地球物理学进展  2017, Vol. 32 Issue (2): 709-713   PDF    
地震沉积学在薄储层预测中的应用——以L87井区水下扇体识别为例
齐桓1, 王海2, 董冬2, 姜忠新2, 初启龙2     
1. 中国地质大学 (北京) 能源学院, 北京 100083
2. 胜利油田鲁明油气勘探开发有限公司, 东营 257000
摘要:地震沉积学主要应用地震资料的平面属性特征来研究沉积模式、沉积历史,弥补了资料纵向分辨率不足带来的研究限制,是目前薄层、薄互层砂体平面展布预测的重要方法之一.针对L87井区地震资料分辨率低,薄互层水下扇体埋深大、扇体形态识别困难的问题,以地震沉积学理论为指导,采用分频处理技术提高地震资料分辨率,90°相位旋转后沿层切片定性描述扇体形态,同时结合波阻抗反演定量预测扇体展布,最终总结形成了基于地震沉积学的适合L87井区水下扇体识别的技术流程.
关键词地震沉积学    分频处理技术    90°相位旋转技术    地层切片技术    
Application of seismic sedimentology in thin reservoir prediction:taking the identification of underwater fan in L87 well area as an example
QI Huan1 , WANG Hai2 , DONG Dong2 , JIANG Zhong-xin2 , CHU Qi-long2     
1. College of Energy, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China
2. Luming Oil and Gas Exploration and Development Co., Ltd of Shengli Oilfield, Dongying 257000, China
Abstract: Seismic sedimentology mainly uses the plane characteristic of seismic data to study depositional model and sedimentary history. It makes up for the limitation of the research on the lack of longitudinal resolution. So it can be one of the important methods to predict the distribution of thin layer and thin interbedded sand. L87 well area has low resolution of seismic data, deep interbedded subaqueous fan and fan body shape recognition problem. Taking the seismic sedimentology theory as a guide, using frequency division processing technique to improve the resolution of seismic data, using 90° phase rotation and strata slice technology to description fan body shape, combining with wave impedance inversion quantitative prediction of fan body distribution, this paper finally summed up the form fitting L87 well area of subaqueous fan recognition method system based on seismic sedimentology.
Key words: seismic sedimentology     frequency processing technology     90°phase rotation technique     strata slice technology    
0 引言

地震沉积学是通过地震岩性学、地震地貌学的综合分析,研究岩性、沉积成因、沉积体系和盆地充填历史的交叉学科.该学科主要针对实际地层平面范围多大于纵向厚度这一特征,利用地震资料的平面属性特征来研究沉积模式、沉积历史,来弥补资料纵向分辨率不足带来的研究限制 (曾洪流,2011).地震沉积学的概念由Zeng等 (1998)首次提出,此后国内外学者对其基础理论,尤其是针对薄互层识别的地震沉积学体系内的地球物理技术手段进行了广泛的研究及应用.林承焰和张宪国 (2006)首次总结提出了以地震资料分频处理、90°相位旋转、地层切片处理与分析为核心流程的地球物理技术手段,陆永潮等 (2008)借助地震沉积学原理及地球物理手段对滩坝砂薄互储层进行了精细识别,朱筱敏等 (2013)对三角洲窄河道砂体走向以及边界进行精细描述,并形成了相应的技术规范,耿晓洁等 (2016)在建立地层格架的基础上,应用地震沉积学技术,实现了近岸水下扇体目标描述.以上理论及技术的应用,很好的展现出了地震沉积学在薄层、互层储层预测中的良好的应用效果.本文以L87井区近岸水下扇体薄互储层预测为目标,论述了分频处理、90°相位旋转、地层切片三项技术应用关键点,同时结合地震反演技术定量描述储层,最终总结形成了地震沉积学“定性”、反演“定量”的技术流程,实现了目标薄互储层的精细刻画.

1 研究区概况

L87井区构造位置位于济阳坳陷东营凹陷东部,北邻青坨子凸起,井区面积15 km2.井内L87、L871两口探井自上至下依次钻遇T6(沙三底油页岩集中段)、T7(沙四上灰质砂岩集中段) 两套地震标准反射层.在沙四段纯上6砂组 (由于在T7标准轴下方,为方便描述,自定义为T7X) 钻遇10~20 m含油薄互含油储层 (图 1).结合岩芯观察,认为含油目的层段主要发育陡坡带近岸水下扇体沉积,其中两口钻探井位于中扇—外扇部位 (图 2).

图 1 原始地震剖面 (解释层位自上至下依次为T6、T7、T7X) Figure 1 The original seismic profile (the explanation layer is T6, T7 and T7X from top to bottom)

图 2 L87井区近岸水下扇沉积相图 Figure 2 Sedimentary facies diagram of underwater fan in the near shore of L87 well

两口井初期压裂试油均在30 t/d,展示了良好的勘探开发潜力,对井区内薄互层扇体的分布规律的研究也就成为区块研究的主要方向.但该区目的层地震资料主频22 Hz,埋深大于2800 m,平均速度2400 m/s,计算理论纵向最小识别厚度为30 m,远不能满足10~20 m含油薄互储层预测要求,因此如何有效识别水下扇体展布范围和如何预测薄互储层纵横向发育特征成为L87井区研究的技术难点.现有的薄层预测方法多以地震反演为主,但常规反演往往存在纵向分辨能力低的问题 (王成林等,2008).结合L87井区实际储层特点,本文充分利用地震沉积学在薄储层预测中的优势,综合采用地震沉积学定性、地震反演定量的技术手段流程,有力指导了区块井位的部署,展现了地震沉积学的良好应用效果.

