劉 偉，尹 成，王 敏，趙 虎，彭 達(dá)

(1.西南石油大學(xué)天然氣地質(zhì)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610500;2.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川成都610500;3.北京中油瑞飛信息技術(shù)有限責(zé)任公司，四川成都610041)

河流相儲層是我國已發(fā)現(xiàn)油田主要的儲集層類型，也是我國油氣最富集的儲油層之一[1]。目前，我國東部油田大多數(shù)已進(jìn)入了油氣開發(fā)的中后期，薄互層砂體空間展布的識別與厚度的定量預(yù)測是開發(fā)地震的主要目標(biāo)之一，二者的解釋精度對于油田的剩余油分布研究，以及開發(fā)方案的部署與調(diào)整都具有十分重要的意義[2]。

在砂泥巖薄互層儲層預(yù)測研究中，常因地震資料的“假象”或“陷阱”造成砂體解釋或預(yù)測結(jié)果的錯(cuò)誤[3]。這就迫切要求對薄互層開展理論上的正演模擬研究，尋找對薄層厚度敏感且穩(wěn)定的地震解釋參數(shù)，建立有效的薄互層定性識別與厚度定量預(yù)測方法[4-5]。

對于薄互層的研究，趙晨光[6]曾經(jīng)研究了單層、等間隔互層和部分不等間隔互層的反射波特征，認(rèn)為薄互層地震反射波具有多極值特征。黃文鋒等[7]基于同時(shí)考慮薄互層毛厚度變化和凈毛比變化兩個(gè)主要因素來研究薄互層調(diào)諧規(guī)律，并提出了適應(yīng)性很強(qiáng)的去調(diào)諧算法和凈厚度估算技術(shù)。李國發(fā)等[8]通過對薄互層地震屬性研究分析，在薄互層的累積厚度小于1/4波長的情況下，認(rèn)為薄互層反射振幅和瞬時(shí)頻率與單砂體模型具有類似的特征，砂體累積厚度越大，地震反射幅度越大，瞬時(shí)頻率越小，而瞬時(shí)頻率與砂體累積厚度的相關(guān)性要弱于反射振幅。張玉芬[9]通過對楔狀模型，兩層、多層介質(zhì)等厚或不等厚模型和實(shí)際井中反射系數(shù)序列的頻譜分析，認(rèn)為薄互層的單層時(shí)間厚度、子結(jié)構(gòu)厚度是決定反射波特征和頻譜特征的基礎(chǔ)，薄互層的互層數(shù)、入射子波是重要的影響因素。尹志勇等[10]通過建立4種薄層模型，討論了速度對薄層振幅和相位特征的影響。趙虎等[11]根據(jù)某油田實(shí)際剖面，通過縮小砂體橫向間距建立了6個(gè)不同儲層間距的模型，分析了五大類50種地震屬性隨砂體移動的變化情況，提取對砂體預(yù)測比較敏感的地震屬性。這些研究成果為薄互層砂體的解釋和預(yù)測提供了理論基礎(chǔ)，但是對于薄互層參數(shù)與地震屬性之間的內(nèi)在聯(lián)系，還沒有一個(gè)清楚的認(rèn)識，特別是它們之間的定量關(guān)系研究仍然很少。

在分析和總結(jié)前人研究工作的基礎(chǔ)上，首先基于楔形單砂體模型，討論屬性提取時(shí)窗的選擇對地震屬性分析的影響;然后建立兩種典型砂泥巖薄互層地質(zhì)模型，采用褶積方法正演合成地震記錄，提取主要的振幅類和瞬時(shí)類地震屬性，分析這些基本地震屬性隨薄互層砂體厚度、泥巖夾層厚度和砂泥巖累積厚度的變化規(guī)律，為砂泥巖薄互層地震解釋和儲層預(yù)測的地震屬性優(yōu)選提供一定的理論依據(jù)。

1 楔形單砂體模型試驗(yàn)與基本地震屬性優(yōu)選

1982年，Kallweit利用單砂體楔形模型研究了地層厚度與反射振幅之間的關(guān)系，得出了當(dāng)?shù)貙雍穸鹊扔?/4波長時(shí)，復(fù)合波的反射振幅達(dá)到最大值;隨著地層厚度的減小，復(fù)合波振幅也隨之減小的基本結(jié)論[12]。本次研究同樣選擇楔形單砂體模型，同時(shí)提取了振幅類和瞬時(shí)類地震屬性，并將它們聯(lián)合在一起研究。

