敏感频率地震属性在薄层砂体预测中的应用——以松辽盆地肇源地区为例

doi:10.11720/wtyht.2020.1311

敏感频率地震属性在薄层砂体预测中的应用——以松辽盆地肇源地区为例

安鹏, 于志龙, 刘专, 马云海, 李丽, 刘凤轩

东方地球物理公司地质研究中心,河北涿州 072750

The application of sensitive frequency seismic attributes to thin sand body prediction:Exemplified by Zhaoyuan area in Songliao Basin

AN Peng, YU Zhi-Long, LIU Zhuan, MA Yun-Hai, LI Li, LIU Feng-Xuan

Geological Research Center,BGP,Zhuozhou 072750,China

责任编辑: 叶佩

收稿日期: 2019-06-10 修回日期: 2020-01-15 网络出版日期: 2020-04-20

基金资助:

“十三五”国家重大科技专项“陆上宽频高密度地震勘探配套技术”课题. 2017ZX05018-003

Received: 2019-06-10 Revised: 2020-01-15 Online: 2020-04-20

作者简介 About authors

安鹏(1984-),男,高级工程师,2009年获中国石油大学(华东)地球探测与信息技术专业硕士学位,现在东方地球物理公司研究院地质研究中心从事地质综合研究工作。。

摘要

以松辽盆地北部肇源地区Y5井区扶余油层河道砂体为研究对象,针对砂体厚度薄、横向变化快以及相同厚度砂体地震响应特征不一致的现象,在正演模拟分析目标砂体的地震响应特征基础上,采用时频分析技术,通过广义S变换在频率域优选不同厚度及组合砂体对应的敏感频率,依托敏感频率重构数据,消除砂体理论响应地震波形与地震剖面特征不一致情形,进而优选地震属性预测砂体展布。研究结果表明:利用敏感频率重构数据体提取的地震属性,可以有效提高薄层河道砂体的预测精度,大大降低油田勘探开发风险。

关键词： 河道砂体 ; 薄层调谐 ; 时频分析 ; 敏感频率重构

Abstract

In this paper,the channel sand body of Fuyu oil reservoir in Y₅ well area of Zhaoyuan area in northern Songliao Basin was chosen as the research object.In view of the phenomena that the sand body thickness is thin,the lateral change is prominent,and the seismic response characteristics of the sand body of the same thickness are inconsistent,the authors adopted the time-frequency analysis technique based on the simulation analysis of the seismic response characteristics of the target sand body.The generalized S transform was used to optimize the sensitive frequency of different thicknesses and combined sand bodies in the frequency domain,and the data were reconstructed based on the sensitive frequency to eliminate the sand.The body and the seismic profile characteristics were inconsistent,and it was better to predict the sand body distribution by seismic attributes.The research results show that using the sensitive frequency to reconstruct the seismic attributes extracted by the data body can effectively improve the prediction accuracy of the thin-layer channel sand body and greatly reduce the risk of oilfield exploration and development.

Keywords： channel sand body ; thin layer tuning ; time frequency analysis ; sensitive frequency reconstruction

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本文引用格式

安鹏, 于志龙, 刘专, 马云海, 李丽, 刘凤轩. 敏感频率地震属性在薄层砂体预测中的应用——以松辽盆地肇源地区为例. 物探与化探[J], 2020, 44(2): 321-328 doi:10.11720/wtyht.2020.1311

AN Peng, YU Zhi-Long, LIU Zhuan, MA Yun-Hai, LI Li, LIU Feng-Xuan. The application of sensitive frequency seismic attributes to thin sand body prediction:Exemplified by Zhaoyuan area in Songliao Basin. Geophysical and Geochemical Exploration[J], 2020, 44(2): 321-328 doi:10.11720/wtyht.2020.1311

0 引言

当前,扶余油藏致密油已成为松辽盆地勘探开发的重点,因此针对薄层河道砂体的预测已成为该区关注的焦点,国内外许多学者对薄储层预测的研究,均取得了一定的成效。高静怀等^[1]分析了薄互层地震响应,提出利用广义S变换提高薄层的识别能力;杨贵祥^[2]通过研究调谐频率与分频谱之间的关系,提出基于调谐频率与分频处理的定量且带有一定解释含义的反演技术;于建国等^[3]基于雷克子波和楔状模型,建立了储层厚度、振幅和频率三者之间的关系,明确了振幅与砂体厚度的相关性受到调谐厚度的限制,而调谐厚度与地震数据主频有关。

