博興洼陷樊1斷塊沙四上亞段灘壩砂體預(yù)測(cè)

梁書義，董艷蕾，關(guān)維鋒，楊曉敏，徐磊，謝風(fēng)猛，霍愛民，趙文勛

（1.中國(guó)石化勝利油田分公司東勝公司，山東 東營(yíng) 257001；2.中國(guó)石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249；3.中國(guó)石化勝利油田分公司孤島采油廠，山東 東營(yíng) 257231；4.中國(guó)石化勝利油田分公司濱南采油廠，山東 東營(yíng) 257440）

0 引言

博興洼陷中心的古近系沙河街組沙三段和沙四上亞段為主力烴源巖層，沙四段為主力儲(chǔ)層。其中，沙四上亞段有利砂體主要為濱淺湖灘壩砂，油氣顯示活躍。博興洼陷樊1斷塊沙四上亞段試油井8口，平均單井產(chǎn)油量1.3 t/d，壓裂后平均單井產(chǎn)油量上升至5.4 t/d。樊1斷塊具有較大開發(fā)潛力，但由于目的層埋深大、灘壩砂體厚度變化快、地震資料主頻低等因素的影響，給該區(qū)有利砂體預(yù)測(cè)和沉積微相平面展布規(guī)律研究帶來(lái)了困難。通過(guò)對(duì)樊1斷塊沙四上亞段沉積相和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)的前期調(diào)研[1-6]，筆者認(rèn)為，該區(qū)灘壩砂體具有獨(dú)特的地質(zhì)背景和地震響應(yīng)特征。只有地質(zhì)與地震相結(jié)合，利用多種地球物理技術(shù)手段與方法，充分挖掘?yàn)紊暗牡卣鸬刭|(zhì)響應(yīng)特征，才能較好地預(yù)測(cè)灘壩砂和沉積微相的展布特征。

本文研究思路為：采用譜反演方法提高地震資料分辨率，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行儲(chǔ)層精細(xì)標(biāo)定；優(yōu)選均方根振幅屬性，刻畫灘壩砂體展布范圍；提取與厚層砂體分布相關(guān)性高的低頻及衰減屬性，明確厚層壩砂分布范圍；綜合研究砂厚、砂地比及優(yōu)選出來(lái)的地震屬性特征，精細(xì)刻畫研究區(qū)目的層砂體分布，并分析其主控因素。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

博興洼陷為東營(yíng)凹陷西南部次一級(jí)構(gòu)造單元，地勢(shì)東南高、西北低，為一北陡南緩的箕狀洼陷。該洼陷構(gòu)造上位于高青斷裂下降盤，東至石村斷裂，西接青城凸起，南至魯西隆起。博興洼陷已發(fā)現(xiàn)高青、大蘆湖、正理莊、金家、喬莊、小營(yíng)、梁家樓、純化和博興等多個(gè)油氣田。樊1斷塊位于博興洼陷北部、樊家—金家鼻狀構(gòu)造北端，地層的發(fā)育整體受北部邊界斷層控制。該區(qū)斷裂非常發(fā)育，走向近東西向。其中fan1井區(qū)為一斷鼻構(gòu)造圈閉，是有利的油氣聚集區(qū)（見圖1）。

圖1 樊1斷塊沙四上亞段純上次亞段1砂組頂面構(gòu)造特征

本研究目的層為樊1斷塊沙河街組沙四上亞段，分為純下、純上2個(gè)次亞段。其中純上次亞段又細(xì)分為5個(gè)砂組。該區(qū)沙四上亞段純上次亞段1砂組為主要目的層。

研究區(qū)沙四下亞段沉積相以河流-三角洲相為主，巖性主要為紅色砂、泥巖。沙四上亞段主要為濱淺湖灘壩沉積微相。其中：灘是由波浪沖洗與改造形成的分布范圍廣、沉積厚度較薄的砂礫沉積體；壩是細(xì)長(zhǎng)的脊堤和隆起物，由砂礫或其他未固結(jié)的物質(zhì)組成，并由波浪和水流作用建造形成，多出現(xiàn)在河口處或湖灣處，呈席狀、條帶狀分布[7-8]。

