白庙气田沙三段地震频谱衰减特征与含气性检测

宋红伟，廖林，边树涛，潘秀梅，董艳蕾

（1.中国石化西北油田分公司，新疆 轮台 841604；2.广州海洋地质调查局，广东 广州 510760；3.中国石油大学（北京）资源与信息学院，北京 102249；4.中油测井技术服务有限责任公司，北京 100101）

白庙气田沙三段地震频谱衰减特征与含气性检测

宋红伟1，廖林2，边树涛3，潘秀梅4，董艳蕾3

（1.中国石化西北油田分公司，新疆 轮台 841604；2.广州海洋地质调查局，广东 广州 510760；3.中国石油大学（北京）资源与信息学院，北京 102249；4.中油测井技术服务有限责任公司，北京 100101）

以东濮凹陷南部兰聊断裂下降盘的白庙气田沙三段砂砾岩水下扇体为例，根据优选出的气层、水层和干层在测井资料和地震属性分析中的响应特征，通过反复试验，选取合理的时窗值及子波同态谱（Cepstral谱），采用基于模型的参量法估算地震波频谱衰减特征，开展地层含气性预测研究。结果表明，当时窗值选择100 ms，Cepstral延迟值为10时，地震波形稳定，而且分辨率高，含气砂体在地震中出现中高频衰减现象。与实钻成果对比发现，反演预测与钻井吻合率为82.4%。

频谱衰减；含气性检测；沙三段；白庙气田

在油气藏范围内随着频率变化的地震波吸收衰减率与其周围介质和含水储层有所不同。在油气生产期，井周围的地震资料在产油层出现了明显的高频衰减，而远离井的地震资料没有这一现象［1-3］。高频衰减是一种内部衰减，是岩石孔隙中气体和其他流体相互作用摩擦的结果，是岩石内部流体相互作用及其流动性所引起的［4-5］。学者普遍认为，岩石骨架的弹性性质、岩石的孔隙率及孔隙中含流体成分等是造成地震波高频衰减的主要因素［4-6］。通常油气藏具有层状性质，对于同一岩层孔隙中含油气部分与含矿化水部分相比，具有纵波速度低、波阻抗小、吸收系数大的特点。因此，利用地震频谱的吸收衰减特征可进行储层含油气性检测。

文中选取白庙气田三维地震区为研究突破口，根据目的层气、水、干单砂体（砂层）在测井资料和地震属性的响应特征，有针对性地选取参数，利用基于模型的参量法估算地震波频谱衰减特征，检测地层的含气性。

1 地质概况

白庙气田位于东濮凹陷东部，前梨园洼陷与葛岗集洼陷间的继承性低幅隆起之上，受兰聊断层和杜寨断层共同控制形成半背斜构造，区内发育NNE—SSW和NEE—SWW向2组断裂。研究区以古近系沙河街组沙三段沙三下（Es33）—沙三上（Es34）早中期的湖底扇沉积、沙三上（Es34）晚期的扇三角洲沉积及沙二下（Es21）的漫湖沉积和盆地边缘冲积扇沉积为主要勘探目标，埋深2 500～3 700 m。沙三段地层岩性以不等厚互层的灰质纯泥岩和浅灰色粉、细砂岩及砾质砂岩、砾岩组合为特征。其砾岩层主要分布于兰聊断层附近，层薄，砾石成分复杂，大小混杂，一般以含砾粗砂岩、细砂岩形式出现。白庙地区63口井统计表明，整个沙三段泥岩厚度常大于1.0 m，粉、细砂岩沉积厚度为0.5～4.0 m，砾状砂岩和砾岩沉积厚度小于1.5 m。

2 含气性检测可行性分析

2.1 气、水、干层测井响应特征

对白庙地区63口井沙三段的试气成果和测井曲线解释成果进行了对比分析，分别优选出气层、水层和干层的单砂体（砂层）来识别其在常规测井曲线响应特征。其中，气层单砂体（砂层）在自然电位（SP）和自然伽马（GR）曲线中以箱型、钟型为特征，具有较高的曲线幅度；在地层电阻率（Rt）与冲洗带电阻率（Rxo）曲线中具有明显的峰值，且两者之间曲线幅度差较大；而在声波时差（AC）曲线中，数值明显增大，在250～320 μs/ m，但是并没出现明显的“周波跳跃”现象；中子测井（CNL）读数较大，在8.0%～20.0%。水层单砂体（砂层）的SP，GR曲线以钟型、漏斗型为主，曲线幅度差，较气层小；CNL读数在5.0%～8.0%；AC曲线数值在220～ 250 μs/m；在Rt与Rxo曲线上幅度差较大。而干层的SP、GR曲线以钟型、指化钟型为主，曲线幅度差明显较气层和水层小；其CNL读数在4.5%～7.0%，与水层的差异不十分显著，但小于气层的读数；AC曲线数值在200～240 μs/m，整体较气层小，略低于水层的读值。

