波形分解技術(shù)在強(qiáng)反射背景下薄砂層識(shí)別中的應(yīng)用

謝春臨 黃 偉 關(guān)曉巍 顧海燕 徐立顯

（中國(guó)石油大慶油田公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶163712）

潘 杰① 劉忠群② 蒲仁海*① 周思賓② 范久霄② 白 升①

（①西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室／地質(zhì)學(xué)系，陜西西安710069；②中國(guó)石化華北分公司研究院，河南鄭州45006）

鄧志文*① 趙賢正② 陳雨紅③ 白旭明① 方海飛① 張 政①

（①中國(guó)石油東方地球物理公司，河北涿州072751；②中國(guó)石油大港油田公司，天津300280；③中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所蘭州油氣資源研究中心，甘肅蘭州73000）

朱秋影*①② 魏國(guó)齊①② 楊 威② 張福東② 冉啟貴② 李德江②

（①中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院，北京100083；②中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北廊坊065007）

李 操*① 周莉莉② 姜 巖① 王彥輝① 李雪松① 呂雙兵①

（①中國(guó)石油大慶油田公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶163712；②中國(guó)石油大慶油田公司第八采油廠，黑龍江大慶163712）

殷 文*① 李 援② 郭加樹③ 張 琳① 朱劍兵④ 李長(zhǎng)紅④

（①中國(guó)石油大學(xué)（北京）克拉瑪依校區(qū)，新疆克拉瑪依834000；②東營(yíng)市人力資源和社會(huì)保障局信息中心，山東東營(yíng)257091；③中國(guó)石油大學(xué)（華東）計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院，山東青島266580；④中國(guó)石化勝利油田有限公司物探研究院，山東東營(yíng)257022）

徐天吉*①② 程冰潔③④ 閆麗麗⑤ 江瑩瑩①② 喻 勤①②

（①中國(guó)石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院，四川成都610041；②中國(guó)石化多波地震技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610041；③成都理工大學(xué)“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610059；④成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院，四川成都610059；⑤成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，成都610059）

·綜合研究·

波形分解技術(shù)在強(qiáng)反射背景下薄砂層識(shí)別中的應(yīng)用

謝春臨*黃 偉 關(guān)曉巍 顧海燕 徐立顯

（中國(guó)石油大慶油田公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶163712）

松遼盆地北部扶余油層與上部的青山口組泥巖存在大的波阻抗差，導(dǎo)致扶余油層頂面T2反射同相軸表現(xiàn)為連續(xù)、低頻的強(qiáng)反射特征。在T2強(qiáng)反射特征影響下，扶余油層上部的FI1油層組砂巖特征不明顯，常規(guī)振幅屬性砂巖預(yù)測(cè)能力差。應(yīng)用奇異值分解技術(shù)將常規(guī)地震數(shù)據(jù)分解成不同分量的數(shù)據(jù)集合。波形分解后不同分量反映不同級(jí)別的地質(zhì)、地層特征，T2強(qiáng)反射對(duì)應(yīng)第一分量，去除第一分量，可有效突出掩蓋在區(qū)域強(qiáng)反射背景下的砂巖弱反射特征，可大大提高對(duì)F11層砂巖的預(yù)測(cè)能力。

波形分解 強(qiáng)反射背景 松遼盆地 薄層

1 問題的提出

松遼盆地北部扶余油層是上生下儲(chǔ)的組合形式，油源主要來自上部的青山口組泥巖，下部離油源最近的是扶余油層FI1油層組，具備形成致密油的有利條件。這種致密油的地質(zhì)條件需要通過鉆探水平井提高產(chǎn)能才能實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)量的上交及有效動(dòng)用。但是由于上部青山口組泥巖與下部的扶余油層存在大的波阻抗差，引起扶余油層頂面T2反射同相軸表現(xiàn)為連續(xù)、低頻的強(qiáng)反射特征。在T2強(qiáng)反射特征影響下，扶余油層上部的FI1油層組砂巖反射特征不明顯，常規(guī)振幅切片砂巖預(yù)測(cè)能力差，無法對(duì)水平井鉆探提供有效支撐，使FI1油層組這一重要領(lǐng)域無法有序地開展勘探工作。

圖1a是原始聲波時(shí)差曲線和合成地震記錄。在青一段與泉四段的界面（F11）處，聲波時(shí)差測(cè)井曲線上表現(xiàn)為明顯的臺(tái)階，是產(chǎn)生T2強(qiáng)反射的主要原因。通過編輯聲波時(shí)差曲線，把青一段的曲線部分向小值的方向移，消除這個(gè)臺(tái)階。圖1b為對(duì)圖1a的聲波時(shí)差曲線進(jìn)行編輯，在紅框內(nèi)的曲線部分減去20us／m，消除左側(cè)界面的臺(tái)階，應(yīng)用這個(gè)新的聲波時(shí)差曲線合成地震記錄，可以看出兩個(gè)合成地震記錄有明顯差別。圖中F11、F12、F13、F14、F15、F16是扶余油層地質(zhì)細(xì)分層。原始測(cè)井曲線的合成地震記錄F11頂面是強(qiáng)且寬的波峰，下面是一個(gè)寬的波谷，在F15頂面才出現(xiàn)第二個(gè)波峰。而經(jīng)過編輯后測(cè)井曲線的合成地震記錄，T2反射層位置上移變成了一個(gè)弱軸，并與T2上部的速度異常（T2上部第三套油頁巖）相對(duì)應(yīng)，在F12層頂面又出現(xiàn)一個(gè)波峰并與該層內(nèi)的砂巖對(duì)應(yīng)，F(xiàn)15層頂面的波峰與左側(cè)縱向位置基本一致。去除T2強(qiáng)反射背景，可突出下部砂巖的弱反射特征并加以識(shí)別。

本文應(yīng)用波形分解技術(shù)將常規(guī)地震數(shù)據(jù)分解成不同分量的數(shù)據(jù)集合，依據(jù)不同分量的能量大小進(jìn)行分類，能量最大的分量為第一分量，第一分量反映最大能量和共性的波形，第二分量反映去掉第一分量后最大共性的波形。不同分量反映不同級(jí)別的地質(zhì)、地層特征，對(duì)于松遼盆地北部扶余油層與青山口組分界面附近的沉積單元內(nèi)，最大級(jí)別的地質(zhì)特征無疑就是扶余油層三角洲前緣相變到青山口組湖相泥巖引起的強(qiáng)反射特征，也就是第一分量。因此在波形分解后，去除第一分量，可有效突出掩蓋在區(qū)域強(qiáng)反射背景下的砂巖弱反射特征，提高FI1層砂巖的預(yù)測(cè)能力，為水平井部署提供依據(jù)，同時(shí)為松遼盆地強(qiáng)反射背景下的薄砂層識(shí)別探索出一條新思路。

圖1 原始測(cè)井曲線和合成地震記錄（a）及編輯后測(cè)井曲線和合成地震記錄（b）

2 波型分解原理

本文的波形分解技術(shù)核心算法是奇異值分解（SVD）。SVD在工業(yè)中應(yīng)用非常廣泛，在地震數(shù)據(jù)處理中主要用于地震數(shù)據(jù)的規(guī)則化處理［1］和地震數(shù)據(jù)的去噪［2-5］。

對(duì)于給定窗口內(nèi)的地震數(shù)據(jù)可以用M×N階矩陣A表示（其中M為道數(shù)，N為樣點(diǎn)數(shù)），根據(jù)SVD原理［6-8］可以將其表示為

式中：U為M×N階矩陣，其列Ui為AAT的正交特征向量；Vi為N×N階矩陣，其列Vi為ATA的正交特征向量；Σ為奇異值矩陣，其元素是矩陣A的特征值λi。將上式展開可以寫為

即

對(duì)于地震記錄，分解的第一分量反映最大能量和共性的波形，第二分量反映去掉第一分量后最大共性的波形。依此類推，不同分量反映不同級(jí)別的地質(zhì)、地層特征，同一分量不同振幅反映同一級(jí)別中不同巖性和地層結(jié)構(gòu)的變化。

基于波形分解的數(shù)據(jù)體可用于：①區(qū)分不同的地質(zhì)巖性、結(jié)構(gòu)體。不同的波形特征和振幅對(duì)應(yīng)于不同的地質(zhì)巖性或結(jié)構(gòu)特征。②優(yōu)化去噪后的振幅屬性。選取窗口覆蓋一個(gè)波峰或波谷，去除后面的分量，保留前面的分量，提取振幅相當(dāng)于去掉噪聲后該波峰或波谷的振幅。③消除強(qiáng)反射的影響。強(qiáng)反射波的波形比較一致，而且能量強(qiáng)、分布廣；較弱的儲(chǔ)層和其他地層的信息，由于能量弱、分布范圍小，常常疊加于強(qiáng)反射之上，被強(qiáng)反射所掩蓋。因此在波形分解的結(jié)果中，第一分量的波形自然與強(qiáng)反射的波形一致。在去掉第一分量之后，疊加于強(qiáng)反射之上的儲(chǔ)層信息，以及其他較弱的地層信息則很自然地被揭示出來。

3 數(shù)據(jù)體波形分解的應(yīng)用效果

3.1 研究區(qū)地震、地質(zhì)條件

研究區(qū)位于松遼盆地三肇凹陷，三維地震工區(qū)面積為60km2，有探井、評(píng)價(jià)井15口，目的層是扶余油層的FI1油層組，處于泉四段地層頂部，屬淺水河流—三角洲沉積。上部是厚度約為100m的青一段泥巖。FI1油層組厚度約為30m，細(xì)分為F11、F12、F13三個(gè)小層，每個(gè)小層厚度約為10m。F11小層有8口井鉆遇砂巖，砂巖厚度為0.8～5.4m、平均厚度為2.1m。據(jù)鉆井資料統(tǒng)計(jì)，青一段泥巖速度范圍為2427～2695m／s，均值為2564m／s；泉四段泥巖的速度范圍為3115～3508m／s，均值為3251m／s。青一段與泉四段泥巖速度均值相差687m／s，其反射系數(shù)可達(dá)0.14～0.15。而泉四段內(nèi)部（FI1組）砂巖與泉四段泥巖的反射系數(shù)為0.02～0.11，顯然比背景反射系數(shù)小得多，即T2強(qiáng)反射的主要貢獻(xiàn)源于區(qū)域背景引起的強(qiáng)反射系數(shù)，砂巖的弱反射特征淹沒在區(qū)域強(qiáng)背景之下。

在常規(guī)地震剖面上（圖2），F(xiàn)11小層頂面為T2同相軸，表現(xiàn)為強(qiáng)波谷（紅色）下的強(qiáng)波峰（黑色），為強(qiáng)振幅、低頻、連續(xù)反射特征。在T2同相軸的中部有一個(gè)綠色的解釋層位為F11小層頂，T2同相軸的底部綠色的解釋層位對(duì)應(yīng)F11小層底?？梢钥闯鯰2同相軸能量橫向變化不大，與砂巖厚度關(guān)系不明顯。

圖2 原始地震剖面

3.2 常規(guī)地震屬性砂體預(yù)測(cè)效果

沿原始剖面T2反射層上下5ms提取均方根振幅（圖3），圖中紅色和黃色代表砂巖發(fā)育區(qū)，每口井名旁邊的數(shù)字是F11小層的砂巖厚度（單位為m）。砂巖厚度為0的井有7口，有3口井落在了紅色范圍內(nèi)；砂巖厚度為0～2m的井有4口，有1口井落在了藍(lán)色范圍內(nèi)；砂巖厚度大于2m（包含2m）的井有4口，有1口井落在了藍(lán)色范圍內(nèi)?？偟膩砜蠢贸Ｒ?guī)振幅屬性預(yù)測(cè)砂巖效果較差。

3.3 數(shù)據(jù)體波形分解的實(shí)現(xiàn)方法與效果

圖3 常規(guī)數(shù)據(jù)T2反射層均方根振幅平面圖

圖4 波形分解后的第一分量剖面（上）及消除第一分量后的剖面（下）

提取在T2反射層上40ms、下15ms時(shí)窗圍內(nèi)常規(guī)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行波形分解。時(shí)窗截取的原則是使目的層保持一個(gè)完整的波形，上部起始點(diǎn)和下部截止點(diǎn)都要在波峰或波谷的零相位點(diǎn)。從分解出的第一分量剖面（圖4上）可以看出開的時(shí)窗范圍內(nèi)是兩個(gè)波峰、波谷的組合。從波形特征看第一分量橫向一致性好，表現(xiàn)為連續(xù)、穩(wěn)定的強(qiáng)波峰。去除第一分量后，對(duì)剩余的所有分量進(jìn)行重構(gòu)，得到去除第一分量后的數(shù)據(jù)體。在去除第一分量重構(gòu)的連井剖面（圖4下）可以看出，藍(lán)色的同相軸振幅在橫向上發(fā)生了明顯的變化，在剖面上的數(shù)字是每口井在F11層的砂巖厚度（單位為m），即夾在兩個(gè)綠色層位之間地層內(nèi)的砂巖，可以看出f186-16井和z48井在F11小層的砂巖厚度為0，井口處同相軸振幅較弱。z114井F11小層砂巖厚度為5.4m，振幅最強(qiáng)。T2同相軸振幅的強(qiáng)弱與砂巖厚度有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

對(duì)去除第一分量后的地震數(shù)據(jù)沿T2上、下5ms提取均方根振幅，得到T2反射層均方根振幅平面圖（圖5）。紅、黃色代表砂巖發(fā)育區(qū)。從形狀上看，圖5與圖3具有一定的相似性，且圖5紅、黃色的范圍較圖3變小，對(duì)砂巖邊界刻畫得更加清晰。

從砂巖預(yù)測(cè)效果看，左上角1口井砂巖厚度為0，在圖5中落在了黃色范圍內(nèi)，在圖3中落在紅色范圍內(nèi)。f186-16井砂巖厚度為0，在圖3中處于黃、藍(lán)交匯處，而在圖5中完全落在藍(lán)色范圍內(nèi)。z48井砂巖厚度為0，在圖5中比在圖3中更清晰地落在藍(lán)色范圍內(nèi)。而f168-38井砂巖厚度為0，在圖3中落在紅色范圍內(nèi)，而在圖5中落在藍(lán)色范圍內(nèi)。砂巖厚度0～2m的井有4口，波形分解前后都是西側(cè)2口井落在暖色范圍內(nèi)，東側(cè)2口井落在冷色調(diào)范圍內(nèi)。f176-19井砂巖厚度為0.8m、很薄，在圖3中落在紅色范圍內(nèi)，而在圖5中處于黃色范圍內(nèi)。砂巖厚度大于2m（包含2m）的井有4口，在圖5中全部落在了紅色范圍內(nèi)，尤其是f192-20井，砂巖厚度為2.4m，是區(qū)內(nèi)砂巖厚度較大的一口井，特征應(yīng)該明顯些，在圖3中落在黃色范圍內(nèi)。

圖5 去除第一分量后T2層均方根振幅平面圖

通過對(duì)比可以看出，在砂巖厚度為0、砂巖厚度小于2m和砂巖厚度大于2m三種情況下，都是圖5比圖3對(duì)砂巖反映更準(zhǔn)確。z114井F11層砂巖厚度為5.4m，在圖5中特征明顯，可考慮在z114井附近設(shè)計(jì)井位。

4 結(jié)論與討論

對(duì)于強(qiáng)反射背景下薄砂層識(shí)別問題，比較直觀的做法是去除強(qiáng)反射背景、使砂巖的弱反射特征表現(xiàn)出來，再進(jìn)行識(shí)別。本文在這一思路指導(dǎo)下，應(yīng)用地震數(shù)據(jù)體的波形分解技術(shù)，去除反映區(qū)域背景的第一分量，使F11小層的砂巖特征表現(xiàn)出來，并取得了較好的預(yù)測(cè)效果。值得思考的是，對(duì)地震數(shù)據(jù)的波形分解，第一分量的大小是程序自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，第一分量過小則砂巖的弱反射特征無法體現(xiàn)，第一分量過大則會(huì)傷害到砂巖的有效信息，因此第一分量的大小至關(guān)重要。而且對(duì)地震資料的保真處理提出了更高的要求，因此在做波形分解前，需要對(duì)地震數(shù)據(jù)的保真性進(jìn)行評(píng)價(jià)。method for denoising seismic data based on wavelet transform and singular value decomposition.Journal of Oil and Gas Technology，2010，32（1）：232-236.

［3］魯玲，許威.塊Hankel矩陣快速低秩估計(jì)及在地震信號(hào)中的應(yīng)用.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，42（6）：807-814.Lu Ling，Xu Wei.A fast rank-reduction algorithm based on Hankel block matrix-vector multiplication with applications to seismic signal processing.Journal of Tongji University（Natural Science），2014，42（6）：807-814.

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［5］周亞同，王麗莉，蒲青山.壓縮感知框架下基于K奇異值分解字典學(xué)習(xí)的地震數(shù)據(jù)重建.石油地球物理勘探，2014，49（4）：652-660.Zhou Yatong，Wang Lili and Pu Qingshan.Seismic data reconstruction based on K-SVD dictionary learning under compressive sensing framework.OGP，2014，49（4）：652-660.

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P631

A

10.13810／j.cnki.issn.1000-7210.2017.03.014

謝春臨，黃偉，關(guān)曉巍，顧海燕，徐立顯.波形分解技術(shù)在強(qiáng)反射背景下薄砂層識(shí)別中的應(yīng)用.石油地球物理勘探，2017，52（3）：516-520.

1000-7210（2017）03-0516-05

*黑龍江省大慶市大慶油田公司勘探開發(fā)研究院，163712。Email：xiecl＠petrochina.com.cn

本文于2016年3月28日收到，最終修改稿于2017年3月20日收到。

（本文編輯：宜明理）

［1］魏小強(qiáng)，雷秀麗，馬慶珍.基于多道奇異譜分析的三維地震數(shù)據(jù)規(guī)則化方法.石油地球物理勘探，2014，49（5）：846-851.Wei Xiaoqiang，Lei Xiuli and Ma Qingzhen.3D seismic data regularization based on multi-channel singular spectrum analysis.OGP，2014，49（5）：846-851.

［2］王小品，賀振華，熊曉軍.基于小波變換與奇異值分解的地震資料去噪新方法.石油天然氣學(xué)報(bào)，2010，32（1）：232-236.Wang Xiaopin，He Zhenhua，Xiong Xiaojun.A new

謝春臨 高級(jí)工程師，1968年生；1989年獲長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院勘察地球物理專業(yè)學(xué)士學(xué)位；2002年獲吉林大學(xué)礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)碩士學(xué)位；長(zhǎng)期在大慶油田勘探開發(fā)研究院從事地震資料解釋、儲(chǔ)層預(yù)測(cè)及井位部署工作。

·綜合研究·

利用三維地震透鏡體反射識(shí)別C8段河道砂體——鄂爾多斯盆地西南部黃土塬區(qū)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)實(shí)例

潘 杰①劉忠群②蒲仁海*①周思賓②范久霄②白 升①

（①西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室／地質(zhì)學(xué)系，陜西西安710069；②中國(guó)石化華北分公司研究院，河南鄭州45006）

摘要黃土塬區(qū)三維地震資料質(zhì)量欠佳和砂、泥巖波阻抗相近，導(dǎo)致無論是在常規(guī)還是拓頻三維地震剖面上都難以識(shí)別延長(zhǎng)組河道砂巖儲(chǔ)層。目標(biāo)區(qū)C8段透鏡體在地震剖面上表現(xiàn)為C813底界的波峰同相軸下彎、C812小層對(duì)應(yīng)的波谷加寬或在C81段內(nèi)部多出一個(gè)波峰。與常規(guī)三維資料相比，拓頻剖面上識(shí)別河道砂巖透鏡體反射寬度更窄、面積變小，且預(yù)測(cè)結(jié)果與鉆井的吻合率并未明顯提高，脫離鉆井標(biāo)定更難以確定透鏡體反射來自C8段內(nèi)哪個(gè)小層的河道砂體。根據(jù)拓頻剖面上C8段反射的振幅和波形特征將透鏡體反射劃分為7類，其中方波有軸、方波谷、圓波谷和圓波谷有軸這四種較發(fā)育的透鏡體含厚砂層的概率依次減小。延安組煤層產(chǎn)生的多次波是影響C8河道砂巖識(shí)別的主要因素之一；某些透鏡體反射內(nèi)并未鉆遇砂巖層可能與廢棄河道泥質(zhì)塞或透鏡體中心圈定不準(zhǔn)等因素有關(guān)；部分C8段較厚砂巖未形成透鏡體反射可能緣于泥巖中含較多粉砂或鈣質(zhì)從而與砂巖波阻抗十分接近?？傊?，應(yīng)用三維地震透鏡體反射識(shí)別C8河道砂巖儲(chǔ)層在目標(biāo)區(qū)水平井開發(fā)中發(fā)揮了重要作用。

關(guān)鍵詞儲(chǔ)層預(yù)測(cè) 透鏡體反射 C8河道砂體識(shí)別 鎮(zhèn)涇地區(qū)

Adoi：10.13810／j.cnki.issn.1000-7210.2017.03.015

潘杰，劉忠群，蒲仁海，周思賓，范久霄，白升.利用三維地震透鏡體反射識(shí)別C8段河道砂體——鄂爾多斯盆地西南部黃土塬區(qū)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)實(shí)例.石油地球物理勘探，2017，52（3）：521-531.

