綜合正演模擬及分頻解釋技術(shù)預(yù)測(cè)粗面巖

董文波.

(中國石油遼河油田分公司勘探開發(fā)研究院，遼寧盤錦 124010)

遼河坳陷東部凹陷中段熱河臺(tái)油田、歐利坨子油田以及黃沙坨油田發(fā)育大規(guī)模粗面巖油藏，上報(bào)探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量近5 000×104t，顯示出了巨大的勘探開發(fā)潛力。但是由于國內(nèi)、外粗面巖儲(chǔ)層發(fā)育較少，研究程度均較低，而且其巖石物理性質(zhì)特殊，分布規(guī)律性差，具有較大的預(yù)測(cè)難度，一直以來都沒有形成具有針對(duì)性的預(yù)測(cè)技術(shù)。截至目前，國外由于尚未發(fā)現(xiàn)過大規(guī)模的粗面巖，所以預(yù)測(cè)技術(shù)研究處于空白階段[1]；而國內(nèi)目前主要以巖相分析結(jié)合波阻抗反演技術(shù)為主[2-4]，即首先根據(jù)火山巖巖相分析預(yù)測(cè)粗面巖的大致分布范圍，再結(jié)合波阻抗反演對(duì)粗面巖分布進(jìn)行精細(xì)刻畫。但遼河坳陷東部凹陷粗面巖均為溢流相，縱波阻抗特征與砂礫巖存在疊置區(qū)域，導(dǎo)致該方法在進(jìn)行粗面巖預(yù)測(cè)時(shí)存在局限性和不確定性。

針對(duì)上述問題，本文應(yīng)用實(shí)際地層速度、密度參數(shù)建立了地質(zhì)模型，開展了正演模擬研究，分析了粗面巖特殊的地震響應(yīng)特征，并根據(jù)正演模擬結(jié)果優(yōu)選了頻譜分解技術(shù)和地震屬性分析技術(shù)聯(lián)合對(duì)粗面巖的空間展布進(jìn)行預(yù)測(cè)，最后，通過鉆井證實(shí)了預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性以及該研究思路的合理性和可實(shí)施性。本文旨在通過對(duì)遼河坳陷東部凹陷的粗面巖進(jìn)行預(yù)測(cè)，總結(jié)適合粗面巖分布預(yù)測(cè)的研究思路和相關(guān)技術(shù)，并為其他地區(qū)解決類似問題提供借鑒。

1 地質(zhì)背景

圖1 研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置Fig.1 Structural location of target area

研究區(qū)位于遼河坳陷東部凹陷中段，主要包括熱河臺(tái)、歐利坨子以及黃沙坨3個(gè)構(gòu)造單元，整體為呈北東向延伸的狹長(zhǎng)條帶(圖1)。鉆井資料揭示區(qū)內(nèi)主要地層為新生界古近系沙河街組三段、一段、東營組，新近系館陶組、明化鎮(zhèn)組及第四系地層。其中沙三段沉積時(shí)期，是本區(qū)火山巖形成的主要時(shí)期，受坳陷整體拉張作用控制，該時(shí)期歐利坨子斷層、界西斷層以及董家崗斷層劇烈活動(dòng)，巖漿沿著這些主干斷裂向上運(yùn)移至地表，形成大規(guī)模的粗面巖以及少量玄武巖，火山口沿?cái)鄬映蚀闋钫共糩5-9]，粗面巖主要集中發(fā)育在正斷層下盤的低洼區(qū)域，向兩側(cè)高部位延伸逐漸變?yōu)槟鄮r或砂巖。由于火山多期活動(dòng)，形成的粗面巖相互疊置，厚度較大，但分布分散，在董家崗斷層至界西斷層之間形成獨(dú)立巖體，不連續(xù)發(fā)育[10]。

