永進(jìn)油田西山窯組砂巖儲層尖滅線的地震識別技術(shù)

張軍華,范騰騰,楊　勇,杜玉山,劉　磊

(1.中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東青島266580;2.中國石油化工股份有限公司勝利油田勘探開發(fā)研究院,山東東營257015)

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永進(jìn)油田西山窯組砂巖儲層尖滅線的地震識別技術(shù)

張軍華1,范騰騰1,楊勇2,杜玉山2,劉磊2

(1.中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東青島266580;2.中國石油化工股份有限公司勝利油田勘探開發(fā)研究院,山東東營257015)

摘要:永進(jìn)油田屬于典型的地層-巖性油氣藏,此類油氣藏砂體范圍的準(zhǔn)確預(yù)測是勘探成功的關(guān)鍵,而砂體尖滅線的識別直接影響砂體范圍圈定的精度。尖滅點識別的方法較多,但直接用剖面解釋的方法存在較大誤差,而基于調(diào)諧厚度的方法存在應(yīng)用條件的限制問題,基于瞬時譜分析的地震屬性方法則存在分辨率的問題。通過建立不同地質(zhì)模型進(jìn)行正演研究與分析,優(yōu)選出識別砂體尖滅點效果較好的上覆地層下波谷幅值屬性。理論測試表明,該屬性比剖面直接解釋和瞬時相位識別的尖滅點更接近真實位置。在實際應(yīng)用過程中,考慮到研究區(qū)目的層分辨率低、不同砂組相互疊置等問題,結(jié)合譜分解技術(shù),沿上覆地層下波谷同相軸提取了分頻數(shù)據(jù)體的下波谷幅值屬性,通過切片能清晰地識別出永進(jìn)油田西山窯二、三砂組主力油層的尖滅線,且計算結(jié)果與實際井資料相符,為該區(qū)域砂體范圍刻畫提供了可靠依據(jù)。研究方法對同類地層-巖性油氣藏的尖滅點識別有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：尖滅；下波谷幅值；波峰幅值；瞬時相位；永進(jìn)油田

在油氣勘探開發(fā)中,砂體范圍刻畫的精度與儲層邊界確定、儲量計算、井位部署、開發(fā)方案制定等有著直接關(guān)系。對于地層-巖性油氣藏,砂體沿邊界會發(fā)生尖滅消失現(xiàn)象,這一現(xiàn)象在地震剖面上就能直接觀察到,但準(zhǔn)確識別砂體尖滅點比較困難,特別是難以識別低角度尖滅地層。在某種程度上，砂體尖滅點識別已成為地層-巖性油氣藏地震解釋與儲層預(yù)測的一個難點。對于這個問題,目前應(yīng)用較多的方法是基于瞬時譜分析和薄層調(diào)諧原理的屬性提取方法。CHUANG[1]等通過研究薄層發(fā)現(xiàn),調(diào)諧能量處對應(yīng)的位置十分接近實際尖滅點,而該位置在瞬時譜剖面上會形成亮點,因此可以利用瞬時譜分量來識別砂體尖滅的位置。凌云研究小組[2]根據(jù)振幅的調(diào)諧作用,探測了小于1/4波長的薄砂層透鏡體、巖性尖滅等地質(zhì)體；蘇朝光等[3]認(rèn)為地層油藏超剝尖滅線的誤差與地層和不整合面夾角有關(guān),提出了夾角外推計算方法；王軍等[4]以薄層調(diào)諧理論為依據(jù),利用S變換分析薄層調(diào)諧的瞬時譜特征識別了三角洲尖滅線；王志杰[5]利用頻譜成像和瞬時相位屬性識別了東營凹陷小營油田沙二段砂體的尖滅線；張繁昌等[6]利用匹配追蹤瞬時譜及對各瞬時譜分量進(jìn)行主成分分析識別出三角洲砂巖的尖滅線全貌；劉杰等[7]根據(jù)調(diào)諧原理采用分頻后的振幅響應(yīng)、瞬時相位、90°相移指示尖滅點位置。師永民等[8]和殷積峰等[9]分別利用波形分析技術(shù)對地層剝蝕線進(jìn)行識別,取得了較好效果。

