敏感頻率地震屬性在薄層砂體預(yù)測中的應(yīng)用
——以松遼盆地肇源地區(qū)為例

安鵬，于志龍，劉專，馬云海，李麗，劉鳳軒

(東方地球物理公司 地質(zhì)研究中心，河北 涿州 072750)

0 引言

當(dāng)前，扶余油藏致密油已成為松遼盆地勘探開發(fā)的重點(diǎn)，因此針對薄層河道砂體的預(yù)測已成為該區(qū)關(guān)注的焦點(diǎn)，國內(nèi)外許多學(xué)者對薄儲(chǔ)層預(yù)測的研究，均取得了一定的成效。高靜懷等[1]分析了薄互層地震響應(yīng)，提出利用廣義S變換提高薄層的識(shí)別能力；楊貴祥[2]通過研究調(diào)諧頻率與分頻譜之間的關(guān)系，提出基于調(diào)諧頻率與分頻處理的定量且?guī)в幸欢ń忉尯x的反演技術(shù);于建國等[3]基于雷克子波和楔狀模型，建立了儲(chǔ)層厚度、振幅和頻率三者之間的關(guān)系，明確了振幅與砂體厚度的相關(guān)性受到調(diào)諧厚度的限制，而調(diào)諧厚度與地震數(shù)據(jù)主頻有關(guān)。

基于前人研究成果，為了改善基于原始地震數(shù)據(jù)提取的屬性中一定程度弱化了某些敏感頻率段的地震信息的問題，本文以肇源油田Y5井區(qū)FII1小層為例，在分析調(diào)諧效應(yīng)基礎(chǔ)上，利用時(shí)頻分析技術(shù)優(yōu)選敏感頻率，依托敏感頻率重構(gòu)數(shù)據(jù)體，消除相似的單砂體厚度但地震波形響應(yīng)特征差別較大的情況，優(yōu)選敏感地震屬性預(yù)測砂體展布，在實(shí)際工區(qū)應(yīng)用中取得了較好的效果。

1 工區(qū)地質(zhì)概況

Y5井區(qū)位于松遼盆地北部中央坳陷區(qū)朝長階地西南端肇源鼻狀構(gòu)造，該區(qū)扶余油層受西南部的?？党练e體系影響，發(fā)育淺水三角洲沉積體系，砂體規(guī)模小，橫向連續(xù)性差[4-6]。

該井區(qū)為一個(gè)受NNE向斷層與NW向斷層所夾持的斷塊(圖1)，斷塊內(nèi)地層西南部高，北部較低。該井區(qū)完鉆了3口探井，均鉆遇5 m左右的河道砂體，且含油性較好，其中A井發(fā)育一層4.2 m含油砂巖，B井發(fā)育一層5.2 m含油砂巖，C井發(fā)育一層7.4 m含油砂巖。

區(qū)內(nèi)部署的P1井完鉆后，與實(shí)際屬性預(yù)測結(jié)果差別較大，如圖2所示，從圖2a屬性預(yù)測平面圖上可以看出，水平井方向預(yù)測為砂體連片發(fā)育；從圖2b過井地震剖面上看，該井軌跡方向，地震波形特征連續(xù)穩(wěn)定，且振幅能量變化為由中強(qiáng)到強(qiáng)，軌跡末端E靶點(diǎn)附近與參考井A井距離142 m左右，均對應(yīng)強(qiáng)波峰特征同相軸，但e靶點(diǎn)附近鉆遇的是大段暗色泥巖，同相軸強(qiáng)振幅特征與砂體厚度之間對應(yīng)關(guān)系不明確，常規(guī)地震屬性結(jié)果沒有有效預(yù)測這一變化。

圖1 Y5井區(qū)FII1小層頂面構(gòu)造Fig.1 Top strcture map of FII1 formation in Y5 well area

