混沌屬性預(yù)測(cè)泌陽凹陷陡坡帶小型砂礫巖體

張永華，張 悅，杜 偉，郭飛飛，劉俊青

(1.中國(guó)石化河南油田分公司，河南 南陽 473132；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，湖北 武漢 430074)

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混沌屬性預(yù)測(cè)泌陽凹陷陡坡帶小型砂礫巖體

張永華1，張 悅2，杜 偉1，郭飛飛1，劉俊青1

(1.中國(guó)石化河南油田分公司，河南 南陽 473132；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，湖北 武漢 430074)

泌陽凹陷南部陡坡帶小型砂礫巖體儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)、橫向相變快，傳統(tǒng)的地震屬性描述技術(shù)不能有效刻畫小型砂礫巖體的空間形態(tài)。混沌屬性是基于局部構(gòu)造張量特征值相對(duì)大小、不同特征值組合運(yùn)算得到的屬性，該屬性體可有效突出特殊地質(zhì)體的邊界，可以較好地刻畫小型砂礫巖體儲(chǔ)層的空間展布。通過對(duì)混沌屬性原理的論述，提出了利用混沌屬性預(yù)測(cè)小型砂礫巖體的思路及方法。在對(duì)已鉆井鉆遇的砂礫巖體儲(chǔ)層地球物理響應(yīng)特征研究基礎(chǔ)上，分析砂礫巖體儲(chǔ)層屬性敏感性，優(yōu)選混沌屬性。以特殊處理得到的混沌屬性為基礎(chǔ)，利用精細(xì)解釋及地層切片技術(shù)對(duì)小型砂礫巖體進(jìn)行描述，準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)了泌陽凹陷陡坡帶小型砂礫巖體的空間分布。預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)鉆井吻合，部署的井位均鉆遇油層。

小型砂礫巖體；敏感性；混沌屬性；地層切片；泌陽凹陷

0 引 言

混沌屬性是基于局部的構(gòu)造張量特征值相對(duì)大小、組合參數(shù)的確定來反映特殊屬性體的邊界，利用混沌屬性可以檢測(cè)有序反射間雜亂或無反射的區(qū)域，是近期引入的特殊巖性預(yù)測(cè)方法?；煦绗F(xiàn)象最早是美國(guó)氣象學(xué)家Lorenz于1963年在分析天氣預(yù)報(bào)模型時(shí)，首先發(fā)現(xiàn)空氣動(dòng)力學(xué)中的混沌現(xiàn)象[1]，并用非線性動(dòng)力學(xué)對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)行描述。1975年，混沌屬性作為一個(gè)新的科學(xué)名詞首先出現(xiàn)在科學(xué)文獻(xiàn)中[2]。2012年，吳朝容等人把混沌屬性應(yīng)用于小斷層或裂縫發(fā)育帶的檢測(cè)[3]。隨著油氣勘探開發(fā)工作深入，泌陽凹陷富油凹陷陡坡帶小型砂礫巖體已經(jīng)成為油氣勘探的重要目標(biāo)。由于南部陡坡帶小型砂礫巖體儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)、橫向相變快，傳統(tǒng)的地震屬性描述技術(shù)不能有效刻畫小型砂礫巖體，而混沌屬性可以較好地刻畫小型砂礫巖體儲(chǔ)層的空間展布。

1 地質(zhì)概況

泌陽凹陷是南襄盆地次級(jí)構(gòu)造單元，空間形態(tài)呈南深北淺的單斷扇形箕狀凹陷構(gòu)造，其內(nèi)所鉆遇的地層自上而下依次為第四系平原組、古近系上寺組及廖莊組、核桃園組、大倉房組和玉皇頂組，基底為前白堊系。古近系核桃園組是泌陽凹陷主要含油氣層段。

該凹陷形成主要受北西西向的唐河—栗園斷裂和北東向的栗園—泌陽斷裂控制，沉積沉降中心位于東南部盆地邊界斷裂交匯處的安棚—安店一帶。其南部邊界斷裂不僅控制了凹陷的形態(tài)和規(guī)模，而且控制著砂礫巖體的分布特征。南部邊界斷裂傾角大，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致邊界斷裂上升盤山體垮塌、滑坡，在斷裂下降盤自西向東發(fā)育多個(gè)砂礫巖體，呈裙邊狀展布，這些砂礫巖體與生油巖直接接觸，具有良好的成藏條件，是增儲(chǔ)上產(chǎn)的有利勘探目標(biāo)區(qū)。但陡坡帶砂礫巖體規(guī)模相對(duì)較小，近源快速沉積、分選差，儲(chǔ)層巖性以砂礫混雜堆積為主，結(jié)構(gòu)成熟度低，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)、橫向變化大。其有效儲(chǔ)層預(yù)測(cè)難度大[4-6]。具體表現(xiàn)為：砂礫巖體厚度大，有利含油層位不清楚；砂礫巖體橫向巖性不穩(wěn)定，有效儲(chǔ)層分布不落實(shí)，扇體邊界的變化認(rèn)識(shí)不清；地震反射雜亂，儲(chǔ)層描述困難。

