基于主成分分析法去屏蔽的地層尖滅線識別技術(shù)及應(yīng)用
——以塔河油田678區(qū)不整合面屏蔽為例

中石化西北油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 烏魯木齊

1. 引言

近年來，隨著多元統(tǒng)計方法的普及和應(yīng)用，主成分分析(principal component analysis, PCA)法作為一種評估方法在各行各業(yè)均得到了較好的運用[1] [2] [3] [4]。主成分分析法在石油地質(zhì)中的儲層分類評價、屬性優(yōu)化、巖性識別、計算孔隙度等方面得到了有效利用[5] [6] [7] [8]。彭仕宓等[6]應(yīng)用主成分分析法在儲層非均質(zhì)性和微觀孔隙結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上，對儲層進行了分類評價；張瑩等[7]針對火山巖儲層巖性識別難的問題，提出了一種將主成分分析和SOM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的對測井資料進行處理的巖性識別方法。對尖滅點位置的預(yù)測主要應(yīng)用正演模擬及地震屬性分析、頻譜成像、時頻分析等技術(shù)[9]-[14]。王軍等[9] [11]提出了“調(diào)諧尖滅帶”的概念，并應(yīng)用該技術(shù)有效刻畫了低位楔形三角洲砂體的巖性尖滅線；王志杰[10]在小層對比、鉆井和測井資料統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，通過頻譜成像、相位屬性分析等技術(shù)對主力含油砂體尖滅線進行了精細(xì)描述。

地層油藏是一種復(fù)雜的油藏類型，在地震描述中根據(jù)地震反射特征追蹤的尖滅線與實際的尖滅線常常存在較大誤差，因此精確落實地層尖滅線的位置對預(yù)測尖滅型油藏存在指導(dǎo)意義。塔河油田石炭系卡拉沙依組頂部與上覆上二疊統(tǒng)火山巖或下三疊統(tǒng)柯吐爾組泥巖之間存在不整合面T50，其強反射屏蔽了下伏削截地層的有效反射信號，使地層尖滅點的準(zhǔn)確識別受到極大影響。針對T50強反射背景屏蔽下伏削截地層的情況，利用主成分分析法去不整合面T50強屏蔽，即提取地震數(shù)據(jù)中代表背景的信息，去掉其屏蔽效應(yīng)，剩余的有效信息則反映地層尖滅信息；也就是把T50強反射背景隱藏下的不整合面下伏削截地層的有效反射信號釋放出來，使地層尖滅點更加清晰，地層尖滅線輪廓的刻畫更加準(zhǔn)確，進而精細(xì)刻畫沿尖滅線發(fā)育的地層圈閉邊界，用以準(zhǔn)確指導(dǎo)油藏的儲量評價。

2. 主成分分析(PCA)法

主成分分析(PCA)法是由皮爾遜首先引入的，后來經(jīng)霍特林發(fā)展，是一種將多個指標(biāo)化為少數(shù)幾個綜合指標(biāo)的多元統(tǒng)計方法[12]。主成分分析法是統(tǒng)計分析中變量簡化最著名的技術(shù)之一，其核心思想就是對數(shù)據(jù)進行降維，是最為常用的特征提取方法。基本原理是用最少的、相互獨立的變量取代原有的多維變量來概括信息，而每一個獨立的變量都代表某一方面的性質(zhì)，具體是把數(shù)目較多的變量做線性組合，組合成幾個能反映主要特征的新變量，將原有的多種指標(biāo)重新組合成一組新的、互不相關(guān)的幾個綜合指標(biāo)來代替原來的指標(biāo)。該方法能在最大限度保留原有信息的基礎(chǔ)上，對高維變量系統(tǒng)進行最佳的綜合與簡化，并客觀確定各個指標(biāo)的權(quán)重，從而避免了主觀隨意性[13] [14]。

3. 塔河油田678區(qū)應(yīng)用效果

3.1. 研究區(qū)概況及研究難點

塔河油田678區(qū)經(jīng)歷了晚期海西運動，石炭系只保留了下石炭統(tǒng)巴楚組和卡拉沙依組，上石炭統(tǒng)剝蝕殆盡。研究區(qū)卡拉沙依組沉積之后經(jīng)歷了2次較強烈的構(gòu)造剝蝕：第1次發(fā)生于二疊系火山巖沉積之前，構(gòu)造剝蝕極為強烈，研究區(qū)北部剝蝕更加劇烈；第2次發(fā)生于二疊系火山巖沉積之后、三疊系柯吐爾組泥巖沉積之前，也主要發(fā)生于研究區(qū)北部。因此，卡拉沙依組頂部與上覆上二疊統(tǒng)火山巖或下三疊統(tǒng)柯吐爾組泥巖呈角度不整合接觸，其頂部存在一個明顯的古風(fēng)化剝蝕面，界面為T50。

