C51井區葡萄花儲層薄砂體展布地震精細刻畫

陳泓竹 王彥春 高 陽

(①中國地質大學(北京)地球物理與信息技術學院，北京 100083；②自然資源部煤炭資源勘查與綜合利用重點實驗室，陜西西安 710021)

0 引言

C51井區葡萄花儲層砂巖發育，埋深小[1]，為三角洲前緣相沉積。在厚約10m的地層內發育兩套砂組，砂組間界限清晰，每套砂組呈砂泥巖薄互層結構，單層砂巖厚度小(平均約為2m)，其中下部砂組的砂巖厚度相對較大(最大厚度為6m)，砂組橫向變化快，平面分布局限[2]。現有地震資料的分辨率不足以區分兩套砂組，雖然鉆井資料垂向分辨率高，能夠準確識別單砂體，但無法刻畫井間砂體變化[3]。

對于識別砂泥巖薄互層中的單砂體，地震技術遇到極大挑戰[4-5]，一般側重于理論模型分析，但成功應用實例較少[6-7]。現有地震資料的頻帶有限(8～100Hz)，垂向分辨率不高，為此人們進行了廣泛方法研究[8-9]。如在振幅保真前提下提高地震分辨率，但限于地震資料采集頻帶有限，成像結果的垂向分辨率無法分辨厚度小于6m的薄層。為了分辨薄層，提出了疊后提高分辨率的方法[10-12]，但會破壞振幅保真度，實際效果不佳。在保真寬頻成像基礎上，地震振幅屬性分析成為識別薄儲層的主要方法[13-19]，但需要依據地質和鉆井資料確認某種瞬時地震屬性的有效性。地震反演能明顯提高成像分辨率，如地質統計學反演[20]，但多解性強。因此，以地質認識和地震屬性約束減小地質統計學反演的多解性是需要深入研究的課題。

薄互層結構的巖性組合橫向變化導致地震反射特征變化，用于巖性識別的地震保幅寬頻處理最大限度地反映了這種變化[21]。地震屬性切片結合地質認識和測井數據，最大限度地挖掘地震數據的地質信息，成為地震沉積學和古地貌學的主要技術方法[22-24]。Zeng[25]提出薄層分辨率的概念，強調用切片識別薄層，而不是分離薄層界面。凌云研究組[26-27]提出基于參考標準層的地震屬性切片技術研究薄層結構及其演化。李國發等[28]基于模型正演，提出了單砂體對應“零值時間”地震切片的概念，為薄互層條件下的單砂體解釋提供了思路，但在實際資料中難以確定“零值時間”。首先，實際地震波形是多組薄砂體的綜合效應，而且地層結構復雜，僅由“兩套薄砂體夾一套泥巖隔層”模型不能描述，且在目的層段存在多個旋回組合及過渡巖性，相鄰地層致使目標砂體地震響應特征存在橫向變化，無法確定每個薄砂體的零值時間；其次，實際地震子波是時、空變的，具有非平穩性[10]，致使記錄波場振幅變化；再有，模型正演沒有考慮噪聲影響，反映薄層的信息存在于地震高頻成分中，且難以在地震處理階段完全壓制高頻噪聲。

本文基于工區內18口鉆井資料的砂體對比結果，研究了葡萄花儲層砂體的空間展布規律，作為評價、優選地震屬性切片的參考依據；結合測井資料，從目的層段的連續沿層切片中確定砂組的反射時間；依據切片對應時間確定砂組的地震屬性提取窗口，優選地震屬性；基于地震屬性平面圖，確定砂組的沉積微相；在砂組展布和沉積微相約束下優選參數，開展地質統計學反演，提高垂向分辨率，精細刻畫砂組的空間展布。

1 測井解釋砂體展布

C51井位于氣藏的中低部位，油氣高度和單井產能都說明C51氣藏砂體發育、油氣富集程度高。儲氣庫建設需要搞清砂體的分布范圍和厚度變化，首先依據鉆井資料得到氣藏的大致邊界和砂組厚度分布，為利用地震信息精細刻畫砂體提供依據。

