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多個(gè)致密油藏，其中扎3、扎201、扎4井試油獲高產(chǎn)，展示了良好的勘探前景，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)該區(qū)濁積砂體的時(shí)空分布規(guī)律及“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層區(qū)是其致密油勘探急需解決的關(guān)鍵問題。

2 地震沉積學(xué)研究

2.1 分頻成像處理

分頻成像技術(shù)是近年發(fā)展起來的一項(xiàng)基于頻譜分解的儲(chǔ)層特色解釋技術(shù)，該技術(shù)能合理利用地震低、中、高頻帶信息，用小波變換提取不同主頻的子波剖面，選擇最佳成像頻帶對(duì)地質(zhì)體進(jìn)行成像分析，能夠較好地排除時(shí)間域內(nèi)不同頻率成分的相互干擾，得到高于傳統(tǒng)分辨率的解釋結(jié)果，主要依據(jù)薄層反射的調(diào)諧原理，當(dāng)儲(chǔ)層厚度等于或接近λ/4時(shí)，地震反射波的波峰與波峰、波谷與波谷相疊加而出現(xiàn)調(diào)諧作用使反射波能量變大而存在異常。對(duì)原始地震數(shù)據(jù)頻譜分析知道，原始地震數(shù)據(jù)頻帶范圍在10～45 Hz之間，主頻約為30 Hz，50 Hz以上頻率成分很少，因此在確保地震資料真實(shí)性的前提下，為了達(dá)到提高分辨薄層的目的，采用40 Hz主頻對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分頻。

研究區(qū)過扎西1—扎202井分頻前與分頻后地震剖面對(duì)比見圖1，相對(duì)于原始剖面，分頻后的剖面振幅稍微變?nèi)?，但其同向軸之間的接觸關(guān)系更加清晰，視分辨率明顯提高(圖上藍(lán)色虛線內(nèi)部)，可以為進(jìn)一步的“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提供較高分辨率的數(shù)據(jù)體。

圖1 扎哈泉地區(qū)分頻前、后對(duì)比剖面

2.2 90°相位轉(zhuǎn)換

常規(guī)地震處理的最終成果是零相位地震數(shù)據(jù)，這種地震數(shù)據(jù)具有子波對(duì)稱、中心瓣(最大振幅)與反射界面一致、分辨率較高等優(yōu)點(diǎn)[3]。但只有當(dāng)?shù)卣鸱瓷鋪碜砸粋€(gè)單一的界面(如海底面、主要不整合面、厚層塊狀砂巖的頂面等)時(shí)，零相位地震數(shù)據(jù)的上述優(yōu)點(diǎn)才是真實(shí)的。同時(shí)，在實(shí)際資料中，特別是陸相沉積資料中，儲(chǔ)集層往往較薄，連續(xù)性差，相帶窄，且空間變化大[7－8]，采用 90°相位子波處理的地震數(shù)據(jù)可以克服零相位子波數(shù)據(jù)的不足，能較好地實(shí)現(xiàn)將地層界面直接轉(zhuǎn)換為巖性界面，為巖性預(yù)測(cè)提供直接的地震數(shù)據(jù)[9]。

圖2a為過扎3井40 Hz分頻地震剖面，圖2b為基于分頻體90°的相位旋轉(zhuǎn)后剖面，從圖上自然伽馬、波阻抗2條巖性測(cè)井曲線可以看出，相位旋轉(zhuǎn)后，井旁的道峰、谷處與巖性測(cè)井曲線對(duì)應(yīng)較好，因此需要對(duì)整個(gè)分頻數(shù)據(jù)體進(jìn)行90°相位轉(zhuǎn)換，得到更為直接的巖性數(shù)據(jù)體，從而更好地進(jìn)行砂體預(yù)測(cè)分析。

圖2 扎哈泉地區(qū)相位旋轉(zhuǎn)前、后對(duì)比剖面示意圖

2.3 地層切片分析

從沉積面上提取的地震振幅能表示整個(gè)地震探區(qū)中某沉積體系的總體延伸，這種地震界面顯示被稱為“地層切片”。地層切片是盆地分析和儲(chǔ)層粗略描述中的一種有效的方法，它使沉積相成圖工作變得比較簡(jiǎn)單，并極大地減少了穿時(shí)問題，最大限度地貼近地質(zhì)時(shí)間界面，特別適合于楔形沉積層序的分析。目前常用的切片手段包括時(shí)間切片、沿層切片和地層切片，不同切片所研究的目的不同，研究時(shí)應(yīng)該根據(jù)研究的目的選取最適合于特定構(gòu)造和地層狀態(tài)的切片分析手段。對(duì)于研究區(qū)而言，N1下段地層由于受到同沉積逆斷層的控制，上下盤地層厚度變化較大，因此適合地層切片技術(shù)。