基于前人研究成果,为了改善基于原始地震数据提取的属性中一定程度弱化了某些敏感频率段的地震信息的问题,本文以肇源油田Y5井区FII1小层为例,在分析调谐效应基础上,利用时频分析技术优选敏感频率,依托敏感频率重构数据体,消除相似的单砂体厚度但地震波形响应特征差别较大的情况,优选敏感地震属性预测砂体展布,在实际工区应用中取得了较好的效果。

1 工区地质概况

Y5井区位于松辽盆地北部中央坳陷区朝长阶地西南端肇源鼻状构造,该区扶余油层受西南部的保康沉积体系影响,发育浅水三角洲沉积体系,砂体规模小,横向连续性差^[4,5,6]。

该井区为一个受NNE向断层与NW向断层所夹持的断块(图1),断块内地层西南部高,北部较低。该井区完钻了3口探井,均钻遇5 m左右的河道砂体,且含油性较好,其中A井发育一层4.2 m含油砂岩,B井发育一层5.2 m含油砂岩,C井发育一层7.4 m含油砂岩。

图1

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图1 Y5井区FII1小层顶面构造

Fig.1 Top strcture map of FII1 formation in Y5 well area

区内部署的P₁井完钻后,与实际属性预测结果差别较大,如图2所示,从图2a属性预测平面图上可以看出,水平井方向预测为砂体连片发育;从图2b过井地震剖面上看,该井轨迹方向,地震波形特征连续稳定,且振幅能量变化为由中强到强,轨迹末端E靶点附近与参考井A井距离142 m左右,均对应强波峰特征同相轴,但e靶点附近钻遇的是大段暗色泥岩,同相轴强振幅特征与砂体厚度之间对应关系不明确,常规地震属性结果没有有效预测这一变化。

图2

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图2 FII1小层水平井钻探效果分析

a—振幅属性;b—过P₁井—A井连井地震剖面

Fig.2 Analysis of drilling effect of FII1 small horizontal well

a—amplitde attribute;b—cross P₁ well-A well connected seismic section

2 敏感频率地震属性分析

图3为研究区内3口已知井连井地震剖面,从图中可以看出:FII1主力砂体主要发育在一套中强—强振幅波峰反射的下半部分,砂体厚度由南向北逐渐减小,但对应的地震振幅能量却是由弱到强, 厚度较大的C井对应的地震振幅最弱,视频率最低,且该层砂体为单砂体,基本不存在多层砂体调谐效应的影响,这表明原始数据提取的振幅属性不能准确表征砂体的平面分布。

图3

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图3 过3口已知井连井地震剖面

Fig.3 Cross three known well seicmic profiles

2.1 薄层调谐效应

薄层调谐效应是指薄层厚度等于四分之一地震波长时振幅出现极大值的相长干涉。薄层调谐是薄层厚度与薄层处地震数据视主频之间的一种响应。假设地震数据中存在厚度为H₀的薄层,与该薄层对应的调谐频率为f₀,通过广义S变换对该地震数据进行分频处理,得到不同频率的分频剖面,在与调谐频率f₀对应的分频剖面上,厚度为H₀的薄层处地震数据的瞬时振幅将会出现最大,这种现象是由薄层的调谐作用引起的^{[7,8,9,10,11]}。

为了说明薄层调谐现象与地震数据瞬时振幅的关系,本文设计了楔形地质模型,如图4a所示,该模型宽1 500 m、厚30 m,选用42 Hz的Ricker子波进行正演模拟,生成图4b所示的楔形合成地震记录。由图可见,该楔形模型中与42 Hz对应的调谐点位置出现在箭头所指处,图4c显示的是楔形模型中第一个反射界面的瞬时振幅与调谐厚度之间的关系曲线,当模型厚度小于调谐厚度时,瞬时振幅将逐渐增大,利用式(1)可以计算:

(1)

Δ Z_{w} = \frac{V}{4 \times f} = \frac{λ}{4},

图4

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图4 楔状模型正演分析

a—楔状地质模型;b—楔状模型正演剖面;c—振幅与厚度关系

Fig.4 Wedge model forword performance map

a—wedge geological model;b—wedge model forward profile;c—relation between amplitude and thickness

