不整合背景下砂巖邊界識別
——以SH地區(qū)戴一段為例

張 星，彭 佳

(1.中國石化江蘇油田分公司勘探開發(fā)研究院，江蘇揚州 225000；2.中國石化江蘇油田分公司采油一廠，江蘇揚州 225000)

不整合形成的過程主要包含風化、侵蝕、壓實成巖三個階段，風化、侵蝕等地質作用會形成地質沉積間斷，在地震資料上表現強反射界面[1-4]，屏蔽強反射層附近有效砂體反射，利用原始地震資料對砂巖進行預測效果較差[5-6]，甚至出現與實際鉆井結果相矛盾的預測結果。SH地區(qū)戴一段三亞段(E2d13)泥巖中發(fā)育高速砂巖層，該套砂巖層受不整合影響，儲層孔滲性較好，為中孔、中-高滲儲層；在接近砂巖儲層的地方泥巖脫水快、壓實作用強，形成一套穩(wěn)定的泥巖高速層。由于地震資料頻寬為8～38 Hz，分辨率不高，且E2d13亞段單層砂巖厚度小于10 m，屬于調諧厚度內的地層[7-10]，泥巖高速層在E2d13亞段中部地震剖面上形成強反射層，對下部砂巖儲層有屏蔽作用，難以真實反映砂巖儲層的分布[11-13]，利用振幅屬性和波阻抗反演對砂泥巖的區(qū)分效果很差。

關于如何去除強反射層屏蔽效應，對儲層進行識別的問題，很多學者開展了相關研究。江馀[14]利用變分模態(tài)分解的方法消除強反射影響，強屏蔽層下灘壩砂弱反射得到增強；謝春臨[15]采用波形分解技術將地震數據分解成不同分量的數據集合，并根據不同分量的能量大小進行分類，去除能量最大的第一分量，可以突出強反射背景下的砂巖弱反射特征；李素華[16]采用譜分解技術將時間域的地震信號變換到頻率域，利用分頻數據體對不整合面儲層預測；許璐[17]、劉杰[18]、吳笑荷[19]利用局部頻率約束算子的匹配追蹤算法將強反射層合理分離，凸顯不整合面強反射層附近有效儲層信息；朱博華等[20]通過確定頻率擾動范圍，并將匹配子波從原始記錄減去的方式，增強儲層弱反射信號，反映河道邊界和砂體展布特征；Wang[21]、李傳輝[22]利用多道匹配追蹤新算法，消除了煤層強反射的影響，展示目標層反射特征。

針對SH地區(qū)E2d1段斷層多、地形變化較大等地質情況，提出在基于層約束條件下的動態(tài)快速匹配追蹤算法，對不整合強反射能量進行分離，最后結合實際鉆測資料，利用正演模擬[23，24]、振幅屬性等方法驗證該方法的可行性，并根據強反射分離后的地震數據提取振幅屬性確定砂巖尖滅邊界。

1 方法技術原理

1.1 基于層位約束的動態(tài)快速匹配追蹤算法

常規(guī)動態(tài)匹配追蹤算法在頻率域內按照動態(tài)局部搜索，相對全體范圍內搜索的方式，提升了計算速度，常規(guī)動態(tài)匹配追蹤算法[15]可以表示為：

γn={μ0,ω∈U[ω(μ0),δω],φ∈U[φ(μ0),δφ]},

μ0={t0A(t0)=max[A(t)]}

(1)

式中：γn為常規(guī)動態(tài)匹配算法；A(t)為信號的瞬時振幅，無量綱；φ(t)為信號的瞬時相位，無量綱；ω(t)為信號的瞬時頻率，Hz；μ0為瞬時振幅最大時A(t)對應的時間中心；U[ω(μ0),δω]為頻率搜索領域；U[φ(μ0),δφ]為相位搜索領域；δω、δφ分別為參數搜索半徑，無量綱。

SH地區(qū)地震資料頻寬相對較窄(8～38 Hz)，加之區(qū)內斷層較多、地層厚度變化較大，采用常規(guī)動態(tài)匹配追蹤算法求得的瞬時頻率變化較大，在斷點附近會出現異常值，并且需要計算出地震數據每一道最佳匹配波形原子，從而加大計算量，致使效率較慢。

由于SH地區(qū)不整合強反射的特征基本保持一致，依托解釋的不整合層位數據，對地震數據進行拉平等處理，盡量消除不整合附近斷點以及地層厚度變化的影響，整個區(qū)內經過匹配追蹤算法一次迭代計算即可得到最佳匹配波形原子。在匹配追蹤過程中利用小波原子對實際地震數據進行匹配，小波原子的數學表達式為：

