分頻CMY融合技術(shù)在河道刻畫中的應(yīng)用

袁 悅，李 帥，姜 雪

(中海石油(中國(guó))有限公司上海分公司,上海 200335)

1 引言

西湖凹陷近幾年的勘探實(shí)踐表明,尋找有構(gòu)造背景的巖性油氣藏是該地區(qū)增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要一環(huán),其中河道砂體是巖性油氣藏中主要的儲(chǔ)集體之一。在辮狀河三角洲沉積背景下,橫向上河道分布范圍廣,河道規(guī)模大小不一,且交切關(guān)系復(fù)雜;縱向上河道期次多,并且受短期旋回的影響,不同期次砂體厚度變化大,從幾米到上百米都有可能發(fā)育。受此影響,常用的識(shí)別河道方法,包括相干體切片法、地震相識(shí)別法、分頻解釋等[1-9],在刻畫辮狀河三角洲分流河道及其沉積演化方面都存在一定的局限性。本文通過(guò)分頻制作單頻振幅能量體,然后賦予每一個(gè)單頻體一種顏色,針對(duì)不同厚度河道砂體選擇不同頻率成分的單頻體進(jìn)行CMY(C-cyan,青色;M-magenta,洋紅色;Y-yellow,黃色;三種顏色的簡(jiǎn)寫)三色融合,調(diào)節(jié)每一個(gè)單頻體的能量顯示強(qiáng)度和亮度,凸顯CMY融合體細(xì)節(jié)特征,最后對(duì)此融合數(shù)據(jù)開展地震沉積學(xué)研究,制作分頻CMY融合體目的層地層切片。橫向上通過(guò)調(diào)節(jié)單個(gè)地層切片三種顏色亮度和所占比重凸顯不同規(guī)模地質(zhì)體平面響應(yīng),得到厚度不同的同期沉積地質(zhì)體的橫向展布特征,實(shí)現(xiàn)河道砂體的平面刻畫;縱向上通過(guò)比較不同時(shí)期地層切片所刻畫的河道邊界變化得到河道的沉積演化規(guī)律,指導(dǎo)目標(biāo)區(qū)巖性目標(biāo)搜索。

2 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)位于西湖凹陷中央反轉(zhuǎn)帶中部(圖1a),整體為一巨型反轉(zhuǎn)背斜構(gòu)造,向南幅度變緩,面積約1 000 km2。自下而上發(fā)育新生界古近系、新近系及第四系地層,其中古近系漸新統(tǒng)花港組是本區(qū)主要目的層(圖1b),龍井組為次要目的層。研究區(qū)目前尚處于勘探早期階段,截止到2022年8月,共有探井5口,主要分布在幾個(gè)局部構(gòu)造高點(diǎn)上,井間距離較遠(yuǎn)。

花港組沉積期,西湖凹陷處于盆地坳陷期,研究區(qū)有穩(wěn)定的西部和北部物源供給,局部接受東部釣魚島隆褶帶提供的點(diǎn)物源,表現(xiàn)出混源特征。已有研究成果表明,深層花港組整體為河-湖交互沉積環(huán)境,結(jié)合鉆井取心資料和地震相、測(cè)井相特征以及古地貌等,明確研究區(qū)花港組上段主要發(fā)育辮狀河三角洲平原、辮狀河三角洲前緣及濱淺湖沉積亞相,河道規(guī)模較小;淺層龍井組主要發(fā)育河流-三角洲相,河道規(guī)模較花港組有所增加[10-15]。根據(jù)研究,不同層位不同深度河道砂體的規(guī)模不同,同一層位同一深度不同區(qū)域發(fā)育河道的規(guī)模也不同,常規(guī)河道刻畫方法難以在一張平面圖上將所有河道精細(xì)刻畫出來(lái)[16-21]。利用分頻CMY融合技術(shù)結(jié)合地震沉積學(xué)方法,可以在精細(xì)刻畫不同規(guī)模不同期次河道砂體的基礎(chǔ)上直觀展示沉積演化過(guò)程,更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)有利鉆探目標(biāo)。

圖1 西湖凹陷構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨爸饕l(fā)育地層Fig.1 Structural units and stratum of Xihu sag

3 分頻CMY融合技術(shù)

3.1 分頻技術(shù)

