頻譜分解及地質(zhì)模型反演新方法在灘壩砂沉積特征及發(fā)育模式研究中的應(yīng)用

郭建卿,林承焰

(中國(guó)石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東青島 266580)

頻譜分解及地質(zhì)模型反演新方法在灘壩砂沉積特征及發(fā)育模式研究中的應(yīng)用

郭建卿,林承焰

(中國(guó)石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東青島 266580)

基于研究區(qū)三維高精度地震資料,根據(jù)地震沉積學(xué)原理,利用頻譜分解、地震反演等巖性地球物理技術(shù),并結(jié)合地質(zhì)、測(cè)井、錄井資料,對(duì)博興油田沙四上亞段灘壩砂儲(chǔ)層進(jìn)行有效預(yù)測(cè)。結(jié)果表明:30 Hz為最佳調(diào)諧頻率值；沙四上中部砂體最發(fā)育,沉積特征較為顯著；灘壩砂經(jīng)歷了一次明顯“湖退砂進(jìn)”的沉積演化過(guò)程；研究區(qū)灘壩砂沉積模式呈湖退進(jìn)積“壩”砂沉積為主,湖進(jìn)退積“灘”砂、淺湖泥沉積為主的特征；灘壩砂沉積主要控制因素為水動(dòng)力作用和古地形條件等。

灘壩砂；頻譜分解；地震反演；單頻切片；儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

灘壩砂在東營(yíng)凹陷博興洼陷沙四上亞段廣泛分布。通常利用合成地震記錄,結(jié)合鉆井資料、測(cè)井資料對(duì)其在地震剖面上進(jìn)行標(biāo)定以及識(shí)別預(yù)測(cè),但是由于灘壩砂巖為明顯的薄互層沉積,巖相橫向變化快,同時(shí)傳統(tǒng)的地震解釋方法受地震資料自身分辨率控制難以對(duì)隱蔽較深的儲(chǔ)層進(jìn)行更好地辨別和預(yù)測(cè)。研究表明,頻譜分解、單頻切片、地震反演等方法在劃分地層等時(shí)沉積界面、識(shí)別厚度較薄的沉積儲(chǔ)層等方面起著重要的作用[1],頻譜分解后,最有利監(jiān)測(cè)的頻譜值與砂體沉積和展布形態(tài)一致,然后對(duì)沉積體系進(jìn)行連續(xù)、動(dòng)態(tài)的演化分析,研究?jī)?chǔ)層展布,預(yù)測(cè)出優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)。因此,筆者依據(jù)現(xiàn)代地震技術(shù)與沉積學(xué)研究進(jìn)行反饋互動(dòng),充分運(yùn)用三維高分辨率地震資料提供的各種頻率、振幅及波阻抗信息,揭示地下沉積地質(zhì)體的空間展布形態(tài)及內(nèi)部結(jié)構(gòu),從而獲得灘壩相沉積體系的精細(xì)成像刻畫,指導(dǎo)有利區(qū)帶預(yù)測(cè)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

博興油田位于東營(yíng)凹陷刺激構(gòu)造博興洼陷南斜坡,受博興斷層和石村斷層次生斷層的影響,油田夾于兩個(gè)反向斷層之間,南北高,中間低,形成了一個(gè)明顯的地壘構(gòu)造(圖1)。沙四上亞段沉積時(shí)期,東營(yíng)凹陷南部魯西隆起、西北部濱縣-青城凸起河流三角洲發(fā)育[1-2],砂體搬運(yùn)至博興洼陷南斜坡,由于該處地形坡度較緩,高度差異小,水體淺而廣,形成濱淺湖灘壩砂沉積。砂體在盆地斜坡背景上,由湖浪和湖岸流搬至湖盆內(nèi)部形成的灘、壩砂體,沉積砂體受沉積物所處位置、水體深淺、湖底坡度等決定的水動(dòng)力條件和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所控制。在同一湖盆同一發(fā)育階段的不同位置上,由于構(gòu)造、古地形、物源、古氣候等條件不同,砂體發(fā)育情況也隨之改變。砂體多呈條帶狀、透鏡狀分布,并多期遷移疊置。沙四上亞段厚80～170 m,砂體主要位于目的層中下部Es3、4Es44、Es45砂組,中部Es43-1小層灘壩砂體顯著發(fā)育,砂體厚度為3～10 m。

