地震屬性融合技術(shù)在海拉爾盆地烏東斜坡帶南屯組儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

朱可丹， 王雅春， 衣啟樊， 王昕堯， 李夢(mèng)瑤，趙振鐸， 彭瀧毅

(東北石油大學(xué) a.地球科學(xué)學(xué)院，b.“非常規(guī)油氣成藏與開(kāi)發(fā)”省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地 ， 大慶 163318)

地震屬性融合技術(shù)在海拉爾盆地烏東斜坡帶南屯組儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

朱可丹a,b， 王雅春a,b， 衣啟樊a(chǎn),b， 王昕堯a,b， 李夢(mèng)瑤a,b，趙振鐸a,b， 彭瀧毅a,b

(東北石油大學(xué) a.地球科學(xué)學(xué)院，b.“非常規(guī)油氣成藏與開(kāi)發(fā)”省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地 ， 大慶 163318)

針對(duì)海拉爾盆地烏南次凹烏東斜坡帶地區(qū)南屯組砂巖儲(chǔ)層的特征和勘探難點(diǎn)，應(yīng)用三維地震資料多屬性多元線性回歸融合技術(shù)，對(duì)南屯組砂巖儲(chǔ)層敏感的地震屬性提取并優(yōu)選，獲得地震屬性與鉆遇砂巖厚度的相關(guān)關(guān)系，建立砂巖厚度與多地震屬性之間的回歸方程，實(shí)現(xiàn)對(duì)砂巖儲(chǔ)層厚度高精度地預(yù)測(cè)，進(jìn)而明確烏東斜坡帶地區(qū)南二段Ⅰ油組砂巖儲(chǔ)層厚度發(fā)育特征。該方法應(yīng)用效果良好，為烏東斜坡帶地區(qū)南二段Ⅰ油組隱蔽圈閉識(shí)別預(yù)測(cè)提供借鑒。

烏東斜坡帶； 南屯組； 地震屬性融合； 多元線性回歸； 儲(chǔ)層砂巖預(yù)測(cè)

0 引言

烏東斜坡帶位于海拉爾盆地烏爾遜凹陷南部地區(qū)，作為一個(gè)陸相斷陷湖盆的構(gòu)造坡折帶，烏東斜坡帶儲(chǔ)層物性好，埋藏淺，距油源較近，部分區(qū)域處于成熟烴源巖范圍，利于油氣的聚集、成藏[1]，是海拉爾盆地的主要勘探地區(qū)之一。下白堊統(tǒng)南屯組的含油層系埋深普遍大于1 500 m，目前鉆遇并獲得工業(yè)油氣流的產(chǎn)層均為有效儲(chǔ)層，是烏東斜坡帶的一個(gè)主力油層。對(duì)烏東斜坡帶南屯組油藏的研究，目前已經(jīng)從常規(guī)生、儲(chǔ)、蓋要素研究進(jìn)入到隱蔽圈閉識(shí)別預(yù)測(cè)階段。應(yīng)用地震屬性和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法，可以精細(xì)刻畫隱蔽圈閉的平面和空間展布[2]。故儲(chǔ)層的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)是隱蔽圈閉識(shí)別的前提，探索提高儲(chǔ)層定量預(yù)測(cè)精度的方法有著具有理論和現(xiàn)實(shí)意義。

徐占東[4]針對(duì)烏南次凹南屯組儲(chǔ)層，利用均方根振幅和平均反射強(qiáng)度這兩種跟井匹配程度較高的地震屬性開(kāi)展了定性預(yù)測(cè)；謝麗華[5]則利用地震相技術(shù)分析烏東斜坡帶有利儲(chǔ)集相帶發(fā)育模式，并認(rèn)為均方根振幅屬性異常能夠較好地反映該區(qū)沉積相內(nèi)部的結(jié)構(gòu)變化。儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的根本目標(biāo)是確定砂巖分布規(guī)律，而砂巖在不同的沉積體系(如扇三角洲、辮狀河、湖泊等)中，地震屬性響值不盡相同，但是響應(yīng)規(guī)律和指示特征是統(tǒng)一的，即振幅屬性響應(yīng)值相對(duì)較高的層段，砂巖較為發(fā)育(厚度大或砂地比高)。因此可利用地震屬性響應(yīng)值，對(duì)砂巖厚度分布進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。

