高 磊， 江 濤， 王明春， 陳文雄， 秦 童

(中海石油(中國(guó))有限公司 天津分公司渤海石油研究院，天津 300452)

0 引言

在渤海海域的近幾年的油氣勘探中，新近系明化鎮(zhèn)組的油氣發(fā)現(xiàn)占有舉足輕重的地位。在渤海南部的黃河口凹陷明化鎮(zhèn)組發(fā)育淺水三角洲沉積，其典型特點(diǎn)是砂巖百分含量低，僅為10%～20%，砂巖厚度薄，以2 m～12 m為主；隨著勘探程度的不斷深入，在渤海新近系發(fā)現(xiàn)了一種新型的淺水三角洲——“富砂型”淺水三角洲沉積，在黃河口凹陷以蓬萊9構(gòu)造為代表，渤海西部以沙壘田凸起為代表，與傳統(tǒng)淺水三角洲相比，其特點(diǎn)是砂巖百分含量高(45%～60%)，砂巖厚度變化大(3 m～38 m)。經(jīng)過多年的探索，對(duì)傳統(tǒng)淺水三角洲沉積的儲(chǔ)層刻畫已經(jīng)形成了一套相對(duì)成熟的方法技術(shù)，主要包括目標(biāo)處理技術(shù)、90°相移技術(shù)、約束稀疏脈沖反演技術(shù)、疊前多參數(shù)同步反演技術(shù)等[1-4]，并取得了較好的應(yīng)用效果?！案簧靶汀睖\水三角洲由于砂體具有厚度范圍廣，縱向上砂體疊置關(guān)系復(fù)雜，橫向上砂體變化快的特點(diǎn)，采用常規(guī)的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法難以準(zhǔn)確刻畫出砂體的縱橫向疊置關(guān)系，因而對(duì)“富砂型”淺水三角洲沉積的儲(chǔ)層分布規(guī)律及其對(duì)油氣的控制作用的研究存在較大困難，筆者以沙壘田凸起東段為例，通過創(chuàng)新思路，引入分頻反演的方法對(duì)儲(chǔ)層的縱向分布進(jìn)行識(shí)別和刻畫，并將地層切片技術(shù)及地震屬性綜合分析相結(jié)合，對(duì)“富砂型”淺水三角洲沉積的儲(chǔ)層橫向分布范圍進(jìn)行精細(xì)描述，總結(jié)出了渤海西部海域明下段“富砂型”淺水三角洲沉積的儲(chǔ)層分布規(guī)律，并對(duì)這類“富砂型”淺水三角洲沉積的油氣成藏模式進(jìn)行了分析。

1 地質(zhì)概況

沙壘田凸起位于渤海海域西部，被南堡、渤中、沙南、歧口四大生烴凹陷包圍，呈東西走向，早期走滑斷層將沙壘田凸起分為東、西兩段(圖1)，筆者研究主要基于沙壘田凸起東段。鉆井資料表明，沙壘田凸起自下而上分表鉆遇東營(yíng)組(部分發(fā)育)、館陶組和明化鎮(zhèn)組地層。沙壘田凸起前第三系基底主體是太古界花崗巖，古生代到古近紀(jì)沙河街組沉積時(shí)期一直是一個(gè)隆起剝蝕區(qū)，新近紀(jì)開始接受館陶組辮狀河巨厚砂礫巖沉積以及明化鎮(zhèn)組淺水三角洲砂泥巖沉積[5]。在沙壘田凸起東段相繼發(fā)現(xiàn)了C11-1、C12-2、C11-3/5、C11-6及C12-1S等多個(gè)油田，主要油藏類型為巖性-構(gòu)造油藏，其中近2/3的儲(chǔ)量集中于新近系明化鎮(zhèn)組下段。已鉆井分析表明，沙壘田凸起東段明下段儲(chǔ)層發(fā)育程度高，其砂巖百分含量平均達(dá)45%～60%，砂巖厚度變化大(3 m～38 m)，屬于渤海海域明下段典型的“富砂型”淺水三角洲沉積。

