分頻段地震屬性優(yōu)選及砂體預測方法
——秦皇島32-6油田北區(qū)實例

李 偉 岳大力*② 胡光義 范廷恩 方曉剛

（①中國石油大學（北京）地球科學學院，北京102249；②油氣資源與探測國家重點實驗室，北京102249；③中海油研究總院，北京100028；④貴州省非常規(guī)油氣資源工程技術研究中心，貴州貴陽550081）

分頻段地震屬性優(yōu)選及砂體預測方法
——秦皇島32-6油田北區(qū)實例

李 偉①岳大力*①②胡光義③范廷恩③方曉剛④

（①中國石油大學（北京）地球科學學院，北京102249；②油氣資源與探測國家重點實驗室，北京102249；③中海油研究總院，北京100028；④貴州省非常規(guī)油氣資源工程技術研究中心，貴州貴陽550081）

以秦皇島32-6油田新近系明化鎮(zhèn)組下段為研究對象，綜合測井與地震資料，針對薄層砂體與厚層砂體不同的地震屬性響應特征，采用了“先優(yōu)選地震資料頻段，再提取并優(yōu)選地震屬性”的方法進行砂體預測。針對NmⅠ-1小層薄層砂體，提取了高頻信號的地震屬性，針對NmⅠ-3小層厚層砂體，提取了低頻信號的地震屬性；進而對提取的地震屬性進行優(yōu)選，并結合測井解釋，在沉積模式的指導下預測了砂體及沉積相的展布。研究結果表明：該方法有效降低了調諧厚度以及地震數(shù)據(jù)中的低頻信號對砂體預測的限制，明顯提高了地震屬性與砂體厚度的相關性，從而提高了砂體及沉積相的預測精度，對地震資料品質較好地區(qū)的儲層預測具有一定的指導意義。

小波分頻 分頻數(shù)據(jù)體融合 屬性優(yōu)選 調諧厚度 砂體預測

1 引言

隨著地震資料品質的提高及地震屬性分析技術的進步［1-3］，地震屬性分析技術已廣泛應用于儲層預測［4，5］，尤其是在海上油田，井距較大且地震資料品質相對較好，地震屬性分析技術已經成為海上油田儲層預測的主要技術手段之一。

多年來，國內外學者對儲層特征與地震屬性之間的關系進行了大量研究［6-8］，形成了一套基于地震屬性的儲層預測方法［9-11］。而近年來，隨著地震分頻技術的發(fā)展，眾多學者基于雷克子波和楔形模型，建立了儲層厚度、振幅、頻率三者之間的關系（AVF）［12］，并將 AVF引入分頻反演領域，且取得了良好的效果［13-15］。AVF關系反映出振幅與砂體厚度的相關性受調諧厚度的限制，而調諧厚度與地震數(shù)據(jù)的主頻直接相關。已有文獻成果表明，目前常用的地震屬性優(yōu)選方法，往往直接從原始地震數(shù)據(jù)（本文所提及的原始地震數(shù)據(jù)是相對分頻后的地震數(shù)據(jù)而言，為疊后數(shù)據(jù)）中提取地震屬性并進行優(yōu)選，而弱化地震數(shù)據(jù)主頻對地震屬性優(yōu)選的影響。因此，本文以秦皇島32-6油田北區(qū)明化鎮(zhèn)組NmⅠ-1、NmⅠ-3小層為例，充分考慮頻率對地震屬性與砂體厚度之間相關關系的影響，提出“先優(yōu)選地震數(shù)據(jù)頻段，再優(yōu)選地震屬性”的地震屬性優(yōu)選方法；進而利用優(yōu)選出的地震屬性預測砂體及沉積相的分布，為沉積微相分析奠定堅實的地質基礎。

