C51井区葡萄花储层薄砂体展布地震精细刻画

陈泓竹 王彦春 高 阳

(①中国地质大学(北京)地球物理与信息技术学院，北京 100083；②自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室，陕西西安 710021)

0 引言

C51井区葡萄花储层砂岩发育，埋深小[1]，为三角洲前缘相沉积。在厚约10m的地层内发育两套砂组，砂组间界限清晰，每套砂组呈砂泥岩薄互层结构，单层砂岩厚度小(平均约为2m)，其中下部砂组的砂岩厚度相对较大(最大厚度为6m)，砂组横向变化快，平面分布局限[2]。现有地震资料的分辨率不足以区分两套砂组，虽然钻井资料垂向分辨率高，能够准确识别单砂体，但无法刻画井间砂体变化[3]。

对于识别砂泥岩薄互层中的单砂体，地震技术遇到极大挑战[4-5]，一般侧重于理论模型分析，但成功应用实例较少[6-7]。现有地震资料的频带有限(8～100Hz)，垂向分辨率不高，为此人们进行了广泛方法研究[8-9]。如在振幅保真前提下提高地震分辨率，但限于地震资料采集频带有限，成像结果的垂向分辨率无法分辨厚度小于6m的薄层。为了分辨薄层，提出了叠后提高分辨率的方法[10-12]，但会破坏振幅保真度，实际效果不佳。在保真宽频成像基础上，地震振幅属性分析成为识别薄储层的主要方法[13-19]，但需要依据地质和钻井资料确认某种瞬时地震属性的有效性。地震反演能明显提高成像分辨率，如地质统计学反演[20]，但多解性强。因此，以地质认识和地震属性约束减小地质统计学反演的多解性是需要深入研究的课题。

薄互层结构的岩性组合横向变化导致地震反射特征变化，用于岩性识别的地震保幅宽频处理最大限度地反映了这种变化[21]。地震属性切片结合地质认识和测井数据，最大限度地挖掘地震数据的地质信息，成为地震沉积学和古地貌学的主要技术方法[22-24]。Zeng[25]提出薄层分辨率的概念，强调用切片识别薄层，而不是分离薄层界面。凌云研究组[26-27]提出基于参考标准层的地震属性切片技术研究薄层结构及其演化。李国发等[28]基于模型正演，提出了单砂体对应“零值时间”地震切片的概念，为薄互层条件下的单砂体解释提供了思路，但在实际资料中难以确定“零值时间”。首先，实际地震波形是多组薄砂体的综合效应，而且地层结构复杂，仅由“两套薄砂体夹一套泥岩隔层”模型不能描述，且在目的层段存在多个旋回组合及过渡岩性，相邻地层致使目标砂体地震响应特征存在横向变化，无法确定每个薄砂体的零值时间；其次，实际地震子波是时、空变的，具有非平稳性[10]，致使记录波场振幅变化；再有，模型正演没有考虑噪声影响，反映薄层的信息存在于地震高频成分中，且难以在地震处理阶段完全压制高频噪声。

本文基于工区内18口钻井资料的砂体对比结果，研究了葡萄花储层砂体的空间展布规律，作为评价、优选地震属性切片的参考依据；结合测井资料，从目的层段的连续沿层切片中确定砂组的反射时间；依据切片对应时间确定砂组的地震属性提取窗口，优选地震属性；基于地震属性平面图，确定砂组的沉积微相；在砂组展布和沉积微相约束下优选参数，开展地质统计学反演，提高垂向分辨率，精细刻画砂组的空间展布。

1 测井解释砂体展布

C51井位于气藏的中低部位，油气高度和单井产能都说明C51气藏砂体发育、油气富集程度高。储气库建设需要搞清砂体的分布范围和厚度变化，首先依据钻井资料得到气藏的大致边界和砂组厚度分布，为利用地震信息精细刻画砂体提供依据。

1.1 构造及沉积环境

C51气藏构造格局清晰，呈东倾斜坡，地层近水平展布(图1)。在气藏的西侧和北侧断层发育，在平面上表现为东西向晚期断层切割南北向早期断层，导致局部构造破碎，在剖面上呈地堑与地垒组合。气藏主体区断裂不发育，东侧受构造控制，西侧为断层控制，南侧为岩性控制，为岩性—构造气藏，具有统一的油、气、水界面，高点海拔为-447m，油气界面海拔为-535m，油水界面海拔为-543m。