2 地震正演模擬

通過正演模擬分析目標(biāo)地質(zhì)體的地震響應(yīng)特征，進(jìn)而優(yōu)選具有針對(duì)性的地震技術(shù)是提高地震技術(shù)應(yīng)用科學(xué)性和合理性的關(guān)鍵。鉆井資料表明，研究區(qū)粗面巖橫向上多漸變或突變?yōu)槟鄮r、粉砂巖、細(xì)砂巖或者砂礫巖，所以正演模擬研究主要基于上述巖性而開展。地質(zhì)模型的建立思路主要包括以下3個(gè)方面：一是確定粗面巖的地震響應(yīng)特征；二是分析粗面巖漸變?yōu)樯暗[巖、細(xì)砂巖、粉砂巖時(shí)，地震反射特征的變化情況；三是分析粗面巖厚度變化對(duì)地震反射特征的影響。首先基于巖心及測(cè)井資料分別統(tǒng)計(jì)了粗面巖、泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖以及砂礫巖的速度、密度和厚度等參數(shù)，地質(zhì)模型參數(shù)詳見表1，其中粗面巖最大厚度為50 m，靠近斷層一側(cè)漸變?yōu)?0 m，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際構(gòu)造模式建立了地質(zhì)模型進(jìn)行正演模擬(圖2a)。由正演模擬結(jié)果圖2b可以看出，粗面巖表現(xiàn)為低頻、強(qiáng)振幅的地震反射特征，從粗面巖變?yōu)樯暗[巖、細(xì)砂巖以及粉砂巖時(shí)，地震反射特征變化明顯，振幅逐漸減弱，當(dāng)變化至粉砂巖時(shí)振幅最弱，頻率隨著巖性依次變化為砂礫巖、細(xì)砂巖、粉砂巖而逐漸升高。當(dāng)粗面巖厚度從50 m漸變至10 m時(shí)，其振幅稍有減弱，但低頻、強(qiáng)振幅的響應(yīng)特征基本保持不變。

表1 地質(zhì)模型參數(shù)Table 1 Parameters of geological model

圖2 粗面巖地震響應(yīng)特征Fig.2 Seismic response characteristic of trachytea.地質(zhì)模型；b.正演模擬結(jié)果。

3 分頻解釋技術(shù)

分頻解釋技術(shù)是一種較新的三維地震數(shù)據(jù)體解釋性處理方法，它通過傅立葉變換將時(shí)間域的地震記錄轉(zhuǎn)換為頻率域的地震記錄，進(jìn)而生成各頻階頻率切片，可以對(duì)具有典型頻率特征的目標(biāo)地質(zhì)體的空間展布特征進(jìn)行研究[11]。頻譜分解技術(shù)是粗面巖分布預(yù)測(cè)新的突破點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地震數(shù)據(jù)全頻率范圍進(jìn)行分析并提取出粗面巖對(duì)應(yīng)的特定頻率的地震信息，突出粗面巖體與沉積巖體的差異性，從而更有針對(duì)性地識(shí)別粗面巖體[12]。目前該技術(shù)尚未被應(yīng)用到粗面巖的預(yù)測(cè)中，但是它在粗面巖空間展布特征分析以及邊界刻畫等方面具有巨大的應(yīng)用潛力[13]。

由正演模擬結(jié)果可以看出，粗面巖發(fā)育區(qū)具有有別于圍巖的典型低頻響應(yīng)特征，對(duì)此，應(yīng)用離散傅立葉變換針對(duì)目的層段開展了頻譜分解工作，制作了頻率范圍為2～125 Hz的振幅調(diào)諧體(地震數(shù)據(jù)采樣間隔為4 ms)，結(jié)合已知井的粗面巖鉆遇情況以及粗面巖分布模式進(jìn)行分析認(rèn)為，當(dāng)頻率為21 Hz時(shí)，振幅調(diào)諧體頻率切片呈現(xiàn)反映粗面巖空間展布的規(guī)律性歸一化調(diào)諧振幅異常(圖3)，虛線范圍即為預(yù)測(cè)粗面巖分布區(qū)域。該預(yù)測(cè)結(jié)果與鉆井揭示的粗面巖分布特征完全吻合。

圖3 振幅調(diào)諧體頻率切片(21 Hz)Fig.3 Frequency slice of tuning cube (21 Hz)

4 地震屬性分析技術(shù)