2 區(qū)域地質概況

秦皇島32-6油田地處渤海中部海域，構造上位于渤中坳陷石臼坨凸起中西部，被渤中、南堡、秦南三大凹陷所環(huán)繞（圖1），油氣資源豐富［16］。北區(qū)位于秦皇島32-6油田東北部，含油面積約9.5km2，井距較大且分布不均（250～600m），三維地震資料品質較好。其主要含油層系為新近系明化鎮(zhèn)組下段，并進一步細分為0～Ⅴ六個砂組，其中的Ⅰ砂組1、3小層（NmⅠ-1、NmⅠ-3）埋深為1000～1100m，為典型的曲流河沉積，巖性主要為細砂巖、粉砂巖及粉砂質泥巖。由于河流的頻繁擺動與遷移，研究區(qū)儲層沉積規(guī)模小、橫向變化快，在大井距條件下僅依靠測井資料難以準確識別。在油田的實際生產中發(fā)現(xiàn)井間砂體認識不清，注采矛盾嚴重，含水率上升快，目前綜合含水率已大于85%，急需通過井震結合的方法精確刻畫砂體的分布特征。

圖1 秦皇島32-6油田區(qū)域構造位置圖

3 分頻段地震屬性優(yōu)選的原理

利用不同主頻的雷克子波對楔狀砂體模型進行正演模擬，可以得到不同頻率下振幅與砂體厚度的調諧曲線（圖2）。當砂體厚度小于調諧厚度時，振幅隨砂體厚度增加而近線性增大，可用振幅求取砂體厚度；而當砂體厚度明顯大于調諧厚度時，振幅隨砂體厚度增大而減小，并趨向某一常數(shù)，此時同一振幅值對應兩個或多個砂體厚度，根據(jù)振幅難以預測砂體厚度（圖2a）。而調諧厚度與地震數(shù)據(jù)的主頻密切相關，主頻越高，調諧厚度越小（圖2b），對于雷克子波，調諧厚度近似等于1／4主波長。

眾所周知，地震數(shù)據(jù)的頻寬具有一定范圍，攜帶大量不同頻率的地震信號。而利用小波分頻技術［17，18］，在有效頻寬范圍內可將原始地震數(shù)據(jù)分解成一系列具有中心頻率的分頻數(shù)據(jù)體［19，20］。其中高頻數(shù)據(jù)體的調諧厚度小且分辨率高，其振幅可預測薄層砂體厚度；低頻數(shù)據(jù)體調諧厚度大，根據(jù)其振幅可預測厚層砂體厚度。因此根據(jù)砂體的發(fā)育規(guī)模，考慮調諧厚度和地震數(shù)據(jù)分辨率的限制，通過“高分辨率剖面重建”等方法，選取特定主頻的分頻數(shù)據(jù)體進行融合，從而重構出適合預測特定砂體厚度的“重構地震數(shù)據(jù)體”。從“重構地震數(shù)據(jù)體”中提取并優(yōu)選地震屬性，尤其是振幅類地震屬性，能有效改善調諧厚度和地震數(shù)據(jù)體中“低頻信號”對砂體預測的限制，從而提高砂體及沉積相的預測精度。

圖2 不同頻率下振幅與厚度的關系

4 分頻段地震屬性優(yōu)選

本文采用的“分頻段地震屬性優(yōu)選”主要包括兩部分內容：一是借助小波分頻技術，將原始地震數(shù)據(jù)分解成多個不同主頻的分頻數(shù)據(jù)體，并通過正演模擬分析各個分頻數(shù)據(jù)體的調諧厚度；二是根據(jù)砂體發(fā)育規(guī)模，優(yōu)選分頻數(shù)據(jù)體并進行融合，重構出新的地震數(shù)據(jù)體，繼而從“重構地震數(shù)據(jù)體”中提取并優(yōu)選地震屬性。

4.1 地震數(shù)據(jù)小波分頻分析

4.1.1 地震數(shù)據(jù)小波分頻

地震資料在目的層段（1000～1200ms）主頻約75 Hz，頻帶為15～90 Hz（圖3a），即地震資料主頻高、頻帶寬，所攜帶的地震信號具有明顯的多尺度性，能夠反映不同砂體厚度的儲層特征。因此，該地震資料為針對不同規(guī)模的儲層進行小波分頻并優(yōu)選出合適的頻段提供了良好的資料基礎。

