多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法在東勝氣田巖相模擬中的應(yīng)用

王東輝，張占楊，李 君

（1.中國(guó)石化華北分公司勘探開發(fā)研究院，河南鄭州450006；2.長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院）

傳統(tǒng)的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)是利用變差函數(shù)描述地質(zhì)變量的相關(guān)性和變異性，通過建立在某個(gè)方向上兩點(diǎn)之間的地質(zhì)變量的變化關(guān)系來描述空間的變化特性。但是建立在兩點(diǎn)統(tǒng)計(jì)關(guān)系上的變差函數(shù)本身在描述儲(chǔ)層非均質(zhì)性上有很大的不足，它反映的僅僅是空間兩點(diǎn)之間的相關(guān)性，不能充分描述復(fù)雜幾何形狀砂體，如三角洲河道砂體和沖積扇辮狀河道砂體空間的連續(xù)性和變異性?；谙笤惴ǖ亩帱c(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)（MPS）中，應(yīng)用“訓(xùn)練圖像”（training image）代替變差函數(shù)表達(dá)地質(zhì)變量的空間結(jié)構(gòu)性。同時(shí)用一個(gè)給定的數(shù)據(jù)事件（data event）對(duì)訓(xùn)練圖像進(jìn)行掃描來獲取該數(shù)據(jù)事件的累積條件概率分布（ccdf）。由于多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)中多數(shù)算法仍然以象元為模擬單元，而且采用序貫算法（非迭代算法），綜合了基于象元和基于目標(biāo)的算法優(yōu)點(diǎn)，一定程度上克服了象元隨機(jī)性過強(qiáng)和目標(biāo)模擬過于局限的缺陷，建立在多個(gè)點(diǎn)的相關(guān)關(guān)系上，能靈活地整合不同類型的數(shù)據(jù)和從訓(xùn)練圖像中捕獲地質(zhì)構(gòu)造和儲(chǔ)層特征變化，同時(shí)解決描述空間變量的連續(xù)性和變異性，生成更符合實(shí)際地質(zhì)情況的儲(chǔ)層模型［1］，因而很容易忠實(shí)硬數(shù)據(jù)。筆者根據(jù)東勝氣田河流相發(fā)育特征及儲(chǔ)層展布情況，同時(shí)使用基于目標(biāo)的模擬方法和多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的模擬方法對(duì)研究區(qū)的砂體空間展布進(jìn)行模擬，以此來提高研究區(qū)砂體刻畫的精細(xì)程度。

1 氣田概況

東勝氣田位于鄂爾多斯盆地北部，伊盟北部隆起杭錦旗斷階帶北東段。在地史演化過程中，該區(qū)始終處于構(gòu)造相對(duì)高部位而成為烴類運(yùn)移的指向區(qū)，有利于天然氣的富集［2］?？碧窖芯勘砻鲀?chǔ)層受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響較弱，由于靠近物源，沉積顆粒較粗，主要為辮狀河沉積。

研究區(qū)主要目的層為二疊系下石盒子組盒2、盒3段，包括盒21、盒22，盒31、盒32四個(gè)小層。下石盒子早期（盒1期）是河流沉積作用鼎盛時(shí)期，發(fā)育北東南西向河流，砂體疊置厚度可達(dá)數(shù)十米，在橫向上砂體連續(xù)性較好。下石盒子期中晚期（盒2＋3期）基本上繼承了下石盒子期早期的沉積面貌，水體范圍擴(kuò)大，但河流沉積作用減弱，河道砂巖規(guī)模較小，雖然橫向仍可對(duì)比，但擺動(dòng)變化較快。主河道由北向南延伸，為辮狀河河道充填沉積，巖性為灰白色含礫粗砂巖、中－粗粒砂巖，儲(chǔ)層具有低孔、低滲、強(qiáng)非均質(zhì)性特征，總體上儲(chǔ)層物性好于南部的大牛地氣田［3］。研究區(qū)面積近500 km2，已鉆井40口，單井控制面積為12.5 km2／口，井控程度較低。目的層盒2、盒3段河流相砂體薄，縱橫向變化較快，對(duì)砂體空間展布認(rèn)識(shí)和預(yù)測(cè)帶來一定困難。有必要利用新的技術(shù)方法對(duì)區(qū)內(nèi)的砂體空間展布進(jìn)行有效的預(yù)測(cè)，從而提高井位部署的成功率，更好的指導(dǎo)下一步的開發(fā)。

