歧北斜坡灘壩砂體地震預(yù)測技術(shù)

郭淑文， 吳雪松， 祝文亮， 邢 興， 國春香

(1.中國石油 a.大港油田勘探開發(fā)研究院, b.大港油田勘探事業(yè)部，天津 300280)

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歧北斜坡灘壩砂體地震預(yù)測技術(shù)

郭淑文1a， 吳雪松1a， 祝文亮1b， 邢 興1a， 國春香1a

(1.中國石油 a.大港油田勘探開發(fā)研究院, b.大港油田勘探事業(yè)部，天津 300280)

歧北斜坡沙二段灘壩砂體儲層預(yù)測面臨薄互層地層地震分辨率低，灰質(zhì)砂巖與常規(guī)砂巖地震反射特征相似難以預(yù)測兩個難點。通過試驗優(yōu)選，形成了兩項針對性的地震儲層預(yù)測方法。針對地震資料分辨率低，薄砂層預(yù)測困難的問題，采用譜分解和地震屬性相結(jié)合方法，在分頻體上提取地震屬性，提高薄砂層識別能力。針對高灰質(zhì)含量的灘壩砂體難以預(yù)測的問題，探索了利用地震屬性降維和數(shù)據(jù)融合技術(shù)剔除灰質(zhì)的方法。實際應(yīng)用表明，譜分解技術(shù)和多地震屬性降維技術(shù)，能夠較好地預(yù)測歧北斜坡灘壩砂體的薄砂層，并在灘壩砂主砂體發(fā)育區(qū)的預(yù)測中，剔除了灰質(zhì)的影響。

灘壩砂體； 譜分解； 灰質(zhì)剔除； 奇異值分解； 屬性降維； 數(shù)據(jù)融合

0 引言

歧北斜坡位于歧口凹陷西南緣，南北夾持于濱海斷層及南大港斷層之間，西為孔店凸起，向東延伸到歧口主凹，為一向東傾的長期發(fā)育的斜坡構(gòu)造。該區(qū)沙河街組發(fā)育砂巖、生物灰?guī)r，儲集體儲層物性較好。

歧北斜坡沙三段末隆升侵蝕后，沙二段再次水進沉積，形成古湖灣。沙二段沉積時期地形總體比較平緩，具備較大范圍的淺水區(qū)，物源間歇性供應(yīng)與濱淺湖沉積環(huán)境相匹配，有利于湖浪改造形成平行湖岸的大規(guī)模灘壩沉積，沙二段灘壩砂體是該區(qū)重要的儲集體。當水體動蕩，水動力較強時，為灘壩沉積；受古地貌控制及物源輸入減弱時，則發(fā)育以砂質(zhì)白云巖為主的砂屑云坪。因此在古物源、古地形、古水動力控制作用下，歧北地區(qū)沙二段整體上具有前緣砂體連片、壩砂成帶、縱向疊置、頻繁互層的特點[1]。

1 灘壩砂體地震儲層預(yù)測技術(shù)優(yōu)選

灘壩砂體是斷陷湖盆緩坡帶普遍發(fā)育的良好油氣儲集體，由于該類儲層單層厚度薄，橫向變化大，分布規(guī)律復(fù)雜，儲集砂體的地質(zhì)識別以及地球物理預(yù)測難度均較大。歧北斜坡灘壩砂體地震儲層預(yù)測需要解決兩個方面問題：

1)砂泥巖薄互層預(yù)測。歧北斜坡以巖性油氣藏為主，埋藏深度為 2 800 m～3 900 m，砂巖儲層厚度只有3 m～6 m，是典型的砂泥巖薄互層特征。根據(jù)合成地震記錄以及實際地震剖面分析，歧北斜坡沙二段的濱III、濱IV油組為兩個波峰反射特征(圖1黃色部分)，其中，主要含油層系濱IV油組是一組連續(xù)穩(wěn)定的強反射。