圖1 博興油田T83-B3區(qū)塊沙四上Es40砂組頂面構(gòu)造圖Fig.1 Es40sand layer superface structural map of T83-B3 block of Boxing Oilfield

2 基礎(chǔ)資料分析和處理

通常地震成果數(shù)據(jù)頻譜帶寬需要保持一定帶寬的范圍,從而保證保幅及減少頻率信息損失。研究區(qū)地震資料為保持振幅后的純波資料,頻譜分析表明主頻在10～30 Hz(圖2),帶寬為0～90 Hz。根據(jù)合成地震記錄標(biāo)定,目的層深度段對(duì)應(yīng)地震反射剖面1800～2200 ms的時(shí)窗,地震波速度為2.0～4.0 km/s,地震波分辨率λ為5～30 m?；A(chǔ)資料完全能夠滿足研究分析要求。

3 應(yīng)用技術(shù)

3.1 頻譜分解與分頻切片

在不同頻率下,地震同相軸也會(huì)發(fā)生變化,低頻地震同相軸更接近巖性界面,高頻地震同相軸則接近等時(shí)界面[3]。頻譜分解技術(shù)是利用傅里葉變換(DFT)和最大熵譜方法(MEM),將地震數(shù)據(jù)體轉(zhuǎn)換到頻率域,從而實(shí)現(xiàn)薄層指示時(shí)間地層厚度的特征[4-6]。

對(duì)于灘壩砂發(fā)育地層,本次通過(guò)對(duì)主要砂體厚度對(duì)應(yīng)的地震波分辨率附近進(jìn)行頻率成分掃描,直至獲得最佳圖像。目的儲(chǔ)層砂體厚度為3～15 m,地震波分辨率為5～30 m,砂體發(fā)育的頻率為10～50 Hz,因此針對(duì)目的儲(chǔ)層沿地震反射層進(jìn)行上50 ms和下50 ms時(shí)窗長(zhǎng)度為100 ms的10～50 Hz頻率分解,計(jì)算獲得10、20、30、40 Hz的“單一頻率”調(diào)諧體和離散頻率數(shù)據(jù)體,經(jīng)過(guò)對(duì)比分頻后的調(diào)諧體剖面,沙四上亞段對(duì)應(yīng)的調(diào)諧頻率為30 Hz時(shí),灘壩砂體沉積特征明顯,與井點(diǎn)測(cè)井信息較為吻合一致(圖3,紅色箭頭所示為頻率衰減方向)。壩砂地震波同相軸呈中振幅,中連續(xù),短軸狀不連續(xù)展布,灘砂橫向連續(xù)性差,同相軸呈席狀強(qiáng)反射。原始地震資料中的高頻成分與測(cè)井的高頻層序劃分吻合的較好,可利用高頻地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行等時(shí)沉積界面解釋,并結(jié)合地層巖性識(shí)別研究沉積發(fā)育史及沉積相平面展布,進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。在砂體較為發(fā)育的目的層下部,有頻率衰減趨勢(shì)(圖3,紅色箭頭所示為頻率衰減方向),因?yàn)楫?dāng)?shù)卣鸩ù┻^(guò)含油氣層時(shí),波的能量會(huì)產(chǎn)生較大衰減,可能暗示儲(chǔ)層的存在。

圖2 博興地區(qū)2.0 s頻譜特征掃描(左)和30 Hz雷克子波(右)Fig.2 Frequency spectrum attribute scanning 2.0 s(lift)and 30 Hz Ricker wavelet in Boxing Oilfield(right)