總之,對砂體尖滅線的識別主要體現(xiàn)在兩個方面:一是建立在調(diào)諧厚度理論上的應(yīng)用及其延伸；二是利用瞬時相位地震屬性和波形分類等分析手段識別尖滅線。但是,這些方法對尖滅線的識別均

存在不同程度的誤差,尤其當(dāng)?shù)貙觾A角較小時,識別的尖滅點位置與實際位置的誤差較大。為此,我們根據(jù)研究區(qū)地質(zhì)特點,設(shè)計了多個砂體尖滅模型,進(jìn)行理論研究與分析,優(yōu)選出適合尖滅點拾取的上覆地層下波谷屬性,并與其它方法識別結(jié)果進(jìn)行對比,發(fā)現(xiàn)本文方法識別結(jié)果的精度更高。在實際應(yīng)用中,結(jié)合譜分解技術(shù),提取了不同頻率分頻地震數(shù)據(jù)體的上覆地層下波谷屬性,較清晰地識別出目的層西山窯組二、三砂組的尖滅線,取得了良好的應(yīng)用效果。本文方法對其它類似區(qū)塊的砂體預(yù)測具有一定的借鑒作用。

1研究區(qū)概況

永進(jìn)油田位于準(zhǔn)中3區(qū)塊,區(qū)塊大地構(gòu)造上位于準(zhǔn)噶爾盆地腹部,按中晚侏羅世構(gòu)造劃分,位于車莫古隆起南翼[10](圖1)。研究區(qū)目標(biāo)層為侏羅系西山窯組,其中,西山窯組二、三砂組為主力油層,整體上呈東北高西南低的單斜構(gòu)造。砂體主要為辮狀河三角洲水下分支河道沉積[11-12],單層厚度最大8m,累計厚度達(dá)29m。主力油層埋藏較深,在6000m左右,資料頻帶范圍為12～65Hz,目的層主頻較低,約25Hz。砂體上傾方向遭受剝蝕,形成明顯的不整合面,剝蝕線沿北東向展布,東側(cè)的油氣遮擋主要靠巖性尖滅。合理地外推尖滅點,準(zhǔn)確地識別有利砂體的范圍,對研究區(qū)的擴(kuò)邊和滾動開發(fā)都重要。

對于永進(jìn)研究區(qū),研究時還需考慮煤層的影響。煤層與儲層緊鄰,在靠近尖滅點處,儲層與煤層間隔只有40ms左右,而且煤層很厚,地震同相軸反射很強。由于受下伏煤層強反射波同相軸的影響,調(diào)諧作用在瞬時譜剖面上呈現(xiàn)的亮點會被煤層的亮點掩蓋,如圖2所示。圖2a為尖滅點附近地震道信號,圖2b為其對應(yīng)的瞬時譜特征,從圖中可以看出,尖滅位置的亮點完全被煤層強同相軸所掩蓋。因此,利用常規(guī)瞬時譜識別尖滅線的方法不適用于本研究區(qū),對研究區(qū)的尖滅線識別需要開發(fā)新的方法。

