旬宜探區(qū)盒1段河道砂體地震精細(xì)刻畫技術(shù)

韓向義，趙瑩彬，楊春峰，常文鑫，邱彥平，李國輝

（1.中國石化河南油田分公司勘探開發(fā)研究院，河南鄭州 450048；2.中國石化經(jīng)緯有限公司華北測(cè)控公司，河南南陽 473132）

旬邑-宜君探區(qū)（簡(jiǎn)稱旬宜探區(qū)）位于鄂爾多斯盆地南部，處在伊陜斜坡和渭北隆起的結(jié)合部位，構(gòu)造格局清晰，地層平緩，整體構(gòu)造呈北西傾向的平緩單斜，傾角1°～2°。探區(qū)跨陜西省旬邑、宜君、黃陵等縣，面積1 140.325 km2?！笆濉庇蜌赓Y源評(píng)價(jià)顯示，旬宜探區(qū)古生界天然氣資源量達(dá)2 290×108m3，具有較大的勘探潛力。通過古水流、重礦物、輕礦物和構(gòu)造演化等研究，明確旬宜探區(qū)主要受控于南部物源體系，其上古生界主力勘探層系二疊系石盒子組主要發(fā)育一套自南向北的三角洲沉積體系，砂體主要受水下分流河道控制，縱向上河道多期疊置，橫向上河道側(cè)向遷移，砂體變化快且厚度薄，儲(chǔ)層物性差，為致密砂巖儲(chǔ)層[1-5]。河道相帶的精細(xì)刻畫是困擾旬宜探區(qū)致密氣藏勘探的主要技術(shù)瓶頸之一，河道砂體預(yù)測(cè)制約著勘探研究的進(jìn)展[6-7]。

近年來，致密油、頁巖油、頁巖氣等非常規(guī)油氣勘探已成為國內(nèi)外油氣勘探的熱點(diǎn)領(lǐng)域，中外學(xué)者對(duì)利用地震資料預(yù)測(cè)河道砂體開展了大量的研究。王世瑞等提出了基于地震屬性特征預(yù)測(cè)河道砂體的技術(shù)[8]，但對(duì)于致密砂巖效果欠佳；李國發(fā)等基于正演模型，提出單砂體對(duì)應(yīng)“零值時(shí)間”的地震切片技術(shù)[9]，為薄互層條件下單砂體解釋提供了思路，但是實(shí)際生產(chǎn)中“零值時(shí)間”難以確定；Zeng等提出了薄層分辨率的概念，通過地震識(shí)別薄層砂體來預(yù)測(cè)河道砂，但實(shí)際地震波是多組薄砂體的綜合響應(yīng)，而且地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此精度也較低[10-11]。本文從已鉆井出發(fā)，開展了盒1段致密砂巖儲(chǔ)層的地震和測(cè)井的響應(yīng)特征研究，根據(jù)其響應(yīng)特征，利用地震切片技術(shù)從目的層段上下連續(xù)沿層做地震切片，根據(jù)地震切片中河道的遷移特征確定河道砂的反射時(shí)間；再依據(jù)切片對(duì)應(yīng)的時(shí)間段確定砂體的地震屬性提取時(shí)窗；在測(cè)井和地震的聯(lián)合控制下開展波形差異反演，提高垂向分辨率，最后根據(jù)地震切片平面圖和地震反演剖面圖相結(jié)合精細(xì)刻畫河道砂體空間展布，為探井部署提供依據(jù)。探井鉆探效果表明預(yù)測(cè)成果與實(shí)鉆結(jié)果吻合，該技術(shù)對(duì)旬宜探區(qū)河道砂氣藏的勘探和突破具有一定的指導(dǎo)意義。

1 河道砂體地震精細(xì)刻畫流程

由于研究區(qū)現(xiàn)有地震資料頻帶較窄，垂向分辨率難以提高，若對(duì)地震資料進(jìn)行拓頻處理來提高垂向分辨率，則會(huì)破壞振幅的保真度，實(shí)際應(yīng)用效果不佳；再加之研究區(qū)盒1段雖然砂體發(fā)育，但是總體致密，且具有橫向變化快、非均質(zhì)性強(qiáng)、厚度薄等特點(diǎn)，給利用地震資料預(yù)測(cè)砂體帶來了極大的挑戰(zhàn)，如何充分利用現(xiàn)有地震資料開展河道砂體精細(xì)刻畫是當(dāng)前油氣勘探突破的關(guān)鍵。