当模型中砂体厚度达到调谐厚度16.6 m时瞬时振幅最大,而当楔形厚度大于调谐点处厚度时瞬时振幅先减小然后趋于稳定。用同样的方法,通过对楔形模型进行正演模拟,大致求出各个频率地震数据的调谐厚度(表1),研究区资料地震主频在45 Hz左右,调谐厚度在15~17 m之间,3口井砂体均为厚度小于调谐厚度的单砂体,理论上随厚度增加,对应地震振幅能量应单调递增,而C井发育3口井最厚砂体,地震响应为弱振幅反射,与理论不符。

2.2 频谱分解算法优选

为了解决上述不同厚度单砂体对应的地震振幅能量与理论模拟振幅能量特征不一致的情形,利用时频分析技术,对比砂体在不同频率下的地震响应特征,以期寻找合理解决方案。

时频分析技术是将时间域的地震数据通过某种数学方法变换到频率域,将地震记录分解成不同的频率成分,利用不同频率对不同尺度地质体存在不同响应特征来认识地质体,从而进行地震解释。该技术能够在频率域内对每个频率所对应的振幅进行分析,排除时间域内不同频率成分的相互干扰,不仅可提高地震资料对薄储层的预测能力,而且能从常规地震数据体中提取出更丰富的地质信息,提高地震资料对特殊地质体的解释识别能力^{[12,13,14,15,16,17,18]}。

目前,将地震数据从时间域变换到频率域的常用算法有短时傅里叶变换(STFT)、连续小波变换(CWT)和广义S变换(ST)等。短时傅立叶变换使用固定时窗,不能根据信号的变化调整分辨率,只适合分析分段平稳信号或者近似平稳信号,因此短时傅立叶变换的分辨率无法在空间域或频率域达到最佳^[8];连续小波变换技术继承和发展了短时傅里叶变换的局部化思想,使用一个移动的变尺度时窗,可以对地震道进行自适应采样,具有多分辨率特点,可由粗及细地逐步观察信号,适用不同尺度信号特征的描述要求。广义S变换进一步解决了短时傅里叶变换不能调节时窗的问题,同时引入了小波变换的多分辨率特征,是两者的延伸和发展。广义S变换利用频率的倒数调节时窗,具有多分辨率特征。由于它能根据频率调节时窗分析信号,在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率,在高频部分具有较低的频率分辨率和较高时间分辨率,对数据处理的适应性较强,效果良好^[19,20]。

根据研究区三维地震资料,目的层附近主频为42 Hz,有效带宽为10~75 Hz。本文以过A井的测线作为试验线,分别应用3种时频分析算法将常规时间域地震资料转换到频率域,选用接近主频的45 Hz频率剖面对3种方法得到的剖面进行对比分析(如图5),分频剖面的分辨率较常规地震剖面明显提高,但不同算法对储层的描述精度有很大差异。与STFT和CWT算法相比,广义S变换具有更高的分辨能力,A井和B井钻遇FII1小层的砂体在该分频剖面能够将其清晰地刻画出来,该区时频分析算法选用广义S变换开展后续工作。

图5

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图5 不同频谱分解算法对比地震剖面

a—原始地震剖面;b—短时傅里叶变换;c—连续小波变换;d—广义S变换

Fig.5 Comparison of seismic spectrum profiles by different spectral decomposition algorithms

a—original seismic profile;b—STFT;c—SWT;d—GST

2.3 敏感频率地震剖面重构

当前,敏感频率的确定主要利用已钻井的符合情况来确定。依据研究区内重点井目的层广义S变换时频剖面上确定的不同敏感频率,进行地震数据体重构融合,构建出适合预测特定砂体厚度和组合特征的“敏感频率重构地震数据体”。如图6所示,在广义S变换的时频分析剖面上,A井和B井目的层段对应的敏感频率为45 Hz,C井目的层段对应的敏感频率为30 Hz左右,为此利用30 Hz和45 Hz的单频体重构敏感频率数据体,开展目标砂体预测。

图6

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图6 3口已知井基于广义S变换时频分析成果

a—A井;b—B井;c—C井

Fig.6 Three well-known wells based on generalized S-transformation time-frequency analysis results

a—well A;b—well B;c—well C

图7为过A、B、C三口已知井的敏感频率重构连井地震剖面,图3中出现的砂体厚度与原始地震波峰同相轴不一致的情况得到有效解决,A、B、C井砂体均对应较强波峰同相轴的特征,敏感频率重构的地震剖面上,B、C井之间可以见到波峰同相轴下切的相变点,两井之间发育两套不连通的砂体。该结果表明敏感频率重构技术可以有效解决厚层砂体地震响应弱的问题。