1.1 模型參數(shù)

圖1給出了楔形單砂體模型及其合成地震記錄，模型中黃色代表砂巖，速度為2400m/s，密度為2.16g/cm3;灰色代表泥巖，速度為2200m/s，密度為2.11g/cm3。楔形體的厚度從左到右由50m逐漸減少到0。采用30Hz主頻的雷克子波，通過褶積正演方法得到地震反射記錄。(注:如果沒有特別說明，文中其它模型的砂、泥巖速度和密度與圖1a中模型的一致;子波和正演方法也與此相同)。

圖1 楔形單砂體模型(a)及其合成地震記錄(b)

1.2 基本地震屬性

瞬時(shí)類屬性和振幅類屬性為單道地震屬性中的基本地震屬性[13]。當(dāng)基本屬性對地質(zhì)體異常沒有反應(yīng)時(shí)，通過其它的地震屬性獲得的解釋結(jié)果是不可信的。故在開展地震屬性解釋時(shí)，應(yīng)首先對地質(zhì)信息與基本屬性間的關(guān)系進(jìn)行研究，再開展對其它地震屬性的研究。因此，我們從振幅類和瞬時(shí)類屬性中提取了20種基本地震屬性。由于不同地震屬性之間計(jì)算原理的內(nèi)在聯(lián)系，所以計(jì)算原理類似的屬性所代表的地質(zhì)意義勢必相近。為了方便研究，我們根據(jù)每一種地震屬性的計(jì)算原理把振幅屬性細(xì)分成了偏差類、總體類、平均類和最大類，把瞬時(shí)屬性分成了平均類和變化類。表1和表2分別列出了振幅類和瞬時(shí)類屬性的分類情況以及計(jì)算方法和物理意義[14-21]。如果沒有特別說明，表1和表2內(nèi)計(jì)算公式的變量N均表示計(jì)算時(shí)窗內(nèi)地震道采樣點(diǎn)數(shù);xi均表示計(jì)算時(shí)窗內(nèi)地震道樣點(diǎn)的幅值。

表1 振幅類基本地震屬性

1.3 屬性提取時(shí)窗對地震屬性的影響

地震層屬性的提取時(shí)窗可以是兩個(gè)頂、底層位之間，即沿層時(shí)窗，或以某一個(gè)層位為中心的一個(gè)固定時(shí)窗，即t0時(shí)窗。采用t0時(shí)窗(圖1中的紅色實(shí)線之間)和沿層時(shí)窗(圖1中的粉紅色虛線之間)兩種方式來提取圖1a所示楔形單砂體模型的地震屬性。提取了20種基本地震屬性，如圖2所示，左邊一列屬性是采用固定t0時(shí)窗提取的地震屬性，右邊一列屬性是采用沿層時(shí)窗提取的地震屬性。下面將分析這兩種時(shí)窗對地震屬性的影響。

1.3.1 瞬時(shí)類屬性

瞬時(shí)類屬性中除平均反射強(qiáng)度和反射強(qiáng)度斜率以外的屬性對提取時(shí)窗都很敏感。采用沿層時(shí)窗提取的平均瞬時(shí)頻率和平均瞬時(shí)相位在21道(λ/2)和41道(λ/4)附近出現(xiàn)了階梯跳躍，屬性的變化就被分成3段，即砂體厚度:0～λ/4，λ/4～λ/2，大于λ/2。平均瞬時(shí)頻率隨砂巖厚度的增加略有下降，平均瞬時(shí)相位與平均瞬時(shí)頻率的變化趨勢基本相反。與此同時(shí)，用t0時(shí)窗提取的平均瞬時(shí)頻率和平均瞬時(shí)相位只有在21道的位置發(fā)生了跳躍，與砂巖厚度的關(guān)系不明。瞬時(shí)頻率的斜率除了在λ/4～λ/2是一個(gè)跳躍高值以外，總體上與砂巖厚度成正相關(guān)關(guān)系。故平均瞬時(shí)相位和平均瞬時(shí)頻率對砂巖厚度分界具有很好的指示作用，而瞬時(shí)頻率的斜率則可以預(yù)測砂巖厚度。

