基于分頻RGB融合技術(shù)的辮狀河三角洲儲層構(gòu)型精細解剖

劉偉新，王 華，萬瓊?cè)A，衡立群，尹楠鑫，潘石堅

(1. 中海石油(中國)有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518067; 2. 重慶科技學(xué)院 石油與天然氣工程學(xué)院，重慶 401331)

0 引 言

辮狀河三角洲內(nèi)部復(fù)雜的儲層構(gòu)型直接影響著油氣的富集與分布。目前，基于露頭、現(xiàn)代沉積和密井網(wǎng)的辮狀河三角洲儲層構(gòu)型研究方法已取得了較豐富的成果。由于辮狀河三角洲沉積過程復(fù)雜，與河流相相比其儲層構(gòu)型特征的認識程度相對較弱，尤其是在勘探程度或開發(fā)程度較低的大井距稀井網(wǎng)條件下，對辮狀河三角洲儲層砂體的精細刻畫存在較大的挑戰(zhàn)。

分頻RGB融合技術(shù)作為近10年來地震沉積學(xué)理論的重要發(fā)展之一，不僅能夠有效識別儲集體邊界，還可以清晰刻畫其內(nèi)部細微結(jié)構(gòu)，具有特征明顯、細節(jié)豐富和高信息量的特點，尤其在稀疏井網(wǎng)條件下復(fù)雜相帶的構(gòu)型解剖具有無可比擬的優(yōu)勢。分頻RGB融合技術(shù)是利用時頻變換算法對原始地震數(shù)據(jù)體進行分頻處理，優(yōu)選互不重疊的低、中和高頻段地震體進行R(紅)G(綠)B(藍)模式混合顯示，形成具有通頻信息色彩數(shù)據(jù)體的一項地質(zhì)體刻畫技術(shù)。1984年，RGB融合技術(shù)最早用來描述地震數(shù)據(jù)的AVO特征。該技術(shù)引入國內(nèi)后，相關(guān)學(xué)者在河道識別、三角洲沉積和湖底扇沉積儲層預(yù)測、辮狀河和曲流河構(gòu)型單元精細解剖等方面得到了廣泛應(yīng)用，體現(xiàn)出該技術(shù)更為細膩的儲層刻畫能力。

珠江口盆地陸豐凹陷陸豐Y油田由于斷塊復(fù)雜，加上砂體疊置關(guān)系與不同成因砂體的平面分布認識不清，同時海上少井條件的限制進一步加大了辮狀河三角洲儲層構(gòu)型研究的難度。基于此，本文充分利用分頻RGB融合技術(shù)，深入挖掘三維地震資料所包含的地質(zhì)信息，開展南海陸豐Y油田儲層構(gòu)型研究，一方面拓展稀疏井網(wǎng)條件下的辮狀河三角洲儲層構(gòu)型研究方法，另一方面通過高精度的儲層構(gòu)型解剖，明確不同期次成因砂體的分布特征，以期降低勘探開發(fā)井位實施風(fēng)險。

1 分頻RGB融合技術(shù)原理

1.1 分頻技術(shù)

分頻技術(shù)是利用數(shù)學(xué)變換將地震信號從時間域轉(zhuǎn)換到頻率域，在頻率域內(nèi)對儲層進行刻畫避免了時間域內(nèi)不同頻率的相互干擾，對厚層砂巖及薄儲層都有很好的識別能力，可以更加精細地展現(xiàn)地質(zhì)目標。短時窗傅里葉變換(STFT)、連續(xù)小波變換(CWT)和廣義S變換(ST)是目前常用的分頻技術(shù)方法。廣義S變換是短時窗傅里葉變換與連續(xù)小波變換的結(jié)合，繼承了短時窗傅里葉變換時頻分辨率高的優(yōu)點，又繼承了連續(xù)小波變換的高分辨率特性，并且廣義S變換的頻譜分析效率高，對各頻率屬性分析細致。本次研究地震分頻采用的是廣義S變換。分頻技術(shù)具體計算步驟如下。

時間域到頻率域的轉(zhuǎn)換公式為

(1)

式中：()為復(fù)合時頻譜；()為輸入地震道；為頻率；為時間。

傅里葉變換計算的各頻率對應(yīng)振幅值表達式為

(2)

式中：()為時間域地震道的第個采樣數(shù)據(jù)點所對應(yīng)的振幅值；()為頻率對應(yīng)的振幅值；為時窗內(nèi)包含的采樣數(shù)。

