基于地震沉積學(xué)原理的河道砂體精細(xì)刻畫
——以四川盆地龍崗地區(qū)沙溪廟組致密氣藏為例

李 明 李 飛 楊宗恒 王錦西 梁 鋒 李正勇 梁 菁 唐青松

1.中國(guó)石油西南油氣田公司川中油氣礦 2.中國(guó)石油西南油氣田公司致密油氣勘探開(kāi)發(fā)項(xiàng)目部

0 引言

沙溪廟組是川中地區(qū)侏羅系已發(fā)現(xiàn)的埋深最淺的一套含油氣層位，目前已在公山廟、天池、雙河場(chǎng)和八角場(chǎng)區(qū)塊累計(jì)提交原油三級(jí)儲(chǔ)量超5300×104t，天然氣三級(jí)儲(chǔ)量超37×108m3，展示了沙溪廟組良好的勘探開(kāi)發(fā)前景[1-6]。近90口井的鉆探結(jié)果表明，川中龍崗地區(qū)沙溪廟組一段（沙一段）普見(jiàn)油氣顯示，顯示類型以氣侵、油氣侵、井漏為主，顯示井次達(dá)70余次。由于多數(shù)井的鉆探目的層為下部的長(zhǎng)興、飛仙關(guān)和雷口坡組，針對(duì)沙一段試油的井僅17口，試油井段多集中在沙一段底部的席狀砂體，針對(duì)河道砂體試油的共6口井，獲工業(yè)油井3口，試油成功率為50%。早期該區(qū)主要采用沿層屬性切片方式刻畫河道，其成果切片穿時(shí)效應(yīng)明顯，河道平面預(yù)測(cè)效果欠佳。

地震沉積學(xué)是近20年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一門獨(dú)立學(xué)科，其概念最早由曾洪流等于1998年提出，2000年左右引入國(guó)內(nèi)，隨后國(guó)內(nèi)眾多專家學(xué)者在陸相盆地的研究應(yīng)用也越來(lái)越廣泛[7-10]。由于其有別于以往的地震屬性解釋方法，主要采用90°相位轉(zhuǎn)化、分頻解釋和地層切片等技術(shù)手段開(kāi)展沉積相的平面展布刻畫[11]，在改善地質(zhì)體平面成像和薄層識(shí)別方面都具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。為此，筆者利用該方法在龍崗地區(qū)沙一段開(kāi)展了新一輪的河道砂體預(yù)測(cè)方法研究，獲得了精度更高，可靠性更強(qiáng)的河道砂體平面分布成果圖件。

1 地質(zhì)背景

龍崗地區(qū)位于川北古中坳陷儀隴——平昌低緩構(gòu)造帶，該區(qū)沙一段為一套陸相碎屑巖沉積物，地層厚度介于350～520 m。沙一段沉積相帶屬于濱淺湖——三角洲平原亞相（圖1），其底部巖性以灰綠色、淺灰色泥巖為主，夾薄層粉砂巖，砂泥巖縱橫向發(fā)育分布較穩(wěn)定，主要為濱淺湖相沉積物；中部主要為巨厚的紫紅色、暗紫紅色泥巖夾灰色中——細(xì)砂巖（以分流河道沉積為主，見(jiàn)少量灘壩沉積），砂體厚度一般介于4～30 m，河道砂體是重要的儲(chǔ)層發(fā)育段；沙一段頂部沉積時(shí)期湖水快速推進(jìn)，逐漸進(jìn)入濱淺湖沉積，巖性以灰綠色泥巖為主，夾灰綠色粉——細(xì)砂巖，其頂界與沙二段底部的黑色葉肢介頁(yè)巖或黑色砂質(zhì)頁(yè)巖分界。

2 地震沉積學(xué)方法及其工作流程

地震沉積學(xué)是通過(guò)對(duì)高精度三維地震資料開(kāi)展平面屬性特征分析，來(lái)達(dá)到研究沉積巖石學(xué)、地貌學(xué)、沉積模式和沉積充填史目的的一種方法[7]。地震沉積學(xué)的研究?jī)?nèi)容包括地震巖性學(xué)和地震地貌學(xué)2部分[8]，其技術(shù)關(guān)鍵包含90°相位轉(zhuǎn)化、分頻解釋和地層切片等方面[11]。

筆者采用地震學(xué)積學(xué)方法開(kāi)展沉積體刻畫，工作流程（圖2）包括：①利用三維地震數(shù)據(jù)開(kāi)展90°相位轉(zhuǎn)化，將反映地層界面信息的地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為反映巖性地層信息的巖性數(shù)據(jù)體；②利用測(cè)井資料在相位轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)體上開(kāi)展井震標(biāo)定，確定區(qū)域上相對(duì)穩(wěn)定的等時(shí)標(biāo)志層，并開(kāi)展等時(shí)標(biāo)志層的對(duì)比解釋；③開(kāi)展分頻處理，以獲得代表不同調(diào)諧厚度的分頻數(shù)據(jù)體；④對(duì)分頻數(shù)據(jù)體開(kāi)展地層切片和顏色融合顯示，最終獲得地質(zhì)體的平面分布圖件。