2 數(shù)據(jù)分析及訓(xùn)練圖像的建立

在多點(diǎn)統(tǒng)計(jì)學(xué)中，訓(xùn)練圖像是3D概念模型或模式，定義了屬性在空間變化的基本規(guī)律［4－5］。訓(xùn)練圖像作為研究區(qū)各沉積微相或巖相分布的定量地質(zhì)模式，一般需要綜合應(yīng)用研究區(qū)各種資料甚至原型模型來完成；但并不要求忠實(shí)井?dāng)?shù)據(jù)，只要求反映儲(chǔ)層變化的空間結(jié)構(gòu)性，其作用相當(dāng)于變差函數(shù)，訓(xùn)練圖像的質(zhì)量直接影響最終的建模結(jié)果。東勝氣田盒2和盒3段砂體是多期河道疊加的結(jié)果，同時(shí)因?yàn)槌练e環(huán)境有一定的變化，訓(xùn)練圖像的建立要考慮到兩期平面和垂向砂體展布特征有一定區(qū)別的特點(diǎn)。在選取訓(xùn)練圖像過程中，首先選擇工區(qū)鉆井資料多，沉積研究相對(duì)較多的井區(qū)利用基于目標(biāo)建模方法建立訓(xùn)練圖像 （TI），從而利用多點(diǎn)統(tǒng)計(jì)學(xué)模擬方法較好地完成砂體骨架模擬。

2.1 基于目標(biāo)模擬方法

基于目標(biāo)的方法，是通過對(duì)目標(biāo)幾何形態(tài)（如長(zhǎng)、寬、厚等及其之間定量關(guān)系）的研究，在建模過程中直接產(chǎn)生目標(biāo)體，通過定義目標(biāo)的不同幾何形狀參數(shù)及各個(gè)參數(shù)之間所具有的地質(zhì)意義上的關(guān)系，能夠在一定程度上代表儲(chǔ)層的三維形態(tài)。這種模擬方法適用在鉆井相對(duì)較多，資料較詳實(shí)，沉積微相研究較透徹的工區(qū)。根據(jù)研究區(qū)鉆井情況，把北部錦11井區(qū)作為選區(qū)來建立訓(xùn)練圖像的3D模型。錦11井區(qū)面積約為70 km2，鉆井19口，單井控制面積為3.7 km2／口，遠(yuǎn)大于整個(gè)研究區(qū)的程度，有利于對(duì)本區(qū)的儲(chǔ)層展布形態(tài)及特征進(jìn)行刻畫和描述。

2.2 參數(shù)優(yōu)選

對(duì)于河流相儲(chǔ)層，無論沉積相或巖相建模的必要條件之一就是要描述古水流的幾何形態(tài)參數(shù)，包括河道砂體的長(zhǎng)度和寬度、河流的方向和彎曲度、河道砂體的空間幾何形態(tài)、河道的波長(zhǎng)和幅度等。在國(guó)外，Campbell于1976年研究New Mexico Morrison組Westwater Canvon砂巖段后總結(jié)出了低彎曲砂質(zhì)辮狀河大小的定量數(shù)據(jù)：?jiǎn)蝹€(gè)河道的平均寬度為183 m，厚度4 m（寬厚比46∶1）［6］。Cowan于1991年進(jìn)一步研究表明，砂質(zhì)辮狀河的河道體系的平均寬度為500 m，厚度為7 m。