制作地層切片的關(guān)鍵是選擇連續(xù)的、具有等時(shí)地質(zhì)意義的反射同相軸作為參考標(biāo)準(zhǔn)層，考慮到N1頂、底界為三級(jí)層序界面，內(nèi)部上下段的界面(N1m)為一較強(qiáng)的全區(qū)穩(wěn)定分布的波峰反射面，且上、下段的沉積環(huán)境各異，因此選擇N1m和N1b分別作為地層切片的頂、底界面，進(jìn)行切片分析。盡管研究目的層段(N1下)地層厚度變化在260～480 m，但出油氣的單砂體較薄(5～12 m)，為了盡可能地在切片上反應(yīng)出每個(gè)單砂體的變化，將目的層進(jìn)行了34等分，切片之間的縱向間距為4～5 ms，對(duì)應(yīng)的地層厚度約為8～10 m，通過鉆井切片標(biāo)定就可以很明確地知道每張切片對(duì)應(yīng)的單井深度、是否切過砂體或者油層。

3 預(yù)測(cè)效果分析

由前面的分析可知，原始地震數(shù)據(jù)體經(jīng)過分頻處理，90°相位轉(zhuǎn)換后得到的分頻相位旋轉(zhuǎn)體具有2點(diǎn)明顯的優(yōu)勢(shì):一是縱向分辨率提高，具有一定的薄層識(shí)別能力，能夠更好的進(jìn)行砂體預(yù)測(cè);二是地震數(shù)據(jù)地質(zhì)意義更加明確，地震同相軸已經(jīng)具有巖性意義，可以更為直觀的進(jìn)行巖性預(yù)測(cè)。

圖3為過扎西1—扎4井瞬時(shí)振幅剖面及N1下段切片5巖性標(biāo)定，結(jié)合GR及錄井巖心對(duì)切片5對(duì)應(yīng)深度處的巖性進(jìn)行了解釋，除扎西1井解釋為富泥層外，扎202、扎3、扎201、扎2、扎4井均為富砂層，而從瞬時(shí)振幅剖面上可以看出，扎西1井在切片5位置時(shí)對(duì)應(yīng)振幅低值(藍(lán)色)，扎202、扎3、扎201、扎2、扎4井在切片5位置對(duì)應(yīng)振幅中值(綠黃色)，因此可以解釋為瞬時(shí)振幅低值部分代表富泥區(qū)，中高值部分代表富砂區(qū)。

圖3 過扎西1—扎4井瞬時(shí)振幅剖面及N1下段切片5巖性標(biāo)定

圖4是過扎3井N1下段地層切片標(biāo)定及主要砂體切片平面圖，通過單井巖性標(biāo)定，圈定扎哈泉地區(qū)富砂區(qū)范圍 (紅色虛線內(nèi))，圖中由深到淺的切片30、切片18、切片5展現(xiàn)了砂體縱向遷移規(guī)律及橫向分布范圍，切片30時(shí)，濁積砂體開始發(fā)育，西部受阿拉爾及VIII號(hào)同沉積逆斷層的控制，上盤鐵木里克物源砂體越過斷層富集在下盤的扎哈泉凹陷內(nèi)，形成扎哈泉濁積砂體，延伸距離短，范圍小，南部受昆北斷層控制，上盤東柴山物源砂巖越過斷層分布于烏南局部地區(qū)，形成烏南濁積砂體;切片18時(shí)，砂體平面展布范圍開始擴(kuò)大，扎哈泉砂體向東延伸至綠參1井區(qū)，面積較大，烏南砂體也逐漸向北推進(jìn);切片5時(shí)，扎哈泉砂體范圍最大，東面最遠(yuǎn)延伸至烏26井區(qū)，距離達(dá)25 km，總面積約300 km2，烏南砂體范圍也相對(duì)擴(kuò)大。