傳統(tǒng)的河道砂體刻畫主要依靠地震振幅屬性或地震反演技術(shù)，受分辨率影響在致密砂巖儲(chǔ)層中其預(yù)測(cè)精度較低，本次研究針對(duì)區(qū)內(nèi)實(shí)際地質(zhì)特點(diǎn)和現(xiàn)有測(cè)井、地震、地質(zhì)資料，提出了一套完整的砂體刻畫技術(shù)流程（圖1）：首先從河道砂體測(cè)井、地震解釋結(jié)果出發(fā)，利用地震切片技術(shù)最大限度地提取砂體地震反射的橫向信息，用于巖性的識(shí)別和河道砂體展布刻畫；其次，由于區(qū)內(nèi)古生界勘探程度較低，已鉆井資料較少，疊后地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演提高分辨率的方法適用性非常差，而波形差異反演是在對(duì)地震資料解釋層位對(duì)應(yīng)的波形（主要為振幅）差異分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合已鉆井對(duì)應(yīng)地層的實(shí)際地質(zhì)信息、井空間分布距離等，得到波形差異反演數(shù)據(jù)體，并綜合地震切片資料實(shí)現(xiàn)河道砂體的識(shí)別和展布的精細(xì)刻畫。

圖1 研究區(qū)河道砂體精細(xì)刻畫流程

2 河道砂體測(cè)井、地震解釋

2.1 河道砂體測(cè)井解釋

旬宜探區(qū)二疊系下石盒子組以三角洲平原沉積為主。物源區(qū)為南部的加里東褶皺帶，巖石分區(qū)以泥巖-砂巖區(qū)為主，表現(xiàn)為三角洲沉積環(huán)境，河道由南向北延伸。區(qū)內(nèi)J1井區(qū)分流河道發(fā)育，河道底部見底礫巖。沉積物為灰白色粗-細(xì)砂巖及深灰、灰綠色泥巖，含有植物化石；以盒1段沉積相為代表，主要沉積亞相為辮狀河三角洲前緣。根據(jù)研究區(qū)內(nèi)兩口鉆井資料制作連井剖面，精細(xì)對(duì)比XY1井和J1井盒1段砂體展布特征（圖2）。

由圖2可知，區(qū)內(nèi)盒1段砂體縱向、橫向變化明顯，縱向上砂體疊置，單層厚度較薄，厚層砂體由多個(gè)單層砂體疊加而成；橫向上砂體變化快，連續(xù)性差。儲(chǔ)層內(nèi)部砂泥巖的測(cè)井響應(yīng)特征差別不明顯，但總體上砂巖呈現(xiàn)出高速度、高密度特征；自然伽馬可反映大段砂泥巖組合，但規(guī)律性不強(qiáng)。

2.2 河道砂體地震解釋

研究區(qū)針對(duì)上古生界目標(biāo)層開展主頻32 Hz，頻寬10～70 Hz較寬頻帶的高保真地震資料處理，地震數(shù)據(jù)采集、處理的時(shí)間采樣率為1 ms，面元尺寸為10 m×10 m。上古生界疊前時(shí)間偏移處理成果的信噪比高、波組特征明顯、地震反射同相軸連續(xù)性好，易于追蹤對(duì)比，且能夠較好地體現(xiàn)巖性變化及斷裂特征。

J1井與XY1井標(biāo)定結(jié)果表明：盒1段底界在地震剖面上呈中-強(qiáng)振幅、連續(xù)波峰反射，可以追蹤對(duì)比。但是受到砂體厚度、物性、巖性組合影響，同相軸能量強(qiáng)弱橫向上變化很快，并且還會(huì)出現(xiàn)間斷。盒1段砂體在地震剖面上表現(xiàn)為短軸強(qiáng)反射的地震響應(yīng)特征（圖3），通過對(duì)盒1段儲(chǔ)層正演模擬結(jié)果和地震剖面振幅特征分析認(rèn)為，地震振幅能夠較好地表征砂巖，砂體越厚振幅越強(qiáng)，且砂體在橫向上變化快，導(dǎo)致砂體所對(duì)應(yīng)的地震反射振幅呈短軸強(qiáng)反射。

