模型正演技術(shù)在巴中地區(qū)須四段主河道砂體識(shí)別中的應(yīng)用

肖 偉， 王明飛， 何志勇

(中石化勘探南方分公司，成都 610041)

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模型正演技術(shù)在巴中地區(qū)須四段主河道砂體識(shí)別中的應(yīng)用

肖 偉， 王明飛， 何志勇

(中石化勘探南方分公司，成都 610041)

巴中地區(qū)須四段主要為陸相辮狀河三角洲前緣沉積，前人的研究表明，主河道沉積微相是該區(qū)須四段高產(chǎn)富集的主控因素之一，但是由于須四段分流河道側(cè)向遷移頻繁，縱向上相互疊置，導(dǎo)致地震資料橫向變化較大，利用這些資料研究主河道砂體在剖面上展布其可靠性較差。運(yùn)用模型正演技術(shù)，借助該區(qū)域三維剖面反射特征，利用已鉆井資料提供巖石物理參數(shù)，設(shè)計(jì)地質(zhì)模型，進(jìn)而研究和分析模型正演結(jié)果，明確了巴中地區(qū)須四段主河道砂體的地震響應(yīng)特征，建立了主河道地震識(shí)別模式，在此基礎(chǔ)上追蹤出主河道砂體的分布范圍，取得了較好的應(yīng)用效果。

模型正演； 主河道； 砂體識(shí)別； 巴中地區(qū)

0 引言

模型正演技術(shù)是解決地震多解性的重要手段,也是勘探復(fù)雜目標(biāo)的有效技術(shù)。在辮狀河三角洲前緣巖性油氣藏勘探開(kāi)發(fā)中，主河道砂體的識(shí)別是關(guān)鍵。由于河道砂體尺度小、散度大，橫向非均質(zhì)性強(qiáng)，再加上地震資料分辨率有限，砂體識(shí)別存在不確定性。前人在研究時(shí)，一般都是根據(jù)地質(zhì)特征設(shè)計(jì)不同的地質(zhì)模型，進(jìn)行正演模擬，得出河道砂體的地震識(shí)別模式，對(duì)提高地震資料巖性解釋的可靠性及提高油氣藏勘探成功率方面具有重要的參考價(jià)值[1-4]。借助前人的研究方法，針對(duì)優(yōu)質(zhì)河流相砂體地震識(shí)別難度大、預(yù)測(cè)存在多解性的特點(diǎn)，這里運(yùn)用模型正演技術(shù)，首先在已知井點(diǎn)建立地質(zhì)模型與地震剖面對(duì)比分析，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出不同主頻、主河道砂體厚度、地球物理參數(shù)、巖性組合的多種地質(zhì)模型，正演模擬各種模型的地震響應(yīng)，綜合得出巴中地區(qū)須四段主河道砂體的地震識(shí)別模式，并在平面上追蹤出主河道砂體的分布。

1 研究區(qū)概況

巴中地區(qū)區(qū)域構(gòu)造上位于通南巴構(gòu)造帶的西南，九龍山構(gòu)造東南側(cè)，西側(cè)緊鄰梓潼凹陷，南部為川中古隆起北斜坡，東南部為儀隴-平昌平緩構(gòu)造帶；區(qū)域構(gòu)造主要屬于通南巴構(gòu)造隆起帶西南端和川北坳陷西部。上三疊統(tǒng)須四段砂巖儲(chǔ)層是巴中地區(qū)重要目的層，已有兩口井在須四段試獲工業(yè)氣流，其中YL17井須四段測(cè)試獲得22.635 9×104m3/d 工業(yè)氣流。

前期研究成果表明，巴中地區(qū)須四段為多期辮狀河三角洲前緣沉積，水下分流河道相互疊置，縱向上可以分為兩套砂體，①上部以細(xì)-中粒長(zhǎng)石巖屑砂巖沉積為主；②下部以細(xì)粒、中粒巖屑砂巖沉積為主。其中上部長(zhǎng)石巖屑砂巖為須四段主要儲(chǔ)層發(fā)育段，主河道沉積微相和裂縫是儲(chǔ)層富集高產(chǎn)的主控因素，作者研究范圍在須四段上部長(zhǎng)石巖屑砂巖巖性圈閉內(nèi)。