2 敏感頻率地震屬性分析

圖3為研究區(qū)內(nèi)3口已知井連井地震剖面，從圖中可以看出:FII1主力砂體主要發(fā)育在一套中強(qiáng)—強(qiáng)振幅波峰反射的下半部分，砂體厚度由南向北逐漸減小，但對應(yīng)的地震振幅能量卻是由弱到強(qiáng)，厚度較大的C井對應(yīng)的地震振幅最弱，視頻率最低，且該層砂體為單砂體，基本不存在多層砂體調(diào)諧效應(yīng)的影響，這表明原始數(shù)據(jù)提取的振幅屬性不能準(zhǔn)確表征砂體的平面分布。

a—振幅屬性;b—過P1井—A井連井地震剖面a—amplitde attribute;b—cross P1 well-A well connected seismic section圖2 FII1小層水平井鉆探效果分析Fig.2 Analysis of drilling effect of FII1 small horizontal well

圖3 過3口已知井連井地震剖面Fig.3 Cross three known well seicmic profiles

2.1 薄層調(diào)諧效應(yīng)

薄層調(diào)諧效應(yīng)是指薄層厚度等于四分之一地震波長時(shí)振幅出現(xiàn)極大值的相長干涉。薄層調(diào)諧是薄層厚度與薄層處地震數(shù)據(jù)視主頻之間的一種響應(yīng)。假設(shè)地震數(shù)據(jù)中存在厚度為H0的薄層，與該薄層對應(yīng)的調(diào)諧頻率為f0，通過廣義S變換對該地震數(shù)據(jù)進(jìn)行分頻處理，得到不同頻率的分頻剖面，在與調(diào)諧頻率f0對應(yīng)的分頻剖面上，厚度為H0的薄層處地震數(shù)據(jù)的瞬時(shí)振幅將會(huì)出現(xiàn)最大，這種現(xiàn)象是由薄層的調(diào)諧作用引起的[7-11]。

為了說明薄層調(diào)諧現(xiàn)象與地震數(shù)據(jù)瞬時(shí)振幅的關(guān)系，本文設(shè)計(jì)了楔形地質(zhì)模型，如圖4a所示，該模型寬1 500 m、厚30 m，選用42 Hz的Ricker子波進(jìn)行正演模擬，生成圖4b所示的楔形合成地震記錄。由圖可見，該楔形模型中與42 Hz對應(yīng)的調(diào)諧點(diǎn)位置出現(xiàn)在箭頭所指處，圖4c顯示的是楔形模型中第一個(gè)反射界面的瞬時(shí)振幅與調(diào)諧厚度之間的關(guān)系曲線，當(dāng)模型厚度小于調(diào)諧厚度時(shí)，瞬時(shí)振幅將逐漸增大，利用式(1)可以計(jì)算：

(1)

當(dāng)模型中砂體厚度達(dá)到調(diào)諧厚度16.6 m時(shí)瞬時(shí)振幅最大，而當(dāng)楔形厚度大于調(diào)諧點(diǎn)處厚度時(shí)瞬時(shí)振幅先減小然后趨于穩(wěn)定。用同樣的方法，通過對楔形模型進(jìn)行正演模擬，大致求出各個(gè)頻率地震數(shù)據(jù)的調(diào)諧厚度(表1)，研究區(qū)資料地震主頻在45 Hz左右，調(diào)諧厚度在15～17 m之間，3口井砂體均為厚度小于調(diào)諧厚度的單砂體，理論上隨厚度增加，對應(yīng)地震振幅能量應(yīng)單調(diào)遞增，而C井發(fā)育3口井最厚砂體，地震響應(yīng)為弱振幅反射，與理論不符。

a—楔狀地質(zhì)模型;b—楔狀模型正演剖面;c—振幅與厚度關(guān)系a—wedge geological model;b—wedge model forward profile;c—relation between amplitude and thickness圖4 楔狀模型正演分析Fig.4 Wedge model forword performance map