將式(2)代入歐拉公式得到

(3)

1.2 RGB融合技術(shù)

RGB融合技術(shù)是指首先對地震數(shù)據(jù)提取不同頻率的屬性體，然后將其中3個屬性體生成切片進行RGB融合顯示,表現(xiàn)出不同巖性之間的邊界，并根據(jù)顏色區(qū)分各巖性組合地質(zhì)體的形態(tài)，從而克服單一地震屬性顯示不足和單屬性色彩不能突出區(qū)域異常的缺點，這是目前時頻分析的最佳成像方式。如圖1所示，左側(cè)紅、綠、藍為基色，分別代表20、35、60 Hz的分頻地震體的振幅正態(tài)分布,顏色下方橫坐標代表振幅分布范圍，每種基色取值為0～255，通過融合算法能定義16 777 216種顏色。因此，可利用紅、黃、藍三基色反映不同地質(zhì)體對屬性的響應(yīng)，通過優(yōu)選的低、中、高頻的分頻體計算對應(yīng)頻帶內(nèi)振幅的平均值，以此來映射紅、黃、藍三基色，凸顯地下地質(zhì)體的分布特征。

圖1 分頻RGB融合技術(shù)三維效果Fig.1 3D View of Frequency Division RGB Fusion Technology

2 研究區(qū)概況

陸豐Y油田位于中國南海珠江口盆地陸豐凹陷南部,東部毗鄰惠陸低凸起，西邊為惠陸凸起區(qū)，北部為陸豐中低凸起區(qū)(圖2)。該油田地層由下至上發(fā)育古近系始新統(tǒng)文昌組、漸新統(tǒng)恩平組、漸新統(tǒng)珠海組，新近系中新統(tǒng)珠江組、韓江組和粵海組，上覆上新統(tǒng)萬山組和第四系(圖3)。由于新近系大型構(gòu)造圈閉所剩無幾，古近系始新統(tǒng)文昌組的勘探開發(fā)便提上日程。陸豐Y油田文昌組由于斷塊發(fā)育，且陸相沉積砂體疊置關(guān)系與規(guī)模認識不清，加之天然能量開發(fā)模式已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)要求。因此，基于儲層構(gòu)型精細解剖的注水開發(fā)已勢在必行。本次研究以古近系始新統(tǒng)文昌組五段(簡稱“文五段”)為對象。文五段沉積時期主要發(fā)育辮狀河三角洲的前緣亞相，微相主要為分流河道和分流砂壩，巖性以粗砂、中砂巖和細砂巖為主。目前，文五段不同成因砂體疊置關(guān)系和分布認識難度大，鉆井風(fēng)險程度高。陸豐Y油田范圍內(nèi)目前有2014年采集的全覆蓋三維地震數(shù)據(jù)體一套，面元大小為12.5 m×25.0 m，采樣率為1 ms，覆蓋次數(shù)為54次；通過對地震資料進行頻譜分析，主頻約為35 Hz，頻帶寬度為8～60 Hz；油田范圍內(nèi)目前有鉆井4口、取芯井3口，井距多在500 m以上。

圖2 珠江口盆地陸豐Y油田區(qū)域沉積背景Fig.2 Regional Sedimentary Background of LFY Oilfield in Pearl River Mouth Basin

圖3 陸豐凹陷層序地層綜合柱狀圖Fig.3 Comprehensive Column of Sequence Stratigraphy in Lufeng Sag