2 正演模擬

地震正演模擬就是利用已有資料建立地下地質(zhì)模型，根據(jù)地震波在地下介質(zhì)中的傳播原理，通過(guò)射線追蹤或波動(dòng)方程偏移等方法，正演模擬計(jì)算出對(duì)應(yīng)于建立地質(zhì)模型的地震記錄。其主要目的是通過(guò)模擬記錄與實(shí)際地震記錄的對(duì)比分析，校正初始模型，使之更接近地下真實(shí)的地質(zhì)情況。模型正演包括模型建立、正演模擬、記錄分析等過(guò)程。通過(guò)建立已知的地震地質(zhì)模型進(jìn)行地震正演，能夠幫助人們直觀地認(rèn)識(shí)地震波在地層中的傳播規(guī)律，識(shí)別地質(zhì)構(gòu)造及油氣藏的地震響應(yīng)，從而指導(dǎo)地震數(shù)據(jù)的采集、處理和解釋?zhuān)Ｐ驼菅芯渴堑卣鹂碧椒椒ǖ幕A(chǔ)。這一過(guò)程涉及到巖石物理、地質(zhì)構(gòu)造以及數(shù)學(xué)方法等方面[5-7]。對(duì)于須四段主河道的識(shí)別，由于研究區(qū)鉆井資料缺乏，因此需要根據(jù)實(shí)際地震剖面，不斷調(diào)整模型設(shè)計(jì)方案，對(duì)主河道厚度、物性及巖性變化進(jìn)行正演模擬，進(jìn)而建立主河道砂體的地震識(shí)別模式。

2.1 地質(zhì)模型的建立及巖石物理參數(shù)分析

依據(jù)過(guò)YL17井實(shí)際的地震剖面(圖1(a))及研究區(qū)地質(zhì)情況，建立地質(zhì)模型(圖1(b))，該井段在須四段上部發(fā)育主河道砂體，從地震剖面上可以明顯看出，須四段上砂體底界波峰下拉，振幅減弱，頂界出現(xiàn)復(fù)波，根據(jù)地震反射外部形態(tài)來(lái)看，是較為典型的河道充填相特征。

圖1 巴中地區(qū)地震剖面及主河道地質(zhì)模型

巖石物理參數(shù)是模型正演的重要參數(shù)之一，研究區(qū)內(nèi)共有兩口已鉆至須四段底界的鉆井，通過(guò)單井沉積微相分析，只有YL17井在須四段鉆遇主河道砂體，因此利用YL17測(cè)井資料來(lái)獲取須四段基礎(chǔ)的巖石物理參數(shù)。首先根據(jù)YL17井須四段的錄井巖性(圖2)，將須四段自上而下分為鈣屑砂巖、泥巖、主河道砂巖、長(zhǎng)石巖屑砂巖、巖屑砂巖五種巖性，再加上須四段頂、底兩套泥巖段共七個(gè)不同巖性段，利用聲波、密度測(cè)井資料，分別統(tǒng)計(jì)出各個(gè)巖性段的速度和密度參數(shù)(圖1(b))。

圖2 YL17井綜合柱狀圖

2.2 模型正演模擬分析

地震子波是正演模擬的另一個(gè)重要參數(shù)，為了便于研究，這里選用Ricker子波作為正演模擬子波，而Richer子波主頻決定了地震垂向分辨率[8]，直接影響模型正演的結(jié)果。因?yàn)榘椭械貐^(qū)須四段地層橫向上巖性及厚度變化較快，不同的子波主頻對(duì)正演結(jié)果影響較大，因此首先討論研究區(qū)須四段Ricker子波主頻的選取。

選擇不同主頻的Ricker子波進(jìn)行正演模擬，從圖3可以看出，隨著子波主頻增加，地震分辨率逐漸提高，在主頻大于30 Hz時(shí)可以很好地將主河道砂體底界與須四段上砂底界分開(kāi)，但由于主河道砂體頂部夾有兩套10 m左右的薄層，即使子波主頻達(dá)到45 Hz也難以區(qū)分開(kāi)主河道砂體頂界。

圖3 不同主頻的Ricker子波正演模擬結(jié)果

為了更好地將正演模擬結(jié)果與實(shí)際地震剖面進(jìn)行對(duì)比，作者分析了巴中地區(qū)須四段頻譜(圖4)，從頻譜圖上可以看出，巴中地區(qū)須四段子波主頻在30 Hz左右，因此正演模擬子波都選用主頻為30 Hz的Ricker子波。

圖4 巴中地區(qū)須四段地震資料頻譜圖

由于在主河道遷移過(guò)程中，隨著水動(dòng)力、物源供給量等因素的影響，主河道砂體在砂體厚度、物性及巖性組合在空間上會(huì)發(fā)生變化，為了研究主河道砂體在各種條件下的地震響應(yīng)特征，在過(guò)YL17井主河道砂體模型的基礎(chǔ)上，分別設(shè)計(jì)了主河道砂體厚度變化、河道砂體物性變化以及須四段頂部巖性組合變化的模型進(jìn)行正演模擬。