從地震信號(hào)的時(shí)頻特征角度來(lái)講,分頻技術(shù)是采用特定數(shù)學(xué)計(jì)算方法將地震信號(hào)從時(shí)間域轉(zhuǎn)換到頻率域,得到某一特定頻率下的振幅能量體,理論上可以得到全頻段的離散頻率振幅能量體[22-23]。通過(guò)該技術(shù)可以對(duì)某個(gè)頻段的地震振幅和相位響應(yīng)進(jìn)行有效提取,更加精細(xì)地展現(xiàn)地質(zhì)目標(biāo),更有針對(duì)性。常用的分頻方法包括短時(shí)傅里葉變換(Short-Time Fourier Transform,STFT)、連續(xù)小波變化(Continuous Wavelet Transform,CWT)和廣義S變換(S-Transform,ST),其中短時(shí)窗傅里葉變換和連續(xù)子波變換在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛。前者使用固定長(zhǎng)度的子波,高頻信號(hào)的垂向分辨率不夠;后者使用相對(duì)較短的子波,但子波周期固定,對(duì)短周期的信號(hào)分解不夠理想。本文采用廣義S變換方法對(duì)地震信號(hào)進(jìn)行頻譜分解,其原理是引入時(shí)間和頻率兩個(gè)變量,建立一個(gè)聯(lián)合函數(shù)來(lái)描述信號(hào),能更好地實(shí)現(xiàn)時(shí)頻局部化分析,調(diào)節(jié)不同參數(shù)在調(diào)整垂向時(shí)間分辨率的同時(shí)也可以調(diào)整頻率分辨率,其表達(dá)式為：

式中,h(t)為地震信號(hào);f為頻率,單位是Hz;τ為時(shí)窗函數(shù)中心點(diǎn)[7];t為時(shí)間,單位是s。

3.2 CMY融合技術(shù)

CMY融合是將三個(gè)不同輸入信息分別賦予青色、洋紅色和黃色后進(jìn)行融合,并顯示輸出的視覺分析技術(shù)。每一種顏色都可以通過(guò)RGB三基色融合生成,融合算法的數(shù)學(xué)模型為{(R,G,B)|0≤R≤255,0≤G≤255,0≤B≤255},CMY融合是選取了其中某種特定三基色為原色進(jìn)行融合,比如青色是由100 %的藍(lán)色、100 %的綠色和0 %的紅色組成,具有180°的色調(diào)、100 %的飽和度以及50 %的亮度,所以與常規(guī)的RGB三原色融合相比,CMY融合屬于相減混色模式,可以減少視覺系統(tǒng)識(shí)別顏色所需要的反射光,在相同條件下對(duì)細(xì)節(jié)刻畫更充分。

圖2 龍井組上段L3層分頻CMY融合切片和均方根振幅屬性對(duì)比Fig.2 Contrast between CMY fusion and RMS slice of L3 in upper Longjing formation

在實(shí)際應(yīng)用中,針對(duì)井上鉆遇的砂巖厚度情況,選取三個(gè)廣義S變換得到的單頻振幅能量體進(jìn)行CMY融合,單獨(dú)賦予每一種振幅能量體青色、洋紅色和黃色中的一種顏色分別調(diào)節(jié)三種顏色的亮度和強(qiáng)度,按照CMY混合方式融合形成一個(gè)新的頻率能量體,理論上講,可以通過(guò)廣義S變換等方法制作各個(gè)頻率段的振幅能量體,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地震數(shù)據(jù)的全頻段掃描;根據(jù)地震數(shù)據(jù)的調(diào)諧效應(yīng),融合不同頻率的振幅能量體可以將該頻率成分對(duì)應(yīng)的特定厚度的砂體響應(yīng)特征凸顯出來(lái),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)該厚度范圍砂體平面展布的預(yù)測(cè)。通過(guò)調(diào)整不同顏色的亮度以及所占比例來(lái)凸顯不同顏色的強(qiáng)度占比,在單一切片上可以觀察到同一沉積時(shí)期不同厚度的地質(zhì)體分布范圍,實(shí)現(xiàn)沉積相帶外形的整體刻畫。此外,通過(guò)地震沉積學(xué)方法制作融合體不同時(shí)期的地層切片,可以觀察到不同時(shí)期同一地質(zhì)體的變化特征,從而分析該地質(zhì)體的沉積演化、河道疊置關(guān)系和砂體發(fā)育期次等。一般而言,CMY融合采用低、中、高三種頻率能量體,通常賦予青色低頻數(shù)據(jù)、洋紅色中間頻率數(shù)據(jù)、黃色高頻數(shù)據(jù)。融合后的數(shù)據(jù)如果偏青色,代表低頻占比高;如果偏黃色,代表高頻能量占比高。沉積物的粒度大小、地質(zhì)體的厚度以及不同沉積物的均質(zhì)性等都可以從地震數(shù)據(jù)的頻率中反映出來(lái),所以分頻CMY融合除了對(duì)異常地質(zhì)體在平面的展布有很好的預(yù)測(cè)效果之外,對(duì)不同時(shí)期沉積環(huán)境變遷或者同一時(shí)期不同的沉積相帶等都有一定程度的響應(yīng)。