2.2 地震响应分析

白庙三维地震采样率为1 ms，频带宽度50 Hz以上，主频在20 Hz。从已钻井的井震标定结果来看，一个地震波组涵盖了一套不等厚互层的砂泥岩组合，大多数单砂层都能标定在强振幅上，但是钻井证实这些强振幅对应的都是一套叠合砂体［7］。采用主分量去噪等预处理后，提取多种地震属性来分析气、水、干层在地震中的响应。其中，优选了波形分类、分频、瞬时频率、瞬时相位、均方根振幅等5种属性进行了对比分析，结果发现，所提取的属性在平面上没有明显的区带规律性，沉积环境和沉积相特征敏感性也不明显，并且各属性之间的相关性也较差。这与研究所使用的地震资料主频低、采样间隔大、分辨率低有关系，说明其难以反映出埋藏较深、薄层状发育的各种类型砂体。

3 检测方法研究

3.1 检测方法的选择

图1为白庙气田实际地震道在80 ms的分析时窗上计算得到的最大熵谱，4个峰值几乎呈窄的尖峰，精确指示出频率值。相比之下，傅里叶谱却比较圆滑，峰值点不突出，其在10～20 Hz不能分辨2个频率成分的振动，只能得到一个频率为16 Hz的峰值，而最大熵谱则可以清楚地得到分别为12 Hz和20 Hz的尖峰值。基于上述分析，在精确计算地震频率信号谱的基础上，可以通过从信号谱中提取子波同态谱，得到计算时窗内各个有效频带的分布，然后再通过对比目的层前后有效频带中不同频率成分的吸收和衰减，来定性分析目的层内部的岩性和流体特征。

图1 单一地震道的最大熵谱与傅里叶谱对比

结合前述白庙三维地震资料和油气水井的测井响应分析结果，文中采用了基于模型的参量法估算地震波频谱的技术［8-13］，其基本原理是通过解剖已知信号的结构，将某种具有结构共性的属性从噪声背景和不具有结构共性的属性中分离出来，然后利用一系列有限参数来表示这一属性［14］。

3.2 关键参数的选取

在进行信号谱、子波谱、衰减谱的计算时，选择大小合适的时窗是关键。时窗的大小直接影响了信号谱、子波谱的形状及衰减谱的衰减特征［14］。文中首先拾取目的层沙三段各砂层组顶底界面的地震相位，然后沿目的层上下各开一个大小相同的时窗，分别计算信号谱和子波谱，最后将上下两个时窗子波对数谱的绝对值相比，从而得到由于目的层含气影响所造成的频率吸收的衰减谱。为了减小围岩岩性变化对频谱的影响，分别提取了25，50，75，100，150，250 ms不同时窗条件下的频率信号谱。从图2可以看出，当时窗在50 ms以下时，信号谱表现不稳定；时窗超过50 ms后，信号谱趋于稳定；在75 ms和100 ms时，波形稳定且分辨率高；当时窗在100 ms以上时，谱特征趋于稳定。

图2 不同时窗内最大熵谱与傅里叶谱对比

试验结果表明：如果选择较大的时窗，沙三段快速的岩性横向变化可能影响地震频率信号谱和子波对数谱，从而造成天然气对地震频率的影响变小，衰减谱的多解性增大；如果选择较小的时窗，在计算最大熵谱时可能因为不满足自相关函数的递归数据，产生截尾效应，所求的解具有较大的不确定性，引起相对高频能量的畸变和分裂，主要表现为在频率信号谱上的畸变现象严重。因此，目的层上下时窗的合理计算长度应为100ms。

另一个重要参数是在频率信号谱的基础上提取Cepstral子波对数谱时，要选取合适的Cepstral延迟值。应用图3的质量监控，使趋势线圆滑地包络在子波的振幅谱上，得到Cepstral延迟的最佳值为10。

图3 子波对数谱延迟值

4 含气性检测有效性分析

4.1 处理效果

图4为过B10井的南北向测线CrossLine658的频率衰减谱剖面，图中颜色代表当地震波穿过目的层后地震频谱的衰减程度，蓝色表示衰减程度很弱，向红色过渡，衰减程度逐渐加大。