3 實施步驟及應(yīng)用效果

3.1 分頻體優(yōu)選

分頻RGB融合技術(shù)的實質(zhì)是通過對原始地震數(shù)據(jù)體進行分頻處理并進行優(yōu)選，進而對3個分頻體的同一層屬性切片進行RGB融合顯示，通過對紅色、藍色以及綠色的色度調(diào)節(jié)，使RGB融合結(jié)果達到對不同巖性或者沉積微相突出顯示，從而來刻畫不同巖性體或沉積微相的邊界，最終實現(xiàn)對辮狀河三角洲分流河道、分流砂壩以及席狀砂的精細刻畫，為不同級別構(gòu)型研究提供依據(jù)。本次研究首先對原始地震數(shù)據(jù)進行-90°相移處理，設(shè)置5 Hz為頻率間隔，分析地震同相軸與砂體的響應(yīng)關(guān)系。文五段的主力砂體對應(yīng)著1套波峰-波谷的同相軸組合[圖4(a)]，主力砂體頂界地震響應(yīng)為圖4(a)中紫色虛線所示，底界為藍色虛線。經(jīng)過35 Hz分頻處理，同相軸與中等厚度砂體的對應(yīng)關(guān)系增強[圖4(b)]，同時不同厚度砂體具有不同的調(diào)諧頻率。以20、35、60 Hz分頻RGB融合為例，將不同頻率地震體的振幅分別映射到紅色、綠色和藍色，用來代表厚、中厚和薄層砂體。從圖4(c)可以看出：分頻RGB融合剖面中亮紅色與厚砂體具有較好的對應(yīng)關(guān)系，而在暗色調(diào)的藍綠色區(qū)域，基本對應(yīng)薄砂體；隨著色調(diào)逐漸變暗，代表泥質(zhì)含量逐漸升高，逐漸向純泥巖過渡。

圖4 不同分頻體地震剖面Fig.4 Seismic Sections of Different Frequency Dividers

3.2 分頻RGB融合及效果

根據(jù)研究區(qū)中辮狀河三角洲單個砂體的厚度分布規(guī)律，選取合適的地震分頻頻率。高頻地震數(shù)據(jù)可以用來刻畫薄層砂巖，低頻地震數(shù)據(jù)適用于厚層砂巖。分頻RGB融合過程中，優(yōu)選4組分頻體的融合：10、20、40 Hz分頻RGB融合[圖5(a)]；15、25、50 Hz分頻RGB融合[圖5(b)]；10、20、45 Hz分頻RGB融合[圖5(c)]；20、35、60 Hz分頻RGB融合[圖5(d)]。通過反復(fù)實驗，結(jié)合單井砂體厚度與融合效果對比認為，20、35、60 Hz分頻RGB融合對砂體的厚度存在較為明顯的響應(yīng)。在WC530砂體的切片上，4口井鉆遇的砂體在切片均呈現(xiàn)暖色調(diào)，同時RGB融合顯示效果對砂體邊界的刻畫較好，白色虛線為砂體宏觀分布的包絡(luò)線，與研究區(qū)四級構(gòu)型邊界相對應(yīng)，能夠通過紅色、綠色、藍色之間的顏色配比表征出不同厚度砂體在平面上的展布規(guī)律。顏色的亮度能衡量泥質(zhì)含量高低，RGB融合體的色調(diào)越暗，泥質(zhì)含量越高[圖5(d)]，明亮的、中等明亮的和暗淡的RGB融合結(jié)果分別表示純砂巖、泥質(zhì)砂巖和泥巖。

圖5 分頻RGB融合效果Fig.5 Images of Frequency Division RGB Fusion

3.3 基于分頻RGB融合技術(shù)的辮狀河三角洲儲層構(gòu)型解剖

3.3.1 沉積特征及構(gòu)型劃分方案

陸豐Y油田主力油層主要發(fā)育在文五段，主力砂體分別是WC430、WC510、WC520、WC530、WC540、WC550，沉積辮狀河三角洲前緣亞相，發(fā)育分流河道、分流砂壩、分流間灣3種微相，多期分流河道和分流砂壩疊置，致使儲層砂體空間接觸關(guān)系復(fù)雜。為明確不同成巖砂體空間展布特征，改善油田開發(fā)效果，本次研究分目標單元開展了構(gòu)型單元精細表征。

儲層構(gòu)型是指不同級次儲層構(gòu)成單元的形態(tài)、規(guī)模、方向及其疊置關(guān)系，儲層構(gòu)型要素為沉積體的基本構(gòu)成單元，不同構(gòu)型單元具有獨特的成因機制。通過巖芯觀察與斜井測井相分析，陸豐Y油田文五段為一套辮狀河沉積，參考Miall提出的構(gòu)型分級，采用層次分析的思路，重點研究四級、五級構(gòu)型單元，即分流砂壩(分流河道)儲層構(gòu)型單元。單一分流河道呈現(xiàn)頂平底凸的構(gòu)型樣式，測井曲線響應(yīng)一般為鐘型或者箱型；分流砂壩呈現(xiàn)頂凸底平的構(gòu)型樣式，測井曲線響應(yīng)一般為漏斗型或者箱型；分流間灣分布于分流河道之間，測井曲線顯示高自然伽馬值。