針對(duì)上述情況，從砂礫巖體成藏條件分析入手，通過已鉆井鉆遇砂礫巖體儲(chǔ)層在地震剖面上的響應(yīng)特征，分析砂礫巖體儲(chǔ)層屬性敏感性，優(yōu)選混沌體屬性對(duì)小型砂礫巖體進(jìn)行描述，取得了良好的鉆探效果。

2 混沌屬性原理

混沌屬性主要基于張性算法，通過對(duì)地震數(shù)據(jù)體中層間地震反射波傾角相似性計(jì)算，描述地層內(nèi)地震反射波的反射特征及反射結(jié)構(gòu)的連續(xù)性變化，以檢測(cè)有序反射間的無反射帶，突出地震雜亂反射相。

在三維地震數(shù)據(jù)體中，將地震反射振幅作為三維空間變量，通過計(jì)算任意一點(diǎn)P(x，y，t)的地震反射振幅A(x，y，t)的梯度，求出地震反射同相軸的局部?jī)A角和方位角。如果地震反射能量強(qiáng)、信噪比較高，則地震反射振幅等值面是有序的，地震反射振幅A(x，y，t)梯度的方向，也就是振幅變化最大的方向?yàn)榉瓷渫噍S的法線方向，相鄰點(diǎn)的振幅梯度的方向是有規(guī)律的。若地層間地震反射波信噪比低、反射雜亂，則振幅梯度就沒有規(guī)律，是無序的混沌狀。

假設(shè)地下空間任一點(diǎn)地震反射振幅在其附近有限區(qū)域沿x、y方向的視傾角為α和β，其與視傾向方位和真傾向方位φ之間的關(guān)系為[7]：

α=scosφ

(1)

β=ssinφ

(2)

式中：s為地震反射點(diǎn)沿視傾向方位的單位長(zhǎng)度。

為了突出層間地震反射結(jié)構(gòu)的總體特征，采用特征向量計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。在給定范圍內(nèi)，計(jì)算出每個(gè)點(diǎn)的梯度向量，建立協(xié)方差矩陣。

(3)

求解計(jì)算出協(xié)方差矩陣最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量，也就是某一點(diǎn)的梯度主方向。如果地層內(nèi)地震反射波信噪比較高、連續(xù)性好，梯度向量對(duì)應(yīng)協(xié)方差矩陣的最大特征值λmax較其他2個(gè)特征值中值λmid、最小值λmin大許多；反之，當(dāng)有效波不明顯時(shí)，協(xié)方差矩陣的最大特征值與其他2個(gè)特征值的差別不大。因此，用3個(gè)特征值之間的相互關(guān)系可以判別振幅值的分布規(guī)律與混亂性。TrygveRanden給出了混亂性度量的定量參數(shù)[8]：

(4)

顯然，J值越大，對(duì)應(yīng)的振幅值越混亂，表明構(gòu)造中的不規(guī)則變化區(qū)域越大；J值越小，振幅值越有規(guī)律，表明構(gòu)造內(nèi)反射規(guī)則、地層變化不大。由于地層巖性非均質(zhì)性各種散射和繞射的相互影響，在邊界斷裂帶附近常表現(xiàn)為反射振幅雜亂帶。

3 砂礫巖體地震預(yù)測(cè)

根據(jù)陡坡帶沉積、儲(chǔ)層及含油特征，在對(duì)該區(qū)精細(xì)儲(chǔ)層標(biāo)定、構(gòu)造解釋的基礎(chǔ)上，通過敏感性屬性分析，優(yōu)選混沌屬性對(duì)目標(biāo)區(qū)塊目的層段砂礫巖體進(jìn)行研究，預(yù)測(cè)了有利砂體的分布區(qū)域[9-14]。

