基于低頻重構的強非均質性火山巖儲層預測
——以簡陽地區(qū)二疊系火山巖儲層為例

何青林 陳 康 冉 崎 夏 青 張 旋 彭 浩 鄒定永

1.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院 2. 中國石油西南油氣田公司開發(fā)事業(yè)部

0 引言

簡陽地區(qū)YT1井、TF2井在二疊系相繼鉆遇厚層噴溢相火山碎屑巖、碎屑熔巖優(yōu)質儲層，其中YT1井測試獲得日產氣量25.61 104m3的工業(yè)氣流，證實該地區(qū)火山巖具有較大的勘探潛力[1-2]。經過多年勘探，火山巖的刻畫與巖相預測取得了一定的進展，但火山巖儲層定性、定量預測一直是地震預測的一個難題，由于火山巖的噴發(fā)存在不規(guī)律性和旋回性等特征，造成火山巖內部機構異常復雜，儲層非均質強，因此基于常規(guī)沉積巖儲層的預測方法難以很好的描述和預測復雜火山巖儲層[3-5]。筆者在對非均質性火山巖儲層地震響應特征研究的基礎上，利用信號的頻譜分解技術對地震數據開展頻譜分析，優(yōu)選對強波阻抗界面變化敏感的低頻信號進行重構，得到能直接反映儲層響應的低頻重構數據，消除儲層的非均質性影響。利用低頻重構數據開展儲層的直接識別和預測，刻畫簡陽地區(qū)火山巖優(yōu)質儲層發(fā)育區(qū)400 km2，實現了對強非均質性火山巖儲層的定性預測。

1 研究背景

簡陽地區(qū)位于四川盆地中部、龍泉山東麓，構造位置位于新場坳陷低陡構造區(qū)—川中古隆平緩構造區(qū)內[6]。工區(qū)內現有3口鉆井鉆遇二疊系火山巖，其中2口井鉆遇厚層孔隙性火山碎屑巖、碎屑熔巖儲層[7-8]。通過對該區(qū)3口探井地質與測井資料進行分析（圖1），火山巖內部儲層縱向上呈多旋回特征，單層厚度介于70 ～120 m，巖性為一套基性 超基性火山碎屑熔巖和火山碎屑巖，平均孔隙度達到15.1%[9]。儲層測井特征總體上表現為中低伽馬、中低速度、低密度特征。其中聲波時差介于3 500～4 500 m/s之間，密度介于2.2～2.7 g/cm3。儲層段與非儲層段及上下圍巖物性差異均較大（圖2）。

對YT1井開展井震精細標定顯示（圖3），由于儲層段密度與速度均小于非儲層段，波阻抗差異較大，因此合成記錄在儲層底部形成較強的同相軸反射，同時地震記錄顯示在儲層底部也具有較明顯的地震反射，在井點處井震匹配關系好，火山巖儲層響應清楚。

圖1 四川盆地簡陽地區(qū)二疊系火山巖連井對比剖面圖

圖2 四川盆地簡陽地區(qū)火山巖不同巖性的鉆井聲波速度、密度的分布直方圖

圖3 YT1井井震標定結果圖

因為火山巖噴發(fā)方式、能量和環(huán)境在時空上差異明顯，火山巖儲層又受火山巖建筑結構和巖性巖相控制，因此該套火山碎屑巖儲層在地震剖面上表現為受單個成因相同、連續(xù)分布的火山機構控制的強振幅反射特征，在橫向上變化快，整體表現為斷續(xù)、雜亂反射特征，因此在疊后地震剖面難以通過直接追蹤該套強振幅反射識別和預測火山巖儲層的橫向分布（圖4）[10-11]。

圖4 YT1井過井疊前時間偏移剖面圖

2 技術原理

地震反射信息是地下介質彈性和密度差異的反映，包含了振幅能量、頻率和相位信息。這些信息及其變化規(guī)律又與地下地層結構、巖石性質及流體性質之間存在聯系[12]。凌云等研究認為頻率信息與地層固有頻率有關，不同頻率的信號對不同厚度的地層響應敏感度不同，低頻信息對厚層具有調諧響應，中高頻信息對薄層具有調諧響應[13-14]。因此通過對不同頻率信息的分析，優(yōu)選能夠識別和反映相應地質目標體特征的特定頻率地震數據體進行重構，從而可以更好地突出地質異常體，極大地提高對復雜地質體的識別度[15]。

簡陽地區(qū)火山巖分析發(fā)現，茅口組與火山巖內部波阻抗差異最大界面為噴溢相火山巖儲層與溢流相玄武巖的接觸界面。利用該區(qū)鉆遇火山巖的3口鉆測井資料，建立基于層控的波阻抗模型，然后利用不同主頻的子波與該阻抗模型進行褶積，可得到不同主頻的儲層正演結果（圖5）。分析表明，主頻較低的子波與該地區(qū)火山巖阻抗模型開展褶積，可得到反映大套、厚層儲層的地震響應結果，對于非儲層物性變化造成的波阻抗差異響應不明顯，因此可利用該地區(qū)火山巖儲層對低頻子波的響應明顯的特性開展特定頻率域地震數據的重構，獲得對儲層反映較直觀的地震重構數據。

