基于地震屬性特征的河流相疊置砂巖儲層預(yù)測方法

井涌泉 欒東肖 張雨晴 陳 飛 范廷恩 胡光義

(中海油研究總院，北京 100028)

1 引言

地震屬性分析技術(shù)的研究和應(yīng)用貫穿于地震資料儲層解釋(儲層預(yù)測[1-5]、巖性解釋[6-8]、流體預(yù)測[9-11])的各個環(huán)節(jié)，目前振幅屬性分析[12-14]、譜分解[15-17]、地震相分析[18-21]以及多地震屬性聚類分析[22，23]等技術(shù)在預(yù)測小斷層、儲層及其物性參數(shù)等方面起著重要作用。地震屬性分析技術(shù)通過建立儲層與地震屬性間的相關(guān)關(guān)系解決儲層預(yù)測問題，因此，在特定地質(zhì)條件下，明確地震屬性的地質(zhì)意義，優(yōu)選地震屬性或者地震屬性組合則是實現(xiàn)儲層預(yù)測的關(guān)鍵問題。

渤海M油田明化鎮(zhèn)組(Nm)下段發(fā)育的河流相砂巖是主要的油氣儲集體，單砂層較薄(3～5m)，地震資料調(diào)諧厚度約為12m，地震反射通常反映垂向多期砂巖儲層疊合特征。因此，筆者以單井砂體不同垂向疊合模式地震反射特征的統(tǒng)計分析為基礎(chǔ)，優(yōu)選與河道砂體疊合特征相關(guān)的地震屬性，并應(yīng)用地震屬性聚類分析技術(shù)預(yù)測實際砂巖儲層，展現(xiàn)出較好的應(yīng)用前景。

2 砂巖儲層疊合模式地震響應(yīng)

根據(jù)物源供給與可容納空間比值(A/S)，將研究區(qū)新近系曲流河相沉積復(fù)合砂體疊合模式分為堆疊型、側(cè)疊型以及孤立型[24-27]。本區(qū)M油田Nm下段河道砂體疊合模式主要為側(cè)疊型和孤立型，堆疊型不甚發(fā)育[23，24]。根據(jù)該劃分模式，通過單井井震標(biāo)定及聯(lián)井小層對比各疊合模式的地震響應(yīng)特征。

2.1 側(cè)疊型地震響應(yīng)

在基準(zhǔn)面上升早期，物源供給與可容納空間比A/S較小，但此時可容納空間增大，河道彎曲度增大，單套砂體規(guī)模變大，河道遷移擺動能力相對較強，河道呈大規(guī)模沖刷充填，以大規(guī)模側(cè)向增生為主，形成連片狀河道砂體。單井測井相多為指型與箱型，或者是指型與鐘型組合?；诘刭|(zhì)模式劃分，結(jié)合等時地層特征，根據(jù)相對時間差異，將側(cè)疊型進一步劃分為多邊分叉式、多邊合并式以及單邊式三種模式(圖1～圖3)。對三種模式進行地震正演及實際地震響應(yīng)分析表明，由于各期河道疊置連片，整體上地震響應(yīng)呈連續(xù)的中強反射特征，在河道砂體側(cè)疊位置，由于存在局部微小高程差，地震響應(yīng)呈能量增強、拉伸或波形非對稱畸變等特征，指示相互疊合的兩期河道砂體頂部存在規(guī)模差或高程差。

圖1 側(cè)疊型多邊分叉式地震響應(yīng)特征剖面

圖2 側(cè)疊型多邊合并式地震響應(yīng)特征剖面

圖3 側(cè)疊型單邊式地震響應(yīng)特征剖面

2.2 孤立型地震響應(yīng)

隨著基準(zhǔn)面的不斷上升，A/S比值增大，單井測井相呈指型、箱型或正韻律鐘型，反映該沉積時期水流能力較弱，物源供給少，使河道規(guī)模變小，砂體變薄，泛濫平原泥巖沉積增加，河道砂體呈孤立型分布，砂體彼此孤立，一般互不連通。實際地震響應(yīng)及地震正演結(jié)果呈透鏡型斷續(xù)反射，砂體尖滅部位的同相軸明顯不連續(xù)，可見非常明顯的復(fù)波分解和單反射的消失，組成一個典型的退積式組合，能量明顯比砂體疊置時小，較難識別(圖4)。