3.1 儲(chǔ)層精細(xì)標(biāo)定

儲(chǔ)層精細(xì)標(biāo)定是儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)及層位追蹤的前提。儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的層位標(biāo)定不但要準(zhǔn)確標(biāo)定標(biāo)志層，還要精確標(biāo)定有利儲(chǔ)層，指導(dǎo)精細(xì)儲(chǔ)層解釋與預(yù)測(cè)。

為了做好層位標(biāo)定工作，首先在儲(chǔ)層宏觀規(guī)律認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，對(duì)已鉆遇砂礫巖體的井進(jìn)行剖析，分析其測(cè)井曲線上的目標(biāo)儲(chǔ)層的電性特征。在地層精細(xì)對(duì)比的基礎(chǔ)上，對(duì)井中鉆遇砂礫巖體主要的含油層，通過精細(xì)的合成記錄制作標(biāo)定在地震剖面對(duì)應(yīng)的位置上，以便對(duì)油層頂?shù)走M(jìn)行對(duì)比解釋與屬性分析。

在儲(chǔ)層標(biāo)定過程中，先用理論子波對(duì)大套標(biāo)志性層位進(jìn)行對(duì)比，在此基礎(chǔ)上，通過提取井旁地震道子波，進(jìn)行精細(xì)的合成記錄標(biāo)定[15-16]。從B358井合成記錄與井旁地震道對(duì)比可以看出，油層頂部為強(qiáng)振幅，從井旁地震剖面看，該反射波雖然振幅較強(qiáng)，但橫向連續(xù)性差(圖1)。

3.2 屬性優(yōu)選

通過屬性優(yōu)選實(shí)現(xiàn)小型砂礫巖體預(yù)測(cè)。對(duì)含油層段的砂礫巖體地球物理響應(yīng)特征進(jìn)行分析。認(rèn)為：B358井區(qū)物源主要來自南部的扇三角洲砂體，在南部邊界斷裂附近的B304井位于扇根部位，錄井巖性主要混雜堆積的砂礫巖，其自然伽馬與電阻率曲線表現(xiàn)為參差不齊的低、中幅度鐘形或箱形。向東北到扇體中的B358井仍為礫狀砂巖或含礫細(xì)砂巖，但繼續(xù)往北部深湖區(qū)的B96井則主要為細(xì)砂巖和泥巖，巖性與B358井有明顯差異，表明這2口井處于不同的沉積相帶?；阢@井資料的地質(zhì)分析，利用波形相似性屬性、相干屬性、邊緣檢測(cè)、混沌屬性等屬性體，對(duì)B358井鉆遇的油層進(jìn)行分析。通過與該地區(qū)已鉆探井對(duì)比分析，認(rèn)為形變屬性與該區(qū)已鉆探井具有最好的吻合性。

圖2是過B358—B96井的不同屬性剖面圖。

圖1 B358井地震合成記錄

從圖2可以看出，在相干體屬性剖面上，B358井與B96井都位于砂礫巖體前緣之外的深湖區(qū)，沉積上處于同一相帶，與巖性錄井明顯不一致，而混沌屬性剖面則能將兩井的沉積相帶差異較好地區(qū)分開來。因此，可以選擇混沌屬性刻畫砂礫巖體內(nèi)部特征及邊界。

圖2 過B358—B96井不同屬性對(duì)比剖面

3.3 砂礫巖體刻畫

混沌屬性主要用來描述混雜無序狀態(tài)的程度，突出雜亂區(qū)域。如果該值比較高，則表明構(gòu)造內(nèi)反射雜亂；反之，指示構(gòu)造內(nèi)反射規(guī)則，地層變化不大。該屬性對(duì)于刻畫快速堆積、反射雜亂的砂礫巖扇體具有較好的效果。

為了得到混沌屬性，對(duì)泌陽凹陷南部陡坡帶100 km2的三維地震數(shù)據(jù)進(jìn)行混沌屬性處理。為了使混沌屬性更好地反映滑塌體的反射特征，首先開展去噪處理。基于梯度結(jié)構(gòu)張量算法的屬性計(jì)算對(duì)于原始數(shù)據(jù)中的噪聲較為敏感[17-18]，采用自適應(yīng)構(gòu)造取向去噪方法進(jìn)行去噪。該方法能根據(jù)主構(gòu)造方向自動(dòng)調(diào)整方位，對(duì)雜亂反射區(qū)去噪效果較好，有利于提高層間反射的連續(xù)性。其后開展了基于梯度結(jié)構(gòu)張量分析的屬性提取方法參數(shù)實(shí)驗(yàn)。

