分頻RGB融合技術在精細刻畫沉積微相中的應用

馬佳國，王建立，周 卿，李文濱，李福強

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

研究區位于渤海西部海域沙壘田凸起東段，相繼發現大中型油氣田5個，儲層集中在明化鎮組，主要油藏類型為構造-巖性油氣藏。渤海海域近十來年的油氣勘探，發現新近系明化鎮組油氣儲量巨大，需要對明化鎮儲層深入研究以支持勘探開發[1-2]。鉆井證實渤海海域明化鎮組上段主要發育辮狀河沉積、高彎度復合曲流河疊切沉積、極淺水三角洲沉積；明化鎮組下段主要發育低彎度單曲流河沉積。明化鎮組沉積有較明顯的兩極分化，即低彎度單曲流河沉積(表現為“泥包砂”特點：砂巖百分含量10%～20%，砂巖厚度3～10 m，地震剖面特征清晰，地震屬性容易刻畫儲層的展布)、高彎度多曲流河疊切片狀砂沉積(表現為“砂包泥”特點：砂巖百分含量35%～60%，砂巖厚度15～40 m，“富砂型”地層地震反射弱，常用的90度相移技術、儲層反演技術較難刻畫儲層內部結構)。

前人的研究對“泥包砂”儲層總結了成熟的研究方法[3]。本文針對“富砂型”儲層的砂體精細刻畫問題，以渤海地區C油田明上段B砂體為靶區進行了深入研究。該砂體有1口探井、10口過路評價井，鉆井揭示砂體構造幅度較低，約50 m。過路井鉆遇砂體厚度在10～35 m，屬于“富砂型”儲層。評價過程中，對沉積微相認識存在分歧，并且多口評價井間距不遠，油水界面差別較大，兩個問題制約下一步的評價。精細研究沉積微相過程中，通過各種屬性切片，能夠直觀將目標砂體的空間幾何形態及微觀特征展示出來。但對厚砂體或楔狀沉積砂體，簡單的屬性切片并不能很好地將砂體形態直觀展示，也不能降低沉積微相的多解性。而分頻體中的各個離散單頻體對特定厚度的砂體有較好的響應效果，因此對厚度變化較大的砂體可以采用分頻體融合的方式進行研究，分頻RGB融合技術可用于精細刻畫砂體邊界及內部關系[4-5]。B砂體曾經解釋為曲流河疊切形成的片狀砂沉積，與鉆后地質分析有矛盾，制約了目前調整井的部署。而利用分頻RGB融合技術，平面上直觀展示了砂體的沉積期次，結合剖面特征及巖心資料，認為該砂體可能為進積型淺水三角洲沉積，該觀點能合理解釋地質上的矛盾。

1 地震資料

1.1 資料采集與處理

該區地震資料使用了高分辨率采集和處理技術方法，采用雙源六纜采集方式，三維面元密度為18.75 m×12.5 m，有效頻帶寬為5～110 Hz、主頻約55 Hz。在處理方面盡可能減少噪聲參加疊加，以精確的疊加速度達到同相疊加，提高信噪比和保持分辨率[6]。偏移前后三次應用了反Q濾波，補償隨深度增加而衰減的高頻成份，盡可能在有效頻率范圍內，爭取最大頻寬，成果數據體有效頻寬為8～100 Hz。經過偏移速度場建立、平滑和鉆井速度標定獲得較高精度偏移速度后，應用phase-shift三維偏移，獲得了理想的歸位效果。通過高分辨率的數據采集和處理過程中重要環節嚴格把控，獲得高密度寬頻帶的地震數據體，為精細刻畫巖性邊界提供有力資料基礎。

1.2 傾角導向濾波

海上地震資料隨機噪音的存在對小尺度斷層、巖性邊界的刻畫非常不利，因此在刻畫小尺度河道之前，對地震資料進行濾波降噪非常必要。傳統的中值濾波是在水平方向上求取相鄰道集振幅的相關性，是典型的網格導向濾波方法。該方法能分離出隨機噪聲，但對有構造變化的微小斷層及巖性邊界的刻畫極為不利[7]。本次采用OpendTect軟件的傾角導向濾波方法提高信噪比，增強斷層巖性邊界。該方法是通過3D傅里葉變換技術計算每個采樣點在三維空間中的傾角和方位角獲得傾角體，并在傾角體的約束下對地震數據進行濾波，能將有效信號和隨機噪音進行區分，進而改善同相軸的橫向連續性，增強斷層或巖性邊界信息[8-9](見圖1)。從圖中可以看到地震軸橫向連續性有了明顯改善，斷層兩側非常干脆，利用這套資料為后續分頻RGB融合提供資料基礎。