表2 瞬時(shí)類基本地震屬性

1.3.2 偏差類振幅屬性

按照t0時(shí)窗提取的振幅的斜度屬性隨砂巖厚度的變化沒有規(guī)律，但是采用沿層時(shí)窗提取時(shí)，則表現(xiàn)出調(diào)諧效應(yīng)(當(dāng)砂體厚度小于調(diào)諧厚度λ/4時(shí)，屬性值與砂體厚度基本呈線性正相關(guān);隨著砂體厚度的增加屬性值在調(diào)諧厚度處達(dá)到最大值;隨著厚度的繼續(xù)增大屬性值逐漸減小，當(dāng)厚度減小到λ/2時(shí)屬性值趨于穩(wěn)定)。振幅的峰度和振幅的方差這兩個(gè)屬性基本不受提取時(shí)窗的影響，且均表現(xiàn)出調(diào)諧效應(yīng)。

1.3.3 總體類振幅屬性

總體類振幅屬性中，總振幅受時(shí)窗影響較大:按照t0時(shí)窗提取的總振幅屬性值隨砂巖厚度呈雜亂變化;沿層時(shí)窗提取的總振幅屬性值隨砂巖厚度的增加呈先增加后不變的變化規(guī)律。均方根振幅、總的絕對值振幅和總能量基本不受提取時(shí)窗的影響，同時(shí)隨砂巖厚度的變化表現(xiàn)出調(diào)諧效應(yīng)。

1.3.4 平均類振幅屬性

平均振幅在算法上是用總振幅除以采樣點(diǎn)數(shù)，所以表現(xiàn)出與總振幅一樣的變化規(guī)律。在沿層時(shí)窗提取的情況下，由于采樣點(diǎn)數(shù)是與砂巖厚度呈正比例關(guān)系，所以平均振幅在總振幅穩(wěn)定不變的厚度段表現(xiàn)出與砂巖厚度呈負(fù)相關(guān)的規(guī)律。平均能量、平均波谷振幅、平均波峰振幅和平均絕對值振幅受提取時(shí)窗的影響較小，同時(shí)隨砂巖厚度的變化也表現(xiàn)出調(diào)諧效應(yīng)。

1.3.5 最大類振幅屬性

最大絕對值振幅、最大波峰振幅和最大波谷振幅這3個(gè)最大類振幅屬性值對于提取時(shí)窗不敏感:兩種時(shí)窗情況下提取的屬性值沒有變化，均表現(xiàn)出隨砂巖厚度變化的調(diào)諧效應(yīng)。

從上面的分析可以看出，固定t0時(shí)窗提取的某些地震屬性畸變較大，而沿層時(shí)窗提取的地震屬性較好地反映了模型的特征。在實(shí)際工作中，在保證提取的地震屬性是來自于目的層的前提下，最好選擇沿層時(shí)窗提取地震屬性。在接下來的模型算例中，我們采取的便是沿層時(shí)窗提取模型的地震屬性。

1.4 基本敏感地震屬性選擇

大量的地震屬性包含著許多彼此相關(guān)的因素，會造成信息的重復(fù)和混疊;有些地震屬性甚至可能與目的層本身無關(guān)，而反映了淺層干擾的變化，如對輸入屬性不加鑒別，有些屬性只會引起混亂[14]。因此，針對具體問題，在使用地震屬性之前都必須通過地震屬性優(yōu)化分析的方法優(yōu)選出最有效的敏感屬性。通過對比分析楔形單砂體模型的20種基本地震屬性的變化規(guī)律得知，振幅類屬性大部分的變化規(guī)律都是基本相同，即它們對砂體厚度的敏感性是相同的。根據(jù)非相關(guān)性優(yōu)化原則(將具有相同敏感性質(zhì)的屬性進(jìn)行壓縮，保留非相關(guān)的屬性)，在偏差類振幅屬性、總體類振幅屬性、平均類振幅屬性、最大類振幅屬性中各選出一個(gè)屬性;瞬時(shí)類屬性中選擇除與振幅類屬性變化一致的平均反射強(qiáng)度以外的4個(gè)屬性。最后，從上述20種地震屬性中挑選出了8種基本敏感屬性:平均瞬時(shí)頻率、平均瞬時(shí)相位、瞬時(shí)頻率斜率、反射強(qiáng)度的斜率、總絕對值振幅、最大波峰振幅、平均絕對值振幅、振幅的斜度。

圖2 楔形單砂體模型不同時(shí)窗方式提取的振幅類和瞬時(shí)類地震屬性a 瞬時(shí)類屬性; b 偏差類振幅屬性; c 總體類振幅屬性; d 平均類振幅屬性; e 最大類振幅屬性

