低頻陰影在薄層油氣預(yù)測中的應(yīng)用

柯蘭梅

(中石化石油物探技術(shù)研究院，江蘇 南京 210000)

地層衰減和吸收衰減影響著地震波在實際地層中的傳播，這兩者均是隨頻率而改變。地層衰減和吸收衰減之和構(gòu)成地震波在地層中的衰減，大于10 Hz時隨著頻率的升高吸收衰減部分扮演了重要角色。因此利用反射地震資料得到的地震波的衰減可以指示地層的吸收性質(zhì)[1]。

1979年TANER就觀測到含氣砂巖底部的低頻陰影區(qū)現(xiàn)象[2]。2004年由EBROM總結(jié)了10個能夠解釋低頻陰影的機(jī)理[3]。KORNEEV在其模型實驗中觀測到了低頻陰影現(xiàn)象并對一維彌散粘滯型波動方程檢測衰減特性進(jìn)行了否定[4]；國內(nèi)賀振華等不少專家都通過實驗室模擬驗證了低頻伴影用于油氣檢測技術(shù)的可行性[5]。

1 S變換的原理

時頻分析方法的選取是檢測低頻陰影的關(guān)鍵[6]。傅里葉變換(DFT)時窗的選取比較困難，短時窗會忽視低頻同相軸；大時窗獲取更佳的統(tǒng)計解釋，但會忽視細(xì)節(jié)。小波變換(CWT)允許自適應(yīng)地震道采集法，保留效果比DFT更好，但不能有效區(qū)分時間域鄰近的低頻同相軸[7]。時間-頻率連續(xù)小波變換(TFCWT)比CWT法的分辨率更高，但耗費(fèi)計算時間。此次研究選取S變換，它能根據(jù)頻率的變化時窗實時移動，生成結(jié)果分辨率更高，計算時間比TFCWT法少[8]。

S變換是短時窗DFT和CWT的組合，具有無損可逆性。

先對S變換基本理論進(jìn)行闡述：

s是h(t)的S變換，無量綱；π、t為時間，ms；f為頻率，Hz。π是控制時間軸上高斯窗的位置。S變換可以用兩種方式推導(dǎo)得到，S變換中含有相位因子，這是其與CWT最大區(qū)別。

(1)

2 油氣預(yù)測

地震波在地下介質(zhì)中傳播時還存在非完全彈性引起的地震波振幅的吸收衰減。而地層并不是理想的完全彈性介質(zhì)，使得地震波的振幅產(chǎn)生衰減，地震波的子波形態(tài)也不斷發(fā)生變化，而地下巖層的吸收作用決定了子波形態(tài)的變化速度。不同巖性具有不同的吸收程度，吸收越強(qiáng)的地層子波形態(tài)變化越大，地震波的高頻成份衰減的速度也越快。故吸收系數(shù)的變化與巖性關(guān)系較大。

低頻陰影檢測技術(shù)就是運(yùn)用地震波在低頻段的瞬時強(qiáng)振幅響應(yīng)來檢測油氣，通過飽和流體巖石物理模型試驗認(rèn)為：油氣儲層對底界面反射波影響大于頂界面，對底界面的振幅、到達(dá)時間、儲層屬性等均有更大影響。內(nèi)部不均勻性造成了頻散和多次反射，低頻成分到達(dá)時間差異使得瞬時剖面中低頻強(qiáng)能力的位置發(fā)生改變，即含油氣層底部表現(xiàn)為高頻衰減、低頻增加的特性[9]。

2.1 低頻陰影模型測試

參考前人的模型[10]，我們建立了關(guān)于低頻衰減的地質(zhì)模型，如圖1。其中c、e為儲層段，b、d為非儲層，a、f、g為背景。分別賦予不同速度，其中a、f所賦速度為2 300 m/s，b、d所賦速度為1 700 m/s，c、e所賦速度為1 900 m/s。

圖1 設(shè)計地質(zhì)模型

對模型進(jìn)行波動方程正演模擬，并對得到的炮集進(jìn)行疊前時間偏移，對偏移剖面進(jìn)行S變換分頻，得到如圖2中20 Hz、40 Hz、60 Hz分頻剖面。20 Hz剖面中，c儲層以及儲層下方能量都很強(qiáng)；40 Hz頻譜剖面中，儲層本身能量很強(qiáng)，儲層下方的能量則逐漸減弱；到了60 Hz，儲層下方能量比低頻20 Hz的時候要弱，低頻伴影現(xiàn)象明顯。

圖2 地質(zhì)模型的偏移剖面及不同頻率頻譜剖面

2.2 低頻陰影油氣識別

在海外某區(qū)塊，目的層發(fā)育三角洲前緣相帶，地質(zhì)情況復(fù)雜，具有泥包砂特性，并且埋藏淺、砂體薄、橫向變化快，油氣層難以預(yù)測。

對研究區(qū)資料進(jìn)行時頻分析，將地震數(shù)據(jù)從時間域轉(zhuǎn)換到頻率域。獲得低、中、高頻的地震記錄，對目的層提取不同頻段的地震屬性，對比吸收衰減隨頻率的變化。圖3是距目的層頂部822 ms時不同頻率的均方根振幅屬性，圖4是距目的層底部834 ms時不同頻率的均方根振幅屬性，紅色代表振幅能量高，綠色代表振幅能量低。

