广义S变换分频技术在伊通盆地储层预测中的应用

王 雷，袁立川，潘红卫，柯 钦，连晓亮，丁朝龙，王 芳

(1.东方地球物理公司研究院 地质研究中心，涿州 072750；2.东方地球物理公司研究院 华北分院，涿州 072750)

0 引言

实际地震波信息是地下多个砂泥岩薄互层的综合响应，多个薄层反射组成的地震波在时间域会产生复杂的调谐反射，但每个薄层产生的地震反射信号经傅立叶变换后，在频率域都有一个与之相对应的唯一特定频率成分[1]。地震分频技术是一种基于频谱分析的地震成像方法，可揭示地层的纵向整体变化规律、沉积相带的空间演变模式，并能指导人们进行储集层厚度展布的描绘与分析[2]。应用地震分频属性检测沉积体系的纵向及平面的空间演变,不但可以避免因地震采集、处理时振幅不一致导致的地震相解释的多解性, 同时又提高了仅依赖振幅类地震属性信息进行沉积相研究的精度。笔者应用广义S变换分频技术(GST)，对伊通盆地常规储层(扇体)和非常规储层(大理岩)进行了刻画，该分频技术克服了常规谱分解短时快速傅里叶变换(SDFT)固定时窗分析的短板，实现了对地震信号的变焦分析。该技术适用于狭长盆地不等厚地层的层间频谱分析和属性分频提取，在油气勘探初期钻井少的情况下，可以仅利用地震资料快速的定性刻画储层的分布情况，为井位部署提供储层借鉴。

1 原理

地震波在地层介质中传播，由于散射和吸收衰减等均与频率有关，严格意义上属非平稳信号。由于傅里叶分析使用的是一种全局变换，无法表达信号的时频局部性质，而信号的局部性又是非平稳信号差异性分析的关键。因此，研究人员分别应用短时傅里叶变换(SDFT)，Gabor变换[3]、连续小波变换(Continuous Wavelet Transform,CWT)对分频技术进行改进[4]。R G.Stockwell综合SDFT和CWT的特点，提出了一种非平稳信号分析的方法广义S变换(GST)[5]，GST是用一系列不同宽度的时窗去分析信号在某时刻附近的频率成分，可以根据频率的不同自动调节时窗的大小，以此实现对地震信号的变焦分析，其创新在于克服了傅里叶变换其只能用固时窗分析的缺点。

广义S变换表达式为式(1)。

(1)

窗函数为式(2)。

(2)

其中：λ为线性调节参数，数值越大，时间域分辨率越高，频率域越低，取值范围0.1～3，P为指数调节参数，数值越大，时间域分辨率越高，频率域越低，取值范围0.1～3。当p=0时，等同于短时傅里叶变换(SDFT)，当λ=1，p=1时，等同于标准S变换。其为依赖频率f变化的函数，其在高频段时窗变窄，在低频段时窗变宽，使得该广义S变换具备随频率变化的自适应调整时窗的能力，具有多分辨的特性。

2 广义S变换在常规储层预测中的应用

伊通盆地位于郯庐断裂带北段，盆地西北缘隔大黑山与松辽盆地相接，东南缘是广阔的那丹哈达岭，伊通盆地是一狭长走滑拉分盆地，呈现“不对称双断”结构特征，西陡东缓，盆地东西两侧沉积多支物源，其中西北缘陡坡带多沉积近岸水下扇物源，东南缘缓坡带多沉积扇三角洲物源。盆地形成晚期受大黑山左旋挤压应力影响，西北缘早期沉积地层反转，早期形成的近岸水下扇体几何形态遭到严重破坏，但是其沉积厚度从盆缘向盆内推进逐渐减薄的变化规律并没有改变。因此，建立一种楔状模型(图1)，这种模型在地震响应频率特征上，对于地下地层而言，随其厚度的增加，地震反射振幅逐渐增大，当地层厚度增加至1/4波长时，反射波振幅达到最大值，然后随地层厚度的增加，反射振幅反而逐渐减小。其厚的部分和薄的部分具有一定的差异，厚部分体现出低频响应特征，薄部分体现出高频响应特征。

