劉仕友， 李 輝， 楊振建， 閆安菊

(中海石油(中國(guó))有限公司 湛江分公司， 湛江 524057)

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文昌A凹陷油氣勘探中的頻率域信息應(yīng)用與探索

劉仕友， 李 輝， 楊振建， 閆安菊

(中海石油(中國(guó))有限公司 湛江分公司， 湛江 524057)

地震波能量衰減與巖性、孔隙流體的性質(zhì)有一定的關(guān)聯(lián)，國(guó)內(nèi)、外學(xué)者利用高頻成分的頻譜分析對(duì)儲(chǔ)層含氣性檢測(cè)進(jìn)行了大量的研究：振幅高頻部分的高吸收與巖石孔隙含氣有關(guān)，低頻部分的高吸收則可能預(yù)示著巖石孔隙的含水(油)飽和度。這里總結(jié)了國(guó)內(nèi)、外利用瞬時(shí)子波吸收衰減技術(shù)的研究成果，闡述了利用頻率域信息進(jìn)行烴類檢測(cè)的基本原理。文昌氣田的水層、氣層在地震剖面表現(xiàn)為強(qiáng)振幅的亮點(diǎn)特征，利用頻率域信息對(duì)文昌XX構(gòu)造進(jìn)行了目標(biāo)巖性預(yù)測(cè)和含氣性預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)效果經(jīng)鉆井得以驗(yàn)證，取得了較好的效果。

吸收衰減; 瞬時(shí)子波; 預(yù)測(cè); 類檢測(cè)

0 引言

多年勘探研究和鉆探實(shí)踐表明，南海西部文昌A凹陷生烴潛力較大，具有斷陷湖階段沉積的文昌組、恩平組兩套良好的生油氣源巖，珠海組為勘探的有利目標(biāo)層。但是珠海組地層埋深較大，一般深度為 3 300 m～4 000 m，砂巖成巖性強(qiáng)，孔隙度小，某些砂巖含有灰質(zhì)、有效儲(chǔ)層的波阻抗特征與泥巖疊置，好的儲(chǔ)層一般情況在地震上表現(xiàn)為強(qiáng)振幅特征。水層、氣層、油層的地震響應(yīng)特征(振幅域)基本類似，本區(qū)域利用振幅域技術(shù)(地震反演、AVO、亮點(diǎn)技術(shù)和彈性阻抗反演)進(jìn)行油氣藏評(píng)價(jià)效果有限，烴類檢測(cè)是制約本區(qū)域油氣勘探的一個(gè)關(guān)鍵瓶頸。

國(guó)內(nèi)、外針對(duì)頻率域信息的應(yīng)用研究已經(jīng)做了大量的工作，Mitchell等人[1]提出了一種計(jì)算地震信號(hào)能量衰減的分析方法(EAA技術(shù))，可以求取信號(hào)譜的高頻指數(shù)衰減系數(shù)；Eugene Lichman[2]提出瞬時(shí)子波上高頻部分的吸收異常往往預(yù)示著氣藏的存在，而低頻部分的吸收異常則常與巖石孔隙中的流體(油、水)相關(guān)；陳習(xí)峰等[3]對(duì)基于瞬時(shí)子波吸收分析的油氣檢測(cè)方法做了系統(tǒng)性的闡述；王宏語(yǔ)、張益明等[4-5]分別利用瞬時(shí)自來波吸收分析技術(shù)對(duì)陸上油氣田、海上氣田的應(yīng)用效果、適用范圍進(jìn)行了針對(duì)性討論。此外，目前國(guó)內(nèi)、外已經(jīng)發(fā)展了多種衰減解釋理論，主要包括以下幾種：①把大地當(dāng)成粘彈性介質(zhì),通過應(yīng)用Kelvin-Voight，Maxwell，SLS等模型模擬大地性質(zhì)來研究大地吸收特性；②把大地當(dāng)作不均勻介質(zhì)來研究，用散射理論來解釋地震波能量的衰減；③把大地當(dāng)作雙相介質(zhì)。相關(guān)的理論包括BIOT理論和噴射流動(dòng)理論等。