圖4 孤立型地震響應(yīng)特征剖面

3 河流相疊合砂巖儲層地震屬性組合特征

實際工區(qū)連井剖面及地震正演分析表明，河流相砂巖儲層厚度小于地震資料調(diào)諧厚度(12m)時，河流相砂巖儲層通常以疊合形式存在，不同疊合砂巖儲層的地震響應(yīng)均表現(xiàn)為單一波形，但如振幅、波形、頻率等特征互不相同，導(dǎo)致地震屬性的差異。本文在優(yōu)選敏感地震屬性集合的基礎(chǔ)上，基于河道砂巖疊合模型，系統(tǒng)地分析了地震屬性值與砂巖儲層在不同疊合情況下的統(tǒng)計相關(guān)關(guān)系，建立了多維敏感地震屬性網(wǎng)狀圖。

3.1 地震屬性建立敏感屬性集合

圖5為三維河道砂體疊合模型，表征了單期河道砂體厚度變化、尖滅、多期河道砂體側(cè)向遷移疊合等特征，單期河道砂體最大厚度為7m，寬度為300m。圖6為Line 224河道砂巖疊合模型剖面及其地震響應(yīng)。由圖可見：在砂巖儲層厚度小于地震資料調(diào)諧厚度的情況下，單期砂巖厚度與振幅呈正相關(guān)關(guān)系；疊置時波形出現(xiàn)拉伸、峰谷不對稱及能量減弱等現(xiàn)象，難以準(zhǔn)確分辨砂巖儲層的疊合情況，但相對的波形變化特征較明確。

圖5 三維河道砂體疊合模型 單位：m

圖6 Line 224河道砂巖疊合模型剖面(a)及其地震響應(yīng)(b)震源為主頻50Hz的Ricker子波

提取的地震屬性主要包括振幅類、頻率類和層序統(tǒng)計類等三大類(圖7)。針對全部地震屬性，首先，在每類屬性中分析地震屬性的相關(guān)性，優(yōu)選地震屬性；其次，在優(yōu)選的地震屬性集合中，分析地震屬性值在河道砂體不同部位的變化，針對不同的砂體疊置部位，形成敏感地震屬性值集合。

振幅類地震屬性(圖8a)主要突出振幅異常，可有效識別巖性及巖性組合特征。這類地震屬性間相關(guān)度很高，敏感程度基本一致，只有平均振幅、總振幅與其他地震屬性相關(guān)度較低?？傉穹鶠榇翱趦?nèi)正、負(fù)振幅的和，平均振幅為在此基礎(chǔ)上除以非零振幅的樣點數(shù)，而其他地震屬性則是對振幅值進行絕對值或者平方的計算，減小了負(fù)振幅的影響，所以相關(guān)度較差。通過分析，優(yōu)選均方根振幅、振幅變化率與平均振幅作為振幅類屬性中三種敏感地震屬性。

頻率類地震屬性(圖8b)在河流相砂體預(yù)測中主要反映巖性、調(diào)諧效應(yīng)等引起的子波變化。由于這類地震屬性從不同的角度利用不同的算法刻畫頻率變化，各地震屬性間不具有相關(guān)性。其中弧長是綜合頻率和振幅兩種屬性的融合屬性。通過分析，優(yōu)選有效帶寬、峰值頻率和弧長作為頻率類屬性中的三種敏感地震屬性。

圖7 河道砂體疊合模型地震屬性平面圖

圖8 振幅類(a)、頻率類(b)、層序類(c)地震屬性交會分析

常將層序統(tǒng)計類地震屬性(圖8c)與其他地震屬性組合區(qū)分進積或者退積層序、不整合以及預(yù)測砂巖儲層的厚度。層序類屬性中(圖8c)的能量半時間、波峰數(shù)、波谷數(shù)、能量半時間斜率等四種屬性間與振幅類屬性間均不具有相關(guān)性，根據(jù)對波形結(jié)構(gòu)的敏感程度，優(yōu)選能量半時間為敏感地震屬性。

綜上所述，最終優(yōu)選均方根振幅、平均振幅、振幅變化率、有效帶寬、峰值頻率、弧長、能量半時間等7種為敏感地震屬性，建立敏感地震屬性集合。

3.2 不同疊置模式敏感地震屬性集合特征

根據(jù)7種地震屬性主要分析了泥巖區(qū)、單期河道砂體主體與邊部、側(cè)向疊置以及多期疊置部位的地震屬性變化特征(圖9)。

圖9 7種地震屬性與河道疊置對比統(tǒng)計分析

(1)均方根振幅。泥巖區(qū)屬性值最小，河道砂巖區(qū)邊部至中心，屬性值在相對偏低至偏高的范圍內(nèi)變化，疊置區(qū)域?qū)傩灾抵械?。總體上均方根振幅的屬性值與砂巖厚度和地震振幅變化具有較強的相關(guān)性，對厚度變化較敏感，反映疊置河道平面分布特征。