沙四上亞段純上次亞段上部巖性為灰褐色泥巖、灰色灰質(zhì)（泥質(zhì)）粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、灰質(zhì)頁(yè)巖與油頁(yè)巖薄互層以及干旱環(huán)境形成的白云巖；下部巖性主要為潮上帶沉積環(huán)境形成的泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)泥巖及薄層石膏。

2 地震資料高分辨率處理

地震分辨率的高低直接影響儲(chǔ)層識(shí)別與預(yù)測(cè)的精度。由原始地震資料頻譜分析可知，研究區(qū)目的層主頻為24.5 Hz，頻寬為15～40 Hz，可識(shí)別厚度40 m左右的砂體。而鉆、測(cè)井資料顯示，樊1斷塊目的層壩砂最大單層厚度10 m左右，灘砂最大單層厚度2 m，原始地震資料難以滿足薄儲(chǔ)層精細(xì)標(biāo)定的需要。因此，需要對(duì)原始地震資料進(jìn)行高分辨率處理。

本研究采用譜反演高分辨率處理方法，該方法可以適應(yīng)復(fù)雜數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確提取地震數(shù)據(jù)中所含的空變與時(shí)變子波，利用原始地震資料中的高頻率波段提高所計(jì)算的反射系數(shù)質(zhì)量，精準(zhǔn)消除地震信號(hào)中的復(fù)雜干涉現(xiàn)象，從而有效提高地震資料分辨率[9-12]。

由圖2可以看出：1）譜反演高分辨率處理前、后2個(gè)剖面在整體構(gòu)造形態(tài)和振幅能量相對(duì)關(guān)系上基本一致。2）譜反演高分辨率處理后，fan1井沙四段頂附近強(qiáng)反射的干擾信號(hào)被剝離（見圖2b。圖中紅、黃色代表強(qiáng)反射），主要目的層砂巖集中段的地震分辨率得到提高；目的層主頻提高到29 Hz，頻寬拓寬為10～60 Hz，可識(shí)別厚度小于10 m的砂體。這說(shuō)明譜反演高分辨率處理后的地震剖面分辨率高于譜反演高分辨率處理前（即原始地震剖面），更有利于砂體的精細(xì)標(biāo)定與識(shí)別。

圖2 過(guò)fan1井譜反演高分辨率處理前、后地震剖面對(duì)比

3 有利砂體識(shí)別與預(yù)測(cè)

由于研究區(qū)目的層井位分布不均勻，僅憑鉆、測(cè)井資料研究有利砂體的空間展布特征是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需充分挖掘地震資料隱藏的地質(zhì)信息。井震分析表明，均方根振幅屬性對(duì)灘壩砂體敏感，低頻及頻譜衰減屬性還對(duì)厚層壩砂（油氣勘探目標(biāo)）敏感，厚層壩砂在該屬性上具有“高頻衰減、低頻增加”的頻譜特征。因此，可利用上述地震屬性對(duì)灘壩砂體進(jìn)行預(yù)測(cè)，并結(jié)合砂巖厚度、砂地比等特征進(jìn)一步刻畫有利砂體分布范圍。

3.1 均方根振幅屬性

研究區(qū)主要目的層儲(chǔ)層在地震上具有波谷反射特征，以主要目的層頂面對(duì)應(yīng)的波谷反射位置開時(shí)窗，提取均方根振幅屬性，可得到該屬性平面展布圖（見圖3。圖中紅、黃色代表強(qiáng)振幅區(qū)域，即砂體發(fā)育區(qū)；綠、藍(lán)色代表弱振幅區(qū)域，即砂體較少發(fā)育區(qū)）。由圖可以看出，研究區(qū)中部和西部主要目的層砂體普遍發(fā)育。

