蘇云，李令喜，孟凡冰，李傳強(qiáng)，鄧明霞，侯東濮，姚欣雨

（1.中國(guó)石化中原油田分公司物探研究院，河南 鄭州 450000；2.中國(guó)石化中原油田分公司，河南 濮陽(yáng) 457001；3.中陜核工業(yè)集團(tuán)地質(zhì)調(diào)查院有限公司，陜西 西安 710000）

0 引言

東濮凹陷位于渤海灣盆地臨清坳陷南端，是新生代裂解斷陷形成的雙斷式坳陷[1]。東濮凹陷的勘探主要集中在古近系沙河街組，上古生界勘探程度較低。多年的勘探揭示，東濮凹陷上古生界地層油氣顯示較為活躍，上古生界具有優(yōu)越的煤成烴物質(zhì)基礎(chǔ)，分布范圍較廣[2]。近年來(lái)，東濮凹陷文留、胡慶等地區(qū)相繼發(fā)現(xiàn)了源自上古生界的自生自儲(chǔ)油氣藏，胡慶地區(qū)胡古2井上古生界石千峰組亦突破了工業(yè)油氣流關(guān)。這預(yù)示著東濮凹陷上古生界良好的勘探前景[3-15]。

前期的上古生界勘探雖偶有油氣發(fā)現(xiàn)，但均未形成規(guī)模儲(chǔ)量。儲(chǔ)層，尤其是有效儲(chǔ)層的識(shí)別是制約上古生界油氣勘探的技術(shù)瓶頸之一，以往針對(duì)上古近系—新近系孔隙型儲(chǔ)層的地震描述技術(shù)不能滿足上古生界復(fù)雜儲(chǔ)層的地震預(yù)測(cè)，原因主要有2點(diǎn)：1）地震資料品質(zhì)不能滿足有效儲(chǔ)層預(yù)測(cè)需求。東濮凹陷目前采集的三維地震資料主要是針對(duì)中、淺層古近系—新近系地層，采集資料覆蓋次數(shù)、縱橫比相對(duì)較低導(dǎo)致深層古生界地震資料信噪比和分辨率偏低；古生界上覆古近系—新近系沉積了多套鹽巖，鹽巖對(duì)地震波能量傳播具有較強(qiáng)屏蔽作用，導(dǎo)致古生界地層多呈現(xiàn)弱反射地震響應(yīng)特征。此外，古生界地層經(jīng)歷多期造山作用，地質(zhì)構(gòu)造經(jīng)受嚴(yán)重的改造，使得斷裂體系十分復(fù)雜，由于后期抬升剝蝕，小斷裂發(fā)育，構(gòu)造裂縫十分發(fā)育，也導(dǎo)致斷點(diǎn)成像精度較低。2）常規(guī)反演手段難以定量刻畫有效儲(chǔ)層。與渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷潛山相對(duì)比，東濮凹陷古生界儲(chǔ)層遭受的風(fēng)化時(shí)間和強(qiáng)度不及濟(jì)陽(yáng)坳陷，東濮凹陷上古生界儲(chǔ)層總體成巖作用強(qiáng)，物性發(fā)育較差，以低孔低滲為主[5-7]。這導(dǎo)致砂、泥巖密度與速度值差異較小。據(jù)統(tǒng)計(jì)，埋深3 500 m左右的東濮凹陷砂巖密度為2.38～2.69 g/cm3，聲波速度為 4 000～5 100 m/s，波阻抗為 10 000～13 000 g·cm-3·m·s-1；泥巖密度為2.42～2.72 g/cm3，聲速度為 3 000～4 400 m/s，波阻抗為7 000～12 000 g·cm-3·m·s-1。 砂巖與泥巖地球物理參數(shù)差異小，導(dǎo)致有效砂巖地震響應(yīng)規(guī)律不明顯，常規(guī)的疊前疊后反演技術(shù)難以精細(xì)刻畫有效儲(chǔ)層。同時(shí)，斷裂系統(tǒng)的發(fā)育對(duì)儲(chǔ)層類型進(jìn)一步復(fù)雜化，對(duì)有效儲(chǔ)層的地震識(shí)別提出了更大挑戰(zhàn)。

本文以胡慶地區(qū)上古生界儲(chǔ)層為例開展研究。首先，開展針對(duì)性的處理，增強(qiáng)古生界弱反射特征，提高地震資料信噪比及分辨率；然后，通過(guò)鉆井試油結(jié)果、精細(xì)巖石物理分析與正演模擬，建立上古生界有效儲(chǔ)層識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)及地震響應(yīng)特征；最后，采用“分頻振幅描河道、聯(lián)合反演找砂體、頻率屬性檢油氣”遞進(jìn)式技術(shù)對(duì)上古生界有效儲(chǔ)層進(jìn)行刻畫，取得了較好的效果。

1 古生界內(nèi)幕成像技術(shù)

針對(duì)東濮凹陷上古生界地震資料品質(zhì)差、斷點(diǎn)成像不清等問(wèn)題，利用地質(zhì)和測(cè)井信息，以速度優(yōu)化為核心，通過(guò)多種技術(shù)手段提高速度分析精度，建立精確的深度域速度模型，開展弱信號(hào)增強(qiáng)、深度域高精度成像等技術(shù)的研發(fā)。

1.1 基于Q因子補(bǔ)償?shù)娜跣盘?hào)增強(qiáng)技術(shù)

