綜合正演模擬及分頻解釋技術預測粗面巖

董文波.

(中國石油遼河油田分公司勘探開發研究院，遼寧盤錦 124010)

遼河坳陷東部凹陷中段熱河臺油田、歐利坨子油田以及黃沙坨油田發育大規模粗面巖油藏，上報探明石油地質儲量近5 000×104t，顯示出了巨大的勘探開發潛力。但是由于國內、外粗面巖儲層發育較少，研究程度均較低，而且其巖石物理性質特殊，分布規律性差，具有較大的預測難度，一直以來都沒有形成具有針對性的預測技術。截至目前，國外由于尚未發現過大規模的粗面巖，所以預測技術研究處于空白階段[1]；而國內目前主要以巖相分析結合波阻抗反演技術為主[2-4]，即首先根據火山巖巖相分析預測粗面巖的大致分布范圍，再結合波阻抗反演對粗面巖分布進行精細刻畫。但遼河坳陷東部凹陷粗面巖均為溢流相，縱波阻抗特征與砂礫巖存在疊置區域，導致該方法在進行粗面巖預測時存在局限性和不確定性。

針對上述問題，本文應用實際地層速度、密度參數建立了地質模型，開展了正演模擬研究，分析了粗面巖特殊的地震響應特征，并根據正演模擬結果優選了頻譜分解技術和地震屬性分析技術聯合對粗面巖的空間展布進行預測，最后，通過鉆井證實了預測結果的可靠性以及該研究思路的合理性和可實施性。本文旨在通過對遼河坳陷東部凹陷的粗面巖進行預測，總結適合粗面巖分布預測的研究思路和相關技術，并為其他地區解決類似問題提供借鑒。

1 地質背景

圖1 研究區區域構造位置Fig.1 Structural location of target area

研究區位于遼河坳陷東部凹陷中段，主要包括熱河臺、歐利坨子以及黃沙坨3個構造單元，整體為呈北東向延伸的狹長條帶(圖1)。鉆井資料揭示區內主要地層為新生界古近系沙河街組三段、一段、東營組，新近系館陶組、明化鎮組及第四系地層。其中沙三段沉積時期，是本區火山巖形成的主要時期，受坳陷整體拉張作用控制，該時期歐利坨子斷層、界西斷層以及董家崗斷層劇烈活動，巖漿沿著這些主干斷裂向上運移至地表，形成大規模的粗面巖以及少量玄武巖，火山口沿斷層呈串珠狀展布[5-9]，粗面巖主要集中發育在正斷層下盤的低洼區域，向兩側高部位延伸逐漸變為泥巖或砂巖。由于火山多期活動，形成的粗面巖相互疊置，厚度較大，但分布分散，在董家崗斷層至界西斷層之間形成獨立巖體，不連續發育[10]。

2 地震正演模擬

通過正演模擬分析目標地質體的地震響應特征，進而優選具有針對性的地震技術是提高地震技術應用科學性和合理性的關鍵。鉆井資料表明，研究區粗面巖橫向上多漸變或突變為泥巖、粉砂巖、細砂巖或者砂礫巖，所以正演模擬研究主要基于上述巖性而開展。地質模型的建立思路主要包括以下3個方面：一是確定粗面巖的地震響應特征；二是分析粗面巖漸變為砂礫巖、細砂巖、粉砂巖時，地震反射特征的變化情況；三是分析粗面巖厚度變化對地震反射特征的影響。首先基于巖心及測井資料分別統計了粗面巖、泥巖、粉砂巖、細砂巖以及砂礫巖的速度、密度和厚度等參數，地質模型參數詳見表1，其中粗面巖最大厚度為50 m，靠近斷層一側漸變為10 m，在此基礎上，結合實際構造模式建立了地質模型進行正演模擬(圖2a)。由正演模擬結果圖2b可以看出，粗面巖表現為低頻、強振幅的地震反射特征，從粗面巖變為砂礫巖、細砂巖以及粉砂巖時，地震反射特征變化明顯，振幅逐漸減弱，當變化至粉砂巖時振幅最弱，頻率隨著巖性依次變化為砂礫巖、細砂巖、粉砂巖而逐漸升高。當粗面巖厚度從50 m漸變至10 m時，其振幅稍有減弱，但低頻、強振幅的響應特征基本保持不變。

