基于地震物理模擬的三角洲砂體識別及刻畫技術

張 蕾，王 軍，張中巧，呂振宇，劉 騰

（1. 中海石油（中國）有限公司勘探部，北京 100010；2. 中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津塘沽 300459）

地震物理模擬作為一種正演方法，對地震勘探的方法研究以及波場分析等起到了一定的指導作用[1]。近幾年，隨著超聲實驗技術的發展以及模型材料的不斷改進，地震物理模擬在石油天然氣勘探開發中的應用越來越廣泛；除了在地震波理論研究，例如聲波介質、彈性介質、各向異性介質和雙相介質中彈性波傳播理論研究外，還在復雜構造、孔洞預測、裂縫帶檢測、井間地震研究及油藏動態監測等石油天然氣勘探開發中發揮重要的作用[2-4]。在三角洲儲層研究方面，前人鮮有涉及。三角洲是油氣勘探的重要對象之一，利用地震物理模擬技術研究三角洲砂體的地震響應特征，有助于提高三角洲砂體識別及邊界刻畫的精度，從而提升三角洲儲層預測的準確率。

1 地震物理模型實驗基本原理

地震物理模型實驗是將介質體的物理原型遵循物理和幾何相似準則，依照一定的比例在實驗室內建造相似模型，并用超聲波或激光超聲波等方法對物理模型進行正演模擬；通過觀測超聲波在模型中的傳播特征來推斷地震波在地質構造中的波場特征，并利用建立起的介質模型結構、物理性質與波場特征之間的關系對物理原型進行研究和探測，這就是超聲地震模型實驗的基本思想和方法[5-7]。

2 三角洲地震物理模型設計與制作

2.1 物理模型設計

制作地質模型時首先依據研究目標和地質構造設計出相應的模擬比例和形態，再確定模型材料和制作工藝。地質模型嚴格按地震物理模型的相似比設計制作，地質構造的形態可通過預先制作的模具得到保證。

本文選取渤海遼東灣探區旅大10-2構造為研究對象，遼東灣探區古近系東營組廣泛發育辮狀河三角洲沉積，不同體系域三角洲均表現為多期發育的特征，在三角洲前緣遠端不同程度地發育濁積體。東營組三角洲儲層也是遼東灣探區主要的含油層段，在東營組三角洲發現了一批大中型油田。

根據實際地震剖面特征，將整個模擬區的地質構造分為三段，模型底層為基底，中間層為模擬目的層，上層為平層，同時根據井資料換算出各個模型層的速度。模型共設計了11套砂體，富砂的有8個，富泥的有2個，砂泥互層有1個。高位體系域的1，2，3號砂體分別由三個砂體疊置而成，其中1、2號富砂，3號為純泥巖。湖浸體系域的4號砂體為砂泥相間的薄互層，內部又細分了5層。低位體系域的5號和6號為河道砂體，其中5號砂體里面有一條河道，6號砂體里面有多條河道。7號～11號砂體為濁積體，其中高位體系域設計了三個濁積體，7，8號濁積體富砂，9號濁積體為純泥巖；湖浸體系域的10號濁積體為砂泥互層。低位體系域的11號濁積體為純砂。

1號～3 號砂體為高位體系域不同時期的沉積；4號砂體為湖浸體系域的沉積，主要以泥砂互層為主，5號和6號砂體為低位體系域的沉積，在物理模型設計過程中，5號和6號砂體內放置了河流。

2.2 物理模型制作

物理模型的制作分為模型設計、砂體澆注和模型層澆注。模型制作過程中，我們對模型的每一層和每一個砂體及其輪廓線都進行了精確的速度測量，并根據測量結果，建立了相應的精細速度場模型，供模型數據處理分析應用。

3 三維模型數據處理與解釋

按照常規地震數據處理流程，對采集得到的模型地震數據進行處理。但是由于設計的濁積扇體相對較小，且離砂體過于接近，高位體系域的濁積扇難以成像。湖浸體系域中的砂泥巖互層在地震剖面上顯示的比較清晰，雖然受子波波長的影響，波組特征表現為一定的干涉特征，但是該砂體的反射基本能反映互層的特征，利用振幅的差異，對互層不同巖性的識別有很大幫助。對低位體系域的富泥濁積扇體，埋深及波阻抗差異較小，導致其反射特征不明顯。總之，從深度偏移剖面上可以看出，連續厚層砂體成像效果好，容易識別；分布范圍小且薄層砂體成像效果不佳，不易識別。

3.1 砂體地震響應特征

在地震資料精細處理的基礎上，提取各體系域的沿層振幅屬性，對物理模型中設計的各體系域的砂體地震響應特征進行分析。沿高位體系域砂體的切片顯示（圖1），高位體系域中的砂體Ⅰ和砂體Ⅱ的輪廓與實際設計的砂體輪廓相似，而砂體Ⅲ與實際設計的有一定的差異。可能是提取的沿層時間不準造成。砂體在平面上厚度分布不均，由于干涉造成反射特征在橫向上也會有所差異，因此，利用沿層切片精確刻畫每個砂體的輪廓較難。

