多種地震屬性預測致密砂巖河道
——以西加盆地Deep basin地區為例

劉子煊，高 飛，丁 燕

(1.中國石化集團國際石油勘探開發有限公司，北京 100029；2.陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院，陜西西安 710000；3.中國石油大學(華東)地球科學與技術學院，山東青島 266580)

西加拿大盆地(以下簡稱為西加盆地)的油氣勘探從19世紀西部山麓尋找構造圈閉，到20世紀下旬為以生物礁為主要目標的構造—巖性勘探，經過近百年的勘探開發，目前主要的目標轉為非常規油氣藏，主要包括致密砂巖、頁巖儲層。非常規儲層的孔隙度低于10%，滲透率低于0.1 mD，采用水平井多級水力壓裂的方法開采，其勘探通常采用臨井外推的“土法”，經濟成本較高，商業成功率低。這是由于非常規成藏因素與構造相關性較小，波阻抗差異小，難以通過構造解釋及普通屬性刻畫識別以泥頁巖、極細粉砂巖為主要巖性的“圈閉”。通過連井分析，識別到以致密砂巖為主要巖性的白堊系地層發育河道，因河道巖性差異大、砂體物性較好，使得通過聯合多種地震屬性有效識別預測非常規河道儲層存在物質基礎[1]。由于西加盆地白堊系致密砂巖河道相對其他非常規儲層(如泥盆系頁巖)埋深淺、鉆完井成本低、物性相對較好、存在良好的成藏條件、顯現出較好的經濟效益，因此在低油價環境下成為許多公司的重點勘探目標。國外學者Brian Tuffs[2]認為西加盆地白堊系致密砂河道在過去被作為非經濟性儲層，由于大型壓裂技術的廣泛應用和地震“甜點”識別技術的成熟，因此未將“甜點”識別在儲層預測方面的有效應用展開說明；Henry W. Posamentie[2]通過研究上白堊系層序的地層變化，闡述了海平面升降對河道間邊界識別的影響，但未從地震實際資料角度開展砂體邊界識別。國內學者武恒志[3]等對川西坳陷陸相致密氣藏河道砂巖儲層的精細刻畫技術及應用做了闡述；賀曉等[4]利用河道檢測技術對鄂爾多斯上古生界常規砂巖河道進行了刻畫并取得良好的效果，但未開展河道相致密砂巖的地震刻畫。國內針對西加盆地致密砂河道儲層的研究很少，未見學者發表相關文獻。

本文針對西加盆地Deep basin地區的白堊系致密河道砂的垂向厚度、空間產狀變化大、橫向砂體邊界僅依靠連井難以確定、利用單一地震屬性不能有效識別河道砂體展布等問題，運用相干體及譜分解屬性，以地層切片為載體，并結合測井相及沉積相來識別、刻畫河道砂展布。該方法在Deep basin地區取得了良好的應用。

1 研究區概況

西加盆地位于美洲大陸北部、加拿大西部落基山脈以東，主體位于加拿大阿爾伯塔省，是全球已知的石油資源最富集的沉積盆地之一[5]。盆地在垂向上由兩大套地層組成，下部主要為一套沉積在穩定地臺上的古生界碳酸鹽巖，上部為一套前陸中—新生界碎屑巖[2]。盆地整體為一個西厚東薄的沉積楔狀體，地層厚度在西部落基山山前最大，近6 000 m，向東逐漸變薄，尖滅在加拿大地盾之上[6](圖1)。

圖1 Dunvegan地層所處的盆地位置Fig.1 Location of Duvegan formation at West-Canadian basin

該盆地具有多套非常規地層，Deep basin油氣田位于盆地的中部，在單斜的構造背景下，斷層較少發育，Dunvegan地層深度為1 500～2 000 m，發育于晚白堊世，沉積背景為淺海—大陸過渡環境，沉積相為河流—三角洲相[7]。巖性以細—極細粉砂巖為主，沉積巖平均孔隙度為4%～6%，滲透率約0.05 mD，巖性致密，孔滲性差，屬非常規儲層。工區地表條件為平原，良好的地表條件使得地震資料品質較好，主頻約35～40 Hz，目的層位信噪比較高，但由于河道砂體的橫向變化快，致密砂巖與泥質砂巖、泥頁巖巖性的差異較小，使得從地震剖面及切片確定河道邊界變得困難。