由正演模擬結(jié)果可以看出，粗面巖發(fā)育區(qū)具有明顯的強(qiáng)振幅特征，而且該特征隨著粗面巖厚度的減小并沒有明顯變化，所以理論上可以應(yīng)用能表征該振幅異常的振幅統(tǒng)計(jì)類屬性對(duì)粗面巖的分布進(jìn)行預(yù)測(cè)[14-18]。研究表明，研究區(qū)粗面巖均為溢流相，與上覆、下伏沉積巖均以沉積接觸的方式交互發(fā)育，具有等時(shí)性。由于發(fā)育粗面巖的沙三段地層為楔形結(jié)構(gòu)，所以本文采用了基于地層切片進(jìn)行地震屬性分析的方法，顯然，由此提取的地震屬性更具有等時(shí)意義，有利于準(zhǔn)確刻畫粗面巖的空間展布。

考慮到砂巖、砂礫巖發(fā)育區(qū)也會(huì)引起振幅異常，相比較于粗面巖明顯振幅異常而言，砂巖、砂礫巖發(fā)育區(qū)產(chǎn)生的振幅異常相對(duì)較弱，所以在優(yōu)選地震屬性時(shí)，需要考慮以下兩個(gè)方面：一是對(duì)振幅異常敏感；二是可以過濾或者壓制砂巖、砂礫巖引起的振幅異常。在相關(guān)分析的基礎(chǔ)上，優(yōu)選了平均反射強(qiáng)度和平均波峰振幅兩種屬性。因?yàn)樯鲜鰞煞N屬性對(duì)粗面巖引起的振幅異常比較敏感，而且其算法具有均值效應(yīng)，能有效壓制由砂巖、砂礫巖引起的振幅異常，更有利于突出由于粗面巖發(fā)育引起的明顯振幅異常[19-23]。圖4a為平均反射強(qiáng)度，圖4b為平均波峰振幅，兩者的東南邊界為工區(qū)內(nèi)一條主干斷層，斷層南東方向的鉆井資料顯示不發(fā)育粗面巖。由圖4可以看出，虛線范圍為明顯的規(guī)律性振幅異常區(qū)，結(jié)合正演模擬的粗面巖響應(yīng)特征，將該異常區(qū)解釋為粗面巖發(fā)育區(qū)，該預(yù)測(cè)范圍與鉆井揭示的粗面巖發(fā)育范圍完全吻合，而且與應(yīng)用分頻解釋技術(shù)的預(yù)測(cè)結(jié)果具有較高的一致性。

5 效果分析

在對(duì)粗面巖進(jìn)行預(yù)測(cè)之后，工區(qū)新完鉆井共計(jì)7口，其中o35-44-28、o35-42-27、o35-42-28等3口井完鉆井深較淺，未鉆至粗面巖發(fā)育層位，無法用于驗(yàn)證預(yù)測(cè)結(jié)果。另外4口井均不同程度在預(yù)測(cè)層位鉆遇粗面巖，粗面巖厚度依次為o35-48-26井63 m，o35-46-27井35 m，o35-44-30井19 m，o35-52-25井5 m，與預(yù)測(cè)結(jié)果完全一致，通過上述分析，充分證實(shí)了該技術(shù)方法預(yù)測(cè)粗面巖分布的可靠性，也證實(shí)了該技術(shù)系列的合理性。

圖4 地震屬性預(yù)測(cè)粗面巖分布Fig.4 Apply seismic attributes to forecast the distribution of trachytea.平均反射強(qiáng)度；b.平均波峰振幅。

6 結(jié)論

(1)粗面巖發(fā)育區(qū)具有低頻、強(qiáng)振幅的地震響應(yīng)特征，而且隨著粗面巖厚度的變化該反射特征基本保持穩(wěn)定。

(2)基于正演模擬確定粗面巖的地震響應(yīng)特征，在此基礎(chǔ)上，以頻譜分解技術(shù)為主，結(jié)合地震屬性分析技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)粗面巖分布的預(yù)測(cè)，最后結(jié)合鉆井資料對(duì)分布結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，是粗面巖預(yù)測(cè)的有效技術(shù)手段。