遼河盆地清水洼陷區(qū)沙河街組二段砂巖薄互層預(yù)測

倪 娜， 王 鵬， 張 薇， 尉加盛， 王 慶

(1.中國石油集團(tuán) 長慶油田分公司第六采氣廠，西安 710000；2.中國石油集團(tuán) 測井有限公司長慶分公司，西安 710000；3.中國石油集團(tuán) 東方地球物理公司大港分院，天津 300280)

0 引言

近年來，隨著地震地層學(xué)勘探技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用地震資料開展薄儲(chǔ)層研究得到不斷發(fā)展和完善。從研究手段來看，基于Widess[1]原理的褶積模型雖然具備對(duì)地震波傳播的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征清晰刻畫、提高計(jì)算效率等優(yōu)點(diǎn)，但由于地層的復(fù)雜性及采集系統(tǒng)的變化，褶積模型不能真實(shí)模擬地震波傳播；波動(dòng)方程法，以記錄地震波場信息全面的特點(diǎn)，較好地保持了地震波場動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，具有重要的的推廣意義。從分析手段來看，由以往單一的時(shí)域、頻域分析方法轉(zhuǎn)向?yàn)闀r(shí)頻分析，且百花齊放，上世紀(jì)80年代后期,J．Morlet等[2]首次提出小波變換的概念；Stockwell[3]基于J．Morlet小波提出了S變換；熊曉軍等[4]基于廣義S變換獲得能夠指示薄層頂?shù)捉缑娴母叻直嫫拭?；李傳輝等[5]將分辨率調(diào)節(jié)參數(shù)引入匹配追蹤算法得到一種可變分辨率的方法。雖然前人對(duì)薄層研究獲得了豐碩成果，但是以薄層為基礎(chǔ)的薄互層因其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性仍是勘探和開發(fā)的難點(diǎn)。筆者以前人研究理論成果為基礎(chǔ)，依托三維高精度連片地震數(shù)據(jù)，以遼西凹陷清水洼陷沙河街組二段薄互層(3 m～12 m)為例，探討依托地震識(shí)別薄互層的預(yù)測方法。

圖1 工區(qū)位置圖Fig.1 Area location

遼河西部凹陷是渤海灣盆地中典型的富油氣凹陷，整體具有北抬南降、東斷西超的構(gòu)造格局，其生產(chǎn)的原油占遼河油田的82%，是遼河油田主要勘探、采油區(qū)。沙二段作為該區(qū)勘探開發(fā)的主力層系，在產(chǎn)量和儲(chǔ)量具有舉足輕重的地位。清水洼陷位于遼西凹陷西南部，西鄰雙臺(tái)子構(gòu)造帶，東以大洼斷裂帶為界，南與海南洼陷相接，北部臨近興隆臺(tái)構(gòu)造帶，是遼河最大生烴區(qū)，環(huán)洼-洼陷區(qū)地層巖性油氣藏勘探潛力巨大(圖1)。筆者對(duì)清水洼陷薄互層預(yù)測的探究，以期對(duì)后續(xù)的研究提供借鑒。

1 層序地層分析

1.1 層序界面識(shí)別

三級(jí)層序界面對(duì)應(yīng)區(qū)域或局部沉積間斷時(shí)形成的不整合面[6-7]。測錄井資料、地震剖面上的突變面等是識(shí)別層序邊界的良好標(biāo)志。從建立單井層序地層格架入手，結(jié)合測井響應(yīng)特征和地震剖面特征，識(shí)別層序界面，以研究區(qū)沙二段為例(圖2)。

圖2 W111單井相Fig.2 The single-well facies of W111

SB5為沙二段與下伏沙三段的分界面，SB5之下以厚層泥巖沉積為主，SB5之上以厚層砂礫巖沉積為主；從測井曲線上看，SB5之下的電阻率與自然電位曲線表現(xiàn)平直且接近泥巖基線，SB5之上則表現(xiàn)為中高阻、中高幅度的箱形-鐘形曲線特征；在地震剖面上，界面之下主要表現(xiàn)為平行接觸關(guān)系，局部為視削截關(guān)系，界面之上則表現(xiàn)為明顯的上超關(guān)系，SQ5的沉積旋回為典型的正旋回。SB6為沙一段與下伏沙二段的分界面，SB6之下以厚層泥巖沉積，SB6之上凹陷邊部有厚層砂巖沉積，大部分地區(qū)以薄互層砂泥巖沉積為主；從測井曲線上看，SB6之下的電阻率與自然電位曲線表現(xiàn)平直且接近泥巖基線，SB6之上則表現(xiàn)為底部表現(xiàn)為中阻、中振幅度的指形-鐘形曲線特征；在地震剖面上，SB6上、下表現(xiàn)不同，界面之下主要表現(xiàn)為平行接觸關(guān)系，局部為視削截關(guān)系，界面之上局部區(qū)域表現(xiàn)為上超關(guān)系,SQ6的沉積旋回為正旋回。

