基于地震物理模擬的三角洲砂體識(shí)別及刻畫(huà)技術(shù)

張 蕾，王 軍，張中巧，呂振宇，劉 騰

（1. 中海石油（中國(guó)）有限公司勘探部，北京 100010；2. 中海石油（中國(guó)）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(duì)地震勘探的方法研究以及波場(chǎng)分析等起到了一定的指導(dǎo)作用[1]。近幾年，隨著超聲實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展以及模型材料的不斷改進(jìn)，地震物理模擬在石油天然氣勘探開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛；除了在地震波理論研究，例如聲波介質(zhì)、彈性介質(zhì)、各向異性介質(zhì)和雙相介質(zhì)中彈性波傳播理論研究外，還在復(fù)雜構(gòu)造、孔洞預(yù)測(cè)、裂縫帶檢測(cè)、井間地震研究及油藏動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等石油天然氣勘探開(kāi)發(fā)中發(fā)揮重要的作用[2-4]。在三角洲儲(chǔ)層研究方面，前人鮮有涉及。三角洲是油氣勘探的重要對(duì)象之一，利用地震物理模擬技術(shù)研究三角洲砂體的地震響應(yīng)特征，有助于提高三角洲砂體識(shí)別及邊界刻畫(huà)的精度，從而提升三角洲儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率。

1 地震物理模型實(shí)驗(yàn)基本原理

地震物理模型實(shí)驗(yàn)是將介質(zhì)體的物理原型遵循物理和幾何相似準(zhǔn)則，依照一定的比例在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)建造相似模型，并用超聲波或激光超聲波等方法對(duì)物理模型進(jìn)行正演模擬；通過(guò)觀(guān)測(cè)超聲波在模型中的傳播特征來(lái)推斷地震波在地質(zhì)構(gòu)造中的波場(chǎng)特征，并利用建立起的介質(zhì)模型結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)與波場(chǎng)特征之間的關(guān)系對(duì)物理原型進(jìn)行研究和探測(cè)，這就是超聲地震模型實(shí)驗(yàn)的基本思想和方法[5-7]。

2 三角洲地震物理模型設(shè)計(jì)與制作

2.1 物理模型設(shè)計(jì)

制作地質(zhì)模型時(shí)首先依據(jù)研究目標(biāo)和地質(zhì)構(gòu)造設(shè)計(jì)出相應(yīng)的模擬比例和形態(tài)，再確定模型材料和制作工藝。地質(zhì)模型嚴(yán)格按地震物理模型的相似比設(shè)計(jì)制作，地質(zhì)構(gòu)造的形態(tài)可通過(guò)預(yù)先制作的模具得到保證。

本文選取渤海遼東灣探區(qū)旅大10-2構(gòu)造為研究對(duì)象，遼東灣探區(qū)古近系東營(yíng)組廣泛發(fā)育辮狀河三角洲沉積，不同體系域三角洲均表現(xiàn)為多期發(fā)育的特征，在三角洲前緣遠(yuǎn)端不同程度地發(fā)育濁積體。東營(yíng)組三角洲儲(chǔ)層也是遼東灣探區(qū)主要的含油層段，在東營(yíng)組三角洲發(fā)現(xiàn)了一批大中型油田。

根據(jù)實(shí)際地震剖面特征，將整個(gè)模擬區(qū)的地質(zhì)構(gòu)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(shí)根據(jù)井資料換算出各個(gè)模型層的速度。模型共設(shè)計(jì)了11套砂體，富砂的有8個(gè)，富泥的有2個(gè)，砂泥互層有1個(gè)。高位體系域的1，2，3號(hào)砂體分別由三個(gè)砂體疊置而成，其中1、2號(hào)富砂，3號(hào)為純泥巖。湖浸體系域的4號(hào)砂體為砂泥相間的薄互層，內(nèi)部又細(xì)分了5層。低位體系域的5號(hào)和6號(hào)為河道砂體，其中5號(hào)砂體里面有一條河道，6號(hào)砂體里面有多條河道。7號(hào)～11號(hào)砂體為濁積體，其中高位體系域設(shè)計(jì)了三個(gè)濁積體，7，8號(hào)濁積體富砂，9號(hào)濁積體為純泥巖；湖浸體系域的10號(hào)濁積體為砂泥互層。低位體系域的11號(hào)濁積體為純砂。