作為數(shù)理統(tǒng)計(jì)的一個(gè)分支，多元線性回歸分析起源于20世紀(jì)初[5-10]，隨后其理論迅速得到完善，在多個(gè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，并于本世紀(jì)初期應(yīng)用于地震屬性融合中[11-12]。應(yīng)用多元線性回歸的數(shù)學(xué)方法可以較好地建立各種地震屬性與儲(chǔ)層參數(shù)之間的關(guān)系[12]。因此，在前人認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，這里將采用地震屬性多元線性回歸融合技術(shù)定量預(yù)測(cè)烏東斜坡帶南屯組砂巖儲(chǔ)層分布特點(diǎn)，為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)烏東斜坡帶地區(qū)南屯組儲(chǔ)層展布特征，及對(duì)隱蔽圈閉識(shí)別預(yù)測(cè)打下良好的基礎(chǔ)。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于海拉爾盆地烏爾遜凹陷烏南次凹的東部斜坡帶，西起于烏南次凹中心，東至烏爾遜凹陷邊界部位(圖1)，構(gòu)造上由西向東總體表現(xiàn)為從洼槽到斷裂坡折帶到緩坡帶逐漸抬升的單斜。研究區(qū)南屯組是重要的產(chǎn)油層之一，分為南一段和南二段兩段。截止至2008年，烏南次凹共有探井35口，評(píng)價(jià)井19口，其中南一段工業(yè)油流井9口，南二段工業(yè)油流井5口，工業(yè)氣流井1口，油藏類型多是巖性、斷層-巖性和斷塊油氣藏[13]。儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度是制約南二段油藏認(rèn)識(shí)的關(guān)鍵因素。故本次研究旨在探索提高南二段砂巖儲(chǔ)層定量預(yù)測(cè)精度的方法。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置圖 (據(jù)大慶油田呼倫貝爾分公司，2014)Fig.1 Structual location of research area

烏南地區(qū)南二段主要發(fā)育扇三角洲—辮狀河—湖泊沉積體系，其頂部Ⅰ油組中，工業(yè)油氣產(chǎn)層主要分布在辮狀河三角洲前緣亞相和扇三角洲前緣亞相[14]；巖性以泥質(zhì)粉砂巖和泥巖為主(圖2)。南二段Ⅰ油組儲(chǔ)層孔隙度主要分布在12%～20%之間，平均約為16.2%，滲透率主要分布區(qū)間為1 mD～50 mD，合計(jì)占41.25%，平均約為70 mD。在平面上Ⅰ油組孔隙度具有明顯的分帶性，烏30井區(qū)相對(duì)較高，孔隙度主要分布在12%～18%，在烏東斜坡和南部物源體系控制的地區(qū)物性相對(duì)較好，油層比較發(fā)育[15]。經(jīng)綜合研究認(rèn)為烏東斜坡帶南二段Ⅰ油組砂巖儲(chǔ)層性能良好，為中等儲(chǔ)層。

圖2 烏31井單井綜合柱狀圖Fig.2 Cores and log curves characteristics of well Wu31

通過(guò)已鉆井南屯組砂巖儲(chǔ)層單層厚度的統(tǒng)計(jì)分析，可見(jiàn)南屯組砂巖儲(chǔ)層單層厚度較薄，大部分厚度在1 m～5 m左右，超過(guò)61%的單層厚度在1 m～2 m左右(圖3)。而在研究區(qū)勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中，也存在砂巖儲(chǔ)層單層厚度薄、橫向變化快的問(wèn)題，為該區(qū)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)存在的主要問(wèn)題。針對(duì)這種薄儲(chǔ)層利用常規(guī)波阻抗反演技術(shù)分辨率達(dá)不到，而單一屬性預(yù)測(cè)結(jié)果又具有較強(qiáng)的多解性[16]。利用地震屬性融合的方法，能夠有效提高此類薄砂巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度[17]。因此，基于南屯組儲(chǔ)層的特點(diǎn)，這里采用地震屬性多元線性回歸融合技術(shù)進(jìn)行儲(chǔ)層厚度預(yù)測(cè)。

