莫西庄地区三维工区非线性反演与砂体识别

李 琼, 何建军, 李正文

(油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学),成都 610059)

莫西庄地区三维工区非线性反演与砂体识别

李 琼, 何建军, 李正文

(油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学),成都 610059)

准噶尔盆地中部莫西庄的侏罗系三工河组储层砂体在纵向、横向上变化大，且物性不均匀。本文通过对钻井、测井、试油等地质资料的分析研究，以三维地震资料为基础，采用地震高分辨率非线性三维整体反演方法，对多种参数进行了反演和处理，获得了反映砂岩分布特征的速度、密度及伽马等属性参数的三维数据体，并综合地质资料进行沉积分析、砂岩累计厚度和有效砂岩累计厚度及储层分布研究。通过物性特征分析，建立了识别和评价三工河组砂体的物性标准，利用岩性划分标准和地震多属性数据，提取出三工河组砂体和有利砂体的空间展布特征。三工河组砂岩和有利砂岩发育，并以条带、砂坝和席状砂形式展布，展布方向与区域沉积方向一致。其中三工河组优质储层段J1s21和J1s22厚度较大，具备良好的物性条件，具有较高的产储能力和勘探开发前景。

莫西庄；侏罗系；储层特征；物性参数；地震属性；地震沉积

莫西庄地区位于准噶尔盆地中部区块，构造上属于盆地腹部的中央凹陷带。盆地腹部油气资源丰富，具备形成大型地层岩性复合油气藏的地质条件。2002年，中部区块庄1井在侏罗系三工河组(J1s)钻遇油流，日产油25.2 t，随后又在2个低幅度构造侏罗系分别取得油气突破，展示了良好的勘探前景[1-2]。

现有的地震资料在该目的层的频带范围在8～75 Hz，主频为25～35 Hz，目的层砂组厚度10～30 m，单砂层厚度平均在3～5 m，gt;10 m的砂层很少，地震资料在纵向上所能分辨的厚度gt;25 m(层速度选取4 km/s)，目的层砂体厚度远低于地震λ/4分辨率。所以在落实厚度小于分辨率的薄砂体还存在着一定问题，用常规地震手段识别储层非常困难。针对砂体识别，主要采用地震属性分析方法和直接反演方法。利用相干体、地震道波形分类、谱分解技术等对河道砂体、薄层砂体进行预测是行之有效的[3-4]。利用反演方法和三维可视化技术可以有效地进行河道砂体追踪以及储层横向预测[5-6]。而联合地震反演和地震属性对储层砂体进行识别也是一种行之有效的方法[7]。地震非线性反演已成为一种比较有效的岩性反演方法，它具有很强的稳定性、预测性，特别是在复杂构造砂泥岩地区，薄层和岩性尖灭体预测时，能清晰反映砂体在纵横方向上的变化特征[8-11]。利用非线性反演方法，结合测井、录井、测试资料，可以较为准确地圈定有利储层发育区及储层的有效厚度，反演的中低频分量物性剖面反映了大套地层的物性特征，而高频分量反映局部特征，可直接用于刻画有效砂体的展布特征[12-13]。

基于目前的勘探现状，利用先进的非线性方法技术，开展储层的精细分析，寻找有利的勘探区域，已成为当务之急。主要目的层三工河组埋藏深度大，由多期河道砂叠置组成，叠置的砂体间由于旋回性的变化造成物性条件的不均一性，砂体的纵横方向上展布特征不清楚并且变化大。为此，开展了物性特征分析，建立砂岩和有利砂岩划分标准，在岩性划分标准和三维地震属性体分析基础上，对三工河组地震沉积相和砂体空间展布进行追踪和刻画，对砂体进行识别和评价，圈定有利砂岩的分布。结合物性参数、沉积相、砂体厚度和含油气分布面积等，对三工河组产储能力作出预测和评价，图1为莫西庄三维工区位置示意图。

图1 莫西庄三维工区位置示意图Fig.1 Map showing three-dimensional study area of Moxizhuang

1 储层地质特征

三工河组砂岩分布于准噶尔盆地中央凹陷带的盆地腹部地区，其构造为宽缓的古隆起，并在隆起构造的背景上发育了一些局部低幅度背斜和鼻状构造。莫西庄地区位于马桥凸起和中拐凸起向盆地南倾没处。图2是J1s22顶构造图，由图2可以看出，三工河组砂岩储层表现为西南方向倾伏的鼻状构造，正断层发育，断层走向大多为近东西向或北东向。