根據(jù)砂礫巖體可能的體積范圍約為120 km3，把檢測(cè)體單元參數(shù)設(shè)為5×5×7。分析時(shí)窗一般應(yīng)大于檢測(cè)體單元，通過對(duì)比分析，把分析時(shí)窗設(shè)置為10×10×15。通過計(jì)算得到三維混沌屬性數(shù)據(jù)體，南部砂礫巖體能在剖面上較好地反映出來(圖3)。

圖3 泌陽凹陷陡坡帶南北向混沌體屬性剖面

通過合成記錄層位標(biāo)定，B358井砂礫巖體有利儲(chǔ)層在混沌體剖面上1 440 ms處，混沌屬性為較大值。為了保證屬性分析的準(zhǔn)確性，在高分辨率地震剖面上對(duì)其顯示層頂?shù)走M(jìn)行解釋。根據(jù)標(biāo)定結(jié)果對(duì)油層頂?shù)走M(jìn)行追蹤，即地震反射層頂部波峰和底部零相位，在目的層開展等時(shí)地層界面層間精細(xì)追蹤。在精細(xì)解釋的基礎(chǔ)上，為了保證預(yù)測(cè)地質(zhì)體在有效窗范圍內(nèi)，使其地震反射特征的波形具有完整性，分別以解釋的頂?shù)讓游簧舷?0 ms作為控制層制作地層切片。

為了更好地反映砂礫巖體沉積展布特征，開展了基于地震沉積學(xué)的儲(chǔ)層演化地震分析，通過對(duì)等時(shí)地層切片內(nèi)儲(chǔ)層引起的地震屬性空間相對(duì)變化的地質(zhì)解釋，識(shí)別砂礫巖體有利儲(chǔ)層空間展布。

將砂礫巖體目標(biāo)儲(chǔ)層頂?shù)讓游蛔鳛榉治鰰r(shí)窗，在混沌屬性體上提取均方根屬性，得到具有地層厚度的地震屬性切片。該地層切片包含了目的小層層段內(nèi)的混沌屬性信息，更有效地反映砂礫巖體沉積規(guī)律。

圖4是泌陽凹陷陡坡帶核三3上部砂礫巖體有利儲(chǔ)層平面圖。從圖4可看出，來自南部的砂礫巖體，由南向東北展布，砂礫巖體面積為3.8 km2。

圖4 核三3上部有利儲(chǔ)層平面分布

砂礫巖體平面展布與已鉆井揭示的結(jié)果吻合，圖5是泌陽凹陷陡坡帶核三3上部B304—B358—B96井地層對(duì)比圖，鉆井揭示砂礫巖體在核三3上時(shí)期較為發(fā)育，砂礫巖體往深湖區(qū)延伸較遠(yuǎn)，在扇中處疊加厚度較大，是理想的儲(chǔ)集體。該砂體由南向東北展布，在B358與B96井之間尖滅。

圖5 核三3上部B304—B358—B96井地層對(duì)比

3.4 效果分析

通過地震屬性的分析與優(yōu)選，認(rèn)為混沌屬性對(duì)砂礫巖形態(tài)的描述具有較好的一致性。在利用混沌屬性對(duì)砂礫巖體精細(xì)描述及油氣成藏條件研究的基礎(chǔ)上，落實(shí)了泌陽凹陷南部陡坡帶小型砂礫巖體分布范圍。綜合評(píng)價(jià)后部署了泌B358、B366、B405井，3口井均在混沌屬性預(yù)測(cè)的砂礫巖體有利相帶內(nèi)鉆遇油層，其中B358井在2 656.6～2 674.2 m井段試油，獲得日產(chǎn)油17.08 t/d；B366井在2 746.0～2 763.9 m井段試油，獲日產(chǎn)油6.37 t/d；B405井在2 276.0～2 324.0 m井段試油，獲日產(chǎn)油3.73 t/d。

4 結(jié) 論

(1) 混沌屬性是基于局部構(gòu)造張量特征值相對(duì)大小及組合參數(shù)的確定來突出特殊屬性體的邊界，是描述非均質(zhì)性強(qiáng)、橫向變化大的砂體的有效方法。

(2) 利用混沌屬性進(jìn)行砂體預(yù)測(cè)，對(duì)研究區(qū)的地質(zhì)條件進(jìn)行分析，明確成藏條件及沉積特征，并開展砂礫巖體儲(chǔ)層屬性敏感性研究工作。

(3) 由于混沌屬性是基于梯度結(jié)構(gòu)張量算法的屬性，對(duì)于原始數(shù)據(jù)中的噪聲較為敏感，在生成混沌屬性前應(yīng)進(jìn)行去噪處理工作。