圖1　準(zhǔn)噶爾盆地局部勘探形勢

圖2　尖滅點附近單道信號時頻分析a 尖滅點附近地震信號; b 對應(yīng)的瞬時譜

2尖滅點識別模型研究及特色屬性提取

2.1楔形體研究及分析

為了尋找一種能較好識別尖滅線的方法,本文先從簡單的楔形體模型出發(fā)(圖3a),定量分析波形、振幅隨著砂體厚度變薄所呈現(xiàn)出的響應(yīng)。如圖3a 所示,模型中實際尖滅點位于第446道,藍(lán)色、黃色、棕色代表的速度依次為4200,4500,4800m/s,界面極性為正。采用30Hz的雷克子波褶積后的剖面如圖3b所示。褶積剖面上地震波形所能追蹤的尖滅點應(yīng)為下強同相軸消失的點,圖中顯示為第368道(圖3b中紅色箭頭指示位置),距離實際尖滅點位置相差78道；為了觀測厚度逐漸變薄過程中波形的變化,依次抽取不同道對應(yīng)的波形,如圖3c和圖3d。圖3c中紅色虛線為波峰同相軸,圖3d中綠色虛線為下波谷同相軸。第1道中,地層模型砂體較厚,兩個波形完全分開,隨著砂體厚度的減薄,在上覆地層下波谷與下伏地層的上波谷重合(236道)之前,上覆地層波峰幅值沒有變化,而上覆地層下波谷幅值減小直到重合時達(dá)到最?。浑S著砂體厚度繼續(xù)減薄,在上覆地層波峰與下伏地層上波谷重合(356道)之前,上覆地層波峰幅值逐漸減小,在重合時達(dá)到最小,而上覆地層下波谷幅值先減小后增大,在重合時達(dá)到最大；砂體厚度繼續(xù)減薄,上覆地層波峰幅值逐漸增大直到尖滅點處(446道)達(dá)到最大并趨于穩(wěn)定,而上覆地層下波谷幅值逐漸減少,在尖滅點處達(dá)到最小。

圖3　楔形體模型正演及分析a 速度模型; b 褶積后剖面; c 抽取的單道信號(波峰同相軸); d 抽取的單道信號(下波谷同相軸)

基于以上波形及幅值隨厚度變化的規(guī)律,提取了兩種屬性:上覆地層波峰幅值和上覆地層下波谷幅值屬性,并用其定量描述厚度的變化,結(jié)果如圖4所示,在后續(xù)模型研究和實際應(yīng)用中對此將做進(jìn)一步討論。

圖4　幅值隨厚度的變化a 上覆地層波峰幅值變化; b 上覆地層下波谷幅值變化

2.2較復(fù)雜模型正演模擬方法檢測與效果對比

結(jié)合研究區(qū)實際地質(zhì)情況,進(jìn)行模型正演與理論分析。由測井聲波時差曲線分析得出,該區(qū)目標(biāo)層上覆地層速度約為4360m/s,泥巖速度約

為4475m/s,砂巖速度約為4630m/s。圖5a為速度模型,A,B,C分別為3個不同砂體的實際尖滅點位置,道號分別為180,307,467；圖5b為用30Hz雷克子波進(jìn)行褶積得到的波形剖面,從圖上只能大概得出3個砂體的尖滅點位置為A1,B1,C1,分別位于第71,214,360道,與實際尖滅點位置分別相差109,93,107道,模型正演道間距設(shè)為5m。因此,單純從地震剖面上直接觀測解釋的尖滅點,與實際尖滅點位置相差較大。

圖5　復(fù)雜模型正演模擬a 速度模型; b 褶積后波形剖面

2.2.1瞬時相位識別尖滅點

地震解釋中,三瞬屬性是常用屬性,是其它衍生類屬性的基礎(chǔ)[13]。其中,瞬時相位技術(shù)是建立在希爾伯特變換基礎(chǔ)上的一種處理方法,瞬時相位屬性是時間函數(shù),與地震波的能量無關(guān),可反映反射波的連續(xù)性[14],也可用來檢測地層的接觸關(guān)系,如地層尖滅、超覆、疊置關(guān)系、斷裂等地質(zhì)現(xiàn)象[15]。

對褶積后的剖面進(jìn)行瞬時相位分析,如圖6所示。根據(jù)瞬時相位剖面可識別3個砂組尖滅點位置,分別對應(yīng)第110,251,392道(圖6中紅色箭頭指示位置),距離實際的尖滅點分別相差70,56,75道。