文章編號(hào)：1000-7210（2017）03-0521-11

*陜西省西安市碑林區(qū)太白北路229號(hào)西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室／地質(zhì)學(xué)系，710069。Email：purenhai＠nwu.edu.cn

本文于2016年3月28日收到，最終修改稿于2017年2月22日收到。

本項(xiàng)研究受國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目“非常規(guī)油氣勘探與開發(fā)地球物理基礎(chǔ)理論與研究方法”的課題“中國(guó)非常規(guī)油氣儲(chǔ)層特征、分類與典型地質(zhì)模型建立”（41390451）和中石化華北分公司企業(yè)委托項(xiàng)目（G13YTKF-12-ZS-QT-ZJ-008）聯(lián)合資助。

1 引言

研究區(qū)地處甘肅省鎮(zhèn)原、涇川之間的矩形區(qū)域南部，構(gòu)造位于鄂爾多斯盆地西南緣天環(huán)向斜南端。烴源巖為上三疊統(tǒng)C7底部厚約10～20m的張家灘頁巖，C8油層組為最主要產(chǎn)油層，目前C8段油氣貢獻(xiàn)量占整個(gè)油田80%以上。C8段屬于辮狀河—曲流河過渡型沉積，流向以北東向?yàn)橹鳎植繛檎匣蛘龞|方向［1］。應(yīng)用三維地震資料尋找C8主河道砂體成為水平井部署的重要依據(jù)之一。通常，由于砂泥巖速度存在差異，河道砂巖在三維地震沿層屬性平面圖上有明顯的反映［2］，應(yīng)用地震屬性或反演方法則可預(yù)測(cè)甜點(diǎn)或主河道砂體的展布［3、4］。然而，鎮(zhèn)涇地區(qū)C8砂巖儲(chǔ)層和非砂巖儲(chǔ)層之間波阻抗差異很小，加之三維地震振幅強(qiáng)弱受黃土塬靜校不均衡的影響［5-7］，所以應(yīng)用振幅相關(guān)的屬性或波阻抗反演等手段識(shí)別C8主河道砂巖展布的效果大打折扣。盡管在砂、泥巖波阻抗接近的情況下有時(shí)采用屬性轉(zhuǎn)換［8］或巖性反演［9，10］可提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)或沉積微相識(shí)別的有效性，但經(jīng)過多次試驗(yàn)在鎮(zhèn)涇油田三維地震屬性和反演預(yù)測(cè)的主河道上部署開發(fā)水平井仍有較大風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，技術(shù)人員注意到類似于露頭剖面上河道砂體的形態(tài)特征，某些鉆遇C8較厚河道砂巖的高產(chǎn)井在過井三維地震剖面上存在一個(gè)頂平底凹的透鏡體反射，如HH73井和H H74井等，所以直接在三維地震剖面上觀察尋找C8透鏡體反射一度成為確定厚層河道砂體和部署水平井的主要方法之一。但這種方法的效果如何，有哪些影響因素和不確定性，人們并不了解。本文根據(jù)盆地西南部代家坪700km2全覆蓋三維地震區(qū)已鉆的68口直井或水平井導(dǎo)眼段資料，通過對(duì)C8砂巖的統(tǒng)計(jì)和過井地震剖面上透鏡體反射的解釋等工作，主要分析了透鏡體反射識(shí)別河道砂巖的有效性、影響因素和可信度等。本文中常規(guī)體指該區(qū)疊后保幅體地震體，主頻約為28 Hz；拓頻體指在常規(guī)體基礎(chǔ)上經(jīng)拓頻處理的地震體，主頻可達(dá)約75Hz。

2 常規(guī)體和拓頻體上C8砂巖層位標(biāo)定

鎮(zhèn)涇地區(qū)延長(zhǎng)組C8段厚度約為70～90m，自上而下分為C811、C812、C813和C821、C822五個(gè)小層。砂巖主要發(fā)育在C812，少數(shù)砂體發(fā)育在C813，砂巖厚度為4～30m，以10m左右最為常見。在正極性、零相位、視主頻約35 Hz的常規(guī)三維地震剖面上，C7段下部10～20m低速?gòu)埣覟╉搸r形成一谷兩峰強(qiáng)振幅標(biāo)志反射，C8頂界一般標(biāo)定在一峰兩谷的上負(fù)下正的零拐點(diǎn)或零拐點(diǎn)至下方3ms附近，C813的底則標(biāo)定在下臨波谷最大值處，整個(gè)C81含砂段位于C7底界向下的半個(gè)周期內(nèi)到四分之三個(gè)周期內(nèi)，視窗厚度約15ms（圖1a）。在視主頻約70 Hz的拓頻地震剖面上，C8頂界標(biāo)定在張家灘頁巖底界強(qiáng)振幅波峰反射最大值處，C813底界則標(biāo)定在下伏相鄰波峰附近，隨河道下切和砂厚變化，準(zhǔn)確位置稍有約45°相位角的上下浮動(dòng)。拓頻剖面上整個(gè)C81含砂段位于C7底界向下的1個(gè)周期左右（圖1b）。

由圖1可看出，常規(guī)體上由于分辨率有限，HH78井C812和C813兩小層底界均位于一個(gè)波谷內(nèi)，難以區(qū)分兩個(gè)期次的河道砂體。隨著含砂厚度或?qū)游坏淖兓珻813底也可標(biāo)定在緊鄰C7底的波谷最大值處或其上、下包絡(luò)面上（圖2、圖3）。拓頻剖面上C812和C813則分別對(duì)應(yīng)于兩波谷，中間為一個(gè)小波峰反射。但由于不同砂巖厚度或砂體發(fā)育層位的差異，拓頻體上C812和C813底界的標(biāo)定位置隨井會(huì)發(fā)生變化，有時(shí)也會(huì)標(biāo)定在波峰上。如H H109井C813底標(biāo)定在了波峰上；ZT4井的C812底則標(biāo)定在了波峰上；不含砂的H H9井C813底也標(biāo)定在了波峰上（圖2、圖4）。

圖1 HH78井常規(guī)體（a）與拓頻體（b）合成記錄比較

圖2 HH109-ZT4-HH9連井剖面（井位見圖7）

3 拓頻剖面上C812與C813砂體

研究區(qū)H H109井只在C812鉆遇12m砂巖，ZT4井則在C812和C813分別鉆遇12m和25m砂體（圖2），它們?cè)诔Ｒ?guī)地震剖面（圖3）上和拓頻剖面（圖4）上均形成透鏡體反射，表現(xiàn)為C813底界附近波峰同相軸下彎。H H9井C8無砂巖儲(chǔ)層，則沒有透鏡體反射。可以看出，是否進(jìn)行拓頻處理對(duì)識(shí)別C8砂巖透鏡體反射作用似乎不大。但是拓頻的主要目的之一是區(qū)分C812和C813的透鏡體反射。由于常規(guī)地震的分辨率所限，從透鏡體反射中看不出究竟C812含砂還是C813含砂，還是二者都含砂。

利用拓頻剖面透鏡體反射能否區(qū)分C812和C813這兩期砂體呢？通過上一節(jié)井點(diǎn)標(biāo)定可見，C812和C813底界在拓頻剖面上的標(biāo)定的位置隨砂巖厚度和層位會(huì)發(fā)生變化。但無論怎樣變化，C813的底界都限定在C8頂界向下19～20ms范圍內(nèi)，這一時(shí)窗范圍內(nèi)包括C813底界在內(nèi)一般只有一、兩個(gè)波峰。只有在鉆井標(biāo)定后，才能判斷屬于C812河道形成的透鏡體還是C813河道形成的透鏡體。

圖5是C8段15m河道砂巖在拓頻地震剖面上形成透鏡體反射的正演模型，地震子波主頻為70 Hz。其中圖5a顯示15m河道砂體發(fā)育于C812小層內(nèi)，圖5b是其地震響應(yīng)剖面，圖5c顯示15m砂巖透鏡體位于C813小層內(nèi)時(shí)的地震響應(yīng)。比較圖5b與圖5c可知，二者均在C8反射對(duì)應(yīng)位置出現(xiàn)波谷變寬的透鏡體特征，但后者波谷變寬稍弱，振幅稍減弱，其他特征幾乎無差異。因此，即使是在拓頻后，也難以從地震剖面甄別透鏡體反射是C812還是C813的河道砂巖所形成。

圖3 過HH109-ZT4-HH9井常規(guī)體剖面（剖面位置見圖7）

圖4 過HH109-ZT4-HH9井拓頻體剖面圖（剖面位置見圖7）

圖5 C812和C813均含15m砂巖透鏡體的正演模型（地震主頻為70Hz）

4 盲追與井點(diǎn)標(biāo)定約束追蹤的差異

盲追法即在東西主測(cè)線和南北聯(lián)絡(luò)測(cè)線上無論有無鉆井控制都識(shí)別、追蹤和圈定C8透鏡體反射的方法。在代家坪三維地震常規(guī)剖面上的追蹤結(jié)果如圖6a所示。常規(guī)剖面上的河道帶寬度較大，一般達(dá)3～6km，延伸5～10km，平面上砂巖面積占工區(qū)總面積的一半左右，砂體的展布更像辮狀河，尤其是工區(qū)西部HH50-HH78井區(qū)（圖6a）。拓頻體上追蹤的透鏡體規(guī)模顯著減小，一般寬1～2km，工區(qū)西部河道呈網(wǎng)狀，東部則呈孤立透鏡狀展布，平面上砂體的面積占工區(qū)總面積約三分之一（圖6b）。有人認(rèn)為工區(qū)C8河道應(yīng)為北東向延伸［11，12］，砂巖透鏡體也應(yīng)當(dāng)為北東向延伸，為此在北西向三維地震剖面上追蹤河道砂巖透鏡體。作者認(rèn)為開發(fā)水平井應(yīng)當(dāng)在已鉆遇砂巖基礎(chǔ)上，依靠三維地震剖面上的標(biāo)定和透鏡體反射的平面延伸圈定河道的展布。在拓頻體上鉆井標(biāo)定約束下追蹤透鏡體反射的結(jié)果如圖7所示，這種方法追蹤的河道寬度較均一，具順直河道特點(diǎn)，一般寬度約為2km，大致呈北東向延伸，且相互平行，這種解釋的優(yōu)點(diǎn)是能夠根據(jù)鉆井砂體的時(shí)代確定河道砂體的時(shí)期，同時(shí)它較大程度地反映了地質(zhì)解釋人員的主觀判斷和人為干預(yù)，與盲追結(jié)果有一定差異?？梢钥闯?，不同三維地震體和不同追蹤方法解釋的C8透鏡體河道結(jié)果有較大差異，所以，在部署水平井時(shí)，以上三種結(jié)果都只是起到參考作用。針對(duì)具體的部署每一口水平井和判斷是否存在C8河道砂體時(shí)，必須參照鄰井的反射特征詳細(xì)開展多個(gè)方向測(cè)線上河道透鏡體的甄別和假象的排除。

圖7 井資料標(biāo)定約束下在拓頻體三維地震上追蹤的C812（a）和C813（b）的不同亞類的透鏡體反射平面圖

5 常規(guī)剖面上河道砂巖透鏡體反射類型

在常規(guī)三維地震剖面上，根據(jù)C8河道砂巖形成的透鏡體反射特征可分為三種透鏡體類型。

類型Ⅰ是C813底界附近對(duì)應(yīng)的波峰反射出現(xiàn)下彎；類型Ⅱ是C812位置對(duì)應(yīng)的波谷反射變寬；類型Ⅲ是C812波谷內(nèi)部新出現(xiàn)了一個(gè)波峰。類型Ⅱ和類型Ⅲ的C813底界附近對(duì)應(yīng)的波峰反射下彎不明顯或只有微弱下彎（圖8）。類型Ⅰ和類型Ⅲ透鏡體規(guī)模較大，鉆遇砂體較厚，如HH76井和HH78井分別鉆在類型Ⅰ和類型Ⅲ透鏡體反射邊緣，在C812分別鉆遇了13m和11m的砂體。HH92井鉆在了類型Ⅱ透鏡體上，雖位于透鏡體中央，但也只鉆了10m的C812砂巖（圖8）。

圖8 常規(guī)體地震剖面上C8河道砂巖出現(xiàn)透鏡體反射的三種類型圖（C8頂界拉平，測(cè)井曲線數(shù)值單位同圖1）

鉆井統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，無論C812還是C813河道砂巖出現(xiàn)類型Ⅰ透鏡體反射的概率較大，為75%～86%。如果多個(gè)小層都發(fā)育砂巖，則出現(xiàn)類型Ⅰ透鏡體反射的概率可達(dá)92%，出現(xiàn)類型Ⅱ或Ⅲ的概率一般小于25%（表1）。所以，在三維地震剖面上C813底界下彎的類型Ⅰ透鏡體反射是河道砂體的最常見類型。

表1 不同層位砂巖透鏡體反射類型的概率

6 拓頻剖面上河道砂巖透鏡體特征

在拓頻三維地震剖面上，根據(jù)C8透鏡體反射頂、底界振幅強(qiáng)弱、內(nèi)部波形特征可將其分為7種亞類（圖9、表2）。

表2 常規(guī)和拓頻地震剖面上河道砂巖透鏡體反射類型表

亞類1透鏡體反射頂?shù)捉缇鶠閺?qiáng)振幅波峰，透鏡體內(nèi)部波谷為方波型，且多出一個(gè)波峰同相軸。亞類3由亞類1的方波變?yōu)閳A波，其他相同。亞類3比亞類2缺少了透鏡體內(nèi)部波峰。當(dāng)亞類1透鏡體內(nèi)部無波峰同相軸時(shí)則為亞類4。亞類5透鏡體底界波峰變成了弱振幅，內(nèi)部也為中弱反射。當(dāng)亞類5透鏡體內(nèi)部由中弱反射變?yōu)閺?qiáng)反射時(shí)則為亞類6。當(dāng)透鏡體頂界變?yōu)槿跽穹⒌捉鐬閺?qiáng)振幅時(shí)則為亞類7，這種類型最少見。所有類型透鏡體最厚點(diǎn)垂向時(shí)差均為19～20ms。

圖7就是根據(jù)拓頻剖面上的7個(gè)亞類型追蹤出的C812和C813透鏡體展布圖?？梢钥闯?，對(duì)于C812和C813小層來說，亞類1方波有軸的透鏡體比例最多，占全部透鏡體的一半左右，砂體鉆遇率也最高；其次為亞類2方波類型較多；再次為圓波；最后為圓波內(nèi)有軸。目前鉆井揭示的全為前4個(gè)亞類的透鏡體，后3個(gè)亞類尚無井揭示，含砂情況不明。

拓頻體上的透鏡體的7種亞類和常規(guī)體上的三種類型存在一定的關(guān)系，其中拓頻剖面上1、5、6和7亞類型屬于常規(guī)剖面的類型Ⅰ，3、4亞類屬于類型Ⅱ，第2亞類則屬于類型Ⅰ或類型Ⅲ（表2）。常規(guī)剖面上透鏡體反射內(nèi)部多出一個(gè)同相軸時(shí)，拓頻剖面上透鏡體內(nèi)部也肯定會(huì)多出一個(gè)同相軸；但反過來，拓頻剖面透鏡體內(nèi)有軸時(shí)，常規(guī)剖面可有軸，也可無軸，但肯定形成方波。

從圖6和以上討論可以看出，離開鉆井標(biāo)定拓頻地震剖面上雖然主頻提高了兩倍，卻依然不能區(qū)分透鏡體反射是C811還是C812砂體所形成。拓頻體上追蹤的C8砂體的分布和延伸趨勢(shì)等與常規(guī)體追蹤結(jié)果基本一致，即反映該區(qū)C8砂巖屬于來自正西方向的辮狀河—曲流河的過渡區(qū)，主河道由西向東流經(jīng)HH73井和HH50井后，分別向北東、正東和南東方向呈放射狀分叉延伸［13］。不同的是拓頻體追蹤的砂體規(guī)模更小，似乎平面范圍更精確，但是否真的更精確仍有待更多鉆井的證實(shí)。

7 河道砂巖預(yù)測(cè)結(jié)果符合率及分析

多厚的河道砂巖可以形成透鏡體反射？C8中哪個(gè)小層的河道容易形成透鏡體反射？根據(jù)研究區(qū)內(nèi)68口井實(shí)鉆資料，在拓頻和常規(guī)三維地震剖面上對(duì)C8不同小層及組合含砂出現(xiàn)透鏡體反射的概率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。研究區(qū)基本存在五種情況，即C811含砂、C812含砂、C813含砂、兩或三個(gè)小層含砂、C8無砂巖等。C8全區(qū)68口井中僅27口鉆在不同方向的透鏡體反射上，其中9口井鉆在透鏡體中心附近二分之一總寬度內(nèi)，鉆遇10m以上砂體；6口井鉆在透鏡體邊緣，鉆遇10m以上砂體；6口井只鉆遇4～10m的砂體；6口井沒有鉆遇砂體。68口井中有11口井不在透鏡體反射上仍鉆遇10m以上砂，約占六分之一。某些C8河道砂巖沒有在地震剖面上形成透鏡體反射的原因可能與該區(qū)砂巖與泥巖波阻抗十分接近或相等有關(guān)。由圖2可以看出，該區(qū)C8砂巖的聲波時(shí)差只稍小于上、下泥巖，即二者十分接近。

并不是所有C812和C813砂體都能形成透鏡體反射，如表3所列C813比C812砂體容易形成透鏡體反射，單層砂巖越厚越容易形成透鏡體反射。總體上，對(duì)于大于10m的砂體而言，只有大約三分之二的砂體才能形成透鏡體反射；4～10m的砂體只有一半左右才能形成透鏡體反射；可能由于干涉的原因，C813砂體比C812砂體更容易形成透鏡體反射。

表3 鉆遇不同厚度砂巖出現(xiàn)透鏡體反射的概率

利用透鏡體反射預(yù)測(cè)C8河道砂體成功率有多大呢？代家坪地區(qū)68口井中鉆遇4m以上砂體的井共52口，其中27口鉆在透鏡體上，25口處不存在透鏡體反射，說明4m以上的砂體中大約有不到一半沒有形成透鏡體反射。

透鏡體反射中鉆遇砂巖的概率與其厚度有關(guān)，從鉆在C8透鏡體反射的27口井鉆后結(jié)果統(tǒng)計(jì)來看，其中15口井鉆遇10m以上砂體，6口井鉆遇4～10m砂體，6口井沒有鉆遇砂體，則10m以上砂體鉆遇率56%，4m以上砂體鉆遇率78%。說明用透鏡體反射預(yù)測(cè)河道砂體有一定的成功率，但預(yù)測(cè)10m厚砂體的成功率只有一半多。這里要說明的是C8段10m以上砂巖能形成透鏡體反射的概率為58%～100%（表3）與透鏡體反射中可能鉆遇10m以上砂巖的概率為56%是兩個(gè)不同概念。前者取中間值75%，與后者56%相乘等于42%，也就是說用三維地震透鏡體反射法預(yù)測(cè)自然界10m以上河道砂巖鉆井成功率也只有42%。

6個(gè)C8透鏡體反射為什么沒有鉆遇砂體呢？從過井地震剖面來看，可能有不同的原因（圖10）。第1、4例子的鉆井位于透鏡體邊緣，可能為河流漫灘沉積，沒有河道砂巖。第3、5例子可能為延9煤層形成的多次波導(dǎo)致的假透鏡體，后面專門討論。第2透鏡體反射規(guī)模較小，只有600～700m寬，沒有鉆遇砂巖的原因不太清楚，也可能為泥質(zhì)塞，因?yàn)閭?cè)向遷移的河道邊遷移邊充填砂巖，最終廢棄后可能充填為泥質(zhì)塞［14］。第6個(gè)無砂的例子所見透鏡體偏深，可能為C9以下層位河道形成的透鏡體，C8透鏡體不典型，所以C8并未鉆遇砂巖。

延安組發(fā)育兩、三層數(shù)米厚的煤層，由于其速度很低，與非煤層之間存在較大波阻抗差，同時(shí)在煤層之間有時(shí)會(huì)形成多次波反射，尤其是侏羅系底界不整合下切谷處，煤層厚度增大，多次波也呈一個(gè)下彎的強(qiáng)振幅反射，它們?cè)谙路嗵椎貙尤鏑4＋5和C7、C8等層位均產(chǎn)生中等—較強(qiáng)振幅的下彎形態(tài)，在C8對(duì)應(yīng)位置形成外形上與河道透鏡體類似的反射特征。HH96P44井就鉆在這樣一個(gè)假透鏡體上（圖11左），該井導(dǎo)眼段目的層C8沒有鉆遇砂體（圖11右）。

8 結(jié)論

（1）通過鉆井標(biāo)定和約束在常規(guī)和拓頻剖面上根據(jù)河道砂巖的頂平底凹透鏡體反射可以區(qū)分并在井周圍追蹤出C812和C813砂體，但大部分井間剖面上區(qū)分不開透鏡體反射是C812還是C813河道形成。盡管拓頻體地震主頻提高了2倍，達(dá)到了70 Hz，但離開鉆井標(biāo)定依然不能有效區(qū)分透鏡體反射屬于C813還是C812的河道砂巖所形成。拓頻體上追蹤的C8砂體的分布和延伸趨勢(shì)等與常規(guī)體所追蹤結(jié)果基本一致，不同的是拓頻體追蹤的砂體規(guī)模更小。

（2）在主頻35 Hz正極性的常規(guī)三維地震剖面上，厚約10～20m的C7下部張家灘低速頁巖會(huì)形成一個(gè)一谷兩峰的強(qiáng)振幅標(biāo)準(zhǔn)層反射。C8河道砂巖形成的透鏡體反射表現(xiàn)為在一谷兩峰的標(biāo)志層反射的下峰之下的波谷底界下拉、波谷變寬和波谷中多出一個(gè)波峰同相軸等三種類型。C813在拓頻剖面上形成透鏡體反射的常見類型分別為方波谷有軸、方波谷、圓波谷、圓波谷有軸等四類，鉆井統(tǒng)計(jì)表明這四種透鏡體含厚砂的概率依次降低。拓頻剖面上和常規(guī)剖面上用透鏡體反射識(shí)別C8河道均有一定的效果。