ωγ(t)=

(2)

式中：ωγ(t)為小波原子；ωm為小波原子的頻率，Hz；u為小波原子中心的延遲時間，s；σ為小波原子的寬度,無量綱；?為小波原子的相位，無量綱；t為地震數據實際時間，s；i為地震道數，無量綱。

式(2)中的四個參數在使用常規(guī)動態(tài)匹配算法時需要分別進行掃描，且與地震道相關系數最大時才能得到最佳匹配波形原子，但該過程計算量太大，需對匹配追蹤算法進行改進達到降低計算量的目的。在最大瞬時振幅值時，確定小波原子中心的時間延遲、小波原子的相位?與小波原子的頻率ωm，在對小波原子的寬度σ掃描后就可以得到與不整合層匹配的波形原子，減少計算時間。

利用上述改進的匹配追蹤算法對SH地區(qū)進行試驗，根據SH地區(qū)地質情況，確定σ的掃描范圍為0.01～2.00、步長為0.02，在確定u、ωm、?三個參數后，獲得不同σ值對應的波形原子庫，尋找小波原子與對應地震道相關系數最大的作為局部最優(yōu)的尺度值，最后根據復數道分析計算瞬時相位、瞬時頻率，結合搜索的局部最優(yōu)的尺度參數值，以及對應的子波時移參數獲得最佳匹配小波原子。

1.2 強反射分離流程

強反射分離主要工作在于如何匹配出與強反射能量相當的反射信息，并將高于正常地層的反射能量去除，只保留不整合面附近正常情況下沉積地層的地震反射信息。針對SH地區(qū)不整合的強反射分離，采用常規(guī)匹配追蹤強反射分離算法主要有兩點不足：①單道匹配識別與分離；②未考慮原始地震信號中蘊含的先驗頻率、先驗相位與先驗時間的約束信息，常規(guī)的強反射識別方法識別的強反射信息在橫向上不連續(xù)性較強，需要進一步改善。

鑒于常規(guī)匹配追蹤強反射分離算法的不足之處，結合SH地區(qū)不整合面在全區(qū)穩(wěn)定分布，采用層約束方式，在強反射識別與匹配追蹤算法中引入譜分解的思想，利用快速匹配追蹤算法匹配得到的最佳匹配波形原子，匹配目標區(qū)最優(yōu)子波，根據質控分析結果優(yōu)選去強參數，消除強反射系數與強反射地震信號，將不整合強反射地震記錄從原始地震記錄中剝離，消除不整合面附近砂體連續(xù)分布的假象等。關鍵步驟包括稀疏字典選取、不整合強反射層特征原子匹配的計算、不整合強反射地震記錄的分離三個部分，其中重點是第三步對去強參數λ的選擇。具體流程為：①標定不整合地震反射層，重點是斷層附近斷點歸位，拉平不整合層位后，分析井旁道地震數據強反射時頻特征，提取強反射層段位置匹配子波的頻率、相位及振幅的模糊信息；②分析不整合面的時頻特征，提取地震子波，建立子波字典，依托地震數據S和層位，計算地震數據總道數N及采樣點n，求取其對應復數道，計算振幅包絡位置的瞬時屬性；③檢索局部子波字典，計算子波相關系數，存儲匹配原子參數，計算最佳匹配的小波原子，獲取匹配強反射干擾S0；④利用公式Snew=S-λS0進行強反射干擾匹配分離(λ為去強參數)，地震數據沿層歸位；⑤根據實鉆井資料，建立地質模型，分析資料處理結果是否合理，根據處理地震資料分析區(qū)內砂巖變化規(guī)律是否符合沉積規(guī)律。

2 模型數據測試

2.1 模型試算

為了檢驗上述算法在SH地區(qū)對不整合強反射分離的結果情況，統(tǒng)計區(qū)內鉆遇不整合面的16口井不整合面附近的速度值，根據統(tǒng)計的數據建立不整合背景模型并對其進行處理，理論模型及處理結果如圖1(藍色線框)所示。其中e列紅線為強反射識別結果，黑線為對應地質強反射層地震正演記錄,合成地震記錄中弱小反射信息幾乎被完全壓制，匹配識別的結果與理論強反射干擾基本一致。f列為強反射分離后的地震道集，強反射分離后的地震道集中弱小反射信息被凸現出來，同相軸與弱小反射界面吻合度較高。

a.理論縱波阻抗模型；b.理論反射系數模型；c.正演25 Hz零相位Ricker子波；d.合成地震記錄；e.強反射匹配追蹤與識別結果,紅線為強反射識別結果，黑線為對應地質強反射層地震正演記錄；f.強反射分離后的地震道集