研究區位于Deep basin地區盆地的中心—斜坡帶，儲層特性表現為高壓、低滲，捕獲烴后在區域上表現為無邊底水、下氣上水的流體倒置特征。在成藏機理上，典型的深盆氣以面狀的活塞式整體推進，與常規圈閉氣在優勢通道中的置換式運移相比，這也是Deep basin油氣田致密砂巖氣藏與其他盆地致密砂巖氣藏的主要區別。

上覆的Kaskapau層為較厚的致密灰色泥巖沉積，是良好的油氣蓋層，下伏接觸地層為Shaftsbury，發育為一套海相泥巖層，富含有機質成分，平均TOC為2.5%，最高可達10%；干酪根主要以Ⅱ型為主，部分地區Ⅰ型為主，為該層系比較優質的烴源巖[8](圖2)。

整個Dunvegan層系處于盆地的單斜構造帶上，上傾方向為北東向，斷層不發育，加之氣水倒置的作用，構造因素對本區油氣成藏的影響較小[8]。但由于早白堊世西加盆地為海陸交互環境，Deep basin地區古環境發育三角洲—河道沉積，物源來自北東相且供給充分，造成河道變遷頻繁，表現為橫向砂體沉積變化快、縱向厚度不一的特點，同時由于晚侏羅世—早白堊世太平洋板塊俯沖，西加盆地中—西部壓實沉降作用明顯，砂體在擠壓環境下變得更致密，河道間夾泥巖與河道沉積砂巖物性的差別不明顯，使得刻畫該地區白堊世河道砂體展布變得尤為困難。如圖3所示為致密砂河道在地震剖面上的顯示，Dunvegan層對應的同相軸為波谷，振幅特征表現為河道底部的邊界及下切現象不明顯，反射界面左右差異不突出，河道的下切特征也沒有明顯的表現。

圖2 晚白堊系地層分布Fig.2 The late Cretaceous stratigraphy chart

圖3 地震剖面上的疑似河道邊界Fig.3 The ambiguous channel extent in the seismic section

2 研究方法

圖4 研究方法示意Fig.4 Illustration map of research method

以測井相—沉積相的分析結果為參考，在聯井控制的基礎上開展精細地震解釋，聯合地震多種屬性綜合分析儲層在邊界的厚度沉積規律，從多個角度修正測井相、沉積相劃分，相互佐證，最后約束平面上河道的走向，確定河道邊界及厚度范圍，通過實際資料驗證，考驗研究方法的實用性(圖4)。首先開展已鉆井的測井解釋及連井分析，初步劃分河道走向；然后開展地震解釋，并結合已有的沉積相認識，識別河道在地震上顯示的位置及走向，通過相干屬性，得到河道精細的解釋圖，確定河道走向及邊界，利用分頻體振幅特征計算估算砂體厚度；最后與實際資料對比，驗證解釋的可靠性，結合區域沉積規律認識，增加解釋的地質依據，進而達到摸清河道勘探有利區的目的。

2.1 譜分解技術

在地震垂向分辨率不足、波阻抗差異較小的情況下，地震反射振幅調諧作用對致密砂巖地震反射振幅在橫向上的差異較為敏感，因此可以從調諧體異常中間接體現地質體在空間上的幾何形態的差異，進而研究其沉積特征[9]。平面和剖面上利用頻譜分解技術對地層諧振體進行觀察分析，通過對頻率切片上適當頻率范圍的掃描(地震資料頻率范圍為10～35 Hz，選取7～37 Hz為掃描頻率段)，結合對沉積模式的認識，可得到致密砂巖在頻率范圍內調諧振幅的微弱變化[10]。在Dunvegan致密河道砂的預測過程中，振幅屬性應用較多，但由于致密砂與河道間泥巖的物性差異小、波阻抗相近，使得單一均方根振幅對河道的厚度不夠敏感，實際應用中常常與實鉆結果存在較大誤差。頻率域譜分解屬性利用頻帶調諧作用，能在單一頻率下獲得調諧振幅與砂體厚度的關系，在Deep basin區域試驗后，敏感度較高，可有效地識別致密砂巖河道。