以WC530砂體為例，采用Miall提出的構(gòu)型分級，該砂體整體上被劃分為6個四級構(gòu)型單元，主要為分流河道和分流砂壩。五級構(gòu)型單元界面主要為復(fù)合砂壩或者復(fù)合河道的頂部砂泥轉(zhuǎn)換面以及沖刷面等。四級構(gòu)型單元界面則是在五級構(gòu)型單元內(nèi)部，單一期次的分流砂壩和分流河道的頂?shù)咨澳鄮r性轉(zhuǎn)換面。其中，分流河道砂巖厚度較薄，測井曲線響應(yīng)為典型的鐘型，巖性是粗砂巖至細砂巖，分流砂壩在垂向上分布較厚(5～18 m)，具有頂凸底平的構(gòu)型特征，測井曲線一般呈箱型，巖性多以中砂巖、細砂巖為主，分選磨圓以及物性條件比水流河道要好(圖6)。

GR為自然伽馬，單位為API；RS為淺雙側(cè)向電阻率，單位為Ω·m；RD為深雙側(cè)向電阻率，單位為Ω·m；CNCF為補償中子校正，單位為μs·m-1；DT為聲波時差，單位為μs·m-1；CPOR為巖芯孔隙度，單位為%；POR為測井解釋孔隙度，單位為%；CPERM為巖芯滲透率，單位為mD；PERM為測井解釋滲透率，單位為mD圖6 L-1dsa井WC530砂體構(gòu)型Fig.6 Reservoir Architecture of WC530 Sandbody from Well L-1dsa

3.3.2 構(gòu)型單元垂向組合樣式

在五級、四級構(gòu)型界面識別的基礎(chǔ)上，根據(jù)辮狀河三角洲模式下各四級構(gòu)型單元的垂向疊置關(guān)系，總結(jié)了多期構(gòu)型單元的垂向疊置樣式，其主要包括分流砂壩-分流砂壩、分流河道-分流砂壩、分流河道-分流河道3種垂向疊置樣式(圖7)。如圖7(a)所示，單井中可觀察到兩期分流砂壩之間的切疊關(guān)系。兩期分流砂壩的巖相組合相似，整體上巖性較為均一，以砂巖為主。單期分流砂壩的頂部巖性稍粗，與下伏的分流砂壩存在不同程度的巖性差異，界面較為清楚。自然伽馬曲線與電阻率測井顯示為箱型曲線在垂向上的疊加。分流砂壩頂部沉積的巖性變化在測井曲線上的響應(yīng)可作為四級構(gòu)型單元的界面。分流河道-分流砂壩疊置樣式在垂向上表現(xiàn)為分流河道與分流砂壩近水平疊置。測井曲線表現(xiàn)為鐘型與箱型的垂向疊加。分流砂壩底部較中細粒巖石可作為構(gòu)型單元的底界面，分流河道向上變細的巖石序列可確定出構(gòu)型單元的頂界面[圖7(b)]。分流河道-分流河道疊置樣式在剖面中表現(xiàn)為兩期分流河道之間的切疊[圖7(c)]。兩期分流河道的巖相組合相似，以粗砂巖或細砂巖為主。單期分流河道的頂部巖性稍細漸變?yōu)槟鄮r，底部巖性較粗，與下伏的分流河道存在程度不同的巖性差異，測井曲線反映的構(gòu)型界面非常清楚。自然伽馬曲線與深側(cè)向電阻率測井顯示為鐘型或箱型曲線在垂向上的疊加。上覆分流河道底部沉積的巖性變化在測井曲線上的響應(yīng)可作為構(gòu)型單元的界面。這種疊置樣式是分流河道在河床順流加積作用而形成的，二者共同組成五級構(gòu)型單元復(fù)合河道。

GR為自然伽馬，單位為API；RT為地層真電阻率，單位為Ω·m；深度單位為m圖7 文五段四級構(gòu)型單元垂向疊置樣式Fig.7 Vertical Superposed Styles of 4-Level Architecture Unit in the Fifth Member of Wenchang Formation