C51井区葡萄花气层为姚一段下亚段，上覆姚一段上亚段、姚二段、嫩一段、嫩二段等4套连续稳定的泥岩分布，厚度大(累计300m以上)，泥质含量高(平原淤积泥、滨浅湖泥、半深湖—深湖泥)，对油气藏封盖性好。该区在姚一段沉积早期，湖盆开始萎缩，水体变浅，由北部物源沉积了一套三角洲前缘相砂体，主要发育水下分流河道、河口坝、席状砂、水下分流间湾等4种沉积微相。区内发育3条河道，主河道沿C51井和C66-182井一带发育，垂向上由多期河道叠置而成，河道宽度大，呈近南北向展布，控制砂体的沉积。钻井揭示：C51井区姚一段地层厚度约为40 m，砂岩集中发育在姚一段下亚段(葡萄花储层)，其中葡一组地层厚度为8.0～10.0m，砂岩厚度为3.0～5.0m，平均有效厚度为3.3m；储层物性好，孔隙度为28%，渗透率为300.9mD，气藏中部平均深度为500m。

图1 研究区葡萄花油层顶面(T1-1a)构造图

1.2 砂体特征

区内葡萄花储层砂岩纵、横向变化明显。纵向上砂体叠置，厚层砂体由多个单砂体叠加而成；横向上厚砂体分布范围局限。与上、下围岩相比，储层段整体具有高速度、高密度特征，但在储层内部，砂泥岩差别不明显。测井响应特征(图2)为：自然伽马反映大段砂泥岩组合，且部分井规律性不强；电阻率一般在砂体底部一定厚度范围内“起跳”，不能很好地反映砂体厚度；自然电位主要反映渗透性砂岩，与主力砂体厚度匹配度好，为砂岩储层的最佳响应曲线，砂岩储层的自然电位门槛值为92mV。

图2为葡萄花储层连井对比剖面。由图可见，葡萄花储层在垂向上分为上、下两套砂组，为两个旋回。如C74-180井的上部发育两期薄层席状砂，下部发育一期厚层分流河道砂，两套砂组界限清晰(图2黑色虚线)。葡萄花储层在垂向细分为上部(PⅠ1)和下部(PⅠ2)两个砂组： PⅠ1至少包含2套薄砂层(河道砂或席状砂)，在平面上由南向北厚度减小； PⅠ2厚度较大，主体发育在研究区北部，在C59井和C74-180井间存在砂体边界。

1.3 测井解释砂体展布

根据区内18口钻井资料制作了11条连井剖面(限于篇幅，文中只列出一条)，精细对比PⅠ1、PⅠ2，修正已有气藏范围(图3)。

以往将C51井气藏的PⅠ1、PⅠ2作为整体研究，认为C59井与C57井气层属于同一套砂体，分别对PⅠ1、PⅠ2进行精细对比后认为：①在C59井和C57井间存在气藏边界，C57井气层属于PⅠ2； C59井气层属于PⅠ1，与C74-180井上部薄砂层及C78-170井钻遇砂岩为同一套砂体。②C51气藏在C59-9井以北存在砂岩边界，C52井在PⅠ2钻遇厚度为1.2m的砂岩，构造高度位于气藏油水界面以上，但试气出水，与C59-9井砂体对应，但不连通。③C82-178井和C78-180井间存在砂岩边界，C82-178井发育上部薄层席状砂和下部分流河道砂，砂体的横向位置与C78-170井不同。④C56井和C57井间存在砂岩边界，C56井厚层砂岩为2套河口坝叠置砂岩，C57井PⅠ2砂岩厚度较小。

综上所述，区内PⅠ1和PⅠ2的砂岩垂向界限清晰，且PⅠ2厚度较大。统计18口井的数据可知：PⅠ1的砂岩厚度为1～2m，砂岩整体厚度小，以薄层砂岩为主，主要发育在南部C78-170—C59-1井区，在C84-160井附近厚度最大(5.2m)； PⅠ2的砂岩厚度为5～7m，砂岩厚度较大，最大为7.6m，发育在C66-182井附近，主体分布在研究区北部，砂岩边界位于C59、C78-170、C59-9井区，在南部C59-1和C56井周边零星发育。

