0 引言

随着油气勘探开发的不断深入，致密油已经成为了一个新的勘探方向及热点。由于其成藏条件的特殊性，以及我国致密油勘探起步晚的原因，许多技术难题急需解决^{[1, 2, 3]}。致密油储层物性差，非均质性强，“甜点”储层与围岩波阻抗差异较小，如何利用地震技术预测出相对高孔、高渗、高含油饱和度的“甜点”储层成为了国内外研究者关注的重点^{[4, 5]}。贾承造等^[3]根据储层成因将我国致密油划分为3种类型：湖相碳酸盐岩致密油、深湖水下三角洲砂岩致密油和深湖重力流砂岩致密油。其中前两种类型致密油储层分布大都具有纵向厚度薄、横向分布广的特征，也是最为常见的致密油类型。因此，针对这两类薄层致密储层的“甜点”预测，首先需要解决薄层的识别问题，然后才可能对“甜点”进行较好的预测。

笔者从储层成因的角度，针对这种纵向厚度薄、横向分布稳定的致密储层，以柴达木盆地红柳泉地区为例，从岩石物理分析入手，建立致密储层岩性识别图版；在此基础上，开展实际钻井资料的正演模拟研究，分析“甜点”储层地震响应特征及敏感属性，进而采用分频成像技术^{[6, 7, 8, 9, 10]}，改善地震资料的纵向分辨率；结合90°相位旋转技术及分频属性优化分析^{[11, 12, 13, 14]}，预测“甜点”储层平面分布范围，并用实际钻井资料验证本方法的应用效果。

1 储层特征

红柳泉地区位于柴达木盆地西部，总体上为一西高东低、两翼不对称、向东南倾伏的单斜构造。由于紧邻红狮生油凹陷，油源条件充足，其致密油储层主要发育于古近系下干柴沟组下段(E¹₃)顶部I层组，岩性以泥灰岩为主，沉积相类型为浅湖相泥灰坪，其分布具有单层厚度薄(2~10 m)、层数多、纵向相互叠置、横向分布稳定的特征。泥灰岩储层空间主要为溶孔，物性普遍较差，属于低孔、特低渗储层，孔隙度为5%~12%，渗透率多为0.05~1.00 mD(1 mD=0.987×10^-3 μm²),局部少量裂缝的渗透率为1.00~3.50 mD(图 1)。致密油出油层段主要为I1——I2小层的泥灰岩段，根据试油、压裂、求产层段测井解释结果，得到了孔隙度与含油饱和度交会图(图 2)。从图上统计数据点可以看出：油层孔隙度大于8%，含油饱和度大于40%；水层孔隙度大于8%，含油饱和度小于40%；干层孔隙度小于8%。因此，可以认为致密油“甜点”储层的物性标准为孔隙度大于8%，含油饱和度高于40%。致密油地震储层预测目的就是有效预测其“甜点”储层平面分布范围，为勘探部署提供参考。

图 1 下干柴沟组下段I层组致密储层物性统计 Fig. 1 Petrophysical statistics of tight reservoir in the Layer I in the Lower Member of the Lower Ganchaigou Formation

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图 2 下干柴沟组下段I层组孔隙度与含油饱和度交会图 Fig. 2 Crossplot of porosity and oil saturation in the Layer I in the Lower Member of Lower Ganchaigou Formation

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研究区致密储层岩性主要为泥灰岩。为了更好地进行“甜点”预测，必须识别出泥灰岩，明确其在测井曲线上的响应特征。因此，研究时首先通过岩石物理分析来建立岩性识别图版。图 3为I1——I2小层自然伽马与声波时差的交会图。可以看出，泥灰岩与泥岩基本可以区分开来：泥灰岩对应的自然伽马(GR)为80~108 API，声波时差(AC)为205~238 μs/m；泥岩对应的GR为100~135 API，AC为235~280 μs/m。通过图 3建立的岩性识别图版，对目的层段的岩性进行了解释，解释的岩性与实际取心分析的岩性吻合度达80%以上。图 4为红116井根据岩性图版解释的I1——I2小层段泥灰岩纵向分布图，其吻合度为89%，可以看出泥灰岩与泥岩呈薄互层分布，厚度较薄(1~4 m)。

图 3 I1——I2小层自然伽马与声波时差交会图 Fig. 3 Crossplot ofgammaray and slowness in the Layer I1-I2

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图 4 红116井I1——I2小层解释泥灰岩与泥岩分布 Fig. 4 Interpretation marl and shale of well Hong116 in the Layer I1-I2

