宋紅偉，廖林，邊樹濤，潘秀梅，董艷蕾

（1.中國石化西北油田分公司，新疆 輪臺 841604；2.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣東 廣州 510760；3.中國石油大學（北京）資源與信息學院，北京 102249；4.中油測井技術服務有限責任公司，北京 100101）

白廟氣田沙三段地震頻譜衰減特征與含氣性檢測

宋紅偉1，廖林2，邊樹濤3，潘秀梅4，董艷蕾3

（1.中國石化西北油田分公司，新疆 輪臺 841604；2.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣東 廣州 510760；3.中國石油大學（北京）資源與信息學院，北京 102249；4.中油測井技術服務有限責任公司，北京 100101）

以東濮凹陷南部蘭聊斷裂下降盤的白廟氣田沙三段砂礫巖水下扇體為例，根據(jù)優(yōu)選出的氣層、水層和干層在測井資料和地震屬性分析中的響應特征，通過反復試驗，選取合理的時窗值及子波同態(tài)譜（Cepstral譜），采用基于模型的參量法估算地震波頻譜衰減特征，開展地層含氣性預測研究。結果表明，當時窗值選擇100 ms，Cepstral延遲值為10時，地震波形穩(wěn)定，而且分辨率高，含氣砂體在地震中出現(xiàn)中高頻衰減現(xiàn)象。與實鉆成果對比發(fā)現(xiàn)，反演預測與鉆井吻合率為82.4%。

頻譜衰減；含氣性檢測；沙三段；白廟氣田

在油氣藏范圍內(nèi)隨著頻率變化的地震波吸收衰減率與其周圍介質(zhì)和含水儲層有所不同。在油氣生產(chǎn)期，井周圍的地震資料在產(chǎn)油層出現(xiàn)了明顯的高頻衰減，而遠離井的地震資料沒有這一現(xiàn)象［1-3］。高頻衰減是一種內(nèi)部衰減，是巖石孔隙中氣體和其他流體相互作用摩擦的結果，是巖石內(nèi)部流體相互作用及其流動性所引起的［4-5］。學者普遍認為，巖石骨架的彈性性質(zhì)、巖石的孔隙率及孔隙中含流體成分等是造成地震波高頻衰減的主要因素［4-6］。通常油氣藏具有層狀性質(zhì)，對于同一巖層孔隙中含油氣部分與含礦化水部分相比，具有縱波速度低、波阻抗小、吸收系數(shù)大的特點。因此，利用地震頻譜的吸收衰減特征可進行儲層含油氣性檢測。

文中選取白廟氣田三維地震區(qū)為研究突破口，根據(jù)目的層氣、水、干單砂體（砂層）在測井資料和地震屬性的響應特征，有針對性地選取參數(shù)，利用基于模型的參量法估算地震波頻譜衰減特征，檢測地層的含氣性。

1 地質(zhì)概況

白廟氣田位于東濮凹陷東部，前梨園洼陷與葛崗集洼陷間的繼承性低幅隆起之上，受蘭聊斷層和杜寨斷層共同控制形成半背斜構造，區(qū)內(nèi)發(fā)育NNE—SSW和NEE—SWW向2組斷裂。研究區(qū)以古近系沙河街組沙三段沙三下（Es33）—沙三上（Es34）早中期的湖底扇沉積、沙三上（Es34）晚期的扇三角洲沉積及沙二下（Es21）的漫湖沉積和盆地邊緣沖積扇沉積為主要勘探目標，埋深2 500～3 700 m。沙三段地層巖性以不等厚互層的灰質(zhì)純泥巖和淺灰色粉、細砂巖及礫質(zhì)砂巖、礫巖組合為特征。其礫巖層主要分布于蘭聊斷層附近，層薄，礫石成分復雜，大小混雜，一般以含礫粗砂巖、細砂巖形式出現(xiàn)。白廟地區(qū)63口井統(tǒng)計表明，整個沙三段泥巖厚度常大于1.0 m，粉、細砂巖沉積厚度為0.5～4.0 m，礫狀砂巖和礫巖沉積厚度小于1.5 m。

2 含氣性檢測可行性分析

2.1 氣、水、干層測井響應特征

對白廟地區(qū)63口井沙三段的試氣成果和測井曲線解釋成果進行了對比分析，分別優(yōu)選出氣層、水層和干層的單砂體（砂層）來識別其在常規(guī)測井曲線響應特征。其中，氣層單砂體（砂層）在自然電位（SP）和自然伽馬（GR）曲線中以箱型、鐘型為特征，具有較高的曲線幅度；在地層電阻率（Rt）與沖洗帶電阻率（Rxo）曲線中具有明顯的峰值，且兩者之間曲線幅度差較大；而在聲波時差（AC）曲線中，數(shù)值明顯增大，在250～320 μs/ m，但是并沒出現(xiàn)明顯的“周波跳躍”現(xiàn)象；中子測井（CNL）讀數(shù)較大，在8.0%～20.0%。水層單砂體（砂層）的SP，GR曲線以鐘型、漏斗型為主，曲線幅度差，較氣層??；CNL讀數(shù)在5.0%～8.0%；AC曲線數(shù)值在220～ 250 μs/m；在Rt與Rxo曲線上幅度差較大。而干層的SP、GR曲線以鐘型、指化鐘型為主，曲線幅度差明顯較氣層和水層??；其CNL讀數(shù)在4.5%～7.0%，與水層的差異不十分顯著，但小于氣層的讀數(shù)；AC曲線數(shù)值在200～240 μs/m，整體較氣層小，略低于水層的讀值。

