山東埕島東部東營(yíng)組三角洲砂體地震預(yù)測(cè)技術(shù)

陳　妍， 張明振， 羅　霞， 石曉光

(中石化勝利油田物探研究院，東營(yíng)　257000)

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山東埕島東部東營(yíng)組三角洲砂體地震預(yù)測(cè)技術(shù)

陳妍， 張明振， 羅霞， 石曉光

(中石化勝利油田物探研究院，東營(yíng)257000)

摘要：山東埕島地區(qū)東營(yíng)組是勝利油田近年來(lái)的一個(gè)勘探熱點(diǎn)地區(qū)，資源潛力巨大。其主要發(fā)育河流和三角洲沉積體系，但砂體地震反射特征復(fù)雜，橫向變化快，儲(chǔ)層識(shí)別描述難度較大。通過(guò)建立全區(qū)高分辨率層序地層格架，在等時(shí)層序格架的基礎(chǔ)上，開(kāi)展儲(chǔ)層描述。湖相沉積與三角洲相沉積在沉積物特征和地震響應(yīng)上都具有較大差異，通過(guò)對(duì)已鉆井的巖心、測(cè)井和錄井等資料的分析，結(jié)合地震屬性和地震相等宏觀描述方法，在湖相沉積的背景之下刻畫(huà)出三角洲的整體展布形態(tài)。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)三角洲主體區(qū)地震反射較弱、砂泥巖速度差異較小的特點(diǎn)，利用地震波形識(shí)別技術(shù)，采用6種參數(shù)對(duì)波形進(jìn)行描述，得出12種波形分類，分別對(duì)應(yīng)4種主要沉積微相。最終利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法在平面上進(jìn)行沉積微相的識(shí)別和刻畫(huà)，取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：埕島地區(qū)； 三角洲砂體預(yù)測(cè)； 屬性融合； 波形分類

0引言

山東埕島潛山披覆構(gòu)造帶東部為一北東傾的單斜構(gòu)造，是一個(gè)典型的構(gòu)造緩坡帶。該帶緊鄰渤中富油坳陷，具有形成大中型油氣藏的物質(zhì)基礎(chǔ)。但在前期勘探中，發(fā)現(xiàn)油氣主要集中在館陶組河流相砂體中。隨著勘探的深入，勘探的重點(diǎn)正轉(zhuǎn)向更深部的東營(yíng)組地層，并在近幾年的勘探中取得突破。截至2014年，東營(yíng)組有超過(guò)15口井獲得高產(chǎn)工業(yè)油流，三級(jí)地質(zhì)儲(chǔ)量5 000多萬(wàn)t，勘探潛力巨大。前期研究認(rèn)為，該地區(qū)東營(yíng)組主要產(chǎn)層為三角洲沉積，但砂體地震反射特征復(fù)雜，橫向變化快，儲(chǔ)層識(shí)別描述難度較大，致使前期鉆探的多口井因儲(chǔ)層描述不準(zhǔn)而落空。因此，尋求適合該地區(qū)古近系三角洲砂體預(yù)測(cè)的技術(shù)和方法，進(jìn)行有利砂體的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)就顯得尤為重要。

通過(guò)地震屬性和地震相分析進(jìn)行沉積體識(shí)別和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)是一項(xiàng)較為常見(jiàn)的技術(shù)，形成了一系列技術(shù)方法，并在一些地區(qū)的應(yīng)用中取得了較好的效果，但同時(shí)也存在一定的局限性[1-3]。近年來(lái)，也有學(xué)者嘗試通過(guò)地震波形的自動(dòng)識(shí)別來(lái)減少地震相人工分析造成的主觀性和多解性，提高地震相分析精度，取得了較好的應(yīng)用效果[4-5]。本文在前人研究基礎(chǔ)上，嘗試采用波形定量分析和自動(dòng)識(shí)別技術(shù)進(jìn)行沉積體系劃分和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。