以波太凹陷西北缘陡坡带奢岭组近岸水下扇刻画为例，从垂直盆地主测线剖面上可以看出(图2)，从盆地西北缘到盆内扇体的响应特征是主频呈逐渐升高趋势，相应的储层是逐渐减薄的，内扇位置主频为11 Hz，中扇位置主频为17 Hz,外扇位置主频为21 Hz。

利用广义S变换分频技术将地震数据剖面分三个频段显示(图3)，图3中暖色调代表扇体储层发育区。地震数据为11 Hz单频体，扇体仅在西北缘有所响应，体现了近岸水下扇内扇厚层地震响应特征；地震数据为17 Hz单频体，体现了中扇向盆内的推进；地震数据为21 Hz单频体，整个扇体的轮廓就都显现出来。值得注意的是，在剖面东南部也具有同样的地震响应特征，综合地质认识，考虑这是来自盆地东南缘的一支扇体。

图1 楔状模型

图2 扇体频谱分析

图3 地震剖面分频显示

广义S变换分频技术可以实现扇体储层的横向分布预测。通过利用时频转换后的频率域地震数据，用频率域切片观察储层的横向变化规律，利用地层厚度变化在频谱上引起的调谐效应反映扇体储层的横向展布规律。利用广义S变换分频技术，分别提取11 Hz、17 Hz、21 Hz单频体频率域切片(图4(a)、图4(b)、图4(c))，再将三个不同频带的单频体所勾勒出的扇体轮廓进行叠合，结合盆地西北缘发育陡坡扇的地质认识，就可以得到扇体的内扇、中扇、外扇三个部分的平面展布规律(图4(d))。另外，在盆地东南缘缓坡带三个大型隆起：万昌构造、搜登站构造、孤店斜坡三个方向物源分别发育三支扇三角洲。从油气勘探非构造圈闭角度出发，内扇粒度粗，但分选不好、物性差；外扇虽然分选好，但粒度细、泥质含量高，而二者之间的扇中粒度中等且分选好，因此中扇是最有利的勘探区带。

3 广义S变换在非常规储层预测中的应用

3.1 背景

伊通盆地莫里青断陷在沉积岩地层下部潜山大理岩储层中通过老井试油获得了工业油流。这是伊通盆地基岩在继鹿乡断陷、岔路河断陷获得发现之后的又一突破，证实了伊通盆地基岩整体具有勘探前景。据已钻井揭示，莫里青断陷大部分基底都是以花岗岩为主，仅有尖山隆起部分揭示大理岩潜山，零星探井在大理岩之上揭示千枚岩。

3.2 大理岩储层特征

大理岩的原岩是灰岩，花岗岩是岩浆在地下深处经冷凝而形成的深成酸性火成岩，在花岗岩侵入过程中，碳酸盐岩经热变质作用重结晶形成颗粒较大的大理岩，碳酸盐的这种变质过程称之为大理岩化。据朱亚东等[6]研究发现，大理岩化特征随碳酸盐岩距离岩浆侵入体的远近不同呈现出规律性的变化(图5),距离侵入岩体越近，大理岩化程度越高，颗粒越粗；而随着距离的增加，大理岩化程度逐渐降低，并逐渐消失。灰岩发生大理岩化作用之后，颗粒变大，颗粒的分选性变好，对储层孔隙结构的改变有一定意义。大理岩化作用改变了原来碳酸盐岩的岩石结构和孔隙结构，并同时加剧了微裂缝发育程度。发育在莫里青断陷基岩下部的古海盆长期抬升遭受风化淋滤作用，大理岩较后期侵入的花岗岩易于风化，在特定的条件下可以形成大理岩型油气储层。

图4 利用广义S变换分频技术刻画扇体流程图

图5 大理岩化作用 [6]