圖1 沙壘田凸起區(qū)域位置圖Fig.1 Regional locations of Shaleitian bulge

研究表明，沙壘田凸起新近紀(jì)處于渤海灣盆地整體拗陷的演化階段，通過館陶沉積期的準(zhǔn)平原化作用后，凹陷底部的坡度變得十分平緩，有利于明下段淺水三角洲的發(fā)育。館陶組沉積末期及明化鎮(zhèn)組沉積早期，水體仍相對(duì)較深，在高可容空間背景下，為前緣-前三角洲亞相，發(fā)育水下河道砂，砂體厚度5 m～15 m，相對(duì)孤立，局部可疊置成片，相當(dāng)于湖侵體系域，明化鎮(zhèn)組沉積后期，由于基準(zhǔn)面下降，可容空間逐漸減小，粗碎屑沉積增多，為水下平原-前緣亞相，發(fā)育水下河道砂、河口壩砂體，砂體厚度較大(10 m～30 m)，砂體在平面上的分布范圍較湖侵體系域廣。

從明下段儲(chǔ)層的發(fā)育情況對(duì)比來看，可明顯分為上、下兩段，上段相對(duì)富砂，巖性組合表現(xiàn)為砂泥巖不等厚互層，砂巖百分含量50%～60%，而下段相對(duì)富泥，砂巖百分含量40%左右，從下往上巖性組合逐漸由砂泥巖不等厚互層過渡至泥巖夾砂巖的特征(圖2)。

圖2 C1井明下段沉積相圖Fig.2 C1 well sedimentary facies of lower member of Minghuazhen

2 “富砂型”淺水三角洲儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法

在渤海淺層明下段的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中，90°相移技術(shù)及約束稀疏脈沖反演技術(shù)被廣泛應(yīng)用，并在“貧砂型”淺水三角洲儲(chǔ)層描述中取得了較好的應(yīng)用效果，但對(duì)小于調(diào)諧厚度(1/4波長(zhǎng))的薄層及大于1/2波長(zhǎng)的厚層進(jìn)行預(yù)測(cè)，這些技術(shù)還存在著一定的局限性[6]。根據(jù)已鉆井儲(chǔ)層厚度統(tǒng)計(jì)，沙壘田凸起明下段儲(chǔ)層厚度小于1/4波長(zhǎng)和大于1/2波長(zhǎng)的儲(chǔ)層分別占30%和25%，且縱向上砂體互相疊置，橫向上砂體變化快，巖性尖滅點(diǎn)識(shí)別困難。對(duì)于沙壘田凸起明下段這類“富砂型”淺水三角洲儲(chǔ)層進(jìn)行預(yù)測(cè)，采用常規(guī)的儲(chǔ)層反演方法存在薄層識(shí)別精度不夠、厚層難以準(zhǔn)確刻畫的問題，且難以對(duì)儲(chǔ)層的橫向展布特征進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析。針對(duì)這一特點(diǎn)，筆者創(chuàng)新性應(yīng)用地震沉積學(xué)的理論[7-11]，引入分頻反演的思路，將振幅與頻率的關(guān)系(AVF)引入反演計(jì)算中，合理利用地震資料中不同頻率的信息，減少了薄層和厚層反演的不確定性[12-14]，從而得到高分辨率的反演結(jié)果；以高分辨率分頻反演資料為此基礎(chǔ)，將地層切片技術(shù)及地震屬性綜合分析相結(jié)合，對(duì)“富砂型”淺水三角洲的儲(chǔ)層橫向分布規(guī)律進(jìn)行精細(xì)描述，并對(duì)沙壘田凸起明下段“富砂型”淺水三角洲的油氣成藏模式進(jìn)行了分析。

2.1 分頻反演基本原理及實(shí)現(xiàn)

地震反演問題本質(zhì)上是通過地震資料同時(shí)求取子波和反射系數(shù)的過程，從數(shù)學(xué)上講是一個(gè)病態(tài)問題，所以稀疏脈沖反演方法需要先求取一個(gè)子波，而模型反演需要先建立一個(gè)初始模型。由于地震子波很難準(zhǔn)確提取、模型建立受人為因素影響大等原因，這兩種方法都存在著一定的局限性。分頻反演正是針對(duì)上述反演方法中存在的問題而提出的一種全新的反演方法，它依靠測(cè)井和地震資料，通過研究不同地層厚度下的振幅與頻率之間的關(guān)系(AVF)，將AVF作為獨(dú)立信息引入反演，合理利用地震資料的高、中、低頻信息，減少薄層與厚層反演的不確定性，從而得到一個(gè)高分辨率的反演結(jié)果[15-17]。與傳統(tǒng)反演方法不同，分頻反演是一種無子波提取，無初始模型建立的高分辨率非線性反演，且可以直接用來反演巖性、物性等。

