旬宜探區盒1段河道砂體地震精細刻畫技術

韓向義，趙瑩彬，楊春峰，常文鑫，邱彥平，李國輝

（1.中國石化河南油田分公司勘探開發研究院，河南鄭州 450048；2.中國石化經緯有限公司華北測控公司，河南南陽 473132）

旬邑-宜君探區（簡稱旬宜探區）位于鄂爾多斯盆地南部，處在伊陜斜坡和渭北隆起的結合部位，構造格局清晰，地層平緩，整體構造呈北西傾向的平緩單斜，傾角1°～2°。探區跨陜西省旬邑、宜君、黃陵等縣，面積1 140.325 km2。“十三五”油氣資源評價顯示，旬宜探區古生界天然氣資源量達2 290×108m3，具有較大的勘探潛力。通過古水流、重礦物、輕礦物和構造演化等研究，明確旬宜探區主要受控于南部物源體系，其上古生界主力勘探層系二疊系石盒子組主要發育一套自南向北的三角洲沉積體系，砂體主要受水下分流河道控制，縱向上河道多期疊置，橫向上河道側向遷移，砂體變化快且厚度薄，儲層物性差，為致密砂巖儲層[1-5]。河道相帶的精細刻畫是困擾旬宜探區致密氣藏勘探的主要技術瓶頸之一，河道砂體預測制約著勘探研究的進展[6-7]。

近年來，致密油、頁巖油、頁巖氣等非常規油氣勘探已成為國內外油氣勘探的熱點領域，中外學者對利用地震資料預測河道砂體開展了大量的研究。王世瑞等提出了基于地震屬性特征預測河道砂體的技術[8]，但對于致密砂巖效果欠佳；李國發等基于正演模型，提出單砂體對應“零值時間”的地震切片技術[9]，為薄互層條件下單砂體解釋提供了思路，但是實際生產中“零值時間”難以確定；Zeng等提出了薄層分辨率的概念，通過地震識別薄層砂體來預測河道砂，但實際地震波是多組薄砂體的綜合響應，而且地層結構復雜，因此精度也較低[10-11]。本文從已鉆井出發，開展了盒1段致密砂巖儲層的地震和測井的響應特征研究，根據其響應特征，利用地震切片技術從目的層段上下連續沿層做地震切片，根據地震切片中河道的遷移特征確定河道砂的反射時間；再依據切片對應的時間段確定砂體的地震屬性提取時窗；在測井和地震的聯合控制下開展波形差異反演，提高垂向分辨率，最后根據地震切片平面圖和地震反演剖面圖相結合精細刻畫河道砂體空間展布，為探井部署提供依據。探井鉆探效果表明預測成果與實鉆結果吻合，該技術對旬宜探區河道砂氣藏的勘探和突破具有一定的指導意義。

1 河道砂體地震精細刻畫流程

由于研究區現有地震資料頻帶較窄，垂向分辨率難以提高，若對地震資料進行拓頻處理來提高垂向分辨率，則會破壞振幅的保真度，實際應用效果不佳；再加之研究區盒1段雖然砂體發育，但是總體致密，且具有橫向變化快、非均質性強、厚度薄等特點，給利用地震資料預測砂體帶來了極大的挑戰，如何充分利用現有地震資料開展河道砂體精細刻畫是當前油氣勘探突破的關鍵。

傳統的河道砂體刻畫主要依靠地震振幅屬性或地震反演技術，受分辨率影響在致密砂巖儲層中其預測精度較低，本次研究針對區內實際地質特點和現有測井、地震、地質資料，提出了一套完整的砂體刻畫技術流程（圖1）：首先從河道砂體測井、地震解釋結果出發，利用地震切片技術最大限度地提取砂體地震反射的橫向信息，用于巖性的識別和河道砂體展布刻畫；其次，由于區內古生界勘探程度較低，已鉆井資料較少，疊后地質統計學反演提高分辨率的方法適用性非常差，而波形差異反演是在對地震資料解釋層位對應的波形（主要為振幅）差異分析的基礎上，結合已鉆井對應地層的實際地質信息、井空間分布距離等，得到波形差異反演數據體，并綜合地震切片資料實現河道砂體的識別和展布的精細刻畫。