目前地震時頻分析方法主要包括短時傅里葉變換、小波變換、s變換等。由于地震信號是一種復雜的非線性非平穩(wěn)信號，需要了解其在特定時間處的頻率成分及特定頻率處的時間分布或振幅特征，而常規(guī)的傅里葉變換適用于線性、平穩(wěn)信號，因此本次研究選用具有高分辨特性的小波變換分析地震信號的時頻特性[16]。

連續(xù)小波變換表達式為：

其中ψ（t）為一個基本小波函數，a為尺度因子，控制小波的壓縮或伸展，既可以使時窗中心發(fā)生變化，也可以使時窗半徑發(fā)生改變；b為平移因子，控制小波的延遲或超前，使時窗中心發(fā)生同量的平移，但不影響時窗的寬度。

通過小波變換對火山巖目的層地震數據開展頻譜分解需要確定合理的尺度參數與小波類型，然后利用小波對地震數據進行分解得到不同頻率域的數據體，通過鉆、測井資料分析選取最能反映火山巖儲層響應的對應頻率數據體轉換為時間域信號，從而得到一套能夠較好反映該區(qū)火山巖儲層的地震重構數據。本次研究選用Morelet小波作為小波變換的基小波。Morelet復小波采用時頻窗面積最小的高斯窗，是高斯包絡下的復指數函數，形式簡單易于計算，在時頻域均具有良好的局部性，而且對稱性好，適用于觀測具有非平穩(wěn)特點的地震信號[17]。

3 應用實例

圖5 不同主頻子波與實鉆井波阻抗模型褶積響應結果

簡陽地區(qū)三維地震原始資料分析表明：該套數據主頻達到18 Hz，有效頻帶范圍在5～50 Hz，能夠通過時頻分析對地震數據開展低頻數據重構。根據前述對該地區(qū)儲層特征的分析，對原始數據利用小波變換提取以10 Hz為間隔的等頻數據體（圖6）。

通過分析，在0～10 Hz、10～20Hz數據體內，鉆井標定火山巖儲層位置振幅能量響應最強，最能反映儲層響應的振幅能量變化，因此選取該頻率域范圍內的數據體重構地震數據。

YT1井與TF2井連井常規(guī)地震剖面與重構地震剖面對比顯示（圖7），常規(guī)地震剖面火山巖內幕地震反射同相軸雜亂，地質意義不明確，鉆井標定后儲層響應在橫向上難以追蹤。低頻重構數據顯示，鉆井標定火山巖內幕儲層底界與非儲層界面形成的低頻同相軸反射明顯，橫向上可連續(xù)追蹤。同時反射振幅能量在橫向上變化明顯，反映該套火山巖儲層在橫向上物性與厚度存在變化。其振幅強弱與儲層厚度、物性差異存在正相關關系，振幅能量越強，儲層厚度越厚，與非儲層物性差異越大；振幅能量越弱，儲層厚度越小，與非儲層物性差異越小。

圖6 火山巖儲層在小波變換各等頻體的地震響應圖

圖7 低頻重構剖面與常規(guī)剖面對比圖

基于低頻重構數據，通過提取火山巖內幕強反射界面同相軸振幅能量，編制火山巖內部“亮點”地震振幅能量平面圖，利用同向軸振幅值與儲層發(fā)育厚度和物性的相關性，定性反映火山巖內部儲層發(fā)育情況，實現強非均質性火山巖儲層的定性預測（圖8）。色標范圍內均代表火山巖儲層發(fā)育，綠色到紅色的變化表示振幅能量值由弱至強，紅色、黃色代表的振幅能量較強區(qū)域，火山巖儲層厚度大、物性好，是儲層發(fā)育最有利區(qū)；綠色代表的振幅能量較弱區(qū)域，儲層厚度與物性均變差。YT1、TF2均位于紅色和黃色區(qū)域內，與定性預測結果吻合度較好。

圖8 簡陽地區(qū)火山巖內部 亮點 地震振幅能量平面圖

4 結論

1）簡陽地區(qū)二疊系火山巖儲層縱向上呈多旋回發(fā)育，厚度大，儲層與非儲層段物性差異大，可形成強波阻抗反射界面，同時由于儲層橫向非均質性強，地震剖面上表現為雜亂反射特征，難以利用常規(guī)地震剖面對火山巖儲層進行準確識別和追蹤。

2）通過對地震數據開展時頻分析，優(yōu)選能夠識別和反映相應地質目標體特征的特定頻率地震數據體進行重構，從而更好的突出地質異常體，提高對復雜地質體的識別度。

3）利用簡陽地區(qū)厚層非均質性火山巖儲層對低頻信號響應敏感的特性，對該區(qū)地震數據利用小波變換開展低頻重構，重構剖面儲層反射表現為“亮點”模式，橫向上可連續(xù)追蹤，且該亮點反射振幅能量與儲層厚度、物性存在正相關關系，實現了對該區(qū)火山巖儲層有效的定性預測。