由于AVF關(guān)系非常復(fù)雜，很難用一個(gè)函數(shù)公式進(jìn)行表示，因此采用支持向量機(jī)(SVM)非線性映射的方法，在測(cè)井和地震子波分解剖面上找到這種關(guān)系，然后利用AVF信息進(jìn)行反演。支持向量機(jī)(SVM)是一種類似神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算方法，可以作為模式分類和非線性回歸，由于它是三個(gè)參數(shù)控制的學(xué)習(xí)方法，克服了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的諸如局部最優(yōu)，過度學(xué)習(xí)，網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定等問題，是統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)和人工智能中非常先進(jìn)的算法[18]。

筆者采用沙壘田凸起高分辨率三維地震資料，分頻反演的具體實(shí)現(xiàn)過程如下：①通過對(duì)地震資料的頻譜分析表明，研究區(qū)地震資料的有效頻帶范圍為8 Hz ～100 Hz，采用小波分頻技術(shù)將原始地震數(shù)據(jù)分成高、中、低頻分頻數(shù)據(jù)體，其中低截頻8 Hz，主頻60 Hz，高截頻100 Hz；②對(duì)每個(gè)頻段的地震數(shù)據(jù)體分布提取道積分、瞬時(shí)振幅、瞬時(shí)相位、瞬時(shí)頻率四種地震屬性；③將已知樣本的70%作為訓(xùn)練集，30%作為測(cè)試集，采用支持向量機(jī)的方法，通過多次迭代測(cè)試，計(jì)算出不同厚度下振幅與頻率的關(guān)系(AVF)；④將每個(gè)分頻屬性作為輸入數(shù)據(jù)，把AVF關(guān)系引入反演計(jì)算中，通過建立測(cè)井曲線與地震數(shù)據(jù)間的非線性關(guān)系最終得到反演數(shù)據(jù)體。

由圖3可以看出，由于沙壘田凸起東段明下段具有典型的“富砂型”沉積特點(diǎn)，90°相移和常規(guī)波阻抗反演由于受地震資料主頻、模型建立等方面的影響，當(dāng)存在厚層砂巖(>1/2波長(zhǎng))時(shí)，存在著明顯的同相軸“分叉”現(xiàn)象，且無法合理反映出砂體的厚度及其橫向變化規(guī)律，井震對(duì)應(yīng)關(guān)系較差。而分頻反演由于在反演中應(yīng)用了有效頻帶范圍內(nèi)的全頻約束，合理地利用了相對(duì)高頻和低頻成分，在識(shí)別薄層

圖3 90° 相移、約束稀疏脈沖反演與分頻反演連井剖面對(duì)比圖Fig.3 90° phase shift、constrained sparse pulse inversion and division of inversion even well sectional comparison chart(a)90° 相移；(b)約束稀疏脈沖反演；(c)分頻反演

砂巖的同時(shí)對(duì)厚層砂巖有更好的識(shí)別能力，井震對(duì)應(yīng)關(guān)系較好，利用分頻反演數(shù)據(jù)體可以更合理準(zhǔn)確地刻畫出明下段“富砂型”淺水三角洲的儲(chǔ)層分布規(guī)律。

2.2“富砂型”淺水三角洲儲(chǔ)層橫向分布規(guī)律研究

地層切片技術(shù)是地震沉積學(xué)的關(guān)鍵技術(shù)之一，與之配合的地震屬性綜合分析技術(shù)是地震儲(chǔ)層橫向預(yù)測(cè)的重要手段。傳統(tǒng)的切片方法包括時(shí)間切片和沿層切片，時(shí)間切片沿某一固定的地震旅行時(shí)對(duì)地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行切片顯示，適用于席狀并且是平臥狀態(tài)的地層；沿層切片沿某一個(gè)沒有極性變化的反射界面的切片，它更傾向于具有地球物理意義，適用于席狀但不是平臥狀態(tài)的地層。地震沉積學(xué)的理論強(qiáng)調(diào)在等時(shí)界面上提取地震屬性，即在相對(duì)地質(zhì)年代域提取的地震屬性才具有地質(zhì)意義，因而時(shí)間切片和沿層切片均具有其局限性。地層切片技術(shù)作為在地震沉積學(xué)的理論的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它是以追蹤的兩個(gè)等時(shí)沉積界面為頂?shù)?，在頂?shù)组g等比例內(nèi)插出一系列的層位，沿這些內(nèi)插出的層位逐一進(jìn)行屬性提取和分析。地層切片技術(shù)考慮了沉積速率在平面位置上的變化，比時(shí)間切片和沿層切片更加合理而且更接近于等時(shí)沉積界面[19]。因此地層切片的地震屬性綜合分析更能反映同一沉積時(shí)期的地質(zhì)信息(圖4)。