圖3 J1井和XY1井連井地震剖面

3 河道砂體地震精細(xì)刻畫

3.1 沿層地震振幅切片技術(shù)

研究區(qū)盒1段砂巖平均速度4 600 m/s，主頻只有30 Hz左右，地震縱向分辨率在三十余米，因此地震響應(yīng)通常表征的是一組砂體的綜合響應(yīng)，不能反映單砂體的響應(yīng)。通常情況下，所提取的沿層瞬時(shí)振幅屬性表征的是上下兩套砂體的綜合響應(yīng)，想要通過地震獲取單砂體的展布特征顯得極其困難。通過調(diào)研相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，沿層振幅屬性在某一時(shí)刻可以清楚地反應(yīng)單砂體或砂層的形態(tài)，不受其他砂層的影響[12]。在地震資料縱向分辨率不足的時(shí)候，想要獲取砂體展布可以充分利用地震資料的橫向分辨率。國內(nèi)外一些專家學(xué)者認(rèn)為兩套砂體地震反射為兩個(gè)復(fù)合波的疊加，反映下層砂體形態(tài)的時(shí)間位置位于上層砂體復(fù)合波振幅為零處，反映上層砂體形態(tài)的時(shí)間位置位于下層砂體復(fù)合波振幅為零處。但是實(shí)際地震子波在時(shí)間和空間上都是變化的，并不穩(wěn)定，致使振幅也不穩(wěn)定，其次目的層段存在多個(gè)旋回組合和過渡性巖性，因此難以找到準(zhǔn)確的“零值時(shí)間”[13-14]。

本次研究主要根據(jù)實(shí)際地震、地質(zhì)資料，依據(jù)切片在某一時(shí)刻可以反應(yīng)砂體展布的原理，沿層上下做切片，通過觀察切片上的河道，找到具有明顯河道特征的切片，然后把切片按層提取出來，根據(jù)井震標(biāo)定看切片層是否對(duì)應(yīng)到鉆井資料的砂體上，以此來優(yōu)選反映單砂體的沿層切片，從而達(dá)到精細(xì)刻畫河道砂體展布的目的。

以盒1段（P2x1）底界向下20 ms起，以1 ms間隔向上連續(xù)切振幅切片50張，從下到上依次編號(hào)為1、2、3、…、50號(hào)切片。通過仔細(xì)地觀察其切片中河道特征的擺動(dòng)現(xiàn)象，以及認(rèn)真地對(duì)比每一張切片，優(yōu)選出7、9、12號(hào)切片能夠較好地表征砂體，然后以層位形式提取出相應(yīng)的三張切片；通過井震標(biāo)定發(fā)現(xiàn)9號(hào)切片落在了J1井的砂巖上，說明9號(hào)切片能夠較好地刻畫砂體平面展布，切片上在研究區(qū)的東西兩邊各發(fā)育一條近似南北向的河道，且河道特征較為明顯（圖4）。

圖4 9號(hào)振幅切片特征

常規(guī)河道砂體主要依靠地震振幅屬性來刻畫河道，如圖5為盒1段地震振幅屬性圖（時(shí)窗16 ms），從圖中可以看出，振幅屬性所表征的砂體（紅色部分）展布與地震切片砂體形態(tài)基本一致，東西兩邊各發(fā)育一條近似南北向的河道，但地震切片所刻畫河道展布的細(xì)節(jié)更加豐富，河道邊界形態(tài)更加明顯，且上、下移動(dòng)切片還可以觀察到河道遷移擺動(dòng)的特征，說明地震切片預(yù)測(cè)河道砂體精度更高。

圖5 盒1段地震振幅屬性圖（時(shí)窗16 ms）

3.2 波形差異反演

地震反演方法的種類很多，不同的方法其適用條件和限制條件不同。傳統(tǒng)稀疏脈沖反演分辨率太低不適合研究區(qū)；地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演可提高薄互層分辨率，但一般所需參與反演的井?dāng)?shù)不少于5口，且具有隨機(jī)性，亦不適用于研究區(qū)。針對(duì)研究區(qū)地震資料分辨率低、儲(chǔ)層致密、鉆井較少等實(shí)際地質(zhì)資料的狀況，優(yōu)選測(cè)井約束下的波形差異反演進(jìn)行砂體刻畫。