圖1 傾角濾波前后剖面對比

2 分頻及RGB融合過程及效果

2.1 分頻融合原理

2.1.1 分頻技術

頻譜分解技術是利用數學變換將地震信號從時間域轉換到頻率域，在頻率域內對儲層進行刻畫避免了時間域內不同頻率的相互干擾，對厚層砂巖及薄儲層都有很好的識別能力。頻譜分解方法經歷短時傅里葉變換(STFT)、連續小波變換(CWT)和廣義S變換(ST)三個階段。短時傅里葉變換公式中的時窗函數是固定的，不會因信號頻率的變化而改變，因此只適合分析分段平穩信號或者近似平穩信號，轉換得到的單頻體往往不能反應真實的信號。連續小波變換在STFT的基礎上引進了小波基函數，利用時窗的伸縮和平移對信號的頻率進行分析，因此連續小波變化具有多分辨率的特點。廣義S變換以時間和頻率為變量，建立一個聯合函數來描述信號，更好地實現時頻局部化分析，能同時提高時間分辨率和頻率分辨率，表達式為：

(1)

式中：h(t)為地震信號；f為頻率，Hz；τ為時窗函數的中心點。

分頻解釋技術主要利用譜分解得到的兩種類型的數據體：調諧體和離散頻率能量體。離散頻率體與常規數據體在垂向上均為時間，但離散頻率體只包含單一的頻率成分，可以通過不同頻率能量的變化來研究儲層的垂向分布。調諧數據體是沿層或對兩層之間進行短時窗離散傅氏變換, 生成在垂向上頻率連續變化的振幅數據體。平面上研究儲層在調諧體上不同頻率上的響應，可以發現很多常規數據體下地震屬性無法獲得的信息。

2.1.2 RGB融合技術

RGB分頻混色技術是指首先對地震數據提取不同頻率的屬性體，然后將其中3個屬性體生成切片進行RGB混色顯示。三維地震數據體通過分頻變成四維數據體，又通過融合顯示重新變回三維數據體，卻突出顯示了不同巖性之間的邊界，并由顏色區分出了各個巖性組合地質體的形態，這是目前時頻分析的最佳成像方式。其具體實現過程是以三基色(紅、綠、藍)原理為基礎,每種基色對應0～255個等級，任何一種顏色都可以通過基色調融合生成，融合算法的數學模型為{(R,G,B)|0≤R≤255，0≤G≤255，0≤B≤255}共能定義出256×256×256=16 777 216種顏色。通過融合切片上色標亮度反映巖性變化，色度反映厚度及期次變化。因此，RGB融合技術非常有利于研究儲層邊界及河道交切關系。

2.2 單頻體優選

離散單頻體即調諧頻率體。研究表明，不同厚度砂體具有不同的調諧頻率，即特定厚度的砂體具有特定的響應頻率，在該頻率體上提取屬性，能更清楚的刻畫砂體的邊界及內部結構。本文研究靶區砂體的厚度分布在7～30 m(表1)，結合工區地震資料有效頻寬及地震速度選取20 Hz、40 Hz、70 Hz三個頻率體，對應的調諧厚度能實現目標砂體厚度包絡的刻畫，分別賦予R、G、B三原色。地震屬性種類繁多，其中振幅類屬性對儲層的刻畫是最有效的屬性之一，因此通過對研究區目的層屬性敏感性分析，選取瞬時振幅屬性來精細刻畫砂體形態。

表1 地震頻率對應調諧厚度表

2.3 分頻融合效果

從融合切片上，根據顏色的不同，及顏色飽和度的不同，能直接識別出不同沉積期次朵體的邊界。圖中南部g、f朵體為最晚期沉積體，其垂向上厚度最大，單頻體上以低頻能量為主，融合切片上以紅色基調為主；中間藍色、玫紅色為主的朵體為中期沉積體，砂體厚度適中，各頻段能量比較均衡；西北角砂體為早期朵體沉積，砂體厚度偏薄，融合切片上以黃白色為主。砂體的融合切片上的形態，符合三角洲沉積砂體發育的平面形態，三角洲根部的曲流河形態清楚，三角洲朵體發育范圍、邊界及朵體期次易于判別(圖2)。