1.2 體系域劃分

陸相盆地層序地層是古氣候、古湖平面變化構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、與沉積物供給等因素有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物[8]?；趩尉畬有虻貙痈窦芊治?，在工區(qū)不同位置選取有代表性的井開展連井對(duì)比和地震剖面對(duì)比(圖3)，綜合運(yùn)用露頭、鉆測井和地震資料，以取得合理的層序地層空間展布規(guī)律。經(jīng)研究該洼陷區(qū)沙二段(SQ5)為一個(gè)發(fā)育完整的三級(jí)層序，可劃分為低位、湖侵和高位體系域。

圖3 連井地震剖面圖Fig.3 Even well seismic section

體系域的劃分關(guān)鍵是識(shí)別初始湖泛面和最大湖泛面[9]。三級(jí)層序內(nèi)部，最大湖泛面為穩(wěn)定的泥巖、頁巖及油頁巖沉積，在地震剖面上，為強(qiáng)連續(xù)反射特征；初始湖泛面為穩(wěn)定的泥巖沉積在地震剖面上，為強(qiáng)連續(xù)反射特征。低位體系域是以砂礫巖為主的充填式沉積，測井曲線特征為齒化的箱型特征，地震反射特征為充填式的沉積，以清水-海南洼陷為中心向西斜坡和仙鶴圍斜部位超覆尖滅，為正旋回特征。湖侵體系域?yàn)樯澳鄮r薄互層沉積特點(diǎn),為退積式的正旋回沉積。高位體系域厚層泥巖沉積電阻率與自然電位曲線表現(xiàn)平直且接近泥巖基線，地震上為較連續(xù)的中強(qiáng)振幅反射特征, 主要表現(xiàn)為平行接觸關(guān)系，局部為視削截關(guān)系，為進(jìn)積式反旋回沉積。低位、湖侵體系域分布范圍廣泛，高位域地層厚度變化較大。

2 古地貌恢復(fù)研究

古地貌對(duì)油氣成藏起到重要的控制作用[10]。研究區(qū)巖性油氣藏位于西部緩坡帶，呈現(xiàn)復(fù)雜的超覆構(gòu)造，該油氣藏具有單層厚度薄，橫向變化快，縱向多期疊置的地質(zhì)特點(diǎn)。因此，運(yùn)用基于體系域劃分的古地貌恢復(fù)技術(shù)，分別以初始湖泛面和最大湖泛面作為對(duì)比參考面，來恢復(fù)出下伏地層沉積前的原始古地貌形態(tài)，開展各體系域古地貌恢復(fù)，雙臺(tái)子構(gòu)造帶作為分水嶺控制了清水洼陷的沉積(圖4)。

圖4 沙二段古地貌恢復(fù)圖Fig.4 The ancient relief map of Es2

3 層序格架下沉積相分析

基于體系域劃分，通過古地貌恢復(fù)、巖性對(duì)比、多屬性分析等技術(shù)，結(jié)合沉積背景研究，認(rèn)為研究區(qū)主要是扇三角洲-湖泊相沉積類型，并確定沉積中心控砂和古溝道控砂。低位域沉積時(shí)期，屬于沙二段初始沉積期，為充填式沉積，是填平補(bǔ)齊的過程，明顯受古地貌控制。沙二段低位域發(fā)育兩個(gè)沉積中心，海南洼陷和清水洼陷沉積中心，主要有西八千物源和歡喜嶺物源，以及雙臺(tái)子構(gòu)造帶東側(cè)西北方向物源和東部陡坡帶短軸物源(圖5)。湖侵體系域扇體范圍擴(kuò)大，為退積式沉積，扇體整體受西部物源體系控制，由北西向南東方向延伸；高位體系域?yàn)檫M(jìn)積式沉積特點(diǎn)，受古地貌控制，扇體普遍發(fā)育，四周都有物源方向。體系域內(nèi)部沉積表現(xiàn)了震蕩遷移變化的特點(diǎn)，各體系域砂體表現(xiàn)為縱疊平錯(cuò)的沉積特點(diǎn)。扇體的震蕩遷移為巖性油氣藏提供了有利的成藏背景。