(4) 為了更好地反映砂礫巖體沉積展布特征，開展基于地震沉積學(xué)的研究思路，通過等時(shí)地層切片技術(shù)，識(shí)別砂礫巖體有利儲(chǔ)層空間展布。

(5) 在層位精細(xì)標(biāo)定的基礎(chǔ)上，利用混沌屬性體對(duì)泌陽凹陷南部陡坡帶小型砂礫巖體空間分布進(jìn)行描述，以此為基礎(chǔ)部署的井位在砂礫巖體鉆遇了油層，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)鉆結(jié)果吻合。

[1] 姜德平，羅曉曙，唐國(guó)寧，等.超混沌Chua電路的比例同步及其研究[J].廣西師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004，22(3)：10-14.

[2] 馬紅光，韓崇昭，孔祥玉，等.模型間歇振蕩器的混沌特性分析[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2005，17(1)：249-251.

[3] 吳朝容，段文檠，龔莉.裂縫性儲(chǔ)層三維可視化預(yù)測(cè)[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2012，39(4)：420-425.

[4] 張永華，田小敏，羅家群.泌陽凹陷隱蔽油氣藏分布特征與勘探方法[J].油氣地質(zhì)與采收率，2001，8(3)：28-30.

[5] 張永華，楊道慶，孫耀華.高精度層序地層學(xué)在隱蔽油藏預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J].石油物探，2007，46(4)：378-383.

[6] 陳萍.泌陽凹陷陡坡帶砂礫巖體預(yù)測(cè)[J].石油勘探與開發(fā)，2006，33(2)：198-200.

[7] 朱成宏，黃國(guó)騫，秦瞳.斷裂系統(tǒng)精細(xì)分析技術(shù)[J].石油物探，2002，41(1)：42-48.

[8] 韋瑞表.楚雄盆地紅層地震采集效果影響因素[J].中國(guó)石油勘探，2015，20(3)：64-72.

[9] 沈加剛，張鳳青，宋永忠，等.陸相地震沉積學(xué)砂體識(shí)別技術(shù)[J]. 大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2013，32(4)：129-133.

[10] 盧勉. 基于地層地震屬性切片技術(shù)的儲(chǔ)層精細(xì)描述方法——以長(zhǎng)垣北一區(qū)斷東西塊高Ⅰ油層組為例[J].東北石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，39(4)：63-70.

[11] 李先平，李小冬，田建章，等.廊固凹陷巖性地層領(lǐng)域成藏條件及勘探潛力[J].中國(guó)石油勘探，2013，18(6)：1-6.

[12] 楊道慶，張永華，羅家群，等.時(shí)頻分析技術(shù)識(shí)別泌陽凹陷畢店地區(qū)河道砂體[J].特種油氣藏，2015，22(1)：12-15.

[13] 付代國(guó)，張永華，張德超，等.泌陽凹陷南部地區(qū)巖性油藏預(yù)測(cè)技術(shù)與效果[J].石油天然氣學(xué)報(bào)，2008，30(2)：453-455.

[14] 張永華，程學(xué)峰，楊忠意.一個(gè)水下扇的綜合研究實(shí)例[J].河南石油，2000，14(3)：7-9.

[15] 張永華，陳萍.基于合成記錄的綜合層位標(biāo)定技術(shù)[J].石油地球物理勘探，2004，38(1)：92-96.

[16] 陳亞新，魏粉云，高立峰.松遼盆地英臺(tái)斷陷營(yíng)二段火山碎屑巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)[J].中國(guó)石油勘探，2013，18(3)： 50-56.

[17] 陳雙全， 季敏.地震數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)張量相干計(jì)算方法[J].石油物探，2012，31(3)：233-238.

[18] 張永華，楊道慶.井約束反演技術(shù)在白云巖縫洞型儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J].新疆石油地質(zhì)，2006，27(2)：219-222.

編輯 張 雁

20151116；改回日期：20160320

中國(guó)石油化工股份有限公司科技項(xiàng)目“泌陽凹陷新領(lǐng)域成藏條件與富集規(guī)律研究”(P13103)

張永華(1965-)，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，1988年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石油物探專業(yè)，2004年畢業(yè)于石油大學(xué)(北京)地質(zhì)工程專業(yè)，獲碩士學(xué)位，長(zhǎng)期從事地震資料解釋與儲(chǔ)層預(yù)測(cè)工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.03.003

TE121

A

1006-6535(2016)03-0011-05