基于地震分頻技術(shù)的河道砂體精細(xì)刻畫

馬世忠,　何　偉,　王　昭

(東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院, 黑龍江 大慶 163318)

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基于地震分頻技術(shù)的河道砂體精細(xì)刻畫

馬世忠,何偉,王昭

(東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院, 黑龍江 大慶 163318)

針對(duì)常規(guī)屬性在巖性變化復(fù)雜、砂泥交互出現(xiàn)且地震資料不理想、無法實(shí)現(xiàn)砂體精細(xì)刻畫的問題,以葡西油田古109開發(fā)區(qū)為例,采用地震分頻技術(shù)與多元線性回歸分析相結(jié)合的方法,將反映各頻率段對(duì)應(yīng)儲(chǔ)層特征的屬性融合,對(duì)開發(fā)區(qū)H22-1層實(shí)現(xiàn)井震聯(lián)合控制下的河道砂體精細(xì)刻畫。結(jié)果表明:研究區(qū)存在兩支分流河道、一支決口河道、一處主體席狀砂、兩處席狀砂,以及呈大面積分布的席外緣。地震資料、正演模型、測(cè)井資料及沉積相驗(yàn)證了刻畫結(jié)果的準(zhǔn)確性。分頻技術(shù)與多元線性回歸相結(jié)合的屬性分析方法,對(duì)不同頻率的地震響應(yīng)賦予了實(shí)際地質(zhì)意義,可以精確地識(shí)別、預(yù)測(cè)和描述儲(chǔ)層的發(fā)育情況。

砂巖； 河道砂體； 精細(xì)刻畫; 分頻技術(shù); 多元線性回歸分析; 井震聯(lián)合

隨著油氣勘探的逐步深入,巖性油氣藏一類復(fù)雜地質(zhì)體成為目前勘探開發(fā)的主要目標(biāo)。河道砂體是陸相盆地中常見的儲(chǔ)層類型及油氣聚集成藏的有利場(chǎng)所,但由于河道頻繁改道變遷,河道沉積橫向表現(xiàn)為巖性變化快、縱向呈砂泥巖薄互層等特點(diǎn),常規(guī)地震屬性難以識(shí)別和預(yù)測(cè)其平面分布,無法達(dá)到河道精細(xì)刻畫的要求。分頻技術(shù)的出現(xiàn),為儲(chǔ)層預(yù)測(cè)帶來了新思路。筆者選擇S變換法對(duì)地震體和地層體進(jìn)行分頻處理,將地震數(shù)據(jù)從時(shí)間域轉(zhuǎn)變到頻率域,并將優(yōu)選后的屬性進(jìn)行多元線性回歸融合,得到精度高、可靠性強(qiáng)的屬性圖件,以實(shí)現(xiàn)河道砂體精細(xì)刻畫。

1　研究區(qū)概況與地震分頻技術(shù)原理

1.1研究區(qū)概況

葡西油田位于黑龍江省大慶市肇源縣和杜爾伯特蒙古族自治縣境內(nèi),東與大慶長(zhǎng)垣葡萄花油田相接,西至他拉哈—古龍向斜中軸線,南至新肇油田。構(gòu)造位置上,該油田位于松遼盆地中央凹陷區(qū)、齊家—古龍凹陷南部葡西鼻狀構(gòu)造上[1]。此次研究區(qū)為葡西油田古109開發(fā)區(qū)。該區(qū)所在松遼盆地中央凹陷區(qū)的黑帝廟油層主要發(fā)育三角洲前緣沉積體系,沉積受河流和波浪雙重地質(zhì)營(yíng)力作用,時(shí)間單元?jiǎng)澐譃閱纹诤恿鞒练e,即單期河流旋回。

1.2地震分頻技術(shù)原理

分頻技術(shù)適用于預(yù)測(cè)巖性橫向變化復(fù)雜、砂體厚度較薄的儲(chǔ)層[2-3]。通過該技術(shù)可獲取地震道每個(gè)采樣點(diǎn)的頻譜圖像,從時(shí)間和空間變化角度研究?jī)?chǔ)層變化規(guī)律。此外,它還可以對(duì)特定的地質(zhì)體進(jìn)行頻譜成像分析,從而高效快速地對(duì)目的層進(jìn)行地質(zhì)分析。分頻技術(shù)主要有離散傅里葉變換(DFT)、連續(xù)小波變換(CWT)、時(shí)頻連續(xù)小波變換(TFCWT)、S-transform變換(S)和連續(xù)小波包變換(CWPT)五種變換方法,其中,S變換方法速度快、頻譜分析效率高,對(duì)各頻率屬性分析細(xì)致,為此,文中選用該方法。