經(jīng)過對(duì)文昌A凹的已鉆遇的氣層、水層、泥巖的頻譜特征對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，三者的頻率域信息差異明顯，利用頻率域信息是油氣識(shí)別的一個(gè)有效手段。

1 相關(guān)原理及研究思路

1.1 烴類檢測(cè)基本原理

地震波在地下傳播時(shí)，振幅強(qiáng)度(A，無量綱)可表示為式(1)。

A=A0e-afr

(1)

式中:A0為初始振幅，無量綱;r為傳播距離，m ;a為地層有效吸收系數(shù)，無量綱;f為地震波頻率Hz。通常地層含有油氣時(shí)，地層吸收系數(shù)a會(huì)增大。

由公式(1)可以看到，振幅能量同頻率成反比，即如果除去地震波傳播距離的原因，當(dāng)?shù)貙雍杏蜌鈺r(shí)，地震波高頻能量的散失高于低頻段能量，呈現(xiàn)“高頻衰減”現(xiàn)象。同時(shí)大量實(shí)踐證明，地震波在含油氣介質(zhì)中傳播時(shí)，特別是在含氣儲(chǔ)層中，會(huì)發(fā)生衰減現(xiàn)象，并且在頻率域上表現(xiàn)為“低頻共振、高頻衰減”的動(dòng)力學(xué)特征。

對(duì)時(shí)頻方法和薄互層地震響應(yīng)關(guān)系做過深入研究的學(xué)者們[6-8]，認(rèn)為巖性調(diào)諧(巖性共振)和厚度調(diào)諧并非涇渭分明，兩者常常是共存的。Meckel[9]、Mahrai[10]曾做過地球物理模型實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算，認(rèn)為頻率-振幅-巖石粒度之間確有相關(guān)性，即巖性共振的確是存在的。張會(huì)星等[11]對(duì)頻率-地層粒度關(guān)系研究認(rèn)識(shí)認(rèn)為，當(dāng)頻率位于1Hz～0.8fo(fo為地震資料的主頻)中、低頻范圍時(shí)，地層或?qū)咏M較厚時(shí)，此時(shí)的頻率調(diào)諧以巖性調(diào)諧為主，即調(diào)諧頻率越低，反映了地層的粒度越粗。

1.2 地震能量衰減基本理論

衰減屬性分析的主要目的是通過屬性標(biāo)定將定量的地震衰減屬性轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)層特征，地震屬性標(biāo)定中最重要的是認(rèn)識(shí)和識(shí)別能夠反映地質(zhì)意義和物理意義的具有穩(wěn)定統(tǒng)計(jì)特征的屬性。

圖1 指定能量比所對(duì)應(yīng)的頻率適應(yīng)圖

理論研究表明，與致密的單相地質(zhì)體相比，如圖1所示，當(dāng)?shù)刭|(zhì)體中含流體(油、氣或水)時(shí)，會(huì)引起地震波能量的衰減;斷層、裂縫等的存在也會(huì)引起地震波的散射,造成地震能量的衰減。因此衰減屬性是指示地震波傳播過程中的衰減快慢的物理量，是一個(gè)相對(duì)的概念。衰減屬性的分析，可以反過來指示這些衰減因素存在的可能性和分布范圍。這里的衰減屬性分析就是要通過計(jì)算出的反映地震波衰減快慢的屬性體，來指示油氣存在的可能性和分布范圍。