2 分频处理技术

叠后分频处理技术是一种基于频谱分析的地震资料解释性处理手段,它利用一系列离散频率成分 (尤其是高频) 对地震资料进行解析成像,进而揭示地层纵向变化规律及沉积相带的演变.由地震沉积学原理可知不同频率段的地震数据包含不同的地质信息,低频数据通常反映厚储层特征,而高频数据则多反映薄层特征 (夏竹等,2005刘喜武和宁俊瑞,2009).因此可以在研究区开展地震资料分频处理,针对不同沉积特征采用不同的分频数据体开展研究工作.

分频处理方法有傅氏变换、短时傅氏变换、小波变换等,本文采用小波分频的方法.基于小波变换功能形成的小波分频特殊处理技术,突出优点是可以通过小步长刻画信号高频成分的任意微小细节,在提高地震分辨率的同时可以较好地压制地震噪声,既保持了原始地震资料的真实性,又改善了剖面质量,与常规分频处理方法相比,有着更好的应用效果 (刘喜武等,2009).

对L87井区采用分频处理技术主要基于两个原因:一是井区目的层多为10~20 m薄互层,而地震资料理论最小纵向分辨率为30 m,无法满足研究需求;二是90°相位旋转技术是地震沉积学主要技术手段之一,其应用效果主要受到地震纵向分辨能力与实际储层厚度的吻合程度影响,吻合度越高应用效果越好.通常地震资料理论最小分辨率为1/4波长,统计L87井区平均储层厚度13 m,平均速度2400 m/s,计算目标主频应为45 Hz.

比较原始地震剖面与45 Hz小波分频剖面 (图 3),可以看出:通过分频处理,地震主频由24 Hz提高至45 Hz,且分频剖面地震轴连续性较好,并未因主频的提高处理而引入过多噪声,分频数据具有可使用性;T7X轴目的层附近,分频剖面较原始地震剖面地震信息更加丰富,对薄储层的反映更加清楚,为后续相位旋转、切片等工作奠定了基础.

图 3 原始地震剖面与分频地震剖面 (a) 原始地震剖面; (b) 分频地震剖面,解释层位自上至下依次为T6、T7、T7X. Figure 3 The original seismic profile and the frequency division seismic profile (a) Original seismic profile; (b) Frequency division seismic profile, the explanation layer isT6 T7 and T7X from top to bottom.
3 90°相位旋转技术

90°相位旋转技术是指将零相位化地震资料转换成90°相位地震资料,使反射波主瓣提到薄层中心,转换后地震反射的峰 (谷) 对应于地层,而不是对应于地层的顶、底界面,这样就使地震反射具有了岩性地层意义.

90°相位旋转技术无需地震资料解释和井资料,具有处理速度快的优点,但不是所有地震资料都适合该技术,其使用需要具备以下条件:地震资料品质要好,要有较高的信噪比和分辨率;地震资料最佳分辨厚度与实钻目标储层厚度要匹配,越匹配效果越好;目标储层界面地震反射特征要明显 (陈文雄等,2013).

综合评价L87井区45Hz分频地震资料,基本满足上述三个条件,可进行90°相位旋转.考虑到叠后地震资料只是零相位化的地震资料,而不是真正的零相位资料,此时采用90°相位旋转往往达不到最佳应用效果,需要首先对地震资料做零相位化处理.在零相位化处理的基础上对45Hz分频地震资料进行90°相位旋转处理 (图 4).以主力含油层段所在T7X轴为例分析,相比旋转前,旋转后T7X轴的波峰由原来的目的层顶界面转至了目的层内,这样就使得T7X轴的波峰由反映界面信息变为了反映岩性信息,为后续切片处理打下了良好的基础.

图 4 分频地震剖面图 (a) 与90°相位旋转分频地震剖面图 (b) Figure 4 The frequency division seismic profile (a) and the 90° phase rotation seismic profile (b)
4 地震体切片技术

地震体切片技术是指对地震体进行纵向切片以观察其平面特征,主要有时间切片、层位切片和地层切片.时间切片适用于地层水平、厚度均匀地层;层位切片适用于地层弯曲、沉积厚度均匀地层;地层切片 (等比例切片) 适用于纵向特征变化大的地层 (图 5).