圖3 不同分頻數(shù)據(jù)的頻率剖面Fig.3 Frequency section of different separate frequency

通過(guò)頻譜分解,實(shí)現(xiàn)單井與平面相互標(biāo)定和反饋,并通過(guò)井點(diǎn)檢驗(yàn),重構(gòu)沉積砂體空間沉積結(jié)構(gòu)和沉積樣式的精細(xì)刻畫及儲(chǔ)層的橫向變化特征。灘壩砂薄互層與其他沉積體相比,具有“層薄(千層餅)、個(gè)小”的特點(diǎn)[7-9],壩砂較厚,粒度較粗,平面上呈細(xì)條帶狀與湖岸平行或斜交、相連；灘砂呈較寬的席狀展布。地震屬性特征上識(shí)別三角洲砂體呈連片的強(qiáng)振幅反射；灘壩砂發(fā)育區(qū)域,振幅值略低,且因?yàn)閿鄬忧懈?形成零星分布的砂體。

在頻譜分解后的30 Hz高頻地震數(shù)據(jù)體中,沿地震反射層1 800～2 200 ms,對(duì)應(yīng)鉆井深度2.7～3.0 km,上50 ms和下50 ms時(shí)窗長(zhǎng)度為100 ms每隔10 ms進(jìn)行地震振幅屬性切片提取,自下而上共制作出460張切片圖像,不同深度的切片圖像可以反映灘壩砂體的沉積演化過(guò)程。利用單井資料及砂體等厚圖對(duì)分頻切片標(biāo)定,在2050 ms切片上,研究區(qū)中部的B8-10 Es41砂組2.768～2.790 km、B10-10、B7-8井灘壩砂體厚度均超過(guò)了10 m,以壩砂為主,振幅較高；而灘壩砂體不發(fā)育的B9-7井2.795～2.815 km,振幅較低,以濱淺湖泥為主,揭示出灘壩砂體沉積的中—高振幅、低頻的地球物理響應(yīng)特征。在目的層段對(duì)應(yīng)的地震反射時(shí)窗內(nèi),發(fā)現(xiàn)井點(diǎn)發(fā)育灘壩砂的部位,在分頻切片上都顯示為中—高振幅特征(圖4)。

3.2 多參數(shù)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)反演技術(shù)

多參數(shù)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)反演方法是指通過(guò)多井反距離加權(quán)內(nèi)插方法在無(wú)井區(qū)進(jìn)行合理內(nèi)插,斷層和層位的解釋高度閉合,從而構(gòu)建地質(zhì)模型[10]。通過(guò)橫向上連續(xù)變化的地震層面信息與測(cè)井高分比率阻抗信息相融合,彌補(bǔ)了地震中缺少的高頻成分,維持了反演過(guò)程中對(duì)應(yīng)的地質(zhì)界面的穩(wěn)定性與收斂性。該地震反演方法在井點(diǎn)處忠實(shí)于測(cè)井?dāng)?shù)據(jù),降低了噪聲對(duì)反演結(jié)果的影響,地震反演效果更好,可以識(shí)別厚度大于1 m的砂層(圖5)。

B7-10井2.282～2.290 km巖心錄井顯示為灰色砂巖,自然電位呈鐘形、箱型,自然伽馬數(shù)值較低,負(fù)異常,呈箱型,砂體較厚,壩砂沉積。B9-9—B8-9—B7-10—B7連井波阻抗地震反演剖面揭示出,該套砂體上下阻抗差異顯著,分布穩(wěn)定,基本呈條帶狀展布,延伸至B8-9井附近厚度約為4 m。同時(shí),在該套砂體下方,B8-9井發(fā)育另一套厚約5 m的砂體,呈底平上凸的透鏡狀,為壩砂沉積?？梢?該地震反演方法對(duì)于識(shí)別和劃分儲(chǔ)層、預(yù)測(cè)砂體展布較為準(zhǔn)確可靠。