（3）對(duì)三維地震開展拓頻處理在識(shí)別C8河道砂巖透鏡體方面所起的作用有限，拓頻剖面和常規(guī)剖面識(shí)別的河道砂巖延伸方向和展布大致類似，只是前者方法識(shí)別的砂體展布更局限和精細(xì)。拓頻并沒有從根本上提高和提高透鏡體法識(shí)別河道砂體的成功率。

（4）由于較厚黃土塬地表對(duì)地震波的強(qiáng)烈吸收衰減和延安組煤層的對(duì)下伏反射的屏蔽或形成多次波的影響，鄂爾多斯盆地南部黃土塬三維地震的剖面質(zhì)量仍不過關(guān)，加上砂、泥巖波阻抗較接近等原因，延長(zhǎng)組C8段的屬性和反演等方法均不能較好地識(shí)別砂體展布，在水平井部署中不得不采用的透鏡體法，但這也只對(duì)一半左右的厚砂體有效。所以，今后仍需要從三維地震采集和處理技術(shù)方面改善地震資料品質(zhì)來提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)成功率。所以該方法仍未達(dá)到預(yù)測(cè)全部?jī)?chǔ)層的效果。

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（本文編輯：朱漢東）

作者簡(jiǎn)介

潘杰 博士研究生，1987年生；2010年畢業(yè)于西南石油大學(xué)資源勘查專業(yè)，獲工學(xué)學(xué)士學(xué)位；2014年畢業(yè)于西北大學(xué)能源地質(zhì)學(xué)專業(yè)，獲理學(xué)碩士學(xué)位；現(xiàn)在西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系攻讀礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)博士學(xué)位，主要從事地震資料解釋和綜合研究。

·綜合研究·

自適應(yīng)波形多道匹配追蹤斷層識(shí)別技術(shù)

鄧志文*①趙賢正②陳雨紅③白旭明①方海飛①?gòu)?政①

（①中國(guó)石油東方地球物理公司，河北涿州072751；②中國(guó)石油大港油田公司，天津300280；③中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所蘭州油氣資源研究中心，甘肅蘭州73000）

摘要相干體屬性技術(shù)是識(shí)別斷層的常見方法，但在應(yīng)用中也會(huì)引起假象且損失有用信息。地震數(shù)據(jù)可表示成多組局部平面波（連續(xù)反射信息）與不連續(xù)信息及隨機(jī)噪聲之和，從地震數(shù)據(jù)中分離出連續(xù)反射信息則有利于刻畫不連續(xù)地質(zhì)信息。自適應(yīng)波形多道匹配追蹤斷層識(shí)別技術(shù)以常規(guī)相干體及傾角屬性技術(shù)為基礎(chǔ)，首先通過相干掃描方式確定同相軸組數(shù)、各組同相軸兩個(gè)方向的視傾角、到達(dá)時(shí)及延遲時(shí)等初始信息；然后建立目標(biāo)函數(shù)，反演出各組連續(xù)同相軸波形，因不需預(yù)先設(shè)定原子庫(kù)，故反演出的波形物理意義更明確，可視為多道匹配追蹤技術(shù)。通過實(shí)際資料試驗(yàn)，所得連續(xù)反射數(shù)據(jù)體和壓制了連續(xù)反射體的殘差數(shù)據(jù)體都有助于識(shí)別斷層，且殘差數(shù)據(jù)體剔除了多組同相軸干涉引起的假象，更好地描述了同相軸扭曲的不連續(xù)的線狀地質(zhì)特征，比常規(guī)相干體能識(shí)別更多細(xì)節(jié)（如高角度斷面波）；在連續(xù)數(shù)據(jù)體上提取的相干體比在原始數(shù)據(jù)體上的更清晰、斷層組合關(guān)系更合理且噪聲更弱。

關(guān)鍵詞多道匹配追蹤 無原子庫(kù) 相干體 面狀地質(zhì)體界面 線狀地質(zhì)體界面

10.13810／j.cnki.issn.1000-7210.2017.03.016

鄧志文，趙賢正，陳雨紅，白旭明，方海飛，張政.自適應(yīng)波形多道匹配追蹤斷層識(shí)別技術(shù).石油地球物理勘探，2017，52（3）：532-537，547.

文章編號(hào)：1000-7210（2017）03-0532-06

*河北省涿州市范陽路中國(guó)石油東方地球物理公司，072751。Email：dengzhiwen＠cnpc.com.cn

本文于2015年4月14日收到，最終修改稿于2017年3月28日收到。

本項(xiàng)研究受國(guó)家深地專項(xiàng)“超深層重磁電震勘探技術(shù)研究”之課題“超深層重磁電震配套技術(shù)集成及技術(shù)經(jīng)濟(jì)適用性評(píng)價(jià)”（2016YFC0601107）資助。

1 引言

斷層和裂縫在油氣勘探領(lǐng)域占據(jù)非常重要的地位，且研究并發(fā)展了多種斷層識(shí)別和裂縫預(yù)測(cè)技術(shù)，其中較為典型的是相干體屬性技術(shù)［1-6］。但相干體技術(shù)目前還存在著各種局限，即相干體屬性技術(shù)既會(huì)引起各種假象，也會(huì)丟失斷層和裂縫信息。相干體屬性技術(shù)之所以引起假象，由以下多種因素造成［7-12］：同相軸振幅橫向變化、同相軸傾角橫向變化、時(shí)窗選擇不合適、多組同相軸干涉及偏移畫弧、繞射波歸位不夠以及斜干擾等相干干擾。由同相軸振幅橫向變化引起的假象可通過主特征值相干判別準(zhǔn)則得到改善；同相軸傾角橫向變化可通過沿構(gòu)造的相干值計(jì)算進(jìn)行調(diào)整；時(shí)窗選擇不合適可通過自適應(yīng)時(shí)窗校正［13］。但多組同相軸干涉問題目前還沒有人進(jìn)行探討，還有實(shí)際資料中普遍存在的偏移畫弧、繞射波歸位不合理以及斜干擾等相干干擾引起的假象，目前也沒有合適的解決方法。相干體屬性技術(shù)丟失信息可能存在以下兩種因素：在地震剖面上展示為同相軸扭曲時(shí)相干體技術(shù)難以識(shí)別；一些線性相干干擾的影響增大了相干值。

本文發(fā)展了一套自適應(yīng)波形多道匹配追蹤斷層識(shí)別技術(shù)，它有別于相干體屬性技術(shù)的檢測(cè)斷層和裂縫的技術(shù)手段。假定地質(zhì)界面表現(xiàn)為面狀和線狀特征，面狀界面特征地質(zhì)體有阻抗橫向不變的和阻抗橫向變化的，通常阻抗橫向不變的面狀地質(zhì)體界面占主導(dǎo)地位，因此壓制阻抗橫向不變的面狀地質(zhì)體界面，有利于突出阻抗橫向變化的面狀地質(zhì)體和線狀地質(zhì)體。由于面狀地質(zhì)體界面可表示為分段局部平面，但地震數(shù)據(jù)的帶限特征引起的干涉現(xiàn)象，以及成像數(shù)據(jù)中還存在的各種相干干擾，使問題更復(fù)雜化。自適應(yīng)波形多道匹配追蹤斷層識(shí)別技術(shù)假設(shè)地震數(shù)據(jù)可表示成多組局部平面波（連續(xù)反射信息刻畫面狀地質(zhì)體界面特征）與不連續(xù)信息（刻畫線狀地質(zhì)體界面特征）及隨機(jī)噪聲的和，從地震數(shù)據(jù)中分離出連續(xù)反射信息，有利于增強(qiáng)不連續(xù)地質(zhì)信息的刻畫能力。具體實(shí)現(xiàn)方式是以常規(guī)相干體、傾角屬性技術(shù)為基礎(chǔ)，首先用相干掃描的方式確定同相軸的組數(shù)、各組同相軸的兩個(gè)方向的視傾角、到達(dá)時(shí)以及延遲時(shí)等初始信息（類似于常規(guī)的匹配追蹤技術(shù)的匹配最優(yōu)原子位置的過程），建立目標(biāo)函數(shù)，反演出各組連續(xù)同相軸波形。所有分量同時(shí)參與優(yōu)化，可視為多道正交匹配追蹤技術(shù)。由于該技術(shù)不需預(yù)先設(shè)定原子庫(kù)，且同相軸產(chǎn)狀參與約束優(yōu)化過程，因此，反演出的波形物理意義更加明確。

通過實(shí)際資料試算可知，該技術(shù)殘差數(shù)據(jù)體有利于剔除多組同相軸干涉引起的假象，提高識(shí)別同相軸扭曲的不連續(xù)的線狀地質(zhì)特征的能力，比常規(guī)相干體能識(shí)別更多的細(xì)節(jié)，更好地識(shí)別高角度斷面波地質(zhì)特征。該技術(shù)在連續(xù)數(shù)據(jù)體上提取的相干體比在原始數(shù)據(jù)體上提取的相干體更加清晰、斷層組合關(guān)系更加合理，受采集腳印等干擾影響小。

2 理論與方法

2.1 常規(guī)單道匹配追蹤技術(shù)基本原理

常規(guī)匹配追蹤將地震記錄分解成一系列子波的線性組合，每次從冗余的超完備時(shí)頻原子庫(kù)中優(yōu)選出與局部地震道信息具有最佳相關(guān)性的子波。它是一個(gè)組合優(yōu)化問題，是一種貪婪算法，計(jì)算量巨大。

單道匹配追蹤技術(shù)通過迭代實(shí)現(xiàn)，對(duì)于給定的地震道f（t），每次迭代提取一個(gè)子波，經(jīng)過n－1次迭代，共有n－1個(gè)子波從地震道提取出來，剩余道為R（n－1）｛f（t）｝。這里線性算子R被稱為殘差算子，且有R（0）｛f（t）｝＝f（t）。假設(shè)第n次迭代提取的子波為wn（t），則剩余道為

其中子波可表示為

式中：gγn（t）為第n次迭代的基子波或原子，它與剩余道R（n－1）｛f（t）｝有最優(yōu)相關(guān)系數(shù)；γn為原子集；an為振幅標(biāo)定。

常規(guī)單道匹配追蹤技術(shù)需要預(yù)先給定超完備原子庫(kù)，而該原子庫(kù)很難適應(yīng)實(shí)際地震數(shù)據(jù)，同時(shí)單道匹配追蹤技術(shù)沒有空間構(gòu)造信息約束，分解出的每個(gè)子波物理意義不明確，同樣也造成了難以選取終止準(zhǔn)則的問題。

2.2 自適應(yīng)波形多道匹配追蹤技術(shù)基本原理

自適應(yīng)波形多道匹配追蹤技術(shù)假設(shè)地震數(shù)據(jù)可以表示成多組局部平面波（連續(xù)反射信息刻畫面狀地質(zhì)界面特征）與不連續(xù)信息（刻畫線狀地質(zhì)界面特征）及隨機(jī)噪聲的和。從地震數(shù)據(jù)中分離出反映連續(xù)反射信息的局部平面波，然后壓制隨機(jī)噪聲，殘差記錄中能凸顯不連續(xù)信息，有利于刻畫斷層等線狀地質(zhì)特征。

圖1所示為該技術(shù)的二維地震數(shù)據(jù)自適應(yīng)波形多道匹配追蹤技術(shù)原理示意圖，三維情況類推。則地震記錄表示為

式中：i為主測(cè)線相對(duì)編號(hào)；j為聯(lián)絡(luò)測(cè)線相對(duì)編號(hào)；t為地震數(shù)據(jù)時(shí)間；sk為第k組波形；τk為第k組波形延遲時(shí)；tk為第k組波形到達(dá)時(shí)；pyk和pxk為第k組波形兩個(gè)方向的視傾角；δ為脈沖函數(shù)；n（i，j，t）為反映不連續(xù)地質(zhì)現(xiàn)象的地震響應(yīng)和隨機(jī)噪聲之和。

圖1 地震數(shù)據(jù)可表示為多組局部平面波原理示意圖（二維）

若已知各組同相軸兩個(gè)方向的視傾角pyk和pxk、到達(dá)時(shí)tk及延遲時(shí)τk，則可據(jù)最小二乘方法計(jì)算擬合誤差最小時(shí)的各組同相軸的波形sk，即

利用以上方法可從原始數(shù)據(jù)中分離出反映阻抗穩(wěn)定的面狀地質(zhì)界面，在此基礎(chǔ)上壓制隨機(jī)噪聲，突出線狀地質(zhì)界面。該算法通過自適應(yīng)時(shí)窗相干體傾角掃描技術(shù)提供同相軸組數(shù)、各組同相軸視傾角、起始時(shí)間和延續(xù)時(shí)間等初始信息［13］。

由于該算法中直接反演出波組的波形，不需預(yù)先給定過完備的原子庫(kù)，因此是一種自適應(yīng)波形多道匹配追蹤技術(shù)。由于實(shí)際情況，反映連續(xù)地質(zhì)現(xiàn)象的能量占主體，因此由于該技術(shù)的不連續(xù)數(shù)據(jù)體壓制了連續(xù)反射體，增強(qiáng)了刻畫線狀地質(zhì)現(xiàn)象的能力；而連續(xù)數(shù)據(jù)體因很好地壓制了隨機(jī)噪聲，在該數(shù)據(jù)體上提取的相干體屬性，斷層更加清晰、斷層組合關(guān)系更加合理，受采集腳印等干擾影響小。

3 實(shí)際資料測(cè)試

圖2為從實(shí)際數(shù)據(jù)中選取的一小塊數(shù)據(jù)體（7條主測(cè)線×9個(gè)CDP點(diǎn)），采用基于無原子自適應(yīng)波形匹配追蹤技術(shù)進(jìn)行測(cè)試。由該圖可見，連續(xù)數(shù)據(jù)體很好地重構(gòu)了原始數(shù)據(jù)體，在殘差數(shù)據(jù)體上主要?dú)埩袅吮尘霸肼?，紅箭頭所示處，同相軸波形發(fā)生空變，而在殘差上沒有剩余，這是由于該處為多組同相軸干涉而成，常規(guī)相干體算法在該處為較低相干值，而實(shí)際該處地層連續(xù)穩(wěn)定，只是厚度存在空變；下方粉紅色箭頭處原始數(shù)據(jù)體和連續(xù)數(shù)據(jù)體振幅橫向都較穩(wěn)定，在殘差上有明顯剩余，這里或?yàn)槿醯牟贿B續(xù)地質(zhì)現(xiàn)象，常規(guī)相干體技術(shù)難以檢測(cè)；藍(lán)色箭頭處原始數(shù)據(jù)體和連續(xù)數(shù)據(jù)體振幅橫向都存在變化，殘差上也有剩余，這里地震數(shù)據(jù)存在干涉現(xiàn)象，或存在多組穩(wěn)定地層而橫向厚度發(fā)生變化，且存在弱的不連續(xù)地質(zhì)現(xiàn)象。

圖2 實(shí)際數(shù)據(jù)的一小數(shù)據(jù)體（9×7道）采用基于無原子庫(kù)自適應(yīng)波形匹配追蹤技術(shù)分解效果

圖3將基于無原子庫(kù)自適應(yīng)波形匹配追蹤技術(shù)用于中國(guó)東北部某油田三維地震數(shù)據(jù)的分解試驗(yàn)，本文主要對(duì)比了不同空間窗的影響。圖3a為9×9空間窗分解的連續(xù)數(shù)據(jù)體沿層切片（即主測(cè)線9道，聯(lián)絡(luò)測(cè)線9道，下同），圖3b為5×5空間窗分解的殘差數(shù)據(jù)體沿層切片，圖3c為9×9空間窗分解的殘差數(shù)據(jù)體沿層切片。從該圖可見：連續(xù)數(shù)據(jù)體沿層切片主要反映了連續(xù)穩(wěn)定的地質(zhì)特征，以及較大斷裂體；連續(xù)數(shù)據(jù)體沿層切片有明顯的采集腳印現(xiàn)象（圖3a中近豎直的條紋）；殘差數(shù)據(jù)體沿層切片突出了線狀地質(zhì)特征，且9×9的空間窗殘差數(shù)據(jù)體沿層切片能更好地展現(xiàn)寬度更大的線狀地質(zhì)特征。由圖可見，大的不連續(xù)地質(zhì)現(xiàn)象留在連續(xù)數(shù)據(jù)體中，小的不連續(xù)地質(zhì)現(xiàn)象在殘差上得到凸顯，小的空間網(wǎng)格只有更小的不連續(xù)地質(zhì)現(xiàn)象在殘差數(shù)據(jù)體中進(jìn)行刻畫。

圖4為上面實(shí)際數(shù)據(jù)采用基于無原子庫(kù)自適應(yīng)波形多道匹配追蹤技術(shù)與相干體技術(shù)的沿層切片效果對(duì)比圖。由該圖可見，連續(xù)數(shù)據(jù)體的地層切片主要反映了橫向穩(wěn)定的地質(zhì)現(xiàn)象和大的斷裂現(xiàn)象，殘差數(shù)據(jù)體的地層切片突出了弱的線狀地質(zhì)特征，與相干體沿層切片相比，殘差數(shù)據(jù)體的沿層切片反映的弱的線狀地質(zhì)特征更加豐富，斷層連續(xù)性更好。

圖3 實(shí)際數(shù)據(jù)采用不同的空間窗口分解效果對(duì)比

圖4 實(shí)際數(shù)據(jù)采用基于無原子庫(kù)自適應(yīng)波形匹配追蹤技術(shù)與相干體沿層切片對(duì)斷層刻畫效果對(duì)比

圖5為利用基于無原子庫(kù)自適應(yīng)波形匹配追蹤技術(shù)得到的連續(xù)數(shù)據(jù)體剖面（圖5a）與原始數(shù)據(jù)體剖面（圖5b）比較，以及在連續(xù)數(shù)據(jù)體上提取的相干體（圖5c）和原始數(shù)據(jù)體上提取的相干體（圖5d）進(jìn)行比較，由圖可見，連續(xù)數(shù)據(jù)體比原始數(shù)據(jù)體信噪比更高，斷層更清晰，相干體切片分辨率更高。

圖5 基于無原子庫(kù)自適應(yīng)波形匹配追蹤技術(shù)的實(shí)際連續(xù)數(shù)據(jù)體與原始數(shù)據(jù)體及其相干體效果的對(duì)比

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

自適應(yīng)波形多道匹配追蹤斷層識(shí)別技術(shù)通過以常規(guī)相干體和傾角屬性技術(shù)為基礎(chǔ)的預(yù)處理方法，首先得到同相軸傾角、開始時(shí)間位置和延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度等信息，然后反演出同相軸波形，有別于傳統(tǒng)的匹配追蹤技術(shù)，不需要預(yù)先給定原子庫(kù)，分解的波形攜帶有同相軸的構(gòu)造產(chǎn)狀信息，因此波形更真實(shí)，物理意義更加明確，對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行表示需要的波組更少。該技術(shù)的殘差數(shù)據(jù)體有利于壓制同相軸干涉引起的振幅橫向變化造成的虛假低相干；有利于識(shí)別小斷裂引起的同相軸扭曲，這種扭曲常規(guī)相干體技術(shù)難以識(shí)別。該技術(shù)與空間尺度有關(guān)，空間窗的不同會(huì)帶來橫向不連續(xù)特征存在差異，擴(kuò)大空間窗有利于識(shí)別河道等橫向更寬的線狀特征，但這樣會(huì)導(dǎo)致計(jì)算量大幅增加，因此該研究工作還待開展。另外相比于常規(guī)數(shù)據(jù)體上提取的相干體屬性，連續(xù)數(shù)據(jù)體提取的相干體屬性上，斷層更清晰，相干體切片分辨率更高。

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（本文編輯：朱漢東）

作者簡(jiǎn)介

鄧志文 地球物理學(xué)博士，教授級(jí)高級(jí)工程師，國(guó)務(wù)院特殊津貼專家，中國(guó)石油集團(tuán)高級(jí)技術(shù)專家，中國(guó)石油東方地球物理公司物探總監(jiān)，1964年生；1986年本科畢業(yè)于華東石油學(xué)院勘查地球物理專業(yè)，2008年獲中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理所固體地球物理專業(yè)博士學(xué)位，2010～2011年美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯丁分校訪問學(xué)者；獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省部級(jí)科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)兩項(xiàng)、一等獎(jiǎng)4項(xiàng)、二等獎(jiǎng)3項(xiàng)；出版專著一部、合著一部；在國(guó)內(nèi)外專業(yè)期刊及學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)表論文40余篇；主要研究領(lǐng)域包括復(fù)雜地表區(qū)地震勘探技術(shù)、高精度寬頻勘探技術(shù)、地震數(shù)據(jù)（縱橫波聯(lián)合、地震與非地震聯(lián)合）反演理論與應(yīng)用和油藏地球物理技術(shù)等。

·綜合研究·

利用時(shí)頻分析技術(shù)預(yù)測(cè)依拉克構(gòu)造有利砂體分布

朱秋影*①②魏國(guó)齊①②楊 威②張福東②冉啟貴②李德江②

（①中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院，北京100083；②中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北廊坊065007）

摘要依拉克構(gòu)造白堊系舒善河組屬多物源的扇三角洲沉積體系，其砂體變化快、儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，有利砂體難以預(yù)測(cè)。本文采用時(shí)頻分析法，即首先通過S變換將時(shí)間域地震信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻率域，并基于精細(xì)時(shí)深標(biāo)定，優(yōu)選能識(shí)別出目標(biāo)層段分流河道砂體的優(yōu)勢(shì)頻率體；再依托優(yōu)勢(shì)頻率（40Hz）數(shù)據(jù)體，綜合應(yīng)用相干、瞬時(shí)振幅等多屬性分析技術(shù)，預(yù)測(cè)有利相帶的分布；在該有利相帶約束下，利用三維砂體雕刻技術(shù)識(shí)別出（6個(gè)）有利砂體，清晰刻畫了砂體的規(guī)模和展布特征。根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，選擇在2號(hào)砂體上布設(shè)探井，實(shí)鉆后獲得高產(chǎn)油氣流，表明預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)鉆結(jié)果很好吻合。

關(guān)鍵詞時(shí)頻分析 砂體預(yù)測(cè) 優(yōu)勢(shì)頻率體 S變換 舒善河組

中圖分類號(hào)：P631文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.13810／j.cnki.issn.1000-7210.2017.03.017

朱秋影，魏國(guó)齊，楊威，張福東，冉啟貴，李德江.利用時(shí)頻分析技術(shù)預(yù)測(cè)依拉克構(gòu)造有利砂體分布.石油地球物理勘探，2017，52（3）：538-547.