1號(hào)～3 號(hào)砂體為高位體系域不同時(shí)期的沉積；4號(hào)砂體為湖浸體系域的沉積，主要以泥砂互層為主，5號(hào)和6號(hào)砂體為低位體系域的沉積，在物理模型設(shè)計(jì)過(guò)程中，5號(hào)和6號(hào)砂體內(nèi)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(shè)計(jì)、砂體澆注和模型層澆注。模型制作過(guò)程中，我們對(duì)模型的每一層和每一個(gè)砂體及其輪廓線(xiàn)都進(jìn)行了精確的速度測(cè)量，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果，建立了相應(yīng)的精細(xì)速度場(chǎng)模型，供模型數(shù)據(jù)處理分析應(yīng)用。

3 三維模型數(shù)據(jù)處理與解釋

按照常規(guī)地震數(shù)據(jù)處理流程，對(duì)采集得到的模型地震數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。但是由于設(shè)計(jì)的濁積扇體相對(duì)較小，且離砂體過(guò)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(zhǎng)的影響，波組特征表現(xiàn)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(duì)互層不同巖性的識(shí)別有很大幫助。對(duì)低位體系域的富泥濁積扇體，埋深及波阻抗差異較小，導(dǎo)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(xù)厚層砂體成像效果好，容易識(shí)別；分布范圍小且薄層砂體成像效果不佳，不易識(shí)別。

3.1 砂體地震響應(yīng)特征

在地震資料精細(xì)處理的基礎(chǔ)上，提取各體系域的沿層振幅屬性，對(duì)物理模型中設(shè)計(jì)的各體系域的砂體地震響應(yīng)特征進(jìn)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(shí)際設(shè)計(jì)的砂體輪廓相似，而砂體Ⅲ與實(shí)際設(shè)計(jì)的有一定的差異。可能是提取的沿層時(shí)間不準(zhǔn)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(huì)有所差異，因此，利用沿層切片精確刻畫(huà)每個(gè)砂體的輪廓較難。

圖1 沿層時(shí)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(duì)于不同巖性的砂體振幅差異比較明顯。通過(guò)沿砂體的切片可以清楚地看出整個(gè)砂體的輪廓以及巖性的變化，振幅切片中刻畫(huà)出來(lái)的砂體輪廓與實(shí)際輪廓形態(tài)相似，但是由于受處理過(guò)程中偏移方法的影響，砂體輪廓比實(shí)際模型的范圍稍大。

圖2 沿層時(shí)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(nèi)能量強(qiáng)弱變化比較明顯，這是由于在該砂體中設(shè)計(jì)了河道，造成河道處的巖性與砂體的巖性不一致。因此，儲(chǔ)層中巖性的差異導(dǎo)致了振幅屬性在切片上的差異，通過(guò)這個(gè)差異性很難精確刻畫(huà)出河道的展布特征。

圖3 沿層時(shí)間切片（低位體系域）

通過(guò)提取各個(gè)體系域的沿層切片可以看出，沿層切片可以刻畫(huà)同一時(shí)期砂體的輪廓，有助于展現(xiàn)當(dāng)時(shí)的沉積規(guī)模，但砂體的等時(shí)線(xiàn)很難準(zhǔn)確拾取，有可能造成識(shí)別的假象，特別是當(dāng)埋深較大、波阻抗差異小、橫向變化劇烈時(shí)，往往很難精確識(shí)別砂體的位置。