(2)平均振幅。泥巖區(qū)屬性值最小，河道砂體區(qū)邊部至中心，屬性值相對居中，對厚度變化不敏感。多期砂體疊置區(qū)域?qū)傩灾底罡??？傮w上屬性變化較復(fù)雜，不僅受上、下圍巖反射影響，同時與河道砂體垂向疊合位置和厚度等因素有關(guān)，在實際應(yīng)用中應(yīng)結(jié)合其他地震屬性綜合分析。

(3)振幅變化率。與均方根振幅等振幅類屬性變化規(guī)律一致，反映了砂體厚度變化。與其他振幅類地震屬性相比，放大了振幅變化幅度，適合于振幅變化較小的區(qū)域。

(4)有效帶寬。與泥巖區(qū)屬性值(最大)相比，砂巖區(qū)屬性值變化范圍較小，即具有一個較窄的帶寬。依據(jù)該地震屬性特點，較窄的帶寬反映了地震反射較簡單或者平滑的反射特征，是均質(zhì)介質(zhì)的特征。當(dāng)砂巖過渡到泥巖時，該屬性值發(fā)生明顯變化，說明該屬性結(jié)合其他屬性可以較好地反映非均質(zhì)性。

(5)峰值頻率。泥巖區(qū)屬性值最高，砂體孤立時均表現(xiàn)為隨厚度減小屬性值增大的規(guī)律，疊置時屬性值較小，同時出現(xiàn)頻陷的情況(零值點)。

(6)弧長。河道孤立時，屬性值隨厚度較小而減小，表現(xiàn)出與振幅類屬性相同的變化特征。泥巖區(qū)屬性值較小，多期疊合時屬性值最大，表明砂體多期疊合存在泥巖夾層時屬性值會減小。

(7)能量半時間。泥巖區(qū)屬性最小，河道砂巖區(qū)邊部至中心，屬性值由低到高變化，疊置區(qū)域?qū)傩灾抵械龋葐纹谏绑w屬性值大。實際應(yīng)用表明，屬性變化較復(fù)雜，與上、下圍巖反射、河道砂體垂向疊置位置和厚度等因素有關(guān)，在實際工作中應(yīng)結(jié)合其他地震屬性綜合分析。

基于模型地震屬性分析，通過對比實際工區(qū)井點地震屬性特征，得到不同砂體疊置模式與敏感地震屬性相對關(guān)系統(tǒng)計表(表1)。不同砂體疊置模式的不同單一地震屬性存在相近特征，但是7種敏感地震屬性的組合特征各不相同，可以較好地區(qū)分砂巖疊置模式。根據(jù)表1，得到河道砂體疊置地震屬性特征圖(圖10)，可以較直觀地認(rèn)識不同砂體疊置模式地震屬性值域組合范圍。即在小于地震資料分辨率的情況下，采用地震屬性聚類分析等技術(shù)手段預(yù)測曲流河相砂體疊置模式、識別儲層疊置、泥巖夾層分布等情況，對油田開發(fā)階段井間儲層連通情況進行細(xì)化識別，指導(dǎo)油田開發(fā)生產(chǎn)。

表1 不同砂體疊置模式與敏感地震屬性相對關(guān)系統(tǒng)計

圖10 河道砂體疊合地震屬性特征

4 應(yīng)用效果分析

渤海M油田Nm下段油藏主要為曲流河相沉積，由于沉積不穩(wěn)定，頻繁的改道和遷移使砂體縱向互相疊合、橫向變化快，不同沉積微相砂體連通性差異很大。對測井砂、泥巖速度分析表明，砂巖的速度、密度略小于泥巖，差值約為250m/s、0.2g/cm3，在“泥包砂”背景下波阻抗差異較明顯，造成Nm下段地震剖面形成相對能量較強的地震反射。分析地震響應(yīng)特征(圖11)表明，由于主力油層NmⅠ-3和NmⅡ-3復(fù)合河道側(cè)向遷移、疊加形成的砂體在平面上基本疊合連片，地震響應(yīng)表現(xiàn)為強振幅、連續(xù)性較好，并可見到一部分復(fù)合河道遷移、疊合的響應(yīng)特征。在兩套強反射之間表現(xiàn)為能量較弱、強弱變化明顯、橫向連續(xù)性較差、波形變化復(fù)雜的特征，反映了孤立砂體橫向尖滅的地震響應(yīng)。