2.2 頻譜分解算法優(yōu)選

為了解決上述不同厚度單砂體對應(yīng)的地震振幅能量與理論模擬振幅能量特征不一致的情形，利用時(shí)頻分析技術(shù)，對比砂體在不同頻率下的地震響應(yīng)特征，以期尋找合理解決方案。

時(shí)頻分析技術(shù)是將時(shí)間域的地震數(shù)據(jù)通過某種數(shù)學(xué)方法變換到頻率域，將地震記錄分解成不同的頻率成分，利用不同頻率對不同尺度地質(zhì)體存在不同響應(yīng)特征來認(rèn)識(shí)地質(zhì)體，從而進(jìn)行地震解釋。該技術(shù)能夠在頻率域內(nèi)對每個(gè)頻率所對應(yīng)的振幅進(jìn)行分析，排除時(shí)間域內(nèi)不同頻率成分的相互干擾，不僅可提高地震資料對薄儲(chǔ)層的預(yù)測能力，而且能從常規(guī)地震數(shù)據(jù)體中提取出更豐富的地質(zhì)信息，提高地震資料對特殊地質(zhì)體的解釋識(shí)別能力[12-18]。

目前，將地震數(shù)據(jù)從時(shí)間域變換到頻率域的常用算法有短時(shí)傅里葉變換(STFT)、連續(xù)小波變換(CWT)和廣義S變換(ST)等。短時(shí)傅立葉變換使用固定時(shí)窗，不能根據(jù)信號的變化調(diào)整分辨率，只適合分析分段平穩(wěn)信號或者近似平穩(wěn)信號，因此短時(shí)傅立葉變換的分辨率無法在空間域或頻率域達(dá)到最佳[8]；連續(xù)小波變換技術(shù)繼承和發(fā)展了短時(shí)傅里葉變換的局部化思想，使用一個(gè)移動(dòng)的變尺度時(shí)窗，可以對地震道進(jìn)行自適應(yīng)采樣，具有多分辨率特點(diǎn)，可由粗及細(xì)地逐步觀察信號，適用不同尺度信號特征的描述要求。廣義S變換進(jìn)一步解決了短時(shí)傅里葉變換不能調(diào)節(jié)時(shí)窗的問題，同時(shí)引入了小波變換的多分辨率特征，是兩者的延伸和發(fā)展。廣義S變換利用頻率的倒數(shù)調(diào)節(jié)時(shí)窗，具有多分辨率特征。由于它能根據(jù)頻率調(diào)節(jié)時(shí)窗分析信號，在低頻部分具有較高的頻率分辨率和較低的時(shí)間分辨率，在高頻部分具有較低的頻率分辨率和較高時(shí)間分辨率，對數(shù)據(jù)處理的適應(yīng)性較強(qiáng)，效果良好[19-20]。

根據(jù)研究區(qū)三維地震資料，目的層附近主頻為42 Hz，有效帶寬為10～75 Hz。本文以過A井的測線作為試驗(yàn)線，分別應(yīng)用3種時(shí)頻分析算法將常規(guī)時(shí)間域地震資料轉(zhuǎn)換到頻率域，選用接近主頻的45 Hz頻率剖面對3種方法得到的剖面進(jìn)行對比分析(如圖5)，分頻剖面的分辨率較常規(guī)地震剖面明顯提高，但不同算法對儲(chǔ)層的描述精度有很大差異。與STFT和CWT算法相比，廣義S變換具有更高的分辨能力，A井和B井鉆遇FII1小層的砂體在該分頻剖面能夠?qū)⑵淝逦乜坍嫵鰜?，該區(qū)時(shí)頻分析算法選用廣義S變換開展后續(xù)工作。

a—原始地震剖面;b—短時(shí)傅里葉變換;c—連續(xù)小波變換;d—廣義S變換a—original seismic profile;b—STFT;c—SWT;d—GST圖5 不同頻譜分解算法對比地震剖面Fig.5 Comparison of seismic spectrum profiles by different spectral decomposition algorithms