距目的層頂部822 ms時，A井在25 Hz振幅響應(yīng)較好，隨著頻率的增大，振幅逐漸增強(qiáng)。距目的層底部834 ms時，A井在25 Hz、35Hz時振幅逐漸增強(qiáng)，到45 Hz、55 Hz時A井振幅很弱。對A井儲層進(jìn)行分析，距目的層頂部822 ms時含油；在其底部的834 ms，低頻時振幅值較大，高頻時振幅減弱，即出現(xiàn)低頻陰影，與低頻伴影理論吻合。

對A井進(jìn)行單道的頻譜衰減分析，如圖5(其中紅色代表振幅能量高，綠色代表振幅能量低)：右邊過A井單道集上，在822 ms到834 ms之間存在高頻能量衰減。在低頻處下部能量增強(qiáng)，在高頻處底部能量突然變?nèi)?。衰減趨勢于圖5上紅色箭頭所示，與平面預(yù)測分析結(jié)果十分吻合。

圖3 A井822 ms不同頻率時砂體均方根振幅屬性

圖4 A井834 ms不同頻率時砂體均方根振幅屬性

圖5 過A井單頻均方根振幅屬性剖面

該方法在研究區(qū)應(yīng)用效果明顯，對其余幾口已鉆井驗證吻合率達(dá)到80%以上，運(yùn)用該方法預(yù)測單井均獲得高產(chǎn)，較好解決了研究區(qū)油氣識別難題，在該區(qū)具有很大推廣應(yīng)用價值和經(jīng)濟(jì)效益。

3 刻畫儲層邊界

3.1 頻譜分解與調(diào)諧頻率

傳統(tǒng)儲層預(yù)測是基于全頻段研究，混雜了不同頻段地質(zhì)信息。利用頻譜分解將地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到全頻段，或者單一的時-頻四維數(shù)據(jù)體，可以識別儲層幾何形態(tài)。地震分頻技術(shù)還可揭示地層的縱向變化規(guī)律以及沉積相帶的空間演變,并能根據(jù)調(diào)諧頻率來預(yù)測薄砂體的厚度。

實際地震波信息是砂泥巖薄互層的綜合響應(yīng),多個薄層會產(chǎn)生復(fù)雜的調(diào)諧反射,單個薄層反映了調(diào)諧反射振幅譜的相干信息,每個薄層產(chǎn)生的地震反射信號經(jīng)過數(shù)學(xué)變換后,都會在頻率域產(chǎn)生與之唯一對應(yīng)的頻率成分。不同頻率信號對不同厚度地層有不同響應(yīng)，低頻與中高頻分別對厚層與薄層具有調(diào)諧效應(yīng)。當(dāng)儲層厚度與反射波頻率對應(yīng)厚度相同時，反射波波峰相加與波谷相加引起調(diào)諧作用，從而使反射波能量最強(qiáng)[11]。與厚度物理性質(zhì)有關(guān)的地震振幅陷頻模式，可以描述薄層時間厚度變化。同時，利用相位譜的變化識別橫向不連續(xù)性，結(jié)合兩者的干涉現(xiàn)象，可對薄層的巖性、物性進(jìn)行定性與定量識別。在此頻段提取的地震屬性，最能刻畫儲層的平面形態(tài)。

3.2 儲層邊界識別

研究區(qū)D井發(fā)育河道沉積，但是由于砂體薄、橫向相變快，常規(guī)屬性無法將河道邊界刻畫清楚。

圖6 D井平面均方根振幅屬性

對該區(qū)塊D井進(jìn)行分頻處理將原始地震體在縱向上生成若干個離散振幅體，然后提取目的層均方根振幅屬性，如圖6中，提取了30 Hz、40 Hz、50 Hz、60 Hz均方根振幅屬性，圖中紅色代表振幅能量高，綠色代表振幅能量低。在30 Hz到60 Hz振幅屬性可以看出，在30 Hz到50 Hz時振幅值隨著頻率的增高越來越大，當(dāng)從50 Hz到60 Hz時，振幅值又隨著頻率的增高逐漸變小。即在50 Hz達(dá)到地震體的調(diào)諧頻率,據(jù)此推斷，D井的調(diào)諧頻率是50 Hz，用公式結(jié)算對應(yīng)的調(diào)諧厚度是10 m，同時50 Hz振幅切片屬性也最能表征D井區(qū)砂體真實形態(tài)。常規(guī)的振幅屬性如圖7，河道形態(tài)不清晰，不能將分流河道以及主河道平面展布刻畫出來。

圖7 過D井均方根振幅屬性

圖8 過D井50 Hz單頻均方根振幅屬性

而圖8中我們可以清晰的看到物源來自于西南方向，三角洲朵葉體形態(tài)清晰，分支河道也能清楚刻畫，D井位于主河道上，預(yù)測結(jié)果與實鉆井高度吻合，證實該方法在研究區(qū)儲層邊界識別具有很好的適用性。

4 結(jié)論

雖然低頻陰影現(xiàn)象有多解性，但是在實鉆井分析基礎(chǔ)上，確定該方法在該區(qū)適用性后，可以作為油氣檢測的重要依據(jù)，油氣預(yù)測效果與實鉆井吻合率高于80%，并且進(jìn)一步運(yùn)用S變換分頻技術(shù)很好的刻畫了油氣儲層的巖性邊界和空間展布，為油田定井提供了方法技術(shù)和依據(jù)。