圖1 過典型井地震剖面

根據(jù)砂巖速度為4 400 m/s、密度為2.65 g/cm3、厚度為5 m，泥巖間隔為5 m～10 m、速度為4 000 m/s、密度為2.6 g/cm3的薄互層模型(圖2(a))，用25 Hz的雷克子波進行正演，得到正演剖面(圖2(b))，在正演地震剖面上可以看出，多層砂體相互疊置干涉，只形成一個連續(xù)穩(wěn)定的強反射，地震反射的強度與砂體厚度有一定的相關(guān)性，地震反射的分辨率較低，反射時間與薄互層的頂界面位置和速度發(fā)生突變的位置相關(guān)。對正演數(shù)據(jù)進行頻譜掃描(圖2(c))，圖中縱軸表示頻率，不同顏色表示對應(yīng)頻率的能量高低，暖色調(diào)表示能量強，將分頻調(diào)諧能量與互層模型(圖2(a))對比可以發(fā)現(xiàn)，當砂層疊加厚度越大，對應(yīng)的調(diào)諧頻率能量越強，且厚層的調(diào)諧頻率范圍較大，薄層的調(diào)諧頻率范圍較小，因為正演模型采用的是雷克子波，所以正演數(shù)據(jù)的頻率范圍較低，實際地震數(shù)據(jù)的頻率范圍比正演數(shù)據(jù)的頻帶范圍寬。因此可利用適合薄互層預(yù)測的譜分解以及井震結(jié)合的儲層參數(shù)反演技術(shù)，來提高灘壩砂巖薄層的分辨率。

2)灰質(zhì)成分剔除。歧北斜坡地區(qū)的灘壩砂體并不是簡單的砂、泥巖兩種巖性的互層組合，而是由不同速度、密度的灰質(zhì)粉砂巖、粉砂巖和泥巖、灰質(zhì)泥巖以及過渡巖性等復(fù)雜巖性組成。

圖2 薄互層模型正演

圖3 測井曲線巖性交會圖

從測井曲線交會圖(圖3)可以看出，不同巖性的速度、密度值范圍存在重疊區(qū)間，導(dǎo)致地震響應(yīng)特征近似，因此使用常規(guī)的地震屬性方法很難有效區(qū)分巖性，需要利用灰質(zhì)剔除的方法去除灰質(zhì)對地震屬性的影響，預(yù)測出有利的砂巖儲層發(fā)育區(qū)[2-3]。地震數(shù)據(jù)降維就是將多個地震屬性進行空間壓縮，降維后的每個地震屬性都是原屬性的函數(shù)，且達到維數(shù)約簡的目的。

SVD(奇異值分解)是基于矩陣的數(shù)學(xué)運算方法，可用于地震屬性降維方法。SVD定理:設(shè)X是一秩為r的n×r維矩陣,則存在兩個正交矩陣U、VT且滿足X=UDVT，其中:D是將XXT非零特征值按從大到小排列的對角矩陣；Ui(矩陣U的第i行)和Vi(矩陣V的第i列)分別為XXT和XTX對應(yīng)于特征值的特征矢量。

在對變量空間和對象空間分別做主成分分析的基礎(chǔ)上，SVD分解用變量空間的得分和對象空間的權(quán)重來表述數(shù)據(jù)的特征，SVD地震屬性降維就是將多個地震屬性融合的矩陣按特征值大小進行重新排序。SVD降維后的地震屬性的第一主分量對應(yīng)特征值最大的融合分解屬性，即該屬性包含所有地震屬性中最多的信息共性，因此該分量屬性主要代表整個地區(qū)的背景成份；第二、第三主分量對應(yīng)特征值較小的融合分解屬性，反映多個地震屬性的的個性信息較多，因此這兩個融合分解屬性表征的主要是儲層巖性、物性或其他信息[4-6]?？蓱?yīng)用SVD地震屬性降維技術(shù)以及多數(shù)據(jù)體融合方法，利用不同的降維分量分離灰質(zhì)成分的地震影響，可達到灰質(zhì)剔除的目的。

2 歧北斜坡沙二段地震儲層預(yù)測

2.1 薄互層砂體地震儲層描述

歧北斜坡沙二段灘壩沉積的砂泥巖薄互層在地震上的響應(yīng)特征，是一組振幅和相位都比較穩(wěn)定的強反射。在原始地震剖面上沿目的層位提取各種地震屬性，都不能反映砂體厚度和巖性的變化規(guī)律。依據(jù)正演分析結(jié)果以及國內(nèi)、外薄互層砂體的地震預(yù)測現(xiàn)狀，地震反演和譜分解兩種儲層預(yù)測方法是提高薄互層砂體分辨能力的主要手段[7-9]。因此采用小波變換算法對歧北斜坡地區(qū)沙二段原始地震數(shù)據(jù)體進行分頻，得到不同頻率調(diào)諧的譜分解體。其中在40 Hz譜分解體上(圖4)，雖然還不能完全刻畫出每個單砂體，但與原始地震剖面相比(圖1)，對砂體的分辨能力明顯提高。在原始地震剖面呈現(xiàn)為一組穩(wěn)定連續(xù)的濱IV砂體的強反射，在分頻剖面上，則表現(xiàn)為兩個調(diào)諧能量強弱變化較明顯的地震反射同相軸，且在該分頻剖面上反映的灘壩薄互層砂巖厚度的變化趨勢預(yù)測與實際井資料的厚度也符合。

