综合正演模拟及分频解释技术预测粗面岩

董文波.

(中国石油辽河油田分公司勘探开发研究院，辽宁盘锦 124010)

辽河坳陷东部凹陷中段热河台油田、欧利坨子油田以及黄沙坨油田发育大规模粗面岩油藏，上报探明石油地质储量近5 000×104t，显示出了巨大的勘探开发潜力。但是由于国内、外粗面岩储层发育较少，研究程度均较低，而且其岩石物理性质特殊，分布规律性差，具有较大的预测难度，一直以来都没有形成具有针对性的预测技术。截至目前，国外由于尚未发现过大规模的粗面岩，所以预测技术研究处于空白阶段[1]；而国内目前主要以岩相分析结合波阻抗反演技术为主[2-4]，即首先根据火山岩岩相分析预测粗面岩的大致分布范围，再结合波阻抗反演对粗面岩分布进行精细刻画。但辽河坳陷东部凹陷粗面岩均为溢流相，纵波阻抗特征与砂砾岩存在叠置区域，导致该方法在进行粗面岩预测时存在局限性和不确定性。

针对上述问题，本文应用实际地层速度、密度参数建立了地质模型，开展了正演模拟研究，分析了粗面岩特殊的地震响应特征，并根据正演模拟结果优选了频谱分解技术和地震属性分析技术联合对粗面岩的空间展布进行预测，最后，通过钻井证实了预测结果的可靠性以及该研究思路的合理性和可实施性。本文旨在通过对辽河坳陷东部凹陷的粗面岩进行预测，总结适合粗面岩分布预测的研究思路和相关技术，并为其他地区解决类似问题提供借鉴。

1 地质背景

图1 研究区区域构造位置Fig.1 Structural location of target area

研究区位于辽河坳陷东部凹陷中段，主要包括热河台、欧利坨子以及黄沙坨3个构造单元，整体为呈北东向延伸的狭长条带(图1)。钻井资料揭示区内主要地层为新生界古近系沙河街组三段、一段、东营组，新近系馆陶组、明化镇组及第四系地层。其中沙三段沉积时期，是本区火山岩形成的主要时期，受坳陷整体拉张作用控制，该时期欧利坨子断层、界西断层以及董家岗断层剧烈活动，岩浆沿着这些主干断裂向上运移至地表，形成大规模的粗面岩以及少量玄武岩，火山口沿断层呈串珠状展布[5-9]，粗面岩主要集中发育在正断层下盘的低洼区域，向两侧高部位延伸逐渐变为泥岩或砂岩。由于火山多期活动，形成的粗面岩相互叠置，厚度较大，但分布分散，在董家岗断层至界西断层之间形成独立岩体，不连续发育[10]。

2 地震正演模拟

通过正演模拟分析目标地质体的地震响应特征，进而优选具有针对性的地震技术是提高地震技术应用科学性和合理性的关键。钻井资料表明，研究区粗面岩横向上多渐变或突变为泥岩、粉砂岩、细砂岩或者砂砾岩，所以正演模拟研究主要基于上述岩性而开展。地质模型的建立思路主要包括以下3个方面：一是确定粗面岩的地震响应特征；二是分析粗面岩渐变为砂砾岩、细砂岩、粉砂岩时，地震反射特征的变化情况；三是分析粗面岩厚度变化对地震反射特征的影响。首先基于岩心及测井资料分别统计了粗面岩、泥岩、粉砂岩、细砂岩以及砂砾岩的速度、密度和厚度等参数，地质模型参数详见表1，其中粗面岩最大厚度为50 m，靠近断层一侧渐变为10 m，在此基础上，结合实际构造模式建立了地质模型进行正演模拟(图2a)。由正演模拟结果图2b可以看出，粗面岩表现为低频、强振幅的地震反射特征，从粗面岩变为砂砾岩、细砂岩以及粉砂岩时，地震反射特征变化明显，振幅逐渐减弱，当变化至粉砂岩时振幅最弱，频率随着岩性依次变化为砂砾岩、细砂岩、粉砂岩而逐渐升高。当粗面岩厚度从50 m渐变至10 m时，其振幅稍有减弱，但低频、强振幅的响应特征基本保持不变。