1研究區(qū)地質(zhì)背景

1.1基本構(gòu)造特征和地層發(fā)育情況

如圖1所示，埕島油田位于埕北凹陷和沙南凹陷之間的埕北低凸起的東部，主體位于海上淺水區(qū)，屬于中石化勝利油田作業(yè)區(qū)塊。埕島東部地區(qū)是埕島油田的一部分，位于埕島潛山披覆構(gòu)造的東翼，其基底為埕北低凸起的一部分。受郯廬走滑斷裂的控制，形成NNE向的斷裂體系，受古地貌影響，形成東斷西超、向東北傾沒(méi)的地層沉積樣式。東營(yíng)組地層沉積最深處可達(dá)4 500 m，最厚處可達(dá)2 000 m，發(fā)育了較完整的沉積序列，早期沉積了一套以泥巖為主夾薄層砂巖的沉積，中后期沉積了砂質(zhì)為主夾泥巖的沉積組合。東營(yíng)組為一完整的長(zhǎng)期沉積旋回時(shí)期，經(jīng)歷了深湖、半深湖→三角洲充填→河流相的沉積演化過(guò)程。

圖1　埕島油田區(qū)域構(gòu)造位置Fig.1　Tectonic location of Chengdao Oilfield

1.2層序地層格架

根據(jù)地震上層序界面標(biāo)志和測(cè)井、錄井旋回的識(shí)別，將東營(yíng)組一個(gè)完整的長(zhǎng)期旋回劃分為4個(gè)中期基準(zhǔn)面旋回(即四級(jí)層序)，自下而上命名為MS1、MS2、MS3、MS4，每個(gè)中期旋回代表了一次湖盆發(fā)育—湖盆擴(kuò)張—湖盆收縮—湖盆填平的過(guò)程，內(nèi)部可劃分為湖進(jìn)和湖退體系域(圖2)。層序界面上下在地震剖面上可見(jiàn)典型的同相軸削蝕、上超或下超特征，鉆井對(duì)應(yīng)巖性上多表現(xiàn)為巖性的突變，代表了沉積環(huán)境和沉積階段的改變?？傮w看，該地區(qū)早期東營(yíng)組MS2—MS4主要發(fā)育三角洲沉積，晚期MS1主要發(fā)育辮狀河沉積。目前,主要發(fā)現(xiàn)集中在早期的三角洲沉積地層，尤其是MS2—MS3是主力產(chǎn)層。由于篇幅所限，本文主要針對(duì)MS3發(fā)育的三角洲沉積體進(jìn)行重點(diǎn)研究。

圖2　埕島東部東營(yíng)組層序地層格架連井對(duì)比Fig.2　Well section of sequence framework of Dongying Formation in Eastern Chengdao

1.3沉積相類型與分布

根據(jù)對(duì)已鉆井巖心、測(cè)井和錄井特征的分析，認(rèn)為在MS2—MS4沉積旋回主要發(fā)育三角洲沉積，包含三角洲前緣和前三角洲亞相，內(nèi)部可進(jìn)一步識(shí)別出三角洲前緣水下分流河道、河口壩和席狀砂等，砂體物性較好，可作為良好的儲(chǔ)層； 分流間灣內(nèi)泥質(zhì)含量較高。前三角洲以泥質(zhì)沉積為主，夾少量薄層濁積扇砂體，粉細(xì)砂巖為主，變形構(gòu)造發(fā)育。同樣在地震剖面上可以見(jiàn)到典型前積標(biāo)志，代表著三角洲的快速堆積階段。對(duì)于無(wú)井區(qū)的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)是當(dāng)前研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

2地震屬性融合技術(shù)識(shí)別三角洲沉積

MS3時(shí)期，仍處于水體加深的湖侵期，深湖相泥巖和低位濁積扇儲(chǔ)層相接觸，速度差異大，對(duì)應(yīng)地震剖面特征為中等或強(qiáng)振幅。MS2上升半旋回和下降半旋回下部，三角洲沉積大范圍推進(jìn)，砂巖儲(chǔ)層與半深湖相泥巖的速度差異較小，對(duì)應(yīng)地震剖面特征為地震反射弱或?qū)哟涡圆?。因此，針?duì)不同砂層組進(jìn)行振幅類和頻率類屬性的適用性分析，優(yōu)選地震屬性來(lái)指導(dǎo)研究區(qū)砂體的預(yù)測(cè)工作。