分頻技術(shù)可以有效識(shí)別儲(chǔ)集層時(shí)間厚度的變化及檢測(cè)地質(zhì)體橫向上的不連續(xù)性[4-6],各變換方法的基本算法均源于DFT或最大熵方法。具體算法步驟為:

(1)將地震數(shù)據(jù)從時(shí)間域轉(zhuǎn)換為頻率域,

(1)

式中:f——頻率;

t——時(shí)間。

(2)利用離散傅里葉變換計(jì)算目標(biāo)范圍內(nèi)各頻率對(duì)應(yīng)的振幅值A(chǔ),

(2)

式中:a(j)——時(shí)間域地震道的第j個(gè)采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的振幅值;

A(k)——頻率k所對(duì)應(yīng)的振幅值;

N——時(shí)窗內(nèi)包含的采樣數(shù)。

將式(2)代入歐拉公式得

isin(2πjk/N),

(3)

式(3)也可以表示為

A=|A(k)|eiγ(k),

(4)

式中:γ(k)——頻率k所對(duì)應(yīng)的相位值。

2　河道砂體精細(xì)刻畫

2.1屬性優(yōu)選

文中采用S變換對(duì)地震數(shù)據(jù)體和地震體切片進(jìn)行屬性優(yōu)選。

2.1.1地震體的S變換

在2～100 Hz范圍內(nèi),可依次觀察得到各頻率對(duì)應(yīng)的地震剖面,文中僅以20、34、54、80 Hz為例,如圖1所示。對(duì)比不同頻率分頻體剖面可知,對(duì)地質(zhì)條件響應(yīng)最好的頻率,即54 Hz分頻體。該剖面中,可見明顯強(qiáng)振幅透鏡體,如圖1c中綠色框所示。這符合河道砂體在地震剖面中所表現(xiàn)出的強(qiáng)振幅透鏡狀特征,說明地震體中含有河道砂體。

2.1.2地層體切片的S變換

除對(duì)地震體進(jìn)行分頻以外,還可根據(jù)標(biāo)定的地震層位與地質(zhì)層位的對(duì)應(yīng)關(guān)系,依次在各小層中提取不同時(shí)窗下的地層體切片,從而在地層體切片的基礎(chǔ)上進(jìn)行分頻處理。

圖2為不同地層體切片與分頻切片對(duì)比圖。由圖2可見,高頻與低頻所表現(xiàn)出來的特征完全不同;54 Hz分頻體切片呈現(xiàn)出最為明顯的河道特征,而頻率過高和過低的都僅表現(xiàn)出局部河道的特征,無法達(dá)到54 Hz分頻體所刻畫的效果。

2.2多元線性回歸分頻體切片融合

目前,多元線性回歸法廣泛用于屬性融合中,應(yīng)用此法可建立各屬性與儲(chǔ)層參數(shù)之間的關(guān)系,其數(shù)學(xué)理論早已明確,并且可以參考該方法在其他領(lǐng)域應(yīng)用的成功經(jīng)驗(yàn)。其原理如下:

多元線性回歸方程

y=b0+b1x1+b2x2+…+bmxm,

(6)

式中:b0,b1,…,bm為β0,β1,…,βm的最小二乘估計(jì)值,即b0,b1,…,bm應(yīng)使實(shí)際觀測(cè)值與回歸估計(jì)值的偏差平方和最小[7]。

圖1　經(jīng)過S變換后各頻率分頻體剖面對(duì)比

Fig. 1Frequency dividing section contrast of each frequency after S transform

將多元線性回歸的方法應(yīng)用在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中,很好地克服了單一屬性儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的片面性。通過優(yōu)選,將能反映各頻率段儲(chǔ)層特征的屬性進(jìn)行多元線性回歸融合,很好地實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)層的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。針對(duì)薄儲(chǔ)層,此法更是有效提高了預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度[8],但此法受敏感屬性的約束較大,因此屬性優(yōu)選對(duì)結(jié)果的準(zhǔn)確性影響較大。筆者在掌握各屬性砂體刻畫效果的基礎(chǔ)上,優(yōu)選確定較好反映儲(chǔ)層特征的屬性圖件,依據(jù)各屬性圖件的屬性值確定各屬性對(duì)應(yīng)最小二乘估計(jì)值,依次按照式(6)進(jìn)行疊加求和,從而實(shí)現(xiàn)多元線性回歸屬性融合,由此得到了精細(xì)河道砂體刻畫圖件，如圖3所示。

圖2　不同地層體切片與分頻切片對(duì)比

Fig. 2Comparison of different stratum body slice and spectral decomposition to strata-grid