圖3 南屯組砂巖儲(chǔ)層單層厚度統(tǒng)計(jì)Fig.3 Thickness distribution charts of sandstone reservoir in Nantun formation

2 地震屬性融合砂巖預(yù)測(cè)

2.1 地震屬性多元線性回歸融合技術(shù)

地震屬性是由地震數(shù)據(jù)衍生出的幾何形態(tài)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及統(tǒng)計(jì)特征的特別量度。地震屬性大多反映某些儲(chǔ)層地質(zhì)條件的變化[18]，但使用單一屬性分析并預(yù)測(cè)儲(chǔ)層往往會(huì)帶來(lái)多解性。地震屬性融合技術(shù)考慮了不同屬性的物理意義，選取表征不同儲(chǔ)層特征的屬性，將多個(gè)屬性經(jīng)過(guò)一定的數(shù)學(xué)運(yùn)算融合到一起，以降低儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的多解性，進(jìn)一步提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的精度[19]。

多元線性回歸是數(shù)理統(tǒng)計(jì)的一個(gè)分支，應(yīng)用多元線性回歸方法可以建立多種地震屬性與儲(chǔ)層參數(shù)之間的關(guān)系。設(shè)可預(yù)測(cè)的隨機(jī)變量為y，它受到p個(gè)非隨機(jī)因素x1，x2，…xp-1，xp，和不可預(yù)測(cè)的隨機(jī)因素ε的影響。多元線性回歸的數(shù)學(xué)模型為[20]：

y=β0+β1x1+β2x2+…+βp-1xp-1+βpxp+ε

ε～N(0,σ2)

(1)

其中:β0、β1、…、βp為回歸系數(shù)。

設(shè)砂巖厚度y對(duì)p種地震屬性x1、x2、…、xp的p元線性回歸方程為：

(2)

其中:b0、b1、…、bp為β0、β1、…、βp的最小二乘估計(jì)值。即b0、b1、…、bp應(yīng)使砂巖厚度觀測(cè)值y與砂巖厚度回歸估計(jì)值的偏差平方和最小。

(3)

Q為b0、b1、…、bp的p+1元函數(shù)。經(jīng)整理可得到關(guān)于偏回歸系數(shù)b0、b1、…、bp的正規(guī)方程組，進(jìn)而解正規(guī)方程組即可得到偏回歸系數(shù)b0、b1、…、bp的解，于是解出p元線性回歸方程(2)[21]。

2.2 地震屬性的提取與優(yōu)選

地震屬性多元線性回歸融合技術(shù)受敏感屬性的約束作用較大，地震屬性的優(yōu)選對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性起到很大的影響[22]。精細(xì)標(biāo)定烏東斜坡帶南二段Ⅰ油組油氣層的頂?shù)捉缑妫?duì)其頂?shù)走M(jìn)行精細(xì)解釋。在圖4中，烏154-68井南二段Ⅰ油組頂部砂巖儲(chǔ)層不發(fā)育，在地震剖面上表現(xiàn)為弱反射、弱振幅；烏31井南二段Ⅰ油組頂部砂巖儲(chǔ)層發(fā)育，在地震剖面上表現(xiàn)為強(qiáng)反射、強(qiáng)振幅。

圖4 烏31井—烏154-68井南屯組地震反射剖面Fig.4 Seismic reflection section of Nantun formation of well Wu31～Wu154-68

由此可見(jiàn)，剖面上地震屬性與砂巖儲(chǔ)層發(fā)育程度存在一定的正相關(guān)性。選擇合理的時(shí)窗，提取南二段Ⅰ油組頂?shù)字g三維地震數(shù)據(jù)體的振幅、頻率、相位、能量和相關(guān)等7類20余種地震屬性，對(duì)這些地震屬性進(jìn)行優(yōu)選，其中物理意義相同的屬性保留相關(guān)性高的，再把相關(guān)系數(shù)小于0.5的屬性剔除掉，這樣就得到了物理意義不同、能夠反映儲(chǔ)層本質(zhì)特征的并且與已鉆井南二段Ⅰ油組砂巖儲(chǔ)層厚度相關(guān)性高的屬性。經(jīng)過(guò)分析，最終優(yōu)選出5個(gè)敏感的地震屬性(圖5)。