圖5 低位域沉積相圖Fig.5 The sedimentary facies map of LST

沙二段沉積時(shí)期以多個(gè)正旋回疊加沉積為特征，整體表現(xiàn)為砂巖富集的特征。低位體系域表現(xiàn)為填平補(bǔ)齊充填沉積的特征，儲(chǔ)層物性較差，不利于油氣成藏；湖侵體系域表現(xiàn)為砂泥巖薄互層沉積特征，分布范圍較廣，砂巖橫向不穩(wěn)定，與泥巖緊密相連，生儲(chǔ)蓋配置較好，易于形成巖性圈閉，但油層往往較薄，不易形成規(guī)模儲(chǔ)量；沙二段最有潛力的是高位體系域，也是重點(diǎn)研究的層段，高位體系域整體表現(xiàn)為反旋回沉積特征，發(fā)育扇三角洲、湖底扇等沉積體系，雙臺(tái)子構(gòu)造帶東翼沉積物主要來自西北方向以及東部的陡坡帶，西北方向物源向南延伸較遠(yuǎn)，受地形影響扇體西側(cè)向雙臺(tái)子隆起帶超覆尖滅，扇體東側(cè)向東陡坡減薄尖滅。其前緣砂體發(fā)育且物性較好，具有良好的儲(chǔ)集能力，向洼陷推進(jìn)過程中，砂體厚度變薄，粒度變細(xì)，泥質(zhì)含量增高，側(cè)向逐漸尖滅，延伸到淺湖相泥巖中，另外其下覆為湖侵體系域比較發(fā)育的泥巖，油氣供給條件優(yōu)越，加上沙一段發(fā)育厚層狀泥巖，封蓋條件較好，易于形成巖性油氣藏，是該區(qū)巖性油氣藏勘探的主要層系，從鴛鴦溝沙二段地層巖性勘探實(shí)踐證明，高位域也是最好的出油層段，具有較好的勘探前景。

4 儲(chǔ)層預(yù)測研究

前人研究成果表明，遼西凹陷清水洼陷區(qū)不同體系域發(fā)育不同類型的沉積體，也造成了儲(chǔ)層類型的多樣性。體系域的識(shí)別和細(xì)分，能有效細(xì)化地層單元。根據(jù)不同體系域的沉積特點(diǎn)，可以預(yù)測沉積體的發(fā)育類型和位置，有利于指導(dǎo)沉積體的識(shí)別。在沉積體識(shí)別的基礎(chǔ)上，針對(duì)不同類型的沉積體選擇針對(duì)性的方法進(jìn)行儲(chǔ)層的預(yù)測和刻畫。對(duì)該區(qū)沙二段綜合運(yùn)用剖面相分析、90°相移技術(shù)、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演進(jìn)行剖面上的儲(chǔ)層厚度和儲(chǔ)層邊界的刻畫，運(yùn)用譜分解技術(shù)(調(diào)諧體和調(diào)諧圖)進(jìn)行平面上預(yù)測儲(chǔ)層形態(tài)展布。

4.1 90° 相位化技術(shù)

近年來，地震沉積學(xué)作為一門新型邊緣交叉學(xué)科越來越受到人們的關(guān)注，它是運(yùn)用地震資料研究沉積巖及其形成過程的研究思路與方法，90°相位化技術(shù)是地震沉積學(xué)中的一項(xiàng)主要技術(shù)[11]。地震同相軸不能直接反映薄互層特征，90°相位化技術(shù)通過把反射波主瓣由薄層的界面移到薄層的中心，使地震相位具備地層意義,從而巖性測井響應(yīng)與地震相位間對(duì)應(yīng)關(guān)系更加吻合，提高了剖面的可解釋性。

相位轉(zhuǎn)換要根據(jù)原始資料的實(shí)際子波相位作出調(diào)整，將地震道調(diào)整到90°相位。清水三維地震資料原始疊后數(shù)據(jù)的地震子波相位為零相位，通過相位調(diào)整，可將反射波波形調(diào)整為與目標(biāo)地質(zhì)體對(duì)稱的90°相位。沙二段砂礫巖在零相位剖面上的地震響應(yīng)對(duì)應(yīng)零相位，而相位轉(zhuǎn)換后砂礫巖對(duì)應(yīng)于波谷反射。如圖6所示，在研究區(qū)低位扇體邊界線確認(rèn)時(shí)，運(yùn)用90°相位化技術(shù)后，地層上傾尖滅特征更加清晰，能夠準(zhǔn)確落實(shí)巖性尖滅點(diǎn)。