首先研究主河道砂體厚度變化對(duì)正演結(jié)果的影響，分別設(shè)計(jì)了主河道砂體厚度由20 m變化到70 m的地質(zhì)模型，其他巖性段的厚度保持不變，進(jìn)行正演模擬(圖5)。從正演模擬結(jié)果來(lái)看，隨著主河道砂體厚度增大：①主河道頂界波峰變化不大；②主河道底部波峰振幅逐漸減弱，當(dāng)主河道砂體厚度達(dá)到一定程度(即主河道砂體底界與須四段上砂底界之間厚度小于四分之一波長(zhǎng)，由井上統(tǒng)計(jì)可知巴中地區(qū)須四段平均速度約為 5 100 m/s，主頻約 30 Hz，因此四分之一波長(zhǎng)約為43 m)，主河道砂體底界與須四段上砂底界相互干涉形成復(fù)波，隨著主河道砂體厚度繼續(xù)增大，復(fù)波振幅又逐漸增強(qiáng)；③須四段上砂底界波峰下拉，振幅逐漸減弱，當(dāng)主河道砂體厚度增加到一定程度時(shí)，變化趨勢(shì)與主河道砂體底界相同；④須四上砂內(nèi)部同相軸增多。

圖5 主河道砂體厚度變化模型及正演模擬結(jié)果

其次研究主河道砂體物性的變化對(duì)正演結(jié)果的影響。由于巴中地區(qū)須四段為致密砂巖儲(chǔ)層，儲(chǔ)層物性變化范圍不大，因此作者分別設(shè)計(jì)了主河道砂體速度為4 700 m/s、4 600 m/s兩個(gè)地質(zhì)模型，物性比原始模型的物性稍好，然后進(jìn)行正演模擬，從正演結(jié)果來(lái)看(圖6)，隨著河道砂體物性逐漸變好：①主河道砂體頂界波峰變化不大；②主河道砂體底界波峰振幅逐漸增強(qiáng)；③須四段上砂底界波峰下拉，振幅減弱。

圖6 主河道砂體物性變化模型及正演模擬結(jié)果

最后研究須四段上砂體內(nèi)部巖性組合變化對(duì)正演結(jié)果的影響，由于巴中地區(qū)須四段整體為辮狀河三角洲前緣沉積，從測(cè)井、錄井資料上分析，巴中地區(qū)須四段為大套的砂巖夾薄層泥巖的“砂包泥”結(jié)構(gòu)，因此在原始地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，分別設(shè)計(jì)了無(wú)主河道砂體模型、無(wú)頂部泥巖夾層模型和無(wú)主河道且內(nèi)部夾泥巖薄層模型進(jìn)行正演模擬(圖7)，從正演模擬結(jié)果來(lái)看：①不發(fā)育主河道砂體時(shí)，須四段上砂底界波峰無(wú)下拉現(xiàn)象，內(nèi)部為寬波谷反射；②主河道砂體頂部無(wú)泥巖夾層時(shí)，主河道砂巖頂界波峰上提現(xiàn)象與原始模型相比不太明顯，主河道砂體底界與須四段上砂底界反射變化不大；③主河道砂體不發(fā)育且須四上砂體內(nèi)部夾薄層泥巖(泥巖夾層厚度為2 m～5 m，速度為4 000 m/s)時(shí)，須四段上砂底界波峰無(wú)下拉現(xiàn)象，振幅在夾泥巖段有所增強(qiáng)，須四上砂內(nèi)部為寬波谷反射。

圖7 須四段砂體巖性組合變化模型及正演模擬結(jié)果

綜合以上正演模擬結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：主河道砂體發(fā)育時(shí)，主河道砂體頂界反射變化不大，須四段上砂底界波峰下拉，振幅減弱，須四段上砂內(nèi)部同相軸增多，主河道砂體厚度增大時(shí)，須四段上砂底界出現(xiàn)復(fù)波，且復(fù)波振幅隨著主河道砂體的厚度增大而增強(qiáng)，主河道砂體物性變好時(shí)，須四段上砂內(nèi)部同相軸振幅增強(qiáng)。因此在正演模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上，可以建立巴中地區(qū)須四段主河道砂體的地震識(shí)別模式：①須四段上砂底界波峰下拉、波峰振幅減弱或出現(xiàn)復(fù)波；②須四段上砂體內(nèi)部同相軸增多，出現(xiàn)不連續(xù)的短波峰反射。