在我國(guó)，裘懌楠先生總結(jié)出短流程辮狀河砂體的寬厚比為40～80；長(zhǎng)流程辮狀河砂體的寬厚比為100左右［7］。中原油田馬11斷塊油田為辮狀河沉積環(huán)境，馬11斷塊密井網(wǎng)區(qū)砂體解剖表明河道寬度為100～560 m。工區(qū)的南部為蘇里格東氣田，其多年的地質(zhì)研究認(rèn)為下石盒子組河道寬度僅為300～500 m［8－9］。

參考國(guó)內(nèi)外類似氣田的相關(guān)研究成果，結(jié)合本區(qū)三維地震屬性（相干體、振幅切片）成果，在沉積物源和巖心識(shí)別的基礎(chǔ)上，綜合分析認(rèn)為東勝氣田的河道寬度在80～900 m之間，物源方向主要為南北向，在－35°～50°之間變化。根據(jù)認(rèn)識(shí)，初步確定錦11井區(qū)河道特征參數(shù)（表1）。盒31和盒21小層河道都為近南北向，盒21河道擺動(dòng)幅度大于盒31，盒31小層河道寬厚比60∶1，盒21小層河道寬厚比50∶1。

表1 錦11井區(qū)河道特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)

2.3 訓(xùn)練圖像的建立

依據(jù)已有沉積相研究成果，結(jié)合現(xiàn)有井的資料和三維地震資料進(jìn)行分析，盒3段和盒2段河道特征參數(shù)有一定的不同，分別建立兩個(gè)訓(xùn)練圖像（TI），以適應(yīng)兩層段多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)模擬的需要。考慮到本次主要模擬砂體骨架的展布，結(jié)合測(cè)錄井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)單井巖相進(jìn)行分類編碼，砂巖為1，泥巖為0。

結(jié)合研究區(qū)沉積微相分布的認(rèn)識(shí)，對(duì)建立的巖相模型進(jìn)行人機(jī)交互式的修正，達(dá)到地質(zhì)工作者滿意的模型。圖1和圖2分別反映了錦11井區(qū)盒31和盒21小層河道砂體的基本分布特征及形態(tài)。可以看出盒21小層河道彎曲度大，河道稍寬，說明此時(shí)期河流作用仍有一定的強(qiáng)度，而盒31小層河道彎曲度小，河道窄，說明河流作用減弱相當(dāng)明顯。與本區(qū)沉積認(rèn)識(shí)趨于一致。

3 多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)隨機(jī)模擬

盒3段砂體較薄，全區(qū)平均厚度不足5 m，根據(jù)三維地震認(rèn)識(shí)，T9f反射層位（盒3段頂部）地震反射結(jié)構(gòu)和屬性特征不明顯，有待繼續(xù)深入研究砂體與地震相特征關(guān)系。但盒2段全區(qū)平均砂厚近10 m，對(duì)提取T9e反射層位（盒2段中部）的多種屬性切片進(jìn)行綜合分析，發(fā)現(xiàn)T9e平均振幅屬性特征與盒2段砂體展布特征一致性較強(qiáng)（圖3）。并應(yīng)用三維振幅數(shù)據(jù)體和盒2段巖相進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)砂巖相與振幅相關(guān)較好，砂巖縱向分布與振幅屬性相關(guān)概率大于65%（圖4）。據(jù)此，在模擬過程可以用三維振幅數(shù)據(jù)體作為第二協(xié)同變量對(duì)巖相趨勢(shì)進(jìn)行約束。