文章編號(hào)：1000-7210（2017）03-0538-10

*河北省廊坊市萬莊中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，065007。Email：zhuqy69＠petrochina.com.cn

本文于2016年7月4日收到，最終修改稿于2017年4月8日收到。

本項(xiàng)研究受國(guó)家科技重大專項(xiàng)“大氣田富集規(guī)律與勘探關(guān)鍵技術(shù)”（2016ZX05007）資助。

1 概況

依拉克構(gòu)造位于塔里木盆地庫(kù)車坳陷，該坳陷具有良好的生烴條件［1-5］，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)了大北、克深等多個(gè)白堊系較大規(guī)模油氣藏［6-8］。但由于對(duì)下白堊統(tǒng)舒善河組的勘探程度還很低，因此依拉克構(gòu)造舒善河組成為現(xiàn)今庫(kù)車坳陷的重要勘探領(lǐng)域［9，10］。2003年，位于依拉克構(gòu)造內(nèi)的A井（圖1）在舒善河組獲得重大突破，展示了該層段巨大的勘探潛力。但繼A井之后，先后在該構(gòu)造上鉆探了B、C及D共3口井，均未獲得預(yù)期成果，揭示了該區(qū)較大的勘探難度。

依拉克構(gòu)造舒善河組屬多物源的扇三角洲沉積體系［11，12］，自上而下可分為上泥巖段、砂礫巖段和下泥巖段（圖2）等三部分，且中部砂礫巖段為主要儲(chǔ)層段，巖性以灰色細(xì)砂巖、含礫砂巖、雜色砂礫巖和細(xì)礫巖為主。該區(qū)沉積環(huán)境復(fù)雜，不同物源、不同時(shí)期的沉積砂體在縱向上相互疊置，平均總厚度可達(dá)55m，但其中粒度較細(xì)、物性及含油氣性較好的扇三角洲平原水下分流河道砂體［13］才是有利砂體，這類砂體在縱向及橫向上變化均較快，埋藏較深（平均埋深達(dá)6000m），難以識(shí)別；同時(shí)由于砂礫巖段在地震剖面上具有強(qiáng)振幅反射特征，而砂礫巖層段中優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層受強(qiáng)振幅反射背景影響，其在地震反射上特征不明顯，進(jìn)一步增加了砂體預(yù)測(cè)難度。

圖1 研究區(qū)下白堊統(tǒng)舒善河組沉積相圖

圖2 研究區(qū)舒善河組地層柱狀圖

為精細(xì)刻畫有利砂體的分布，本文綜合分析、利用測(cè)井、地震及鉆井等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用基于時(shí)頻分析的逐級(jí)約束儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)，即首先通過時(shí)頻分析探尋能反映有利砂體的優(yōu)勢(shì)頻率，然后在優(yōu)勢(shì)頻率地震體上通過多屬性分析預(yù)測(cè)有利相帶分布，并在有利相帶約束下開展有利砂體識(shí)別。應(yīng)用該方法取得的砂體預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)鉆結(jié)果吻合很好。因此，本文基于時(shí)頻分析的砂體刻畫技術(shù)是利用疊后地震資料進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的有效方法。

2 時(shí)頻分析法預(yù)測(cè)有利砂體

本文綜合利用測(cè)井、地震、巖心等基礎(chǔ)資料，采用時(shí)頻分析法，首先預(yù)測(cè)有利相帶分布，然后在有利相帶約束下刻畫有利砂體的空間展布特征。

2.1 頻譜分解算法的優(yōu)選

常規(guī)時(shí)間域地震反射資料是對(duì)所有地下巖性界面信息的混合反映，而其中不同的頻率成分則可表征不同厚度和規(guī)模的地層［14-16］。時(shí)間—頻率分析法是將時(shí)間域的地震數(shù)據(jù)通過某種數(shù)學(xué)變換，變換到頻率域，將地震記錄分解成不同的頻率成分，利用不同頻率對(duì)不同尺度地質(zhì)體存在不同的響應(yīng)特征來認(rèn)識(shí)地質(zhì)體，從而進(jìn)行地震解釋的（一種基于頻率的）儲(chǔ)層解釋技術(shù)［17］。該技術(shù)能夠在頻率域內(nèi)對(duì)每個(gè)頻率所對(duì)應(yīng)的振幅進(jìn)行分析，排除時(shí)間域內(nèi)不同頻率成分的相互干擾，不僅可提高地震資料對(duì)薄儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)能力，而且能從常規(guī)地震數(shù)據(jù)體中提取出更豐富的地質(zhì)信息，提高地震資料對(duì)特殊地質(zhì)體的解釋識(shí)別能力。

目前，將地震數(shù)據(jù)從時(shí)間域變換到頻率域的方法有很多種，常用算法有短時(shí)傅里葉變換（STFT）、連續(xù)小波變換（CWT）和S變換（ST）等［18］。短時(shí)傅里葉變換使用固定時(shí)窗，不能根據(jù)信號(hào)的變化調(diào)整分辨率，只適合分析分段平穩(wěn)信號(hào)或者近似平穩(wěn)信號(hào)，因此短時(shí)傅里葉變換的分辨率無法在空間域或頻率域達(dá)到最佳［19］。連續(xù)小波變換（CWT）繼承和發(fā)展了短時(shí)傅里葉變換的局部化思想，使用一個(gè)移動(dòng)的、尺度可變的時(shí)窗，允許對(duì)地震道進(jìn)行自適應(yīng)采樣，具有多分辨率特點(diǎn)，可由粗及細(xì)地逐步觀察信號(hào)，適用不同尺度信號(hào)特征的描述要求［20］。S變換克服了短時(shí)傅里葉變換不能調(diào)節(jié)時(shí)窗的問題，同時(shí)引入了小波變換的多分辨率特征，是兩者的延伸和發(fā)展。S變換使用頻率的倒數(shù)來調(diào)節(jié)時(shí)窗［21］，具有多分辨率特征。由于它能根據(jù)頻率調(diào)節(jié)時(shí)窗分析信號(hào)，在低頻部分具有較高的頻率分辨率和較低的時(shí)間分辨率，在高頻部分具有較低的頻率分辨率和較高的時(shí)間分辨率，這正符合低頻信號(hào)變化緩慢而高頻信號(hào)變化迅速的特點(diǎn)，對(duì)數(shù)據(jù)處理的適應(yīng)性較強(qiáng)，效果良好。

研究中所用資料為三維地震資料，頻譜分析表明，目的層的主頻為27Hz，有效帶寬為52Hz。本文以過D井的測(cè)線作為試驗(yàn)線，首先分別應(yīng)用STFT、CWT和ST算法將常規(guī)時(shí)間偏移地震資料變換到頻率域，選用接近主頻的30Hz的頻率剖面進(jìn)行對(duì)比分析，以優(yōu)選最優(yōu)的頻譜分解算法。對(duì)比三種方法得到的頻率剖面（圖3），可見分頻剖面的分辨率較常規(guī)地震剖面明顯提高，但不同算法對(duì)儲(chǔ)層的描述精度有很大差異。與STFT和CWT算法相比，S變換具有更高的分辨能力，從圖3可見，D井鉆遇的舒善河組中5套砂體（圖3e中的數(shù)字序號(hào)）在基于S變換的分頻剖面能夠?qū)⑵淝逦乜坍嫵鰜?，而在基于STFT和CWT算法的分頻剖面上均不能很好地刻畫D井所鉆遇的5套砂體。因此，以測(cè)試結(jié)果為依據(jù)，綜合考慮研究區(qū)砂體的復(fù)雜性，本文優(yōu)選S變換方法進(jìn)行研究區(qū)的時(shí)—頻變換。

圖3 不同頻譜分解算法對(duì)比（30 Hz分頻剖面）

2.2 有利砂體的精細(xì)標(biāo)定

獲得可靠的時(shí)間—深度對(duì)比關(guān)系是進(jìn)行砂體精細(xì)標(biāo)定的基礎(chǔ)。根據(jù)研究區(qū)的資料，可以應(yīng)用聲波、密度測(cè)井曲線進(jìn)行時(shí)深標(biāo)定，也可以應(yīng)用VSP測(cè)井資料進(jìn)行標(biāo)定，但兩者的標(biāo)定結(jié)果都不理想，如圖4所示。前者由于采樣率密集，對(duì)薄層的標(biāo)定效果較好，但存在系統(tǒng)誤差；后者大套地層波組關(guān)系對(duì)應(yīng)較好，但小層的波組關(guān)系標(biāo)定效果不好。采用VSP與聲波—密度測(cè)井曲線聯(lián)合的方法進(jìn)行標(biāo)定，即在用VSP資料控制大套地層時(shí)深關(guān)系的基礎(chǔ)上，采用聲波—密度測(cè)井曲線對(duì)小層進(jìn)行精細(xì)標(biāo)定，標(biāo)定效果較理想，合成地震道與地震反射具有很好的一致性，由此得到了精細(xì)可靠的時(shí)間—深度關(guān)系。

由于常規(guī)疊后地震資料是多種地質(zhì)特征的混合信息，為了得到更加精細(xì)的砂體標(biāo)定，利用S變換得到的單頻率地震體對(duì)砂體進(jìn)行標(biāo)定，以尋找能夠反映有利砂體的優(yōu)勢(shì)頻率。

以精細(xì)的時(shí)深關(guān)系為基礎(chǔ)，結(jié)合測(cè)井、鉆井等資料，通過掃描不同頻率成分的振幅體，尋找優(yōu)勢(shì)頻率體。A井在舒善河組鉆遇兩套砂體，有利砂體為上部第一套砂體，即圖5中兩個(gè)綠色箭頭之間的區(qū)域，由圖5a可見，常規(guī)疊后振幅無法分辨有利砂體。因此，以2Hz為間隔，對(duì)過A井的10～60Hz頻段的單頻率剖面進(jìn)行掃描，以尋找最能反映A井所鉆遇有利砂體的優(yōu)勢(shì)頻率體，結(jié)果表明：40Hz振幅體能清晰地刻畫出該井所鉆遇的有利砂體（圖5c），而其他頻率的振幅體均不能很好地分辨A井所鉆遇的有利砂體，如接近主頻的27Hz的分頻振幅體（圖5b），27Hz分頻剖面雖能分辨出兩套砂體，但它所指示的是粒度相對(duì)較粗的砂礫巖體，而并非A井所鉆遇的粒度相對(duì)較細(xì)、含油性較好的有利砂體。既然40Hz振幅體能更好地分辨A井鉆遇的有利砂體，故確定該區(qū)優(yōu)勢(shì)頻率體為40Hz振幅體。

圖4 基于不同方法時(shí)深標(biāo)定結(jié)果對(duì)比

圖5 不同頻率剖面對(duì)有利砂體的分辨

2.3 基于優(yōu)勢(shì)頻率體的多屬性分析預(yù)測(cè)有利相帶

以優(yōu)勢(shì)頻率體為基礎(chǔ)，通過在40Hz振幅體上對(duì)舒善河組砂巖段進(jìn)行多屬性分析，預(yù)測(cè)舒善河組有利相帶的分布特征。

基于40Hz振幅體，以舒善河組砂巖段的頂、底為時(shí)窗，提取瞬時(shí)振幅、弧長(zhǎng)、相干等多種地震屬性，結(jié)合研究區(qū)的地質(zhì)特征，優(yōu)選出瞬時(shí)振幅和相干兩種地震屬性進(jìn)行分析。

瞬時(shí)振幅屬性（圖6）反映了波阻抗差異的大小，振幅越強(qiáng)表明阻抗差異越大。舒善河組上、下部為泥巖段，中部為砂礫巖段；砂巖越發(fā)育，則其與泥巖的阻抗差越大，振幅也就越強(qiáng)。圖6中的強(qiáng)振幅區(qū)（黃色區(qū)域）代表了砂巖比較發(fā)育的相帶。

相干屬性（圖7）計(jì)算地震反射同相軸的相似性，相干屬性值越大，表明地震反射相似性越大，地震反射軸連續(xù)性越好。圖7中相干值較大的區(qū)域（灰色區(qū)域）代表了地震反射連續(xù)性較好的區(qū)域。

圖6 砂巖段40 Hz瞬時(shí)振幅圖

圖7 砂巖段相干屬性圖

瞬時(shí)振幅和相干這兩種地震屬性分別從振幅、連續(xù)性兩方面反映了舒善河組砂巖段的特征，為了對(duì)目的層的地震反射特征進(jìn)行綜合分析，本文利用主成分分析（PCA）方法［22］，通過數(shù)學(xué)運(yùn)算對(duì)瞬時(shí)振幅和相干兩種屬性進(jìn)行主成分分析，提取兩種屬性中的共性部分，即PCA屬性，該屬性是地震反射振幅和連續(xù)性的共同表征，PCA值越小表明地震反射振幅越強(qiáng)、連續(xù)性越好，A井的PCA值為0.2165，而D井的PCA值為0.1226，從圖8中可見，A井的連續(xù)性和反射振幅均不及D井強(qiáng)。該圖中紅色區(qū)域代表地震反射振幅強(qiáng)、連續(xù)性好的區(qū)域，藍(lán)色區(qū)域代表地震反射振幅弱、連續(xù)性差的區(qū)域，灰色區(qū)域則介于兩者之間。

以測(cè)井、鉆井、巖心等綜合地質(zhì)信息為約束，結(jié)合地震反射內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外形特征等方面的分析結(jié)果，在考慮低幅隆起構(gòu)造對(duì)地震反射連續(xù)性影響的基礎(chǔ)上，以PCA屬性為基礎(chǔ)，通過綜合研究完成了舒善河組地震相帶預(yù)測(cè)，得到舒善河組砂礫巖段地震相帶分布圖（圖9）。舒善河組砂礫巖段（砂礫巖段頂部為強(qiáng)波峰反射）可劃分為4類相帶：Ⅰ類相帶具有強(qiáng)振幅、高連續(xù)的反射特征；Ⅱ類相帶具有強(qiáng)振幅、中連續(xù)反射特征；Ⅲ類相帶具有弱振幅、中連續(xù)特；Ⅳ類相帶具有變振幅、雜亂反射特征。不同相帶在地震剖面上的變化特征清晰可見（圖10），圖10中MN剖面（位置見圖9）在舒善河組砂礫巖段的地震反射特征可以劃分為四段：P段具有變振幅、雜亂反射特征，為Ⅳ類相帶；Q段具有強(qiáng)振幅、高連續(xù)反射特征，為Ⅰ類相帶；R段具有弱振幅、中連續(xù)反射特征，為Ⅲ類相帶；S段具有強(qiáng)振幅、中連續(xù)反射特征，為Ⅱ類相帶。

根據(jù)區(qū)內(nèi)鉆井、巖心等地質(zhì)資料和地震相特征的綜合研究認(rèn)為：Ⅰ類相帶反映近物源的扇三角洲平原水下分流河道相；Ⅱ類相帶反映遠(yuǎn)物源扇三角洲平原水下分流河道相；Ⅲ類相帶反映扇三角洲平原相泛濫平原沉積；Ⅳ類相帶代表非扇三角洲平原相沉積。地震相帶的預(yù)測(cè)結(jié)果與沉積研究結(jié)果具有很高的一致性，反映了該區(qū)多物源的沉積特征。圖9中橙色及黃色區(qū)域反映了來自南部和西部?jī)蓚€(gè)物源的沉積特征，南部物源的沉積以近物源的扇三角洲平原水下分流河道為主；而西部物源的沉積則以遠(yuǎn)物源的扇三角洲平原水下分流河道為主，綜合地質(zhì)研究表明，研究區(qū)扇三角洲平原相帶中的水下分流河道相沉積物粒度相對(duì)較細(xì)，分選好，巖性以中細(xì)砂巖為主，儲(chǔ)層含油氣性好，鉆探證實(shí)（位于該相帶的A井，鉆探獲得12.8×104m3／d的工業(yè)油氣流），此類相帶為有利相帶。圖9中與有利相帶—扇三角洲平原水下分流河道相對(duì)應(yīng)的地震相帶即為Ⅰ類和Ⅱ類相帶。

圖8 砂巖段主成分分析（PCA）屬性圖

圖9 舒善河組砂礫巖段地震相帶分布圖

2.4 有利相帶約束下的有利砂體識(shí)別

地質(zhì)綜合研究表明：研究區(qū)有利相帶控制有利砂體的發(fā)育，因此本文在有利相帶的約束下，進(jìn)行有利砂體的預(yù)測(cè)。

據(jù)研究區(qū)現(xiàn)有4口井資料的統(tǒng)計(jì)，有利砂體的平均厚度約為31.2m，平均埋深約為6000m，目的層地震波的速度為4950m／s，40Hz分頻地震體上可分辨的最小厚度為30.93m，因此利用40 Hz分頻振幅體進(jìn)行研究區(qū)有利砂體的預(yù)測(cè)是可行的。

首先以前面綜合研究預(yù)測(cè)的有利相帶（圖9中的Ⅰ類和Ⅱ類地震相帶）作為約束條件，利用三維地質(zhì)體追蹤技術(shù)，在有利相帶范圍內(nèi)對(duì)有利砂體進(jìn)行追蹤，得到初步的有利砂體預(yù)測(cè)結(jié)果。然后再利用初步砂體預(yù)測(cè)的結(jié)果，以初步預(yù)測(cè)得到的有利砂體的頂、底層位作為約束條件，結(jié)合井資料，對(duì)舒善河組有利砂體進(jìn)行精細(xì)的解釋和追蹤（圖11中在初級(jí)砂體頂?shù)讓游患s束范圍內(nèi)，由橙色多邊形所圈定的區(qū)域?yàn)樽罱K解釋的有利砂體），最終識(shí)別出6個(gè)有利砂體，獲得了有利相帶（圖9）約束下的有利砂體的預(yù)測(cè)圖（圖12）。圖12為6個(gè)有利砂體的規(guī)模和空間展布特征，其中1、2、3號(hào)砂體主要來自于南部物源體系，4、5、6號(hào)砂體來自于西部物源體系。有利砂體預(yù)測(cè)結(jié)果與研究區(qū)內(nèi)的已鉆井情況吻合很好，A井鉆遇1號(hào)有利砂體，獲得工業(yè)油氣流；而D井

圖10 近南北向MN剖面舒善河組砂礫巖段的地震相特征

P段：變振幅雜亂反射；Q段：強(qiáng)振幅高連續(xù)；R段：弱振幅中連續(xù)；S段：強(qiáng)振幅中連續(xù)未鉆遇2號(hào)有利砂體，測(cè)試為干層。

圖11 初級(jí)砂體頂?shù)讓游患s束下的有利砂體解釋

圖12 舒善河組砂巖段有利砂體空間分布特征

3 應(yīng)用效果

以有利砂體預(yù)測(cè)結(jié)果為指導(dǎo)，通過綜合地質(zhì)分析，優(yōu)選2號(hào)砂體作為勘探目標(biāo)。以2號(hào)砂體的頂面、底面作為提取時(shí)窗，分別在疊后地震體和40Hz分頻地震體上提取了均方根振幅屬性，得到2號(hào)砂體在分頻前后的對(duì)比圖（圖13）。在分頻前振幅圖上，2號(hào)砂體分布規(guī)律不清晰；而在40 Hz分頻振幅圖上，2號(hào)砂體的分布規(guī)律明顯，為一個(gè)清晰的河道砂體。

以2號(hào)砂體的40Hz分頻振幅圖為基礎(chǔ)，在河道砂體的拐點(diǎn)附近，通過逐道時(shí)頻分析，以舒善河組為目的層，擬定了一口探井，即E井。時(shí)頻分析表明：無論是在傅里葉變換頻譜中，還是在S變換頻譜中，E井目的層4120ms處均具有明顯的高頻衰減［23］特征（圖14），分析這種衰減可能是由于儲(chǔ)層含氣造成的，預(yù)測(cè)E井為一口氣井。

鉆探結(jié)果表明：E井在白堊系舒善河組見到很好的油氣顯示，砂巖的平均孔隙度為11.6%，測(cè)試獲得28萬方／天的高產(chǎn)氣流，為一口高產(chǎn)氣井。E井的成功鉆探證實(shí)了預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性，同時(shí)也表明單道時(shí)頻旋回柱的低頻點(diǎn)是有利的勘探目標(biāo)。

圖13 2號(hào)砂體分頻前后均方根振幅對(duì)比圖

圖14 E井時(shí)頻分析剖面

4 結(jié)論

本文基于時(shí)頻分析法開展了依拉克構(gòu)造的砂體精細(xì)預(yù)測(cè)，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果鉆探的E井，獲得了高產(chǎn)工業(yè)氣流，證實(shí)了預(yù)測(cè)方法的有效性，同時(shí)取得了以下認(rèn)識(shí)：

（1）對(duì)于某些在時(shí)間域內(nèi)較難識(shí)別的特定地質(zhì)體，可通過時(shí)頻變換的方法，將其變換到頻率域，在頻率域內(nèi)尋找能夠反映該地質(zhì)體的優(yōu)勢(shì)頻率體，以優(yōu)勢(shì)頻率體為基礎(chǔ)進(jìn)行儲(chǔ)層多屬性分析等綜合研究，進(jìn)而完成地質(zhì)體的識(shí)別；

（2）在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)過程中，充分利用地質(zhì)、地震及鉆井資料，采用地質(zhì)地震逐級(jí)約束的預(yù)測(cè)方法能夠降低儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的多解性，提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。如本文首先進(jìn)行有利相帶的預(yù)測(cè)，然后在有利相帶的約束下進(jìn)行有利砂體的預(yù)測(cè)，最后在有利砂體的約束下尋找有利含油氣目標(biāo)，提高了鉆探成功率；

（3）砂巖儲(chǔ)層含氣后，由于高頻衰減特征明顯，所以單道時(shí)頻旋回柱的低頻點(diǎn)通常是有利勘探目標(biāo)。

以時(shí)頻分析為基礎(chǔ)的逐級(jí)約束儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)是針對(duì)深層碎屑巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提出的，在資料滿足的前提下，該預(yù)測(cè)方法是鉆井資料少、地震資料主頻相對(duì)較低的深層碎屑巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的一個(gè)有效選擇。

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（本文編輯：朱漢東）

作者簡(jiǎn)介

朱秋影 在讀博士，工程師，1981年生；2003年本科畢業(yè)于大慶石油學(xué)院勘查技術(shù)與工程專業(yè)，2006年獲該校地球探測(cè)與信息技術(shù)專業(yè)碩士學(xué)位；現(xiàn)在中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院天然氣地質(zhì)研究所主要從事地震綜合解釋和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究。

·綜合研究·

大慶長(zhǎng)垣油田井震結(jié)合斷層解釋技術(shù)及效果

李 操*①周莉莉②姜 巖①王彥輝①李雪松①呂雙兵①

（①中國(guó)石油大慶油田公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶163712；②中國(guó)石油大慶油田公司第八采油廠，黑龍江大慶163712）

摘要結(jié)合密井網(wǎng)開發(fā)區(qū)井?dāng)帱c(diǎn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、齊全，高密度地震資料品質(zhì)高、斷層反射特征清晰兩方面的優(yōu)勢(shì)，綜合測(cè)井、地震數(shù)據(jù)中的有用信息，闡述了井震結(jié)合斷層解釋技術(shù)。該技術(shù)包括斷層三維識(shí)別技術(shù)、井震結(jié)合斷層空間定位、斷層假象密井網(wǎng)驗(yàn)證、區(qū)分小斷層與巖性變化的地震響應(yīng)特征、井震解釋垂向斷距對(duì)比等內(nèi)容。通過在長(zhǎng)垣油田多個(gè)區(qū)塊的應(yīng)用，落實(shí)了大斷層的空間位置，對(duì)大斷層下盤的斷層假象的認(rèn)識(shí)更清楚，小斷層解釋更準(zhǔn)確，整體上提高了各類斷層的解釋精度。在井震結(jié)合斷層精細(xì)解釋的基礎(chǔ)上，通過部署平行于斷面的大斜度井挖掘斷層附近的剩余油，取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞長(zhǎng)垣油田 井震結(jié)合 斷層解釋 斷層假象

中圖分類號(hào)：P631文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.13810／j.cnki.issn.1000-7210.2017.03.018

李操，周莉莉，姜巖，王彥輝，李雪松，呂雙兵.大慶長(zhǎng)垣油田井震結(jié)合斷層解釋技術(shù)及效果.石油地球物理勘探，2017，52（3）：548-552.

