地震波形分類技術(shù)在季節(jié)性河流沉積研究中的應(yīng)用

滕彬彬，付志方，孫 鈺

（中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院,北京100083）

自1999年由法國的帕勒代姆公司在其開發(fā)的商業(yè)軟件中正式推廣應(yīng)用以來，經(jīng)過近20年的發(fā)展，地震波形分類技術(shù)目前已成為公認(rèn)的一種快速、有效的地震相分析技術(shù)[1-2]。國內(nèi)不少學(xué)者將其成功應(yīng)用于河流—三角洲相河道砂體的識別[3-7]，并對其應(yīng)用條件進(jìn)行了探討[7-8]。

阿根廷庫約盆地PCo區(qū)塊Barrancas組為季節(jié)性河流相砂泥巖薄互層沉積，前人對其物源方向、沉積相帶展布特征等描述不清。加上該區(qū)地震資料品質(zhì)較差，主頻約25Hz，應(yīng)用傳統(tǒng)單一地震屬性分析方法開展沉積相分析時效果并不理想。因此，本文探索應(yīng)用地震波形分類技術(shù)在該區(qū)開展季節(jié)性河流沉積研究，并取得了一定的應(yīng)用效果。

1 基本原理及流程

地震波形包含了地震數(shù)據(jù)所有的定性和定量信息，如反射模式、相位、頻率和振幅等，是地震信息的總體特征。沉積地層的任何物性參數(shù)的變化總是反映在地震道波形形狀的變化上。地震波形分類主要是應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對地震道形狀（地震信號的總體變化）進(jìn)行分類，地震道形狀分類代表了地震信號的真實的橫向異常，通過對不同的波形進(jìn)行分類，達(dá)到區(qū)分不同沉積體的目的，從而具有一定的指相意義[2]。

該技術(shù)首先劃分幾種典型的地震道形狀，每一實際地震道被賦予一種基于相似性的典型形狀，通過對實際地震道進(jìn)行訓(xùn)練，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法經(jīng)過多次迭代構(gòu)建合成地震道，最終使合成道與實際地震道的相關(guān)性更好。

地震波形分類技術(shù)的基本流程是：①確定目的層段，選擇合適的時窗，提取地震道波形作為輸入因子；②創(chuàng)建模型道，通過試驗確定模型道的分類數(shù)以及迭代次數(shù)；③利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對所有地震道進(jìn)行分類處理，產(chǎn)生地震相圖；④分析模型道，比較分類處理后的模型道與實際的模型道，經(jīng)過多次試驗直到合適為止；⑤井震綜合地質(zhì)分析。根據(jù)已知井的沉積相，結(jié)合區(qū)域沉積特征，將地震相轉(zhuǎn)化為沉積相。

2 關(guān)鍵步驟

實施過程中地震時窗類型及大小選取、波形分類數(shù)確定、迭代次數(shù)選擇等，是影響地震波形分類結(jié)果的關(guān)鍵步驟。

（1）地震時窗類型及大小。地震時窗是在以2個層位之間或某個層位上、下限范圍的地震數(shù)據(jù)的集合。時窗的類型和大小是波形對比最為敏感的參數(shù)，選擇正確合理的時窗才能保證分類結(jié)果能真實反映目的層的沉積特征[8]。時窗的選擇有2種：一種是等厚時窗，另一種是變時窗。在變時窗中，不同的時窗具有特定的地質(zhì)含義，可用于縱橫向變化大的復(fù)雜儲層的精細(xì)地震相分析。合適的時窗大小是地震相分析技術(shù)精確刻畫沉積相的重要制約因素之一[7]。時窗太小，不足以反映地質(zhì)信息；太大的時窗會包含太多的模型，給解釋帶來困難，物理意義也不明確。對于時窗的選取最好是大于半個相位，并小于150ms。實際應(yīng)用經(jīng)驗表明：只有時窗不大于40ms，并且不小于15ms時才能獲得一個較好的效果[8]。

（2）波形分類數(shù)。波形分類數(shù)指在目的層段內(nèi)所遇到的地震道的種類數(shù)，實際操作中很難定義一個通用的理想分類數(shù)，一般至少計算3次去估計該參數(shù)。正確的分類數(shù)取決于所要研究的目標(biāo)和你對數(shù)據(jù)的認(rèn)識程度。分類數(shù)大，結(jié)果過于詳細(xì)；分類數(shù)小，結(jié)果過于粗糙；超過15～20類，通常是很難解釋的。一般5～8種分類數(shù)是比較合適的，與沉積微相類型的匹配效果較好[7]。波形分類數(shù)粗略且實用的估計方法是：①把層段厚度除以6作為第一次計算的分類數(shù)；②把上次計算分類數(shù)的50%作為第二次計算的分類數(shù)；③把第一次計算分類數(shù)的150%作為第三次計算的分類數(shù)。