图4 目的层频谱衰减剖面

由图4可以看出，在白庙地区三维地震数据0～50 Hz的有效带宽范围内，中高频的强衰减区主要出现在515—616道，衰减频率在20 Hz左右，其中，B10和B26井均处在10～30 Hz的中高频强衰减区内，说明地层含气可能性较大，气藏发育，这与实钻情况是吻合的；对比之下，可以看到检测剖面上B14井位置没有出现中高频段的强衰减，说明地层含气性可能较小，这也得到了钻井的证实。

值得注意的是，在剖面的左侧存在0～10 Hz频段内的较强低频衰减。一般说来，中高频段的衰减主要是由于地层中含油、气、水等流体造成的，而低频段的衰减主要是由于地层岩性、物性等变化造成的［1-3，14］。根据CrossLine658左侧所覆盖的地层中有较厚膏盐层的特征，推测认为，该处强烈的低频衰减是由于地层岩性组合变化所引起的，与地层含气带来的中高频衰减有所不同，从而可以排除其含气的可能性。

4.2 误差统计

白庙气田沙三上试气井共51口，产气量在4 000 m3/d以上的12口井，全部检测到较强—强的中高频衰减。其他在沙三上目的层试气为微气层和干层的39口井中，在中高频段几乎没有衰减的井18口，标定为吻合井；有微弱衰减的井12口，标定为基本吻合井；有较强衰减的井9口，标定为不吻合井。对比实钻结果，在白庙气田利用频谱的吸收衰减特征对沙三段目的层进行储层含油气性检测，反演预测综合吻合率为82.4%。

5 结束语

根据优选出气层、水层和干层的单砂体（砂层）在测井资料和地震属性响应特征，在白庙气田沙三段地震波频谱衰减特征研究中发现，当地震波穿越含气砂体时，其中高频段的能量会受到压制形成衰减；同时，岩性快速的横向变化也会引起地震频率的衰减，导致衰减谱的多解性增大。结合白庙气田沙三段基本地质特征，研究认为可以利用地震波频谱衰减技术有效识别地层含气性。实践也证实，预测结果与实钻井的吻合率均达到80%以上，能够满足生产实践的要求。

［1］Dilay A，Eastwood J.Spectral analysis applied to seismic monitoring of thermal recovery［J］.The Leading Edge，1995，14（11）：1117-1122.

［2］Mitchell J T，Derzhi N，Lichma E，et al.Energy absorption analysis：A case study［C］.Denver：Society of Exploration Geophysicists，1996.

［3］廖林，陈汉林，牛佳文.文昌A凹陷某气藏非弹性效应与含气性检测［J］.石油物探，2007，46（2）：166-169. Liao Lin，Chen Hanlin，Niu Jiawen.Seismic inelasticity effect of the gas reservoirs and prediction in the Wenchang A Sag［J］.Geophysical Prospecting for Petroleum，2007，46（2）：166-169.

［4］王东，张海澜，王秀明.部分饱和孔隙岩石中声波传播数值研究［J］.地球物理学报，2006，49（2）：524-532. Wang Dong，Zhang Hailan，Wang Xiuming.A numerical study of acoustic wave propagation in partially saturated prelatic rock［J］. Chinese Journal of Geophysics，2006，49（2）：524-532.

［5］席道瑛，刘斌，程经毅，等.干燥和饱和岩石的衰减与频散特性［J］.物探化探计算技术，1997，19（1）：19-22. Xi Daoying，Liu Bin，Cheng Jingyi，et al.The attenuation and dispersion of dry and saturated rocks［J］.Computing Techniques for Geophysical and Geochemical Exploration，1997，19（1）：19-22.

［6］黄凯，徐群洲，杨晓海，等.地震波能量的衰减及其影响因素［J］.新疆石油地质，1997，18（3）：212-216. Huang Kai，Xu Qunzhou，Yang Xiaohai，et al.Attenuation of seismic wave energy and its constraints［J］.Xinjiang Petroleum Geology，1997，18（3）：212-216.

［7］边树涛，狄帮让，董艳蕾，等.地质统计反演在东濮凹陷白庙气田沙三段储层预测中的应用［J］.石油地球物理勘探，2010，45（3）：398-405. Bian Shutao，DiBangrang，Dong Yanlei，etal.Application of geostatistical inversion in reservoir prediction in the third member of Shahejie Formation，Baimiao Gas Field，Dongpu Depression［J］.Oil Geophysical Prospecting，2010，45（3）：398-405.

［8］刘企英.用频谱比法提取衰减吸收信息［J］.石油地球物理勘探，1987，22（5）：529-544. Liu Qiying.The extract of absorption information using frequency spectrum ratio method［J］.Oil Geophysical Prospecting，1987，22（5）：529-544.