文章編號(hào)：1000-7210（2017）03-0548-05

*黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)大慶油田公司勘探開發(fā)研究院地震解釋二室，163712。Email：licao＠petrochina.com.cn

本文于2016年3月28日收到，最終修改稿于2017年2月24日收到。

本項(xiàng)研究受國(guó)家科技重大專項(xiàng)“井震結(jié)合油藏精細(xì)結(jié)構(gòu)表征技術(shù)”（2011ZX05010-001）資助。

1 引言

鑒于地震資料可以提供井間的測(cè)量信息，其在油藏描述尤其是在構(gòu)造研究方面發(fā)揮了重要作用［1-4］。大慶長(zhǎng)垣油田位于松遼盆地中央坳陷區(qū)長(zhǎng)垣背斜構(gòu)造帶，在20世紀(jì)60年代，以二維地震為基礎(chǔ)搞清了大慶長(zhǎng)垣的主要斷層展布特征；至80年代，綜合二維地震構(gòu)造解釋成果和已有的探井、開發(fā)基礎(chǔ)井網(wǎng)資料開展了較為系統(tǒng)的構(gòu)造研究，研究成果在油田開采中期的一次、二次加密調(diào)整方案設(shè)計(jì)中發(fā)揮了指導(dǎo)作用。隨著開發(fā)井網(wǎng)的不斷加密，一些開發(fā)井在目的層鉆遇斷層，影響了開發(fā)效果，此時(shí)僅靠鉆井資料和早期二維地震成果難以準(zhǔn)確落實(shí)斷層的分布特征，油層斷失以及在斷層附近注采系統(tǒng)不完善等問題逐步暴露。為了充分了解長(zhǎng)垣油田的地質(zhì)特征，在特高含水期進(jìn)一步提高采收率，在2007年開始實(shí)施大慶長(zhǎng)垣高密度三維地震勘探，開展采集、處理、解釋和應(yīng)用一系列技術(shù)攻關(guān)，本文重點(diǎn)對(duì)其中的井震結(jié)合斷層解釋技術(shù)進(jìn)行論述。

大慶長(zhǎng)垣油田砂巖厚度較小，斷層對(duì)注采關(guān)系有較大影響，為滿足油田開發(fā)實(shí)際需求，需要準(zhǔn)確識(shí)別斷層。斷層尤其是小斷層解釋存在以下難點(diǎn)：

（1）長(zhǎng)垣以大型陸相河流、三角洲相沉積為主，具有平面相變快、縱向油層多、砂泥交互分布的沉積特點(diǎn)，砂體相互搭接、厚度變化、尖滅等地質(zhì)現(xiàn)象引起地震同相軸的扭動(dòng)、分叉、振幅和相位變化等效應(yīng)與小斷層的地震響應(yīng)相似，從而影響小斷層的識(shí)別；

（2）受地震分辨率的限制，斷距不到10m的斷層的波組特征不明顯，因此識(shí)別小斷距斷層和確定大斷層末梢位置難度較大。

在密井網(wǎng)開發(fā)區(qū)，鉆井鉆遇的斷點(diǎn)已成為地震構(gòu)造解釋中判定斷層存在、確定其空間位置的直接依據(jù)［5，6］。大慶長(zhǎng)垣油田已開發(fā)50余年，通過密井網(wǎng)鄰井測(cè)井曲線對(duì)比方法建立了完善的斷點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)，包括斷點(diǎn)深度、斷失層位、垂直斷距等信息，這是開展井震結(jié)合斷層解釋的有利條件。

2 井震結(jié)合斷層解釋關(guān)鍵技術(shù)

針對(duì)斷層解釋的難點(diǎn)和有利條件，在高密度地震資料三維可視化斷層解釋的基礎(chǔ)上，充分利用密井網(wǎng)（井網(wǎng)密度平均為80口／km2）鉆遇的斷點(diǎn)數(shù)據(jù)，開展井震結(jié)合斷層解釋與組合工作，利用三維斷層建模手段，精細(xì)表征斷層空間分布特征［6-8］。

2.1 斷層三維識(shí)別技術(shù)

斷層三維識(shí)別技術(shù)是從地震數(shù)據(jù)出發(fā)，通過優(yōu)選算法和參數(shù)，制作高質(zhì)量的構(gòu)造屬性體識(shí)別斷層空間形態(tài)。本文主要通過以下步驟提高構(gòu)造屬性體質(zhì)量：①疊后地震處理。由于不同地質(zhì)體信息在地震數(shù)據(jù)中的反射頻率不同，因此通過疊后濾波處理可突出地質(zhì)體構(gòu)造響應(yīng)特征。試驗(yàn)表明，在長(zhǎng)垣油田北部利用20～50Hz的帶通濾波，可以突出主要目的層段的斷層信息；②地震方差數(shù)據(jù)體檢測(cè)。方差體是以誤差分析理論為基礎(chǔ)，利用相鄰地震道之間的差異性描述地層、巖性等信息。斷層兩側(cè)的地層、巖性往往存在明顯的差異，因此可通過檢測(cè)各地震道之間的差異程度開展斷層識(shí)別。本文通過參數(shù)試驗(yàn)選擇小時(shí)窗方差體計(jì)算方法，取得了較好的小斷層識(shí)別效果；③螞蟻體追蹤斷層。螞蟻體是應(yīng)用蟻群算法在方差體中追蹤斷層路徑，共包括初始螞蟻邊界、螞蟻掃描范圍、螞蟻搜索步長(zhǎng)、非法步長(zhǎng)、合法步長(zhǎng)、停止標(biāo)準(zhǔn)等6個(gè)主要計(jì)算參數(shù)，通過大量的參數(shù)優(yōu)選試驗(yàn)最終確定適合研究區(qū)的參數(shù)，并制作了高質(zhì)量的螞蟻體，可較好地識(shí)別斷層（圖1）。

圖1 大慶長(zhǎng)垣某區(qū)螞蟻體斷層識(shí)別效果

2.2 井震結(jié)合斷層空間定位

基于斷層三維識(shí)別技術(shù)，通過引入密井網(wǎng)鉆遇的斷點(diǎn)數(shù)據(jù)，開展井震結(jié)合斷層精細(xì)解釋。具體步驟為：首先，根據(jù)合成地震記錄深時(shí)轉(zhuǎn)換原理，逐井進(jìn)行地震—地質(zhì)層位標(biāo)定，得到單井時(shí)深關(guān)系，把斷點(diǎn)數(shù)據(jù)由深度域轉(zhuǎn)換到時(shí)間域；其次，將斷點(diǎn)數(shù)據(jù)投影到地震數(shù)據(jù)體中，在剖面、平面和三維空間開展井震結(jié)合斷層解釋工作。在剖面上針對(duì)地震反射特征清晰的斷層，利用斷點(diǎn)信息對(duì)斷面初步解釋結(jié)果進(jìn)行微調(diào)和修改，以確定斷面的準(zhǔn)確位置；針對(duì)反射特征不清晰、地震資料難以直接識(shí)別的小斷層，利用井?dāng)帱c(diǎn)信息輔助螞蟻體、方差體等構(gòu)造屬性體，確定斷層位置、傾向。在平面上利用斷點(diǎn)和方差體切片準(zhǔn)確地確定斷層延伸方向和范圍。在三維空間中匹配斷點(diǎn)與斷面，并確定兩者的歸屬關(guān)系。

為了更好地表征斷層的空間形態(tài)，在斷層精細(xì)解釋的基礎(chǔ)上，開展井震結(jié)合斷層精細(xì)建模工作。由于高密度地震資料橫向連續(xù)性強(qiáng)，可描述斷層的空間展布形態(tài)，井資料縱向分辨率高，斷點(diǎn)深度的縱向定位更準(zhǔn)確，因此斷層建模采用“震控形態(tài)、井定位置”的原則。以井震結(jié)合刻畫的斷層為控制，按照地震趨勢(shì)指導(dǎo)，利用井點(diǎn)數(shù)據(jù)約束方法建立油層組頂面構(gòu)造格架，利用井點(diǎn)數(shù)據(jù)內(nèi)插，逐步建立砂巖組級(jí)和小層級(jí)的構(gòu)造模型，最終得到井震匹配的高精度構(gòu)造模型，對(duì)斷層的空間位置進(jìn)行了精確定位，斷點(diǎn)組合率大于95%。

2.3 斷層假象密井網(wǎng)驗(yàn)證

在精細(xì)斷層解釋過程中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)在較大斷層（斷距超過20m）的下盤出現(xiàn)異常反射現(xiàn)象，通常表現(xiàn)為在斷層附近同相軸上拉，在大斷層下盤一段距離內(nèi)出現(xiàn)同相軸錯(cuò)斷等現(xiàn)象，上述現(xiàn)象通常會(huì)被解釋為逆斷層（圖2）。往往地層精細(xì)對(duì)比與地震成像存在較大矛盾，經(jīng)密井網(wǎng)井資料核查表明，大斷層下盤的逆斷層通常不存在，一般為地震反射假象。為了進(jìn)一步驗(yàn)證上述推斷，利用地震正演方法研究了大斷層下盤的異常反射。圖3為正演模型，圖4為地震正演結(jié)果。由圖可見，在大斷層下盤出現(xiàn)斷層假象和地層上翹等構(gòu)造特征。沉積環(huán)境分析表明，大慶長(zhǎng)垣油田區(qū)域上普遍發(fā)育的嫩二段低速地層是斷層假象產(chǎn)生的原因。在白堊紀(jì)嫩江組沉積初期，松遼盆地發(fā)生了廣泛的湖進(jìn)，整個(gè)湖盆在嫩二段沉積時(shí)處于深水—半深水環(huán)境，普遍發(fā)育暗色泥巖，厚度較大，沉積非常穩(wěn)定。該套地層在大慶長(zhǎng)垣的深度范圍約為400～800m，厚度約為300m。測(cè)井曲線統(tǒng)計(jì)表明，在嫩二段出現(xiàn)低速帶（低于背景速度約400m／s）。當(dāng)較大的斷層斷穿這套地層時(shí)，由于在大斷層下盤該套低速層斷失，高速地層充填，引起局部平均速度變高，因此地震反射時(shí)間變短，地震反射波同相軸出現(xiàn)上翹，在斷失低速地層與正常地層相交的末端，會(huì)出現(xiàn)斷層假象，導(dǎo)致錯(cuò)誤的斷層解釋。

圖2 大斷層下盤反射特征

圖3 低速層正演模型

2.4 區(qū)分小斷層與巖性變化的地震響應(yīng)特征

長(zhǎng)垣油田開發(fā)方案要求可靠識(shí)別小斷距斷層（3m以上）的空間展布，但該油田為陸相薄互層砂巖油田，砂體類型多，平面相變快，構(gòu)造與儲(chǔ)層的地震反射信息相互干擾，小斷層與巖性變化引起的地震響應(yīng)特征相似，巖性突變可造成疑似斷層假象。井震結(jié)合方法雖然能較有效地解釋過井小斷層，但井間小斷層沒有井資料驗(yàn)證，僅利用地震資料識(shí)別小斷層具有多解性，因此需要對(duì)小斷層與巖性尖滅的地震響應(yīng)特征進(jìn)行對(duì)比、甄別。

在初次解釋中，將一些巖性邊界誤解釋為小斷層。在N2X開發(fā)區(qū)的二次解釋和斷層核查中，核銷了多條小“斷層”。這些小“斷層”的地震響應(yīng)特征為：在地震剖面上表現(xiàn)為扭動(dòng)和分叉，斷層特征不明顯；縱向延伸范圍短，大部分只斷穿1～2個(gè)地震反射同相軸；“斷層”未被井鉆遇或鉆遇井未發(fā)現(xiàn)斷點(diǎn)；在振幅屬性切片上均出現(xiàn)振幅強(qiáng)度的變化，且變化帶邊緣出現(xiàn)與沉積現(xiàn)象類似的變化。圖5為斷層破碎帶地震響應(yīng)。由圖可見：在一次解釋中在剖面AA′上解釋出了一條小斷層F1（圖5a）；在連井地震剖面（圖5b）上在F1的位置出現(xiàn)振幅變化、相位轉(zhuǎn)換、同相軸扭曲等類似小斷層的響應(yīng)特征，并在多條剖面上有一定的延續(xù)性；在地震振幅屬性切片（圖5c）上發(fā)現(xiàn)F1位于兩個(gè)較強(qiáng)負(fù)振幅的過渡帶，且負(fù)振幅與巖性具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此趨向認(rèn)為該位置是砂體突變邊緣，而不是小斷層；通過連井對(duì)比揭示F1兩端井點(diǎn)的砂巖厚度差異（圖5d），進(jìn)一步確認(rèn)F1處為巖性變化。

圖4 地震正演結(jié)果

圖5 斷層破碎帶地震響應(yīng)

2.5 井震解釋垂向斷距對(duì)比

開發(fā)區(qū)井網(wǎng)密度大，開采層數(shù)多，因而有一些井在非目的油層附近鉆遇斷層，為井震的垂向斷距對(duì)比提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。測(cè)井通過對(duì)比鉆遇斷層的井資料與鄰井測(cè)井曲線標(biāo)志層解釋斷失層位，進(jìn)而利用未斷失井的層厚度推斷斷層的垂直斷距。這種度量方法雖然有一定誤差，但計(jì)算的垂直斷距和實(shí)際垂直斷距較接近，誤差較小且呈正態(tài)分布，因此可以利用測(cè)井解釋的垂直斷距度量地震解釋的垂直斷距的精度。通過統(tǒng)計(jì)斷距為1～50m的20個(gè)斷點(diǎn)的井、震解釋的垂直斷距表明（圖6），兩者的線性相關(guān)性較高，但地震解釋的垂直斷距普遍偏大。為此，在井震結(jié)合斷層解釋和構(gòu)造解釋時(shí)要不斷地與井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比、核查，以確保構(gòu)造解釋成果的準(zhǔn)確性。

圖6 井、震解釋垂直斷距交會(huì)圖

3 井震結(jié)合斷層解釋指導(dǎo)斷層附近高效布井

以往僅依靠井資料難以準(zhǔn)確描述斷層，因此在斷層附近的井網(wǎng)密度低的情況下可能存在未水淹和低水淹砂體，這些砂體也是剩余油富集區(qū)和注采不完善區(qū)。通過應(yīng)用井震結(jié)合斷層精細(xì)解釋技術(shù)，落實(shí)了大斷層的空間位置，對(duì)大斷層下部的斷層假象的認(rèn)識(shí)更清楚，小斷層解釋更準(zhǔn)確，整體上提高了各類斷層的解釋精度，使開發(fā)調(diào)整布井思路由原來“躲斷層”向“靠斷層”轉(zhuǎn)變。在井震結(jié)合斷層精細(xì)解釋的基礎(chǔ)上，通過部署平行于斷面的大斜度井挖掘斷層附近的剩余油。

如在長(zhǎng)垣LMD油田37號(hào)斷層邊部，靠近斷層20m設(shè)計(jì)了定向井，挖潛斷層邊部層段內(nèi)的剩余油，全井射開砂巖厚度為26.0m，射開有效厚度為17.1m，其中低未水洗厚度為16.9m，中水洗厚度為0.2m，初期單井日產(chǎn)液量達(dá)60t，其中日產(chǎn)油為24t，綜合含水率為60%，取得了很好的開發(fā)效果。

4 結(jié)束語

通過應(yīng)用井震結(jié)合斷層精細(xì)解釋技術(shù)，落實(shí)了大斷層的空間位置，對(duì)大斷層下盤的斷層假象認(rèn)識(shí)更清楚，小斷層解釋更準(zhǔn)確，整體上提高了各類斷層的解釋精度。在此基礎(chǔ)上，通過部署平行于斷面的大斜度井挖掘斷層附近的剩余油，取得了較好的效果。因此，井震結(jié)合斷層精細(xì)解釋技術(shù)能夠有效提高密井網(wǎng)開發(fā)區(qū)斷層的解釋精度，高密度三維地震技術(shù)在老油田開發(fā)中、后期仍然具有重要作用。

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（本文編輯：劉勇）

作者簡(jiǎn)介

李操 高級(jí)工程師，1980年生；2003年獲大慶石油學(xué)院物探專業(yè)工學(xué)學(xué)士學(xué)位，2006年獲該校探測(cè)與信息技術(shù)專業(yè)碩士學(xué)位；一直從事開發(fā)地震解釋方法研究及應(yīng)用工作；目前在大慶油田勘探開發(fā)研究院從事開發(fā)地震構(gòu)造解釋和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)工作。

·綜合研究·

基于改進(jìn)蟻群追蹤策略的地震層位自動(dòng)識(shí)別方法

殷 文*①李 援②郭加樹③張 琳①朱劍兵④李長(zhǎng)紅④

（①中國(guó)石油大學(xué)（北京）克拉瑪依校區(qū)，新疆克拉瑪依834000；②東營(yíng)市人力資源和社會(huì)保障局信息中心，山東東營(yíng)257091；③中國(guó)石油大學(xué)（華東）計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院，山東青島266580；④中國(guó)石化勝利油田有限公司物探研究院，山東東營(yíng)257022）

摘要目前層位拾取和標(biāo)定更多地是依靠人工或機(jī)器輔助的方式進(jìn)行，如同相軸追蹤、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和圖像邊緣提取技術(shù)的層位拾取，業(yè)界的地震層位追蹤方法偏重于三維層位追蹤和剖面自動(dòng)追蹤算法。存在效率低、需要人為指定種子點(diǎn)、訓(xùn)練追蹤時(shí)間長(zhǎng)等缺陷，且每次只能完成一個(gè)層位（面）追蹤，無法對(duì)層間關(guān)系進(jìn)行解釋。為此，提出了基于改進(jìn)蟻群追蹤策略的地震層位自動(dòng)識(shí)別方法。首先采用改進(jìn)的加權(quán)中值濾波對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，在增強(qiáng)同相軸連續(xù)性的基礎(chǔ)上，減少了傳統(tǒng)種子點(diǎn)生長(zhǎng)算法中的人為參與；基于蟻群算法的基本思想，引入支持向量機(jī)（SVM）技術(shù)對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理，同時(shí)綜合考慮地震振幅、瞬時(shí)相位、層位傾角、信息素濃度等多種信息，納入蟻群層位追蹤的評(píng)價(jià)函數(shù)，采用改進(jìn)的蟻群搜索算法實(shí)現(xiàn)地震層位自動(dòng)追蹤。通過對(duì)追蹤區(qū)域進(jìn)行劃分，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)小層加密，提供多種合理的層位加密策略，完成地震層位追蹤后期處理。實(shí)際資料應(yīng)用結(jié)果檢驗(yàn)了方法的有效性，為層序地層分析、沉積體系域解釋、精細(xì)儲(chǔ)層描述提供了技術(shù)思路。

關(guān)鍵詞層位自動(dòng)追蹤 地震數(shù)據(jù)預(yù)處理 SVM回歸分析 評(píng)價(jià)函數(shù) 改進(jìn)蟻群算法 信息素更新

中圖分類號(hào)：P631文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.13810／j.cnki.issn.1000-7210.2017.03.019

殷文，李援，郭加樹，張琳，朱劍兵，李長(zhǎng)紅.基于改進(jìn)蟻群追蹤策略的地震層位自動(dòng)識(shí)別方法.石油地球物理勘探，2017，52（3）：553-561.