2.3 地震多屬性融合砂巖厚度預(yù)測(cè)

通過(guò)對(duì)烏東斜坡帶南屯組砂巖儲(chǔ)層發(fā)育井的巖心、鉆井及錄井資料展開(kāi)分析研究，統(tǒng)計(jì)了82口井在南二段Ⅰ油組解釋時(shí)窗內(nèi)砂巖發(fā)育厚度。將其中56口井點(diǎn)處地震屬性標(biāo)準(zhǔn)化并代入理論模型，計(jì)算出回歸系數(shù)，并將回歸系數(shù)帶入理論模型，余下26口井作為后驗(yàn)井，得到砂巖厚度預(yù)測(cè)模型如下：

圖5 優(yōu)選出的敏感屬性及預(yù)測(cè)厚度平面分布圖Fig.5 Sensitive attributes against sandstone reservoir and thickness map as prediction result(a)平均反射強(qiáng)度;(b)平均能量;(c)均方根振幅;(d)總絕對(duì)振幅;(e)弧長(zhǎng)

ym= 135.65-0.525×Arms-0.251×

Astr+0.151×Aabs+0.427×Aene-

0.062×Aarc

(4)

式中：ym為預(yù)測(cè)砂巖厚度；Arms為均方根振幅；Astr為平均反射強(qiáng)度；Aabs為總絕對(duì)振幅；Aene為平均能量；Aarc為弧長(zhǎng)。

計(jì)算砂巖預(yù)測(cè)模型(4)預(yù)測(cè)井點(diǎn)處砂巖厚度與井點(diǎn)處南二段Ⅰ油組砂巖厚度之間的誤差ε。把ε代回理論模型(1)得到了校正誤差后的砂巖厚度預(yù)測(cè)模型(5)。

ym= 135.65-0.525×Arms-0.251×

Astr+0.151×Aabs+0.427×Aene-

0.062×Aarc+ε

(5)

把烏東斜坡帶標(biāo)準(zhǔn)化好的地震屬性帶入校正后的模型(5)，即把預(yù)測(cè)砂巖厚度與地震屬性的關(guān)系在整個(gè)研究區(qū)推開(kāi)，得到烏東斜坡帶地區(qū)南二段Ⅰ油組砂巖厚度平面分布(圖6)。

圖6 南二段Ⅰ油組砂巖厚度預(yù)測(cè)圖Fig.6 Sandstone thickness prediction

3 預(yù)測(cè)結(jié)果分析

對(duì)于南二段Ⅰ油組預(yù)測(cè)結(jié)果的合理性和準(zhǔn)確性，本次研究從井上厚度符合率以及平面地質(zhì)認(rèn)識(shí)兩個(gè)角度進(jìn)行了分析。把研究區(qū)內(nèi)參與地震屬性融合的56口井南二段Ⅰ油組井上砂巖厚度與屬性融合預(yù)測(cè)砂巖厚度進(jìn)行交會(huì)(圖7)，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.88。對(duì)比26口后驗(yàn)井預(yù)測(cè)厚度與井上厚度，發(fā)現(xiàn)二者基本一致(圖8)。

在平面上南二段Ⅰ油組砂巖主要分布于研究區(qū)東部緩坡構(gòu)造帶上，整體上砂體有呈北東—南西展布的趨勢(shì)。砂巖厚度預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，研究區(qū)北部砂巖普遍發(fā)育，其中東北部存在一個(gè)面積較大的扇狀砂巖發(fā)育區(qū)，其應(yīng)受到東北部物源控制；東南側(cè)局部砂巖呈近條帶狀形態(tài)展布；西北部砂巖薄而連片。對(duì)比該區(qū)南二段沉積相圖(圖9)可以發(fā)現(xiàn)：整體輪廓吻合度較高，富砂區(qū)與南屯組發(fā)育的扇三角洲沉積形態(tài)和范圍一致；而研究區(qū)中西部砂巖厚度較小，為主要的湖相發(fā)育區(qū)；西北部砂巖呈三角洲前緣席狀砂發(fā)育特點(diǎn)。主要物源方向與沉積上的認(rèn)識(shí)契合，說(shuō)明了地震屬性多元線性回歸融合技術(shù)，在該區(qū)南屯組砂巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中具有良好的適用性。