圖3 主要目的層均方根振幅屬性平面展布

通過(guò)研究區(qū)目的層波阻抗與密度交會(huì)分析（見圖4）可以看出，波阻抗可區(qū)分砂、泥巖，門檻值為10 000 g·cm-3·m·s-1， 即波阻抗大于門檻值的巖性為砂巖，小于門檻值的巖性為泥巖。由鉆井資料時(shí)深標(biāo)定可知：fan1，chun113，fan116，fan159 等井鉆遇壩砂；fan168，fan120等井鉆遇灘砂，灘壩砂體波阻抗大于10 000 g·cm-3·m·s-1，均對(duì)應(yīng)強(qiáng)振幅反射特征（見圖3）。

圖4 研究區(qū)目的層巖石物理特征分析

3.2 低頻屬性

為了更準(zhǔn)確、清晰地刻畫研究區(qū)壩砂厚砂體的空間分布特征，本研究采用時(shí)頻分析的方法（即時(shí)頻局部化方法）。該方法是將時(shí)間域和頻率域聯(lián)合分析，研究非平穩(wěn)信號(hào)隨時(shí)間變換的頻率特征，同時(shí)獲得地震信號(hào)的時(shí)頻譜圖。具體步驟如下：

首先，對(duì)鉆遇不同類型儲(chǔ)層的井進(jìn)行井旁地震道時(shí)頻分析（見圖5。圖5b，5d中綠線指示一儲(chǔ)層發(fā)育位置）。chun113井鉆遇厚層壩砂、灘砂與泥巖薄互層，在儲(chǔ)層發(fā)育位置20 Hz以下頻率屬性（低頻屬性）上低頻響應(yīng)較強(qiáng)（見圖5b。圖中紅框指示壩主體砂發(fā)育區(qū)）；chun112井僅鉆遇灘砂與泥巖薄互層，在儲(chǔ)層發(fā)育位置低頻響應(yīng)較弱（見圖5d。圖中紅框指示灘砂發(fā)育區(qū)）。因此，利用低頻屬性可預(yù)測(cè)壩砂厚砂體分布。

圖5 單井主要目的層綜合柱狀圖和井旁地震道時(shí)頻分析

其次，地震資料分頻處理后，對(duì)低頻屬性進(jìn)行研究（見圖6。圖中紅、黃色代表低頻強(qiáng)振幅，藍(lán)、綠色代表低頻弱振幅）。

圖6 主要目的層低頻屬性剖面

由圖6可以看出：1）fan116，fan1，chun113 井鉆遇厚層壩砂、灘砂及砂、泥巖薄互層。其中：fan116井鉆遇壩砂，厚度為15.72 m；fan1井鉆遇壩砂，厚度為17.00 m；chun113井鉆遇壩砂，厚度為13.88 m。以上3口井目的層砂地比均大于75%，壩砂在地震上表現(xiàn)為低頻強(qiáng)振幅特征。2）fan120，chun113-1井鉆遇灘砂及砂、泥巖薄互層。其中，fan120井鉆遇砂體厚度7.42 m，chun113-1井鉆遇砂體厚度7.00 m。以上2口井目的層砂地比均不大于50%，灘砂在地震上表現(xiàn)為低頻弱振幅特征。主要目的層強(qiáng)振幅（指示壩砂）分布范圍廣，主要分布在研究區(qū)中部偏西和東北部，呈條帶狀；而低頻強(qiáng)振幅（指示壩砂）主要分布在fan169井—fan1井—fan116井—fan9井，以及 chun113，fan159井一帶，這與實(shí)鉆情況更為吻合。

最后，驗(yàn)證低頻屬性與厚層壩砂的對(duì)應(yīng)關(guān)系，分析該屬性識(shí)別砂體的準(zhǔn)確性。通過(guò)實(shí)鉆井資料與主要目的層低頻屬性剖面對(duì)比發(fā)現(xiàn)：大部分井鉆遇灘砂時(shí)地震反射特征為低頻弱振幅；少部分井受石灰?guī)r影響，鉆遇灘砂時(shí)地震反射特征為低頻強(qiáng)振幅。25口鉆井資料顯示：6口井鉆遇壩砂，對(duì)應(yīng)低頻強(qiáng)振幅；19口井鉆遇灘砂，其中14口井對(duì)應(yīng)低頻弱振幅。因此，根據(jù)“壩砂低頻強(qiáng)振幅、灘砂低頻弱振幅”這一特點(diǎn)識(shí)別砂體，符合率達(dá)80%，可以滿足勘探開發(fā)的需要。