文章編號(hào)：1000-7210（2017）03-0553-09

*新疆自治區(qū)克拉瑪依市克拉瑪依區(qū)安定路355號(hào)中國(guó)石油大學(xué)（北京）克拉瑪依校區(qū)，834000。Email：yinwen＠cup.edu.cn

本文于2016年5月19日收到，最終修改稿于2017年3月23日收到。

本項(xiàng)研究受國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（“973”計(jì)劃）項(xiàng)目（2013CB228604）資助。

1 引言

地震層位解釋是地震解釋的基礎(chǔ)工作，而層位的識(shí)別和追蹤是地震層位解釋的重要環(huán)節(jié)，其準(zhǔn)確性直接影響最終地震解釋的合理性。通常人工地震層位解釋的主觀因素大、解釋結(jié)果多樣、工作量大［1］。傳統(tǒng)的線性插值和二值化層位追蹤算法簡(jiǎn)單，但效果不理想?；陔[Markov模型和Bresenham算法的層位拾取技術(shù)存在數(shù)學(xué)模型復(fù)雜、檢測(cè)速度較慢的問題。常規(guī)的地震層位追蹤算法主要考慮了地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征，即將地震振幅、同相軸連續(xù)性和波形相似性等信息作為控制參數(shù)，存在精度低、效率低、需要人為指定種子點(diǎn)、訓(xùn)練追蹤時(shí)間長(zhǎng)等問題。

如今業(yè)界的地震層位追蹤方法偏重于三維層位追蹤和剖面自動(dòng)追蹤算法研究，如Emanuele等［2，3］基于相位屬性研究了地震層位拾取，劉鑫等［4］提出了基于傾角校正的層位追蹤算法，李弼程等［5］、李捷等［6］對(duì)邊緣檢測(cè)算法進(jìn)行了深入探討。這些方法都需要人為指定起始種子點(diǎn)，且每次只能完成一個(gè)層位（面）追蹤，無法對(duì)層間關(guān)系進(jìn)行解釋［7，8］。地震層序分析及沉積體系域解釋都需要更精細(xì)的地震層位信息，但現(xiàn)有的追蹤算法缺少小層追蹤和層位加密技術(shù)［9-11］。

為了解決以上地震層位追蹤過程中存在的問題，本文提出了基于改進(jìn)蟻群追蹤策略的地震層位自動(dòng)識(shí)別方法。首先采用改進(jìn)的加權(quán)中值濾波對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理［12］，在增強(qiáng)同相軸連續(xù)性的基礎(chǔ)上，減少了傳統(tǒng)種子點(diǎn)生長(zhǎng)算法中的人為參與；基于蟻群算法的基本思想，引入支持向量機(jī)（SVM）技術(shù)對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理［13］，同時(shí)綜合考慮地震振幅、瞬時(shí)相位、層位傾角、信息素濃度等多種信息，納入蟻群層位追蹤的評(píng)價(jià)函數(shù)，采用改進(jìn)的蟻群搜索算法實(shí)現(xiàn)地震層位自動(dòng)追蹤。通過對(duì)追蹤區(qū)域進(jìn)行劃分，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)小層加密，提供多種合理的層位加密策略，完成地震層位追蹤后期處理，為精細(xì)地震層序分析與解釋、儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提供技術(shù)支持。

關(guān)于地震層位自動(dòng)識(shí)別與追蹤，設(shè)計(jì)了以下四個(gè)主要環(huán)節(jié)。

（1）地震數(shù)據(jù)預(yù)處理。由于直接加載的地震數(shù)據(jù)中往往存在一些奇異值點(diǎn)，同時(shí)，為進(jìn)一步增強(qiáng)層位數(shù)據(jù)的平滑度和連續(xù)性，需要對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行增益處理和濾波操作，以增加同相軸的連續(xù)性。

（2）基于蟻群算法的地震層位追蹤?；谙伻核惴ǖ幕舅枷?，實(shí)現(xiàn)地震層位自動(dòng)追蹤。具體包括螞蟻?zhàn)粉櫝跏蓟?、非線性SVM回歸分類、螞蟻層位追蹤、信息素更新策略和層位提取等幾個(gè)階段。與傳統(tǒng)的追蹤算法不同，該算法不需要人為指定層位種子點(diǎn)，在初始化后即可在整個(gè)剖面上進(jìn)行自動(dòng)蟻群追蹤，并在振幅極值處留下高濃度信息素。最后對(duì)這些剖面上出現(xiàn)的高濃度信息素的連續(xù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行提取，從而得到地震層位。

（3）地震層位追蹤后處理。通過地震層位追蹤獲得地震層位數(shù)據(jù)后，還需要對(duì)得到的層位進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)分，因此地震層位追蹤的后處理就是基于得到的層位對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)域分割，并按照一定的層位細(xì)分策略在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行小層加密。

（4）追蹤結(jié)果輸出。將地震層位追蹤和小層加密的結(jié)果進(jìn)行整理，按照地震層位標(biāo)準(zhǔn)建立文件輸出接口。

2 地震數(shù)據(jù)預(yù)處理

地震資料在采集、處理過程中，不可避免地會(huì)受到各種噪聲干擾，從而降低了信噪比。由于原始地震數(shù)據(jù)幅值變化大，層位連續(xù)性差，在層位追蹤過程中易出現(xiàn)中斷、層位不連續(xù)的情況。使用數(shù)據(jù)增強(qiáng)算法進(jìn)行平滑處理，能夠有效提高層位追蹤效果，降低因噪聲導(dǎo)致的錯(cuò)誤影響。而傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)中值濾波算法則難以兼顧地震資料的細(xì)節(jié)和去噪處理。

為此，進(jìn)行了算法設(shè)計(jì)與優(yōu)化。首先，進(jìn)行帶通濾波，通過定義增益參數(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)中的奇異幅值點(diǎn)進(jìn)行過濾；其次，為增強(qiáng)層位數(shù)據(jù)的連續(xù)性，使用快速加權(quán)中值濾波器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，以提高數(shù)據(jù)的平滑度和同相軸的連續(xù)性（圖1）。經(jīng)過上述處理，保留了地震數(shù)據(jù)中的細(xì)節(jié)信息和邊緣信息，最大限度地消除了地震資料中的噪聲。

在地震數(shù)據(jù)處理中，常用的濾波窗口具有不同形狀，如線狀、圓形、十字形、圓環(huán)形、矩形等，窗口采用5×5、9×9等。為了增強(qiáng)地震數(shù)據(jù)的連續(xù)性，往往會(huì)選擇較大的濾波窗口，但會(huì)造成窗口取值和數(shù)據(jù)排序的時(shí)間效率較低。為了提高中值濾波效率，在實(shí)際工作中需要對(duì)濾波算法進(jìn)行改進(jìn)，使用最接近均值代替中值進(jìn)行處理，將算法的時(shí)間復(fù)雜度由O（n lg n）降為O（n）（O（n）表示當(dāng)n很大時(shí)，O（n）≈Cn，C為某個(gè)常數(shù)），顯著提高了算法效率。圖2為原始地震數(shù)據(jù)及中值濾波后數(shù)據(jù)。由圖可見，濾波后地震數(shù)據(jù)的噪聲得到抑制，層位連續(xù)性增強(qiáng)，數(shù)據(jù)的平滑度和同相軸的連續(xù)性得到提高（圖2右）。

圖1 中值濾波算法流程

圖2 原始地震數(shù)據(jù)（左）及中值濾波后數(shù)據(jù)（右）（濾波窗口為5×5）

3 基于蟻群算法的地震層位追蹤技術(shù)

前人對(duì)層位識(shí)別和追蹤提出了多種技術(shù)方案，包括傳統(tǒng)的同相軸追蹤技術(shù)以及近年提出的圖形邊緣提取、蟻群追蹤等算法［14，15］，其中同相軸追蹤是地震解釋中最經(jīng)典和應(yīng)用最多的算法。在層位追蹤前，需要手工指定種子點(diǎn)，當(dāng)追蹤開始后，依據(jù)相鄰道與種子點(diǎn)之間地震波形的相干性，依次延長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)層位的追蹤、標(biāo)識(shí)——種子點(diǎn)生長(zhǎng)算法。圖形邊緣提取算法認(rèn)為層位是地質(zhì)剖面圖上的極值邊緣，利用Sober、拉普拉斯變換等對(duì)地震剖面進(jìn)行處理，可以有效地提取邊緣。當(dāng)邊緣不明顯時(shí)層位連續(xù)性較差，這主要是由于圖形邊緣提取算法側(cè)重于利用地震剖面的圖形學(xué)特征進(jìn)行層位提取，而對(duì)層位的物理意義考慮較少。相對(duì)于以上算法，螞蟻?zhàn)粉櫵惴ㄍㄟ^在地震剖面上設(shè)置大量的人工螞蟻，同時(shí)在多點(diǎn)進(jìn)行層位追蹤，避免了人為選擇種子點(diǎn)時(shí)效率低、主觀性大的弊端，同時(shí)蟻群算法的并行性和快速收斂特性保證了程序具有較高的執(zhí)行效率。

蟻群算法的基本原理是模擬螞蟻覓食過程，雖然螞蟻個(gè)體處理能力有限，僅能處理自己所在小范圍內(nèi)的信息，但蟻群通過信息素交互，通過單位時(shí)間在短路徑留下的高濃度信息素及正反饋性得到獲取食物的最優(yōu)路徑，實(shí)現(xiàn)覓食路徑的最優(yōu)化。基于此思想，將螞蟻?zhàn)粉櫡椒ㄟM(jìn)行改進(jìn)以適應(yīng)地震層位追蹤，具體做法為：初始化大量人工螞蟻，在不同起始位置的螞蟻在剖面上搜索前進(jìn)，每只螞蟻僅選擇自己步長(zhǎng)搜索范圍內(nèi)的最優(yōu)點(diǎn)，形成一條覓食軌跡，并留下信息素；反復(fù)多次后，在信息素積累和自然衰減后就形成了多條高信息素濃度的路徑；最后，對(duì)這些路徑進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪B接、合并即可得到整個(gè)剖面的層位（圖3）。

3.1 螞蟻?zhàn)粉櫝跏蓟?/h3>

首先，定義螞蟻的初始化參數(shù)（表1），包括活動(dòng)范圍參數(shù)、橫向和縱向追蹤步長(zhǎng)、追蹤角度閾值、幅值閾值、失敗終止閾值、失敗恢復(fù)閾值、初始信息素濃度、信息素更新參數(shù)、信息素?fù)]發(fā)參數(shù)等，其中各項(xiàng)參數(shù)在追蹤過程中的狀態(tài)如圖4所示。

圖3 基于蟻群追蹤的層位算法流程

表1 螞蟻的初始化參數(shù)

3.2 非線性SVM回歸分類

SVM通過引入核函數(shù)將最優(yōu)化分類問題轉(zhuǎn)化到高維度解空間中以降低計(jì)算復(fù)雜性，在非線性、高維模式識(shí)別及分類中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。對(duì)層位點(diǎn)和非層位點(diǎn)進(jìn)行分類，能顯著降低追蹤過程中的復(fù)雜度，提高追蹤效率。層位點(diǎn)的判定不僅受制于單一原因，還受多種因素的影響。地震數(shù)據(jù)處理往往難以界定各種影響因素的權(quán)重而建立有效的數(shù)據(jù)分類模型。與常用的二值分類方法不同，使用SVM技術(shù)可以在參數(shù)權(quán)重?zé)o法明確的情況下通過機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)層位節(jié)點(diǎn)的分類，且需要的樣本空間小，算法效率較高，更適合處理大尺度地震剖面。此外，利用SVM進(jìn)行分類能給出對(duì)應(yīng)點(diǎn)屬于該類概率的回歸分析值，從而以定量方式確定點(diǎn)與層位的相似關(guān)系，并為選擇需要處理的可能層位點(diǎn)建立定量基礎(chǔ)。

圖4 追蹤參數(shù)圖

3.2.1 分類參數(shù)的選擇

地震地層學(xué)理論表明，不同年代地層在巖性特征、沉積厚度和構(gòu)造上往往具有不同的性質(zhì)，在地震波形中就表現(xiàn)為不同的振幅、相位和頻率（三瞬屬性）等，對(duì)地震層位劃分具有指征意義。因此，首先選擇三瞬屬性對(duì)地震數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行初步分類。

3.2.2 SVM訓(xùn)練

在確定地震剖面點(diǎn)的分類參數(shù)后，可以利用SVM對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分類。首先對(duì)SVM進(jìn)行訓(xùn)練以建立回歸分類模型，SVM訓(xùn)練數(shù)據(jù)取自待分類的地層剖面，其樣本點(diǎn)選擇應(yīng)具備以下條件：①正、負(fù)類樣本點(diǎn)數(shù)量應(yīng)當(dāng)相近；②用于訓(xùn)練的樣本點(diǎn)應(yīng)在剖面上分布均勻，以保證訓(xùn)練結(jié)果對(duì)整個(gè)剖面分類的有效性；③為了保證SVM的分類效果，必須有足夠的樣本數(shù)量，但又不易過多，以避免對(duì)SVM訓(xùn)練效率產(chǎn)生影響?；谝陨显瓌t，訓(xùn)練樣本應(yīng)從地震剖面上選擇層位點(diǎn)和非層位點(diǎn)作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)輸入SVM。為此，對(duì)每個(gè)剖面按比例選擇螞蟻對(duì)應(yīng)的層位點(diǎn)和非層位點(diǎn)進(jìn)行分類訓(xùn)練，同時(shí)對(duì)產(chǎn)生樣本的螞蟻按照位置進(jìn)行循環(huán)選擇，保證訓(xùn)練層位點(diǎn)在剖面上均勻分布。其中層位點(diǎn)選擇是在搜索初始范圍最小值點(diǎn)后，通過螞蟻?zhàn)粉櫷瓿伞?/p>

樣本類型的數(shù)量是影響SVM構(gòu)造的主要因素，為增加非層位點(diǎn)類型，使用以下原則選擇非層位點(diǎn)：①在初始層位追蹤中在螞蟻搜索步長(zhǎng)窗口中找到的幅值最小點(diǎn)；②在追蹤過程中小于螞蟻搜索步長(zhǎng)窗口中的幅值均值的任一點(diǎn)。通過這種方式，擴(kuò)展了非層位點(diǎn)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)類型，提高了SVM數(shù)據(jù)分類的準(zhǔn)確度。

3.2.3 進(jìn)行交叉驗(yàn)證

通過訓(xùn)練自動(dòng)匹配SVM，但此時(shí)的分類效果并非最優(yōu)，訓(xùn)練完成后一般應(yīng)通過交叉驗(yàn)證對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以保證分類效果最優(yōu)。交叉驗(yàn)證的目的是通過調(diào)整參數(shù)，實(shí)現(xiàn)分類效果優(yōu)化。因此，交叉驗(yàn)證是使用SVM的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

3.2.4 回歸分類和優(yōu)化

對(duì)剖面上的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行多分類，多分類具有高準(zhǔn)確性。為了便于蟻群追蹤對(duì)節(jié)點(diǎn)選擇進(jìn)行評(píng)價(jià)，在使用SVM分類的同時(shí)進(jìn)行回歸分析，以取得節(jié)點(diǎn)落入相應(yīng)類別的概率（圖5）。

圖6為預(yù)處理數(shù)據(jù)及SVM分類效果。由圖可見，SVM分類波谷（圖6右）與實(shí)際剖面最小值層位對(duì)應(yīng)較好（圖6左），連續(xù)性較強(qiáng)，可以作為后續(xù)層位追蹤的基礎(chǔ)，由此降低了層位追蹤數(shù)據(jù)搜索的復(fù)雜性。同時(shí)，回歸分析得到的分類概率為后續(xù)螞蟻?zhàn)粉櫣?jié)點(diǎn)的選擇、判斷建立了定量計(jì)算條件。圖7為SVM分類與地震層位對(duì)應(yīng)關(guān)系圖。

圖5 非線性SVM回歸分類示意圖

圖6 預(yù)處理數(shù)據(jù)（左）及SVM分類效果（右）

圖7 SVM分類與地震層位對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

3.3 螞蟻層位追蹤

完成螞蟻初始化以及基于SVM的地震數(shù)據(jù)分類后，便可在地震剖面中散布螞蟻實(shí)施層位追蹤。蟻群在地震剖面上的散布應(yīng)具有隨機(jī)性，每輪循環(huán)螞蟻從剖面的不同位置開始對(duì)自己能夠感知到的層位進(jìn)行追蹤，并在信息素矩陣中標(biāo)記，當(dāng)多輪追蹤后便會(huì)在剖面圖信息素矩陣層位點(diǎn)處留下較高的信息素濃度。最終，通過對(duì)這些高信息素濃度點(diǎn)進(jìn)行提取，得到地震層位。在層位追蹤中，節(jié)點(diǎn)的評(píng)價(jià)函數(shù)決定螞蟻如何選擇下一節(jié)點(diǎn)。為此，定義節(jié)點(diǎn)評(píng)價(jià)函數(shù)

式中：a為節(jié)點(diǎn)的幅值；a′為最近追蹤層位樣本點(diǎn)的均值；d為節(jié)點(diǎn)傾角；d′為層位當(dāng)前傾向，即從上一拐點(diǎn)開始層位的斜率；dist為選擇節(jié)點(diǎn)的距離；ph為選擇節(jié)點(diǎn)的信息素值；w為權(quán)值；r1和r2分別為幅值閾值參數(shù)和追蹤角度閾值參數(shù)，在追蹤前可以根據(jù)層位特征和經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行設(shè)置，如對(duì)于層位平坦、連續(xù)性較好的剖面可以降低參數(shù)r2，以進(jìn)一步提高追蹤的準(zhǔn)確度和效率。

在一般情形下，螞蟻層位追蹤應(yīng)注意：①層位點(diǎn)應(yīng)為鄰近區(qū)域的峰值節(jié)點(diǎn)，相鄰層位點(diǎn)幅值一般滿足連續(xù)變化的規(guī)律，同時(shí)層位線具有平滑、連續(xù)條件，但是在出現(xiàn)特殊地質(zhì)構(gòu)造（如斷層）時(shí)，要依據(jù)幅值、頻率、相位等信息選擇相鄰層位點(diǎn)；②評(píng)價(jià)函數(shù)必須考慮信息素，信息素是該輪之前蟻群追蹤的成果，同時(shí)也進(jìn)一步影響了該輪之后螞蟻?zhàn)粉櫟慕Y(jié)果。在評(píng)價(jià)函數(shù)中控制了幅值，則控制了層位的走向。

按照上述思想，在初始區(qū)域中隨機(jī)設(shè)定螞蟻開始位置，每輪循環(huán)都會(huì)在螞蟻初始范圍中選擇一個(gè)極值點(diǎn)開始追蹤。當(dāng)找到開始點(diǎn)后，螞蟻按照層位追蹤判定準(zhǔn)則在自己的鄰域內(nèi)選擇節(jié)點(diǎn)，并依次追蹤，形成自己的追蹤路徑。螞蟻在節(jié)點(diǎn)選擇時(shí)有節(jié)點(diǎn)自身、連接關(guān)系兩類判定依據(jù)（表2）。節(jié)點(diǎn)自身包括節(jié)點(diǎn)的SVM回歸分析概率值和節(jié)點(diǎn)幅值，其中節(jié)點(diǎn)幅值僅用于層位追蹤失敗狀態(tài)下判定下一個(gè)連續(xù)節(jié)點(diǎn)。在層位追蹤時(shí)不僅要考慮到節(jié)點(diǎn)自身?xiàng)l件，同時(shí)在剖面沒有出現(xiàn)斷層的情況下，層位應(yīng)滿足連續(xù)性條件。此外，應(yīng)盡量保證在每道上都選擇層位點(diǎn)，因此層位的追蹤線斜率、節(jié)點(diǎn)間距、層位走向、斜率也是追蹤的重要參數(shù)。為平衡以上參數(shù)，在節(jié)點(diǎn)評(píng)價(jià)函數(shù)中通過對(duì)各種追蹤條件設(shè)置權(quán)重，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇下一個(gè)有效節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)螞蟻?zhàn)詣?dòng)追蹤。在節(jié)點(diǎn)評(píng)價(jià)函數(shù)中權(quán)值還隨螞蟻?zhàn)粉櫊顟B(tài)而變化，即在螞蟻的一般追蹤狀態(tài)和擴(kuò)展追蹤狀態(tài)下，選擇節(jié)點(diǎn)評(píng)價(jià)函數(shù)的依據(jù)不同。由于層位點(diǎn)選擇概率是權(quán)重矩陣與上述參數(shù)的向量積，為了不同輪次的螞蟻?zhàn)粉櫧Y(jié)果能夠相互借鑒，螞蟻在通常情況下使用標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)重向量，而在進(jìn)入擴(kuò)展選擇條件下會(huì)對(duì)權(quán)重矩陣進(jìn)行調(diào)整，從而滿足不同情形的追蹤。

表2 層位追蹤判定表

3.4 信息素更新策略

每輪蟻群追蹤完成后都需要對(duì)信息素矩陣進(jìn)行更新，更新策略直接影響層位提取。信息素矩陣更新策略為

式中：ffade為信息素衰減因子，在每輪迭代后，信息素會(huì)按照此因子降低；fupd為信息素更新因子，對(duì)于未被螞蟻?zhàn)粉櫟墓?jié)點(diǎn)，此值為0，該值反映了信息素更新的大小以及層位追蹤的特點(diǎn)。