圖1 盒31小層訓(xùn)練圖像（目標(biāo)模擬）

圖2 盒21小層訓(xùn)練圖像（目標(biāo)模擬）

圖3 T9e平均振幅屬性圖

圖4 盒2段砂巖概率分布直方圖（振幅數(shù)據(jù)體）

應(yīng)用較成熟的SNESIM算法，對(duì)研究區(qū)巖相進(jìn)行隨機(jī)建模，通過加入的掃描訓(xùn)練圖像以構(gòu)建搜索樹、選擇隨機(jī)路徑、然后按照序貫方法求取各模擬點(diǎn)的條件概率分布函數(shù)，在模擬過程中同時(shí)采用地震振幅屬性作為軟數(shù)據(jù)進(jìn)行約束。

圖5 盒31段巖相模型

圖6 盒21段巖相模型

從模擬結(jié)果來看（圖5和圖6），砂體整體上連片分布，砂巖條帶狀特征明顯，呈近南北向展布，同時(shí)也展現(xiàn)了辮狀河沉積過程中出現(xiàn)的孤立心灘。盒2段砂體整體連通性好，原因是多期次河道的側(cè)向擺動(dòng)，容易形成疊合連片砂體，沉積相類型屬于辮狀河和曲流河之間過渡，厚度相對(duì)較大。而盒3段砂體平面變化較快，連通性稍差，主要為辮狀河沉積，但水動(dòng)力要小于盒2期，表現(xiàn)為河道窄、砂體偏薄的特點(diǎn)。對(duì)模型進(jìn)行抽稀檢驗(yàn)，抽樣井的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明砂巖的平均吻合率達(dá)到80%。可以看出多點(diǎn)地質(zhì)學(xué)統(tǒng)計(jì)模擬結(jié)合以目標(biāo)模擬生成的訓(xùn)練圖像，不僅忠實(shí)于實(shí)鉆井的儲(chǔ)層鉆遇情況（井點(diǎn)硬數(shù)據(jù)），同時(shí)因?yàn)橛?xùn)練圖像形式加入了定性、定量的地質(zhì)認(rèn)識(shí)，再結(jié)合振幅數(shù)據(jù)體（軟數(shù)據(jù)）得出的三維模型，符合地質(zhì)學(xué)家預(yù)期的沉積相展布趨勢(shì)，使三維地質(zhì)建模更具有地質(zhì)想象生命力。整個(gè)模擬實(shí)現(xiàn)，在縱橫向上有較高的分辨率，垂向砂體識(shí)別精度達(dá)到0.8 m，精細(xì)刻畫了盒2、盒3段的河道砂體空間展布形態(tài)。

4 結(jié)論

（1）綜合國(guó)內(nèi)外河流相儲(chǔ)層特征研究成果及東勝氣田沉積特征認(rèn)識(shí)，認(rèn)為東勝氣田辮狀河砂體的寬厚比為40～60。在初步明確錦11井區(qū)河道特征參數(shù)基礎(chǔ)上，優(yōu)選錦11井區(qū)作為訓(xùn)練圖像建模的試驗(yàn)區(qū)，應(yīng)用目標(biāo)模擬方法建立符合地質(zhì)認(rèn)識(shí)的巖相模型，為全區(qū)多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的隨機(jī)模擬奠定基礎(chǔ)。

（2）結(jié)合三維地震成果，模擬的盒2和盒3段的巖相具有較高的分辨率，真實(shí)的再現(xiàn)了砂體的空間展布狀態(tài)。結(jié)果表明，盒2段砂體整體厚度偏大，連通性好，原因是多期次河道的側(cè)向擺動(dòng)，容易形成疊合連片砂體；盒3段砂體偏薄，連通性稍差，主要是因?yàn)楹拥勒?，?cè)向變化較快，砂體疊加的頻率低。

（3）隨著開發(fā)力度的加大，沉積和三維地震研究的繼續(xù)深入，更多地震屬性軟數(shù)據(jù)的應(yīng)用以及實(shí)鉆井的增加，更有利于應(yīng)用多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)建立符合地質(zhì)認(rèn)識(shí)的巖相模型及合適的屬性模型，為生產(chǎn)開發(fā)提供指導(dǎo)作用。

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