采用Mallat算法，將地震數(shù)據(jù)分別按照10～110Hz（間距為10Hz）11個中心頻率進行小波分解。分析各個分頻數(shù)據(jù)的頻譜可知：小波分頻可得到具有一定主頻和頻寬的窄頻地震數(shù)據(jù)體；當選取的中心頻率明顯超出原始地震數(shù)據(jù)的有效頻寬時，分頻數(shù)據(jù)體的實際主頻會明顯偏離選取的中心頻率（圖3j～圖3l）；中心頻率為90 Hz與100 Hz時，后者的實際主頻（85Hz）仍然略高于前者（80Hz）（圖3j、圖3k），但當選取的中心頻率大于100Hz時，小波分頻得到的分頻數(shù)據(jù)體頻譜幾乎完全一致（圖3k、圖3l），反映原始地震數(shù)據(jù)中頻率大于100 Hz的成分非常少，所以有效的分頻數(shù)據(jù)體的中心頻率最高為100Hz。

4.1.2 地震正演模擬分析分頻數(shù)據(jù)體的調諧厚度

在有噪聲的環(huán)境中，當?shù)貙雍穸冉咏鞑ㄩL的1／4時，合成波形波峰與波谷的時間間隔趨于常數(shù)，而振幅則達到最大值［12，18］，此時的極限間隔（臨界地層厚度）被稱作“調諧厚度”。實際地震數(shù)據(jù)中的地震波是復合地震波，頻寬具有一定范圍，難以根據(jù)地震資料主頻直接預測準確的調諧厚度。地震正演模擬可為地下地質研究提供先驗性認識，通過分析正演模擬結果中振幅隨砂體厚度變化的關系，可以準確求取地震數(shù)據(jù)體的調諧厚度。

圖3 各分頻數(shù)據(jù)體頻譜分析圖（圖中紅線為中心頻率所在位置）

在充分考慮研究區(qū)巖石物理參數(shù)以及儲層發(fā)育規(guī)模的基礎上，設計了寬600m、厚30m的砂體楔形模型（背景為泥巖），提取研究區(qū)目的層段的地震子波作為正演模擬子波并完成正演模擬。原始地震數(shù)據(jù)的正演模擬結果顯示，隨著砂體厚度增加，RMS（均方根振幅）、ARS（平均反射強度）、AAA（平均絕對能量）三種振幅類屬性值不斷增大；當砂體厚度達到7.5m時，振幅類屬性值達到最大，相應的振幅值亦達到最大；隨著砂體厚度繼續(xù)增大，振幅類屬性值反而減小，并趨于一個常數(shù)，因此原始地震資料的調諧厚度約為7.5m（圖4）。同樣的方法，通過對楔形模型地震正演模擬，求出各個分頻地震數(shù)據(jù)的調諧厚度（表1）。

圖4 砂巖楔形模型振幅類屬性變化圖

表1 各分頻地震數(shù)據(jù)體調諧厚度表

4.2 分頻地震數(shù)據(jù)體融合與地震屬性優(yōu)選

4.2.1 分頻地震數(shù)據(jù)體融合

研究區(qū)NmⅠ-1小層砂體平均厚度約為4m（僅統(tǒng)計有砂體的井），最大厚度約為8m，河道砂體呈典型的薄層條帶狀展布；NmⅠ-3小層砂體平均厚度約9m，最大厚度約16m，河道砂體呈典型的厚層連片狀展布。NmⅠ-1小層砂體厚度小于或近似等于各分頻數(shù)據(jù)體的調諧厚度（表1），即該層基本不受調諧厚度的影響；但原始地震數(shù)據(jù)中的低頻信號分辨率低，難以準確識別砂體，因此應當保留原始地震數(shù)據(jù)中的高頻信號，壓制低頻信號。NmⅠ-3小層砂體厚度遠大于原始地震數(shù)據(jù)的調諧厚度（圖4），并考慮低頻信號分辨率低的限制，既要適當壓制原始地震數(shù)據(jù)中的高頻信號，又要適當壓制低頻信號。