1.1 構造及沉積環境

C51氣藏構造格局清晰，呈東傾斜坡，地層近水平展布(圖1)。在氣藏的西側和北側斷層發育，在平面上表現為東西向晚期斷層切割南北向早期斷層，導致局部構造破碎，在剖面上呈地塹與地壘組合。氣藏主體區斷裂不發育，東側受構造控制，西側為斷層控制，南側為巖性控制，為巖性—構造氣藏，具有統一的油、氣、水界面，高點海拔為-447m，油氣界面海拔為-535m，油水界面海拔為-543m。

C51井區葡萄花氣層為姚一段下亞段，上覆姚一段上亞段、姚二段、嫩一段、嫩二段等4套連續穩定的泥巖分布，厚度大(累計300m以上)，泥質含量高(平原淤積泥、濱淺湖泥、半深湖—深湖泥)，對油氣藏封蓋性好。該區在姚一段沉積早期，湖盆開始萎縮，水體變淺，由北部物源沉積了一套三角洲前緣相砂體，主要發育水下分流河道、河口壩、席狀砂、水下分流間灣等4種沉積微相。區內發育3條河道，主河道沿C51井和C66-182井一帶發育，垂向上由多期河道疊置而成，河道寬度大，呈近南北向展布，控制砂體的沉積。鉆井揭示：C51井區姚一段地層厚度約為40 m，砂巖集中發育在姚一段下亞段(葡萄花儲層)，其中葡一組地層厚度為8.0～10.0m，砂巖厚度為3.0～5.0m，平均有效厚度為3.3m；儲層物性好，孔隙度為28%，滲透率為300.9mD，氣藏中部平均深度為500m。

圖1 研究區葡萄花油層頂面(T1-1a)構造圖

1.2 砂體特征

區內葡萄花儲層砂巖縱、橫向變化明顯。縱向上砂體疊置，厚層砂體由多個單砂體疊加而成；橫向上厚砂體分布范圍局限。與上、下圍巖相比，儲層段整體具有高速度、高密度特征，但在儲層內部，砂泥巖差別不明顯。測井響應特征(圖2)為：自然伽馬反映大段砂泥巖組合，且部分井規律性不強；電阻率一般在砂體底部一定厚度范圍內“起跳”，不能很好地反映砂體厚度；自然電位主要反映滲透性砂巖，與主力砂體厚度匹配度好，為砂巖儲層的最佳響應曲線，砂巖儲層的自然電位門檻值為92mV。

圖2為葡萄花儲層連井對比剖面。由圖可見，葡萄花儲層在垂向上分為上、下兩套砂組，為兩個旋回。如C74-180井的上部發育兩期薄層席狀砂，下部發育一期厚層分流河道砂，兩套砂組界限清晰(圖2黑色虛線)。葡萄花儲層在垂向細分為上部(PⅠ1)和下部(PⅠ2)兩個砂組： PⅠ1至少包含2套薄砂層(河道砂或席狀砂)，在平面上由南向北厚度減小； PⅠ2厚度較大，主體發育在研究區北部，在C59井和C74-180井間存在砂體邊界。

1.3 測井解釋砂體展布

根據區內18口鉆井資料制作了11條連井剖面(限于篇幅，文中只列出一條)，精細對比PⅠ1、PⅠ2，修正已有氣藏范圍(圖3)。

以往將C51井氣藏的PⅠ1、PⅠ2作為整體研究，認為C59井與C57井氣層屬于同一套砂體，分別對PⅠ1、PⅠ2進行精細對比后認為：①在C59井和C57井間存在氣藏邊界，C57井氣層屬于PⅠ2； C59井氣層屬于PⅠ1，與C74-180井上部薄砂層及C78-170井鉆遇砂巖為同一套砂體。②C51氣藏在C59-9井以北存在砂巖邊界，C52井在PⅠ2鉆遇厚度為1.2m的砂巖，構造高度位于氣藏油水界面以上，但試氣出水，與C59-9井砂體對應，但不連通。③C82-178井和C78-180井間存在砂巖邊界，C82-178井發育上部薄層席狀砂和下部分流河道砂，砂體的橫向位置與C78-170井不同。④C56井和C57井間存在砂巖邊界，C56井厚層砂巖為2套河口壩疊置砂巖，C57井PⅠ2砂巖厚度較小。