2.1單井地震屬性分析

以CB326井和CB805井為例，從圖3和圖4可以看出，利用能量屬性和頻率屬性等對(duì)井上砂體進(jìn)行敏感性分析，結(jié)果表明，只有能量比屬性(低值)能夠比較好地對(duì)應(yīng)MS4和MS3砂層組內(nèi)的砂體，其他屬性在縱向上識(shí)別分辨率較低。

以CB326井和CB328井為例，通過(guò)井上瞬時(shí)屬性分析，瞬時(shí)頻率屬性能夠比較好地與井上砂體頂?shù)走吔缦辔呛稀?/p>

圖3　CB326井和CB805井頻率屬性單井分析Fig.3　Analysis of frequency attribution of Well CB326 and CB805

圖4　CB326井和CB328井瞬時(shí)屬性單井分析Fig.4　Analysis of seismic instantaneous attribution of Well CB326 and CB328

因此，通過(guò)對(duì)單井屬性實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜合分析得出，能量比屬性和瞬時(shí)頻率屬性能夠比較好地反映目的砂層組儲(chǔ)集體的分布，指示了利用該屬性來(lái)預(yù)測(cè)砂體分布的適用性。

此外，針對(duì)其他地震屬性，也進(jìn)行了細(xì)致的分析，通過(guò)各砂層組屬性與井上砂體吻合對(duì)比得出： ①能量比和瞬時(shí)頻率屬性吻合度相對(duì)較高； ②振幅類屬性普遍吻合度較低。因此，綜合得出MS3旋回三角洲砂體預(yù)測(cè)以頻率類屬性為主。

2.2屬性平面圖分析

從圖5(a)中可以看出，該時(shí)期坡折帶規(guī)模變小，20～40 Hz頻率對(duì)應(yīng)的濁積體分布受古地貌控制作用減弱。SH801井以及CB803—CB84井一帶東側(cè)屬性特征較連續(xù)，反映低位扇厚度較厚。瞬時(shí)頻率揭示的儲(chǔ)層分布與該時(shí)期的沉積相帶圖較一致，也定性地給出了MS3水進(jìn)體系域的三角洲朵葉體的分布邊界。

圖5　MS3水進(jìn)和水退體系域瞬時(shí)頻率屬性平面分布圖Fig.5　Distribution map of instantaneous frequency of transgressive system tract and regressive system tract in MS3

從圖5(b)中可以看出，該時(shí)期坡折帶規(guī)模繼續(xù)變小，三角洲大范圍推進(jìn)，20～40 Hz頻率對(duì)應(yīng)的滑塌扇分布范圍有限，主要集中在CB812—SH8—SH801一帶。瞬時(shí)頻率揭示的儲(chǔ)層分布與該時(shí)期的沉積相帶分布比較一致，定性地給出了MS3水退體系域時(shí)期的三角洲和滑塌扇的分布邊界。

3地震波形分析技術(shù)刻畫(huà)沉積微相

埕島東部東三段砂體單層厚度從幾米到幾十米，砂巖速度一般在3 800～4 100 m/s，泥巖速度在3 600～4 000 m/s之間，地震剖面在該層段主頻在35～40 Hz，波長(zhǎng)在120 m，砂泥巖差異速度無(wú)法形成明顯的地層界面和巖性界面，常規(guī)屬性預(yù)測(cè)儲(chǔ)層方法受制約。