图2 葡萄花储层连井对比剖面(剖面位置见图1红色折线)

图3 测井解释葡萄花储层砂体厚度图

2 沿层振幅切片优选

2.1 地震反射特征

针对目标层开展高保真、宽频带地震资料处理。地震数据采集、处理的时间采样率为1ms，面元尺寸为20m×20m。叠前时间偏移处理成果的信噪比高、波组特征明显、层间信息丰富，能够体现岩性变化及小断层特征。

C51井区内18口井标定结果表明：姚一段顶面(T1-1)呈中—弱振幅、连续波谷反射，可连续追踪；葡萄花气藏顶面(T1-1a)呈中—强振幅、较连续波峰反射，在含气砂岩发育区，波峰能量减弱，受砂体厚度变化影响，同相轴能量强、弱变化，并有间断，如C74-180井附近；葡萄花气藏底界面(T1-1b)呈中—强振幅、连续波谷反射，可连续对比、追踪(图4)。频谱分析结果显示，目的层段主频约为58Hz，频带范围为10～90Hz。姚一段下亚段储层的正演模拟结果和地震剖面振幅特征表明，反射振幅与岩性变化存在较好对应关系：储层含气时，反射振幅以弱—中弱为主，地震反射特征全区较为统一；储层为干层、水层以及油气水同层时，地震反射特征规律性不强，总体上以中～中—强振幅为主，弱～中—弱振幅较少。C51井区砂岩平均速度约为3000m/s，地震资料能分辨的砂体最小厚度约为12.9m(1/4波长)，消除调谐效应的反演分辨率为6.47m(1/8波长)，大致可分辨葡萄花储层，不能直接分辨厚度小于5m的砂体。

图4 连井地震剖面(剖面位置见图1红色折线)

2.2 沿层振幅切片优选

经验表明，若区内存在上、下两层叠置砂体，所提取的沿层瞬时振幅属性一般是上、下两套砂体的叠合响应，不能反映单砂体的形态，但在某一时刻，沿层瞬时振幅属性可相对清楚地反映上层或下层砂体的形态，另一层的影响较小。文献[28]、[29]的理论分析及两层叠置砂体模型试验表明，上层的瞬时属性有时反映下层形态，下层的瞬时属性有时反映上层形态。将单砂体的顶、底面反射叠加结果作为一个复合波，则两套砂体的实际地震反射为两个复合波的再次叠加。分析单个复合波与砂体的反射时间关系后得出零值法切片原理：反映下层砂体形态的时间位置位于上层砂体复合波振幅为零处；反映上层砂体形态的时间位置位于下层砂体复合波振幅为零处。可见，只要找到砂体顶、底界面形成的复合波振幅零值点，在此时间位置提取属性，就能准确地反映另一套砂体的空间分布。

图5 叠置薄砂体反射波形与单砂体复合波零值时间

蓝色为泥岩，黄色为砂岩，给定PⅠ1、PⅠ2的砂体厚度分别为2、5m，其间的泥岩隔层厚度为2m，砂岩速度为3000m/s，密度为2.25g/cm3，泥岩速度为2600m/s，密度为2.00g/cm3。取地震子波主频为55Hz，生成PⅠ1(地震道1)、PⅠ2(地震道2)及两套砂体复合的合成地震记录(地震道3)。地震道1振幅为零的时刻分别为492.0、497.5、506.0ms(3条蓝线位置，以字符②标出)，地震道2振幅为零的时刻分别为495.0、502.0、510.0ms(3条绿线位置，以字符①标出)

基于C51井区葡萄花储层为PⅠ1、PⅠ2叠合的实际情况，建立正演模型(图5)。按照零值法切片原理认为，在地震道1振幅值为零的时刻地震道3的振幅主要反映PⅠ2的贡献，在地震道2振幅值为零的时刻地震道3的振幅主要反映PⅠ1的贡献。在实际数据中难以从地震道3中分离出单砂体产生的复合波，从而也无法确定单砂体复合波的零值振幅对应的时间。由零值法切片原理可知，在某一时刻的沿层振幅切片能够相对清楚地反映单砂体展布。为此，分析目的层段的连续沿层振幅切片与钻井资料解释的砂体展布的相关性，优选反映单砂体分布的沿层切片精细刻画砂体。

