频谱分解及地质模型反演新方法在滩坝砂沉积特征及发育模式研究中的应用

郭建卿,林承焰

(中国石油大学地球科学与技术学院,山东青岛 266580)

频谱分解及地质模型反演新方法在滩坝砂沉积特征及发育模式研究中的应用

郭建卿,林承焰

(中国石油大学地球科学与技术学院,山东青岛 266580)

基于研究区三维高精度地震资料,根据地震沉积学原理,利用频谱分解、地震反演等岩性地球物理技术,并结合地质、测井、录井资料,对博兴油田沙四上亚段滩坝砂储层进行有效预测。结果表明:30 Hz为最佳调谐频率值；沙四上中部砂体最发育,沉积特征较为显著；滩坝砂经历了一次明显“湖退砂进”的沉积演化过程；研究区滩坝砂沉积模式呈湖退进积“坝”砂沉积为主,湖进退积“滩”砂、浅湖泥沉积为主的特征；滩坝砂沉积主要控制因素为水动力作用和古地形条件等。

滩坝砂；频谱分解；地震反演；单频切片；储层预测

滩坝砂在东营凹陷博兴洼陷沙四上亚段广泛分布。通常利用合成地震记录,结合钻井资料、测井资料对其在地震剖面上进行标定以及识别预测,但是由于滩坝砂岩为明显的薄互层沉积,岩相横向变化快,同时传统的地震解释方法受地震资料自身分辨率控制难以对隐蔽较深的储层进行更好地辨别和预测。研究表明,频谱分解、单频切片、地震反演等方法在划分地层等时沉积界面、识别厚度较薄的沉积储层等方面起着重要的作用[1],频谱分解后,最有利监测的频谱值与砂体沉积和展布形态一致,然后对沉积体系进行连续、动态的演化分析,研究储层展布,预测出优质储层发育区。因此,笔者依据现代地震技术与沉积学研究进行反馈互动,充分运用三维高分辨率地震资料提供的各种频率、振幅及波阻抗信息,揭示地下沉积地质体的空间展布形态及内部结构,从而获得滩坝相沉积体系的精细成像刻画,指导有利区带预测。

1 研究区地质概况

博兴油田位于东营凹陷刺激构造博兴洼陷南斜坡,受博兴断层和石村断层次生断层的影响,油田夹于两个反向断层之间,南北高,中间低,形成了一个明显的地垒构造(图1)。沙四上亚段沉积时期,东营凹陷南部鲁西隆起、西北部滨县-青城凸起河流三角洲发育[1-2],砂体搬运至博兴洼陷南斜坡,由于该处地形坡度较缓,高度差异小,水体浅而广,形成滨浅湖滩坝砂沉积。砂体在盆地斜坡背景上,由湖浪和湖岸流搬至湖盆内部形成的滩、坝砂体,沉积砂体受沉积物所处位置、水体深浅、湖底坡度等决定的水动力条件和构造运动所控制。在同一湖盆同一发育阶段的不同位置上,由于构造、古地形、物源、古气候等条件不同,砂体发育情况也随之改变。砂体多呈条带状、透镜状分布,并多期迁移叠置。沙四上亚段厚80～170 m,砂体主要位于目的层中下部Es3、4Es44、Es45砂组,中部Es43-1小层滩坝砂体显著发育,砂体厚度为3～10 m。

图1 博兴油田T83-B3区块沙四上Es40砂组顶面构造图Fig.1 Es40sand layer superface structural map of T83-B3 block of Boxing Oilfield

2 基础资料分析和处理

通常地震成果数据频谱带宽需要保持一定带宽的范围,从而保证保幅及减少频率信息损失。研究区地震资料为保持振幅后的纯波资料,频谱分析表明主频在10～30 Hz(图2),带宽为0～90 Hz。根据合成地震记录标定,目的层深度段对应地震反射剖面1800～2200 ms的时窗,地震波速度为2.0～4.0 km/s,地震波分辨率λ为5～30 m。基础资料完全能够满足研究分析要求。

3 应用技术

3.1 频谱分解与分频切片

在不同频率下,地震同相轴也会发生变化,低频地震同相轴更接近岩性界面,高频地震同相轴则接近等时界面[3]。频谱分解技术是利用傅里叶变换(DFT)和最大熵谱方法(MEM),将地震数据体转换到频率域,从而实现薄层指示时间地层厚度的特征[4-6]。