圖4 研究區(qū)30 Hz分頻切片顯示Es43-1小層振幅平面分布特征及沉積相解釋Fig.4 Amplitude and sedimentary facies explanation of Es43-1 member on 30 Hz separate frequency in region of interest

圖5 研究區(qū)沙四上亞段東西向B9-9～B7井連井地震反演結(jié)果Fig.5 Latitudinal B9-9-B7 well tie seismic inversion result in Es4上of region of interest

4 儲(chǔ)層預(yù)測(cè)與井組檢驗(yàn)

沉積微相研究結(jié)果表明,沙四上亞段主要為灘壩砂沉積,儲(chǔ)層以薄層砂泥巖頻繁互層為主要特征[11]。利用多參數(shù)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演結(jié)果,并結(jié)合頻譜分解結(jié)果、單頻切片對(duì)儲(chǔ)層做出綜合分析預(yù)測(cè)。

在30 Hz的地震分頻數(shù)據(jù)體中,對(duì)Es43-1小層、Es44-1小層、Es45-2小層沿層開時(shí)窗提取振幅屬性,結(jié)果顯示,3個(gè)小層在30 Hz的頻譜成像能夠清晰反映儲(chǔ)層橫向變化規(guī)律,從不同深度的地層切片特征可以識(shí)別出砂體展布經(jīng)歷了自下而上從無(wú)到有,不斷積累增厚的過(guò)程(圖6)。

在對(duì)灘壩砂體地震相特征進(jìn)行正演模擬和頻譜分解技術(shù)分析基礎(chǔ)上,在地震屬性宏觀預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的前提下,利用該區(qū)高分辨率地震資料,采用多參數(shù)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)反演,落實(shí)灘壩砂體發(fā)育范圍。在高分辨率反演成果基礎(chǔ)上,結(jié)合地質(zhì)和測(cè)井資料,對(duì)每期儲(chǔ)層進(jìn)行精細(xì)解釋,獲得其平面展布特征,可以得到精細(xì)的沉積相展布圖。從圖7中可以看出,隨著時(shí)間推移,湖平面下降,灘壩砂近東西向發(fā)育面積不斷擴(kuò)大,洼陷中央B8-10、B10-X11灘壩砂較為發(fā)育,南部魯西隆起物源供給相對(duì)充足,“湖退砂進(jìn)”的沉積特征明顯,這與地震反演剖面反饋的垂向沉積特征一致。

圖6 分頻切片地震屬性顯示灘壩砂沉積演化過(guò)程Fig.6 Separate frequency Slicing Seismic attribute reveal beach-bar sediment evolution prosessing

圖7 研究區(qū)地震反演砂巖砂層平面等厚圖與沉積相對(duì)比圖Fig.7 Seismic inversion sand layer isopach map compare with sedimentary facies of study area

5 沉積模式

碎屑巖灘壩沉積體系一般形成于開闊的濱淺湖地區(qū),在湖浪或沿岸流的作用下,將鄰近地區(qū)三角洲或其他近岸淺水砂體再搬運(yùn)、沉積而成。根據(jù)灘壩砂巖的形態(tài)和產(chǎn)狀,濱淺湖灘壩沉積可劃分為壩砂和灘砂,灘砂又可細(xì)分為灘脊和灘席。受湖盆擴(kuò)張、河流改道、氣候變化等地質(zhì)因素影響,河流作用逐漸減弱,相反湖盆波浪和沿岸流作用逐漸增強(qiáng),湖浪和沿岸流對(duì)三角洲帶入湖盆的沉積物反復(fù)淘洗沖刷、再分配,導(dǎo)致三角洲前緣沉積砂體發(fā)生側(cè)向搬運(yùn),順著三角洲側(cè)緣形成條帶狀“壩”砂沉積(圖8)。

