正演模擬地震屬性的優(yōu)選方法

張明學(xué)， 陳曉雷， 喻 彤

(1.東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院， 黑龍江 大慶 163318； 2.大慶油田有限責(zé)任公司 第二采油廠， 黑龍江 大慶 163318)

正演模擬地震屬性的優(yōu)選方法

張明學(xué)1， 陳曉雷1， 喻 彤2

(1.東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院， 黑龍江 大慶 163318； 2.大慶油田有限責(zé)任公司 第二采油廠， 黑龍江 大慶 163318)

地震屬性作為儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的主要手段，在油氣田勘探開發(fā)中起著至關(guān)重要的作用。針對(duì)地震屬性種類多、篩選困難的問題，以大慶油田薩北開發(fā)區(qū)某區(qū)塊薩爾圖主力油層為例，結(jié)合現(xiàn)有資料，以地震屬性技術(shù)與正演理論為基礎(chǔ)，從河道組合地質(zhì)模型出發(fā)，利用正演模擬方法研究?jī)?yōu)選地震屬性。結(jié)果表明：求和振幅屬性與分頻屬性對(duì)研究區(qū)適用性最好，測(cè)井資料證實(shí)了優(yōu)選結(jié)果的準(zhǔn)確性。利用正演模擬進(jìn)行地震屬性優(yōu)選，能有效提高地震屬性的針對(duì)性與準(zhǔn)確性，應(yīng)用效果較好。

油氣田； 地震屬性； 屬性優(yōu)選； 正演模擬

地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)已成為深入認(rèn)識(shí)油氣藏的主要方法。由于從地震剖面上直觀觀測(cè)到的信息有其固有的局限性，對(duì)于地下儲(chǔ)層特征變化的識(shí)別度較低，無(wú)法有效獲取地震數(shù)據(jù)所隱含的大量地質(zhì)信息，所以有必要通過地震屬性展示出地下的地質(zhì)特性。地震屬性的種類隨著地震屬性技術(shù)的日趨成熟而愈加繁多，構(gòu)造類屬性如傾角、相干等，巖性和物性類屬性如振幅、頻率等。因此，針對(duì)不同地質(zhì)情況解決屬性優(yōu)選的問題顯得十分重要[1-2]。

不同地區(qū)的沉積背景差異很大，油藏富集的主控因素也因地區(qū)而異。研究區(qū)位于松遼盆地大慶長(zhǎng)垣薩爾圖構(gòu)造北部某區(qū)塊，主力油層的成藏主控因素為河道沉積微相。研究區(qū)河道擺動(dòng)頻繁，橫向非均質(zhì)性嚴(yán)重，縱向砂泥巖交互沉積，用常規(guī)屬性識(shí)別、刻畫河道難度較大。河道砂體組合類型較多且河道組合在層與層之間也有較大差異，由河道組合變化引起的砂泥互層厚度的變化也會(huì)導(dǎo)致地震的響應(yīng)特征變化。為了得到適用于該區(qū)的地震屬性，根據(jù)砂體發(fā)育特征，建立相應(yīng)河道砂體組合模型，進(jìn)行正演模擬分析,結(jié)合沉積與測(cè)井資料，優(yōu)選出對(duì)研究目的層敏感度較高的地震屬性。

1 正演模型的建立

1.1河道砂體儲(chǔ)層類型的分析

研究目的層位于薩Ⅱ 、薩Ⅲ油層組；薩爾圖油層為三角洲沉積體系，主要亞相類型可分為三角洲分流平原亞相、三角洲前緣亞相，河道、砂壩微相發(fā)育較好。分析區(qū)內(nèi)井資料，結(jié)合前人研究成果[3]，發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層類型以河道、砂壩(河口壩、席狀砂)為主；觀察反演結(jié)果中砂巖與自然伽馬曲線的響應(yīng)規(guī)律，總結(jié)為四種組合形態(tài)：箱體型、多齒狀旋回、指型以及尖刀型，相對(duì)應(yīng)為單期河道、多期河道、廢棄河道和表外砂四種組合模型。