3.3 頻譜衰減屬性

地震波頻譜衰減屬性可反映地層的吸收性質(zhì)、巖性及含油氣性。實(shí)驗(yàn)研究表明，地層的吸收性質(zhì)對(duì)巖性變化較靈敏，對(duì)于介質(zhì)內(nèi)流體性質(zhì)的變化也有明顯的體現(xiàn)。研究區(qū)具有“非干即油”的地質(zhì)特點(diǎn)，壩砂的發(fā)育情況與油氣富集程度有較強(qiáng)的相關(guān)性。因此，利用頻譜衰減屬性可以預(yù)測(cè)含油砂體的分布。

fan116，fan1井主要目的層鉆遇較厚儲(chǔ)層，在低頻地震剖面上有較強(qiáng)的振幅增強(qiáng)現(xiàn)象（簡(jiǎn)稱低頻增強(qiáng)，下同）；fan120井主要目的層鉆遇儲(chǔ)層較薄，不存在低頻增強(qiáng)現(xiàn)象（見圖6）。因此，利用頻譜衰減屬性中的低頻增強(qiáng)特性可以預(yù)測(cè)壩砂分布范圍。

由圖7可以看出：原始地震剖面上（見圖7a），fan120井主要目的層儲(chǔ)層最薄，但其對(duì)應(yīng)的原始地震振幅大小與厚儲(chǔ)層發(fā)育的fan1井差不多，儲(chǔ)層厚度與原始地震振幅相關(guān)性較差；而在頻譜衰減剖面上（見圖7b。圖中衰減因子表征頻譜衰減能量大?。患t、黃色代表衰減能量較大、地層吸收量較多，藍(lán)、綠色代表衰減能量較小、地層吸收量較少），fan120井主要目的層處于藍(lán)、綠色區(qū)域，與處于紅、黃色區(qū)域的fan1井區(qū)分明顯。這說(shuō)明頻譜衰減屬性與儲(chǔ)層厚度相關(guān)性較好。

圖7 過(guò)fan116井—fan1井—fan120井頻譜衰減剖面與原始地震剖面特征對(duì)比

平面上，厚儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)（頻譜衰減能量大）主要分布在fan169井—fan1井—fan116井—fan9井，以及chun113，fan159井一帶。這與低頻屬性剖面上反映的壩砂分布規(guī)律基本一致。如chun113井鉆遇較厚壩砂儲(chǔ)層，衰減能量較大；而chun113-1井鉆遇灘砂薄互層儲(chǔ)層，衰減能量較小。2口井鉆遇情況的差異在頻譜衰減屬性上表現(xiàn)更為明顯。另外，儲(chǔ)層在低頻屬性和頻譜衰減屬性分布上存在局部細(xì)微差異。如fan168井儲(chǔ)層很薄，在低頻屬性上表現(xiàn)為弱振幅特征，但在頻譜衰減屬性上表現(xiàn)為較強(qiáng)的衰減特征。因此，需結(jié)合2種地球物理屬性綜合識(shí)別和預(yù)測(cè)壩砂分布范圍。對(duì)比25口實(shí)鉆井資料與頻譜衰減屬性特征發(fā)現(xiàn)：6口井鉆遇壩砂，衰減能量較大；19口井鉆遇灘砂，其中13口井衰減能量較小，灘壩砂體預(yù)測(cè)符合率為76.0%，可以滿足勘探開發(fā)的需要。

4 砂體空間展布特征

本研究基于單因素分析、多因素綜合作圖的巖相古地理分析思想。首先，結(jié)合鉆、測(cè)井資料，通過(guò)均方根振幅屬性定性研究，確定砂體的整體分布范圍，通過(guò)分頻屬性分析，選取低頻屬性圈定具有低頻增強(qiáng)特性的壩砂分布范圍；再利用頻譜衰減屬性的儲(chǔ)層強(qiáng)衰減特征對(duì)研究區(qū)的厚層壩砂進(jìn)行識(shí)別和預(yù)測(cè)；最后，綜合砂厚、砂地比（見圖8a）、均方根振幅屬性、低頻屬性、頻譜衰減屬性等特征研究分析成果，繪制出研究區(qū)主要目的層沉積相展布圖（見圖8b），從而精細(xì)描述砂體空間展布特征。