以葡萄花气层的顶界(T1-1a)上移10ms起，以1ms间隔向下进行40个连续振幅切片扫描(图6)，从上到下沿层振幅切片依次编号为1、2、3、…、40号。将连续切片与砂体展布(图3)对比，优选出2张沿层振幅切片(图7)，即24号(PⅠ1)与10号(PⅠ2)。可见：反映下层砂体(PⅠ2)形态的时间出现在上部；反映上层砂体(PⅠ1)形态的时间出现在下部；C51井区沿层振幅切片较好地刻画了砂体平面展布，边界清晰，与钻井解释结果吻合度高。

图6 葡萄花储层段的连续沿层振幅切片时间位置

图7 24号切片(PⅠ1，a)与10号切片(PⅠ2，b)

优选沿层振幅切片确定了反映单砂组的地震反射时间位置，即PⅠ1位于T1-1a界面下14ms，PⅠ2正好位于T1-1a界面。与井资料对比结果表明，由沿层切片得到的砂体厚度与井数据的符合率约为80%，不符合的原因在于影响地震振幅的因素众多，其中地震频带有限和薄层调谐是主要因素，还需采用井震结合反演方法精细刻画单砂组。

3 葡萄花储层砂体展布

地震垂向分辨率不足以直接分辨单砂组；沿层振幅切片受薄互层干涉影响，识别精度不高。地质认识约束下的地质统计学反演能够大幅提高垂向分辨率，是精细刻画单砂组空间展布的有效方法，但必须有合理的约束条件和准确的反演参数。文中以沉积微相为地质约束、预测半径为主要反演参数。

3.1 沉积微相

地震属性是划分沉积微相的基础，区内葡萄花储层埋深小，地震资料信噪比和分辨率均较高，地震响应能够客观地反映储层变化。首先优选地震属性，再结合砂岩厚度分布，定性分析PⅠ1、PⅠ2的沉积微相。

PⅠ1砂组主要发育在研究区西南部，受北部断层影响小。在垂向上PⅠ1位于地震波谷，以24号沿层连续切片的垂向时间位置为中心，取时窗长度7ms提取地震属性。从各类振幅属性中优选地震总振幅属性(时窗内各样点振幅绝对值之和)(图8a)，其平面展布与测井解释结果(图3a)相关度高。结合地质认识认为，PⅠ1为北部物源沉积，存在4种沉积微相(河道砂、决口扇、席状砂和水下分流间湾)，共发育3条河道(第一条河道在C59-1井和C59井一带，呈近南北向展布；第二条河道在工区西部边界，呈近南北向展布；第三条河道在C70-166井附近，呈北东—南西向展布)相互交汇，在周边发育河口坝和席状砂。在C59-1井和C70-166井一带主要为分流河道微相； 在C56井以南主要为河口坝微相； 在C512—C82-178一带为水下分流间湾微相；其余地区为席状砂微相。

PⅠ2砂组主体发育于研究区东北部，地震属性可信度高，在西北部受两组断裂影响，地震属性可信度不高。根据属性趋势和断裂间的残留信息分析物源方向。PⅠ2位于地震波峰的下半部，以10号沿层切片的垂向时间位置为中心、取时窗长度7ms提取地震属性。从振幅属性中优选最大波峰振幅属性(时窗内各样点振幅绝对值的最大值)(图8b)，其平面展布方向和变化与测井解释结果(图3b)相关度高。结合地质认识认为： PⅠ2为北部物源沉积，砂体呈近南北向展布，厚度由北向南减薄，在C70-166和C59-9井一带尖灭； 区内发育3条河道(第一条主河道在C51和C66-182井一带，河道宽度大，由多期河道叠加而成，呈近南北向展布，延伸不远，控制C51气藏砂体的沉积； 第二条河道在研究区西部边界C64-166井西侧； 第三条河道在工区中部，在河道周边发育河口坝和席状砂)，C511井—C82-178井一带主要为分流河道微相，C56井区和C59-1井区一带主要为河口坝微相； 在C70-166井—C53井一线和C78-170井—C84-160井—C59-9井一线为水下分流间湾微相； 其余地区为席状砂微相。