波形差異反演主要適用于井少地區(qū)，其基本思想原理是：在子波不變的假設(shè)前提下，地震阻抗差異與井阻抗結(jié)構(gòu)的變化密切相關(guān)，即地震阻抗隨著井阻抗的變化而變化。因此，首先用已鉆井（至少兩口井）做一個(gè)垂向的波阻抗模型，然后依據(jù)地震波在傳播過程中振幅不同程度地衰減，利用重心、均值、方差、變方差四種屬性作為描述地震阻抗差異的特征向量。其中，重心表征等時(shí)面中相同時(shí)窗內(nèi)不同采樣點(diǎn)振幅間的幾何關(guān)系，均值為采樣點(diǎn)間振幅的平均值，方差表征采樣點(diǎn)間振幅振蕩程度，變方差主要描述振幅的變化情況，他們的計(jì)算公式分別為[15]：

通過該方法可以衍生出很多的類似于偽井的隨機(jī)樣本，將這些偽井的波阻抗曲線與地震波阻抗進(jìn)行對(duì)比，如果兩者相似度好，那么偽井波阻抗可用。再參照空間分布距離和地震波的差異性，對(duì)所有井（已鉆井與偽井）按權(quán)重值排序，優(yōu)選出“貢獻(xiàn)量”大的井作為初始模型，再對(duì)高頻成分進(jìn)行無偏最優(yōu)估算，最終得到波形差異反演的反演體[16]。該方法適用于井少地區(qū)，突破了傳統(tǒng)確定性反演由于分辨率低、統(tǒng)計(jì)學(xué)反演樣本不足的限制，利用波形橫向變化與井波阻抗相對(duì)關(guān)系實(shí)現(xiàn)了井震協(xié)同高頻部分的模擬。

本次參與波形差異反演的井共2口（XY1井和J1井），圖6為波形差異反演的J1井-XY1井連井剖面，紅色測(cè)井曲線為伽馬測(cè)井，在河道砂對(duì)應(yīng)部位伽馬表現(xiàn)為低值異常，說明反演結(jié)果與鉆井結(jié)果吻合度高；與常規(guī)稀疏脈沖反演結(jié)果相比，分辨率明顯提高，砂體刻畫精度也更高；所預(yù)測(cè)的砂體在J1井附近較厚，在XY1井則呈薄互層狀的特征，與鉆井實(shí)際資料相吻合，也充分表明了波形差異反演能夠較好地刻畫砂體橫向展布邊界。

圖6 波形差異反演J1井-XY1連井剖面

3.3 砂體預(yù)測(cè)效果分析

通過地震切片技術(shù)和地震波形差異反演技術(shù)分析，最終采用地震切片平面圖與地震反演剖面圖相結(jié)合的方法確定平面砂體展布邊界。圖7為旬宜探區(qū)盒1段厚度大于5 m的砂體展布圖，2019年12月新實(shí)施探井XY2井鉆揭盒1段砂體厚度8 m，表明預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)鉆結(jié)果高度吻合，進(jìn)一步證明了該技術(shù)對(duì)旬宜探區(qū)盒1段砂體預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。

圖7 旬宜探區(qū)盒1段厚度大于5 m的砂體展布

4 結(jié)論

（1）針對(duì)鄂爾多斯盆地南部旬宜探區(qū)致密河道砂巖儲(chǔ)層薄且橫向變化快的特征，利用基于測(cè)井資料控制的地震切片技術(shù)能夠較好地找到表征河道砂體橫向展布的時(shí)間切片。

（2）針對(duì)旬宜探區(qū)上古生界目的層段鉆井資料較少、砂體非均質(zhì)性強(qiáng)、厚度薄的實(shí)際地質(zhì)情況，采用波形差異反演能夠較好地提高薄互層的縱向分辨率，有效識(shí)別垂向砂體厚度。

（3）利用地震切片平面圖和地震反演剖面圖相結(jié)合的方法精細(xì)刻畫了旬宜探區(qū)盒1段河道砂體展布特征，經(jīng)鉆井證實(shí)實(shí)鉆結(jié)果與預(yù)測(cè)成果吻合，證實(shí)了該河道砂體預(yù)測(cè)技術(shù)的實(shí)用性，具有較好的推廣價(jià)值。