图2 莫西庄地区J1s22顶构造图Fig.2 The structural map illustrating the top surface of J1s22 at Moxizhuang area

三工河组自上而下分为3段：第一段(J1s1)以灰、深色泥岩为主。第二段(J1s2)为一套河流相为主体的沉积物，可分为2套砂岩组，上部砂岩厚度较小，为8～16 m，为河流相砂体沉积；下部砂岩较厚，厚度为30～65 m，以河流相砂体沉积为主的中细砂岩。第三段(J1s3)为一套砂泥岩互层，中部泥岩较为发育，上部与下部则发育砂岩。

2 储层物性特征

2.1 地震反射特征

图3是研究区目的层地震剖面。由图3可看出，J1s1、J1s21层多具平行反射组合，J1s22反射层多具前积结构，反映砂体有叠置特征(图3中的蓝色虚线所示)。

2.2 地震高分辨率非线性储层反演方法原理

将遗传算法、ANFIS神经网络技术、禁忌搜索算法及混沌算法的优势相结合形成一种自适应优化方法(AGACS)，这种反演方法是与测井资料结合，对ANFIS网络进行混沌化，接着对目标问题进行编码、选择、交叉和变异等操作，在交叉点上加入禁忌搜索算法(TS)，使染色体不断进化，从而求得全局最优解。

图3 研究区目的层地震反射特征Fig.3 The characteristics of seismic reflection of objective layer in the research area

该算法可以对三维地震数据进行稳定及可靠的反演，在层位控制下，将工区多井的测井数据与井旁地震道数据输入ANFIS网络，同时进行整体优化训练，得到整个三维工区的自适应权函数，并建立非线性映射关系，再根据储层在纵横方向上的地质变化特征更新这种非线性映射关系，获得分辨率高且稳定的地震反演数据体(速度数据体、波阻抗数据体、密度数据体等)，可用于三工河组砂岩储层的定量分析。图4为储层高分辨率非线性三维反演流程图[14]。

2.3 地震反演属性特征

利用高分辨率反演方法，获得了速度、密度和伽马属性数据体，图5是地震反演属性剖面图。由图5可以看出，J1s21层中，底部以速度为4.25～4.4 km/s、密度2.3～2.5 g/cm3和伽马值lt;85.0 API为主要特征；在J1s22层中，中上部以速度为4.3～4.5 m/s、密度2.4～2.5 g/cm3和伽马值lt;80.0 API为主要特征。反演的速度和密度在纵向上变化明显(图5-A、B)，对井分析表明岩性相关性好，纵向上可划分出5～6层小砂岩组，在构造低部位，速度相对较低，构造高部位速度较高，且分布集中，反映出砂岩更厚。在伽马剖面上，对岩性的整体纵横方向变化特征反映更加明显(图5-C)，J1s21层泥质含量远高于J1s22，因此J1s21以高伽马为特征，J1s22以低伽马为特征。在J1s22中纵向分层明显，砂岩发育与低伽马值对应。

图4 高分辨率非线性三维反演流程图Fig.4 Flow chart of 3D nonlinear inversion with seismic high resolution

2.4 物性参数特征

通过井和地震反演属性对三工河组砂岩的速度、密度和伽马值进行了统计分析，建立了砂岩和有利砂岩的物性参数变化规律(表1)。

由表1可发现，速度、密度和伽马均能较好地反映岩性，对于J1s1砂岩，速度为4.2～4.6 km/s、密度gt;2.40 g/cm3，伽马为40～90 API；对于J1s21砂岩，速度为4.3～4.4 km/s、密度为2.4～2.5 g/cm3，伽马为40～90 API;对于J1s22砂岩，速度为4.3～4.6 km/s、密度为2.4～2.5 g/cm3，伽马为40～80 API。对于有利砂岩，速度为4.3～4.6 m/s，密度为2.45～2.50 g/cm3，伽马值为40～70 API。通过对井地质与测井资料对比分析，结合前期研究成果，确定有利砂岩速度为4.3～4.6 km/s，密度为2.45～2.50 g/cm3，伽马值为40～70 API。