在分析各個分頻地震數(shù)據(jù)調諧厚度（表1）的基礎上，針對NmⅠ-1小層薄層砂體，分別選取30、60、100 Hz（有效分頻數(shù)據(jù)體的中心頻率最大為100 Hz，120Hz與100 Hz作為中心頻率得到的分頻數(shù)據(jù)體基本一致，詳見3.1.1）的分頻數(shù)據(jù)融合重構得到“地震數(shù)據(jù)體A”；選取40、80、100 Hz的分頻數(shù)據(jù)融合重構得到“地震數(shù)據(jù)體B”；選取50、100Hz的分頻數(shù)據(jù)融合重構得到“地震數(shù)據(jù)體C”。針對NmⅠ-3小層厚層砂體，分別選取20、40Hz的分頻數(shù)據(jù)融合重構得到“地震數(shù)據(jù)體D”；選取25、50Hz的分頻數(shù)據(jù)融合重構得到“地震數(shù)據(jù)體E”，選取30、60Hz的分頻數(shù)據(jù)融合重構得到“地震數(shù)據(jù)體F”（采用“倍頻”進行重構，可以使重構的地震數(shù)據(jù)體與原始地震數(shù)據(jù)體在優(yōu)選頻段內頻譜相近）。

A、B、C三個地震數(shù)據(jù)體不同程度地壓制了相對低頻的信號，而保留了相對高頻的信號（圖5b～圖5d）；D、E、F三個地震數(shù)據(jù)體則不同程度地壓制了相對低頻與相對高頻的信號（圖5e～圖5g）。經正演模擬分析，D、E、F三個地震數(shù)據(jù)體的調諧厚度明顯增大，如“地震數(shù)據(jù)體E”的調諧厚度為14m，即在砂體厚度達到14m前，地震屬性與砂體厚度成單調遞增關系，而NmⅠ-3小層砂體厚度集中在5～16m之間，從而有效地改善了振幅類屬性與砂體厚度的相關關系。

4.2.2 薄層條帶狀砂體地震屬性優(yōu)選

根據(jù)各井的砂、泥巖厚度與地震子波在地層中的傳播速度計算出各井的雙程旅行時，并取14ms作為NmⅠ-1小層的時窗（圖6）；然后以NmⅠ-1小層頂界面的地震層位解釋為界，向下取14ms時窗，分別從原始地震數(shù)據(jù)以及A、B、C三個重構地震數(shù)據(jù)體中，提取了頻率、相位、振幅類共16種地震屬性，并分析各地震屬性與單井解釋的砂體厚度之間的相關關系（表2）。

圖5 各重構地震數(shù)據(jù)體頻譜分析圖

圖6 秦皇島32-6油田北區(qū)NmⅠ-1小層各井時窗統(tǒng)計圖

表2 秦皇島32-6油田北區(qū)NmⅠ-1小層地震屬性與砂體厚度相關性分析

分析表2可知：不同地震屬性對砂體厚度的敏感度不同，其中振幅類屬性與砂體厚度的相關性最高；對于絕大多數(shù)地震屬性而言，從A、B、C三個重構地震數(shù)據(jù)體中提取的地震屬性與砂體厚度的相關性明顯高于從原始地震數(shù)據(jù)體中提取的地震屬性，其中“地震數(shù)據(jù)體B”與砂體厚度的相關性最好。通過對比原始地震數(shù)據(jù)和“地震數(shù)據(jù)體B”的均方根振幅屬性與砂體厚度的相關關系（圖7），能更直觀地說明從“地震數(shù)據(jù)體B”中提取的均方根振幅屬性能更好地預測砂體的分布。“地震數(shù)據(jù)體B”中有4種振幅屬性與砂體厚度的相關度達到0.85（表2），屬于強相關，即其中任意一種地震屬性已經能很好地反映砂體分布，因此，只需要從中優(yōu)選出相關性最高的均方根振幅屬性即可。