圖6 常規(guī)剖面、90度相位化剖面圖Fig.6 Normal profile,90degree phase profile

4.2 地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演

常規(guī)的波阻抗反演技術(shù)無法預(yù)測該區(qū)薄砂體的展布形態(tài)[12]，利用該區(qū)鉆井密度相對(duì)較高特點(diǎn)，為了提高儲(chǔ)層預(yù)測精度，對(duì)其低位域進(jìn)行基于波阻抗反演的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演。該反演因其不受地層深度影響，結(jié)果較常規(guī)的波阻抗反演更加真實(shí)準(zhǔn)確。首先通過確定性反演得出波阻抗值，由于反演得出的波阻抗具有多解性，不能直接判斷巖性，以井間地震數(shù)據(jù)和測井曲線為約束，通過隨機(jī)模擬算法，得到地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演。由地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演結(jié)果可以直接判斷砂巖展布情況(圖7)，紫色區(qū)對(duì)應(yīng)砂巖，藍(lán)色區(qū)對(duì)應(yīng)泥巖，此方法兼顧了地震資料的橫向分辨率高和測井資料縱向分辨率高的優(yōu)勢，提高了儲(chǔ)層預(yù)測精度。

圖7 波阻抗反演圖、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演圖Fig.7 Wave impedance inversion,geostatistical inversion figure

4.3 譜分解技術(shù)

譜分解技術(shù)把某些在時(shí)間域上不明顯的地震信號(hào)特征變換到頻率域的解釋，在地震屬性研究中起著關(guān)鍵作用[13-14]。譜分解技術(shù)不僅突破了傳統(tǒng)分辨率的限制，提高了地震相的預(yù)測能力，而且能動(dòng)態(tài)研究地震相時(shí)間和空間上的變化特征。綜合考慮該區(qū)地質(zhì)體的厚度和實(shí)際地震資料的品質(zhì)，將該區(qū)低位域上段頻譜分解成以4 Hz為間隔， 13 Hz、17 Hz、21 Hz、…、49 Hz的一系列離散化的振幅頻率切片，從而排除了不同頻率成分的干擾。從中抽取出效果較好的13 Hz、21 Hz、29 Hz、37 Hz四張平面圖運(yùn)用算術(shù)平均值方法進(jìn)行疊加，從圖8可以看出，研究區(qū)4個(gè)黃-紅色高頻區(qū)對(duì)應(yīng)4個(gè)扇形巖性異常體，表明此處砂巖含量較高，高頻率的紅色區(qū)域表明扇體的物源方向-西八千物源和歡喜嶺物源，以及雙臺(tái)子構(gòu)造帶東側(cè)西北方向物源和東部陡坡帶短軸物源。此結(jié)論與上述研究結(jié)果相一致。

圖8 沙二段低位域上段頻率調(diào)諧圖Fig.8 The period of frepuency tuning figure in Sand2 LST

通過對(duì)遼西清水洼陷沙二段在各體系域認(rèn)識(shí),并結(jié)合構(gòu)造背景[15],在有利部位提出兩口建議井均被采納，其中探井S229井進(jìn)行壓裂試油,獲得高產(chǎn)油氣流，不僅推動(dòng)了遼河油田下洼勘探的步伐，深化了地層巖性油氣藏的勘探進(jìn)程，為油田公司實(shí)現(xiàn)千萬噸穩(wěn)產(chǎn)提供保障，證明該區(qū)確實(shí)具有大面積含油的潛力。

5 結(jié)論

1)基于傳統(tǒng)的物探方法和沉積理論對(duì)于指導(dǎo)薄互層預(yù)測存在一定的局限性，清水洼陷區(qū)薄互層預(yù)測技術(shù)系列，對(duì)于同類型盆地有一定的借鑒作用。

2)以層序格架建立及體系域劃分為基礎(chǔ)的沉積體識(shí)別，針對(duì)不同類型的沉積體選擇針對(duì)性的方法進(jìn)行儲(chǔ)層的預(yù)測和刻畫，有效的降低后期勘探風(fēng)險(xiǎn)。

3)針對(duì)清水洼陷區(qū)“振蕩沉積、物源遷移、儲(chǔ)層互補(bǔ)”的特征，提出運(yùn)用90°相移技術(shù)、正演模型技術(shù)聯(lián)合譜分解技術(shù)(調(diào)諧體和調(diào)諧圖)進(jìn)行儲(chǔ)預(yù)測，并達(dá)到較好的效果。