圖1 研究區河道砂體精細刻畫流程

2 河道砂體測井、地震解釋

2.1 河道砂體測井解釋

旬宜探區二疊系下石盒子組以三角洲平原沉積為主。物源區為南部的加里東褶皺帶，巖石分區以泥巖-砂巖區為主，表現為三角洲沉積環境，河道由南向北延伸。區內J1井區分流河道發育，河道底部見底礫巖。沉積物為灰白色粗-細砂巖及深灰、灰綠色泥巖，含有植物化石；以盒1段沉積相為代表，主要沉積亞相為辮狀河三角洲前緣。根據研究區內兩口鉆井資料制作連井剖面，精細對比XY1井和J1井盒1段砂體展布特征（圖2）。

由圖2可知，區內盒1段砂體縱向、橫向變化明顯，縱向上砂體疊置，單層厚度較薄，厚層砂體由多個單層砂體疊加而成；橫向上砂體變化快，連續性差。儲層內部砂泥巖的測井響應特征差別不明顯，但總體上砂巖呈現出高速度、高密度特征；自然伽馬可反映大段砂泥巖組合，但規律性不強。

2.2 河道砂體地震解釋

研究區針對上古生界目標層開展主頻32 Hz，頻寬10～70 Hz較寬頻帶的高保真地震資料處理，地震數據采集、處理的時間采樣率為1 ms，面元尺寸為10 m×10 m。上古生界疊前時間偏移處理成果的信噪比高、波組特征明顯、地震反射同相軸連續性好，易于追蹤對比，且能夠較好地體現巖性變化及斷裂特征。

J1井與XY1井標定結果表明：盒1段底界在地震剖面上呈中-強振幅、連續波峰反射，可以追蹤對比。但是受到砂體厚度、物性、巖性組合影響，同相軸能量強弱橫向上變化很快，并且還會出現間斷。盒1段砂體在地震剖面上表現為短軸強反射的地震響應特征（圖3），通過對盒1段儲層正演模擬結果和地震剖面振幅特征分析認為，地震振幅能夠較好地表征砂巖，砂體越厚振幅越強，且砂體在橫向上變化快，導致砂體所對應的地震反射振幅呈短軸強反射。

圖3 J1井和XY1井連井地震剖面

3 河道砂體地震精細刻畫

3.1 沿層地震振幅切片技術

研究區盒1段砂巖平均速度4 600 m/s，主頻只有30 Hz左右，地震縱向分辨率在三十余米，因此地震響應通常表征的是一組砂體的綜合響應，不能反映單砂體的響應。通常情況下，所提取的沿層瞬時振幅屬性表征的是上下兩套砂體的綜合響應，想要通過地震獲取單砂體的展布特征顯得極其困難。通過調研相關文獻發現，沿層振幅屬性在某一時刻可以清楚地反應單砂體或砂層的形態，不受其他砂層的影響[12]。在地震資料縱向分辨率不足的時候，想要獲取砂體展布可以充分利用地震資料的橫向分辨率。國內外一些專家學者認為兩套砂體地震反射為兩個復合波的疊加，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。但是實際地震子波在時間和空間上都是變化的，并不穩定，致使振幅也不穩定，其次目的層段存在多個旋回組合和過渡性巖性，因此難以找到準確的“零值時間”[13-14]。

本次研究主要根據實際地震、地質資料，依據切片在某一時刻可以反應砂體展布的原理，沿層上下做切片，通過觀察切片上的河道，找到具有明顯河道特征的切片，然后把切片按層提取出來，根據井震標定看切片層是否對應到鉆井資料的砂體上，以此來優選反映單砂體的沿層切片，從而達到精細刻畫河道砂體展布的目的。

以盒1段（P2x1）底界向下20 ms起，以1 ms間隔向上連續切振幅切片50張，從下到上依次編號為1、2、3、…、50號切片。通過仔細地觀察其切片中河道特征的擺動現象，以及認真地對比每一張切片，優選出7、9、12號切片能夠較好地表征砂體，然后以層位形式提取出相應的三張切片；通過井震標定發現9號切片落在了J1井的砂巖上，說明9號切片能夠較好地刻畫砂體平面展布，切片上在研究區的東西兩邊各發育一條近似南北向的河道，且河道特征較為明顯（圖4）。