4.2.3 厚層連片砂體地震屬性優(yōu)選

采用相同方法，以NmⅠ-3小層頂?shù)捉缑娴牡卣饘游粸榻纾謩e提取原始地震數(shù)據(jù)以及D、E、F三個重構地震數(shù)據(jù)體的16種地震屬性，并分析各地震屬性與測井解釋的砂體厚度之間的相關關系（表3）。

分析表3可知：從原始地震數(shù)據(jù)中提取的地震屬性與砂體厚度的相關度均小于0.5，即兩者之間無明顯的線性相關關系，而從重構的D、E、F三個地震數(shù)據(jù)體中提取的地震屬性與砂體厚度存在明顯的相關性，并且以重構的“地震數(shù)據(jù)體E”相關性最佳。從“地震數(shù)據(jù)體E”提取的地震屬性中，有6種振幅類屬性與砂體厚度的相關度在0.7以上（表3）。對以上6種地震屬性進行聚類分析并繪制譜系圖（圖8）。在譜系圖中，距離越大說明地震屬性之間的相關性越小，即6種地震屬性可劃分為兩類，分別從兩類中優(yōu)選出均方根振幅與最大谷值振幅兩種屬性，并在歸一化的基礎上通過線性回歸擬合成一種復合地震屬性（復合地震屬性與砂體厚度的相關度為0.807）。

圖7 秦皇島32-6油田北區(qū)NmⅠ-1小層均方根振幅與砂體厚度相關關系圖

表3 秦皇島32-6油田北區(qū)NmⅠ-3小層地震屬性相關性分析表

圖8 地震屬性聚類分析譜系圖

5 基于“井震結合”的砂體預測

應用上述方法，針對NmⅠ-1小層優(yōu)選出均方根振幅屬性，其屬性高值區(qū)呈帶狀分布（圖9b）；與從原始地震數(shù)據(jù)體中提取的地震屬性相比，屬性高值帶邊界更加清晰，零星分布在屬性高值帶以外的高值區(qū)域減少（圖9）。針對NmⅠ-3小層分別從原始地震數(shù)據(jù)體和“地震數(shù)據(jù)體E”中提取均方根振幅與最大谷值振幅的兩種屬性的復合地震屬性（圖10）。對比兩張屬性圖可知，從原始地震數(shù)據(jù)體中提取的地震屬性在砂體厚度較大的區(qū)域表現(xiàn)為相對低值，如B22井砂體厚度大（16.1m）而屬性值較低，在砂體厚度相對較薄的區(qū)域表現(xiàn)為屬性高值，如B16井砂體厚度較小（6.4m）而屬性值很高（圖10a箭頭處）；從“地震數(shù)據(jù)體E”中優(yōu)選出的屬性在砂體厚度較大的區(qū)域表現(xiàn)為高值，在厚度較薄的區(qū)域表現(xiàn)為低值（圖10b）。

在通過分頻段優(yōu)選方法得到的地震屬性中，絕大多數(shù)發(fā)育厚層砂體（大于3m）的井分布在屬性高值區(qū)，而不發(fā)育砂體或發(fā)育薄層砂體（小于3m）的井分布在屬性低值區(qū)（圖9、圖10）。但仍有個別井的地震屬性與測井砂體解釋不吻合，其主要原因有兩個：一是受斷層的影響，如QHD32-6-3井位于斷層附近，測井解釋NmⅠ-1小層發(fā)育3.9m厚的砂體，而優(yōu)選出的地震屬性卻為低值（圖9b箭頭處）；二是受上下圍巖的影響，A26h井NmⅠ-3小層砂體僅有1.8m，而NmⅠ-4小層發(fā)育厚層砂體，屬性值為相對高值（圖10b）。