图6 变质岩与花岗岩响应频率的差异

3.3 伊通盆地岩浆侵入及基底形成过程

朱如凯等[7-8]认为，早期郯庐断裂的吉林省境内部分，石炭至中二叠纪，伊通盆地与松辽盆地为一体，以海相沉积为主，碳酸岩发育，统称为松辽海盆；晚三叠纪—中侏罗纪，郯庐断裂处于活动萌芽状态[9],该时期伊通盆地处于大规模侵入阶段，侵入岩在石炭—二叠纪地层中形成岩床，上覆于早期石炭—二叠纪潜山低斜坡部位，潜山内部的碳酸盐岩经热变质作用形成大理岩和泥岩经热变质作用形成千枚岩正是形成于这一时期。已钻井揭示的花岗岩、大理岩—花岗岩和大理岩—千枚岩—花岗岩岩性顺序证实了以上侵入过程；侏罗纪末期—白垩纪早期，松辽盆地开始接受断陷期沉积[6]，而此时郯庐断裂仍没有被拉开，伊通盆地处于剥蚀状态，仅在盆地两侧局部沉积了少量白垩纪地层，依照花岗岩—大理岩—千枚岩抗风化能力依次减弱的顺序剥蚀，形成了现今基底的岩性格局；松辽盆地进入坳陷沉积时期，伊通盆地开始形成，接受新生界沉积，在其后的演化过程中，基底构造有所变化，但基底岩性特征及接触关系没有发生变化[10]。

3.4 大理岩地震频率响应特征及平面展布预测

由上述伊通盆地基底形成及岩浆侵入过程可以判断，伊通盆地基底主要是由变质岩潜山、花岗岩及盆地两侧残余白垩纪沉积地层三部分组成。变质岩潜山相对于盆地两侧残余的白垩纪地层沉积时期较早，多期构造运动及热变质作用导致内幕地层破碎。从图6地震剖面上可以看出，钻遇变质岩探井主要位于潜山构造高部位，地震反射特征为高频、不连续、与上覆地层呈角度不整合接触，钻遇花岗岩探井主要位于潜山翼部及低洼部位，地震反射特征为低频、连续、与上覆地层呈平行不整合接触。经统计，钻井揭示变质岩主频范围一般在20 Hz～40 Hz，而花岗岩主频范围一般在12 Hz左右，因此可以利用两种岩性在地震资料主频上的差异将二者加以区分。在平面分布上，基于广义S变换提取的45 Hz单频体振幅属性可以清楚的刻画出变质岩的边界范围(图7)。变质岩主要分布在尖山隆起及其向盆内倾末的部位，呈南北向展布，花岗岩则环变质岩大面积分布，经探井Y57井和Y34井锆石岩石年龄鉴定，侵入期为燕山期。值得注意的是，变质岩区内有一小岩浆房，经探井Y13锆石岩石年龄鉴定，侵入期为海西期，据此也可以推断尖山隆起形成时期早于盆地形成期，为古隆起。

图7 尖山隆起区基岩45 Hz单频体振幅属性图

图8 大理岩与千枚岩振幅的差异

图9 变质岩区振幅属性图

本区变质岩包括大理岩和千枚岩，大理岩为储层，千枚岩为覆于大理岩之上的残留盖层。从图8可以看出：大理岩振幅值在260～510之间，而千枚岩在80～210之间，两者的地震振幅值存在较大的差异，因此在变质岩区通过振幅属性可以定性描述大理岩的分布。利用振幅属性对变质岩区岩性进行预测，从图9可以看出，暖色调区为大理岩发育区，冷色调区为千枚岩发育区。

4 结论

1)通过利用广义S变换分频技术，在伊通盆地波太凹陷充分利用地震资料的频带信息，分低、中、高三个频段提取单频地震数据体，可以在纵向和横向上刻画近岸水下扇体各亚相展布规模，识别了中扇这一储层甜点发育区。

2)在伊通盆地基岩段大理岩非常规储层预测方面，通过分析变质岩与侵入岩频率响应差异，大理岩与千枚岩振幅响应差异，利用广义S变换分频技术，将大理岩储层分布规律刻画出来。