按照ffade與fupd對(duì)信息素進(jìn)行處理，但對(duì)于地震剖面上連續(xù)性好的層位，由于經(jīng)過的螞蟻數(shù)量多，最終在層位上留下的信息素濃度大；反之，對(duì)于連續(xù)性不好的層位，由于經(jīng)過的螞蟻數(shù)量有限而被舍棄。因此在層位間進(jìn)行蟻群追蹤，平衡成為信息素矩陣更新中的重要問題。

圖8為不同層位初始螞蟻數(shù)量差異。由圖可見，由于上面層位較短，僅有2只初始化螞蟻，下面層位較長(zhǎng)，初始螞蟻數(shù)量則超過了10只。因此，如果未對(duì)不同層位上的信息素更新進(jìn)行平衡，短小層位在追蹤后必然會(huì)被忽略。另一方面，在自然界中，螞蟻爬過區(qū)域的信息素濃度并不隨螞蟻爬行次數(shù)的增加而線性增長(zhǎng)，在高濃度信息素區(qū)域中爬過的螞蟻并不能明顯增加該區(qū)域信息素的濃度。因此，本算法對(duì)每只螞蟻?zhàn)粉欬c(diǎn)的更新次數(shù)進(jìn)行記錄，將更新濃度設(shè)置為關(guān)于信息素增長(zhǎng)速度與更新次數(shù)的泊松函數(shù)，即

式中：x為更新次數(shù)（正整數(shù)）；λ為信息素增長(zhǎng)值。

圖8 不同層位初始螞蟻數(shù)量差異

上式使每次更新的信息素得到規(guī)律增長(zhǎng)，同時(shí)抑制了由于大量螞蟻爬過較長(zhǎng)層位導(dǎo)致的信息素濃度過大的情況，避免了求解向少數(shù)極大信息素濃度點(diǎn)的過分偏移，體現(xiàn)了蟻群追蹤的基本思想。螞蟻在長(zhǎng)層位追蹤后，對(duì)于信息素的更新按照更新次數(shù)降低，并最終達(dá)到峰值。始于不同位置的螞蟻按照選擇規(guī)律在地震剖面上生成高信息素濃度的層位線，經(jīng)過多輪爬行后，層位線上的信息素將明顯高于環(huán)境信息素濃度，為下一步地震層位提取建立了基礎(chǔ)。通常將蟻群追蹤迭代次數(shù)設(shè)置為30～50次，隨后按照地震剖面各點(diǎn)信息素與最大信息素濃度比值得到信息素矩陣和信息素圖。圖9為迭代30次后螞蟻?zhàn)粉櫳傻男畔⑺貓D。由圖可見，經(jīng)過螞蟻?zhàn)粉?，高濃度信息素曲線與剖面中的層位吻合較好。

3.5 層位提取

圖9 迭代30次后螞蟻?zhàn)粉櫳傻男畔⑺貓D

圖10 層位拾取中的層位尖滅

雖然螞蟻?zhàn)粉櫾诙噍喌竽艿玫脚c地震層位對(duì)應(yīng)的信息素矩陣圖，但信息素矩陣圖是基于單點(diǎn)繪制的，不能體現(xiàn)層位信息。因此，需要掃描信息素矩陣進(jìn)而得到地震層位數(shù)據(jù)，且在層位掃描時(shí)需要考慮層位之間的相對(duì)關(guān)系。由于地下地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性，地震層位之間可能存在超覆、尖滅、削截等現(xiàn)象，但是層位不能互相穿越；另外，由于存在斷層等構(gòu)造現(xiàn)象，兩個(gè)相鄰層位并不能直接相連（圖10），需要使用相干性判別準(zhǔn)則對(duì)斷層附近的追蹤層位進(jìn)行連接［16，17］。層位提取掃描算法按照從上到下、從左到右的順序進(jìn)行，在道集方向上尋找長(zhǎng)層位進(jìn)行標(biāo)記，在處理短小層位時(shí)使用掩碼矩陣判定層位穿層。對(duì)于相鄰層的連接，則采用C1相干性算法進(jìn)行判定，根據(jù)計(jì)算層位線結(jié)束側(cè)鄰近范圍內(nèi)可找到的層位起始點(diǎn)及其相干值，通過選擇連接到相干性大于指定閾值的層位或中斷當(dāng)前層。通過相干性連接判定，避免了因斷層存在而導(dǎo)致的層位不連續(xù)。

完成層位拾取后，采用Opend Tect層位加密策略對(duì)地震數(shù)據(jù)體內(nèi)的小層進(jìn)行加密，實(shí)現(xiàn)了精細(xì)的層序地層劃分［18］，并得到了4種年代地層計(jì)算模型（圖11）。

4 實(shí)際資料應(yīng)用

圖12為A區(qū)塊原始高精度地震數(shù)據(jù)及中值濾波后數(shù)據(jù)。由圖可見，經(jīng)中值濾波后同相軸連續(xù)性變好，信噪比提高，利于同相軸追蹤（圖12右）。

圖11 年代地層計(jì)算模型

圖12 A區(qū)塊原始高精度地震數(shù)據(jù)（左）及中值濾波后數(shù)據(jù)（右）

在地震數(shù)據(jù)預(yù)處理的基礎(chǔ)上，通過地震層位自動(dòng)追蹤得到地震資料層位自動(dòng)追蹤、層位不加密及層位加密結(jié)果（圖13），由追蹤結(jié)果不難看出：①控制層內(nèi)部的地震同相軸都得到追蹤，地震同相軸的連續(xù)性反映了實(shí)際地層走向；②層位追蹤結(jié)果較好地反映了原始地層的接觸關(guān)系，如上超、地層尖滅、削截等復(fù)雜情況。

圖13 地震資料層位自動(dòng)追蹤（左）、層位不加密（中）及層位加密結(jié)果（右）

與傳統(tǒng)的層位追蹤方法相比，文中方法能同時(shí)完成剖面上多套層位的自動(dòng)追蹤，能自動(dòng)判別地層尖滅、超覆等地層接觸關(guān)系，并根據(jù)多種地層計(jì)算模型完成地層單元的層位加密處理，實(shí)現(xiàn)了地震層位的準(zhǔn)實(shí)時(shí)追蹤，為后續(xù)的小層分析和精細(xì)油藏預(yù)測(cè)建立了良好的基礎(chǔ)。

5 討論與認(rèn)識(shí)

（1）結(jié)合蟻群算法的基本思想，提出了改進(jìn)的螞蟻?zhàn)粉櫟卣饘游蛔R(shí)別方法，減少了解釋過程中的人為干預(yù)，顯著提高了地震層位解釋工作效率。

（2）為進(jìn)一步提高層位追蹤效率，減少層位追蹤時(shí)的層位點(diǎn)選擇數(shù)量，引入了SVM技術(shù)優(yōu)化分類處理效果，有效提高了層位追蹤效率。

（3）在后處理過程中，按照層位對(duì)地震剖面進(jìn)行分區(qū)處理，在識(shí)別頂、底層位后，實(shí)現(xiàn)了均值插值加密、頂平行、底平行和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)加密等多種策略的地震層位自動(dòng)加密。

（4）對(duì)于地震數(shù)據(jù)斷層識(shí)別問題，主要采用相干性算法，但對(duì)整個(gè)剖面進(jìn)行相干性計(jì)算的復(fù)雜度很高，基本的C1相干算法速度尚可，但是識(shí)別率較低。為此，有人進(jìn)一步提出了C2、C3相干性算法，但是計(jì)算效率是算法應(yīng)用的主要問題。利用SVM分類結(jié)果和層位延展范圍可以指示相干體的位置，從而顯著降低含斷層剖面的數(shù)據(jù)量，并為斷層兩側(cè)層位的追蹤提供更優(yōu)化的處理方案，這也是今后的研究方向。

本文結(jié)合SVM技術(shù)和蟻群覓食最優(yōu)化尋路的基本思想，實(shí)現(xiàn)了基于改進(jìn)蟻群追蹤策略的地震層位自動(dòng)識(shí)別方法，包括地震數(shù)據(jù)預(yù)處理、螞蟻初始化、非線性SVM回歸分類、螞蟻層位追蹤、信息素更新策略、層位提取等技術(shù)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了螞蟻信息素對(duì)地震剖面層位的標(biāo)記，在掩碼矩陣輔助下按照層位識(shí)別規(guī)則進(jìn)行層位自動(dòng)追蹤和提取。實(shí)際資料應(yīng)用結(jié)果檢驗(yàn)了該方法的有效性，為后續(xù)層序地層分析、沉積體系域解釋、精細(xì)儲(chǔ)層描述提供了技術(shù)思路。

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（本文編輯：劉勇）

作者簡(jiǎn)介

殷文 教授，1978年生；2001年獲中國(guó)石油大學(xué)（華東）計(jì)算機(jī)專業(yè)工學(xué)學(xué)士學(xué)位；2006年獲中國(guó)石油大學(xué)（華東）地質(zhì)資源與地質(zhì)工程專業(yè)博士學(xué)位；一直從事地震層序分析解釋及其方法研究；目前在中國(guó)石油大學(xué)（北京）克拉瑪依校區(qū)從事與地震勘探相關(guān)的教學(xué)和科研。

·綜合研究·

龍門山金馬—鴨子河推覆構(gòu)造帶雷四段儲(chǔ)層脆性與裂縫預(yù)測(cè)

徐天吉*①②程冰潔③④閆麗麗⑤江瑩瑩①②喻 勤①②

（①中國(guó)石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院，四川成都610041；②中國(guó)石化多波地震技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610041；③成都理工大學(xué)“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610059；④成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院，四川成都610059；⑤成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，成都610059）

摘要龍門山金馬—鴨子河推覆構(gòu)造帶展現(xiàn)出盆—山結(jié)合區(qū)域地表、地下地質(zhì)條件復(fù)雜的“雙復(fù)雜”特點(diǎn)，致使儲(chǔ)層和裂縫預(yù)測(cè)難度較大。為此，結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)、地球物理特征，在分析白云巖、灰?guī)r、膏（鹽）巖的測(cè)井響應(yīng)差異的基礎(chǔ)上，基于地震數(shù)據(jù)計(jì)算巖石脆性與裂縫參數(shù)，并以此研究?jī)?yōu)質(zhì)脆性儲(chǔ)層空間展布和裂縫發(fā)育特征，且得出以下認(rèn)識(shí)：①根據(jù)測(cè)井和地震數(shù)據(jù)分別計(jì)算的脆性系數(shù)清晰地刻畫了白云巖、灰?guī)r儲(chǔ)層與上覆泥巖、下伏膏（鹽）巖的脆性差異，并據(jù)此研究了優(yōu)質(zhì)脆性儲(chǔ)層空間展布和裂縫發(fā)育特征；②雷四上亞段儲(chǔ)層中存在構(gòu)造和非構(gòu)造兩類裂縫，其展布規(guī)律與構(gòu)造、沉積等多種內(nèi)外因素密切相關(guān)，且在氣藏圈閉內(nèi)的不同構(gòu)造部位的裂縫發(fā)育程度存在差異；③充分利用不同巖性的脆性差異及脆性與裂縫之間的密切關(guān)系，能更深刻地認(rèn)識(shí)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的地質(zhì)特征，但受脆性系數(shù)計(jì)算精度、地震分辨率等客觀因素制約，尚難以精確定量預(yù)測(cè)脆性儲(chǔ)層中的裂縫；④雷四上亞段的孔隙度較高、微裂縫較發(fā)育、脆性較強(qiáng)的白云巖和灰?guī)r儲(chǔ)層，應(yīng)是氣藏開發(fā)中選點(diǎn)、選層的關(guān)鍵目標(biāo)。上述認(rèn)識(shí)在金馬—鴨子河推覆構(gòu)造帶PZ1、YaS1等井的實(shí)鉆資料中獲得了驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞龍門山 金馬—鴨子河推覆構(gòu)造帶 雷四上亞段 脆性儲(chǔ)層 裂縫預(yù)測(cè)

中圖分類號(hào)：P631文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.13810／j.cnki.issn.1000-7210.2017.03.020

徐天吉，程冰潔，閆麗麗，江瑩瑩，喻勤.龍門山金馬—鴨子河推覆構(gòu)造帶雷四段儲(chǔ)層脆性與裂縫預(yù)測(cè).石油地球物理勘探，2017，52（3）：562-572.

文章編號(hào)：1000-7210（2017）03-0562-11

*四川省成都市高新區(qū)吉泰路688號(hào)中國(guó)石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院中國(guó)石化多波地震技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，610041。Email：xu＿tianji＠126.com

本文于2015年11月3日收到，最終修改稿于2017年3月28日收到。

本項(xiàng)研究受國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（41574099）、國(guó)家重大科技專項(xiàng)（2016ZX05002004-005）聯(lián)合資助。

1 概況

四川盆地中三疊統(tǒng)雷口坡組天然氣總資源量高達(dá)數(shù)十萬億立方米規(guī)模［1］，目前已在川西、川中和川東等地區(qū)發(fā)現(xiàn)了中壩、孝新合（孝泉、新場(chǎng)、合興場(chǎng)）、磨溪和臥龍河等大型氣藏（表1），在全盆地范圍展示了廣闊的勘探、開發(fā)前景。其中位于四川盆地西緣的龍門山雷口坡組氣藏以灰黑—灰色的碳酸鹽巖為主力烴源巖，平均厚度達(dá)505m，有機(jī)碳含量（TOC）為0.1%～0.6%，構(gòu)造圈閉發(fā)育，儲(chǔ)層以灰?guī)r、白云巖為主，保存條件良好，估算天然氣資源量接近萬億立方米規(guī)模［2-4］。2014年1月，在龍門山金馬—鴨子河隱伏構(gòu)造帶，針對(duì)雷口坡組四段部署的PZ1井鉆遇了灰?guī)r、白云巖優(yōu)質(zhì)孔隙儲(chǔ)層，獲得天然氣無阻流量達(dá)330.4×104m3／d，標(biāo)志著繼CK1井（2010年，測(cè)試產(chǎn)氣86.8×104m3／d）、XS1井（2012年，測(cè)試產(chǎn)氣68×104m3／d）后，在川西坳陷雷口坡組獲得天然氣勘探又一重大突破，促使該區(qū)迅速成為中國(guó)海相碳酸鹽巖領(lǐng)域天然氣勘探、開發(fā)的熱點(diǎn)。

龍門山推覆構(gòu)造帶位于四川盆地的西北緣，通常被視為松潘—甘孜褶皺帶與揚(yáng)子地臺(tái)的分界［5］，自西向東發(fā)育茂縣—汶川斷裂、北川—映秀斷裂和彭州—灌縣斷裂，由北東至南西依次劃分為北段、中段和南段（圖1）。其中北川—映秀斷裂以西的區(qū)域稱為龍門山后山推覆構(gòu)造帶，以東的區(qū)域稱為龍門山前山推覆構(gòu)造帶，研究區(qū)（金馬—鴨子河隱伏構(gòu)造帶）處于龍門山前山推覆構(gòu)造帶中段［5，6］。在早印支運(yùn)動(dòng)的作用下，在中三疊統(tǒng)雷口坡組沉積時(shí)期，龍門山—九頂山水下古隆起、北方古陸、開江—滬州古隆起和康滇古陸的形成與不斷擴(kuò)展（圖2），促使揚(yáng)子地臺(tái)呈現(xiàn)四川盆地的雛形［7］。此時(shí)，海水西深東淺、南深北淺，主要由川南、其次由川西北方向侵入盆地。在潮汐和波浪共同作用下，四川盆地處于水體較淺、蒸發(fā)作用較強(qiáng)、鹽濃度較大的受限陸表海沉積環(huán)境中，主要發(fā)育了一套厚約1000m的碳酸鹽巖，其沉積中心位于川中的鹽亭、南充和遂寧一帶，為水體相對(duì)較深、能量較低、鹽度較大的潮下沉積環(huán)境；沿四周古陸或水下隆起區(qū)方向水體逐漸變淺、水動(dòng)力及能量增強(qiáng)，呈現(xiàn)潮間和潮上沉積環(huán)境［8，9］。后山位于開闊陸緣海東南緣，前山位于受限陸表海西北緣，總體處于水體較淺、能量較強(qiáng)、受波浪與潮汐共同作用的潮間—潮上帶沉積環(huán)境。

表1 四川盆地雷口坡組已發(fā)現(xiàn)氣藏簡(jiǎn)況

圖1 四川盆地及龍門山推覆構(gòu)造帶分段簡(jiǎn)圖［8］

雷口坡組分為雷一段（T2l1）、雷二段（T2l2）、雷三段（T2l3）和雷四段（T2l4），主要發(fā)育了白鹿場(chǎng)、鴨子河、金馬、聚源、石羊鎮(zhèn)、石板灘、大邑等7個(gè)局部構(gòu)造圈閉。在處于海退時(shí)期沉積的雷四段（T2l4）受古構(gòu)造、古地貌、古氣候、古生物、古水流及其他沉積環(huán)境的控制作用，堆積形成了一套富含藍(lán)綠藻的白云質(zhì)、灰質(zhì)、膏質(zhì)類沉積巖。其中藻屑白云巖、泥晶—粉晶—顆粒白云巖、針孔白云巖是油氣聚集的主力巖層，泥—粉晶白云質(zhì)灰?guī)r次之，上覆的厚度較大的泥（頁）巖和下伏的膏（鹽）巖則為頂、底蓋層。依據(jù)巖性組合及沉積環(huán)境，雷四段（T2l4）可進(jìn)一步劃分為上、中、下三個(gè)亞段。2014年，PZ1井天然氣勘探獲重大突破，證實(shí)雷四上亞段發(fā)育上、下兩套儲(chǔ)層，在白云化、去白云化、埋藏溶蝕、沉淀／滲濾等物理、化學(xué)和生物的多重作用下，產(chǎn)生的孔隙、溶洞、裂縫成為天然氣運(yùn)移、聚集成藏的重要空間。研究還發(fā)現(xiàn)：雷四段氣藏主要分布在上亞段，上儲(chǔ)層以灰?guī)r為主，平均厚度約為35m、平均孔隙度約為4%；下儲(chǔ)層則主要發(fā)育白云巖，平均厚度約為65m、平均孔隙度約為6%。因此雷四上亞段上、下儲(chǔ)層的巖性、物性差異較大，其中下儲(chǔ)層更厚、孔隙度更高，儲(chǔ)集性能更佳。總體而言，雷四上亞段縱向厚度較大、橫向分布較穩(wěn)定，油氣顯示良好。

圖2 四川盆地雷口坡組沉積相分布略圖

然而受沉積環(huán)境、多期次構(gòu)造作用等因素的影響，龍門山金馬—鴨子河推覆構(gòu)造帶逆沖斷裂發(fā)育、地層速度橫向變化急劇，區(qū)內(nèi)構(gòu)造形態(tài)復(fù)雜多變，儲(chǔ)層埋深大（大于5500m），展現(xiàn)出盆—山結(jié)合區(qū)域地表、地下地質(zhì)條件復(fù)雜的“雙復(fù)雜”特點(diǎn)。此外，鉆井與巖心樣品較少，地震高頻信號(hào)衰減快、主頻低、頻帶窄，對(duì)儲(chǔ)層的分辨能力有限，導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的測(cè)井、地震響應(yīng)特征不明顯，這些不利因素對(duì)構(gòu)造圈閉認(rèn)識(shí)、沉積相分析、儲(chǔ)層與裂縫預(yù)測(cè)等增加了難度，直接制約了區(qū)內(nèi)海相雷口坡組碳酸鹽巖氣藏的大規(guī)模開發(fā)和產(chǎn)能建設(shè)。近期的鉆井實(shí)踐證實(shí)，孔隙度較高、裂縫較發(fā)育的白云巖儲(chǔ)層更容易獲得天然氣高產(chǎn)（如PZ1井），這類儲(chǔ)層也同時(shí)具有脆性較強(qiáng)的特點(diǎn)。一般而言，儲(chǔ)層脆性強(qiáng)弱對(duì)裂縫發(fā)育密度具有明顯影響［7，10］，尤其在后期壓裂改造過程中，脆性對(duì)溝通儲(chǔ)層人造縫與天然裂縫、增強(qiáng)滲透能力等具有重要作用。由此可見，預(yù)測(cè)脆性儲(chǔ)層的空間展布特征十分重要。但是在油氣勘探、開發(fā)領(lǐng)域，目前業(yè)界見諸報(bào)道的預(yù)測(cè)巖石脆性的方法較少，針對(duì)白云巖、灰?guī)r、膏（鹽）巖等的脆性預(yù)測(cè)更是鳳毛麟角。歸納起來，目前主要有兩大類預(yù)測(cè)巖石脆性的方法［7，10-12］：一類是礦物成分法，利用巖石中的脆性礦物與塑性礦物的百分比，建立脆性特征表征參數(shù)；另一類是力學(xué)參數(shù)法，基于應(yīng)力與應(yīng)變的數(shù)學(xué)物理關(guān)系，計(jì)算巖石在各類應(yīng)力作用下產(chǎn)生拉伸、壓縮、剪切等形變的概率，利用楊氏模量、體積模量、剪切模量、泊松比等彈性參數(shù)預(yù)測(cè)巖石的脆性特征。由于巖石脆性是巖性、力學(xué)性質(zhì)、孔隙結(jié)構(gòu)等特征的綜合反映，巖石脆性越強(qiáng)，越容易產(chǎn)生斷裂，因而脆性可以作為度量巖石能否產(chǎn)生破裂的指示參數(shù)［10，13，14］。強(qiáng)脆性巖石破裂后，可采用相干、曲率、螞蟻?zhàn)粉?、橫波分裂、各向異性、能量衰減等［15-20］方法預(yù)測(cè)裂縫發(fā)育特征。