对于滩坝砂发育地层,本次通过对主要砂体厚度对应的地震波分辨率附近进行频率成分扫描,直至获得最佳图像。目的储层砂体厚度为3～15 m,地震波分辨率为5～30 m,砂体发育的频率为10～50 Hz,因此针对目的储层沿地震反射层进行上50 ms和下50 ms时窗长度为100 ms的10～50 Hz频率分解,计算获得10、20、30、40 Hz的“单一频率”调谐体和离散频率数据体,经过对比分频后的调谐体剖面,沙四上亚段对应的调谐频率为30 Hz时,滩坝砂体沉积特征明显,与井点测井信息较为吻合一致(图3,红色箭头所示为频率衰减方向)。坝砂地震波同相轴呈中振幅,中连续,短轴状不连续展布,滩砂横向连续性差,同相轴呈席状强反射。原始地震资料中的高频成分与测井的高频层序划分吻合的较好,可利用高频地震数据体进行等时沉积界面解释,并结合地层岩性识别研究沉积发育史及沉积相平面展布,进行储层预测。在砂体较为发育的目的层下部,有频率衰减趋势(图3,红色箭头所示为频率衰减方向),因为当地震波穿过含油气层时,波的能量会产生较大衰减,可能暗示储层的存在。

图2 博兴地区2.0 s频谱特征扫描(左)和30 Hz雷克子波(右)Fig.2 Frequency spectrum attribute scanning 2.0 s(lift)and 30 Hz Ricker wavelet in Boxing Oilfield(right)

图3 不同分频数据的频率剖面Fig.3 Frequency section of different separate frequency

通过频谱分解,实现单井与平面相互标定和反馈,并通过井点检验,重构沉积砂体空间沉积结构和沉积样式的精细刻画及储层的横向变化特征。滩坝砂薄互层与其他沉积体相比,具有“层薄(千层饼)、个小”的特点[7-9],坝砂较厚,粒度较粗,平面上呈细条带状与湖岸平行或斜交、相连；滩砂呈较宽的席状展布。地震属性特征上识别三角洲砂体呈连片的强振幅反射；滩坝砂发育区域,振幅值略低,且因为断层切割,形成零星分布的砂体。

在频谱分解后的30 Hz高频地震数据体中,沿地震反射层1 800～2 200 ms,对应钻井深度2.7～3.0 km,上50 ms和下50 ms时窗长度为100 ms每隔10 ms进行地震振幅属性切片提取,自下而上共制作出460张切片图像,不同深度的切片图像可以反映滩坝砂体的沉积演化过程。利用单井资料及砂体等厚图对分频切片标定,在2050 ms切片上,研究区中部的B8-10 Es41砂组2.768～2.790 km、B10-10、B7-8井滩坝砂体厚度均超过了10 m,以坝砂为主,振幅较高；而滩坝砂体不发育的B9-7井2.795～2.815 km,振幅较低,以滨浅湖泥为主,揭示出滩坝砂体沉积的中—高振幅、低频的地球物理响应特征。在目的层段对应的地震反射时窗内,发现井点发育滩坝砂的部位,在分频切片上都显示为中—高振幅特征(图4)。

3.2 多参数地质统计反演技术

多参数地质统计反演方法是指通过多井反距离加权内插方法在无井区进行合理内插,断层和层位的解释高度闭合,从而构建地质模型[10]。通过横向上连续变化的地震层面信息与测井高分比率阻抗信息相融合,弥补了地震中缺少的高频成分,维持了反演过程中对应的地质界面的稳定性与收敛性。该地震反演方法在井点处忠实于测井数据,降低了噪声对反演结果的影响,地震反演效果更好,可以识别厚度大于1 m的砂层(图5)。

B7-10井2.282～2.290 km岩心录井显示为灰色砂岩,自然电位呈钟形、箱型,自然伽马数值较低,负异常,呈箱型,砂体较厚,坝砂沉积。B9-9—B8-9—B7-10—B7连井波阻抗地震反演剖面揭示出,该套砂体上下阻抗差异显著,分布稳定,基本呈条带状展布,延伸至B8-9井附近厚度约为4 m。同时,在该套砂体下方,B8-9井发育另一套厚约5 m的砂体,呈底平上凸的透镜状,为坝砂沉积。可见,该地震反演方法对于识别和划分储层、预测砂体展布较为准确可靠。

图4 研究区30 Hz分频切片显示Es43-1小层振幅平面分布特征及沉积相解释Fig.4 Amplitude and sedimentary facies explanation of Es43-1 member on 30 Hz separate frequency in region of interest

图5 研究区沙四上亚段东西向B9-9～B7井连井地震反演结果Fig.5 Latitudinal B9-9-B7 well tie seismic inversion result in Es4上of region of interest

4 储层预测与井组检验

沉积微相研究结果表明,沙四上亚段主要为滩坝砂沉积,储层以薄层砂泥岩频繁互层为主要特征[11]。利用多参数地质统计学反演结果,并结合频谱分解结果、单频切片对储层做出综合分析预测。