圖2 RGB融合屬性效果

3 沉積微相研究

3.1 早期認識

渤海西部海域明化鎮組砂巖沉積厚度從10～60 m不等，主要沉積類型有辮狀河沉積、曲流河沉積和極淺水三角洲沉積。垂向上看，明下段主要發育單曲流河，少量發育復合曲流河沉積相。明上段主要發育復合曲流河、辮狀河沉積相。研究區目標砂體位于明下段晚期，處于砂體沉積的水動力由弱到強過渡時期，因此沉積微相存在多解性。早期鉆遇該砂體的評價井少，但油水界面均不統一，且常規地震屬性圖無明顯形態指示，認為該砂體是高彎度曲流河點壩砂體連片疊切沉積，以孤立點壩砂體模式指導聯井對比。隨著評價井的增多，這種沉積模式暴露出不少矛盾。在本次研究中，通過高精度河砂融合屬性，對沉積微相提出新的認識。

3.2 后期認識

砂體精細描述應該認清砂體邊界、重建砂體的沉積過程、剖析儲層構型、片狀砂背景下的河道發育過程及砂體連通性。顯然常規的地震屬性已經無法滿足如此精細刻畫的要求。通過多屬性融合，以地層切片的方式動態研究砂體發育全過程，才能真正解剖砂體，有利于滾動勘探評價。

探井J井在該層段有取心，巖心以灰綠色粉砂質泥巖、棕褐色層狀粉砂巖、細砂巖為主，斜交紋理發育(如圖3)，初步認為符合三角洲沉積特點[10]。從河砂融合切片上能清楚看到砂體形態(圖2)，主河道與各朵體均清晰可見，朵體沉積間灣刻畫清晰。以地層切片方式研究該砂體從早期到晚期的演化過程，可以清楚看到各時期的三角洲朵體疊置過程。從90度相移剖面上也能看到多期砂體疊置的證據(圖4)，剖面上能清楚看到早、中、晚期砂體疊置的沉積過程，結合巖心、融合切片及地震剖面，認為該砂體為三角洲沉積[11]。結合圖2及圖5，M井、N井位于三角洲最前端，其砂體沉積頂界面最高，油水界面為-874 m，屬于晚期朵體沉積；P井、Q井位于三角洲中前端，其砂體頂界面略低，油水界面為-890 m；R井、S井、T井和J井鉆遇三角洲沉積主體，其砂體頂界面最低，油水界面為-900 m。據此分析得出該砂體為水退進積型湖泊相極淺水三角洲沉積。

圖3 巖芯照片

圖4 90度相移剖面

4 應用效果

4.1 小層對比

確定砂體為水退進積型湖泊相極淺水三角洲沉積，砂體的精細小層對比不再以等時沉積原理為標準。早期認為該砂體是高彎度曲流河點壩疊置沉積，砂體小層對比時，將油水界面不統一的井劃分為不同的孤立點壩砂體(如圖5a)。本次研究后，將砂體小層對比方法以三角洲進積疊置原理對比(如圖5b)。依據井上顯示砂體頂面高度，及在平面切片的位置關系，將整個砂體分成三期朵體沉積砂，理清砂體的疊置關系，統一了砂體油水界面，為后期部署調整井提供可靠依據。

4.2 砂體精細刻畫

砂體早期過路井不多，認為砂體沉積微相是高彎度曲流河點壩砂體連片疊切沉積，砂體追蹤過程中，以砂體頂底包絡面方式追蹤，這種方式以計算線的方式掩蓋油水界面不統一的問題，在計算儲量過程中產生較大誤差，同時給井位部署帶來困難。通過本次研究，用新的沉積模式有效指導砂體精細刻畫，將砂體拆分成早、中、晚三期朵體沉積，為精細儲量復算及后期調整井部署提供可靠依據。

圖5 砂體對比模式變化

5 結論

(1)高分辨率、寬頻帶地震資料及高保幅性處理是實現小尺度河道研究的資料前提，采用傾角導向濾波技術，能有效降噪，突出變化點信息，為后續精細刻畫巖性變化帶提供資料基礎；采用90度相移技術，在此基礎上精細追蹤砂體，為做等時地層切片提供有力保證。

(2)分頻RGB融合切片將砂體內部巖性變化帶刻畫清楚，有利于直觀研究砂體沉積過程和沉積微相，對精細研究砂體有著非常重要的作用。結合取心資料及油藏資料，重新認識砂體的沉積微相，認為該砂體屬于水退進積型湖泊相極淺水三角洲沉積微相。

(3)結合融合屬性及取心資料，對砂體的沉積模式有新的認識，認為該砂體屬于水退進積型湖泊相極淺水三角洲沉積微相。并用該觀點成功解釋多套油水界面問題，依據油水界面，將該復合砂體精細拆分成早、中、晚三期朵體沉積，為后期部署評價井提供有力依據。