T50是一個大的區(qū)域上的不整合面，在地震上特征較為明顯，表現(xiàn)為強波峰，強連續(xù)性反射，是較強的地震反射界面，在全區(qū)追蹤對比性較強，與下伏地層存在明顯的削蝕現(xiàn)象。從電性上看，界面上下地層巖石組合及測井響應(yīng)差異明顯，其上覆三疊系泥巖在測井上具有高自然伽馬、中子、聲波時差，低密度、電阻率的特征，而石炭系頂部多發(fā)育含礫砂巖，具有較高的密度和較低的聲波時差，因此T50表現(xiàn)為一個巖性及電性的突變面。T50的強反射屏蔽了不整合面下伏削截地層的反射。石炭系卡拉沙依組埋深約為4900～5400 m，尖滅線埋深大，地震反射層能量較弱，分辨率較低。在用原始純波地震數(shù)據(jù)識別地層尖滅線的過程中，發(fā)現(xiàn)地震剝蝕點與實際剝蝕點存在一定的誤差，在現(xiàn)有的地震資料的分辨率條件下難以準(zhǔn)確判斷尖滅位置，從而給地層圈閉邊界的準(zhǔn)確刻畫和相應(yīng)儲量的準(zhǔn)確描述帶來困難。

3.2. 地層尖滅線刻畫

在原始地震剖面上，不整合面T50的強反射屏蔽了下伏削截地層的有效反射信號，使地層尖滅點的準(zhǔn)確識別受到極大影響。PCA法處理后，去掉了T50強反射的屏蔽效應(yīng)，使不整合面下伏削截地層的有效反射信號釋放出來，從而使地層尖滅點更加清晰(圖1)。從圖1可以看出，PCA去屏蔽使地震分辨率明顯提高，更加有利于地層尖滅點位置的識別。

Figure 1. The contrast of strong reflection profile before and after the shielding using PCA圖1. PCA法去強反射屏蔽前、后剖面對比圖

研究區(qū)下石炭統(tǒng)南傾，造成卡拉沙依組一段(Ck1)在該區(qū)北部遭受不同程度的剝蝕。去不整合面 T50屏蔽處理精細(xì)刻畫了T50之下Ck1的4條地層尖滅線。整體來看，Ck1各小層從下至上呈現(xiàn)出由北往南逐漸尖滅的趨勢，北部剝蝕程度較南部嚴(yán)重，尖滅點依次向南部移動。Ck1-1底的地層尖滅線位于 TK674X井-TK635H井-TK614井-T606井-TK622井-TK735井-TK617井附近一帶；Ck1-2底的地層尖滅線位于TK642井-S67井-TK638井-TK447井附近一帶；Ck1-3底的地層尖滅線位于TK712井-T607井-TK744井-TK625井-TK602井-TK678井-TK640井-TK451井附近一帶；Ck1-4底的地層尖滅線位于TK872X井-TK842井-TK746X井-TK738井-T444井附近一帶(圖2)。

Figure 2. The profile position of pinch-out line of each sub-layer of Ck1圖2. Ck1各小層地層尖滅線剖面位置圖

地震剖面圖(Line442與Line542) (圖3)顯示，地震波組尖滅特征反映清晰。T50去屏蔽以后刻畫的尖滅線與實際鉆井揭示的剝蝕情況符合度極高，說明主成分分析法能夠達(dá)到去除強屏蔽的目的，且準(zhǔn)確性較高。

Figure 3. The plane position of pinch-out line of each sub-layer in Ck1圖3. Ck1各小層地層尖滅線平面位置圖

地層尖滅線構(gòu)成了部分圈閉的地層巖性遮擋條件，沿地層尖滅線形成了一系列地層圈閉，部分地層圈閉有優(yōu)質(zhì)砂體發(fā)育且獲得高產(chǎn)。如沿Ck1-1底的地層尖滅線發(fā)育的S75地層圈閉中，砂體發(fā)育較好，S75井累產(chǎn)油已達(dá)9.8 × 104t。研究區(qū)油氣井基本分布在地層尖滅線附近的砂體發(fā)育較好的構(gòu)造相對高部位。地層剝蝕面成為油氣運移的良好通道，油氣沿地層剝蝕面向上運移并在砂體發(fā)育較好的構(gòu)造相對高部位聚集成藏(圖4)。

Figure 4. The superposition diagram of sand-body thickness, sub-layer pinch-out line and traps in Ck1圖4. Ck1砂體厚度、小層尖滅線和圈閉疊合圖

4. 結(jié)語

塔河油田678區(qū)石炭系卡拉沙依組埋藏深度較大，頂部覆蓋的不整合面T50強輻射對其下伏地層有很強的屏蔽作用。利用主成分分析法去不整合面T50強屏蔽，能夠比較準(zhǔn)確地刻畫其下地層的尖滅點位置，更加精確地刻畫地層尖滅線輪廓，從而更加精確地刻畫沿地層尖滅線發(fā)育的一批地層圈閉的邊界，對該區(qū)后期的滾動勘探開發(fā)評價、增儲上產(chǎn)具有深遠(yuǎn)的指導(dǎo)意義。該技術(shù)對于塔里木盆地其他具有T50屏蔽效應(yīng)的區(qū)塊具有推廣和應(yīng)用價值，對其他具有相似地質(zhì)條件下的沉積地層也有很大的應(yīng)用發(fā)展空間。

國家科技重大專項(2011ZX05002-003)。

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