圖4 沙二段40Hz分頻體剖面

在40 Hz分頻數(shù)據(jù)體上，沿濱III地層時窗提取屬性，得到40 Hz分頻體的調(diào)諧能量屬性的平面分布(圖5)，該屬性圖能有效反映目的層砂體的平面變化情況。從圖5可以看出，低灰質(zhì)含量的灘壩薄砂體(bins18井以東)，可直接從此屬性圖預(yù)測其平面分布規(guī)律及砂體邊界；對高灰質(zhì)含量灘壩砂體(bin28x1—q60井區(qū))，鉆井證實強調(diào)諧能量屬性并不表征砂體范圍，則需經(jīng)過灰質(zhì)成分剔除。

同樣針對濱IV砂體，也在40 Hz譜分解體上提取地震屬性，并對濱IV段做了簡單的古地形恢復(fù)后，在三維可視化中將古地形和地震屬性疊合在一起顯示(圖6)。從圖6可以看出，在古地形較緩、水動力條件較弱的區(qū)域是灘壩砂巖發(fā)育的有利位置(紅黃色區(qū)域)。

圖5 濱III地層40 Hz分頻數(shù)據(jù)體平面屬性

圖6 濱IV地層40 Hz分頻屬性與古地形疊合

以上的地震響應(yīng)特征理論分析和提高預(yù)測能力的應(yīng)用試驗發(fā)現(xiàn)，利用原始地震數(shù)據(jù)的譜分解體與地震屬性提取相結(jié)合的方法，能有效提高灘壩沉積背景下的砂泥巖薄互層的分辨能力，預(yù)測灘壩砂體在平面上的分布。

2.2 灰質(zhì)剔除

歧北地區(qū)沙二段白云巖主要發(fā)育區(qū)域位于南北物源體系的中間部位，缺乏碎屑供給，屬于濱淺湖靜水沉積環(huán)境，在物源供給差的區(qū)域發(fā)育白云巖，巖性多為泥晶白云巖或砂質(zhì)白云巖，由于均為薄層白云巖沉積，且含泥質(zhì)或砂質(zhì)等成分，因此白云巖儲層巖電特征與砂泥巖近似，測井屬性界限不清楚，在地震屬性或常規(guī)波阻抗反演剖面上，都很難把砂巖儲層和白云巖儲層區(qū)分開。對歧北斜坡沙二段40 Hz分頻體上提取的多個地震屬性應(yīng)用屬性降維的方法，分解砂體不同特征對地震屬性的影響，達到進行灰質(zhì)剔除，預(yù)測灘壩砂巖分布范圍的目的。

應(yīng)用SVD屬性降維的方法對多個地震屬性進行降維，可達到灰質(zhì)剔除的目的，因為白云巖和砂巖對地震屬性的貢獻可以通過奇異值變換后的不同特征值區(qū)分開來。圖7是對多個反映灘壩砂巖形態(tài)較好的地震屬性進行SVD降維后得到的幾個不同主分量。結(jié)合歧北斜坡沙二段的地質(zhì)背景和已知井的情況分析，①第一主分量(圖7(a))明顯表征的是整個地區(qū)的沉積水動力沉積背景；②第二主分量(圖7(b))的高值區(qū)則突出的是白云巖發(fā)育區(qū)(紅色區(qū)域)；③第三主分量(圖7(c))明顯去除了白云巖的影響，高值區(qū)主要反映的是砂巖發(fā)育。通過將第三主分量與沙二段沉積環(huán)境圖(圖7d)對比發(fā)現(xiàn)，根據(jù)SVD降維后的地震屬性可用于劃分不同的地震沉積相帶。雖然用SVD地震屬性降維方法可以進行灰質(zhì)剔除，但該方法也有不足，在剔除灰質(zhì)的同時，不可避免地剔除了部分儲層(如bins28x1井附近)。

另外還可通過數(shù)據(jù)體融合技術(shù)對歧北斜坡灘壩砂巖進行灰質(zhì)剔除。信息融合技術(shù)理論認為各種各樣的信息對于研究的目標而言并不都是有用的，這就需要提取與目標相關(guān)聯(lián)的信息，并加以融合形成新的針對研究目標的信息集合，以提高其可靠性和清晰度[10]。常用數(shù)據(jù)融合公式為式(1)。