2.2 相干體切片技術

地震相干技術主要用于研究地下地層橫向上的細微變化，對裂縫、儲層發育帶、特殊巖性體邊界、斷層的預測比較有效。相干數據體反映了相鄰地震道地震反射的相對變化，實際上反映的是沉積相、儲層分布等的橫向變化，因此相干體對致密砂巖的平面沉積變化有較敏感的顯示，能有效地幫助研究人員解釋致密砂巖河道的展布及發育情況。由于Dunvegan致密砂河道遷移及沉積差異，依靠測井井點數據往往造成井間地質模型預測的誤差較大，因此河道邊界不清造成井點落實及儲量計算具有較大挑戰。應用相干技術對致密砂巖河道儲層預測，通過對相鄰地震道間的地震數據體進行相關分析，產生三維相干體，再結合地層切片對相干體進行綜合分析，可大大提高河道邊界的精度，進而提高鉆井成功率和儲量計算的可靠程度。

2.3 測井相、沉積相再分析

將已知井的鉆井、取芯及測井解釋結論作為基礎，結合地層切片、地震分頻及相干體解釋結果，對單井測井相、區域沉積環境進行再分析。在此工區通常利用GR(自然伽馬)曲線計算泥質含量，但由于致密巖性及泥質影響，砂巖門限值取65 API，孔隙度門限值取3%；沉積相判定上，只有具有非常明顯階躍效應的層段才被判定為河道沉積。據此，測井解釋繪出各個砂層段的凈厚度重新勾勒出沉積相平面圖，判定地震方法所識別的河道是否與沉積相匹配，排除地震噪聲及其他干擾造成的假象，同時兩者相互驗證，確定出優質河道砂體分布的位置和特征，使解釋結果更具地質意義[6]，以便于確定下步勘探有利區。

3 預測效果分析

采用以上技術思路，在Deep basin地區開展研究，取得了較好的應用效果。

3.1 河道最大邊界修正

致密砂河道邊界在相干體地層切片上表現得比較明顯，圖5的紅色輪廓勾勒出河道邊界相干屬性異常，整體輪廓表現為曲流河的形態，與鉆井鉆遇Dunvegan地層的實際數據勾勒出的等厚線趨勢一致(黑線)，但仍有較多細節上的差別。輪廓外紅色范圍，鉆井顯示距離河道整體近的多為砂體，遠端的Dunvegan層砂地比較低，絕大多數為砂質泥巖沉積，推測為決口扇沉積，泥質含量由近到遠逐漸增加。圖中黃線圈出的為修正后的河道邊界，局部河道范圍得到了擴大，部分河道寬度減小，這一邊界應為地震可分辨河道砂體的最大邊界，這在后續的分頻屬性識別中有所闡述。厘定河道極限邊界對于后續優化水平井的井位部署、儲量和資源量的計算都有重要意義[10]。該區域相干屬性運用之前計算原始地質資源量約為260 mmbbl，河道邊界修正后為218 mmbbl。

圖5 相干數據體地層切片的河道邊界預測Fig.5 Prediction of channel extent from coherence cube slice

對目標層段運用頻譜分解得到的沿層振幅屬性，河道發育的大體范圍分布情況具有一致性，走向為北東—南西向，差異在于振幅異常的范圍分布隨著頻率變化而略有改變，這表明不同頻率對應的砂體厚度反映了河道展布的變化(圖6)。根據薄層調諧原理，不同頻率的振幅信息反映了不同厚度的地層調諧效應，因此采用滑動掃描的方式，用不同頻率(這里選取7 Hz、17 Hz、27 Hz、37 Hz)來沿層提取振幅屬性[11]。如果利用井點地層速度代替平均速度，就可以利用頻率與速度的關系來預測河道砂體的厚度變化趨勢。