3.1方法原理

圖6　波形分析主要參數(shù)Fig.6　Key parameter of wave analysis

多年來(lái)，地震波形特征分析識(shí)別靠的是肉眼判斷，僅憑經(jīng)驗(yàn)確定地震波形之間細(xì)微的差異，顯然不能滿足油田開(kāi)發(fā)砂巖預(yù)測(cè)的要求，對(duì)工作質(zhì)量、工作效率也有較大影響。因此，地震波形特征分析的定量描述成為應(yīng)用地球物理工作者多年來(lái)急需解決的技術(shù)難題。此外，由于沉積巖石學(xué)粒度分析參數(shù)——正峰面積、正峰值、跨時(shí)、峰值、偏度和尖度等可用來(lái)描述各粒級(jí)百分含量頻率曲線的形態(tài)(圖6)，所以將其引入應(yīng)用地球物理學(xué)領(lǐng)域來(lái)定義地震波形的偏度和尖度并加以應(yīng)用，能夠很好地解決地震波形特征分析定量描述這項(xiàng)技術(shù)難題。

與傳統(tǒng)地震相分析相比，該方法具有以下3個(gè)特點(diǎn)[6]： ①在地震相分類時(shí)只用地震資料就可以完成波形及地震相分類，將地震相轉(zhuǎn)變?yōu)槌练e相時(shí)需要已知點(diǎn)的沉積相對(duì)地震相進(jìn)行地質(zhì)含義的標(biāo)定； ②可以快速地對(duì)不同時(shí)窗進(jìn)行分析，快速掃描整個(gè)數(shù)據(jù)，快速確定目標(biāo)區(qū)，并對(duì)其進(jìn)行更詳細(xì)的地震相分析研究； ③具有定量性和客觀性。

3.2地震資料分析

地震數(shù)據(jù)是地震道的有序排列，地震道波形變化特征反映地震反射波特征。由波形變化分類得到的地震相與測(cè)井相對(duì)比，可明確地震反射波的地質(zhì)意義。

統(tǒng)計(jì)分析表明，埕島東部東三段為砂泥巖沉積序列，地震反射波形變化主要是砂、泥組合形成的地震反射變化。不同的沉積組合在地震剖面上表現(xiàn)出不同的地震波形特征，利用鉆、測(cè)井資料構(gòu)建水進(jìn)型湖相扇三角洲模型道，分析典型組合樣式的波形特征，建立地震識(shí)別模式(圖7)。

圖7　埕島東三段儲(chǔ)層鉆井、測(cè)井、合成記錄及地震特征剖面Fig.7　Characteristics comparison of well log, synthetic seismogram and seismic profile

3.2.1水下分流河道沉積微相波形特征

CB326井早期砂體為水下分流河道微相，構(gòu)成泥—厚砂—泥巖性剖面，速度為低速—高速—低速結(jié)構(gòu)特征，合成記錄模型道為高幅單峰波形，地震剖面為高幅短軸波形，為復(fù)波或弱波在反射中軸的上部具有上旋反射特征，反映了儲(chǔ)層底面與下伏圍巖的突變接觸關(guān)系。與鄰井對(duì)比可看出地震反射波有隨砂層厚度變化寬度、幅度及能量變小的特征。與地震反射中軸有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。與低頻寬幅對(duì)應(yīng)，為砂巖厚層、測(cè)井鐘形-箱形組合、地震剖面復(fù)波或弱波在反射中軸的上部具有上旋反射特征。

3.2.2河口壩沉積微相波形特征

CB323井鉆井剖面河口壩砂體為三組含礫砂巖，速度曲線只在砂泥巖變化處有極小的速度差異，與上、下圍巖速度差異也不大。合成記錄模型道為多峰中弱波形，地震剖面為中、弱多峰短軸波形，早期砂組為泥—砂—泥結(jié)構(gòu)，砂組對(duì)應(yīng)反射軸； 后期兩砂組為砂—泥—砂結(jié)構(gòu)，兩砂組對(duì)應(yīng)反射軸的上旋波、下旋波。

3.2.3分流間灣和席狀砂沉積微相波形特征

CB804井中晚期砂層數(shù)多，但單層厚度薄，鉆井巖性為砂泥互層。正演模型道以中高頻中幅對(duì)應(yīng)，為砂、泥中厚互層、電測(cè)曲線為漏斗、鐘形特征，地震反射樣式中弱連續(xù)中、高頻反射。