2.2 地震響應分析

白廟三維地震采樣率為1 ms，頻帶寬度50 Hz以上，主頻在20 Hz。從已鉆井的井震標定結果來看，一個地震波組涵蓋了一套不等厚互層的砂泥巖組合，大多數(shù)單砂層都能標定在強振幅上，但是鉆井證實這些強振幅對應的都是一套疊合砂體［7］。采用主分量去噪等預處理后，提取多種地震屬性來分析氣、水、干層在地震中的響應。其中，優(yōu)選了波形分類、分頻、瞬時頻率、瞬時相位、均方根振幅等5種屬性進行了對比分析，結果發(fā)現(xiàn)，所提取的屬性在平面上沒有明顯的區(qū)帶規(guī)律性，沉積環(huán)境和沉積相特征敏感性也不明顯，并且各屬性之間的相關性也較差。這與研究所使用的地震資料主頻低、采樣間隔大、分辨率低有關系，說明其難以反映出埋藏較深、薄層狀發(fā)育的各種類型砂體。

3 檢測方法研究

3.1 檢測方法的選擇

圖1為白廟氣田實際地震道在80 ms的分析時窗上計算得到的最大熵譜，4個峰值幾乎呈窄的尖峰，精確指示出頻率值。相比之下，傅里葉譜卻比較圓滑，峰值點不突出，其在10～20 Hz不能分辨2個頻率成分的振動，只能得到一個頻率為16 Hz的峰值，而最大熵譜則可以清楚地得到分別為12 Hz和20 Hz的尖峰值。基于上述分析，在精確計算地震頻率信號譜的基礎上，可以通過從信號譜中提取子波同態(tài)譜，得到計算時窗內(nèi)各個有效頻帶的分布，然后再通過對比目的層前后有效頻帶中不同頻率成分的吸收和衰減，來定性分析目的層內(nèi)部的巖性和流體特征。

圖1 單一地震道的最大熵譜與傅里葉譜對比

結合前述白廟三維地震資料和油氣水井的測井響應分析結果，文中采用了基于模型的參量法估算地震波頻譜的技術［8-13］，其基本原理是通過解剖已知信號的結構，將某種具有結構共性的屬性從噪聲背景和不具有結構共性的屬性中分離出來，然后利用一系列有限參數(shù)來表示這一屬性［14］。

3.2 關鍵參數(shù)的選取

在進行信號譜、子波譜、衰減譜的計算時，選擇大小合適的時窗是關鍵。時窗的大小直接影響了信號譜、子波譜的形狀及衰減譜的衰減特征［14］。文中首先拾取目的層沙三段各砂層組頂?shù)捉缑娴牡卣鹣辔唬缓笱啬康膶由舷赂鏖_一個大小相同的時窗，分別計算信號譜和子波譜，最后將上下兩個時窗子波對數(shù)譜的絕對值相比，從而得到由于目的層含氣影響所造成的頻率吸收的衰減譜。為了減小圍巖巖性變化對頻譜的影響，分別提取了25，50，75，100，150，250 ms不同時窗條件下的頻率信號譜。從圖2可以看出，當時窗在50 ms以下時，信號譜表現(xiàn)不穩(wěn)定；時窗超過50 ms后，信號譜趨于穩(wěn)定；在75 ms和100 ms時，波形穩(wěn)定且分辨率高；當時窗在100 ms以上時，譜特征趨于穩(wěn)定。

圖2 不同時窗內(nèi)最大熵譜與傅里葉譜對比

試驗結果表明：如果選擇較大的時窗，沙三段快速的巖性橫向變化可能影響地震頻率信號譜和子波對數(shù)譜，從而造成天然氣對地震頻率的影響變小，衰減譜的多解性增大；如果選擇較小的時窗，在計算最大熵譜時可能因為不滿足自相關函數(shù)的遞歸數(shù)據(jù)，產(chǎn)生截尾效應，所求的解具有較大的不確定性，引起相對高頻能量的畸變和分裂，主要表現(xiàn)為在頻率信號譜上的畸變現(xiàn)象嚴重。因此，目的層上下時窗的合理計算長度應為100ms。

另一個重要參數(shù)是在頻率信號譜的基礎上提取Cepstral子波對數(shù)譜時，要選取合適的Cepstral延遲值。應用圖3的質(zhì)量監(jiān)控，使趨勢線圓滑地包絡在子波的振幅譜上，得到Cepstral延遲的最佳值為10。

圖3 子波對數(shù)譜延遲值

4 含氣性檢測有效性分析

4.1 處理效果

圖4為過B10井的南北向測線CrossLine658的頻率衰減譜剖面，圖中顏色代表當?shù)卣鸩ù┻^目的層后地震頻譜的衰減程度，藍色表示衰減程度很弱，向紅色過渡，衰減程度逐漸加大。