2.3 敏感頻率地震剖面重構(gòu)

當(dāng)前，敏感頻率的確定主要利用已鉆井的符合情況來確定。依據(jù)研究區(qū)內(nèi)重點(diǎn)井目的層廣義S變換時(shí)頻剖面上確定的不同敏感頻率，進(jìn)行地震數(shù)據(jù)體重構(gòu)融合，構(gòu)建出適合預(yù)測特定砂體厚度和組合特征的“敏感頻率重構(gòu)地震數(shù)據(jù)體”。如圖6所示，在廣義S變換的時(shí)頻分析剖面上，A井和B井目的層段對應(yīng)的敏感頻率為45 Hz，C井目的層段對應(yīng)的敏感頻率為30 Hz左右，為此利用30 Hz和45 Hz的單頻體重構(gòu)敏感頻率數(shù)據(jù)體，開展目標(biāo)砂體預(yù)測。

圖7為過A、B、C三口已知井的敏感頻率重構(gòu)連井地震剖面，圖3中出現(xiàn)的砂體厚度與原始地震波峰同相軸不一致的情況得到有效解決，A、B、C井砂體均對應(yīng)較強(qiáng)波峰同相軸的特征，敏感頻率重構(gòu)的地震剖面上，B、C井之間可以見到波峰同相軸下切的相變點(diǎn)，兩井之間發(fā)育兩套不連通的砂體。該結(jié)果表明敏感頻率重構(gòu)技術(shù)可以有效解決厚層砂體地震響應(yīng)弱的問題。

a—A井;b—B井;c—C井a(chǎn)—well A;b—well B;c—well C圖6 3口已知井基于廣義S變換時(shí)頻分析成果Fig.6 Three well-known wells based on generalized S-transformation time-frequency analysis results

圖7 過3口已知井敏感頻率重構(gòu)地震剖面Fig.7 Reconstructed seismic section through three well-known wells

3 應(yīng)用效果分析

基于敏感頻率重構(gòu)數(shù)據(jù)成果，針對目標(biāo)小層FII1重新開展精細(xì)砂體預(yù)測，屬性分析的時(shí)窗大致包含砂體對應(yīng)的波峰同相軸。圖8為原始數(shù)據(jù)與敏感頻率數(shù)據(jù)中提取的FII1小層砂體振幅屬性預(yù)測對比圖，原始數(shù)據(jù)預(yù)測該小層砂體在斷塊的北部連片發(fā)育，在工區(qū)的南部砂體不發(fā)育，特別是在C井點(diǎn)處預(yù)測結(jié)果與實(shí)鉆砂體不符合；基于敏感頻率重構(gòu)的數(shù)據(jù)體，預(yù)測砂體主要發(fā)育在斷塊的中南部，A井以北地區(qū)砂體不發(fā)育， C井發(fā)育砂體向部延伸具有一定規(guī)模，但C井和B井發(fā)育的砂體不連通。

如前文圖2所示，完鉆的P1水平井出現(xiàn)的最大矛盾是：水平井末端鉆遇泥巖，但在地震剖面上對應(yīng)強(qiáng)波峰同相軸特征。在敏感頻率重構(gòu)的地震剖面上，如圖9所示，該水平井末端鉆遇泥巖的位置對應(yīng)地震弱波峰同相軸，砂巖發(fā)育區(qū)對應(yīng)強(qiáng)波峰同相軸，與實(shí)際鉆探效果吻合程度大大提高，符合率從70%提高到86%左右，表明敏感頻率重構(gòu)技術(shù)應(yīng)用效果顯著?；诖祟A(yù)測結(jié)果，該區(qū)保留了原來設(shè)計(jì)的P2井、P3井。完鉆后P2井砂巖鉆遇率90%，P3井砂巖鉆遇率86%，均取得了較好效果。