由圖3可見多支條帶狀分叉小型河道,且研究區(qū)有明顯大片席狀砂發(fā)育特征。

圖3　多元線性回歸屬性融合

2.3井震聯(lián)合控制下的河道砂體精細(xì)刻畫

地震屬性分析技術(shù)在巖性解釋、構(gòu)造解釋、儲(chǔ)層預(yù)測(cè)、沉積微相研究等方面發(fā)揮著越來越重要的作用[9-11]。利用分頻技術(shù)與多元線性回歸屬性融合方法實(shí)現(xiàn)井震聯(lián)合控制下河道砂體精細(xì)刻畫(如圖3)。研究區(qū)沉積相分布如圖4所示。

圖4　研究區(qū)沉積相

據(jù)已有測(cè)井資料統(tǒng)計(jì),該區(qū)H22層最大單砂層厚度達(dá)12.3 m,最小儲(chǔ)層厚度為0.5 m,大多數(shù)儲(chǔ)層集中在2～6 m的范圍內(nèi)。結(jié)合屬性圖(圖3)與沉積相圖(圖4)可見,G109開發(fā)區(qū)發(fā)育兩支明顯水下分流河道,主河道由東部往西寬度逐漸變窄,首先在A處分叉,形成一支往西北方向延伸和一支沿正西方向延伸的水下分流河道,分別延伸約15 km和9 km。同時(shí),向正西方向延伸的河道進(jìn)一步在B處分叉,形成一支沿正西方延伸的分流河道和一支沿正北方向延伸的決口河道,此決口河道于井G97-156東北方向521 m處進(jìn)一步分叉,沿西北方向延伸,分別于井G119和G101-134處截止,延伸約5 km。由圖3可以看出,A與B兩個(gè)明顯水下河道分叉點(diǎn),在分叉前后河道寬度由粗變細(xì),反映了分叉時(shí)水體能量由強(qiáng)到弱的變化,且在A處分叉后兩支分流河道寬度分別為464 m和331 m,其總和795 m,與分叉前主河道寬度760 m十分一致。同時(shí)，在B處分叉后所形成的分流河道寬度總和487 m,與分叉前主河道寬度492 m完全一致,充分反映了分叉前后水體所攜帶沉積物總量守恒。從沉積特征來看,該層沉積主要以水下分流河道為主,砂巖沉積體較為發(fā)育,沉積時(shí)水流能量大,河道發(fā)育好,形態(tài)保留完整,屬于三角洲前緣亞相。H22-1沉積時(shí)間單元發(fā)育的微相類型有水下分流河道、主體席狀砂、席狀砂、席內(nèi)緣和席外緣。對(duì)比屬性圖與沉積相圖,得到該區(qū)微相平面展布規(guī)律:水下分流河道發(fā)育好,呈西北—東南樹枝狀展布,其中,古109開發(fā)區(qū)發(fā)育分流河道中末端。各微相以水下分流河道為中心,向兩側(cè)沉積,粒度逐漸變細(xì),相類型逐漸變差。結(jié)合測(cè)井資料分析,在井G110、G129、G113-142、G115-138、G117-134、G117-136、G117-138處分別鉆遇河道砂,厚度范圍為5～10 m,在古109開發(fā)區(qū)除上述井之外,普遍鉆遇厚度較薄的席狀砂。

此次研究,在井震聯(lián)合控制下,共識(shí)別出兩支分流河道、一支決口河道、一處主體席狀砂、兩處席狀砂，以及呈大面積分布的席外緣等。除此之外,還可見若干支寬度范圍在100～200 m內(nèi)的小型河道。

3　儲(chǔ)層預(yù)測(cè)可信度分析

為證實(shí)圖3中紅色高值區(qū)域確實(shí)代表河道砂體的發(fā)育情況,分別從地震、測(cè)井及沉積相三方面進(jìn)行可信度分析。

3.1地震資料

由實(shí)際地震剖面(圖5a)發(fā)現(xiàn),圖3中紅色區(qū)域?qū)?yīng)剖面特征為在兩層之間出現(xiàn)透鏡體狀強(qiáng)振幅。建立上下泥巖及中部發(fā)育河道砂的正演地質(zhì)模型,如圖5b所示。對(duì)比正演剖面與實(shí)際剖面發(fā)現(xiàn),在正演剖面中相同的位置處同樣出現(xiàn)透鏡狀強(qiáng)振幅特征[12],從而證實(shí)河道在地震剖面上的透鏡體狀反射特征。因此,當(dāng)根據(jù)地震資料分辨河道沉積時(shí),在垂直于河道走向的地震剖面上,地震反射通常表現(xiàn)為透鏡狀。

垂直于圖3中紅色高值區(qū)域走向,即沿圖3中C—D走向拉取地震剖面,得到圖6。由圖3和圖6對(duì)應(yīng)的①、②、③區(qū)域,可見明顯透鏡體狀河道充填沉積等指示河道的地震響應(yīng)特征,其振幅由中間向兩邊由強(qiáng)變?nèi)鮗13],符合河道沉積模式。綜上所述,從東南方向沿垂直于河道走向依次觀察實(shí)際地震剖面和54 Hz分頻體剖面,皆可見穩(wěn)定透鏡體狀特征。