3 储层地震沉积特征

在地震沉积学分析中，将地震反演提取的速度、密度和伽马等参数进行融合处理，形成表征沉积特征的综合属性参数，进而获得沉积相图(图6)。由图6-A可看出，物源自NE进入，分为2支，一支为NE-SE向延伸，河道有小支流；另一支河道由NE进入后，近EW向延伸，然后转为NE-SW向延伸，转向过程有分叉后合并现象。由图6-B可看出，物源自NE向进入，分为2支，一支在庄4井南，NE-SW向延伸；另一支河道在庄106-庄107井一线，特征明显，由NE进入后呈E-W向延伸，然后转为NE-SW向延伸。总体上河道分支较小，曲流河特征明显，在主河道边缘地带砂体发育，且处于砂泥交叉地带，油气容易被遮挡形成岩性油气藏。由图6-C可看出，物源自NE进入，分为4支河道，第1支值较低，形态可见；第2～第4支主河道特征清楚；第2、第3支主河道从NE进入后近E-W向延伸，在西部折向NE-SW向，2条主河道在庄102井和庄5井交叉；第4支主河道是主砂带，从NE进入SW过程中往南分化出多支相互交叉的小河道，形成网状交织，辫状河三角洲特征明显。

表1 物性参数统计表Table 1 Statistics of property parameters

图5 地震反演属性剖面图Fig.5 The profile of seismic inversion

4 砂体与有利砂体空间展布特征

通过钻井与测井对砂体的物性参数进行对比分析，确定了砂体和有利砂体的速度、密度和伽马值(表1)。根据砂体和有利砂体的速度、密度和伽马值计算，提取了各层的砂体和有利砂体的厚度值，并利用钻井和测试确定的厚度进行对比校正，最终获得了储层的砂体和有利砂体空间展布特征。

4.1 砂体空间展布特征

由图7-A可看出，砂岩厚度在0～40 m之间变化，最大厚度在40 m左右。砂体的分布分为3个条带：北部条带NEE-SW向延伸，中部条带NEE-SW向展布，南部条带NEE-SW向展布，这3个条带相互交接，与区域沉积方向一致。

由图7-B可看出，J1s21砂岩厚度在10～40 m之间变化；最大厚度区域在庄4井南，呈NE-SW向的条带，厚度为30～40 m，是一个大型砂坝。在工区西部和南部有厚度为10～25 m的砂岩分布，为远砂坝和席状砂分布区。

由图7-C可看出，砂岩厚度为10～110 m，从东向西、由北向南减薄。厚度gt;40 m的区域在工区中北部呈片状分布，仅在南部局部地区厚度lt;40 m，显示出此期物源丰富、沉积稳定。厚度gt;60 m的区域基本上呈条带状沿NE-SW向延伸，为主河道区，砂岩分布带延伸过程中产生多条分支。

4.2 有利砂体空间展布特征

由图8-A可看出，J1s1层有4个分布区域：(1)庄4-庄107-庄102-庄5一线分布区，呈EW向的条带分布，厚度为0～8 m，是主要有利砂岩分布区，是砂坝集中区；(2)庄4井以北，厚度为4～5.5 m，为点砂坝分布区；(3)庄103井西，厚度为3～7 m，为远砂坝区；(4)庄108井南，块状分布，厚度为2～5 m，为远砂坝。由于J1s1有利砂岩厚度不大，并且分布不均，多为含水层，储层品质较差。由图8-B可看出，J1s21层有利砂岩厚度分布趋势与砂岩厚度分布趋势相比基本一致，J1s21有效砂岩厚度为0～15 m。由图8-C可看出，J1s22层有利砂岩厚度分布趋势与区域砂岩厚度特征基本一致，有利砂岩厚度仅为0～22 m。在工区的东北角基本呈片状，厚度较大，达10～22 m，在西部由NE向SW呈条带延伸；有利砂体呈4条带分布，且基本平行延伸。

5 油气预测

三工河组储层的地质特征复杂，属于河流-湖泊沉积体系，岩性以砂泥岩互层为主，岩性纵横向变化快，储层为水下河道砂体。受岩性和构造共同制约，为较典型的构造-岩性油气藏。三工河组储层的含油气性与砂岩体空间展布、有利砂岩空间展布及物性特征等密切相关。

5.1 地震沉积特征与储层油气预测

J1s1层的沉积特征为水下河道、砂坝和远砂坝，岩性多为粉砂岩-细砂岩；J1s21层沉积特征为水下分流河道(曲流河)和席状砂，砂体发育，砂泥交替或交叉，油气易被遮挡形成油气藏；J1s22层有4条河道，第4条河道是主砂带，并分化多条交叉的小河道，形成网状交织的辫状河三角洲，是油气富集环境和富集场所。

