基于低频重构的强非均质性火山岩储层预测——以简阳地区二叠系火山岩储层为例

何青林 陈 康 冉 崎 夏 青 张 旋 彭 浩 邹定永

1.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院 2. 中国石油西南油气田公司开发事业部

0 引言

简阳地区YT1井、TF2井在二叠系相继钻遇厚层喷溢相火山碎屑岩、碎屑熔岩优质储层，其中YT1井测试获得日产气量25.61 104m3的工业气流，证实该地区火山岩具有较大的勘探潜力[1-2]。经过多年勘探，火山岩的刻画与岩相预测取得了一定的进展，但火山岩储层定性、定量预测一直是地震预测的一个难题，由于火山岩的喷发存在不规律性和旋回性等特征，造成火山岩内部机构异常复杂，储层非均质强，因此基于常规沉积岩储层的预测方法难以很好的描述和预测复杂火山岩储层[3-5]。笔者在对非均质性火山岩储层地震响应特征研究的基础上，利用信号的频谱分解技术对地震数据开展频谱分析，优选对强波阻抗界面变化敏感的低频信号进行重构，得到能直接反映储层响应的低频重构数据，消除储层的非均质性影响。利用低频重构数据开展储层的直接识别和预测，刻画简阳地区火山岩优质储层发育区400 km2，实现了对强非均质性火山岩储层的定性预测。

1 研究背景

简阳地区位于四川盆地中部、龙泉山东麓，构造位置位于新场坳陷低陡构造区—川中古隆平缓构造区内[6]。工区内现有3口钻井钻遇二叠系火山岩，其中2口井钻遇厚层孔隙性火山碎屑岩、碎屑熔岩储层[7-8]。通过对该区3口探井地质与测井资料进行分析（图1），火山岩内部储层纵向上呈多旋回特征，单层厚度介于70 ～120 m，岩性为一套基性 超基性火山碎屑熔岩和火山碎屑岩，平均孔隙度达到15.1%[9]。储层测井特征总体上表现为中低伽马、中低速度、低密度特征。其中声波时差介于3 500～4 500 m/s之间，密度介于2.2～2.7 g/cm3。储层段与非储层段及上下围岩物性差异均较大（图2）。

对YT1井开展井震精细标定显示（图3），由于储层段密度与速度均小于非储层段，波阻抗差异较大，因此合成记录在储层底部形成较强的同相轴反射，同时地震记录显示在储层底部也具有较明显的地震反射，在井点处井震匹配关系好，火山岩储层响应清楚。

图1 四川盆地简阳地区二叠系火山岩连井对比剖面图

图2 四川盆地简阳地区火山岩不同岩性的钻井声波速度、密度的分布直方图

图3 YT1井井震标定结果图

因为火山岩喷发方式、能量和环境在时空上差异明显，火山岩储层又受火山岩建筑结构和岩性岩相控制，因此该套火山碎屑岩储层在地震剖面上表现为受单个成因相同、连续分布的火山机构控制的强振幅反射特征，在横向上变化快，整体表现为断续、杂乱反射特征，因此在叠后地震剖面难以通过直接追踪该套强振幅反射识别和预测火山岩储层的横向分布（图4）[10-11]。

图4 YT1井过井叠前时间偏移剖面图

2 技术原理

地震反射信息是地下介质弹性和密度差异的反映，包含了振幅能量、频率和相位信息。这些信息及其变化规律又与地下地层结构、岩石性质及流体性质之间存在联系[12]。凌云等研究认为频率信息与地层固有频率有关，不同频率的信号对不同厚度的地层响应敏感度不同，低频信息对厚层具有调谐响应，中高频信息对薄层具有调谐响应[13-14]。因此通过对不同频率信息的分析，优选能够识别和反映相应地质目标体特征的特定频率地震数据体进行重构，从而可以更好地突出地质异常体，极大地提高对复杂地质体的识别度[15]。

简阳地区火山岩分析发现，茅口组与火山岩内部波阻抗差异最大界面为喷溢相火山岩储层与溢流相玄武岩的接触界面。利用该区钻遇火山岩的3口钻测井资料，建立基于层控的波阻抗模型，然后利用不同主频的子波与该阻抗模型进行褶积，可得到不同主频的储层正演结果（图5）。分析表明，主频较低的子波与该地区火山岩阻抗模型开展褶积，可得到反映大套、厚层储层的地震响应结果，对于非储层物性变化造成的波阻抗差异响应不明显，因此可利用该地区火山岩储层对低频子波的响应明显的特性开展特定频率域地震数据的重构，获得对储层反映较直观的地震重构数据。