（3）迭代次數(shù)。迭代次數(shù)是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法中的一個重要參數(shù)。通常情況下，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)大約在10次迭代后就能收斂到實際結(jié)果的80%，對于快速瀏覽方便有效。在實際應(yīng)用中，10～20次迭代已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)較好的分類，但用于最終解釋最好進(jìn)行20～40次迭代，以保證網(wǎng)絡(luò)收斂最佳[4]。

3 應(yīng)用條件

某一地區(qū)的構(gòu)造發(fā)育程度、沉積巖性組成、地震資料品質(zhì)等地震地質(zhì)條件是影響地震波形分類技術(shù)應(yīng)用的主要因素。

（1）構(gòu)造簡單、斷裂相對不發(fā)育地區(qū)。斷裂發(fā)育區(qū)會造成沉積相帶波形的復(fù)雜化，波形分類已經(jīng)失真，不能反映地下沉積體沉積面貌[7-8]。因此，構(gòu)造簡單、斷裂相對不發(fā)育的地區(qū)比較適合地震波形分類技術(shù)的應(yīng)用。

（2）巖性組成簡單、不同巖性地震響應(yīng)差別明顯地區(qū)。巖性組成簡單、不同巖性的地震響應(yīng)差別明顯，如單一湖相砂泥巖沉積或火成巖沉積，應(yīng)用地震波形分類技術(shù)能夠有效地進(jìn)行巖相識別。而對于復(fù)雜巖性地區(qū)，如出現(xiàn)湖相砂泥巖與灰云坪、藻灰?guī)r等不同巖性混合沉積時，湖相砂泥巖分別與灰云坪、藻灰?guī)r地震響應(yīng)類似，地震波形分類技術(shù)難以有效地將其區(qū)分，因此該技術(shù)在復(fù)雜巖性地區(qū)不適用[8]。

（3）地震資料品質(zhì)較好的地區(qū)。地震資料品質(zhì)對波形分類地震相分析技術(shù)的影響比較顯著，地震資料能量強(qiáng)、信噪比高有利于波形分類技術(shù)的應(yīng)用。主頻大于20Hz、信噪比大于15dB的地震資料可以進(jìn)行波形分類，而主頻小于20Hz的地震資料不能用于波形分類研究[7]。

4 應(yīng)用實例

4.1 研究區(qū)基本地質(zhì)特征

研究區(qū)位于阿根廷庫約盆地Cacheuta坳陷西北部的PCo油田。該區(qū)侏羅系Barrancas組為干旱—半干旱氣候條件下的產(chǎn)物，地層厚度為160～200m，自下而上劃分為3段：上段和下段均為沖積扇沉積，中段為季節(jié)性河流相沉積。中段MidBarrancas段是主要的產(chǎn)油層段，內(nèi)部根據(jù)沉積旋回、巖性和電性組合特征可劃分為A和B兩個砂層組，該段具有典型的“泥包砂”沉積特征，內(nèi)部單砂體厚度薄，多數(shù)在2～4m，砂體橫向相變快。前人對中段MidBarrancas段季節(jié)性河流沉積的物源方向、沉積特征等一直描述不清，這也成為影響PCo油田下一步開發(fā)部署調(diào)整以及剩余油挖潛的關(guān)鍵問題。

本文首先利用地震層拉平技術(shù)對PCo地區(qū)Barrancas層沉積時期古地貌特征進(jìn)行恢復(fù)發(fā)現(xiàn)：沉積地層明顯的中間厚、兩邊薄，據(jù)此推測該地區(qū)在中生代時期可能是Cacheuta坳陷內(nèi)的一個凹陷，具有四周高、中間低的特點(diǎn)。

4.2 技術(shù)應(yīng)用條件及參數(shù)選取

（1）技術(shù)應(yīng)用條件分析。對PCo油田地震波形分類技術(shù)的應(yīng)用條件進(jìn)行分析認(rèn)為，該油田Barrancas層構(gòu)造簡單，位于一個斷鼻構(gòu)造的傾斜部位，主體區(qū)斷層不發(fā)育；目的層段MidBarrancas為季節(jié)性河流相砂泥巖沉積，2種巖性的地震響應(yīng)特征明顯；地震資料主頻大于20Hz，符合地震波形分類技術(shù)的應(yīng)用條件。

（2）地震時窗類型及大小選取。MidBarrancas段內(nèi)部A和B砂層組地層厚度較為穩(wěn)定，時窗均大于半個相位，介于15～20ms之間，時窗大小合適，有利于應(yīng)用地震波形分類技術(shù)開展地震相分析。

（3）波形分類數(shù)確定。本文在研究中經(jīng)過多次反復(fù)的實驗，并結(jié)合目的層砂體厚度、物性參數(shù)等特征，最終確定7種波形分類數(shù)可以恰當(dāng)反映季節(jié)性河道砂體的沉積特征。

4.3 地震波形分類結(jié)果驗證及應(yīng)用

（1)地震波形分類結(jié)果驗證。為了檢驗地震波形分類結(jié)果的準(zhǔn)確性，本文選取了研究區(qū)分布較為均勻的32口檢驗井，將其單井測井相與離散的地震相進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)二者相關(guān)關(guān)系較好，符合率達(dá)85%。