3 地震沉積學(xué)的應(yīng)用

龍崗地區(qū)三維地震資料品質(zhì)總體較好，目的層沙一段主頻主要集中在50 Hz左右，有效頻帶范圍主要分布在20～80 Hz，優(yōu)勢(shì)頻帶主要分布在30～70 Hz。筆者利用該套三維地震資料在沙一段開(kāi)展了地震沉積學(xué)研究，獲得了能夠反映該區(qū)沙一段河道砂體的平面分布成果圖件。

3.1 90°相位轉(zhuǎn)化

地震資料90°相位轉(zhuǎn)化的基本原理是將零相位的原始地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為－90°相位的地震數(shù)據(jù)，從而達(dá)到利用地震同相軸快速識(shí)別巖性的目的[12-13]。在對(duì)實(shí)際地震資料開(kāi)展90°相位轉(zhuǎn)換之前，筆者首先建立了楔狀砂體模型開(kāi)展正演模擬來(lái)分析砂體在零相位和－90°相位剖面上的地震響應(yīng)特征（砂巖厚度范圍為0～50 m，剖面長(zhǎng)度為500 m，砂巖速度為5 000 m/s，泥巖速度為4 300 m/s，地震子波為50 Hz的雷克子波）。通過(guò)零相位和－90°相位的正演模擬結(jié)果（圖3）可以看出，在零相位正演模擬記錄上地震同相軸為巖性界面的響應(yīng)（子波旁瓣的響應(yīng)除外），當(dāng)砂體厚度較薄時(shí)地震同相軸的空間位置與真實(shí)的巖性界面會(huì)出現(xiàn)一定程度的偏離；在－90°相位正演模擬記錄上，地震同相軸不再是巖性界面的響應(yīng)，其波峰主瓣對(duì)應(yīng)于砂體，并且不論砂體的厚薄波峰極大值均能與砂體中心相對(duì)應(yīng)。因此，通過(guò)對(duì)零相位地震數(shù)據(jù)開(kāi)展90°相位轉(zhuǎn)換可以實(shí)現(xiàn)與阻抗反演相類似的功能，從而達(dá)到利用同相軸識(shí)別巖性的目的。圖4為研究區(qū)內(nèi)實(shí)際零相位時(shí)間偏移剖面和－90°相位轉(zhuǎn)換剖面的對(duì)比圖，圖中左側(cè)紅色測(cè)井曲線為伽瑪曲線，右側(cè)藍(lán)色測(cè)井曲線為聲波曲線（下同）。可以看出，90°相位轉(zhuǎn)化后的剖面上薄層和厚層砂體與地震同相軸也有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。由此說(shuō)明，應(yīng)用該方法在研究區(qū)沙一段開(kāi)展巖性識(shí)別具有可行性。

圖2 地震沉積學(xué)工作流程圖

3.2 分頻處理

圖3 零相位和－90o相位理論子波正演模擬記錄對(duì)比圖

圖4 過(guò)LG11——TC2井零相位地震剖面與－90o相移剖面對(duì)比圖

分頻解釋技術(shù)是將目標(biāo)地質(zhì)體從時(shí)間域轉(zhuǎn)換到頻率域，通過(guò)在不同主頻的調(diào)諧體上分析研究地質(zhì)體與調(diào)諧振幅的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)達(dá)到預(yù)測(cè)地質(zhì)體橫向變化規(guī)律的目的[14-17]。根據(jù)龍崗地區(qū)三維地震資料頻譜分析結(jié)果，筆者利用連續(xù)小波變換方法在－90°相移數(shù)據(jù)體上開(kāi)展分頻處理，得到了20～80 Hz、步長(zhǎng)為10 Hz的7個(gè)調(diào)諧數(shù)據(jù)體。以30 Hz、40 Hz、50 Hz、60 Hz、70 Hz調(diào)諧體為例，圖5為過(guò)LG18井不同主頻的調(diào)諧體－90°相移剖面對(duì)比圖，對(duì)比結(jié)果表明藍(lán)色箭頭所指向的厚層砂體在低、中、高主頻的調(diào)諧體上均能對(duì)應(yīng)于波峰反射（砂體中心均對(duì)應(yīng)于波峰極大值附近），但紅色箭頭所指向薄層砂體在較高主頻的調(diào)諧體上響應(yīng)特征更為明顯，主要體現(xiàn)在紅色箭頭所指向的測(cè)井曲線峰值越來(lái)越靠近地震資料中的波峰反射。因此，開(kāi)展分頻解釋的目的就是為了利用不同分頻調(diào)諧體的調(diào)諧厚度差異，來(lái)實(shí)現(xiàn)不同厚度的砂體的有效識(shí)別。