圖10為P2井實(shí)鉆軌跡與原始振幅屬性和敏感頻率振幅屬性疊合對比圖，其中黃色為井上鉆遇砂巖段，藍(lán)色為井上鉆遇泥巖段。兩類數(shù)據(jù)預(yù)測該井區(qū)附近發(fā)育砂體整體特征一致，ad靶點(diǎn)之間砂體均較發(fā)育，在df靶點(diǎn)之間原始屬性預(yù)測砂體不發(fā)育，而敏感頻率重構(gòu)數(shù)據(jù)屬性預(yù)測砂體在f靶點(diǎn)之前，砂體發(fā)育，而在f靶點(diǎn)以后為泥巖發(fā)育區(qū)，這與該井實(shí)踐鉆探效果符合度較高，整體評價(jià)后原始振幅屬性與實(shí)鉆砂體符合率在73%，而敏感頻率振幅屬性與實(shí)鉆砂體符合率在92%以上。

a—原始地震振幅屬性;b—敏感頻率數(shù)據(jù)體振幅屬性a—original seismic amplitude attribute;b—sensitive frequency reconstruction data amplitude attribute圖8 敏感頻率重構(gòu)體與原始數(shù)據(jù)振幅屬性對比Fig.8 Comparison of sensitive frequency reconstruction volume and original data amplitude attribute

圖9 過P1井—A井連井敏感頻率重構(gòu)剖面Fig.9 Cross-P1 well-A well sensitive frequency reconstruction profile

a—原始地震振幅屬性;b—敏感頻率數(shù)據(jù)體振幅屬性a—original seismic amplitude attribute;b—sensitive frequency reconstruction data amplitude attribute圖10 P2井區(qū)敏感頻率重構(gòu)體與原始數(shù)據(jù)振幅屬性對比Fig.10 Comparison of the amplitude properties of the sensitive frequency reconstructed body and the original data in P2 well area

a—原始地震振幅屬性;b—敏感頻率數(shù)據(jù)體振幅屬性a—original seismic amplitude attribute;b—sensitive frequency reconstruction data amplitude attribute圖11 P3井區(qū)敏感頻率重構(gòu)體與原始數(shù)據(jù)振幅屬性對比Fig.11 Comparison of the amplitude properties of the sensitive frequency reconstructed body and the original data in P3 well area

圖11為P3井實(shí)鉆軌跡與原始振幅屬性和敏感頻率振幅屬性疊合對比。在ac靶點(diǎn)之間鉆遇大段砂巖，原始振幅屬性預(yù)測為泥巖發(fā)育區(qū)，而敏感頻率重構(gòu)屬性預(yù)測為連片的砂巖發(fā)育區(qū)，在ce靶點(diǎn)之間， 交互鉆遇砂泥巖， 振幅屬性能量強(qiáng)弱橫向變化，兩個(gè)數(shù)據(jù)預(yù)測結(jié)果基本一致，整體評價(jià)原始振幅屬性與實(shí)鉆砂體符合率在60%，而敏感頻率振幅屬性與實(shí)鉆砂體符合率在85%左右?；诿舾蓄l率重構(gòu)數(shù)據(jù)提取的地震屬性有效指導(dǎo)了水平井鉆探。

4 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

本文針對Y5井區(qū)薄層砂體，利用時(shí)頻分析技術(shù)，提高了薄層預(yù)測精度，取得以下兩點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

1)薄層河道砂體的地震響應(yīng)特征與單層砂體厚度有關(guān)，多數(shù)情況下其厚度小于調(diào)諧厚度，對應(yīng)振幅特征為單調(diào)遞增的特征；

2)遇到不同厚度單砂體與地震波形振幅能量剖面特征不一致情形時(shí)，在頻率域內(nèi)尋找能夠反映砂體響應(yīng)特征的敏感頻率，利用“敏感頻率重構(gòu)數(shù)據(jù)體”開展屬性預(yù)測工作，有效改善薄層砂體的預(yù)測效果，提高井位的鉆探成功率。