相對于地震剖面直接識別尖滅點,瞬時相位對砂體的橫向變化更為敏感,更接近實際的尖滅點位置,但模型計算結(jié)果與實際尖滅點位置仍有較大差距,不能滿足砂體精確刻畫的要求。

2.2.2基于上覆地層兩種新屬性識別尖滅點

圖6　瞬時相位剖面

圖7　優(yōu)選的兩種屬性a 上覆地層波峰幅值屬性; b 上覆地層下波谷幅值屬性

對于楔形體模型(圖3a),上覆地層波峰振幅和上覆地層下波谷振幅兩種屬性均能很好地識別尖滅點位置。對如圖5a所示的較復(fù)雜模型,我們同樣沿頂層提取上覆地層波峰振幅和上覆地層下波谷振幅屬性,如圖7所示。圖7a為上覆地層波峰幅值的變化,其幅值變化平緩處類似于“基線”,實際尖滅點A,B,C分別對應(yīng)屬性圖上的A2,B2,C2點(黑色箭頭指示處),此三點的規(guī)律明顯,均位于波峰幅值減小到基線位置處,但在屬性切片上這種性質(zhì)的拐點不易識別；而反射振幅極大值點(紅色箭頭指示處)對應(yīng)的位置特征明顯且在屬性切片上容易識別,因此,用該屬性極值點近似指示尖滅點,分別為153,279,436道,與實際尖滅點的距離分別相差27,28,31道。圖7b中A3,B3,C3(黑色箭頭指示處)為實際尖滅點位置,此3點特征明顯,均位于極值點處,能準(zhǔn)確地識別尖滅點位置。由此可見,上覆地層下波谷幅值屬性識別的砂體尖滅點更為準(zhǔn)確。

分別統(tǒng)計各屬性所識別尖滅點的位置(表1),從表中可以看出,直接在地震剖面上識別的尖滅點與實際尖滅點位置相差最大；相對于地震剖面,瞬時相位識別的尖滅點雖有改進(jìn),但仍不能準(zhǔn)確預(yù)測實際尖滅點位置。本文提取的兩種新屬性預(yù)測的尖滅點位置與實際的尖滅點更為接近,其中,下波谷幅值屬性極值點位置與實際尖滅點位置基本相同,可準(zhǔn)確預(yù)測實際尖滅點,它比利用波峰幅值屬性預(yù)測的位置更接近真實位置。

表1　各屬性識別尖滅點位置

3實際資料應(yīng)用

3.1剖面應(yīng)用效果對比及分析

為檢測上覆地層下波谷幅值屬性對實際資料的應(yīng)用效果,先對包含不同砂組的地震剖面進(jìn)行分析。如圖8a所示,剖面上紅色A,B分別為地震剖面直接識別的兩個砂組的尖滅點,但具體位置較為模糊；圖8b則為該剖面對應(yīng)的瞬時相位剖面,圖中A1,B1為其識別的砂體尖滅點；圖8c為沿上覆地層提取的波峰振幅屬性,尖滅點位置為A2,B2點；圖8d為上覆地層下波谷幅值屬性,尖滅點為A3,B3點。表2為各屬性識別的尖滅點位置統(tǒng)計結(jié)果,對比發(fā)現(xiàn):相比于利用地震剖面直接識別和利用瞬時相位屬性識別的尖滅點位置,利用波峰屬性和下波谷幅值屬性所識別的尖滅點位置向上傾方向進(jìn)一步延伸,克服了地震剖面和瞬時相位屬性在砂體較薄時無法準(zhǔn)確識別尖滅點的缺陷；而對本研究區(qū)而言,識別尖滅點最優(yōu)的屬性為下波谷幅值屬性。