綜上所述，區內PⅠ1和PⅠ2的砂巖垂向界限清晰，且PⅠ2厚度較大。統計18口井的數據可知：PⅠ1的砂巖厚度為1～2m，砂巖整體厚度小，以薄層砂巖為主，主要發育在南部C78-170—C59-1井區，在C84-160井附近厚度最大(5.2m)； PⅠ2的砂巖厚度為5～7m，砂巖厚度較大，最大為7.6m，發育在C66-182井附近，主體分布在研究區北部，砂巖邊界位于C59、C78-170、C59-9井區，在南部C59-1和C56井周邊零星發育。

圖2 葡萄花儲層連井對比剖面(剖面位置見圖1紅色折線)

圖3 測井解釋葡萄花儲層砂體厚度圖

2 沿層振幅切片優選

2.1 地震反射特征

針對目標層開展高保真、寬頻帶地震資料處理。地震數據采集、處理的時間采樣率為1ms，面元尺寸為20m×20m。疊前時間偏移處理成果的信噪比高、波組特征明顯、層間信息豐富，能夠體現巖性變化及小斷層特征。

C51井區內18口井標定結果表明：姚一段頂面(T1-1)呈中—弱振幅、連續波谷反射，可連續追蹤；葡萄花氣藏頂面(T1-1a)呈中—強振幅、較連續波峰反射，在含氣砂巖發育區，波峰能量減弱，受砂體厚度變化影響，同相軸能量強、弱變化，并有間斷，如C74-180井附近；葡萄花氣藏底界面(T1-1b)呈中—強振幅、連續波谷反射，可連續對比、追蹤(圖4)。頻譜分析結果顯示，目的層段主頻約為58Hz，頻帶范圍為10～90Hz。姚一段下亞段儲層的正演模擬結果和地震剖面振幅特征表明，反射振幅與巖性變化存在較好對應關系：儲層含氣時，反射振幅以弱—中弱為主，地震反射特征全區較為統一；儲層為干層、水層以及油氣水同層時，地震反射特征規律性不強，總體上以中～中—強振幅為主，弱～中—弱振幅較少。C51井區砂巖平均速度約為3000m/s，地震資料能分辨的砂體最小厚度約為12.9m(1/4波長)，消除調諧效應的反演分辨率為6.47m(1/8波長)，大致可分辨葡萄花儲層，不能直接分辨厚度小于5m的砂體。

圖4 連井地震剖面(剖面位置見圖1紅色折線)

2.2 沿層振幅切片優選

經驗表明，若區內存在上、下兩層疊置砂體，所提取的沿層瞬時振幅屬性一般是上、下兩套砂體的疊合響應，不能反映單砂體的形態，但在某一時刻，沿層瞬時振幅屬性可相對清楚地反映上層或下層砂體的形態，另一層的影響較小。文獻[28]、[29]的理論分析及兩層疊置砂體模型試驗表明，上層的瞬時屬性有時反映下層形態，下層的瞬時屬性有時反映上層形態。將單砂體的頂、底面反射疊加結果作為一個復合波，則兩套砂體的實際地震反射為兩個復合波的再次疊加。分析單個復合波與砂體的反射時間關系后得出零值法切片原理：反映下層砂體形態的時間位置位于上層砂體復合波振幅為零處；反映上層砂體形態的時間位置位于下層砂體復合波振幅為零處。可見，只要找到砂體頂、底界面形成的復合波振幅零值點，在此時間位置提取屬性，就能準確地反映另一套砂體的空間分布。

圖5 疊置薄砂體反射波形與單砂體復合波零值時間

藍色為泥巖，黃色為砂巖，給定PⅠ1、PⅠ2的砂體厚度分別為2、5m，其間的泥巖隔層厚度為2m，砂巖速度為3000m/s，密度為2.25g/cm3，泥巖速度為2600m/s，密度為2.00g/cm3。取地震子波主頻為55Hz，生成PⅠ1(地震道1)、PⅠ2(地震道2)及兩套砂體復合的合成地震記錄(地震道3)。地震道1振幅為零的時刻分別為492.0、497.5、506.0ms(3條藍線位置，以字符②標出)，地震道2振幅為零的時刻分別為495.0、502.0、510.0ms(3條綠線位置，以字符①標出)

基于C51井區葡萄花儲層為PⅠ1、PⅠ2疊合的實際情況，建立正演模型(圖5)。按照零值法切片原理認為，在地震道1振幅值為零的時刻地震道3的振幅主要反映PⅠ2的貢獻，在地震道2振幅值為零的時刻地震道3的振幅主要反映PⅠ1的貢獻。在實際數據中難以從地震道3中分離出單砂體產生的復合波，從而也無法確定單砂體復合波的零值振幅對應的時間。由零值法切片原理可知，在某一時刻的沿層振幅切片能夠相對清楚地反映單砂體展布。為此，分析目的層段的連續沿層振幅切片與鉆井資料解釋的砂體展布的相關性，優選反映單砂體分布的沿層切片精細刻畫砂體。