［9］黄中玉，王于静，苏永昌.一种新的地震波衰减分析方法：预测油气异常的有效工具［J］.石油地球物理勘探，2000，35（6）：768-773. Huang Zhongyu，Wang Yujing，Su Yongchang.A new analysis method for seismic wave attenuation effective tool for predicting hydrocarbon abnormaly［J］.Oil Geophysical Prospecting，2000，35（6）：768-773.

［10］刘喜武，年静波，刘洪.基于广义 S变换的地震波能量衰减分析［J］.勘探地球物理进展，2006，29（1）：20-24. Liu Xiwu，Nian Jingbo，Liu Hong.Generalized S-transform based on seismic attenuation analysis［J］.Progress in Exploration Geophysics，2006，29（1）：20-24.

［11］陈文超，高静怀.基于改进的最佳匹配地震子波的地震资料衰减特性分析［J］.地球物理学报，2007，50（3）：837-843. Chen Wenchao，Gao Jinghuai.Characteristic analysis of seismic attenuation using MBMSW wavelets［J］.Chinese Journal of Geophysics，2007，50（3）：837-843.

［12］张勇，宋维琪.基于储集层地质模式用多种地震属性参数预测砂体含油气性［J］.石油勘探与开发，2001，28（4）：60-63. Zhang Yong，Song Weiqi.Predicting the oil/gas bearing potential of sand bodies with various seismic attribute parameters based on geological model of the reservoirs［J］.Petroleum Exploration and Development，2001，28（4）：60-63.

［13］边树涛，董艳蕾，郑浚茂.地震波频谱衰减检测天然气技术应用研究［J］.石油地球物理勘探，2007，42（3）：296-300. Bian Shutao，Dong Yanlei，Zheng Junmao.Study on application of seismic frequency spectrum attenuation to detect natural gas［J］.Oil Geophysical Prospecting，2007，42（3）：296-300.

［14］LuisCRamtrez-Cruz，Raul del Valle-Garcta，Jaime Urrutia Fucugauchi. Enhanced oil production in mature field assisted by spectra attenuation analysis［J］.Journal of Geophysics and Engineering，2005，2（1）：48-50.

（编辑 赵旭亚）

Characteristics of seismic frequency spectrum attenuation and gas-bearing detection in the third section of Shahejie Formation，Baimiao Gas Field

Song Hongwei1,Liao Lin2,Bian Shutao3,Pan Xiumei4,Dong Yanlei3
(1.Northwest Oilfield Company,SINOPEC,Luntai 841604,China;2.Guangzhou Marine Geological Survey,Guangzhou 510760,China; 3.College of Geo-Resources and Information,China University of Petroleum,Beijing 102249,China;4.China National Logging Corporation,Beijing 100101,China)

Based on the responses of optimized gas zone,water zone and dry znoe in logging data and seismic attributes,gas-bearing detection on the glutenite subaqueous fan in the third section of Shahejie Formation in Baimiao Gas Field,which is located in the footwall of Lanliao Fault Zone,Dongpu Depression,is carried out through the selection of appropriate time-window length and wavelet spectra(Cepstral spectra)after experiments and through using the parameter method based on a model to estimate the characteristics of seismic frequency spectrum attenuation.The study results show that the seismic wave is stable and indicates a high resolution,and that the high frequency attenuation presents in seismic operation for gas-bearing sandbody,when the time-window length is 100 ms and the lag of Cepstral spectrum is 10.Meanwhile,the results also show that the agreement rate of inversion prediction and drilling is 82.4% according to the drilled wells.

frequency spectrum attenuation;gas-bearing detection;the third section of Shahejie Formation;Baimiao Gas Field

国家重点基础研究发展计划（973）项目“非均质地层地球物理响应特征”（2007CB209601）；中国石油天然气集团公司科学研究与技术开发项目“物探新方法新技术研究”（2008A-1804）

TE122.2+3

：A

1005-8907（2012）02-0145-04

2011-09-01；改回日期：2012-01-15。

宋红伟，男，1976年生，工程师，主要从事油气勘探开发研究工作。E-mail：shw513@126.com。

宋红伟，廖林，边树涛，等.白庙气田沙三段地震频谱衰减特征与含气性检测［J］.断块油气田，2012，19（2）：145-148. Song Hongwei，Liao Lin，Bian Shutao，et al.Characteristics of seismic frequency spectrum attenuation and gas-bearing detection in the third section of Shahejie Formation，Baimiao Gas Field［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2012，19（2）：145-148