表2　地震屬性識別尖滅點位置

3.2三維數(shù)據(jù)體應(yīng)用效果分析

3.2.1利用瞬時相位識別尖滅點

永進(jìn)研究區(qū)主力油層有二砂組、三砂組,砂體儲層物性較好,均受上覆地層剝蝕而尖滅。測井資料顯示,y1井和y3井不含三砂組,只含二砂組；y6井既有三砂組也有二砂組。由上述正演模擬結(jié)果可知,瞬時相位屬性對砂體的橫向變化較為敏感,能夠用來近似識別尖滅點位置。因此,將瞬時相位技術(shù)應(yīng)用于整個三維數(shù)據(jù)體,提取屬性切片,如圖9所示。

圖9為瞬時相位屬性沿層切片,其中圖9a中虛線為識別的三砂組尖滅線,y6井左側(cè)砂體尖滅線位置無法確定,且識別范圍較窄；圖9b中二砂組尖滅線位置不易識別,圖中的A,B點分別對應(yīng)圖9c 中的A,B點,剖面中顯示A點在儲層頂層(解釋的綠色層位)之上,而二砂組在儲層頂層之下,明顯A點并非二砂組的尖滅點,B點才是瞬時相位識別的二砂組尖滅點,由此可知,依靠瞬時相位識別二砂組的尖滅線可靠性較差。

圖8　地震屬性尖滅點識別結(jié)果a 實際地震剖面; b 瞬時相位剖面; c 上覆地層波峰幅值屬性; d 上覆地層下波谷幅值屬性

3.2.2利用上覆地層下波谷屬性識別尖滅點

圖9　利用瞬時相位識別的尖滅線a 三砂組; b 二砂組; c 圖9b中縱測線所對應(yīng)剖面

基于模型和實際剖面的分析可知,上覆地層波峰幅值屬性和上覆地層下波谷幅值屬性在尖滅點識別方面都有較好的識別精度,且后者識別的尖滅點更接近實際尖滅點位置。但是該區(qū)塊目的層埋藏較深,主頻較低,資料的縱向分辨率有限,常規(guī)屬性分析方法存在調(diào)諧陷阱。而不同頻率的地震數(shù)據(jù)體所反映的地質(zhì)信息往往不同[15],因此,在地震資料解釋前對地震資料進(jìn)行分頻處理,得到不同頻率的數(shù)據(jù)體,能提高識別薄儲層的能力,更加客觀地刻畫地質(zhì)體[16-18]。為此,在提取上覆地層下波谷屬性切片之前,對三維數(shù)據(jù)體進(jìn)行分頻處理,本文使用廣義S變換(GST)分頻得到了不同頻率的單頻數(shù)據(jù)體,再經(jīng)逆變換將數(shù)據(jù)體轉(zhuǎn)換到時間域,然后沿上覆地層波谷解釋的同相軸提取下波谷幅值屬性切片,如圖10所示。圖10中黑色細(xì)點線對應(yīng)二砂組尖滅線；紅色粗點線為瞬時相位識別的三砂組尖滅線,黑色粗點線為下波谷幅值屬性識別的三砂組尖滅線。二砂組和三砂組均向西北方向尖滅,尖滅線的右下方為砂體。不同頻率的下波谷幅值屬性切片對砂體的尖滅點均有一定指示,其中,30Hz和45Hz切片識別的二砂組尖滅點輪廓清晰；而30,35,40,45Hz頻率切片對三砂組尖滅線的識別效果都很好。總的來看,30Hz頻率的幅值屬性切片上尖滅線輪廓清晰且連續(xù),效果最好。與圖9中瞬時相位識別的尖滅線相比,二砂組尖滅線識別精確,不存在多解性,且延伸較遠(yuǎn)；三砂組尖滅點沿上傾方向延伸遠(yuǎn)且輪廓清晰。顯然,經(jīng)過分頻后的上覆地層下波谷幅值屬性切片在識別尖滅點方面克服了瞬時相位技術(shù)在該區(qū)應(yīng)用的不足,取得了良好效果。