圖5　實(shí)際地震剖面及正演剖面

圖6　沿C—D走向的實(shí)際地震剖面

3.2測(cè)井與沉積相

以研究區(qū)四口井為例(圖7),對(duì)圖3進(jìn)行測(cè)井與沉積相測(cè)井相的可信度分析。由圖7a、7b、7c可見,G129、G117-134、G110三口井的曲線形態(tài)特征表現(xiàn)為河道相特有的鐘形、箱形或由其組成的復(fù)合形。結(jié)合其鉆遇的砂巖厚度等情況進(jìn)行分析,證實(shí)圖3中紅色高值區(qū)確實(shí)指示了物性良好且砂巖厚度可達(dá)6～10 m的河道砂體。

以G123-144井為例(圖7d),其曲線特征反映了席狀砂沉積特征,發(fā)育砂巖厚度偏薄,物性較差。進(jìn)一步結(jié)合該井在圖3中的位置及所在位置處的屬性值,分析證實(shí)了圖3中屬性值相對(duì)較低的區(qū)域確實(shí)指示席狀砂、席外緣等相對(duì)較薄砂體的發(fā)育情況。

對(duì)全區(qū)井進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)合測(cè)井曲線及沉積相特征計(jì)算符合率,井點(diǎn)符合率達(dá)90%以上;所有在紅色區(qū)域內(nèi)的井均為河道沉積,井點(diǎn)符合率為100%;沉積相類別為席狀砂的井點(diǎn)符合率達(dá)80%以上;沉積相類別為壩間泥的井點(diǎn)符合率可達(dá)70%以上。

圖7　測(cè)井與沉積相驗(yàn)證

綜上所述,地震、測(cè)井及沉積相等資料充分證實(shí)了多元線性回歸屬性融合圖在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方面的準(zhǔn)確性及可靠性[14]。

4　結(jié)　論

(1)采用地震分頻技術(shù)與多元線性回歸融合相結(jié)合的方法,在研究區(qū)實(shí)現(xiàn)了河道砂體精細(xì)刻畫,共識(shí)別兩支主分流河道、一支次級(jí)分流河道、一處主體席狀砂、兩處席狀砂,以及呈大面積分布的席外緣。水下分流河道發(fā)育好,呈西北—東南樹枝狀展布。各微相以水下分流河道為中心,向兩側(cè)沉積,粒度逐漸變細(xì),相類型逐漸變差。

(2)地需分頻技術(shù)與多元線性回歸分析相結(jié)合的方法,能將反映各區(qū)域、頻率段儲(chǔ)層特征的屬性進(jìn)行融合,并從地震、測(cè)井資料、正演技術(shù)及沉積相等多方面對(duì)其結(jié)果進(jìn)行可信度分析,較好地克服了單一地震屬性進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)時(shí)的片面性,實(shí)現(xiàn)了高精度的河道砂體刻畫。

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(編輯荀海鑫)

Fine characterization of channel sand body based on seismic frequency dividing technique

MAShizhong,HEWei,WANGZhao

(School of Geosciences, Northeast Petroleum University, Daqing 163318, China)

This paper is concerned with a novel study seeking an alternative to the conventional seismic attribute incapable of the fine characterization of sand body in the presence of more complex lithology changes, the interaction between sand mud, and the lack of ideal seismic data. The research, based on the case of Puxi Oil-field Heidimiao oil layer, involves combining seismic frequency dividing technique with multiple linear regression analysis, performing the fusion of those seismic attributes able to reflect reservoir characteristics of each frequency segment well, and achieving the fine characterization of channel sand body in the layer of H22-1 in research area. The results show that the research area consists of two distributary channel, a crevasse channel, a main body sheet sand, two sheet sand and a large of the distribution of the external delta front sedimentary microfacies. The accuracy produced by the fine characterization is validated by seismic data, forward modeling, log data and sedimentary facies. The attribute analysis method capable of combining seismic frequency dividing technique with multiple linear regression analysis is of the actual geological significance for seismic response of different frequency, and thus affords a more accurate identification, prediction and description of the development of the reservoir.

shaly sand； channel sand body; fine characterization； frequency dividing technology; multiple linear regression analysis; combination of logging and seismic

2015-06-03

馬世忠(1963-),男,河北省東光人,教授,博士,研究方向:沉積、儲(chǔ)層及油藏地質(zhì),E-mail:1511031999@qq.com。

10.3969/j.issn.2095-7262.2015.04.012

P631.8

2095-7262(2015)04-0411-06

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