在30 Hz的地震分频数据体中,对Es43-1小层、Es44-1小层、Es45-2小层沿层开时窗提取振幅属性,结果显示,3个小层在30 Hz的频谱成像能够清晰反映储层横向变化规律,从不同深度的地层切片特征可以识别出砂体展布经历了自下而上从无到有,不断积累增厚的过程(图6)。

在对滩坝砂体地震相特征进行正演模拟和频谱分解技术分析基础上,在地震属性宏观预测储层的前提下,利用该区高分辨率地震资料,采用多参数地质统计反演,落实滩坝砂体发育范围。在高分辨率反演成果基础上,结合地质和测井资料,对每期储层进行精细解释,获得其平面展布特征,可以得到精细的沉积相展布图。从图7中可以看出,随着时间推移,湖平面下降,滩坝砂近东西向发育面积不断扩大,洼陷中央B8-10、B10-X11滩坝砂较为发育,南部鲁西隆起物源供给相对充足,“湖退砂进”的沉积特征明显,这与地震反演剖面反馈的垂向沉积特征一致。

图6 分频切片地震属性显示滩坝砂沉积演化过程Fig.6 Separate frequency Slicing Seismic attribute reveal beach-bar sediment evolution prosessing

图7 研究区地震反演砂岩砂层平面等厚图与沉积相对比图Fig.7 Seismic inversion sand layer isopach map compare with sedimentary facies of study area

5 沉积模式

碎屑岩滩坝沉积体系一般形成于开阔的滨浅湖地区,在湖浪或沿岸流的作用下,将邻近地区三角洲或其他近岸浅水砂体再搬运、沉积而成。根据滩坝砂岩的形态和产状,滨浅湖滩坝沉积可划分为坝砂和滩砂,滩砂又可细分为滩脊和滩席。受湖盆扩张、河流改道、气候变化等地质因素影响,河流作用逐渐减弱,相反湖盆波浪和沿岸流作用逐渐增强,湖浪和沿岸流对三角洲带入湖盆的沉积物反复淘洗冲刷、再分配,导致三角洲前缘沉积砂体发生侧向搬运,顺着三角洲侧缘形成条带状“坝”砂沉积(图8)。

当湖平面下降时,三角洲向湖盆中心部位进积,河口坝较为发育；随着湖平面上升,三角洲沉积物被淹没并遭到波浪改造与分流,水动力条件较弱,而形成滩砂沉积。坝一般位于古地形相对较高地区,滩砂沉积位于坝砂沉积两侧,滩砂与坝砂相比,沉积砂体的厚度薄、粒度细。当垂直岸线或斜交湖岸的波浪由湖盆中央向湖岸运动时,波浪触击湖底,并继续向岸方向运动形成碎浪,波浪能量消耗较大,使得较粗碎屑沉积下来,形成了沿岸沙坝沉积。

图8 研究区Es43-1小层滩坝砂沉积模式Fig.8 Beach-bar sedimentation model of Es43-1 sand member of interest region

6 结 论

(1)由地震反演发现研究区沙四上亚段Es43砂组主要以浅湖泥沉积为主、Es44砂组滩坝砂体集中分布于中部B3、B7-8井区、Es45砂组滩坝砂范围有所扩大,由中部B8-8、B8-10井区扩至东部B10-X11井区。

(2)Es43-1小层、Es44-1小层、Es45-2小层振幅属性显示,30Hz的频谱成像反映储层横向变化规律较清晰,砂体集中于研究区北部和中部,北部为三角洲前缘沉积,中部B8-10井区附近为滩坝砂沉积,自Es45-2小层至Es43-1小层砂体从无到有,不断积累增厚。

(3)滨浅湖地区,在湖浪或沿岸流的作用下,将邻近地区三角洲或其他近岸缓坡带浅水砂体再搬运、沉积而成。湖退时期,湖浪和沿岸流对三角洲带入湖盆的沉积物反复淘洗冲刷、再分配,导致三角洲前缘沉积砂体发生侧向搬运,顺着三角洲侧缘古隆起形成条带状坝砂沉积；随着湖平面上升,三角洲沉积物被淹没并遭到波浪改造与分流,水动力条件较弱,在滨岸地势较平坦地区形成滩砂、浅湖泥沉积；滩坝砂沉积主要控制因素为水动力作用和古地形条件等。

[1] 李斌,宋岩,何玉萍,等.地震沉积学探讨及应用[J].地质学报,2009,83(6):821-826.

LI Bin,SONG Yan,HE Yu-ping,et al.Discussion and application of seismic sedimentology[J].Acta Geologica Sincica,2009,83(6):821-826.