图8 地震总振幅(a，PⅠ1)与最大波峰振幅(b，PⅠ2)

3.2 地质统计学岩性概率反演

对研究区进行了四种反演方法试验，预测结果表明：常规波阻抗反演不能分辨井点砂体；拟波阻抗反演只能将PⅠ1和PⅠ2作为整个砂层组分辨； 地质统计学自然电位反演虽然能分辨PⅠ2，且与井资料较吻合，由于PⅠ1的自然电位曲线异常幅度太小，不能有效分辨； 地质统计学岩性概率反演能有效分辨PⅠ1和PⅠ2两套砂组，且与井资料吻合度高，砂体横向叠置关系清楚。

地质统计学反演是一种精细储层描述技术，实现过程为： 统计井点岩性数据，对井点岩性离散数据和波阻抗连续数据进行概率分布函数拟合以及预测半径(变差函数)分析； 在高斯模拟和克里金算法的控制下，井间以地震资料为约束，获得岩性和波阻抗两套多个等概率的实现。地质统计学反演的核心参数是最佳预测半径，依据砂体横向展布特征，结合地震属性，在沉积微相控制下试验预测半径。对比不同预测半径的反演剖面表明，以南北向2800m、 东西向2000m为预测半径的反演剖面的砂体横向变化自然，预测结果与地震属性匹配度高，符合沉积规律。由反演结果(图9)可见： 砂体横向展布和连通关系清楚，砂体尖灭点清晰，与地震资料的相关性高，如C59井附近PⅠ1、PⅠ2的边界清晰，最大限度地发挥了地震资料横向高分辨率的优势； 在纵向上，反演结果与钻井解释结果(图3)一致，分辨率相当，PⅠ1(黑色虚线所示)的两层席状砂与PⅠ2(蓝色虚线所示)的河道砂叠置关系清楚。

图9 地质统计学砂岩概率反演连井剖面(沿T1-1a层位拉平)

3.3 砂体空间展布

在平面上，地质统计学砂岩概率反演切片(图10)的砂体形态总体与图3、图7、图8一致，体现了地质认识与地震约束的特点，但在局部细节上比图3丰富，砂体范围也不同于图7和图8。反演砂岩厚度和井点钻遇砂岩厚度符合度高，18口井的资料统计结果显示，PⅠ1和PⅠ2的砂岩厚度绝对误差均小于0.5m。由地质统计学砂岩概率反演切片可见： ①PⅠ1呈近南北向展布，主体发育在南部C78-170井—C59-1一线，整体厚度较小，C84-160井砂岩厚度最大(5.2m)，其他区域厚度小于3m； C74-180井在PⅠ1钻遇气层，以该井气藏海拔(-495m)作为气藏构造边界，砂体边界位于C59井北侧和C59-9井南侧，圈定气藏范围为2.28km2(图10a)。②PⅠ2受沉积物源控制，砂体厚度大，呈近南北向条带展布，由北向南厚度减小，东西向宽度较大，在C70-166井和C59-9井一带尖灭； C511井在PⅠ2钻遇油、气、水层界面，以该井气藏海拔(-535m)作为气藏构造边界，岩性边界位于C59井和C82-178井附近，圈定气藏范围为8.38km2(图10b)。

图10 地质统计学砂岩概率反演切片

4 结束语

在薄砂体叠置条件下，反映下层砂体形态的时间位置位于上层砂体复合波振幅为零处，反映上层砂体形态的时间位置位于下层砂体复合波振幅为零处。由测井资料得到的葡萄花储层厚度数据确定了连续沿层振幅切片中各砂组对应的垂向时间位置及地震属性分析时窗。在准确的时窗控制下，利用地震振幅属性(总振幅或最大波峰振幅)划分沉积微相，并在沉积微相约束下，利用地质统计学岩性概率反演能精细刻画葡萄花储层的空间展布。