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根据岩石物理分析得到的岩性解释结果，结合正演模拟，对“甜点”储层地震响应特征进行分析。图 5为研究区原始地震资料与40 Hz分频资料频谱分析对比。可以看出，原始地震资料频带范围为10~45 Hz，主频为30 Hz左右，50 Hz以上频率成分很少(图 5a)； 分频体的频带范围为25~60 Hz，主频提高到40 Hz(图 5b)。正演模拟时，选择30 Hz主频的雷克(Ricker)子波，并以实际井的测井曲线作为输入，来建立地质模型。正演结果如图 6所示。通过钻井标定，图 6绿色虚线内部为I层组顶部目的层段。对比图 6a、b明显分频后的剖面纵向视分辨率提高了，目的层段多出一套黑色同向轴。通过井上分析，这套黑色同向轴就是I1——I2小层内部“甜点”储层段的共同响应。为了进一步分析该套同向轴的地震属性特征，对图 6b的正演结果提取了瞬时频率与瞬时振幅，如图 7所示，将频率分为高频、中频、低频3个频段，振幅分为强振幅、中振幅、弱振幅三级。可以看出，I1——I2小层内部“甜点”储层段的黑色同向轴对应于中振幅、中频率。因此，在预测I层组“甜点”储层分布时，就可以有针对性地预测中振幅、中频率段的平面展布范围。

图 5 原始地震数据频谱分析(a)与分频数据频谱分析(b)对比 Fig. 5 Spectrum analysis comparison between original seismic data (a) and spectral data (b)

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图 6 基于红116井正演地震剖面 Fig. 6 Forward seismic profiles of well Hong116

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图 7 基于红116井分频正演结果的瞬时属性分析剖面 Fig. 7 Instantaneous attribute profiles of well Hong116 based on spectral forward results

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分频成像技术采用小波变换提取不同主频的子波剖面，选择最佳成像频带对地质体进行成像分析，合理利用了地震低、中、高频带信息，能够较好地排除时间域内不同频率成分的相互干扰，得到高于传统分辨率的解释结果。在实际应用过程中，选择合适的主频时，既要考虑目标地质体的厚度，又要考虑实际地震资料的品质。尽管从理论上讲，主频越高，频带越宽，其垂向分辨率越高，但实际上大多数地震数据体有效频带范围有限，高频成分并不是很多，难以将测井解释的薄层逐一识别，因此可以利用薄层的调谐效应，同时兼顾地震分辨率和测井分辨率之间的矛盾。

关于地震资料垂向分辨率问题，国内外许多学者提出了不同的观点，其中具有代表性的有Rayleigh准则(分辨极限为λ/4，λ为波长)^{[15, 16, 17]}、Ricker准则(分辨极限为λ/4.6)^{[17, 18, 19, 20]}、Widess准则(分辨极限为λ/4.6)^{[19, 21]}。通过岩石物理分析得知，研究区目的层平均速度为3 100~3 400 m/s，因此，若采用40 Hz的主频，依据3种薄层分辨准则，其垂向分辨薄层的厚度分别为19.40~21.25 m(Rayleigh准则)，16.85~18.48 m(Ricker准则)，9.69~10.63 m(Widess准则)。根据实际地震资料频谱分析结果(图 5a)，高于50 Hz的频率已经很少，所以单从地震资料的品质上看，难以识别出每个薄层泥灰岩。根据岩性解释的结果，通过统计I层组中泥灰岩厚度发现，各井泥灰岩累计总厚度为13~22 m，总平均厚度约为20 m，其中I1——I2小层内解释“甜点”储层累计厚度为6~10 m。因此，为了尽可能识别出薄层，同时确保地震资料的真实性，采用40 Hz主频，对5条过井剖面进行分频处理实验。图 8为过红116井原始地震剖面(图 8a)与40 Hz分频剖面(图 8b)对比图，可以看出，相对于原始地震剖面，分频剖面I层组中多出一套黑色的同相轴。这与正演模型分频剖面预测结果基本一致，这套黑色的同相轴就是I1——I2小层内主力油层段的共同响应特征。

图 8 过红116井原始地震剖面(a)与40 Hz分频剖面(b)对比 Fig. 8 Spectrum profile comparison of well Hong 116 between original seismic profile(a) and 40 Hz spectral profile (b)

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通过分频处理可以看出，虽然40 Hz主频进行分频不能够区分10 m以下的薄层，但是对I1——I2小层内部主力油层的调谐响应能够识别；因此可以通过分频处理获得40 Hz主频的地震分频体，然后在此基础上进行“甜点”识别预测。图 9为原始体与分频体1 900 ms处时间切片对比图。可以看出,分频体时间切片(图 9b)相对于原始体时间切片(图 9a)而言，振幅相对减弱，同相轴变细，相互之间的接触关系更为清晰。

图 9 1 900 ms原始体时间切片(a)与40 Hz分频体时间切片(b)对比 Fig. 9 Time slice comparison at 1 900 ms between original data (a) and 40 Hz spectral data (b)

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对比图 5分频前、后的频谱分析结果可知，分频后主频提高到40 Hz，频带范围变为25~60 Hz。为了进一步明确储层及油层段在地震剖面上的响应特征，采用40 Hz主频的雷克子波，在分频体上再次进行合成记录精细标定(图 10)。图 10a上绿色虚线范围内部即为I1——I2小层，其厚度约为19 m；图 10b上红、蓝色虚线分别为油层对应的顶、底界面。

图 10 红116井基于40 Hz分频体合成地震记录标定剖面 Fig. 10 Synthetic seismogram calibration profile of well Hong 116 based on 40 Hz spectral data