目前地震时频分析方法主要包括短时傅里叶变换、小波变换、s变换等。由于地震信号是一种复杂的非线性非平稳信号，需要了解其在特定时间处的频率成分及特定频率处的时间分布或振幅特征，而常规的傅里叶变换适用于线性、平稳信号，因此本次研究选用具有高分辨特性的小波变换分析地震信号的时频特性[16]。

连续小波变换表达式为：

其中ψ（t）为一个基本小波函数，a为尺度因子，控制小波的压缩或伸展，既可以使时窗中心发生变化，也可以使时窗半径发生改变；b为平移因子，控制小波的延迟或超前，使时窗中心发生同量的平移，但不影响时窗的宽度。

通过小波变换对火山岩目的层地震数据开展频谱分解需要确定合理的尺度参数与小波类型，然后利用小波对地震数据进行分解得到不同频率域的数据体，通过钻、测井资料分析选取最能反映火山岩储层响应的对应频率数据体转换为时间域信号，从而得到一套能够较好反映该区火山岩储层的地震重构数据。本次研究选用Morelet小波作为小波变换的基小波。Morelet复小波采用时频窗面积最小的高斯窗，是高斯包络下的复指数函数，形式简单易于计算，在时频域均具有良好的局部性，而且对称性好，适用于观测具有非平稳特点的地震信号[17]。

3 应用实例

图5 不同主频子波与实钻井波阻抗模型褶积响应结果

简阳地区三维地震原始资料分析表明：该套数据主频达到18 Hz，有效频带范围在5～50 Hz，能够通过时频分析对地震数据开展低频数据重构。根据前述对该地区储层特征的分析，对原始数据利用小波变换提取以10 Hz为间隔的等频数据体（图6）。

通过分析，在0～10 Hz、10～20Hz数据体内，钻井标定火山岩储层位置振幅能量响应最强，最能反映储层响应的振幅能量变化，因此选取该频率域范围内的数据体重构地震数据。

YT1井与TF2井连井常规地震剖面与重构地震剖面对比显示（图7），常规地震剖面火山岩内幕地震反射同相轴杂乱，地质意义不明确，钻井标定后储层响应在横向上难以追踪。低频重构数据显示，钻井标定火山岩内幕储层底界与非储层界面形成的低频同相轴反射明显，横向上可连续追踪。同时反射振幅能量在横向上变化明显，反映该套火山岩储层在横向上物性与厚度存在变化。其振幅强弱与储层厚度、物性差异存在正相关关系，振幅能量越强，储层厚度越厚，与非储层物性差异越大；振幅能量越弱，储层厚度越小，与非储层物性差异越小。

图6 火山岩储层在小波变换各等频体的地震响应图

图7 低频重构剖面与常规剖面对比图

基于低频重构数据，通过提取火山岩内幕强反射界面同相轴振幅能量，编制火山岩内部“亮点”地震振幅能量平面图，利用同向轴振幅值与储层发育厚度和物性的相关性，定性反映火山岩内部储层发育情况，实现强非均质性火山岩储层的定性预测（图8）。色标范围内均代表火山岩储层发育，绿色到红色的变化表示振幅能量值由弱至强，红色、黄色代表的振幅能量较强区域，火山岩储层厚度大、物性好，是储层发育最有利区；绿色代表的振幅能量较弱区域，储层厚度与物性均变差。YT1、TF2均位于红色和黄色区域内，与定性预测结果吻合度较好。

图8 简阳地区火山岩内部 亮点 地震振幅能量平面图

4 结论

1）简阳地区二叠系火山岩储层纵向上呈多旋回发育，厚度大，储层与非储层段物性差异大，可形成强波阻抗反射界面，同时由于储层横向非均质性强，地震剖面上表现为杂乱反射特征，难以利用常规地震剖面对火山岩储层进行准确识别和追踪。

2）通过对地震数据开展时频分析，优选能够识别和反映相应地质目标体特征的特定频率地震数据体进行重构，从而更好的突出地质异常体，提高对复杂地质体的识别度。

3）利用简阳地区厚层非均质性火山岩储层对低频信号响应敏感的特性，对该区地震数据利用小波变换开展低频重构，重构剖面储层反射表现为“亮点”模式，横向上可连续追踪，且该亮点反射振幅能量与储层厚度、物性存在正相关关系，实现了对该区火山岩储层有效的定性预测。