2 薄互層模型正演與基本敏感屬性分析

薄互層是指不能被地震反射區(qū)分出每個(gè)單層的多個(gè)薄層組成的一套地層。薄互層反射波是由多個(gè)單層的反射波干涉在一起形成的復(fù)合波，用此復(fù)合波不能區(qū)分每一個(gè)單層，即薄互層反射波是薄互層的整體響應(yīng)[7]。這就給砂泥巖薄互層地震解釋工作帶來了困難，解釋結(jié)果也會產(chǎn)生很大誤差，出現(xiàn)多解性。為了減少地震解釋的多解性，提高地震預(yù)測的精度，針對河流相儲層單層厚度薄、橫向變化快、砂泥巖組合方式多樣的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了兩個(gè)不同砂泥巖組合方式的典型地質(zhì)模型:單個(gè)砂泥巖等厚的薄互層模型和泥巖夾層厚度變化模型，分別模擬砂泥巖均勻互層地層和含單個(gè)泥巖夾層的薄砂巖地層。在分析每一種模型地震反射特征的基礎(chǔ)上，分別對這2個(gè)模型提取1.4節(jié)中優(yōu)選出來的8個(gè)基本敏感屬性，分析它們隨砂泥巖薄互層參數(shù)的變化規(guī)律，最后總結(jié)出每一種模型的敏感地震屬性。

2.1 砂泥巖等厚薄互層模型

砂泥巖等厚薄互層模型(圖3a)中的砂巖、泥巖厚度相同，單層厚度均為4m，單列砂體的寬度均為200m。模型從左至右砂巖層數(shù)從1至8逐漸增多，模型的具體參數(shù)見表3，其中薄互層的平均速度為2300～2330m/s，總體的砂巖百分比為0.530～0.667。

圖3 砂泥巖等厚薄互層模型(a)及其合成地震記錄(b)

列序號砂巖層數(shù)砂巖累積厚度/m砂泥巖累積厚度/m平均速度/(m·s-1)時(shí)窗內(nèi)砂巖比例11442400.001.0000228122329.410.66673312202315.790.60004416282310.000.57125520362306.800.55566624442304.760.54557728522303.360.53858832562302.330.5333

在用褶積方法正演的合成地震記錄剖面上(圖3b)，當(dāng)砂巖累積厚度為8m(λ/10附近)時(shí)，振幅最強(qiáng)。模型前4列砂泥巖薄互層的砂巖累積厚度小于等于16m(λ/4.7附近)，雖然這4列砂泥巖薄互層層數(shù)和總層厚都不同，但是其地震反射波特征大致相同，即反射波形均表現(xiàn)為單一波形的復(fù)合波，且都只得到一個(gè)頂界面的波峰和一個(gè)底界面的波谷，無中間反射界面。當(dāng)砂巖累積厚度大于16m后，反射波波形則是多峰的復(fù)合波，內(nèi)部反射特征模糊，但是頂界面的波峰和底界面的波谷十分明顯。

圖4a給出了砂泥巖等厚薄互層模型的瞬時(shí)類基本屬性。由圖4a可見，4個(gè)瞬時(shí)類屬性隨砂巖累積厚度的增加都出現(xiàn)了極值:瞬時(shí)頻率斜率、平均瞬時(shí)相位和平均瞬時(shí)頻率隨砂巖累積厚度的增加都存在一個(gè)極大值，但是出現(xiàn)極大值的厚度不一樣。在砂巖累積厚度為16m時(shí)，平均瞬時(shí)相位和瞬時(shí)頻率斜率出現(xiàn)極大值。平均瞬時(shí)頻率在砂巖累積厚度為20m(λ/4)時(shí)出現(xiàn)極大值。整體上看，平均瞬時(shí)相位和平均瞬時(shí)頻率隨砂巖累積厚度增加，屬性值呈先減小后增大再減小的變化規(guī)律，平均瞬時(shí)頻率在砂巖累計(jì)厚度為12m時(shí)取得極小值，而平均瞬時(shí)相位在砂巖累積厚度為8m處取得極小值。反射強(qiáng)度斜率在砂巖累積厚度為8m時(shí)取得最小值，而后其屬性值與砂巖累積厚度呈正相關(guān)關(guān)系。

圖4b給出了砂泥巖等厚薄互層模型的振幅類基本屬性。由圖4b可見，總絕對值振幅、最大波峰振幅和平均絕對值振幅的變化規(guī)律基本相似。在砂巖累積厚度為8m時(shí)取得極大值，且隨著厚度的增加屬性值整體都有下降的趨勢，這與合成地震記錄剖面特征一致。振幅的斜度在砂巖累計(jì)厚度為8m時(shí)取得極小值。在累計(jì)厚度小于8m時(shí)，振幅的斜度與砂巖累計(jì)厚度成負(fù)相關(guān)關(guān)系，而其它3個(gè)振幅屬性則與砂巖累計(jì)厚度成正相關(guān)關(guān)系。