表1 地质模型参数Table 1 Parameters of geological model

图2 粗面岩地震响应特征Fig.2 Seismic response characteristic of trachytea.地质模型；b.正演模拟结果。

3 分频解释技术

分频解释技术是一种较新的三维地震数据体解释性处理方法，它通过傅立叶变换将时间域的地震记录转换为频率域的地震记录，进而生成各频阶频率切片，可以对具有典型频率特征的目标地质体的空间展布特征进行研究[11]。频谱分解技术是粗面岩分布预测新的突破点，可以实现对地震数据全频率范围进行分析并提取出粗面岩对应的特定频率的地震信息，突出粗面岩体与沉积岩体的差异性，从而更有针对性地识别粗面岩体[12]。目前该技术尚未被应用到粗面岩的预测中，但是它在粗面岩空间展布特征分析以及边界刻画等方面具有巨大的应用潜力[13]。

由正演模拟结果可以看出，粗面岩发育区具有有别于围岩的典型低频响应特征，对此，应用离散傅立叶变换针对目的层段开展了频谱分解工作，制作了频率范围为2～125 Hz的振幅调谐体(地震数据采样间隔为4 ms)，结合已知井的粗面岩钻遇情况以及粗面岩分布模式进行分析认为，当频率为21 Hz时，振幅调谐体频率切片呈现反映粗面岩空间展布的规律性归一化调谐振幅异常(图3)，虚线范围即为预测粗面岩分布区域。该预测结果与钻井揭示的粗面岩分布特征完全吻合。

图3 振幅调谐体频率切片(21 Hz)Fig.3 Frequency slice of tuning cube (21 Hz)

4 地震属性分析技术

由正演模拟结果可以看出，粗面岩发育区具有明显的强振幅特征，而且该特征随着粗面岩厚度的减小并没有明显变化，所以理论上可以应用能表征该振幅异常的振幅统计类属性对粗面岩的分布进行预测[14-18]。研究表明，研究区粗面岩均为溢流相，与上覆、下伏沉积岩均以沉积接触的方式交互发育，具有等时性。由于发育粗面岩的沙三段地层为楔形结构，所以本文采用了基于地层切片进行地震属性分析的方法，显然，由此提取的地震属性更具有等时意义，有利于准确刻画粗面岩的空间展布。

考虑到砂岩、砂砾岩发育区也会引起振幅异常，相比较于粗面岩明显振幅异常而言，砂岩、砂砾岩发育区产生的振幅异常相对较弱，所以在优选地震属性时，需要考虑以下两个方面：一是对振幅异常敏感；二是可以过滤或者压制砂岩、砂砾岩引起的振幅异常。在相关分析的基础上，优选了平均反射强度和平均波峰振幅两种属性。因为上述两种属性对粗面岩引起的振幅异常比较敏感，而且其算法具有均值效应，能有效压制由砂岩、砂砾岩引起的振幅异常，更有利于突出由于粗面岩发育引起的明显振幅异常[19-23]。图4a为平均反射强度，图4b为平均波峰振幅，两者的东南边界为工区内一条主干断层，断层南东方向的钻井资料显示不发育粗面岩。由图4可以看出，虚线范围为明显的规律性振幅异常区，结合正演模拟的粗面岩响应特征，将该异常区解释为粗面岩发育区，该预测范围与钻井揭示的粗面岩发育范围完全吻合，而且与应用分频解释技术的预测结果具有较高的一致性。

5 效果分析

在对粗面岩进行预测之后，工区新完钻井共计7口，其中o35-44-28、o35-42-27、o35-42-28等3口井完钻井深较浅，未钻至粗面岩发育层位，无法用于验证预测结果。另外4口井均不同程度在预测层位钻遇粗面岩，粗面岩厚度依次为o35-48-26井63 m，o35-46-27井35 m，o35-44-30井19 m，o35-52-25井5 m，与预测结果完全一致，通过上述分析，充分证实了该技术方法预测粗面岩分布的可靠性，也证实了该技术系列的合理性。

图4 地震属性预测粗面岩分布Fig.4 Apply seismic attributes to forecast the distribution of trachytea.平均反射强度；b.平均波峰振幅。

6 结论

(1)粗面岩发育区具有低频、强振幅的地震响应特征，而且随着粗面岩厚度的变化该反射特征基本保持稳定。

(2)基于正演模拟确定粗面岩的地震响应特征，在此基础上，以频谱分解技术为主，结合地震属性分析技术可以实现对粗面岩分布的预测，最后结合钻井资料对分布结果进行验证，是粗面岩预测的有效技术手段。