2.2 去強參數λ質控分析

去強參數直接關系到去除強反射之后的地震層位對應的波形，直接影響到是否能夠去除指定的強反射、突出有效目的層響應。質控分析有兩個階段，一是“參數分析”，即利用不同的去強參數λ計算幾組去強后的結果，分析其波形和時頻譜，確定去強參數λ的大致范圍；二是采用一個去強參數λ對指定線進行剖面分析，分析整個剖面按指定參數去除強反射之后是否能夠突出有效反射的響應。

建立模型對去強參數λ進行質控分析(圖2)，每兩列為一組，包含五組信息，分別對應a、b、c、d、e組，每一組包含一道地震信號和對應的時頻譜，2 s左右包含了不整合引起的強反射。a組為去強參數λ為0時的原始地震道，b、c、d、e組分別為去強參數λ取0.4、0.6、0.8、1.0時分離后的地震道，根據質控圖中去強后的地震數據、時頻譜中強反射層反射能量與附近層位的反射能量對比結果，b組不整合面能量太強，而e組不整合面能量分離過度，c、d組強反射層地震反射波形、頻譜能量和附近層位能量相接近，合理的去強參數λ范圍值為0.6～0.8。

圖2 去強參數λ為0～1.0時質控分析

通過第一階段波形和時頻譜質控分析，初步明確去強參數λ的范圍為0.6～0.8，第二階段分別取去強參數λ為0.6、0.7、0.8，對指定線進行強反射分離，從剖面或橫向上了解去除強軸之后地震剖面的形態(tài)，利用相關系數考察選取的去強參數是否合理。對比SH地區(qū)地震資料進行去強同相軸處理前后不整合面合成地震記錄的相關系數(圖3)，當去強參數λ為0.7時，去強處理后的相關性(相關系數為0.70)較去強處理前的相關性(相關系數為0.63)有所提升，明確區(qū)內去強參數λ為0.7較為合適。

圖3 不整合面去強前(a)后(b)合成地震記錄對比

3 實際應用及效果分析

3.1 儲層描述

SH地區(qū)地層自下而上為古新統(tǒng)阜寧組(E1f)，始新統(tǒng)戴南組(E2d)、三垛組(E2s)和新近系鹽城組(Ny)等，而戴南組(E2d)自下而上又分為戴一段(E2d1)和戴二段(E2d2)，其中戴一段(E2d1)自下而上細分為E2d13、E2d12和E2d11三個亞段，戴南組與下伏阜寧組四段(阜四段，E1f4)呈不整合接觸。E2d13亞段是主要產油層段，為了準確描述E2d13亞段砂巖在地震剖面和平面上展布特征，根據E2d13亞段實際地質情況建立地質正演模型，單層砂巖厚度小于15 m，砂體在正演模型水平位移100 m處尖滅(圖4a)。統(tǒng)計SH地區(qū)戴一段和阜四段速度值，戴一段砂巖速度為4 550 m/s，泥巖速度為3 150 m/s，戴一段底部高速泥巖層速度為3 850 m/s，阜四段泥巖速度為2 900 m/s。圖4b為理論模型的原始正演地震記錄的波形與變密度疊合顯示特征，由于強反射層影響，砂巖有效信息被強反射層屏蔽，地震反射波顯示砂體尖滅位置為正演模型水平位移300 m處(圖4b箭頭處)，與實際不符，并且強反射層能量比其他反射層能量高。圖4c為強反射分離后地震波形和變密度疊合顯示特征，地震波形與變密度疊合揭示砂巖由西往東逐漸尖滅時能量逐漸減少，尖滅點位于正演模型水平位移120 m附近(圖4c箭頭處)，接近真實砂巖尖滅點，強反射層能量在處理后與其他反射層能量相當，達到強反射分離的要求。

3.2 實際應用效果

SH地區(qū)井位部署主要集中于東西兩側，但是在E2d13亞段砂巖尖滅附近沒有井，由于不整合影響無法界定E2d13亞段砂體尖滅位置，例如gaoX22井E2d13亞段原始振幅屬性顯示為砂巖，實鉆結果為泥巖。根據聯井剖面顯示的E2d13亞段砂巖變化特征，利用強反射分離處理前后的地震數據體分別提取振幅屬性，從剖面和平面上對區(qū)內E2d13亞段砂巖邊界進行識別(圖5)，以gaoX22井、gaoX29A井等為檢驗井，其中gaoX22井E2d13亞段為泥巖沉積，gaoX29A井E2d13亞段為薄砂巖，選取過gaoX22井、gaoX29A井的地震和振幅屬性疊合剖面進行對比分析，從而確定砂巖尖滅線。