3.2 采用譜分解技術(shù)精細(xì)刻畫(huà)三角洲砂體

在沿層振幅切片分析中發(fā)現(xiàn)，低位體系域中有河道時(shí)，振幅有強(qiáng)弱變化，本文將該變化歸結(jié)于河道的影響；但在實(shí)際處理中，很難將振幅的強(qiáng)弱變化解釋為河道。在實(shí)際應(yīng)用中，譜分解技術(shù)常常用來(lái)識(shí)別河道[8]，但地下情況很難驗(yàn)證。設(shè)計(jì)模型的時(shí)候考慮了在砂體中加入河道，用來(lái)驗(yàn)證河道對(duì)地震資料解釋的影響，同時(shí)可以試驗(yàn)譜分解技術(shù)對(duì)河道識(shí)別的準(zhǔn)確性。

試驗(yàn)了沿不同體系域的頻譜分解。首先對(duì)低位體系域的砂體進(jìn)行了時(shí)間的拾取，試驗(yàn)了不同時(shí)窗以及不同頻率的響應(yīng)特征。分別沿時(shí)間上下各10，20，30 ms拾取時(shí)窗，選取的頻率分別為20，30，40 Hz。綜合分析認(rèn)為，當(dāng)頻率為20 Hz，時(shí)窗為上下各20 ms時(shí)，頻譜分解結(jié)果較好（圖4）。圖中清晰顯示了地質(zhì)模型設(shè)計(jì)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(shí)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(shè)計(jì)的湖浸體系域中，砂體的厚度較大，利用沿層切片對(duì)于砂體邊界的刻畫(huà)不是很清晰（圖2）。圖5為沿湖浸體系域25 Hz譜分解切片，時(shí)窗長(zhǎng)度為50 ms，與圖2相比較，可以看出，譜分解切片對(duì)湖浸體系域的砂體形態(tài)刻畫(huà)更加清晰，整體輪廓與地質(zhì)模型幾乎一致。而對(duì)互層的表征依然很難識(shí)別，只是在泥、砂交接處有能量強(qiáng)弱變化。

圖5 湖浸體系域譜分解25 Hz振幅切片（上下25 ms時(shí)窗）

譜分解刻畫(huà)湖浸體系域比較有效，因?yàn)楹w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(yàn)譜分解砂體識(shí)別的有效性，對(duì)高位體系域的砂體成像同樣做了譜分解，以期達(dá)到識(shí)別砂體規(guī)模的目的。

如圖6所示，這種方法有助于消除大值對(duì)較小值的影響，在對(duì)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(duì)第三個(gè)砂體的識(shí)別影響也顯現(xiàn)出來(lái)。此種方法的適應(yīng)條件為信噪比較高，采用閾值處理，有助于砂體輪廓的識(shí)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(guò)對(duì)各個(gè)體系域進(jìn)行譜分解，證實(shí)譜分解有助于砂體輪廓的識(shí)別，而采用閾值處理則可以消除大值對(duì)解釋的影響，能更清晰地識(shí)別砂體輪廓，但是對(duì)噪聲比較敏感且當(dāng)噪聲較大時(shí)，還需用原始的譜分解數(shù)據(jù)分析。

4 結(jié)論

（1）以實(shí)際地震資料為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)物理模型，對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)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(nèi)共11套砂體。

（2）在實(shí)驗(yàn)室條件下，采集得到物理模擬三維地震數(shù)據(jù)體，并對(duì)其進(jìn)行處理和解釋。分別利用常規(guī)振幅切片和譜分解技術(shù)識(shí)別砂體邊界，結(jié)果表明，振幅切片對(duì)于砂體橫向的巖性變化較敏感，而譜分解技術(shù)能夠精細(xì)刻畫(huà)出砂體的輪廓和邊界，特別是閾值的處理則更進(jìn)一步提高了砂體刻畫(huà)的精度，為實(shí)際地震資料綜合解釋中刻畫(huà)三角洲砂體提供了非常好的借鑒。