4 實(shí)際工區(qū)應(yīng)用效果

4.1 分頻CMY融合在淺層河道刻畫中的應(yīng)用

研究區(qū)龍井組上部屬于河流相沉積環(huán)境,河道廣泛發(fā)育,主要埋深在1 000 m左右。研究所用三維地震資料主頻20～30 Hz,頻寬5～100 Hz,選取20 Hz、30 Hz、40 Hz頻段對(duì)應(yīng)的單頻能量體進(jìn)行CMY融合成像,然后采用地震沉積學(xué)方法制作龍井組L3層地層切片(圖2a)。

圖2(b)是L3層的均方根振幅平面屬性。通過(guò)對(duì)比兩幅圖可以發(fā)現(xiàn)：對(duì)于規(guī)模較大的主干河道,兩種方法都可以很好地反映出來(lái),如工區(qū)西北部所示的河道1,寬度大,延伸距離遠(yuǎn),最寬處約6 km;在CMY融合切片上可以看到,河道1西側(cè)有一條寬度在2 km左右的河道2,該河道在常規(guī)屬性對(duì)應(yīng)位置上基本無(wú)響應(yīng);對(duì)于像河道3、河道4這類寬度在1 km左右的小河道,CMY融合切片上可以清晰地刻畫出河道走向及交切關(guān)系,常規(guī)屬性圖上只能看到屬性異常分布,難以判斷河道走向及相互疊置關(guān)系;對(duì)于河道7,雖然河道規(guī)模不小,由于其延伸方向上發(fā)育多條斷層,河道被切割,常規(guī)均方根振幅屬性難以看出其準(zhǔn)確走向,但在分頻CMY融合地層切片上走向相對(duì)明顯。此外,從分頻CMY融合地層切片上可以看出,寬度和長(zhǎng)度規(guī)模較大的河道1整體顏色偏深色,以青色為主,說(shuō)明低頻成分占比多,其他寬度和長(zhǎng)度較小的河道以黃色為主,表明高頻成分占比多。從已鉆井揭示的信息得知,N4井所鉆遇L3層河道砂體厚度約80～100 m,且發(fā)育含礫粗砂巖,沉積物粒度整體偏粗;N5井所鉆遇L3層河道砂體厚度約20 m,以細(xì)砂及泥質(zhì)粉砂巖為主,整體偏細(xì)(圖3)。根據(jù)上述分析可知,與傳統(tǒng)平面地震屬性相比,分頻CMY融合地層切片不僅在刻畫窄小型河道方面更具優(yōu)勢(shì),且由于頻率與顯示顏色具備相應(yīng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,所以對(duì)沉積物粒度、厚度等都有一定的預(yù)測(cè)作用。

圖3 龍井組L3層連井圖Fig.3 Cross-well section of N4 and N5 in L3 layer of Longjing formation

4.2 分頻CMY融合在深層河道刻畫中的應(yīng)用

研究區(qū)花港組屬于三角洲沉積環(huán)境,在三角洲平原及前緣亞相中均有河道發(fā)育,但河道規(guī)模較龍井組明顯減小,主要埋深在2 500 m以下。根據(jù)已鉆井資料及前人研究成果,H2層沉積時(shí)期主要發(fā)育辮狀河三角洲,根據(jù)已鉆井鉆遇H2砂體厚度、地震資料速度以及地震資料主頻帶寬等參數(shù),選擇30 Hz、40 Hz、50 Hz三個(gè)單頻體進(jìn)行CMY融合,然后提取H2地層切片,如圖4(a)所示。通過(guò)對(duì)比H2層均方根振幅屬性(圖4b)可以發(fā)現(xiàn)：常規(guī)地震數(shù)據(jù)振幅平面屬性只能反映出一系列振幅異常響應(yīng),但異常響應(yīng)分布較為雜亂,無(wú)法看出河道邊界以及河道的明確走向;在CMY分頻融合切片上可以明顯看到,在工區(qū)西南部有幾條規(guī)模很小的河道,如圖4(a)中黑色箭頭所示,河道邊界清晰,走向明顯,河道顏色偏黃色,表明該河道內(nèi)高頻成分偏多,沉積物粒度較小,河道規(guī)模較小,與CMY融合切片上顯示河道規(guī)模較為匹配。此外,在CMY融合切片上根據(jù)融合后顏色的不同可以大致分為兩個(gè)區(qū)域,西北部整體以青色為主,夾雜少許黃色,且黃色多出現(xiàn)在河道處,表示河道砂體規(guī)模小,厚度薄;工區(qū)東南部整體以黃色為主,夾雜部分青色,且分布雜亂無(wú)序,表示該地區(qū)河道沉積砂體厚度不均,且河道間相互交切疊置,呈現(xiàn)出偏網(wǎng)狀河的平面形態(tài)特征。

圖4 H2分頻CMY融合與常規(guī)均方根振幅屬性對(duì)比Fig.4 Contrast between CMY fusion and RMS slice of H2 layer