[2] 李祥权,苏明,张建新,等.三维地震技术在地质研究方面的应用[J].石油学报,2008,29(4):554-557.

LI Xiang-quan,SU Ming,ZHANG Jian-xin,et al.Application of 3D seismic technique in geology study[J].Acta Petrolei Sinaca,2008,29(4):554-557.

[3] 朱筱敏,刘长利,张义娜,等.地震沉积学在陆相湖盆三角洲砂体预测中的应用[J].沉积学报,2009,27 (5):916-920.

ZHU Xiao-min,LIU Chang-li,ZHANG Yi-na,et al.On seismic sedimentology of lacustrine deltaic depositonal systems[J].Acta Sedmentologica Sinica,2009,27(5): 916-920.

[4] ZENG H L,BACKUSM M,BARROW K T,et al.Stratal slicing(Ⅰ):realistic 32D seismic model[J].Geophysics,1998,63(2):502-513.

[5] ZENG H L.From seismic stratigraphy to seismic sedimentology:a sensible transition[J].Gulf Coast Associa-tion of Geological Societies Transactions,2001,51:413-420.

[6] POSAMENTIER H W,KOLLA V.Seismic geomorphology and stratigraphy of depositional elements in deep water settings[J].Journal of Sedimentary Research,2003,73 (3):367-388.

[7] ZENG H L,HENTZ T F.High frequency sequence stratigraphy from seis mic sedimentology:applied to Miocene,Vermilion Block 50,Tiger Shoal area,offshore Louisina[J].AAPG Bulletin,2004,88(2):153-174.

[8] 贾建亮,刘招君,陈永成,等.测井-地震多属性密度曲线重构反演技术及应用[J].吉林大学学报:地球科学版,2010,40(3):700-705.

JIA Jian-liang,LIU Zhao-jun,CHEN Yong-cheng,et al. The technique oflog-seismic multi-attributes density curves reconstruct inversion and its application[J].Journal of Jilin University(Earth Science Edition),2010,40 (3):700-705.

[9] 朱洪昌,朱莉,玄长虹,等.运用高分辨率地震资料处理技术识别薄储层及微幅构造[J].石油地球物理勘探,2010,45(增刊1):91-93.

ZHU Hong-chang,ZHU Li,XUAN Chang-hong,et al. Application of high resolution seismic data processing technique to identify thin reservior and low anplitude structure[J].Petroleum Geophysical Exploration,2010, 45(sup1):91-93.

[10] 张国栋,刘萱,田丽花,等.综合应用地震属性与地震反演进行储层描述[J].石油地球物理勘探,2010,45 (增刊1):139-143.

ZHANG Guo-dong,LIU Xuan,TIAN Li-hua,et al.Integrated application of seismic attribute and seismic inversion in reservior characterization[J].Petroleum Geophysical Exploration,2010,45(sup1):139-143.

[11] 曹丹平,印兴耀,张繁昌,等.井间地震约束下的高分辨率波阻抗反演方法研究[J].石油物探,2010,49 (5):426-429.

CAO Dan-ping,YIN Xing-yao,ZHANG Fan-chang,et al.Study of high-resolution impedance inversion method constrained by crosswell seismic data[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2010,49(5):426-429.

(编辑 徐会永)

Application of new method of spectrum decomposition and seismic inversion in research of beach-bar sand sedimentary characteristics and development model

GUO Jian-qing,LIN Cheng-yan
(School of Geosciences in China University of Petroleum,Qingdao 266580,China)

Based on 3D high-precision seismic information and seismic sedimentology principle,beach-bar facies reservoir of Upper Es4formation of Boxing Oilfield were predicted by using spectrum decomposition,seismic inversion of seismic sedimentology and geology,logging,borehole logging information.The results show that 30 Hz is the optimum tuning frequency. Sandstone is the most development in the middle part of Upper Es4formation and its sedimentary characteristic is remarkble. Beach-bar sand boby undergoes obvious"sandstone sedimentation under the water regression period"evolution process. Beach-bar sedimentary model shows its giving priority to"bar"sand sedimentation under the water regression period,while" beach"sand and shallow lake mud sedimentation under the water transgression period.Hydrodynamism and palaeotopography condition are the main control factors of beach-bar sedimentation.

beach-bar sand；spectrum decomposition；seismic inversion；monochromatic slice；reservoir prediction

TE 121.3

A

1673-5005(2013)03-0037-07

10.3969/j.issn.1673-5005.2013.03.006

2012-11-12

国家自然科学基金项目(40872094)

郭建卿(1979-),女,博士,研究方向为地震沉积学与层序地层学。E-mail:qingbdq@126.com。