(1)

其中：權(quán)值i(i=1，…,n)，表示n個相關(guān)融合信息間相對重要程度的取值約束條件。通過調(diào)整每個參與融合的原始數(shù)據(jù)的Wi值，可達到融合信息間互補的目的；調(diào)整p值可控制融合信息的互補程度。

對歧北斜坡兩個對薄砂層分辨能力較好的數(shù)據(jù)體(井約束波阻抗反演體和譜分解體)進行融合，根據(jù)井旁道數(shù)據(jù)與井交會分析，分別給出波阻抗反演體和譜分解體兩個數(shù)據(jù)體對有利儲層的響應(yīng)門檻值，然后對兩個數(shù)據(jù)體進行判別融合，同時滿足兩個儲層判別條件(中高阻抗值、強調(diào)諧頻率能量)的是希望留下的、對應(yīng)優(yōu)質(zhì)儲層的有效信息。灰質(zhì)含量高的砂巖，雖然調(diào)諧能量較強、波阻抗值較大，但是可以通過波阻抗反演的判別條件把低阻抗的泥巖和高阻抗的灰?guī)r剔除，從而達到剔除灰質(zhì)、預(yù)測優(yōu)質(zhì)儲層的目的。圖8為歧北斜坡多數(shù)據(jù)體融合結(jié)果剖面，顏色表示同時滿足兩個條件，空白處表示達兩個判別條件都不滿足，或滿足其中一個條件，所以有顏色的位置表示中高阻抗的灘壩砂體，即為可能含油氣的有利儲層。通過與聯(lián)井油藏剖面圖(圖9)對比，融合屬性高值區(qū)與鉆井揭示的有利儲層范圍基本一致。因此多數(shù)據(jù)體融合的方法不僅能達到剔除灰質(zhì)的目的，還能預(yù)測有利儲層的分布范圍

圖7 歧北斜坡濱III砂體地震屬性SVD降維屬性與沉積環(huán)境圖對比

圖8 歧北斜坡沙二段數(shù)據(jù)融合剖面

圖9 歧北斜坡濱III段油藏剖面

3 結(jié)論

1)歧北斜坡屬巖性油氣藏，巖性縱橫向變化大，井約束地震反演結(jié)果受井控程度影響較大，巖性預(yù)測誤差較大，地震譜分解與屬性相結(jié)合方法可以提高薄互層的地震儲層預(yù)測精度。

2)奇異值分解屬性降維的方法綜合多屬性信息，能有效地對灘壩砂巖進行灰質(zhì)剔除，但該方法的不足之處是，在剔除灰質(zhì)的同時，剔除了部分儲層。

3)波阻抗反演體、譜分解體多數(shù)據(jù)體融合技術(shù)，既能用于灘壩砂體的灰質(zhì)剔除，還可用于有利儲層的分布范圍預(yù)測。

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Seismic prediction technology for beach bar sand-body in Qibei slope

GUO Shu-wen1a， WU Xue-song1a， ZHU Wen-liang1b, XING Xing1a, GUO Chun-xiang1a

(1. PetroChina a.Research institute of Exploration and Development，Dagang Oilfield，b.Exploration Company ， Dagang Oilfield，Tianjing 300280,China)

Seismic reservoir prediction method was studied for beach bar sand-body in Qibei slope aiming at low seismic resolution of thin sand bed and similar reflection character for conventional sand and lime-sand.Two corresponding seismic reservoir prediction methods were formed through the experimental optimization. For the problem of thin bed and low resolution in the conventional seismic profile, combining the spectral decomposition and seismic attributes to improve the resolution ability of beach bar sand-body though deriving seismic attributes from separate frequency data basing seismic modeling. Attribute dimension reduction and data fusion techniques were tested to strip the lime sand to resolve the problem of prediction for high lime content sand. The field test showed that spectral decomposition and seismic attribute reduction techniques can be used to predict thin beach bar sand in Qibei slope and strip the influence of lime during prediction of main beach bar sand.

beach bar sand-body； spectral decomposition； lime-sand stripping； singular value decomposition； attribute dimension reduction； data fusion

2014-11-10改回日期：2015-02-04

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目(2013CB228606)

郭淑文(1974-)，女，博士，高級工程師，主要從事儲層預(yù)測方向研究，E-mail:guoshuwen2005@sohu.com。

1001-1749(2015)05-0628-06

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2015.05.14