圖1 A和B砂層組地震波形分類結(jié)果圖

圖2 PCo油田MidBarrancas段季節(jié)性河流沉積演化模式圖

（2)物源方向及沉積演化特征分析。對地震波形分類結(jié)果（圖1）進(jìn)行分析認(rèn)為，PCo凹陷在MidBarrancas沉積時期四周存在多個物源供給，發(fā)育多個物源方向，供給物從凹陷四周高部位同時向凹陷中間較低部位匯聚，形成了季節(jié)性河流相沉積。下部B砂層組沉積時期，來自東部、南部、西部方向等的多支河道向湖盆中心匯聚，復(fù)合河道砂體分布范圍較廣；至上部A砂層組沉積時期，東部的河道消失，西部、西北部的河道供給不斷增強(qiáng)，復(fù)合河道砂體在油田的中部和西北部更為發(fā)育。

（3)季節(jié)性河流沉積模式的建立。國內(nèi)對干旱—半干旱氣候條件下的季節(jié)性河流沉積研究文獻(xiàn)甚少。近幾年來，有部分學(xué)者指出我國西部準(zhǔn)噶爾盆地、塔里木盆地侏羅系—下白堊統(tǒng)的大面積、厚層狀砂礫巖體與厚層狀泥巖紅層沉積為季節(jié)性河流相沉積，并對其沉積特征、成因模式進(jìn)行了詳細(xì)描述[9]。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)這些地區(qū)的沉積特征與本文研究區(qū)非常相似。

在文獻(xiàn)調(diào)研、區(qū)域地質(zhì)背景分析和盆地古地貌恢復(fù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合鉆井資料以及地震波形分類結(jié)果，本文建立起了PCo區(qū)塊MidBarrancas段A、B兩個砂層組季節(jié)性河流沉積模式（圖2），解決了前人對該地區(qū)物源方向、沉積相帶展布特征等認(rèn)識不清的問題，該沉積模式的建立對進(jìn)行油田下一步開發(fā)部署調(diào)整以及剩余油挖潛深入研究具有重要的指導(dǎo)意義。

5 結(jié)論與認(rèn)識

（1）地震波形分類技術(shù)可以應(yīng)用于地震相分析。合適的時窗大小是該技術(shù)精確刻畫沉積相的重要制約因素之一，而波形分類數(shù)的確定需要綜合多種信息進(jìn)行多次反復(fù)的實驗。

（2）地震波形分類技術(shù)的應(yīng)用需要具備一定的條件，它適用于構(gòu)造簡單且斷裂相對不發(fā)育、巖性組成簡單且不同巖性地震響應(yīng)差別明顯以及地震資料品質(zhì)較好的地區(qū)。

（3）針對復(fù)雜季節(jié)性河流相沉積，應(yīng)用地震波形分類技術(shù)可以快速有效地預(yù)測其物源方向以及復(fù)合河道砂體沉積演化特征。在此基礎(chǔ)上建立的季節(jié)性河流相沉積模式對油田下一步開發(fā)部署調(diào)整以及剩余油挖潛深入研究具有重要的指導(dǎo)意義。

[1]鄧傳偉.利用波形建立地震相[J].石油地球物理勘探，2004，39（5）：539-543.

[2]李雷濤，肖秋紅.地震波形分類技術(shù)在地震相分析中的應(yīng)用——以清溪場地區(qū)為例[J].天然氣技術(shù)，2010，4（5）：4-7.

[3]趙力民，彭蘇萍，郎曉玲，等.利用Stratimagic波形研究冀中探區(qū)大王莊地區(qū)巖性油藏[J].石油學(xué)報，2002，23（4）：33-36.

[4]鄧傳偉，李莉華，金銀姬，等.波形分類技術(shù)在儲層沉積微相預(yù)測中的應(yīng)用[J].石油物探，2008，47（3）：262-265.

[5]佘剛，周小鷹，戴明剛，等.波形分類技術(shù)在鄂北薄砂巖儲層預(yù)測中的應(yīng)用[J].石油與天然氣地質(zhì)，2012，33（4）：536-540.

[6]王錦程，劉子藏，李勇，等.地震波形分類技術(shù)在黃驊坳陷孔三段沉積體系分析中的應(yīng)用[J].沉積與特提斯地質(zhì)，2011，31（1）：80-84.

[7]江青春，王海，李丹，等.地震波形分類技術(shù)應(yīng)用條件及其在葡北地區(qū)沉積微相研究中的應(yīng)用[J].石油與天然氣地質(zhì)，2012，33（1）：135-140.

[8]洪忠，張猛剛，蘇明軍.應(yīng)用地震波形分類技術(shù)識別巖相的適用性和局限性[J].物探與化探，2013，37（5）：904-910.

[9]高志勇，馮佳睿，周川閩，等.干旱氣候環(huán)境下季節(jié)性河流沉積特征——以庫車河剖面下白堊統(tǒng)為例[J].沉積學(xué)報，2014，32（6）：1060-1071.