圖4 目的層頻譜衰減剖面

由圖4可以看出，在白廟地區(qū)三維地震數(shù)據(jù)0～50 Hz的有效帶寬范圍內(nèi)，中高頻的強衰減區(qū)主要出現(xiàn)在515—616道，衰減頻率在20 Hz左右，其中，B10和B26井均處在10～30 Hz的中高頻強衰減區(qū)內(nèi)，說明地層含氣可能性較大，氣藏發(fā)育，這與實鉆情況是吻合的；對比之下，可以看到檢測剖面上B14井位置沒有出現(xiàn)中高頻段的強衰減，說明地層含氣性可能較小，這也得到了鉆井的證實。

值得注意的是，在剖面的左側存在0～10 Hz頻段內(nèi)的較強低頻衰減。一般說來，中高頻段的衰減主要是由于地層中含油、氣、水等流體造成的，而低頻段的衰減主要是由于地層巖性、物性等變化造成的［1-3，14］。根據(jù)CrossLine658左側所覆蓋的地層中有較厚膏鹽層的特征，推測認為，該處強烈的低頻衰減是由于地層巖性組合變化所引起的，與地層含氣帶來的中高頻衰減有所不同，從而可以排除其含氣的可能性。

4.2 誤差統(tǒng)計

白廟氣田沙三上試氣井共51口，產(chǎn)氣量在4 000 m3/d以上的12口井，全部檢測到較強—強的中高頻衰減。其他在沙三上目的層試氣為微氣層和干層的39口井中，在中高頻段幾乎沒有衰減的井18口，標定為吻合井；有微弱衰減的井12口，標定為基本吻合井；有較強衰減的井9口，標定為不吻合井。對比實鉆結果，在白廟氣田利用頻譜的吸收衰減特征對沙三段目的層進行儲層含油氣性檢測，反演預測綜合吻合率為82.4%。

5 結束語

根據(jù)優(yōu)選出氣層、水層和干層的單砂體（砂層）在測井資料和地震屬性響應特征，在白廟氣田沙三段地震波頻譜衰減特征研究中發(fā)現(xiàn)，當?shù)卣鸩ù┰胶瑲馍绑w時，其中高頻段的能量會受到壓制形成衰減；同時，巖性快速的橫向變化也會引起地震頻率的衰減，導致衰減譜的多解性增大。結合白廟氣田沙三段基本地質(zhì)特征，研究認為可以利用地震波頻譜衰減技術有效識別地層含氣性。實踐也證實，預測結果與實鉆井的吻合率均達到80%以上，能夠滿足生產(chǎn)實踐的要求。

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（編輯 趙旭亞）

Characteristics of seismic frequency spectrum attenuation and gas-bearing detection in the third section of Shahejie Formation，Baimiao Gas Field

Song Hongwei1,Liao Lin2,Bian Shutao3,Pan Xiumei4,Dong Yanlei3
(1.Northwest Oilfield Company,SINOPEC,Luntai 841604,China;2.Guangzhou Marine Geological Survey,Guangzhou 510760,China; 3.College of Geo-Resources and Information,China University of Petroleum,Beijing 102249,China;4.China National Logging Corporation,Beijing 100101,China)

Based on the responses of optimized gas zone,water zone and dry znoe in logging data and seismic attributes,gas-bearing detection on the glutenite subaqueous fan in the third section of Shahejie Formation in Baimiao Gas Field,which is located in the footwall of Lanliao Fault Zone,Dongpu Depression,is carried out through the selection of appropriate time-window length and wavelet spectra(Cepstral spectra)after experiments and through using the parameter method based on a model to estimate the characteristics of seismic frequency spectrum attenuation.The study results show that the seismic wave is stable and indicates a high resolution,and that the high frequency attenuation presents in seismic operation for gas-bearing sandbody,when the time-window length is 100 ms and the lag of Cepstral spectrum is 10.Meanwhile,the results also show that the agreement rate of inversion prediction and drilling is 82.4% according to the drilled wells.

frequency spectrum attenuation;gas-bearing detection;the third section of Shahejie Formation;Baimiao Gas Field

國家重點基礎研究發(fā)展計劃（973）項目“非均質(zhì)地層地球物理響應特征”（2007CB209601）；中國石油天然氣集團公司科學研究與技術開發(fā)項目“物探新方法新技術研究”（2008A-1804）

TE122.2+3

：A

1005-8907（2012）02-0145-04

2011-09-01；改回日期：2012-01-15。

宋紅偉，男，1976年生，工程師，主要從事油氣勘探開發(fā)研究工作。E-mail：shw513@126.com。

宋紅偉，廖林，邊樹濤，等.白廟氣田沙三段地震頻譜衰減特征與含氣性檢測［J］.斷塊油氣田，2012，19（2）：145-148. Song Hongwei，Liao Lin，Bian Shutao，et al.Characteristics of seismic frequency spectrum attenuation and gas-bearing detection in the third section of Shahejie Formation，Baimiao Gas Field［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2012，19（2）：145-148