圖7 儲(chǔ)層預(yù)測(cè)結(jié)果分析Fig.7 Analyses of reservoir prediction result

圖8 后驗(yàn)井預(yù)測(cè)情況分析Fig.8 Analyses of check wells prediction result

圖9 研究區(qū)南二段沉積相圖(據(jù)鄧海，有改動(dòng))Fig.9 Sediment facies of N2 member in research area

4 結(jié)論

1)平面上烏東斜坡帶南二段Ⅰ油組砂巖主要分布于東部緩坡構(gòu)造帶上，整體上砂體有呈北東—南西展布的趨勢(shì)。北部砂巖普遍發(fā)育，其中東北部存在一個(gè)面積較大的扇狀砂巖發(fā)育區(qū)，其應(yīng)受到東北部物源控制；東南側(cè)局部砂巖呈近條帶狀形態(tài)展布；西北部砂巖薄而連片。砂巖分布特征與沉積上的認(rèn)識(shí)一致。

2)通過(guò)地震屬性多元線性回歸融合技術(shù)，對(duì)烏東斜坡帶南二段砂巖儲(chǔ)層開(kāi)展儲(chǔ)層厚度預(yù)測(cè)，優(yōu)選出平均反射強(qiáng)度、平均能量、均方根振幅、總絕對(duì)振幅和弧長(zhǎng)5個(gè)南二段砂巖敏感的地震屬性。其預(yù)測(cè)結(jié)果較好，能夠清楚地反映烏東斜坡帶南屯組砂巖儲(chǔ)層厚度變化特征，有效提高了預(yù)測(cè)精度。該技術(shù)在研究區(qū)南屯組砂巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中有良好的適用性，值得推廣使用。

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Application of multi-seismic attribute information fusion in sandstone reservoir prediction in nantun formation in the eastern Wu slope in hailaer basin

ZHU Kedana,b, WANG Yachuna,b, YI Qifana,b, WANG Xinyaoa,b,LI Mengyaoa,b, ZHAO Zhenduoa,b, PENG Longyia,b

(a.College of Earth Science b.The state key laboratory base of unconventional oil and gas accumulation and exploitation, Northeast Petroleum University, Daqing 163318,China)

The characteristic of sandstone reservoir in Nantun formation in the eastern Wu slope in Hailaer basin is analyzed in this paper. It points out the exploration difficulties. Against the features and difficulties, the authors apply multiple linear regression in multi-seismic attribute information fusion to make an accurate thickness prediction of sandstone reservoir in N2I Bed. The general process of this method is as follows. Firstly, extract seismic attributes from 3D-seismic data, optimize sensitive attributes against sandstone reservoir among them. Then analyses the relationship between seismic attributes and thickness of sandstone reservoir. After that, establish the regression equation between seismic attributes and thickness of sandstone reservoir. Base on this regression equation, mapping the plane thickness distribution of sandstone reservoir in N2I bed. This method has good application results. With this result, the thickness feature of sandstone reservoir in N2I bed can be clearly recognized, which lay a solid foundation for the prediction of subtle traps in N2I bed in the eastern Wu slope in Hailaer basin.

eastern Wu slope, Nantun formation; multi-seismic attribute information fusion; multiple linear regression; sandstone reservoir prediction

2016-02-20 改回日期：2016-04-25

國(guó)家自然科學(xué)基金(41440017)；黑龍江省自然科學(xué)基金(D201406)

朱可丹(1991-)，男，碩士，研究方向?yàn)橛蜌馓镩_(kāi)發(fā)地質(zhì)，E-mail：redcloudszkd@163.com。

1001-1749(2017)01-0109-07

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2017.01.16