3 主河道砂體的地震識(shí)別

3.1 須四段層序地層特征

區(qū)域構(gòu)造研究表明，須三段與須四段沉積不整合界面為“安縣運(yùn)動(dòng)”的產(chǎn)物，通常將此界面作為劃分須家河早期和須家河晚期兩個(gè)成盆期的重要依據(jù)[9]。在巴中通江鐵溪剖面，須四段發(fā)育厚層礫巖沉積，可見(jiàn)底部對(duì)須三段炭質(zhì)泥巖沖刷面，可作為層序界面識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)之一(圖8)。

圖8 須四段底部礫巖沖刷接觸面

圖9 YL3-YL17井須家河組SQ4連井層序格架

巴中地區(qū)須四段為辮狀河三角洲前緣沉積，三角洲前緣水下分流河道側(cè)向遷移頻繁，結(jié)合露頭資料，YL3-YL17井層序-沉積特征(圖9)，以及地震層序研究表明，主河道沉積特征清晰，在地震剖面上，地震反射特征明顯，須三段地層被須四段削截，綜合反映了須四底界面為具有區(qū)域沖刷侵蝕性質(zhì)的不整合面，為須四段底界面；須四段上覆須五段地層，須五段以泥巖沉積為主，地震上為連續(xù)中低頻強(qiáng)反射特征，區(qū)域上可連續(xù)追蹤，作為須四段頂界面(圖10)，總的來(lái)說(shuō)，須四段層序具有頂部整合，底部沖刷侵蝕不整合的層序地層特點(diǎn)。

圖10 YL3-YL17井須四段地震層序特征

圖11 巴中地區(qū)須四段斷裂分布平面圖

3.2 層序地層格架內(nèi)主河道砂體精細(xì)刻畫(huà)

由YL17井須四段速度、密度統(tǒng)計(jì)可以看出，主河道砂體縱波波阻抗平均為12 411 m/s*g/cm3，分支河道砂體縱波阻抗平均為13 535 m/s*g/cm3，從單井波阻抗上分析，利用波阻抗反演能夠較好地將主河道砂體和分支河道砂體分開(kāi)，但是川東北地區(qū)須四段整體表現(xiàn)為低孔低滲的致密砂巖儲(chǔ)層。另外巴中地區(qū)須四段平均埋深大于4 000 m，因此主河道砂體與分支河道砂體在物性上不會(huì)相差太大，主河道砂體波阻抗與分支河道砂體波阻抗會(huì)有較大部分重疊，利用波阻抗反演來(lái)識(shí)別主河道砂體較困難，且結(jié)果存在多解性；由主河道砂體模型正演結(jié)果可以看出，主河道砂體地震反射外部形態(tài)、內(nèi)部形態(tài)、振幅、頻率等地震相特征與分支河道地震相特征有較大的差別，單就模型正演結(jié)果來(lái)看，利用波形分類(lèi)、RMS振幅等地震屬性應(yīng)該能很好地刻畫(huà)主河道砂體平面展布特征，但是由于巴中地區(qū)須四段斷裂特別發(fā)育(圖11)，地層破壞較嚴(yán)重，再加上主河道砂體橫向上變化較快，利用地震屬性識(shí)別主河道砂體也存在較大的不確定性。

須四段地震主頻不高，地震上識(shí)別單個(gè)薄砂體較困難，當(dāng)多個(gè)單砂體縱向上相互疊置，形成了厚度較大、物性較好的主河道砂體，地震上就會(huì)產(chǎn)生響應(yīng)，使利用地震剖面來(lái)識(shí)別主河道砂體成為可能。依據(jù)巴中地區(qū)須四段主河道砂體地震識(shí)別模式，在層序地層格架內(nèi)采用“相面法”在須四段長(zhǎng)石巖屑砂巖圈閉內(nèi)精細(xì)追蹤出主河道砂體的展布(圖12、13)。由主河道砂體平面分布圖可以看出，巴中地區(qū)須四段主河道砂體呈近東西向展布，與YL17井古水流方向一致(圖14)，南北兩套主河道砂體被中間富泥巖夾層的分支河道隔開(kāi)，東部靠近物源，河道寬度大，縱向切割較深，砂體厚度較大，向西主河道逐漸分流，河道變窄，切割較淺，砂體厚度較小。

圖12 巴中地區(qū)須四段主河道分布平面

圖13 巴中地區(qū)須四段主河道砂體典型地震剖面

4 結(jié)論

模型正演技術(shù)是解決未知問(wèn)題的有效手段，針對(duì)研究區(qū)主河道砂體的各種變化情況，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的地質(zhì)模型，采用合適的正演模擬方法，選擇了合理的子波主頻，開(kāi)展正演模擬研究，建立須四段主河道砂體地震識(shí)別模式，在此基礎(chǔ)上，在地震剖面上精細(xì)追蹤出主河道砂體的分布，為后續(xù)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)工作提供了指導(dǎo)