1.2四種正演模型的建立

四類河道砂體組合：(1)單期河道：沉積厚度大，一般在3 m以上，砂泥分層界限較為明顯，為主要儲(chǔ)層，電阻率曲線顯示為突然增大的鐘型旋回，自然伽馬曲線呈箱型。(2)多期河道：疊加厚度在3 m以上，電阻率測(cè)井曲線和自然伽馬曲線均表現(xiàn)為類齒化鐘型的多級(jí)旋回。(3)廢棄河道和河道間砂體：厚度一般在3 m以下，電阻率測(cè)井曲線表現(xiàn)鐘型或指狀型，自然伽馬曲線變化幅度較小，呈不明顯的指狀型。(4)表外砂：?jiǎn)蝹€(gè)砂體厚度較薄(小于1 m)，多見互層、薄互層，電阻率幅度變化度明顯下降，可見漏斗型、齒化箱型或箱型，自然伽馬曲線呈現(xiàn)尖刀狀。

對(duì)應(yīng)的河道正演特征主要為四種組合，分別為正演地質(zhì)模型一的單期河道、地質(zhì)模型二的多期河道、地質(zhì)模型三的廢棄河道和地質(zhì)模型四的表外砂，如圖1所示。

圖1 四種正演地質(zhì)模型

1.3地震子波的提取

地震波會(huì)由震源爆炸產(chǎn)生的脈沖信號(hào)衰減為比較穩(wěn)定的地震子波，子波在繼續(xù)傳播的過程中，由于巖石的低通濾波作用，高頻成分衰減，能量被吸收，當(dāng)其穿過目的層時(shí)，其真實(shí)的相位和波形均發(fā)生了變化，此時(shí)的地震子波會(huì)有別于理想的雷克子波[4]，其具體特征會(huì)發(fā)生變化，而子波的精度直接影響著正演結(jié)果及分析精度。為了保證用于正演的子波具有較高的可信度，文中利用雷克子波制作地震合成記錄，與實(shí)際地震道進(jìn)行對(duì)比，調(diào)整合成記錄，使其與實(shí)際地震道相似度達(dá)到最大。接下來(lái)，再次提取子波，并利用新子波制作新合成記錄，重復(fù)以上過程，直到合成記錄與井旁地震道之間相關(guān)性滿足研究要求[5]。對(duì)各井提取出的子波進(jìn)行數(shù)學(xué)加權(quán)平均，得到平均子波，見圖2和圖3。

a 地震道

b 合成記錄 c 反演剖面

a 子波波形

b 振幅譜

c 相位譜

2 正演模型的分析

以地質(zhì)模型建立正演模型的核心在于不同巖層之間的波阻抗值不同。結(jié)合測(cè)井資料，設(shè)定模型介質(zhì)參數(shù)：砂巖層的聲波速度4 000 m/s、密度2.51 g/cm3；泥巖層的聲波速度3 000 m/s、密度2.28 g/cm3，利用速度與密度值計(jì)算出不同反射界面波阻抗。在剖面上解釋出四種地質(zhì)模型，設(shè)定砂泥巖分界面的波阻抗值，應(yīng)用褶積正演方法進(jìn)行分析，得出各模型的理論地震剖面形態(tài)見圖4。

從正演模型的反射剖面及特征信息中可以發(fā)現(xiàn)：(1)砂巖厚度越小，反射振幅越小，能量越弱，互層性越明顯。(2)從位置上看砂體中心處于第一個(gè)反射強(qiáng)軸波峰與波谷之間。(3)反射波相位特征呈現(xiàn)不規(guī)律，與模型無(wú)對(duì)應(yīng)關(guān)系。(4)反射波在頻率域方面，不同的模型表現(xiàn)出較為明顯的差異性。