以葡萄花氣層的頂界(T1-1a)上移10ms起，以1ms間隔向下進行40個連續振幅切片掃描(圖6)，從上到下沿層振幅切片依次編號為1、2、3、…、40號。將連續切片與砂體展布(圖3)對比，優選出2張沿層振幅切片(圖7)，即24號(PⅠ1)與10號(PⅠ2)。可見：反映下層砂體(PⅠ2)形態的時間出現在上部；反映上層砂體(PⅠ1)形態的時間出現在下部；C51井區沿層振幅切片較好地刻畫了砂體平面展布，邊界清晰，與鉆井解釋結果吻合度高。

圖6 葡萄花儲層段的連續沿層振幅切片時間位置

圖7 24號切片(PⅠ1，a)與10號切片(PⅠ2，b)

優選沿層振幅切片確定了反映單砂組的地震反射時間位置，即PⅠ1位于T1-1a界面下14ms，PⅠ2正好位于T1-1a界面。與井資料對比結果表明，由沿層切片得到的砂體厚度與井數據的符合率約為80%，不符合的原因在于影響地震振幅的因素眾多，其中地震頻帶有限和薄層調諧是主要因素，還需采用井震結合反演方法精細刻畫單砂組。

3 葡萄花儲層砂體展布

地震垂向分辨率不足以直接分辨單砂組；沿層振幅切片受薄互層干涉影響，識別精度不高。地質認識約束下的地質統計學反演能夠大幅提高垂向分辨率，是精細刻畫單砂組空間展布的有效方法，但必須有合理的約束條件和準確的反演參數。文中以沉積微相為地質約束、預測半徑為主要反演參數。

3.1 沉積微相

地震屬性是劃分沉積微相的基礎，區內葡萄花儲層埋深小，地震資料信噪比和分辨率均較高，地震響應能夠客觀地反映儲層變化。首先優選地震屬性，再結合砂巖厚度分布，定性分析PⅠ1、PⅠ2的沉積微相。

PⅠ1砂組主要發育在研究區西南部，受北部斷層影響小。在垂向上PⅠ1位于地震波谷，以24號沿層連續切片的垂向時間位置為中心，取時窗長度7ms提取地震屬性。從各類振幅屬性中優選地震總振幅屬性(時窗內各樣點振幅絕對值之和)(圖8a)，其平面展布與測井解釋結果(圖3a)相關度高。結合地質認識認為，PⅠ1為北部物源沉積，存在4種沉積微相(河道砂、決口扇、席狀砂和水下分流間灣)，共發育3條河道(第一條河道在C59-1井和C59井一帶，呈近南北向展布；第二條河道在工區西部邊界，呈近南北向展布；第三條河道在C70-166井附近，呈北東—南西向展布)相互交匯，在周邊發育河口壩和席狀砂。在C59-1井和C70-166井一帶主要為分流河道微相； 在C56井以南主要為河口壩微相； 在C512—C82-178一帶為水下分流間灣微相；其余地區為席狀砂微相。

PⅠ2砂組主體發育于研究區東北部，地震屬性可信度高，在西北部受兩組斷裂影響，地震屬性可信度不高。根據屬性趨勢和斷裂間的殘留信息分析物源方向。PⅠ2位于地震波峰的下半部，以10號沿層切片的垂向時間位置為中心、取時窗長度7ms提取地震屬性。從振幅屬性中優選最大波峰振幅屬性(時窗內各樣點振幅絕對值的最大值)(圖8b)，其平面展布方向和變化與測井解釋結果(圖3b)相關度高。結合地質認識認為： PⅠ2為北部物源沉積，砂體呈近南北向展布，厚度由北向南減薄，在C70-166和C59-9井一帶尖滅； 區內發育3條河道(第一條主河道在C51和C66-182井一帶，河道寬度大，由多期河道疊加而成，呈近南北向展布，延伸不遠，控制C51氣藏砂體的沉積； 第二條河道在研究區西部邊界C64-166井西側； 第三條河道在工區中部，在河道周邊發育河口壩和席狀砂)，C511井—C82-178井一帶主要為分流河道微相，C56井區和C59-1井區一帶主要為河口壩微相； 在C70-166井—C53井一線和C78-170井—C84-160井—C59-9井一線為水下分流間灣微相； 其余地區為席狀砂微相。