當(dāng)湖平面下降時(shí),三角洲向湖盆中心部位進(jìn)積,河口壩較為發(fā)育；隨著湖平面上升,三角洲沉積物被淹沒并遭到波浪改造與分流,水動(dòng)力條件較弱,而形成灘砂沉積。壩一般位于古地形相對(duì)較高地區(qū),灘砂沉積位于壩砂沉積兩側(cè),灘砂與壩砂相比,沉積砂體的厚度薄、粒度細(xì)。當(dāng)垂直岸線或斜交湖岸的波浪由湖盆中央向湖岸運(yùn)動(dòng)時(shí),波浪觸擊湖底,并繼續(xù)向岸方向運(yùn)動(dòng)形成碎浪,波浪能量消耗較大,使得較粗碎屑沉積下來(lái),形成了沿岸沙壩沉積。

圖8 研究區(qū)Es43-1小層灘壩砂沉積模式Fig.8 Beach-bar sedimentation model of Es43-1 sand member of interest region

6 結(jié) 論

(1)由地震反演發(fā)現(xiàn)研究區(qū)沙四上亞段Es43砂組主要以淺湖泥沉積為主、Es44砂組灘壩砂體集中分布于中部B3、B7-8井區(qū)、Es45砂組灘壩砂范圍有所擴(kuò)大,由中部B8-8、B8-10井區(qū)擴(kuò)至東部B10-X11井區(qū)。

(2)Es43-1小層、Es44-1小層、Es45-2小層振幅屬性顯示,30Hz的頻譜成像反映儲(chǔ)層橫向變化規(guī)律較清晰,砂體集中于研究區(qū)北部和中部,北部為三角洲前緣沉積,中部B8-10井區(qū)附近為灘壩砂沉積,自Es45-2小層至Es43-1小層砂體從無(wú)到有,不斷積累增厚。

(3)濱淺湖地區(qū),在湖浪或沿岸流的作用下,將鄰近地區(qū)三角洲或其他近岸緩坡帶淺水砂體再搬運(yùn)、沉積而成。湖退時(shí)期,湖浪和沿岸流對(duì)三角洲帶入湖盆的沉積物反復(fù)淘洗沖刷、再分配,導(dǎo)致三角洲前緣沉積砂體發(fā)生側(cè)向搬運(yùn),順著三角洲側(cè)緣古隆起形成條帶狀壩砂沉積；隨著湖平面上升,三角洲沉積物被淹沒并遭到波浪改造與分流,水動(dòng)力條件較弱,在濱岸地勢(shì)較平坦地區(qū)形成灘砂、淺湖泥沉積；灘壩砂沉積主要控制因素為水動(dòng)力作用和古地形條件等。

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(編輯 徐會(huì)永)

Application of new method of spectrum decomposition and seismic inversion in research of beach-bar sand sedimentary characteristics and development model

GUO Jian-qing,LIN Cheng-yan
(School of Geosciences in China University of Petroleum,Qingdao 266580,China)

Based on 3D high-precision seismic information and seismic sedimentology principle,beach-bar facies reservoir of Upper Es4formation of Boxing Oilfield were predicted by using spectrum decomposition,seismic inversion of seismic sedimentology and geology,logging,borehole logging information.The results show that 30 Hz is the optimum tuning frequency. Sandstone is the most development in the middle part of Upper Es4formation and its sedimentary characteristic is remarkble. Beach-bar sand boby undergoes obvious"sandstone sedimentation under the water regression period"evolution process. Beach-bar sedimentary model shows its giving priority to"bar"sand sedimentation under the water regression period,while" beach"sand and shallow lake mud sedimentation under the water transgression period.Hydrodynamism and palaeotopography condition are the main control factors of beach-bar sedimentation.

beach-bar sand；spectrum decomposition；seismic inversion；monochromatic slice；reservoir prediction

TE 121.3

A

1673-5005(2013)03-0037-07

10.3969/j.issn.1673-5005.2013.03.006

2012-11-12

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40872094)

郭建卿(1979-),女,博士,研究方向?yàn)榈卣鸪练e學(xué)與層序地層學(xué)。E-mail:qingbdq@126.com。