圖5是砂巖厚度與其特定響應(yīng)頻率的關(guān)系。由圖5可見，深色區(qū)域的主頻隨著厚度變小有逐漸升高的趨勢(shì)，在第四種薄互層模型中出現(xiàn)次極值現(xiàn)象，薄互層模型相當(dāng)于一個(gè)帶限濾波器，吸收特定頻率的能量。取各模型主頻段中間值，并與相對(duì)應(yīng)的砂巖厚度進(jìn)行擬合，可得：

f=-5d+72，

式中：f——反射波的特定響應(yīng)頻率；

d——儲(chǔ)集層厚度。

由于薄層反射在頻率域具有特定頻譜響應(yīng)[6]，每一個(gè)薄層都有一段特定的頻率與之一一對(duì)應(yīng)(在薄互層中會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)特定頻率)，可運(yùn)用頻譜分解技術(shù)以實(shí)現(xiàn)在頻率域上對(duì)各儲(chǔ)層的分析。

a 模型一

b 模型二

c 模型三

d 模型四

經(jīng)過對(duì)正演模型的簡(jiǎn)單分析，可以得出振幅屬性與分頻屬性都與模型之間存在著一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖5 砂巖厚度與其特定響應(yīng)頻率關(guān)系

Fig.5Relationshipbetweensandthicknessanditsspecificresponsefrequency

3 地震屬性的優(yōu)選

3.1工區(qū)適用的地震屬性優(yōu)選

結(jié)合研究區(qū)地震資料，可知研究區(qū)不存在斷層，且目的層厚度較薄，構(gòu)造尺度較小，故不考慮相干、傾角等構(gòu)造屬性。根據(jù)上述分析結(jié)果，選取常規(guī)地震振幅屬性以及分頻屬性作為屬性優(yōu)選的初步結(jié)果。地震振幅屬性是儲(chǔ)層預(yù)測(cè)常用的動(dòng)力學(xué)屬性，可以反映目標(biāo)層位的異常值，且模型分析結(jié)果展示出振幅與砂巖厚度有著較為明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系；分頻屬性具有將地震數(shù)據(jù)體由時(shí)間域轉(zhuǎn)換到頻率域的特征，能針對(duì)研究區(qū)小層多且薄的特點(diǎn)進(jìn)行分析。文中取以上兩種屬性類型并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)選分析。

3.2常規(guī)地震振幅屬性

進(jìn)行最大振幅、最小振幅、求和振幅和均方根振幅屬性四種常規(guī)振幅屬性的甄選。建立縱向最大時(shí)間為40 s的楔形體，設(shè)定砂巖介質(zhì)的波阻抗為10 000 g/cm3·m·s-1，泥巖的波阻抗為6 800 g/cm3·m·s-1，得到如下楔形體反射波組，見圖6。

由圖6可見，調(diào)諧厚度理論值為四分之一波長(zhǎng)，得出研究區(qū)薩爾圖油層調(diào)諧厚度理論值為6 ms；實(shí)際讀取調(diào)諧厚度為7 ms，計(jì)算誤差為1 ms；研究區(qū)薩爾圖油層最大砂體厚度不超過6 ms，小于調(diào)諧厚度，因此可認(rèn)為振幅與厚度存在互相對(duì)應(yīng)的單調(diào)關(guān)系，驗(yàn)證了模型分析結(jié)果。對(duì)比儲(chǔ)層厚度與響應(yīng)頻率曲線的敏感性可知，求和振幅屬性敏感性最高，最大振幅屬性敏感性與最小振幅屬性敏感性較低，均方根振幅屬性敏感性最低。