图 5 三类切片特征示意图 (时间切片、层位切片、地层切片) Figure 5 Three types of slice characteristic sketch map (time slice, layer slice and stratigraphic section)

切片体的最顶和最底端两张切片称为控制层位切片,而控制层位的选取则是地震切片技术的关键.对于层位切片和地层切片,必须选取靠近目的层附近的同一沉积地质时间平面作为控制层进行切片处理才有地质意义.对沉积等时面的判断往往采用二维频谱分析的方法,其原理主要基于沉积等时面在频率域具有稳定连续的高能量的特征.通过对L87井区45 Hz地震资料做全区二维谱统计分析发现,T7轴普遍具有连续高能量特征,而T7X轴则对应低能量,因此T7轴为等时沉积面,可作为切片控制层 (图 6).T7X轴虽靠近目的层,但其不是等时沉积面,若以其作为控制层得出的切片就会产生“穿时”问题,失去了地震沉积学的研究意义,反映不出沉积演化规律.

图 6 地震剖面二维频谱图 Figure 6 Two dimensional spectrum of seismic profile

L87井区目的层沉积厚度较为均匀,这里选用层位切片技术观察平面沉积特征.选取T7轴为顶面控制层,向下3 ms为步长切切片得到一系列切片平面图 (图 7).由切片图可以看出:目的层段范围内纵向发育图①、图③ 两套扇体,且图③ 扇体较图① 更为发育;由图③ 可以看出扇根沟道清晰,扇中沉积较厚、扇缘沉积较薄且边界清晰,物源来自扇根部的北偏东方向 (北部为青坨子凸起),符合理论上扇体的沉积特点;图③ 切片位置位于主力含油砂体内,表明了主力含油砂体平面呈现扇体形态特征,与前期岩心观察后得出的区块为水下扇体沉积的地质认识判断相吻合;纵向上仅有2~3张切片有扇体形态,即扇体纵向切片持续时间短,表明了两套扇体具有层薄的特征.

图 7 层位切片图 (a)-(d) 依次为图①-图④,地震剖面中红色虚线为切片位置. Figure 7 Layer slice profile (a)-(d) is fig.①-fig.④, the red dotted line in the seismic section is the position of slice.

总体上,由层位切片图可以清楚的看到纵向上水下扇体的沉积演化规律及横向上的扇体展布特征,切片图与理论上扇体特点以及实钻沉积相判断具有较好吻合,一定程度上印证了对L87井区采用地震沉积学技术流程的正确性.

5 地震反演定量预测储层

借助基于地震沉积学原理的分频、90°相位旋转和切片技术,可以在平面上很好地识别目标区水下扇体形态特征,但要定量识别扇体还需要地震反演技术.结合前期分频处理分析,为有效提高对目标薄互层的反演分辨率,本文采用叠后45 Hz分频地震体替代原始地震数据体做谱模拟反演.谱模拟反演技术主要是通过对井的波阻抗和地震分别做谱分析,对两种谱计算匹配算子,并将匹配算子施加到地震完成最终的反演.该反演无子波提取、无初始模型,因而具有反演人为因素少、地质现象反映客观的优势 (尹继全和衣英杰,2013毕俊凤和杨培杰,2014).

通过岩石物理分析,L87井区目的层段内砂泥岩波阻抗存在一定重合,但总体呈现砂岩高波阻抗,泥岩低波阻抗的特征,门槛值选为7200 g/cm3m/s.分析过L871-L87井谱模拟反演剖面 (图 8),反演结果与实钻砂体吻合度较高,尤其对上部含油砂体纵向厚度及横向展布刻画清晰,达到了对扇体定量预测的目的.

图 8 45 Hz分频地震体波阻抗反演剖面图 Figure 8 45 Hz frequency seismic body wave impedance inversion profile
6 结论 6.1

分频处理、90°相位旋转和地震体切片技术是地震沉积学主要地球物理手段.三项技术的合理组合应用对于储层,尤其是薄层、薄互层的平面特征识别具有良好的应用效果.

6.2

三项技术都有各自的应用技术关键点.分频处理技术要求根据目标最小识别厚度来计算选取分频处理的主频值,地震资料分频值过低则无法满足薄层砂体识别要求,分频值过高则会导致资料的失真,因此适当的主频值的选取是分频处理技术的关键;90°相位旋转应用效果主要受到地震纵向分辨能力与实际储层厚度的吻合程度影响,两者吻合度越高应用效果越好,同时该技术还需要在零相位化处理后的地震资料上使用才可达到最佳应用效果;地震体切片技术分为时间切片、层位切片和地层切片,该技术应用关键点:一是切片类型的选取要依据实际目标区地质特征决定,二是上下控制面应选取具有等时沉积特征的地震层位.

6.3

叠后地震谱模拟反演技术具有井数据需求量小、反演人为操作因素少的特点.针对勘探阶段薄储层,可选用分频地震体进行谱模拟反演,以达到对薄储层定量预测的目的.

6.4

通过建立地震沉积学的研究思路可很好的挖掘地震信息,对目标储层的“定性”具有良好的效果,同时可借助地震反演手段来“定量”预测,最终达到对储层纵横向展布形态、范围的合理有效预测.

致谢 感谢审稿专家提出的修改意见和编辑部的大力支持!
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