圖4 扎哈泉地區(qū)過扎3井N1下段地層切片標(biāo)定及主要砂體切片

圖5 扎哈泉地區(qū)N1下段古構(gòu)造

圖5是N1下段古構(gòu)造圖，反映N1下段沉積時(shí)的古地貌?？梢钥闯?，西部及南部各存在一個(gè)古隆區(qū)，分別為鐵木里克物源區(qū)和東柴山物源區(qū)，整個(gè)扎哈泉地區(qū)為一寬緩的斜坡，接受2個(gè)物源區(qū)的物源供給，其中扎西1、扎5、躍東31井區(qū)為水下古凸起，在扎西1井與扎5井之間存在一相對(duì)地勢(shì)低區(qū)，扎201、扎3、扎4等出油井均在地勢(shì)低區(qū)，單井巖相分析認(rèn)為，這些地勢(shì)地區(qū)剛好就是濁積砂體分流水道位置，儲(chǔ)層物性相對(duì)較好。在瞬時(shí)振幅切片5(圖6)上，該水道振幅值為中等，因此結(jié)合古地貌及地層切片預(yù)測(cè)結(jié)果，在鉆井資料的約束下，對(duì)該區(qū)的古水道進(jìn)行了刻畫(圖5、6)，主要存在4支主水道，分別為躍東31主水道Ⅰ、扎3主水道Ⅱ、扎西1南主水道Ⅲ以及烏南主水道Ⅳ，其中主水道Ⅱ橫向?qū)挾却?，縱向延伸相對(duì)較遠(yuǎn)，到達(dá)綠草灘地區(qū)，是主要的產(chǎn)油區(qū)。目前出油氣井主要分布在Ⅰ、Ⅱ號(hào)主水道區(qū)，Ⅳ號(hào)主水道區(qū)多數(shù)井錄井顯示較好，Ⅲ號(hào)主水道區(qū)由于現(xiàn)今地層埋藏較深，沒有鉆井，但是從地層切片及古構(gòu)造上看，前景較好，可以作為潛在的勘探區(qū)塊。

圖6 扎哈泉地區(qū)N1下段瞬時(shí)振幅切片5

4 結(jié)論

(1)地震沉積學(xué)以層序地層格架為基礎(chǔ)，充分利用地震水平分辨率，通過分頻成像、相位轉(zhuǎn)換、地層切片、屬性分析等多種地球物理手段，在井間開展沉積微相和地層巖性預(yù)測(cè)中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。

(2)基于分頻相位轉(zhuǎn)換體的地層切片地質(zhì)意義更加明確，能夠直接進(jìn)行巖性預(yù)測(cè)，將地震沉積學(xué)應(yīng)用到濁積砂體預(yù)測(cè)中，既解決了生產(chǎn)中的實(shí)際難題，又?jǐn)U展了地震沉積學(xué)的應(yīng)用范圍。

(3)在同沉積逆斷層控制下，扎哈泉上盤物源區(qū)砂體越過斷層，富集于下盤斜坡區(qū)，形成兩大深湖相濁積砂體，其中扎哈泉濁積砂體平面延伸較遠(yuǎn)，最大面積達(dá)300 km2，砂體內(nèi)部共發(fā)育4支主水道，是主要的油氣富集區(qū)。

[1]Carter D C.3－D seismic geomorphology:insights into fluvial reservoir deposition and performance，Widurifield，Java Sea[J].AAPG Bulletin，2003，87(6):909－934.

[2]Posamentier H W，Kolla V.Seismic geomorphology andstratigraphy of depositional elements in deep－water settings[J].Journal of Sedimentary esearch，2003，73(3):367－388.

[3]Zeng H L，Hentz T F.High－frequency sequence stratigraphy from seismic sedimentology:applied to Miocene，Vermilion Block 50，Tiger Shoal area，offshore Louisiana[J].AAPG Bulletin，2004，88(2):153 －174.

[4]陽(yáng)孝法，張學(xué)偉，林暢松.地震地貌學(xué)研究新進(jìn)展[J]，特種油氣藏，2008，15(6):1 －5.

[5]朱筱敏，劉長(zhǎng)利，張義娜，等.地震沉積學(xué)在陸相湖盆三角洲砂體預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J]，沉積學(xué)報(bào)，2009，27(5):915－921.

[6]林承焰，張憲國(guó)，董春梅.地震沉積學(xué)及其初步應(yīng)用[J]. 石油學(xué)報(bào)，2007，28(2):69 －71.

[7]張延章.地震微相分析技術(shù)在大港灘海探區(qū)的應(yīng)用[J]. 石油勘探與開發(fā)，2003，30(4):58－60.

[8]林吉祥，施澤進(jìn)，凌云，等.利用基本地震屬性對(duì)目標(biāo)層段的沉積演化解釋研究[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2007，34(2):174 －179.

[9]Zeng H L，Backus M.M.Interpretive advantages of 90°phase wavelets:part I:Modeling[J].Geophysics，2005，70(3):7－15.