本文針對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層及裂縫預(yù)測(cè)問題，結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)、地球物理特征，在分析白云巖、灰?guī)r、膏（鹽）巖的測(cè)井響應(yīng)差異的基礎(chǔ)上，基于地震數(shù)據(jù)計(jì)算巖石脆性與裂縫參數(shù)，并以此研究?jī)?yōu)質(zhì)脆性儲(chǔ)層空間展布和裂縫發(fā)育特征，對(duì)井位部署、儲(chǔ)層改造等具有借鑒意義。

2 脆性儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

通過分析PZ1井測(cè)井與巖心樣品發(fā)現(xiàn)，雷四上亞段巖溶型儲(chǔ)層包括微—粉—細(xì)晶白云巖、藻屑顆粒白云巖、微—粉晶灰質(zhì)白云巖、微晶灰?guī)r及藻灰?guī)r等，呈現(xiàn)白云質(zhì)灰?guī)r—灰質(zhì)白云巖—白云巖過渡巖性的特點(diǎn)。在PZ1井測(cè)井曲線上，由于受灰?guī)r與白云巖類過渡巖性的影響，儲(chǔ)層僅表現(xiàn)為“低電阻率、較高孔隙度、中低密度”的響應(yīng)特征，因此儲(chǔ)層與圍巖的縱波速度、縱波阻抗、橫波阻抗、自然伽馬等曲線的差異較?。▓D3）。PZ1井測(cè)井資料顯示，灰?guī)r、白云巖與膏（鹽）巖三者之間的彈性差異較小。此外，區(qū)內(nèi)地震資料呈主頻低（僅約為20Hz）、頻帶窄、分辨率有限等特點(diǎn)，利用地震波阻抗反演技術(shù)進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)難度較大。

對(duì)川東北海相碳酸鹽巖的實(shí)驗(yàn)研究表明，白云巖脆性最大、灰?guī)r次之、膏（鹽）巖脆性最弱（塑性強(qiáng)）［21］?；诖耍P者嘗試?yán)冒自茙r、灰?guī)r、膏（鹽）巖之間的脆性差異識(shí)別川西坳陷金馬—鴨子河推覆構(gòu)造帶的雷四上亞段儲(chǔ)層空間展布。在材料科學(xué)中，脆性（brittleness）和塑性（ductility）通常被視為固態(tài)物質(zhì)的兩種相反屬性。對(duì)于脆性巖層，當(dāng)遭受外力時(shí)，不易產(chǎn)生明顯的形變，在較少的能量作用下也容易產(chǎn)生碎裂；對(duì)于塑性物質(zhì)，具有拉伸韌性或壓縮韌性，需要較大的能量作用才能發(fā)生形變或破碎。事實(shí)上，巖石的脆性與巖石中的礦物含量、孔隙結(jié)構(gòu)等影響力學(xué)性質(zhì)的因素密切相關(guān)，脆性越大，越利于形成孔隙、裂縫等油氣儲(chǔ)集、運(yùn)移的空間，直接影響儲(chǔ)集能力、滲透性、可改造性等儲(chǔ)層條件。目前，主要存在兩大類脆性預(yù)測(cè)方法［7，11，12，22，23］，即礦物成分法和力學(xué)參數(shù)法。前者利用巖石中的脆性礦物（如石英、長(zhǎng)石、方解石、白云石菱鐵礦等）與塑性礦物（主要指黏土、膏質(zhì)礦物）之間的百分比，建立脆性特征表征參數(shù)；后者基于應(yīng)力與應(yīng)變之間的數(shù)學(xué)物理關(guān)系，計(jì)算巖石在各類應(yīng)力作用下產(chǎn)生拉伸、壓縮、剪切等形變的概率，利用楊氏模量、體積模量、剪切模量、泊松比等彈性參數(shù)預(yù)測(cè)巖石的脆性特征［24］。Rickman等［25］提出了基于彈性參數(shù)的脆性系數(shù)計(jì)算方法，融合了楊氏模量和泊松比，將脆性系數(shù)定義為

式中：B為脆性系數(shù)；E為歸一化楊氏模量；σ為泊松比。其中E和σ的表達(dá)式［26］分別為

基于式（1）～式（3），得到PZ1井測(cè)井曲線、脆性系數(shù)及交會(huì)圖（圖4）。由圖可見：①雷口坡組上亞段白云巖、灰?guī)r的脆性系數(shù)明顯高于上覆泥巖和下伏膏（鹽）巖，且脆性系數(shù)與巖性的相關(guān)性極強(qiáng)，即白云巖脆性系數(shù)＞灰質(zhì)白云巖脆性系數(shù)＞白云質(zhì)灰?guī)r脆性系數(shù)＞灰?guī)r脆性系數(shù)＞膏（鹽）巖脆性系數(shù)，儲(chǔ)層脆性系數(shù)異常與“低電阻率、高孔隙度、中低密度”儲(chǔ)層測(cè)井響應(yīng)特征具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系；楊氏模量曲線呈現(xiàn)“中高值”異常、泊松比呈現(xiàn)“中低值”異常，但均不如脆性異常規(guī)律性強(qiáng)（圖4左）；②由脆性系數(shù)、孔隙度與電阻率的交會(huì)圖可見（圖4右），儲(chǔ)層呈現(xiàn)“高脆性、高孔隙、中低電阻”異常（紅色多邊形框內(nèi)），表明基于測(cè)井資料計(jì)算的脆性系數(shù)較好地反映了白云巖、灰?guī)r儲(chǔ)層的分布規(guī)律，為利用地震數(shù)據(jù)計(jì)算脆性系數(shù)提供了依據(jù)。

圖3 金馬—鴨子河推覆構(gòu)造帶PZ1井測(cè)井響應(yīng)

圖4 PZ1井測(cè)井曲線、脆性系數(shù)（左）及脆性系數(shù)、孔隙度與電阻率交會(huì)圖（右）

為了將測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)展示的脆性特征進(jìn)一步外推到三維空間，首先利用測(cè)井約束地震反演得到縱波速度、橫波速度和密度；然后依據(jù)式（1）～式（3）分別計(jì)算泊松比σ、楊氏模量E和脆性系數(shù)B，并在測(cè)井、地震綜合儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析儲(chǔ)層的脆性特征，最終了解脆性儲(chǔ)層的空間展布規(guī)律（圖5）。

圖6為過PZ1、YangS1和YaS1井地震剖面。由圖可見，雷四上亞段整體處于“一強(qiáng)（馬一段頂）、一弱（下儲(chǔ)層底）”地震波峰之間，由于地震主頻低（約為20 Hz）、阻抗差異小，上、下儲(chǔ)層主體位于地震寬波谷內(nèi)，肉眼難以發(fā)現(xiàn)兩者間的反射界面。圖7為YaS1、PZ1和YangS1井脆性系數(shù)連井剖面，圖8為雷四上亞段儲(chǔ)層脆性系數(shù)。由圖可知：①由于地震分辨率較低（圖6），盡管脆性系數(shù)沿層分布具有明顯差異，但在剖面上不能直接區(qū)分上、下兩套儲(chǔ)層（圖7），而脆性系數(shù)高值異常與測(cè)井巖性、厚度等認(rèn)識(shí)總體上是一致的。如PZ1井獲得無阻流量達(dá)330.4×104m3／d，下儲(chǔ)層段白云巖是主力產(chǎn)氣層、上儲(chǔ)層段灰?guī)r次之，在上、下儲(chǔ)層段均鉆遇了與PZ1井類似的巖性，表明脆性系數(shù)與儲(chǔ)層之間的良好對(duì)應(yīng)關(guān)系，有望獲得高產(chǎn)天然氣。因此可以結(jié)合測(cè)井認(rèn)識(shí)推測(cè)脆性系數(shù)的地質(zhì)含義，并建立一種新的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法。②雷四上亞段頂板泥（頁）巖蓋層和底板膏（鹽）巖脆性系數(shù)極低（藍(lán)—深藍(lán)色），而脆性系數(shù)高值異常（紅—黃色）在剖面和平面上分布廣泛，表明該層段白云巖、灰?guī)r類儲(chǔ)層極為發(fā)育。這些巖層受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、溶蝕、白云巖化等多種、多期次沉積作用，逐漸形成大量的孔隙、溶洞和裂縫，為天然氣提供了良好的運(yùn)移喉道和儲(chǔ)聚空間，進(jìn)而形成了穩(wěn)定而廣泛分布的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層（圖8）。通過斷層、裂隙等運(yùn)移通道，豐富的二疊系和下三疊統(tǒng)（深色灰?guī)r、云巖、泥巖為烴源巖）油氣不斷向這些儲(chǔ)層輸送，加之上覆厚而致密的泥（頁）巖和下伏膏（鹽）巖提供了優(yōu)良的封蓋保存條件，天然氣在這些灰?guī)r、白云巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層中不斷聚集，最終形成了現(xiàn)今極具勘探、開發(fā)遠(yuǎn)景的雷口坡組氣藏。

圖5 脆性系數(shù)計(jì)算及儲(chǔ)層脆性預(yù)測(cè)流程

圖7 YaS1、PZ1和YangS1井脆性系數(shù)連井剖面

圖8 雷四上亞段儲(chǔ)層脆性系數(shù)

3 裂縫預(yù)測(cè)

在碳酸鹽巖儲(chǔ)層中，裂縫是天然氣、地層水和有機(jī)酸等流體的良好儲(chǔ)集空間和重要的滲濾通道，在埋藏溶蝕、暴露溶蝕、白云巖化、孔隙發(fā)育、微裂縫擴(kuò)張及天然氣聚集成藏過程中發(fā)揮重要作用。因此在碳酸鹽巖氣藏勘探、開發(fā)中，裂縫預(yù)測(cè)倍受重視，但至今仍屬尚待突破的世界級(jí)難題。這是由于裂縫分布范圍、尺度規(guī)模、形成期次、發(fā)育密度、傾角／走向、張開與閉合特征、網(wǎng)絡(luò)連通與封堵性能等要素十分復(fù)雜，這些要素不僅與構(gòu)造活動(dòng)密切相關(guān)，還直接受巖石類型、礦物含量、粒度、厚度、埋深、沉積環(huán)境、脆性特征等諸多復(fù)雜因素的影響。

在龍門山金馬—鴨子河推覆構(gòu)造帶的雷四上亞段，儲(chǔ)層裂縫網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生于多期次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和成巖過程，遭受了褶皺斷裂、推覆擠壓、滑覆撞擊、風(fēng)化剝蝕、溶蝕塌陷等內(nèi)外因素的綜合作用，形成了沿垂直方向、傾斜方向和水平方向的構(gòu)造縫、成巖縫（層間縫、縫合線、脹縮縫、粒間縫等）、溶蝕縫、風(fēng)化縫等多種類型的復(fù)雜裂縫。盡管基于測(cè)井、地震等資料尚難以非常準(zhǔn)確地識(shí)別裂縫類型，但是在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，采用科學(xué)的裂縫預(yù)測(cè)流程（圖9），結(jié)合沉積成巖環(huán)境、構(gòu)造、巖性、物性、脆性、厚度、埋深等綜合因素，能夠定性地推測(cè)裂縫走向、發(fā)育密度和成因類型等。圖10展示了PZ1井孔隙度、井徑和脆性系數(shù)曲線。由圖可見，埋深大、孔隙較發(fā)育的上、下儲(chǔ)層段，總體呈現(xiàn)井徑擴(kuò)張、脆性系數(shù)偏高的特點(diǎn)，尤其在白云巖和灰?guī)r厚度相對(duì)較小的儲(chǔ)層段（綠色箭頭所指），脆性系數(shù)異常強(qiáng)、井徑擴(kuò)張嚴(yán)重、孔隙度偏高，揭示巖石孔隙與裂縫較發(fā)育，儲(chǔ)層屬于孔隙—裂縫類型。

圖9 脆性儲(chǔ)層裂縫展布預(yù)測(cè)流程

圖10 PZ1井孔隙度、井徑及脆性系數(shù)對(duì)比

圖11為雷四上亞段疊后地震相干體和曲率體融合圖。由圖可見：①相干體（黑色）突出了地震信號(hào)的不相關(guān)性，有效地描述了地層的不連續(xù)性，展示了斷層和裂縫在上、下儲(chǔ)層中的分布規(guī)律；②曲率體（紅色）準(zhǔn)確地刻畫了上、下儲(chǔ)層中褶皺或彎曲變形的程度，與相干體相比，曲率體在描述斷層和預(yù)測(cè)裂縫方面具有分辨率更高、識(shí)別微裂隙能力更強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)；③根據(jù)相干和曲率異常分布特征可推測(cè)出彭州—灌縣斷裂，斷層西北側(cè)為上盤、東南側(cè)為下盤，其中下盤比上盤曲率異常分布更廣泛，說明下盤裂縫更為發(fā)育；④距斷層越近裂縫密度越高，且裂縫走向與斷層走向接近一致，它們與推覆、擠壓、滑脫、隆升等褶皺與構(gòu)造作用關(guān)系密切，屬于構(gòu)造裂縫。距斷層較遠(yuǎn)的裂縫受構(gòu)造應(yīng)力作用越弱，它們與巖性、巖層厚度、沉積環(huán)境、后生成巖作用等因素密切相關(guān)，屬于非構(gòu)造裂縫。

圖11 雷四上亞段疊后地震相干體（黑色）和曲率體（紅色）融合圖

為了更清晰地展示儲(chǔ)層裂縫發(fā)育情況與金馬—鴨子河推覆構(gòu)造圈閉之間的關(guān)系，可以將裂縫與等T0時(shí)間進(jìn)行融合顯示。圖12為雷四上亞段曲率體和等T0時(shí)間融合圖。由圖可見：彭州—灌縣斷裂受水平擠壓和重力作用影響，上盤抬升、下盤下移，兩者的埋深差異明顯，有利構(gòu)造圈閉位于上盤，YaS1、PZ1和YangS1井均處于上盤構(gòu)造圈閉的高點(diǎn)位置，埋深相對(duì)較小，且在PZ1井圈閉中上儲(chǔ)層裂縫最發(fā)育，在YaS1井圈閉中下儲(chǔ)層裂縫最發(fā)育且范圍最大；斷層下盤相對(duì)上盤而言，由于受擠壓和重力作用更強(qiáng)、埋深更大等因素的影響，裂縫更為發(fā)育。總體而言，無論是上儲(chǔ)層還是下儲(chǔ)層，上述裂縫在構(gòu)造圈閉中均起到天然氣儲(chǔ)集空間和運(yùn)移通道的重要作用。

圖12 雷四上亞段曲率體（黑色）和等T 0時(shí)間（藍(lán)色、黃色、紅色）融合圖

除了埋深、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、重力及其他應(yīng)力作用等諸多外部因素外，導(dǎo)致雷四上亞段中裂縫廣泛分布的重要原因還包括儲(chǔ)層巖性、脆性特征等內(nèi)部因素。通常碳酸鹽巖具有不穩(wěn)定性和易溶蝕性，尤其白云巖和灰?guī)r在潮汐流、地下滲流、地下熱液等作用下，容易因較強(qiáng)的溶蝕作用而產(chǎn)生溶蝕裂縫，這些裂縫進(jìn)一步擴(kuò)張可形成溶洞、溶槽、溶渠等地形地貌。此外，白云巖和灰?guī)r具有較強(qiáng)的脆性，即使在較小的應(yīng)力作用下也比膏（鹽）巖更易產(chǎn)生斷裂而破碎，進(jìn)而形成裂縫發(fā)育帶。但是當(dāng)膏質(zhì)、泥質(zhì)成分增加時(shí)，將會(huì)降低巖石脆性，減弱裂縫發(fā)育程度［13，27］。圖13為雷四上亞段曲率體和脆性系數(shù)融合圖。由圖可見：①在上儲(chǔ)層段，厚度較小且脆性較強(qiáng)（紅色、黃色）的灰?guī)r分布區(qū)域裂縫較發(fā)育（黑色覆蓋范圍廣）；在塑性較強(qiáng)的區(qū)域，由于巖石抗拉張、耐擠壓的能力較強(qiáng)，裂縫相對(duì)不發(fā)育（黑色覆蓋范圍少）。②在下儲(chǔ)層段，盡管巖性以白云巖（紅色、黃色）為主且脆性較灰?guī)r更強(qiáng)，但儲(chǔ)層厚度約為上儲(chǔ)層段的兩倍，因此除近山帶（西北角）外，裂縫發(fā)育程度總體不如上儲(chǔ)層段，尤其在距離斷層較遠(yuǎn)的弱應(yīng)力區(qū)域，裂縫發(fā)育密度較低，推測(cè)應(yīng)以溶蝕縫及其他成巖縫為主，且屬于裂縫規(guī)模和尺度均較小的微裂縫。上述微裂縫不僅能為氣藏提供儲(chǔ)運(yùn)空間，還能在脆性儲(chǔ)層鉆井壓裂過程中形成輸導(dǎo)系統(tǒng)，發(fā)揮增儲(chǔ)上產(chǎn)的關(guān)鍵作用。

總之，在龍門山金馬—鴨子河推覆構(gòu)造帶雷四上亞段儲(chǔ)層中，以白云巖和灰?guī)r為主的脆性儲(chǔ)層分布廣泛，在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、埋深、巖性、厚度、溶蝕作用、脆性特征等內(nèi)外因素的綜合影響下，形成了規(guī)模較大的構(gòu)造縫（主要分布在斷層下盤）和尺度較小的非構(gòu)造縫（主要分布在構(gòu)造高部位）。孔隙較大、微裂縫較發(fā)育且脆性較強(qiáng)的白云巖和灰?guī)r儲(chǔ)層，應(yīng)是氣藏開發(fā)中選點(diǎn)、選層的關(guān)鍵目標(biāo)，這類儲(chǔ)層不僅物性好、天然氣儲(chǔ)集性能優(yōu)良，而且脆性強(qiáng)、微裂隙發(fā)育，聚儲(chǔ)層儲(chǔ)集能力、滲透性、可改造性為一體，利于在儲(chǔ)層壓裂改造時(shí)天然裂縫和誘導(dǎo)裂縫的溝通連接，并形成良好的網(wǎng)絡(luò)化滲流輸導(dǎo)系統(tǒng)，增加了獲取天然氣高產(chǎn)的成功概率。

圖13 雷四上亞段曲率體（黑色）和脆性系數(shù)融合圖（紅色、黃色）

4 結(jié)束語

龍門山金馬—鴨子河推覆構(gòu)造帶雷四段碳酸鹽巖儲(chǔ)層廣泛展布，巖性組合以灰?guī)r和白云巖為主且孔隙、裂縫發(fā)育良好，為天然氣的儲(chǔ)集和運(yùn)移奠定了堅(jiān)實(shí)的巖性和物性基礎(chǔ)。但是在沉積環(huán)境、多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、后生成巖作用等復(fù)雜因素的綜合影響下，該帶展現(xiàn)出盆—山結(jié)合區(qū)域地表、地下地質(zhì)條件復(fù)雜的“雙復(fù)雜”的特點(diǎn)，加之儲(chǔ)層埋深大、鉆井資料少、地震分辨率有限、地質(zhì)認(rèn)識(shí)程度低等客觀原因，對(duì)儲(chǔ)層和裂縫預(yù)測(cè)增加了難度。本文對(duì)雷四上亞段碳酸鹽巖儲(chǔ)層脆性與裂縫進(jìn)行了預(yù)測(cè)，獲得以下認(rèn)識(shí)：

（1）根據(jù)測(cè)井和地震數(shù)據(jù)分別計(jì)算的脆性系數(shù)均能較好地描述碳酸鹽巖的脆性特征，清晰地刻畫了白云巖、灰?guī)r儲(chǔ)層與上覆泥巖、下伏膏（鹽）巖的脆性差異，并據(jù)此研究了優(yōu)質(zhì)脆性儲(chǔ)層空間展布和裂縫發(fā)育特征；

（2）雷四上亞段儲(chǔ)層中存在構(gòu)造和非構(gòu)造兩類裂縫，其發(fā)育密度、走向、空間規(guī)模等與埋深、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、推覆擠壓、巖性、易溶蝕性、脆性、巖層厚度等內(nèi)外因素密切相關(guān)，且在氣藏圈閉內(nèi)的不同構(gòu)造部位和不同巖性展布區(qū)域，裂縫發(fā)育程度存在差異；

（3）充分利用白云巖、灰?guī)r與膏（鹽）巖的脆性差異及脆性與裂縫之間的密切關(guān)系，能更深刻地認(rèn)識(shí)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的地質(zhì)特征，但受脆性系數(shù)計(jì)算精度、地震分辨率等客觀因素制約，尚難以精確定量預(yù)測(cè)脆性儲(chǔ)層中的裂縫；

（4）雷四上亞段的孔隙度較高、微裂縫較發(fā)育、脆性較強(qiáng)的白云巖和灰?guī)r儲(chǔ)層，聚儲(chǔ)集能力、滲透性、可改造性為一體，利于在儲(chǔ)層壓裂改造時(shí)天然裂縫和誘導(dǎo)裂縫的溝通連接，并形成良好的網(wǎng)絡(luò)化滲流輸導(dǎo)系統(tǒng)，應(yīng)是氣藏開發(fā)中選點(diǎn)、選層的關(guān)鍵目標(biāo)。

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（本文編輯：劉勇）

作者簡(jiǎn)介

徐天吉 高級(jí)工程師，1975年生；1996年獲中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）地球物理學(xué)院物探專業(yè)學(xué)士學(xué)位，2012年獲成都理工大學(xué)礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)博士學(xué)位；長(zhǎng)期從事石油與天然氣地震勘探方法及應(yīng)用研究；目前在中國(guó)石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院／中國(guó)石化多波地震技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室從事多波多分量地震勘探技術(shù)和天然氣地球物理勘探開發(fā)方法研究。