4.3 分頻CMY融合在巖性目標(biāo)發(fā)育潛力區(qū)河道刻畫中的應(yīng)用

圖5 H3a分頻CMY融合地層切片F(xiàn)ig.5 CMY fusion slice of H3a

基于工區(qū)內(nèi)已有幾口鉆井認(rèn)識(shí),H3a時(shí)期河道發(fā)育,為巖性勘探有利目的層位。該時(shí)期沉積環(huán)境主要為辮狀河三角洲,地層埋深在3 000～3 500 m左右,且斷層發(fā)育較多,前期研究河道平面展布特征刻畫不清晰。本次研究利用20 Hz、30 Hz、40 Hz單頻體進(jìn)行CMY融合,并在此基礎(chǔ)上采用地震沉積學(xué)方法制作H3a地層切片(圖5)。從圖5中可以看出,工區(qū)內(nèi)主要發(fā)育北西-南東向河道,僅工區(qū)東部發(fā)育一條南北向河道,在工區(qū)中部?jī)蓚€(gè)方向的河道在此交匯,該時(shí)期地貌西高東低,且東北部有點(diǎn)物源注入,融合切片上所刻畫的河道走向與地貌特征及物源供給情況較為吻合。

圖6(a)和圖6(b)是分別過(guò)N1井單河道和工區(qū)東部河道交匯處的兩條剖面,測(cè)線位置如圖5黃色箭頭所示,從剖面上可以看出,N1井處鉆遇H3a單河道,在剖面上為強(qiáng)振幅異常的短軸狀特征,河道交匯處可見兩個(gè)透鏡體形態(tài)的強(qiáng)振幅異常,與CMY融合切片顯示的河道分布較為吻合。

本次研究從已鉆井鉆遇河道砂體出發(fā),以分頻CMY融合切片上刻畫的河道輪廓為基礎(chǔ),結(jié)合目的層古地貌和相關(guān)屬性特征,采用自動(dòng)追蹤的解釋方法對(duì)研究區(qū)H3a河道進(jìn)行平面刻畫,具體河道展布如圖7所示。

圖7反映了H3a河道的瞬時(shí)振幅屬性,從圖7中可以看出,河道規(guī)模越大,振幅響應(yīng)越強(qiáng),強(qiáng)振幅響應(yīng)范圍與分頻CMY融合切片中呈深青色部分對(duì)應(yīng)關(guān)系較好,證明分頻CMY融合切片不僅可以反映地質(zhì)體的輪廓,也可以對(duì)地質(zhì)體的厚度以及規(guī)模有一定程度的反映。此外,從圖中還可以看出,N1井與N3井所鉆遇的H3a砂體分屬兩條不同河道,N2井處H3a河道砂體不發(fā)育。

根據(jù)對(duì)已鉆井分析,認(rèn)為N1井區(qū)H3a砂體測(cè)井相特征為齒化箱型,N3井區(qū)H3a砂體測(cè)井相特征為鐘型砂巖,粒度變化上N1井區(qū)為含礫砂巖,N3井區(qū)為中粗砂巖(圖8),且重礦物組合特征也存在差異(圖9),均指示N1井區(qū)與N3井區(qū)分屬不同河道,且N2井實(shí)鉆下來(lái)H3a砂體不發(fā)育,與圖7所刻畫的河道展布特征相吻合。

圖6 H3a河道剖面特征Fig.6 Channel profile feature of H3a

圖7 H3a河道精細(xì)刻畫Fig.7 Channel carving of H3a

圖8 已鉆井H3a砂體測(cè)井相特征及粒度變化特征Fig.8 Logging face characteristics and granularity variation characteristics of sand in H3a

圖9 已鉆井H3母巖重礦物組合特征Fig.9 Characteristics of heavy mineral association of source rock in H3

5 結(jié)論

1)研究區(qū)不同目的層發(fā)育不同類型河道,同一目的層發(fā)育不同規(guī)模的河道,采用常規(guī)振幅屬性難以識(shí)別并刻畫所有河道;而分頻CMY融合技術(shù)由于對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行了有針對(duì)性的時(shí)頻分析,選取針對(duì)某一厚度砂體調(diào)諧效應(yīng)最大化的三種單頻能量體進(jìn)行融合,在刻畫不同深度及不同規(guī)模單河道外形及內(nèi)幕等方面均優(yōu)于常規(guī)屬性;

2)由于頻率信息可以反映沉積物粒度、厚度、旋回等信息,這些信息與沉積環(huán)境緊密相關(guān),較常規(guī)屬性而言,分頻CMY融合技術(shù)可以根據(jù)融合后顏色的不同反映低、中、高頻成分所占比例大小,進(jìn)而在一定程度上協(xié)助平面沉積相帶劃分及縱向沉積演化,為尋找有利儲(chǔ)層提供支持。