圖14 YL17井須四段古水流分析圖

[1] 許輝群，桂志先，佘曉宇，等.模型正演技術(shù)在SZ地區(qū)砂體識(shí)別中的應(yīng)用[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2010，7(4)：399-402. XU H Q,G ZH X,SHE X Y, et al. Application of forward modeling to sand identification in SZ area.Journal of Engineering Geophysics，2010，7(4):399-402.(In Chinese)

[2] 劉軍迎，雍學(xué)善，高建虎,等.模型正演技術(shù)在碳酸鹽巖油氣藏地震資料解釋中的應(yīng)用[J].巖性油氣藏，2007，19(1)：109-112． LIU J Y,YONG X SH,GAO J H, et al. Application of farward modeling to seismic data interpretation in carbonate Reservoir.Lithologic Hydrocarbon Reservoir，2007，19(1):109-112.(In Chinese)

[3] 彭真明，陳艷玲.砂、泥巖互層透鏡體模型正演及分析[J].物化探計(jì)算機(jī)技術(shù)，2001，23(2)：101-104. PENG ZH M,CHEN Y L. Farward modeling and analysis to lens in interbeded sandstones and mudstones.Computing echniques for Geophysical and Geochemical Exploration，2001，23(2):101-104.(In Chinese)

[4] 周義軍，熊玉萍.模型正演在鄂托克前旗地區(qū)的應(yīng)用[J].石油物探，2008，47(2)：161-166. ZHOU Y J,XIONG Y P. Application of forward modeling in Etuoke area.Geophysical Prospecting for Petroleum，2008，47(2):161-166.(In Chinese)

[5] 高秋菊，姜效典.地震模型正演技術(shù)在復(fù)雜油氣藏勘探中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古石油化工，2008，16:118-119. GAO Q J,JIANG X D. Application of farward modeling in exploration of complex reservoir.Inner Mongolia Petrochemical industry，2008，16:118-119.(In Chinese)

[6] 許輝群，桂志先，孫贊東，等.基于模型正演的研究區(qū)砂體識(shí)別方法研究[J].石油天然氣學(xué)報(bào)，2011，33(1):118-119. XU H Q,GUI ZH X,SUN Z D, et al. The research of sandstones identification based on forward modeling.Journal of Oil and Gas Technology，2011，33(1):118-119.(In Chinese)

[7] 鞏建強(qiáng). 正演模擬法在油氣勘探中的應(yīng)用.油氣地球物理，2009，7(2):13-16. GONG J Q. The application of the forward modeling in exploration.Petroleum Geophysics，2009，7(2):13-16.(In Chinese)

[8] 李慶忠.走向精確勘探的道路—高分辨率地震勘探系統(tǒng)工程剖析[M].北京：石油工業(yè)出版社，1994. LI Q ZH.Engineering analysis of high resolution seismic exploration system to the way of accurate exploration.Beijing：Petroleum industry publishing house，1994.(In Chinese)

[9] 王金琪.龍門(mén)山印支運(yùn)動(dòng)主幕辨析—再論安縣構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[J].四川地質(zhì)學(xué)報(bào)，2003，23(2)：65-69． WANG J Q. Longmen mountain indosinian orogeny of the Anxian movement.Acta geologica Sichuan，2003，23(2):65-69.(In Chinese)

Application of sand identification from the main channal of the 4thmember of Xujiahe formation in BZ area using forward modeling

XIAO Wei, WANG Ming-fei, HE Zhi-yong

(South Exploration Company,Sinopec,Chengdu 610041,China)

Forward modeling can be used to indicate the reflection characteristics of geological body, especially in the area where have little wells. The 4th member of Xujiahe formation of BZ area belongs to terrestrial braided river delta front deposits, including the channel migration frequent lateral and vertical stacked on each other. This leads to greater lateral variation of seismic data. In addition, there have little wells in BZ area. It is unreliable to research distribution of main channel sand using these above materials. In this paper, the geological model is designed firstly with the typical three-dimensional profile in BZ area. The petrophysical parameters are then obtained from wells which have been drilled. The results of forward modeling are finally studyed and analyzed to clear the seismic response characteristics of main channel sand. Based on the above processes, the distribution of the main channel sand is tracked in whole BZ area.

forward modeling; main channel; sand identification; BZ area

2014-08-12 改回日期：2015-03-26

肖偉(1981-)，男，工程師，現(xiàn)從事地震資料解釋和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究，E-mail: diliaha@163.com。

1001-1749(2015)04-0488-06

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2015.04.12