图7

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图7 过3口已知井敏感频率重构地震剖面

Fig.7 Reconstructed seismic section through three well-known wells

3 应用效果分析

基于敏感频率重构数据成果,针对目标小层FII1重新开展精细砂体预测,属性分析的时窗大致包含砂体对应的波峰同相轴。图8为原始数据与敏感频率数据中提取的FII1小层砂体振幅属性预测对比图,原始数据预测该小层砂体在断块的北部连片发育,在工区的南部砂体不发育,特别是在C井点处预测结果与实钻砂体不符合;基于敏感频率重构的数据体,预测砂体主要发育在断块的中南部,A井以北地区砂体不发育, C井发育砂体向部延伸具有一定规模,但C井和B井发育的砂体不连通。

图8

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图8 敏感频率重构体与原始数据振幅属性对比

a—原始地震振幅属性;b—敏感频率数据体振幅属性

Fig.8 Comparison of sensitive frequency reconstruction volume and original data amplitude attribute

a—original seismic amplitude attribute;b—sensitive frequency reconstruction data amplitude attribute

如前文图2所示,完钻的P₁水平井出现的最大矛盾是:水平井末端钻遇泥岩,但在地震剖面上对应强波峰同相轴特征。在敏感频率重构的地震剖面上,如图9所示,该水平井末端钻遇泥岩的位置对应地震弱波峰同相轴,砂岩发育区对应强波峰同相轴,与实际钻探效果吻合程度大大提高,符合率从70%提高到86%左右,表明敏感频率重构技术应用效果显著。基于此预测结果,该区保留了原来设计的P₂井、P₃井。完钻后P₂井砂岩钻遇率90%,P₃井砂岩钻遇率86%,均取得了较好效果。

图9

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图9 过P₁井—A井连井敏感频率重构剖面

Fig.9 Cross-P₁ well-A well sensitive frequency reconstruction profile

图10为P₂井实钻轨迹与原始振幅属性和敏感频率振幅属性叠合对比图,其中黄色为井上钻遇砂岩段,蓝色为井上钻遇泥岩段。两类数据预测该井区附近发育砂体整体特征一致,ad靶点之间砂体均较发育,在df靶点之间原始属性预测砂体不发育,而敏感频率重构数据属性预测砂体在f靶点之前,砂体发育,而在f靶点以后为泥岩发育区,这与该井实践钻探效果符合度较高,整体评价后原始振幅属性与实钻砂体符合率在73%,而敏感频率振幅属性与实钻砂体符合率在92%以上。

图10

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图10 P₂井区敏感频率重构体与原始数据振幅属性对比

a—原始地震振幅属性;b—敏感频率数据体振幅属性

Fig.10 Comparison of the amplitude properties of the sensitive frequency reconstructed body and the original data in P₂ well area

a—original seismic amplitude attribute;b—sensitive frequency reconstruction data amplitude attribute

图11为P₃井实钻轨迹与原始振幅属性和敏感频率振幅属性叠合对比。在ac靶点之间钻遇大段砂岩,原始振幅属性预测为泥岩发育区,而敏感频率重构属性预测为连片的砂岩发育区,在ce靶点之间, 交互钻遇砂泥岩, 振幅属性能量强弱横向变化,两个数据预测结果基本一致,整体评价原始振幅属性与实钻砂体符合率在60%,而敏感频率振幅属性与实钻砂体符合率在85%左右。基于敏感频率重构数据提取的地震属性有效指导了水平井钻探。

图11

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图11 P₃井区敏感频率重构体与原始数据振幅属性对比

a—原始地震振幅属性;b—敏感频率数据体振幅属性

Fig.11 Comparison of the amplitude properties of the sensitive frequency reconstructed body and the original data in P₃ well area

a—original seismic amplitude attribute;b—sensitive frequency reconstruction data amplitude attribute

4 结论及认识

本文针对Y5井区薄层砂体,利用时频分析技术,提高了薄层预测精度,取得以下两点认识:

1)薄层河道砂体的地震响应特征与单层砂体厚度有关,多数情况下其厚度小于调谐厚度,对应振幅特征为单调递增的特征;

2)遇到不同厚度单砂体与地震波形振幅能量剖面特征不一致情形时,在频率域内寻找能够反映砂体响应特征的敏感频率,利用“敏感频率重构数据体”开展属性预测工作,有效改善薄层砂体的预测效果,提高井位的钻探成功率。

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

高静怀, 陈文超, 李幼铭 , 等.

广义S变换与薄互层地震响应分析

[J]. 地球物理学报, 2003,46(4):526-532.