圖4 9號振幅切片特征

常規河道砂體主要依靠地震振幅屬性來刻畫河道，如圖5為盒1段地震振幅屬性圖（時窗16 ms），從圖中可以看出，振幅屬性所表征的砂體（紅色部分）展布與地震切片砂體形態基本一致，東西兩邊各發育一條近似南北向的河道，但地震切片所刻畫河道展布的細節更加豐富，河道邊界形態更加明顯，且上、下移動切片還可以觀察到河道遷移擺動的特征，說明地震切片預測河道砂體精度更高。

圖5 盒1段地震振幅屬性圖（時窗16 ms）

3.2 波形差異反演

地震反演方法的種類很多，不同的方法其適用條件和限制條件不同。傳統稀疏脈沖反演分辨率太低不適合研究區；地質統計學反演可提高薄互層分辨率，但一般所需參與反演的井數不少于5口，且具有隨機性，亦不適用于研究區。針對研究區地震資料分辨率低、儲層致密、鉆井較少等實際地質資料的狀況，優選測井約束下的波形差異反演進行砂體刻畫。

波形差異反演主要適用于井少地區，其基本思想原理是：在子波不變的假設前提下，地震阻抗差異與井阻抗結構的變化密切相關，即地震阻抗隨著井阻抗的變化而變化。因此，首先用已鉆井（至少兩口井）做一個垂向的波阻抗模型，然后依據地震波在傳播過程中振幅不同程度地衰減，利用重心、均值、方差、變方差四種屬性作為描述地震阻抗差異的特征向量。其中，重心表征等時面中相同時窗內不同采樣點振幅間的幾何關系，均值為采樣點間振幅的平均值，方差表征采樣點間振幅振蕩程度，變方差主要描述振幅的變化情況，他們的計算公式分別為[15]：

通過該方法可以衍生出很多的類似于偽井的隨機樣本，將這些偽井的波阻抗曲線與地震波阻抗進行對比，如果兩者相似度好，那么偽井波阻抗可用。再參照空間分布距離和地震波的差異性，對所有井（已鉆井與偽井）按權重值排序，優選出“貢獻量”大的井作為初始模型，再對高頻成分進行無偏最優估算，最終得到波形差異反演的反演體[16]。該方法適用于井少地區，突破了傳統確定性反演由于分辨率低、統計學反演樣本不足的限制，利用波形橫向變化與井波阻抗相對關系實現了井震協同高頻部分的模擬。

本次參與波形差異反演的井共2口（XY1井和J1井），圖6為波形差異反演的J1井-XY1井連井剖面，紅色測井曲線為伽馬測井，在河道砂對應部位伽馬表現為低值異常，說明反演結果與鉆井結果吻合度高；與常規稀疏脈沖反演結果相比，分辨率明顯提高，砂體刻畫精度也更高；所預測的砂體在J1井附近較厚，在XY1井則呈薄互層狀的特征，與鉆井實際資料相吻合，也充分表明了波形差異反演能夠較好地刻畫砂體橫向展布邊界。

圖6 波形差異反演J1井-XY1連井剖面

3.3 砂體預測效果分析

通過地震切片技術和地震波形差異反演技術分析，最終采用地震切片平面圖與地震反演剖面圖相結合的方法確定平面砂體展布邊界。圖7為旬宜探區盒1段厚度大于5 m的砂體展布圖，2019年12月新實施探井XY2井鉆揭盒1段砂體厚度8 m，表明預測結果與實鉆結果高度吻合，進一步證明了該技術對旬宜探區盒1段砂體預測的準確性和實用性。

圖7 旬宜探區盒1段厚度大于5 m的砂體展布

4 結論

（1）針對鄂爾多斯盆地南部旬宜探區致密河道砂巖儲層薄且橫向變化快的特征，利用基于測井資料控制的地震切片技術能夠較好地找到表征河道砂體橫向展布的時間切片。

（2）針對旬宜探區上古生界目的層段鉆井資料較少、砂體非均質性強、厚度薄的實際地質情況，采用波形差異反演能夠較好地提高薄互層的縱向分辨率，有效識別垂向砂體厚度。

（3）利用地震切片平面圖和地震反演剖面圖相結合的方法精細刻畫了旬宜探區盒1段河道砂體展布特征，經鉆井證實實鉆結果與預測成果吻合，證實了該河道砂體預測技術的實用性，具有較好的推廣價值。