圖5 過(guò)LG18井不同主頻的調(diào)諧體－90o相移剖面圖

3.3 地層切片及分頻融合

地層切片是在2個(gè)具有等時(shí)對(duì)比意義的地震同相軸之間進(jìn)行等比例內(nèi)插得到的一系列振幅切片[18-20]。在開(kāi)展地層切片之前，等時(shí)標(biāo)志層的追蹤是關(guān)鍵，等時(shí)標(biāo)志層應(yīng)選用區(qū)域上與地質(zhì)等時(shí)界面平行或相當(dāng)?shù)牡卣鹜噍S[3,5]，其追蹤的準(zhǔn)確程度將直接影響地層切片的最終效果。通過(guò)對(duì)90°相位轉(zhuǎn)化后的地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行井震精細(xì)標(biāo)定，在龍崗地區(qū)確定了以沙二段底界、沙一段中上部標(biāo)志層和沙一段底界作為等時(shí)標(biāo)志層開(kāi)展沙一段的地層切片，共獲得了219張地層切片。通過(guò)將30、50、70 Hz調(diào)諧體的第117張地層切片和3種切片的RGB融合切片進(jìn)行對(duì)比（圖6），可以看出，不同頻率的調(diào)諧體切片上分流河道輪廓存在一定的差異。其中30 Hz調(diào)諧體切片對(duì)于識(shí)別主河道（厚度較大）效果較好，50 Hz調(diào)諧體切片的主河道內(nèi)部特征已經(jīng)開(kāi)始變?nèi)酰?0 Hz調(diào)諧體切片主河道外相對(duì)厚度較薄的分支河道特征較為明顯，RGB三原色融合切片（其中30 Hz切片為紅色，50 Hz切片為綠色，70Hz切片為藍(lán)色）河道的邊界特征和連續(xù)性也得到了一定程度的改善。

圖6 分頻體地層切片及分頻顏色融合切片對(duì)比圖

4 應(yīng)用效果分析

早期研究區(qū)沙一段采用均方根振幅、道積分屬性的沿層切片開(kāi)展過(guò)河道砂體預(yù)測(cè)，其預(yù)測(cè)效果不理想。通過(guò)對(duì)比研究區(qū)沙一段中上部同一期河道的早期切片及本次的分頻顏色融合地層切片（圖7），可以看出，3種切片上主河道及分支河道的分布形態(tài)基本一致，差異主要體現(xiàn)本次的平面預(yù)測(cè)成果上切片的穿時(shí)效應(yīng)得到了有效降低，刻畫的河道連續(xù)性和完整性得到明顯改善。實(shí)鉆效果上，LG11、TC2、LG166井鉆探證實(shí)鉆遇南部的主河道，砂體厚度分別為38.0、35.3、37.0 m；LG18井鉆遇該主河道的分支河道，砂體厚度為18.0 m，但區(qū)內(nèi)其它井并未鉆遇厚層砂體出。另外，早期預(yù)測(cè)成果難以有效識(shí)別沙一段底部某些小型河道的分布（圖8-a、b），對(duì)比本次研究成果（圖8-c）可以看出分頻顏色融合切片在窄小河道的識(shí)別上也具有明顯的優(yōu)勢(shì)，如LG001-18井鉆遇其中一條河道，證實(shí)砂體厚度為12.0 m（接近該區(qū)地震資料λ/8的分辨極限）。因此，地震沉積學(xué)方法在研究區(qū)沙一段河道砂體的平面預(yù)測(cè)中具有較好的適用性，其成果圖件能夠?yàn)樵搮^(qū)沙溪廟組的油氣勘探開(kāi)發(fā)提供有效的支撐。

5 結(jié)論

由于四川盆地沙溪廟組一段的河道砂體具有較好的含油氣性，因此對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的識(shí)別具有重要意義。

1）對(duì)原始地震數(shù)據(jù)開(kāi)展90°相位轉(zhuǎn)化，可以快速實(shí)現(xiàn)地震的巖性識(shí)別，地震同相軸與砂體中心相對(duì)應(yīng)，可以更為真實(shí)反映砂體發(fā)育的空間位置。

2）分頻解釋技術(shù)利用不同主頻的調(diào)諧體在調(diào)諧厚度上的差異可以有效的提高薄層砂體的識(shí)別能力，砂體的縱向分辨能力可達(dá)λ/8的分辨極限。

圖7 沙一段中上部沿層屬性切片與分頻顏色融合地層切片對(duì)比圖

圖8 沙一段底部沿層屬性切片與分頻顏色融合地層切片對(duì)比圖

3）與早期的河道刻畫成果相比，地層切片方法可以有效的降低平面切片的穿時(shí)效應(yīng)，河道連續(xù)性得到了顯著改善；利用不同主頻調(diào)諧體的地層切片開(kāi)展分頻顏色融合，提高了河道的平面成像效果，河道分布與實(shí)鉆情況基本一致。