圖10　不同頻率的上覆地層下波谷幅值屬性切片a 30Hz; b 35Hz; c 40Hz; d 45Hz

4結(jié)論與認(rèn)識

1) 砂體尖滅線的識別影響砂體范圍圈定的精度,而砂體范圍與儲層邊界劃分、儲量計算、井位部署、開發(fā)方案制定等有直接關(guān)系,因此,精確地拾取砂體尖滅線非常重要。

2) 基于調(diào)諧厚度識別尖滅點方法具有良好的理論基礎(chǔ),但受應(yīng)用條件限制；而基于常規(guī)屬性,如瞬時相位、波形分類等方法要求地震分辨率較高,且識別精度與地層傾角有關(guān),傾角越小,誤差越大。

3) 永進(jìn)油田主力油層緊鄰煤層,瞬時譜剖面上呈現(xiàn)的亮點會被煤層強同相軸呈現(xiàn)的亮點掩蓋,無法準(zhǔn)確識別尖滅點,而且該區(qū)塊地層傾角較小、分辨率低、砂體疊置,利用常規(guī)瞬時譜屬性識別尖滅點誤差較大。

4) 基于多個地質(zhì)模型的正演模擬研究和分析,優(yōu)選出上覆地層下波谷幅值屬性,該屬性極值點位置能準(zhǔn)確對應(yīng)尖滅點,與地震剖面和瞬時相位識別的尖滅點位置對比,優(yōu)勢十分明顯。

5) 將上覆地層下波谷幅值屬性和譜分解技術(shù)相結(jié)合,提取不同頻率下地震數(shù)據(jù)體的上覆地層下波谷屬性切片,能夠更好地識別不同砂組的尖滅點。

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(編輯：朱文杰)

Seismic recognition techniques for sandstone reservoir pinch-out line in Xishanyao formation in Yongjin Oilfield

ZHANG Junhua1,FAN Tengteng1,YANG Yong2,DU Yushan2,LIU Lei2

(1.SchoolofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Qingdao266580,China;2.ShengliOilfieldResearchInstituteofExplorationandDevelopment,Dongying257015,China)

Abstract:Yongjin Oilfield is a typical stratigraphic-lithologic reservoir and it is very important to predict the range of sandbodies accurately.The identification of pinch-out boundary would affect the delineated range of sandbodies directly.For the recognition of pinch-out points,the interpretation on seismic profiles exists large error,the method based on tuning thickness is restricted by application conditions,and the seismic attributes method based on instantaneous spectrum analysis is difficult to achieve satisfied resolution.By conducting forward modeling for different models,the attribute of reflection trough amplitude beneath overlying layer is optimized to recognize the location of pinch-out point.Theoretical tests show that the location of pinch-out points recognized by the trough amplitude is closer to the real location compared with seismic profile and instantaneous phase.In the process of actual application,the complexity of low resolution and the stacking of different sand group in objective layer are taken into account;the amplitude attribute slice along with the reflection trough event from frequency-divided cube is extracted by spectral decomposition.It can clearly identify the point-out boundary of major reservoirs of the second and third sand groups in Yongjin Oilfield and the calculation results are corresponding to actual well data,which provides a favorable basis for the characterization of the distribution of sand bodies.

Keywords:pinch-out,trough amplitude,peak amplitude,instantaneous phase,Yongjin Oilfield

文章編號：1000-1441(2016)02-0261-10

DOI:10.3969/j.issn.1000-1441.2016.02.012

中圖分類號：P631

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

基金項目：國家科技重大專項(2011ZX05011-001)資助。

作者簡介：張軍華(1965—),男,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事石油物探教學(xué)與研究工作。

收稿日期：2015-08-19;改回日期：2016-01-26。

This research is financially supported by the National Science and Technology Major Project of China (Grant No. 2011ZX05011-001).