圖8 地震總振幅(a，PⅠ1)與最大波峰振幅(b，PⅠ2)

3.2 地質統計學巖性概率反演

對研究區進行了四種反演方法試驗，預測結果表明：常規波阻抗反演不能分辨井點砂體；擬波阻抗反演只能將PⅠ1和PⅠ2作為整個砂層組分辨； 地質統計學自然電位反演雖然能分辨PⅠ2，且與井資料較吻合，由于PⅠ1的自然電位曲線異常幅度太小，不能有效分辨； 地質統計學巖性概率反演能有效分辨PⅠ1和PⅠ2兩套砂組，且與井資料吻合度高，砂體橫向疊置關系清楚。

地質統計學反演是一種精細儲層描述技術，實現過程為： 統計井點巖性數據，對井點巖性離散數據和波阻抗連續數據進行概率分布函數擬合以及預測半徑(變差函數)分析； 在高斯模擬和克里金算法的控制下，井間以地震資料為約束，獲得巖性和波阻抗兩套多個等概率的實現。地質統計學反演的核心參數是最佳預測半徑，依據砂體橫向展布特征，結合地震屬性，在沉積微相控制下試驗預測半徑。對比不同預測半徑的反演剖面表明，以南北向2800m、 東西向2000m為預測半徑的反演剖面的砂體橫向變化自然，預測結果與地震屬性匹配度高，符合沉積規律。由反演結果(圖9)可見： 砂體橫向展布和連通關系清楚，砂體尖滅點清晰，與地震資料的相關性高，如C59井附近PⅠ1、PⅠ2的邊界清晰，最大限度地發揮了地震資料橫向高分辨率的優勢； 在縱向上，反演結果與鉆井解釋結果(圖3)一致，分辨率相當，PⅠ1(黑色虛線所示)的兩層席狀砂與PⅠ2(藍色虛線所示)的河道砂疊置關系清楚。

圖9 地質統計學砂巖概率反演連井剖面(沿T1-1a層位拉平)

3.3 砂體空間展布

在平面上，地質統計學砂巖概率反演切片(圖10)的砂體形態總體與圖3、圖7、圖8一致，體現了地質認識與地震約束的特點，但在局部細節上比圖3豐富，砂體范圍也不同于圖7和圖8。反演砂巖厚度和井點鉆遇砂巖厚度符合度高，18口井的資料統計結果顯示，PⅠ1和PⅠ2的砂巖厚度絕對誤差均小于0.5m。由地質統計學砂巖概率反演切片可見： ①PⅠ1呈近南北向展布，主體發育在南部C78-170井—C59-1一線，整體厚度較小，C84-160井砂巖厚度最大(5.2m)，其他區域厚度小于3m； C74-180井在PⅠ1鉆遇氣層，以該井氣藏海拔(-495m)作為氣藏構造邊界，砂體邊界位于C59井北側和C59-9井南側，圈定氣藏范圍為2.28km2(圖10a)。②PⅠ2受沉積物源控制，砂體厚度大，呈近南北向條帶展布，由北向南厚度減小，東西向寬度較大，在C70-166井和C59-9井一帶尖滅； C511井在PⅠ2鉆遇油、氣、水層界面，以該井氣藏海拔(-535m)作為氣藏構造邊界，巖性邊界位于C59井和C82-178井附近，圈定氣藏范圍為8.38km2(圖10b)。

圖10 地質統計學砂巖概率反演切片

4 結束語

在薄砂體疊置條件下，反映下層砂體形態的時間位置位于上層砂體復合波振幅為零處，反映上層砂體形態的時間位置位于下層砂體復合波振幅為零處。由測井資料得到的葡萄花儲層厚度數據確定了連續沿層振幅切片中各砂組對應的垂向時間位置及地震屬性分析時窗。在準確的時窗控制下，利用地震振幅屬性(總振幅或最大波峰振幅)劃分沉積微相，并在沉積微相約束下，利用地質統計學巖性概率反演能精細刻畫葡萄花儲層的空間展布。