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常规地震处理的最终成果是零相位地震数据，这种地震数据具有子波对称、中心瓣(最大振幅)与反射界面一致、分辨率较高等优点^[22]。但是对于薄层储集体而言，采用90°相位子波处理的地震数据可以克服零相位子波数据的不足，能较好地将地层界面直接转换为岩性界面，为岩性预测提供直接的地震数据^[11]。图 10c为相位旋转后油层标定剖面，其黑色虚线圈出的部分就是主力油层。对比旋转前的剖面，旋转后剖面其油层顶、底界面非常清晰，且其地质意义更加明确。图 11为过红116井原始地震分频剖面(图 11a)与分频相位旋转剖面(图 11b)对比图。可以看出，经90°相位旋转后的剖面与波阻抗曲线有更好的对应性，黑色同向轴为波峰，对应高波阻抗，红色同向轴为波谷，对应低波阻抗。

图 11 过红116井分频剖面 (a)与分频相位旋转剖面(b)对比 Fig. 11 Comparison of Spectrum profile (a) and spectrum phase-rotation profile (b) of well Hong 116

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地震属性是进行储层预测常用的手段之一，通过不同算法提取的地震属性有上百种，不同的地震属性所反映的地质现象也不完全相同，如何有效识别出储层敏感的地震属性，需要进行属性优化分析。通过前面的正演分析可知，研究区“甜点”储层具有中振幅、中频率的特征。因此，我们对研究区40 Hz分频体也进行了振幅、频率分析，结果如图 12所示。对比单井岩性解释，认为该区泥灰岩地震响应特征主要表现为中——低频率(黄-蓝色)、中——弱振幅(黄-蓝色)，主力油层段(图 12中白色虚线内部)的地震响应特征为中振幅、中频率(黄色)。因此结合地震正演结果及分频体剖面分析，认为该区“甜点”储层的地震响应特征为相对中振幅、中频率。

图 12 基于40 Hz分频体的过红116井瞬时频率分析剖面(a)及瞬时振幅分析剖面(b) Fig. 12 Instantaneous frequency profile (a) and instantaneous amplitude profile (b) of well Hong 116 based on 40 Hz spectral data

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通过以上处理分析，明确了“甜点”储层在分频剖面上的地震响应特征，得到了分频相位旋转数据体。在此基础上，对I层组中泥灰岩的平面分布进行了预测，结果如图 13所示。以I层组顶、底界面为时窗，在分频相位旋转体上提取平均瞬时频率属性。图 13中黑色虚线圈出了I层组中泥灰岩分布范围，在虚线内部，24口钻穿I层组的井均见到了泥灰岩，虚线外红41井未钻遇泥灰岩。总体而言，与钻井资料吻合较好。

图 13 I层组基于分频相位旋转体的平均瞬时频率属性 Fig. 13 Average instantaneous frequency property of I layer group based on spectral phase-rotation data

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在预测出I层组泥灰岩平面分布范围的基础上，对其I1-I2小层内部的主力油层进行了“甜点”平面展布预测，以该油层的顶、底界面为时窗，提取“甜点”属性(振幅与频率的比值)，结果如图 14所示。对比单井的含油性分析及试采结果认为，该中高值部分即为“甜点”储层分布区，不仅储层物性好，而且含油性高；其中红31井、红20井、红34井、红112井、红108井、红116井在I1——I2小层的主力油层段试油均获工业油流，并在红34井区提交探明含油面积15.92 km²(图 14中黑色虚线内部)，尤其是红平1水平井，其水平段通过压裂改造，获得高产。因此，通过实钻井验证，证实该预测结果具有较高的可信度，并提出红22井区西北部可以作为该区致密油近期勘探有利目标区，红38井区南部可以作为其致密油风险勘探区。

图 14 I1-I2小层基于分频相位旋转体的“甜点”属性预测图 Fig. 14 “Sweet spot” property of I1-I2 layer based on spectral phase-rotation data

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1)实际上，利用地震资料，井震结合对薄层泥灰岩储层及“甜点”预测一直是一个没有解决的技术难题，尤其是对致密油“甜点”的预测具有很大的难度，笔者尝试性地将岩石物理分析、正演模拟、分频成像、90°相位旋转、分频属性等多种技术方法有效结合，针对红柳泉地区致密泥灰岩及“甜点”储层分布进行了有效的预测，取得了一定的应用效果，证实了该方法的可行性。

2)不同地区致密油储层成因不同，其“甜点”储层的物性标准也各异，因此在进行地震“甜点”预测前，必须结合储层物性分析资料，明确其物性下限，然后在井上进行“甜点”识别解释，最后在地震上进行标定，分析其对应的地震响应特征，从而尽可能地减少预测结果的不确定性。

3)地震正演是储层预测中常用的分析手段，为了减少正演结果的不确定性，地质模型的建立要尽量与实际地质情况相近，笔者通过实际井的测井曲线来建立地质模型，在此基础上对正演结果进行分析，明确其储层敏感属性，从而为属性优化提供了指导。