圖6 7 Hz、17 Hz、27 Hz、37 Hz頻譜分解后的沿層振幅異常Fig.6 Attribute anomaly after spectral decomposition (7 Hz, 17 Hz, 27 Hz, 37 Hz)

3.2 砂體厚度的定性預測

在7 Hz、17 Hz頻率下，能基本看到河道的大體走向，異常特征的邊界在右上部較為清晰，在左下部由于被周圍的振幅異常點干擾，不易分辨河道邊界的形狀特征，強振幅異常的范圍也較小。在27 Hz頻率下，河道顯示明顯清晰，除了工區右上部的邊界更加明顯之外，左下部的邊界也能辨別，點狀異常干擾較少，河道振幅異常的調諧作用明顯，異常的幅度及范圍顯示較大。在37 Hz頻率下，河道振幅異常有減弱趨勢，右下部的邊界不再清晰，振幅異常整體的趨勢逐漸消失。不論頻率高低，分頻體顯示的砂體主體部分均在最大河道邊界內，說明致密河道砂在分頻振幅屬性的異常下更能表現河道主體，這與致密儲層在分辨率受限情況下的薄層難以識別有關，河道主體部分厚度大、充填砂質更充分，因此振幅異常更明顯。

3.3 沉積相預測有利區

從沉積角度，河道上游負載隨著河流流速的下降而降低，沉積量在下游逐步減弱，表現為砂體厚度變小、粒度變細、孔滲特性變差，這與地震切片獲得的認識是吻合的。圖7顯示的是地震數據經90°相位反轉以后的地層切片圖[12-13]。4張圖分別為切片時間為956 ms、960 ms、964 ms、968 ms時的地層切片振幅異常，隨著沉積深度的增加，沉積物沿著河道的走向前積，加之該地區的構造為北東—南西向單斜，分析河道的物源方向應來自東北方向，因此推斷這套致密砂巖的儲層性質較好的有利區應為河道上傾方向——工區中東部地區[14-15]。

實際資料也驗證了這一觀點。根據預測結果，部署鉆探06-09-68-6W6井位于河道上傾方向，工區的東北區，伽馬曲線成鐘形特征，為典型的河道沉積；部署03-22-69-W6井位于河道下傾方向，工區的西南部。從測井曲線看出，砂體在東北部發育較好，砂地比為80%，而西南部粒度明顯變細，泥質含量增加，砂地比約為60%。經測試后東北區06-09-68-6W6井初產油256 bbl/d，西南區3-22-69-11W6井初產油45 bbl/d，氣423 mcf/d。

圖7 經90°相位反轉后的地層切片Fig.7 Well log interpretation

4 結論

(1)西加盆地Deep basin區域廣泛發育致密砂巖，大面積、低幅度、低孔滲的儲層特征使得利用地震手段識別有效儲層變得困難。該區域河道相致密砂巖孔滲性相對較好，可作為未來勘探方向。

(2)河道橫向變化大，沉積期次不一，加之Deep basin致密砂巖儲層物性稍差，單一屬性往往不能有效反映致密砂巖體的平面展布特征，聯合應用地震多屬性可以從多個角度對致密河道砂巖展布進行刻畫，相互驗證。

(3)相干體切片能有效預測Deep basin致密巖性體的最大邊界，在地質模型表征河道砂邊界模糊時，可以起到有效的細化和修正作用；在致密砂廣泛分布的不利因素下，可用于確定目標井位是否發育有效儲層。譜分解技術利用地質體在頻率域的調諧作用，能夠確定致密砂河道主體的發育范圍。如果能獲得該地層的速度，可以對儲層厚度做預測，有利于識別可經濟開發的井位目標。

(4)在Deep basin油氣田，將單井沉積相與地層切片劃分沉積相結合，把地震沉積學與地震屬性聯系起來，分析河道古地貌及沉積體系，為地震屬性賦予地質意義，增加了該油氣田致密砂巖河道預測的可靠性，為后續儲量計算、經濟性開發致密砂油氣藏奠定了基礎。