圖1 沿層時間切片（高位體系域）

圖2是沿湖浸體系域提取的沿層切片，由于互層的存在，振幅屬性對于不同巖性的砂體振幅差異比較明顯。通過沿砂體的切片可以清楚地看出整個砂體的輪廓以及巖性的變化，振幅切片中刻畫出來的砂體輪廓與實際輪廓形態相似，但是由于受處理過程中偏移方法的影響，砂體輪廓比實際模型的范圍稍大。

圖2 沿層時間切片（湖浸體系域）

圖3顯示了沿低位體系域提取的沿層切片。低位體系域內能量強弱變化比較明顯，這是由于在該砂體中設計了河道，造成河道處的巖性與砂體的巖性不一致。因此，儲層中巖性的差異導致了振幅屬性在切片上的差異，通過這個差異性很難精確刻畫出河道的展布特征。

圖3 沿層時間切片（低位體系域）

通過提取各個體系域的沿層切片可以看出，沿層切片可以刻畫同一時期砂體的輪廓，有助于展現當時的沉積規模，但砂體的等時線很難準確拾取，有可能造成識別的假象，特別是當埋深較大、波阻抗差異小、橫向變化劇烈時，往往很難精確識別砂體的位置。

3.2 采用譜分解技術精細刻畫三角洲砂體

在沿層振幅切片分析中發現，低位體系域中有河道時，振幅有強弱變化，本文將該變化歸結于河道的影響；但在實際處理中，很難將振幅的強弱變化解釋為河道。在實際應用中，譜分解技術常常用來識別河道[8]，但地下情況很難驗證。設計模型的時候考慮了在砂體中加入河道，用來驗證河道對地震資料解釋的影響，同時可以試驗譜分解技術對河道識別的準確性。

試驗了沿不同體系域的頻譜分解。首先對低位體系域的砂體進行了時間的拾取，試驗了不同時窗以及不同頻率的響應特征。分別沿時間上下各10，20，30 ms拾取時窗，選取的頻率分別為20，30，40 Hz。綜合分析認為，當頻率為20 Hz，時窗為上下各20 ms時，頻譜分解結果較好（圖4）。圖中清晰顯示了地質模型設計的三條河道。

圖4 低位體系域譜分解20 Hz振幅切片（上下20 ms時窗）

低位體系域譜分解顯示，砂體的整體輪廓有很好的表征，在設計的湖浸體系域中，砂體的厚度較大，利用沿層切片對于砂體邊界的刻畫不是很清晰（圖2）。圖5為沿湖浸體系域25 Hz譜分解切片，時窗長度為50 ms，與圖2相比較，可以看出，譜分解切片對湖浸體系域的砂體形態刻畫更加清晰，整體輪廓與地質模型幾乎一致。而對互層的表征依然很難識別，只是在泥、砂交接處有能量強弱變化。

圖5 湖浸體系域譜分解25 Hz振幅切片（上下25 ms時窗）

譜分解刻畫湖浸體系域比較有效，因為湖浸體系域的砂體展布較大，能量容易集中，偏移成像較容易；而高位體系域的砂體展布較小，繞射能量的收斂較差。為了檢驗譜分解砂體識別的有效性，對高位體系域的砂體成像同樣做了譜分解，以期達到識別砂體規模的目的。

如圖6所示，這種方法有助于消除大值對較小值的影響，在對上述15 Hz的振幅能量作閾值處理后，可以看出，由于去除了大值影響，砂體的輪廓變得清晰，多次波對第三個砂體的識別影響也顯現出來。此種方法的適應條件為信噪比較高，采用閾值處理，有助于砂體輪廓的識別。

圖6 高位體系域譜分解15 Hz振幅切片（閾值為最大值的20%）

通過對各個體系域進行譜分解，證實譜分解有助于砂體輪廓的識別，而采用閾值處理則可以消除大值對解釋的影響，能更清晰地識別砂體輪廓，但是對噪聲比較敏感且當噪聲較大時，還需用原始的譜分解數據分析。

4 結論

（1）以實際地震資料為基礎設計物理模型，對模型參數進行簡化，制作了典型三角洲沉積模式下的物理模型，模型包括低位體系域、湖浸體系域和高位體系域在內共11套砂體。

（2）在實驗室條件下，采集得到物理模擬三維地震數據體，并對其進行處理和解釋。分別利用常規振幅切片和譜分解技術識別砂體邊界，結果表明，振幅切片對于砂體橫向的巖性變化較敏感，而譜分解技術能夠精細刻畫出砂體的輪廓和邊界，特別是閾值的處理則更進一步提高了砂體刻畫的精度，為實際地震資料綜合解釋中刻畫三角洲砂體提供了非常好的借鑒。