強反射分離前，過gaoX22井、gaoX29A井剖面的強反射層處(圖5a白色線)均顯示為強反射、高振幅值，整體呈砂巖連續(xù)分布特征，gaoX22井E2d13亞段為砂巖沉積(圖5a粉紅色圈)；在平面上，E2d13亞段振幅屬性揭示gaoX22井也為砂巖沉積(圖6a)。在gaoX22井等部署時，利用原始地震資料提取屬性分析E2d13亞段展布特征，認為E2d13亞段砂巖來源于西部和西南部物源，但實鉆揭示結果與屬性分析結果矛盾，gaoX22井鉆遇泥巖。

利用層約束的動態(tài)快速匹配追蹤方法進行強反射分離，使原來因強反射層屏蔽不能顯示的E2d13亞段底界面地震反射層(不整合面)能夠顯示(圖5b粉紅色箭頭)，gaoX22井E2d13亞段顯示為泥巖沉積(圖5b粉紅色圈)，gaoX29A井顯示為砂巖沉積，砂巖尖滅點的位置特征明顯(圖5b白色箭頭)。在E2d13亞段平面振幅屬性圖上，gaoX22井位于泥巖沉積區(qū)，消除砂巖沉積假象(圖6a)，gaoX29井位于砂巖沉積區(qū)，砂巖尖滅邊界特征明顯(圖6b粉紅色線)，與實際鉆井情況吻合，證實了基于層位約束的動態(tài)快速匹配追蹤算法可有效降低不整合強反射背景的影響。

圖5 不整合去強同相軸處理前(a)后(b)振幅屬性與地震剖面疊合對比

圖6 E2d13亞段去強同相軸處理前(a)后(b)振幅屬性對比

為滿足去強后能量和正常沉積地層的背景能量相同的要求，利用均方根振幅值與砂巖含量關系可以對去強后的地震資料進行檢驗，去強同相軸前不同厚度砂巖對應的振幅值高于正常沉積情況下的砂巖振幅值，在進行強反射分離處理后，不整合面附近砂巖振幅值與正常沉積情況下砂巖振幅值相當(圖7)，依據砂巖和振幅之間的相關系數，將E2d13亞段去強前后振幅值轉化為E2d13亞段砂巖厚度，選取處于砂巖尖滅線附近的幾口關鍵井，利用去強處理前后預測砂巖厚度，對比實鉆砂巖厚度(表1)，可以看出去強后對砂巖預測厚度誤差降低，滿足強反射分離的要求。

圖7 E2d13亞段不整合面去強前后砂巖厚度與振幅值關系

表1 E2d13亞段不整合面去強前后預測砂巖厚度 m

重新對E2d13亞段砂巖物源分析，認為SH地區(qū)砂體來自于東部隆起，而不是前期認為的西南部，砂體自東向西逐漸尖滅，結合區(qū)內油氣由東向西的實際運移情況，認為SH地區(qū)E2d13亞段在砂體尖滅處可形成上傾尖滅型油藏，隨后部署的gaoX29A井在E2d13亞段砂巖鉆遇油層。

4 結論

(1)不整合背景下對砂巖邊界識別，關鍵在于消除不整合所帶來的假象，層約束的動態(tài)快速匹配追蹤算法對強反射信息識別和分離具有適用性強，能夠消除因斷層、地層變化造成的異常數據，可較精確落實砂體邊界等特點。

(2)通過分析波形和時頻譜以及去強同相軸后地震剖面反射形態(tài)選擇去強參數λ，并利用正演、振幅屬性等方式檢驗去強參數λ是否合理。

(3)強反射分離后的數據體能消除不整合強反射層的屏蔽效應，凸顯薄砂層地震反射層信息，依據振幅屬性可以預測儲層平面展布特征，確定砂巖邊界，經驗證與實鉆井吻合度較高。

(4)對區(qū)內E2d13亞段物源重新認識，目的層砂體來自東部隆起，砂體由東向西逐漸尖滅，結合油氣由東向西的實際運移特征，認為目的層具備形成巖性油氣藏的條件，指導井位部署，并取得了良好效果。