圖6 楔形體反射波組及振幅敏感度曲線

Fig.6Wedgereflectorwavegroupandamplitudesensitivitycurve

根據(jù)敏感性分析，將某目的層四種振幅屬性進(jìn)行對(duì)比，并選取三口該層砂巖橫向發(fā)育較好的井作為驗(yàn)證。由圖7可見，求和振幅屬性的異常響應(yīng)較為連續(xù)且面積最大，與井基本對(duì)應(yīng)(圖7a)；最大振幅屬性異常響應(yīng)面積較大，兩口井基本對(duì)應(yīng)，一口井響應(yīng)較差(圖7b)；最小振幅屬性異常響應(yīng)面積較小，只有一口井對(duì)應(yīng)較好(圖7c)；均方根振幅屬性異常響應(yīng)較為零碎且雜亂，兩口井對(duì)應(yīng)較好，但井周圍基本無(wú)砂巖響應(yīng)。由上所述，求和振幅屬性能相對(duì)較好的對(duì)砂巖做出響應(yīng)并保證一定的橫向連續(xù)性，在一定程度上可以識(shí)別河道發(fā)育位置，指示展布規(guī)律。

a 求和振幅屬性

b 最大振幅屬性

c 最小振幅屬性

d 均方根振幅屬性

Fig.7Fourkindsofamplitudeattributeillustrationsoftargethorizon

3.3分頻屬性

分頻屬性(頻譜分解)的地層分辨率突破了常規(guī)地震分辨率在時(shí)間域的1/4波長(zhǎng)，以頻率域分析地震信息在理論上大大提高了地震數(shù)據(jù)的分辨率，對(duì)于薄砂體預(yù)測(cè)精度更高。因此，分頻屬性可作為輔助小層河道砂體識(shí)別以及沉積相精細(xì)刻畫[7-8]，可顯示出較好條帶狀河道砂體形態(tài)。

由于河道與河道間、河道與非河道之間地質(zhì)體的固有屬性，在不同頻帶范圍內(nèi)的響應(yīng)也存在一定差異[9]。理論上，隨著頻率的增加，屬性的分辨細(xì)節(jié)能力會(huì)增強(qiáng)，但是頻率屬性依賴于地震資料的信噪比，信噪比越高，其高頻的有效成分越多。為了確定各目的層最合適的分頻屬性的頻率，找到合適的頻段，對(duì)目的層開展頻譜分解工作，分頻掃描范圍5～75 Hz，得到的一系列分頻屬性圖，以各頻段屬性分析為基礎(chǔ)，綜合地震剖面特征、沉積、砂地比以及測(cè)井旋回特征分析發(fā)現(xiàn)，頻段有效范圍較集中但各層之間存在較明顯差異，低頻帶(<30 Hz)分頻屬性整體響應(yīng)為大片異常，難以準(zhǔn)確刻畫河道邊界；中高頻帶(30～70 Hz)的屬性圖與砂巖厚度匹配關(guān)系最好，地震分頻切片表現(xiàn)為條帶，部分砂體得到響應(yīng)，可以作為河道砂預(yù)測(cè)的有效屬性；高頻帶(>70 Hz)總體表現(xiàn)為零星發(fā)散異常響應(yīng)，平面雜亂無(wú)規(guī)律，其有效成分迅速降低，噪聲和干擾成分升高，預(yù)測(cè)性差，不適用于區(qū)內(nèi)砂體識(shí)別。因此，中高頻帶是研究區(qū)地震分頻屬性的主要頻段區(qū)。

現(xiàn)對(duì)某個(gè)目的層進(jìn)行分頻屬性提取實(shí)驗(yàn)，見圖8。該目的層的河道沉積微相類型初步認(rèn)為以多期河道為主，根據(jù)頻率響應(yīng)對(duì)比以及關(guān)系式綜合分析認(rèn)為適合該層分頻屬性的頻率應(yīng)為45～55 Hz。為驗(yàn)證該范圍是否準(zhǔn)確，分別進(jìn)行了35、45、55和65 Hz頻率的屬性提取，并選擇一口在該層的砂巖為1 m左右的井作為后驗(yàn)井，已知該井在該層縱向剖面上有砂巖響應(yīng)且具有一定的橫向延展。在35 Hz時(shí)(圖8a)，井點(diǎn)位置有一定響應(yīng)，表現(xiàn)為異常區(qū)并有一部分連續(xù)響應(yīng)區(qū)域，隨著頻率的增加，井點(diǎn)位置響應(yīng)逐漸明顯(圖8b)，隨著頻率進(jìn)一步增加(圖8c)，與周圍異常響應(yīng)點(diǎn)連片，且能較為清晰的識(shí)別出井周圍區(qū)域河道邊界。當(dāng)頻率增加到65 Hz時(shí)，井點(diǎn)位置響應(yīng)基本消失(圖8d)，雖然周圍尚可見一定的無(wú)規(guī)律異常值但已無(wú)法清晰識(shí)別河道范圍。