3.3.3 構(gòu)型單元側(cè)向拼接樣式

在井間剖面上主要觀察到構(gòu)型單元間的側(cè)向拼接樣式主要有分流砂壩-分流河道切疊、分流砂壩-分流砂壩切疊以及分流河道-分流間灣切疊，形成較為復(fù)雜的復(fù)合構(gòu)型單元級別。如圖8(a)所示，3口井在橫向上表現(xiàn)為分流砂壩與分流砂壩的組合，測井曲線呈現(xiàn)不同厚度規(guī)模的箱型特征，垂向上呈分流砂壩-分流砂壩切疊，表現(xiàn)在后一期分流砂壩切疊前一期分流砂壩。圖8(b)顯示，剖面中的L-1d井垂向上發(fā)育2期分流河道構(gòu)型單元，而左右兩側(cè)的L-1dsb井和L-1dsa井則發(fā)育分流砂壩，測井曲線以箱型為主，其沉積特征主要為分流河道對已沉積的分流砂壩下切，形成河道在壩上走的模式，這種模式多見于辮狀河三角洲沉積。圖8(c)則反映的是井下儲層以分流河道-分流間灣橫向疊置樣式分布。根據(jù)測井曲線旋回，在構(gòu)型單元識別的基礎(chǔ)上，在L-1d井文五段識別出分流河道，測井曲線總體上以鐘型、箱型為主，而兩側(cè)的L-1dsb井和L-1dsa井測井曲線表現(xiàn)為低自然伽馬、地層真電阻率，判斷為分流間灣。

GR為自然伽馬，單位為API；RT為地層真電阻率，單位為Ω·m；深度單位為m圖8 文五段四級構(gòu)型單元側(cè)向拼接樣式Fig.8 Lateral Splicing Styles of 4-Level Architecture Unit in the Fifth Member of Wenchang Formation

3.3.4 基于分頻RGB融合技術(shù)的平面構(gòu)型解剖

在對研究區(qū)文昌組WC530砂體頂面精細地震解釋基礎(chǔ)上，對分頻RGB融合數(shù)據(jù)進行地層切片分析。結(jié)果表明：在20、35、60 Hz分頻RGB融合下，辮狀河三角洲邊界輪廓清晰，界限兩側(cè)色彩差異大；從實鉆砂體結(jié)果來看，平均鉆遇率達到85%，泥巖發(fā)育部位與暗色調(diào)吻合較好。因此，根據(jù)分頻RGB融合結(jié)果可進一步對平面構(gòu)型進行刻畫。

在辮狀河三角洲沉積模式指導(dǎo)下，結(jié)合分頻RGB融合結(jié)果進行四級構(gòu)型單元平面刻畫，將全區(qū)分流砂壩劃分成5個四級構(gòu)型單元。四級構(gòu)型單元寬度為5 000～7 000 m。根據(jù)分頻RGB融合結(jié)果，L-2井所處的位置為一片分流砂壩，長2.5 km，寬1.5 km。而在L-1dsa、L-1d井區(qū)附近為連片分布的分流砂壩，長5 km，寬2.5 km，在同一分流砂壩內(nèi)的砂體連通性好，不同砂壩之間被分流河道切割，L-1dsb井則處于剝蝕區(qū)邊部(圖9)。WC530砂體內(nèi)部四級構(gòu)型厚度為3～10 m，主要發(fā)育辮狀河三角洲沉積相，主力優(yōu)勢微相為水下分流河道和分流砂壩，砂體物源受NW向河道和河口壩砂體控制。

圖9 基于分頻RGB融合的儲層構(gòu)型Fig.9 Reservoir Architectures Based on Frequency Division RGB Fusion Technology

4 結(jié) 語

(1)分頻RGB融合技術(shù)凸顯了地質(zhì)體的邊界。在珠江口盆地陸豐Y油田文五段利用相關(guān)(Correlation)分頻算法優(yōu)選的分頻體頻率分別為20、35、60 Hz，利用優(yōu)選的分頻體融合混合成像精細刻畫了五級、四級構(gòu)型的平面特征。該方法為稀疏井網(wǎng)油田儲層構(gòu)型的研究提供了依據(jù)。

(2)陸豐Y油田文五段四級構(gòu)型單元垂向上存在分流砂壩-分流砂壩、分流河道-分流砂壩及分流河道-分流河道3種垂向疊置樣式；側(cè)向上存在分流砂壩-分流河道切疊、分流砂壩-分流砂壩切疊以及分流河道-分流間灣切疊3種拼接樣式。

(3)陸豐Y油田文五段單個五級構(gòu)型單元寬度為5～7 km，厚度為40～60 m；四級構(gòu)型單元厚度為2～10 m，單個四級構(gòu)型砂壩平面上長度為3～6 km，寬度為2～3 km。