總體而言，優(yōu)選出的地震屬性與測井砂體解釋吻合度高，且與砂體厚度的相關性大于0.8（NmⅠ-1小層為0.853，NmⅠ-3小層為0.807）。遵循“井震結合，模式指導”的研究思路，根據(jù)地震屬性，結合測井砂體解釋，并在沉積模式的指導下預測砂體的分布范圍（圖9b、圖10b）。在完成砂體邊界刻畫的基礎上，根據(jù)地震屬性與砂體厚度的回歸關系（圖7），將砂體分布范圍內的地震屬性轉化為砂體厚度，即初步完成砂體厚度預測；然后從初步預測的砂體厚度中提取各井點的砂體厚度值，并與測井解釋的砂體厚度進行殘差分析，繪制殘差圖；最后利用殘差圖對初步預測的砂體厚度圖進行校正，從而得到基于“井震結合”的砂體厚度圖（圖11a、圖12a）。與基于井數(shù)據(jù)預測的砂體厚度相比（圖11b、圖12b），NmⅠ-1小層“井震結合”預測的砂體厚度在河道帶內部更加連續(xù)；NmⅠ-3小層“井震結合”預測的砂體厚度在井間有明顯的高低變化，即保留了地震屬性的分布趨勢，因此“井震結合”預測的砂體厚度更客觀、合理（圖11、圖12）。

圖9 秦皇島32-6油田北區(qū)NmⅠ-1小層均方根振幅屬性平面圖

圖10 秦皇島32-6油田北區(qū)NmⅠ-3小層復合地震屬性平面圖

根據(jù)砂體厚度圖，結合多井相解釋，并在沉積模式的指導下預測沉積微相的展布（圖13）。NmⅠ-1小層砂體較薄，以條帶狀分布為主，并零星發(fā)育部分孤立的河漫灘砂體，由兩條窄條帶狀河道組成（圖13a）；NmⅠ-3小層砂體較厚，呈連片狀分布，由多期河道側向拼疊形成（圖13b）。

圖11 秦皇島32-6油田北區(qū)田NmⅠ-1小層砂體厚度平面圖

圖12 秦皇島32-6油田北區(qū)NmⅠ-3小層砂體厚度平面圖

圖13 秦皇島32-6油田北區(qū)沉積微相平面圖

6 認識

針對秦皇島32-6油田北區(qū)地震資料品質較高、井資料豐富的特點，對目的層NmⅠ-1、NmⅠ-3小層進行了砂體預測和沉積相分析，得到了以下認識：

（1）針對薄層砂體與厚層砂體不同的地震屬性響應特征，采用“先優(yōu)選地震數(shù)據(jù)頻段，再優(yōu)選地震屬性”的方法對砂體進行預測；

（2）對地震數(shù)據(jù)進行分頻并優(yōu)選頻段后提取的地震屬性與砂體厚度的相關性明顯高于分頻之前；

（3）砂泥巖地層中，不同地震屬性對砂體厚度的敏感度不同，在振幅類、頻率類、相位類地震屬性中，振幅類屬性對砂體厚度的敏感性最好；

（4）通過分頻段地震屬性優(yōu)選的方法，提高了砂體及沉積微相的預測精度，為油田精細開發(fā)奠定了堅實的地質基礎。

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P631

A

10.13810／j.cnki.issn.1000-7210.2017.01.017

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1000-7210（2017）01-0121-10

*北京市昌平區(qū)府學路18號中國石油大學（北京）地球科學學院，102249。Email：yuedali＠cup.edu.cn

本文于2016年6月15日收到，最終修改稿于同年12月7日收到。

本項研究受國家自然科學基金青年科學基金項目（40902035）、教育部博士點新教師基金項目（20090007120003）及國家科技重大專項（2011ZX05024-001-04）聯(lián)合資助。

（本文編輯：劉英）

李偉 碩士研究生，1990年生；2014年畢業(yè)于中國石油大學（北京），獲地質工程專業(yè)學士學位；現(xiàn)在中國石油大學（北京）攻讀地質資源與地質工程專業(yè)碩士學位，從事油氣田開發(fā)地質研究。