采用沙壘田凸起分頻反演地震資料制作地層切片，在進(jìn)行精細(xì)層位標(biāo)定和構(gòu)造精細(xì)解釋基礎(chǔ)上，選擇與地質(zhì)時(shí)間相近的明下段頂?shù)捉缑孀鳛榈卣饏⒖紝?，在參考層中間采用線性內(nèi)插的方法，建立地層時(shí)代模型來近似表述真實(shí)的地層時(shí)代構(gòu)造模型，并且所有的切片間的地質(zhì)時(shí)間間隔都是相等的。從分頻反演地震數(shù)據(jù)體上提取每個(gè)切片的地震屬性，并優(yōu)選出最能反映區(qū)域儲(chǔ)層展布特征的地震屬性，結(jié)合已鉆井資料對(duì)儲(chǔ)層的分布規(guī)律進(jìn)行分析。振幅類地震屬性能直接反映反射系數(shù)(速度、密度)的變化，是可以用于直接描述儲(chǔ)層變化的十分重要的地震屬性之一[20-24]。根據(jù)沙壘田凸起明下段“富砂型”儲(chǔ)層沉積特點(diǎn)，在對(duì)不同的振幅類屬性計(jì)算方法進(jìn)行很多實(shí)驗(yàn)分析后，優(yōu)選了地層切片的最小振幅屬性來反映“富砂型”儲(chǔ)層的橫向變化規(guī)律。

圖4 時(shí)間切片、沿層切片與地層切片對(duì)比示意圖Fig.4 Time slice horizon slice and the formation slice compared schematic(a)時(shí)間切片；(b)沿層切片；(c)地層切片

圖5 沙壘田凸起明下段地層切片最小振幅屬性Fig.5 Stratigraphic sections minimum amplitude attribute of Shaleitian salient Lower member of Minghuazhen(a)NMLⅡ油組最小振幅屬性;(b)NMLⅠ油組最小振幅屬性;(c)NML1Ⅱ油組最小振幅屬性;(d)NML1Ⅰ油組最小振幅屬性

鉆井揭示，沙壘田凸起明下段砂體表現(xiàn)為低速、低密的特點(diǎn)，砂巖表現(xiàn)為低波阻抗值，最小振幅屬性可以較好地反映出低波阻抗值的橫向分布范圍。通過對(duì)沙壘田凸起明下段地層切片最小振幅屬性研究，結(jié)合鉆井結(jié)果綜合分析后認(rèn)為，明下段主要發(fā)育淺水三角洲沉積，在明下段沉積早期，以水下分流河道型沉積為主，主要發(fā)育條帶狀、蛇曲狀窄河道砂體(圖5(a)、圖5(b))，主要物源方向?yàn)楸睎|向，儲(chǔ)層相對(duì)不發(fā)育(砂巖百分含量約40%左右)；到明下段沉積中晚期，以砂壩型沉積為主，砂體呈片狀、朵葉狀分布(圖5(c)、5(d))，由于水體能量發(fā)生變化，主要物源方向由北東向過渡到北西向，儲(chǔ)層發(fā)育程度高(砂巖百分含量在50%以上)。

3 “富砂型”淺水三角洲油氣成藏模式分析

一般地，在渤海海域明下段的油氣成藏模式中，斷砂耦合程度是明下段油氣成藏的主控因素，這一認(rèn)識(shí)在過去的勘探中一直起主導(dǎo)作用。但在沙壘田凸起區(qū)，明下段富砂程度相對(duì)較高，砂巖百分含量通常在50%～60%，局部甚至可達(dá)70%，砂體的縱向、橫向展布特征存在較大的差異，砂體展布的差異，再有構(gòu)造類型和運(yùn)聚體系的不同，導(dǎo)致對(duì)明化鎮(zhèn)組油氣成藏模式的差異。