為了研究不同砂巖儲層疊置引起的地震屬性變化，在解釋NmⅡ-3小層砂體時，在精細(xì)井震標(biāo)定的基礎(chǔ)上，基于砂體頂、底波峰/波谷解釋方案約束，進一步解釋波形整體形態(tài)特征(圖12)。通過提取均方根振幅、振幅變化率、平均振幅、有效帶寬、弧長、峰值頻率、能量半時間等7種屬性，將模型試驗確定的4類地震預(yù)測砂巖儲層疊合模式(圖10)作為7種敏感地震屬性聚類分析的4類目標(biāo)預(yù)測結(jié)果，得到 NmⅡ-3小層與聚類分析平面圖(圖13)；結(jié)合測井資料驗證，在均方根振幅反映河道砂巖儲層整體分布特征下，聚類分析結(jié)果更為精細(xì)準(zhǔn)確地預(yù)測了砂巖儲層內(nèi)部疊合分布特征。

圖11 過井A1-B2-B3-B4-B5地震剖面

圖12 NmII-3小層地震屬性提取窗口

(1)單砂體(圖13a)。結(jié)合測井認(rèn)識，即NmⅡ-3砂體與NmⅡ-4砂體之間隔層較厚，NmⅡ-3砂體受NmⅡ-4砂體的地震調(diào)諧效應(yīng)影響較小，構(gòu)成砂體的主體部位，地震響應(yīng)為強振幅、波形對稱的連續(xù)反射。

(2)二層疊置(圖13b)。井上砂體疊置統(tǒng)計表明，地震響應(yīng)為中等強度振幅、波形對稱，反映了單層較薄砂體或者砂體疊置，由于內(nèi)部夾層很薄，互相干涉使振幅減弱，主要分布在主體砂體的周圍。

(3)三層疊置(圖13c)。地震響應(yīng)為中等到低振幅、波峰拉伸、能量減弱、頻率偏高。井震標(biāo)定統(tǒng)計表明，反映了多期砂巖儲層疊合特征，泥巖夾層很薄，主要分布在A、B平臺井區(qū)主體砂體之間。

(4)多層疊置或者泥巖區(qū)(圖13d)。振幅很弱，頻率最高，主要反映了泥巖區(qū)的分布情況。

圖13 NmII-3均方根振幅(左)與聚類分析(右)平面圖

5 結(jié)束語

根據(jù)物源供給與可容納空間比值，可將研究區(qū)新近系曲流河相沉積復(fù)合砂體疊合模式劃分為堆疊型、側(cè)疊型以及孤立型?；谠搫澐帜Ｊ?，通過井震地震響應(yīng)特征分析，進而基于地震模型分析河道砂體疊置部位的敏感地震屬性特征，形成了包括均方根振幅、振幅變化率、平均振幅、有效帶寬、弧長、峰值頻率、能量半時間等7種屬性的敏感地震屬性，并將模型試驗確定的4類砂巖儲層疊置模式定義為地震屬性聚類分析的4類預(yù)測目標(biāo)結(jié)果。通過渤海實際靶區(qū)油田河流相沉積 NmⅡ-3小層的應(yīng)用驗證，表明該方法可較有效地預(yù)測砂巖儲層內(nèi)部疊置模式的分布特征。

需要指出的是，在海上河流相油田開發(fā)階段，在解剖儲量單元內(nèi)部的儲層結(jié)構(gòu)時，儲層研究尺度一般小于地震資料分辨率尺度。因此，地震響應(yīng)與儲層疊置模式不具有一一對應(yīng)關(guān)系，但是通過研究河道砂體疊置特征以及一定尺度內(nèi)(小于調(diào)諧厚度)的砂體疊置模式，仍然能夠建立較準(zhǔn)確的地震響應(yīng)與砂巖儲層之間的關(guān)系。同時，儲層預(yù)測時不再強調(diào)準(zhǔn)確分辨單層薄砂巖的能力，而是通過波形與地震屬性集合的差異，對薄砂巖儲層的不同疊合特征進行區(qū)分識別，進而實現(xiàn)砂巖儲層的精細(xì)解釋。