砂泥薄互層結(jié)構(gòu)，形成向上變細(xì)的正韻律旋回。速度向下為從低到高，速度差較小，合成記錄模型道多峰中幅波形，地震剖面為雙峰中強(qiáng)反射，上部泥巖含量多為長(zhǎng)軸連續(xù)反射、下部砂巖含量多為短軸、中連續(xù)反射，模型道較地震剖面反射軸多，但波形趨勢(shì)相似。以高頻低幅為特征，為砂、泥薄互層、電測(cè)曲線多為舌形、指形特征、地震剖面表現(xiàn)為中弱不連續(xù)反射。

3.2.4前三角洲沉積亞相波形特征

CB322井東三段鉆井顯示為泥巖、頁(yè)巖厚層，夾少量薄層砂巖，速度曲線表現(xiàn)為齒化低速特征。有向深層速度降低的臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)，地震剖面雙峰長(zhǎng)軸反射，為速度界面形成的反射波特征。以低頻低幅為特征，對(duì)應(yīng)泥巖厚層、電測(cè)曲線以低值直線為特征、地震剖面為高連續(xù)反射軸。

通過(guò)全區(qū)地震反射波形特征的井震對(duì)比，共得出12種波形形態(tài)，分別對(duì)應(yīng)4種主要沉積微相類型和砂體(圖8)。

圖8　波形形態(tài)及所對(duì)應(yīng)沉積微相類型Fig.8　Morphologic study of wave and correlated classification of sedimentary facies

3.3分析步驟

在實(shí)施過(guò)程中，時(shí)窗選取、模型道創(chuàng)建及地震相成圖中的數(shù)據(jù)量選擇、分類數(shù)確定、迭代次數(shù)選擇等，是地震波形分類技術(shù)能獲得最佳效果的關(guān)鍵。

3.3.1時(shí)窗選取

利用波形特征進(jìn)行波形分類時(shí)需要選用比較穩(wěn)定的層段，層段的選取最好是大于半個(gè)相位并小于150 ms，太大的層段會(huì)包含太多的模型，給解釋帶來(lái)困難，物理意義也不明確。而對(duì)于非等厚時(shí)窗的選擇，可以選取主要目的層段或頂?shù)捉缑娼nterval層段。

3.3.2創(chuàng)建模型道

在創(chuàng)建模型道過(guò)程中，起初會(huì)劃分出幾種典型的形狀，然后每一實(shí)際道會(huì)被賦予一個(gè)基于相似性的典型形狀。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在地震層段內(nèi)對(duì)實(shí)際地震道進(jìn)行訓(xùn)練，通過(guò)幾次迭代之后，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造合成地震道，然后與實(shí)際地震數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)自適應(yīng)試驗(yàn)和誤差處理，合成道在每次迭代后被改變，在模型道和實(shí)際地震道之間尋找更好的相關(guān)[6]。

3.3.3地震相成圖

進(jìn)行地震相分類參數(shù)的處理： 在選擇用于訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采樣的數(shù)據(jù)量時(shí)，對(duì)于一個(gè)小的三維測(cè)區(qū)(如小于300道×300道)可以使用每一道數(shù)據(jù)，而對(duì)于一個(gè)較大的測(cè)區(qū)(如1 000道×1 000道)最好抽稀道以減少計(jì)算時(shí)間，建議每4道抽1道進(jìn)行處理，這樣程序就每隔4道抽出1道去建立網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)數(shù)據(jù)。如果間隔選的太大(比如超過(guò)10道×10道)，那么一些重要的特征就會(huì)被忽略掉。由于研究區(qū)的范圍較大，則采用每4道抽1道處理。

迭代次數(shù)是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法中的一個(gè)重要參數(shù)。通常情況下，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)大約在10次迭代后就收斂到實(shí)際結(jié)果的80%，這對(duì)于快速瀏覽一下很方便有效。在實(shí)際應(yīng)用中，10～20次迭代已確保較好的分類，但對(duì)于最終解釋最好選用25～35次迭代，以保證網(wǎng)絡(luò)收斂最佳[7-8]。