圖4 砂泥巖等厚薄互層模型的基本地震屬性a 瞬時(shí)類基本屬性; b 振幅類基本屬性

2.2 泥巖夾層厚度變化模型

圖5a給出了泥巖夾層厚度變化模型。由圖5a可見，橫向上各列中砂巖的累積厚度均為8m(第1列中砂巖層厚度為8m，2～8列中上、下砂巖層厚度均為4m);從左到右各列中泥巖夾層的厚度分別為0，1，2，3，4，5，6，7，8m，模型的詳細(xì)參數(shù)見表4，其中，薄互層的平均速度為2300～2380m/s，總體的砂巖百分比為0.50～0.89。

從模型的合成地震記錄(圖5b)可以看到，在砂體累積厚度一定的情況下，隨著泥巖夾層的厚度增加，地震反射波形態(tài)基本相同，即具有一定能量、波形近似為單個(gè)雷克子波的復(fù)合反射波。上、下砂體分別對應(yīng)反射波的波峰和波谷，觀察不到內(nèi)部界面的反射特征。隨著泥巖夾層厚度的增加，反射波的振幅強(qiáng)度減弱。

圖6a給出了泥巖夾層厚度變化模型的瞬時(shí)類基本屬性。由圖6a可見，反射強(qiáng)度的斜率和瞬時(shí)頻率斜率與砂泥巖累積厚度基本成正相關(guān)關(guān)系;平均瞬時(shí)頻率與砂泥巖累積厚度基本成負(fù)相關(guān)關(guān)系。平均瞬時(shí)相位對砂泥巖累積厚度變化也很敏感，但是呈無規(guī)律變化，因此不宜使用平均瞬時(shí)相位來進(jìn)行砂泥巖薄互層的地震預(yù)測。

圖5 泥巖夾層厚度變化模型(a)及其合成地震記錄(b)

圖6b給出了泥巖夾層厚度變化模型的振幅類基本屬性。由圖6b可見，總絕對值振幅、最大波峰振幅和平均絕對值振幅的變化規(guī)律完全相同:在砂體累積厚度相同的情況下，總絕對值振幅、最大波峰振幅、平均絕對值振幅均隨泥巖夾層的厚度(或砂泥巖累積厚度)增加而減小，而且泥巖夾層厚度越大，這3條曲線之間的差別也越大。振幅的斜度與泥巖夾層的厚度(或砂泥巖累積厚度)成正相關(guān)關(guān)系，即泥巖含量越高，振幅的斜度值越大。

表4 泥巖夾層厚度變化模型參數(shù)

圖6 泥巖夾層厚度變化模型的基本地震屬性a 瞬時(shí)類基本屬性; b 振幅類基本屬性

3 結(jié)束語

對比采用t0時(shí)窗和沿層時(shí)窗提取的地震屬性發(fā)現(xiàn):瞬時(shí)類屬性中除平均反射強(qiáng)度和反射強(qiáng)度斜率以外的屬性對提取時(shí)窗都很敏感;振幅類屬性中的振幅的斜度、總振幅、平均振幅受時(shí)窗影響最嚴(yán)重，其它的屬性基本不受時(shí)窗的影響。

薄的砂泥巖互層地層中，瞬時(shí)頻率斜率和反射強(qiáng)度斜率與砂泥巖累積厚度基本成正相關(guān)關(guān)系，可以利用它們進(jìn)行砂巖厚度預(yù)測；平均瞬時(shí)頻率、平均瞬時(shí)相位、瞬時(shí)頻率斜率、總絕對值振幅、最大波峰振幅以及平均絕對值振幅都出現(xiàn)了局部調(diào)諧效應(yīng)，因此也可以使用這些屬性進(jìn)行砂體厚度估算。

厚度小于調(diào)諧厚度的砂泥巖薄互層在砂巖累積厚度一定的情況下，瞬時(shí)頻率斜率、振幅的斜度和反射強(qiáng)度斜率與泥巖夾層厚度成正相關(guān)關(guān)系；平均瞬時(shí)頻率、總絕對值振幅、最大波峰振幅、平均絕對值振幅均與泥巖夾層厚度成負(fù)相關(guān)關(guān)系。

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