5.2 物性参数特征与储层油气预测

表1可知，三工河组储层的波速和密度高、伽马值低，代表砂体质地更纯，对油气聚集更有利。表2是物性参数与含油气统计表，由表2可以看出，在上亚段J1s21中，速度为4.25～4.4 km/s、密度为2.3～2.5 g/cm3、低伽马区(lt;85.0API),且有一定厚度和横向延伸度时，产油气潜力大；在下亚段J1s22中，速度为4.3～4.5 km/s、密度为2.4～2.5 g/cm3、低伽马值区，则产油可能性大。

5.3 有利砂岩储集能力预测

由有利砂岩空间展布特征可知，J1s1层有利砂岩厚度不大，分布不均，储集能力较差，无开采价值。J1s21层有利砂岩的有效厚度在0～15 m之间，有效厚度4 m是储层下限，有效厚度较大，储集能力强，产能也高。J1s22层有利砂岩的有效厚度在0～22.0 m之间，有效厚度较大，连片性好，储集能力强，产能也高。表3是产能与有利砂岩厚度和含油分布面积统计表。由表3可看出，产层累计有效厚度大的层段，产能高，因此，有利砂岩有效厚度与产能密切相关。

图7 砂岩厚度分布图Fig.7 The distribution of sandstone thickness

图8 有利砂岩厚度分布图Fig.8 The thickness distribution of favorable sandstone

层位物性参数v/(m·s-1)ρ/(g·cm-3)伽马(API)区块预测结果J1s224300.00～4500.002.40～2.6050.0～70.0庄103井区油层J1s214300.00～4400.002.40～2.5060.0～75.0庄106井区油层J1s224300.00～4400.002.30～2.4070.0～80.0庄106井区含油层J1s214250.00～4400.002.40～2.6060.0～75.0庄107井区油层J1s214300.00～4400.002.30～2.5060.0～75.0庄5井区含油层J1s224300.00～4500.002.40～2.6050.0～70.0庄5井区含油层

表3 产能与厚度和面积统计Table 3 The statistics of capacity, thickness and area

应用研究不连续现象的突变理论与技术，圈定了庄103、庄106、庄107和庄5井区的含油面积(表3)，含油面积表明了储集能力，4个井区含油面积为11.33 km2，庄106区块储集能力最大，其次为庄103井区，最小为庄5区块。J1s21和J1s22层段是三工河组的优质储层段，具有较高的产储能力和勘探开发前景。

6 结 论

通过物性分析，确定了三工河组储层各段砂岩和有利砂岩的物性判别依据，并以此岩性划分依据采用地震高分辨率非线性三维整体反演方法对准噶尔盆地中部莫西庄三维工区提取各地震属性参数，用多属性的砂泥比参数融合成综合参数，划分出三工河组储层各段的沉积相。J1s21以2条河道为主；J1s22物源自NE进入，以4条河道为主。

依据砂岩和有利砂岩划分标准，利用多属性参数，提取各层段的砂岩和有利砂岩的厚度。砂岩和有利砂岩发育，砂岩和有利砂岩以条带状、砂坝和席状形式展布，并与区域沉积方向一致。

三工河组储层为构造-岩性储层。河流-湖泊沉积体系和水下河道砂体是油气富集环境和场所；三工河组各层段的速度、密度高和低伽马值的纯砂岩有利于油气储集；J1s21和J1s22层段的有利砂岩厚度较大和有一定的含油气面积，具有较高的产储能力，为优质储层，具有勘探开发前景。

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LI Qiong, HE Jianjun, LI Zhengwen

StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China

Moxizhuang； Jurassic; reservoirs characteristics; physical property parameter; seismic attributes; seismic sedimentation

P631.4; TE122.24

A

10.3969/j.issn.1671-9727.2017.06.10

1671-9727(2017)06-0727-11

2017-04-26。

国家自然科学基金项目(41274129); 国家科技重大专项(2011ZX05035-005-003HZ); 中国石油化工股份有限公司西北油田分公司科技攻关项目。

李琼(1968-)，女，博士，教授，研究方向：油气地球物理勘探及岩石物理, E-mail:liqiong@cdut.edu.cn。