King[25]利用逾滲理論研究了疊置砂巖體間的連通性問題，認(rèn)為隨著砂地比值越來越高，砂體之間開始疊置，形成連通砂體群，這種連通砂體群可以作為輸導(dǎo)層，這一砂地比門限值被稱為“逾滲閥值”。King發(fā)現(xiàn)，砂地比大于0.276砂體開始橫向連通，砂地比大于0.668砂體垂向連通的概率大于80%。羅曉容等[26]在渤海灣盆地東營(yíng)凹陷牛莊洼陷南部斜坡沙河街組各輸導(dǎo)層進(jìn)行了連通性分析研究中，具有類似的結(jié)論。統(tǒng)計(jì)沙壘田凸起C11-6/C12-1油田明下段各油組砂地比發(fā)現(xiàn)，自上而下NMUⅠ、NMUⅡ、NMLⅠ、NMLⅡ油組平均砂砂地比分別為0.61、0.59、0.54、0.41。明下段上部NMUⅠ、NMUⅡ油組以及中部的NMLⅠ油組砂體的連通概率大，可以形成砂體輸導(dǎo)層，有利于油氣的橫向、縱向運(yùn)移。

綜合研究發(fā)現(xiàn)，在沙壘田凸起的東段，明下段廣泛發(fā)育大型的披覆背斜圈閉，這些圈閉沿構(gòu)造脊發(fā)育，構(gòu)造脊是渤中凹陷、南堡凹陷、沙南凹陷油氣長(zhǎng)期的優(yōu)勢(shì)聚集區(qū)。另一方面，明下段發(fā)育“富砂型”淺水三角洲，明下段下油組由于主要發(fā)育條帶狀、蛇曲狀窄河道砂體，油氣成藏主要受“脊-斷-砂”三因素耦合控制，斷層主要控制了油氣的橫向、縱向運(yùn)移，在斷裂發(fā)育區(qū)，斷砂耦合情況更好，單井油氣層厚度大，油藏豐度高，油氣更加富集。明下段上油組由于砂體厚度大，分布范圍廣，砂體呈片狀分布，運(yùn)移斷層與砂體形成良好的配置關(guān)系，油氣在沿?cái)鄬舆\(yùn)移的同時(shí)也沿砂體橫向運(yùn)移，同時(shí)，片狀砂體上覆砂體呈網(wǎng)絡(luò)狀分布，與片狀砂體疊置，最終形成一種與眾不同的“之”字型油氣成藏模式(圖6)。此種模式除了在相對(duì)富砂的上油組分布，在明下段的底部，

圖6 沙壘田凸起明下段油氣成藏模式圖Fig.6 Hydrocarbon accumulation pattern diagram of Shaleitian salient lower member of Minghuazhen

靠近館陶組的井段也較為常見。因此，在遠(yuǎn)離斷裂帶斜坡區(qū)，連片砂體與上覆砂體匹配較好的區(qū)域，同樣具有較好的勘探潛力。

4 結(jié)論

1)與傳統(tǒng)淺水三角洲儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法不同，90°相移技術(shù)及稀疏脈沖反演方法在對(duì)明下段“富砂型”淺水三角洲儲(chǔ)層進(jìn)行預(yù)測(cè)存在困難，根據(jù)研究區(qū)特點(diǎn)，在該研究區(qū)首次采用分頻反演的方法，更合理準(zhǔn)確地刻畫出沙壘田凸起明下段“富砂型”淺水三角洲的儲(chǔ)層分布規(guī)律。

2)結(jié)合地震沉積學(xué)理論，通過地層切片的地震屬性綜合分析，認(rèn)為在沙壘田凸起明下段沉積早期，以水下分流河道型沉積為主，主要發(fā)育條帶狀、蛇曲狀窄河道砂體；明下段沉積中晚期，以砂壩型沉積為主，砂體呈片狀、朵葉狀分布。

3)沙壘田凸起明下段“富砂型”淺水三角洲油氣成藏模式存在差異。明下段下油組由于主要發(fā)育條帶狀、蛇曲狀窄河道砂體，油氣成藏主要受“脊-斷-砂”三因素耦合控制，斷層主要控制了油氣的橫向、縱向運(yùn)移；明下段上油組由于砂體呈片狀分布，油氣在沿?cái)鄬舆\(yùn)移的同時(shí)也沿砂體橫向運(yùn)移，同時(shí)，上覆砂體與片狀砂體疊置，呈網(wǎng)絡(luò)狀分布，最終形成一種與眾不同的“之”字型油氣成藏模式。

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