圖8 樊1斷塊沙四上亞段砂地比及沉積相平面展布

由圖8可知：樊1斷塊沙四上亞段灘壩砂體發(fā)育，平面上呈北東—南西向條帶狀分布。有利砂體主要分布在中部壩砂主體區(qū)域，即fan1井—fan116井—fan9井一帶，以及chun113井及其南部的壩主體區(qū)域。井點(diǎn)試油結(jié)果驗(yàn)證了這一結(jié)論，如開發(fā)井chun113井初期產(chǎn)油7.13 t/d，累計(jì)產(chǎn)油5 408 t；fan119井初期產(chǎn)油16.5 t/d，累計(jì)產(chǎn)油6 501 t；chun113-1井初期產(chǎn)油4.85 t/d，累計(jì)產(chǎn)油4 518 t。新鉆井fan159井油層厚度20 m，平均孔隙度12%，平均滲透率0.53×10-3μm2，說(shuō)明該井開發(fā)潛力良好。

5 砂體發(fā)育主控因素

東營(yíng)凹陷沙四上亞段灘壩的沉積特征和展布模式受古地貌、古氣候、古物源和湖平面高度及可容納空間等因素影響。其中，起主要作用的是沉積古地貌的差異性、物質(zhì)供給來(lái)源，以及沉積水動(dòng)力對(duì)灘壩砂體空間分布的控制[7]。

為進(jìn)一步明確研究區(qū)砂體發(fā)育主控因素，本研究采用“印模法”對(duì)目的層古地貌進(jìn)行分析。由于研究區(qū)范圍小、目的層附近沒有明顯的剝蝕面，近似選取水層底作為上覆地層沉積前的等時(shí)面，選取油層頂作為有填平補(bǔ)齊性質(zhì)的基準(zhǔn)面。通過(guò)繪制目的層古地貌與壩砂分布疊合圖，來(lái)分析研究區(qū)砂體發(fā)育主控因素。

由圖9（圖中紫色方塊為井位，彩色線為井軌跡，任意多邊形圈定區(qū)域?yàn)閴紊鞍l(fā)育區(qū)）可以看出，地勢(shì)低洼處位于fan1井—fan9井，以及fan159，chun113井一帶，呈條帶狀分布。目的層沉積時(shí)期，整個(gè)洼陷水體偏深，各方向提供物源。在古地貌相對(duì)低洼處沉積壩砂；古地貌略高處沉積厚度偏小的灘砂，古地貌對(duì)灘壩砂體的展布具有一定的控制作用。

圖9 樊1斷塊沙四上亞段古地貌與壩砂分布疊合

6 結(jié)論

1）研究區(qū)主要目的層發(fā)育灘壩砂體，單層厚度較小，常規(guī)地震資料難以識(shí)別。通過(guò)譜反演高分辨處理后，地震資料分辨率有了較大提高。目的層主頻從24.5 Hz提高至29.0 Hz，頻寬從15～40 Hz拓寬至10～60 Hz。

2）研究區(qū)灘壩砂體在均方根振幅屬性上一般對(duì)應(yīng)強(qiáng)振幅特征，利用該屬性在一定程度上可以預(yù)測(cè)有利砂體分布。低頻及頻譜衰減屬性分析表明，厚層壩砂具有低頻強(qiáng)振幅及強(qiáng)頻譜衰減特征，利用這一特性可以進(jìn)一步準(zhǔn)確預(yù)測(cè)厚層壩砂，且符合率更高。

3）綜合砂厚、砂地比及地震屬性特征研究分析成果，進(jìn)一步明確了研究區(qū)主要目的層壩砂有利砂體的分布范圍。平面上，有利砂體主要分布在fan169井—fan1井—fan116井—fan9井，以及 chun113，fan159井一帶，呈北東—南西向條帶狀分布。目的層砂體發(fā)育主要受控于古地貌。