圖9　波形分析結(jié)果及相應(yīng)沉積微相展布Fig.9　Results of wave analysis and the sedimentary system prediction

3.4分析結(jié)果

本文選取了東營(yíng)組MS3中期旋回為例進(jìn)行了波形分析，沿最大湖泛面上下各開(kāi)30 ms時(shí)窗，得出了平面分析結(jié)果，據(jù)此可以刻畫(huà)出該時(shí)期平面沉積微相展布(圖9)?？梢钥闯觯镌粗饕獊?lái)自西側(cè)緩坡，分別由約4條水下分流河道注入湖盆，河道間為泥質(zhì)含量較高的分流間灣沉積，分流河道延伸較遠(yuǎn)，河口壩砂體大量發(fā)育，呈連片分布，前端出現(xiàn)席狀砂分布區(qū)，砂巖厚度減薄，泥質(zhì)含量增加，繼續(xù)往前推進(jìn)形成前三角洲，泥質(zhì)沉積為主，夾少量薄層濁積扇砂體。

4結(jié)論

(1)針對(duì)不同沉積時(shí)期巖性組合特征的不同，選取不同類型的屬性和屬性融合，可以較好地刻畫(huà)沉積體的分布范圍。

(2)對(duì)屬性不易識(shí)別的沉積體內(nèi)部特征，可以采用波形分析的方法，進(jìn)行沉積微相和砂體分布的預(yù)測(cè)。

(3)埕島東部地區(qū)東營(yíng)組，共識(shí)別出12種不同的波形形態(tài)，分別對(duì)應(yīng)4種典型的沉積微相，通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的識(shí)別可以很好地對(duì)沉積微相展布進(jìn)行刻畫(huà)，進(jìn)而預(yù)測(cè)有利砂體。

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(責(zé)任編輯： 劉永權(quán))

Application of seismic technology to predicting the delta sand body of Dongying Formation in Chengdao Eastern Slope of Shandong Province

CHEN Yan， ZHANG Mingzhen， LUO Xia， SHI Xiaoguang

(ShengliGeophysicalResearchInstitute,Dongying257000,China)

Abstract:In recent years, more attentions have been paid to the Dongying Formation of Chengdao area for its tremendous exploration potential in Shengli oilfield. The sediments are dominated by fluvial and delta sedimentary system, but the seismic reflection characteristics of sand bodies are complex; the lateral variation is large; and it is difficult to identify and evaluate the reservoir. To descript the reservoirs more effective, the high resolution sequence stratigraphic framework is established according to the isochronous formation framework. There are distinct differences between the lacustrine deposition and delta deposition in sediment characteristics and seismic response. Based on the cores, geological and geophysical logging data, and combined with the macroscopic characteristics of seismic attribution and seismic facies, the general range of delta deposition could be separated approximately from lacustrine deposition. The seismic reflection is relatively weak in delta area and the difference value of seismic velocity between sandstone and mudstone is small. The technology of waveform analysis integrated with 6 parameters is used to distinguish and describe the type of waveform, and twelve kinds of seismic waveform which corresponding to 4 primary sedimentary micro-facies are determined. At last, the method of neural network is used successfully to identify the sedimentary micro-facies.

Key words:Chengdao area; prediction of delta sand body; attribute fusion; seismic waveform classification

中圖分類號(hào)：P631.4; TE132.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2095-8706(2016)02-0051-07

第一作者簡(jiǎn)介：陳妍(1981—)，女，碩士，工程師，主要從事地震綜合解釋工作。Email： chyx2005@163.com。

收稿日期：2015-05-19；

修訂日期：2015-11-16。

引用格式： 陳妍，張明振，羅霞，等.山東埕島東部東營(yíng)組三角洲砂體地震預(yù)測(cè)技術(shù)[J].中國(guó)地質(zhì)調(diào)查,2016,3(1): 51-57.