表1 地質模型參數Table 1 Parameters of geological model

圖2 粗面巖地震響應特征Fig.2 Seismic response characteristic of trachytea.地質模型；b.正演模擬結果。

3 分頻解釋技術

分頻解釋技術是一種較新的三維地震數據體解釋性處理方法，它通過傅立葉變換將時間域的地震記錄轉換為頻率域的地震記錄，進而生成各頻階頻率切片，可以對具有典型頻率特征的目標地質體的空間展布特征進行研究[11]。頻譜分解技術是粗面巖分布預測新的突破點，可以實現對地震數據全頻率范圍進行分析并提取出粗面巖對應的特定頻率的地震信息，突出粗面巖體與沉積巖體的差異性，從而更有針對性地識別粗面巖體[12]。目前該技術尚未被應用到粗面巖的預測中，但是它在粗面巖空間展布特征分析以及邊界刻畫等方面具有巨大的應用潛力[13]。

由正演模擬結果可以看出，粗面巖發育區具有有別于圍巖的典型低頻響應特征，對此，應用離散傅立葉變換針對目的層段開展了頻譜分解工作，制作了頻率范圍為2～125 Hz的振幅調諧體(地震數據采樣間隔為4 ms)，結合已知井的粗面巖鉆遇情況以及粗面巖分布模式進行分析認為，當頻率為21 Hz時，振幅調諧體頻率切片呈現反映粗面巖空間展布的規律性歸一化調諧振幅異常(圖3)，虛線范圍即為預測粗面巖分布區域。該預測結果與鉆井揭示的粗面巖分布特征完全吻合。

圖3 振幅調諧體頻率切片(21 Hz)Fig.3 Frequency slice of tuning cube (21 Hz)

4 地震屬性分析技術

由正演模擬結果可以看出，粗面巖發育區具有明顯的強振幅特征，而且該特征隨著粗面巖厚度的減小并沒有明顯變化，所以理論上可以應用能表征該振幅異常的振幅統計類屬性對粗面巖的分布進行預測[14-18]。研究表明，研究區粗面巖均為溢流相，與上覆、下伏沉積巖均以沉積接觸的方式交互發育，具有等時性。由于發育粗面巖的沙三段地層為楔形結構，所以本文采用了基于地層切片進行地震屬性分析的方法，顯然，由此提取的地震屬性更具有等時意義，有利于準確刻畫粗面巖的空間展布。

考慮到砂巖、砂礫巖發育區也會引起振幅異常，相比較于粗面巖明顯振幅異常而言，砂巖、砂礫巖發育區產生的振幅異常相對較弱，所以在優選地震屬性時，需要考慮以下兩個方面：一是對振幅異常敏感；二是可以過濾或者壓制砂巖、砂礫巖引起的振幅異常。在相關分析的基礎上，優選了平均反射強度和平均波峰振幅兩種屬性。因為上述兩種屬性對粗面巖引起的振幅異常比較敏感，而且其算法具有均值效應，能有效壓制由砂巖、砂礫巖引起的振幅異常，更有利于突出由于粗面巖發育引起的明顯振幅異常[19-23]。圖4a為平均反射強度，圖4b為平均波峰振幅，兩者的東南邊界為工區內一條主干斷層，斷層南東方向的鉆井資料顯示不發育粗面巖。由圖4可以看出，虛線范圍為明顯的規律性振幅異常區，結合正演模擬的粗面巖響應特征，將該異常區解釋為粗面巖發育區，該預測范圍與鉆井揭示的粗面巖發育范圍完全吻合，而且與應用分頻解釋技術的預測結果具有較高的一致性。

5 效果分析

在對粗面巖進行預測之后，工區新完鉆井共計7口，其中o35-44-28、o35-42-27、o35-42-28等3口井完鉆井深較淺，未鉆至粗面巖發育層位，無法用于驗證預測結果。另外4口井均不同程度在預測層位鉆遇粗面巖，粗面巖厚度依次為o35-48-26井63 m，o35-46-27井35 m，o35-44-30井19 m，o35-52-25井5 m，與預測結果完全一致，通過上述分析，充分證實了該技術方法預測粗面巖分布的可靠性，也證實了該技術系列的合理性。

圖4 地震屬性預測粗面巖分布Fig.4 Apply seismic attributes to forecast the distribution of trachytea.平均反射強度；b.平均波峰振幅。

6 結論

(1)粗面巖發育區具有低頻、強振幅的地震響應特征，而且隨著粗面巖厚度的變化該反射特征基本保持穩定。

(2)基于正演模擬確定粗面巖的地震響應特征，在此基礎上，以頻譜分解技術為主，結合地震屬性分析技術可以實現對粗面巖分布的預測，最后結合鉆井資料對分布結果進行驗證，是粗面巖預測的有效技術手段。