1.3 研究思路

文昌A凹目前已鉆探井近三十口，鉆遇地層(氣層、水層、泥巖)樣本豐富，大量的樣本統(tǒng)計(jì)顯示地震規(guī)律特征有以下特點(diǎn)：①有利儲(chǔ)層在地震上表現(xiàn)為“亮點(diǎn)”，巖性調(diào)諧頻率為9 Hz ～15 Hz，泥巖的巖性調(diào)諧頻率為12 Hz ～18 Hz；②氣層在地震表現(xiàn)為明顯的低頻特征，水層頻率明顯要高于水層；③氣層的高頻段衰減因子遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地層趨勢(shì)背景，而且也略高于水層。

鑒于本區(qū)域振幅域技術(shù)的局限性，通過總結(jié)已鉆井規(guī)律認(rèn)識(shí)發(fā)現(xiàn)：①頻率域信息與儲(chǔ)層、流體性質(zhì)有著較好的密切關(guān)系，建立了基于頻率域信息的文昌A凹的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)與烴類檢測(cè)技術(shù)序列：②利用巖性調(diào)諧頻率進(jìn)行儲(chǔ)層物性預(yù)測(cè)，判斷有利儲(chǔ)層；③在有利儲(chǔ)層的基礎(chǔ)上，利用頻率吸收衰減異常進(jìn)行孔隙流體預(yù)測(cè)；④最終根據(jù)有利儲(chǔ)層與孔隙流體預(yù)測(cè)結(jié)果優(yōu)選鉆探井位。

2 實(shí)例應(yīng)用

文昌XX構(gòu)造位于文昌A凹陷南部邊緣、珠三南斷裂下降盤，是一個(gè)發(fā)育比較完整的背斜構(gòu)造，主要目的層珠海組一段、二段存在明顯的地震屬性異常(圖2)，成藏條件優(yōu)越。為了更好描述，分別把珠海組一段目標(biāo)稱為A目標(biāo)，二段目標(biāo)稱為B目標(biāo)，它們?cè)诏B后地震剖面上都表現(xiàn)為強(qiáng)振幅異常。

圖2 疊后純波地震剖面

2.1 巖性預(yù)測(cè)

圖3為過目標(biāo)的單線時(shí)頻分析結(jié)果，地震資料主頻約為35 Hz～40 Hz，目標(biāo)A的巖性調(diào)諧頻率約為10 Hz～14 Hz，目標(biāo)B的巖性調(diào)諧頻率為 8 Hz～13 Hz，巖性調(diào)諧頻率偏低，根據(jù)頻率-振幅-巖石粒度之間關(guān)系，可以預(yù)測(cè)目標(biāo)A和目標(biāo)B都為有利儲(chǔ)層，而且目標(biāo)B儲(chǔ)層的粒度更粗，其儲(chǔ)層物性可能更好。

圖3 單點(diǎn)時(shí)頻分析剖面

2.2 孔隙流體性質(zhì)預(yù)測(cè)

根據(jù)瞬時(shí)子波吸收分析與孔隙流體之間的關(guān)系，分析高頻信息衰減的變化規(guī)律(圖4)，分別選取了多點(diǎn)進(jìn)行瞬時(shí)子波特征分析，地震波的瞬時(shí)子波特征發(fā)生了規(guī)律性變化，其中目標(biāo)A所包含的a、b點(diǎn)衰減規(guī)律跟地層衰減趨勢(shì)基本一致不存在明顯的衰減異常；目標(biāo)B包含的e點(diǎn)高頻衰減異常明顯，遠(yuǎn)遠(yuǎn)脫離了地層衰減趨勢(shì)，這種特性與孔隙含氣的響應(yīng)特征類似。

圖5為過目標(biāo)線的高頻衰減因子計(jì)算剖面，依據(jù)1.2所介紹的地震能量衰減基本理論，從圖5中可以明顯看出，目標(biāo)A存在微弱衰減異常，但是特征并不明顯；目標(biāo)B高頻衰減異常強(qiáng)烈。綜合分析，預(yù)測(cè)目標(biāo)A是一套水層，目標(biāo)B為含氣儲(chǔ)層概率極高。為了進(jìn)一步分析目標(biāo)B的空間分布，分別在地震體和衰減體上提取了目標(biāo)B的屬性(最大值)，如圖6和圖7所示，對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，目標(biāo)體B的異常范圍有所差別，衰減異常范圍明顯小于地震異常范圍。