綜上所述，可知55 Hz時(shí)分頻屬性的異常響應(yīng)與該層相關(guān)度最高，說(shuō)明正演模擬分析結(jié)果適合研究區(qū)目的層。由于各層之間存在差異，因此為了更準(zhǔn)確的將合適的頻率匹配給各個(gè)小層，需要將各個(gè)小層與模型及關(guān)系式結(jié)合起來(lái)進(jìn)行分析，確定各小層砂厚情況后，選定合適的頻段范圍，再進(jìn)行分頻提取實(shí)驗(yàn)以確定最優(yōu)頻率。

a 35 Hz

b 45 Hz

c 55 Hz

d 65 Hz

Fig.8Differontfrequencydivisionattributeofatarget

horizon

4 結(jié) 論

(1)利用正演模擬方法進(jìn)行了屬性優(yōu)選與分析。研究得出，從常規(guī)振幅屬性中優(yōu)選出的求和振幅屬性效果較好，能夠大體判斷砂體輪廓與展布規(guī)律；分頻屬性主頻主要集中在30～70 Hz，中高頻段針對(duì)薄層的效果較好。通過測(cè)井資料的驗(yàn)證，優(yōu)選后的屬性很大程度上提高了預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，應(yīng)用效果顯著。

(2)進(jìn)行正演模擬最關(guān)鍵的是建立合適的地質(zhì)模型。通過建立不同砂巖組合特征下的地質(zhì)模型，利用地震正演分析技術(shù)，分析不同砂巖組合特征下各屬性敏感性，建立地震屬性分析方法及標(biāo)準(zhǔn)并開展研究區(qū)屬性提取，可以高效且準(zhǔn)確地達(dá)成屬性優(yōu)選的目的。

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(編輯晁曉筠校對(duì)李德根)

Seismicattributeoptimizationmethodsresearchbasedonforwardsimulation

ZhangMingxue1，ChenXiaolei1，YuTong2

(1.School of Geoscience， Northeast Petroleum University， Daqing 163318， China； 2. No.2 Oil Production Site, Daqing Oilfields Co.Ltd.， Daqing 163318， China)

Seismic attribute functioning as the main method of reservoir prediction assumes a greater significance in the oil gas prospecting and exploitation. This paper is devoted to addressing the more difficult attribute screening due to the more types of seismic attribute. The research centers around an investigation into seismic attribute optimization using forward modeling and this work is made possible by drawing on the case of Saertu main oil reservior of a certain block of Daqing Oidfiel Sabei development zone and the available data, using seismic attribute technology and forward theory, and starting from the river combined geological model, The results show that The total amplitude attribute and the frequency division attribute have the best applicability for the study area, and the logging data confirms the accuracy of the optimization result. Seismic attribute optimization aided by forward modeling affords both an effective improvement in the pertinence and the accuracy of seismic attributes and a better application effect.

oil gas; seismic attributes； optimization of seismic attributes； forward modeling

10.3969/j.issn.2095-7262.2017.06.011

P631.4

2095-7262(2017)06-0626-06

A

2016-12-22;

2017-06-16

張明學(xué)(1961-)，男，遼寧省建平人，教授，博士，研究方向：層序地層學(xué)與地震資料綜合解釋,E-mail：zmxdqpi@163.com。