圖4 利用瞬時(shí)子波譜計(jì)算的衰減因子

圖5 高頻衰減異常剖面

圖6 目標(biāo)B HFA屬性(最大值)平面展布圖

圖7 目標(biāo)B 地震資料振幅屬性(最大值)平面展布圖

2.3 鉆井結(jié)果

根據(jù)衰減異常范圍重新預(yù)測(cè)了含氣范圍，并選擇了新井點(diǎn)位置XX。實(shí)際鉆井與我們預(yù)測(cè)基本一致：目標(biāo)A主要是大套砂巖，測(cè)井解釋為水層；目標(biāo)B錄井氣測(cè)值很高，測(cè)井解釋了一百多米的氣層。

3 結(jié)論

1)文昌A凹有利儲(chǔ)層在地震上表現(xiàn)為“亮點(diǎn)”，巖性調(diào)諧頻率為9 Hz ～15 Hz，泥巖的巖性調(diào)諧頻率為12 Hz～18 Hz。

2)文昌A凹?xì)鈱颖憩F(xiàn)為高頻衰減強(qiáng)異常，HFA屬性可以有效地區(qū)分氣層和水層。

3)依據(jù)上述的研究思路和預(yù)測(cè)方法，對(duì)目標(biāo)A和目標(biāo)B的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際鉆井結(jié)果基本一致，反映了基于頻率域信息的文昌A凹的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)與烴類檢測(cè)技術(shù)序列方法是可靠的。

頻率域信息技術(shù)，是文昌A凹儲(chǔ)層預(yù)測(cè)和烴類檢測(cè)的有效技術(shù)技術(shù)手段。頻率域信息是油氣藏預(yù)測(cè)中的一個(gè)有效補(bǔ)充，尤其針對(duì)亮點(diǎn)型油氣藏，可以有效地降低多解性?；谒矔r(shí)子波的吸收衰減分析技術(shù)，通過分別分析主頻兩端頻譜特征變化規(guī)律，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)孔隙流體性質(zhì)的預(yù)測(cè)，但是在地震波的傳播過程中，所有的地層對(duì)地震波頻率成分具有衰減吸收作用，孔隙流體衰減是這種衰減背景下的相對(duì)異常，不具有絕對(duì)值的意義。

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Application of seismic frequency domain information in theoil and gas exploration in sag A of Wenchang

LIU Shi-you, LI Hui, YAN Zhen-jian, YAN An-ju

(CNOOC Ltd.-Zhanjiang, Zhanjiang 524057, China)

Seismic attenuation is connected to the lithology and the nature of pore fluid. Great deals of researches have been done by scholars at home and abroad on detecting reservoir gas saturation by using the spectral analysis of high frequency component. The researches have showed that high absorption of the high-frequency amplitude is often relevant to the rock porosity gas content, and high absorption of the low-frequency amplitude may signal the water (oil) saturation of pores of the rock. This paper summarizes the results on using instantaneous wavelet attenuation technology and expounds the principle of hydrocarbon detection by using frequency domain information. The water-bearing and gas-bearing reservoirs in Wenchang gas field display have similar seismic responses with strong amplitude bright spot. This paper predicts the lithology and physical property of the XX target in Wenchang by using frequency domain information, and predictive results has been verified in the actual drilling.

absorption attenuation; instantaneous wavelet; lithologic prediction; hydrocarbon detection

2015-04-02 改回日期：2015-07-06

國(guó)家科技重大專項(xiàng)課題(2011ZX05023-004)

劉仕友(1982- )，男，碩士，主要從事儲(chǔ)層預(yù)測(cè)及烴類檢測(cè)工作研究，E-mail：liushiyou@139.com。

1001-1749(2015)04-0508-04

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2015.04.15