地震波傳播過(guò)程中，地層的能量吸收衰減對(duì)資料分辨率的影響巨大，目前針對(duì)表層的補(bǔ)償處理技術(shù)有相應(yīng)成熟的技術(shù)體系，并且也取得較為理想的補(bǔ)償效果，但均未涉及中、深層吸收衰減問(wèn)題。近些年來(lái)，許多學(xué)者圍繞中、深層吸收衰減的問(wèn)題，開展了大量的研究工作，特別是針對(duì)地震數(shù)據(jù)的Q吸收及補(bǔ)償問(wèn)題[8-24]，但Q值的準(zhǔn)確估算是Q吸收補(bǔ)償技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的問(wèn)題。傳統(tǒng)的Q因子求取往往依賴區(qū)域VSP資料，在東部老油田，一般缺少相應(yīng)的VSP資料?；诖耍邪l(fā)了直接利用疊前數(shù)據(jù)提取高精度Q值的方法——在地震數(shù)據(jù)分時(shí)窗求取全程旅行時(shí)相對(duì)Q吸收衰減量，建立地質(zhì)格架層位的T-Q層狀時(shí)空變Q模型，通過(guò)波動(dòng)方程進(jìn)行吸收補(bǔ)償處理。補(bǔ)償計(jì)算的公式為

式中：tn為n層雙程旅行時(shí)，s；Qn為n層品質(zhì)因子。

由圖1可以看出：在保持振幅相對(duì)關(guān)系的情況下，該方法可有效提高地震數(shù)據(jù)分辨率，改善頻率、能量一致性，解決黏彈性介質(zhì)對(duì)地震波的空變吸收衰減問(wèn)題。

圖1 上古生界弱信號(hào)增強(qiáng)處理前、后地震剖面及振幅曲線對(duì)比

由慶古2井合成記錄與補(bǔ)償前后剖面（見(jiàn)圖2）可以看出：在山西組—石千峰組層段內(nèi)，合成地震記錄振幅呈中強(qiáng)振幅反射特征，在上石盒子組頂、下石盒子組頂界為連續(xù)的強(qiáng)振幅反射，補(bǔ)償前剖面在山西組—石千峰組層段內(nèi)能量較弱，整體上與合成記錄一致性較差?；赒因子補(bǔ)償?shù)娜跣盘?hào)增強(qiáng)技術(shù)處理后，縱向上能量一致性得到了增強(qiáng)，與鉆井合成記錄相關(guān)性得到了較大提高。

圖2 增強(qiáng)處理前、后地震剖面與慶古2井合成記錄

1.2 井-層聯(lián)控速度建模方法

疊前深度偏移是復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造精確成像的最有效方法，而速度模型是制約地震資料成效的關(guān)鍵因素。當(dāng)前業(yè)界普遍應(yīng)用的速度建模方法主要是網(wǎng)格層析成像反演技術(shù)，但層析成像通常只能獲得大尺度較為平滑的速度模型，速度模型中缺乏高波數(shù)成分，對(duì)于東濮凹陷復(fù)雜斷塊區(qū)域，網(wǎng)格層析成像反演方法獲得的速度模型很難描述速度突變特征。這也導(dǎo)致斷點(diǎn)成像不準(zhǔn)。

本文提出了井-層聯(lián)控速度建模方法，該方法將傳統(tǒng)網(wǎng)格層析成像反演速度建模與地質(zhì)信息融合構(gòu)建速度體，該速度變化走勢(shì)既與地震資料旅行時(shí)一致，也能體現(xiàn)東濮凹陷復(fù)雜構(gòu)造及沉積特征。技術(shù)流程見(jiàn)圖3。

圖3 井-層聯(lián)控速度建模技術(shù)流程

該方法首先基于地質(zhì)認(rèn)識(shí)得到綜合構(gòu)造解釋成果建立精細(xì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，然后利用鉆井、測(cè)井信息，應(yīng)用確定性差值方法，將鉆井獲取的地層速度信息插值到地質(zhì)網(wǎng)格中，用于補(bǔ)償層析速度模型中的高波成分，獲得井-層聯(lián)合約束的精細(xì)速度模型。目前將已鉆井獲得的速度信息插值到地質(zhì)網(wǎng)格中，常采用的方法有三角剖分法、反距離加權(quán)法及克里金插值法。本文采用反距離加權(quán)法，假設(shè)空間上各點(diǎn) xi（i=1，2，3，…，m）的速度值為v( xi)，那么各已知點(diǎn)速度值的加權(quán)平均定義為

式中：d( x，xi)為預(yù)估點(diǎn)到已知點(diǎn)的距離；m為插值點(diǎn)數(shù)量；p為權(quán)利系數(shù)（一般為0.5～10.0，本文取2.0）。

由傳統(tǒng)速度模型剖面與井-層聯(lián)控速度模型剖面（見(jiàn)圖4）看出：兩者在速度值大小和變化走勢(shì)大致一致，但圖4b中明顯表現(xiàn)出橫向和縱向上高波數(shù)成分得到了補(bǔ)充，且在斷層兩盤、潛山上速度值發(fā)生了變化。利用這種融合了構(gòu)造地質(zhì)認(rèn)識(shí)、鉆井層位信息所構(gòu)建的速度模型進(jìn)行偏移，能有效地改善成像精度，解決現(xiàn)有資料斷面連續(xù)性差、斷層陰影區(qū)和地層產(chǎn)狀不合理的問(wèn)題。

圖4 速度模型剖面對(duì)比

1.3 改進(jìn)泛函的LSRTM技術(shù)

地震偏移技術(shù)對(duì)地下構(gòu)造成像有著重要的作用。目前逆時(shí)偏移（RTM）是解決地下復(fù)雜構(gòu)造成像問(wèn)題最先進(jìn)的技術(shù)，它基于真振幅成像理論，能夠自動(dòng)補(bǔ)償偏移過(guò)程中的幾何擴(kuò)散現(xiàn)象，得到相對(duì)準(zhǔn)確的反射系數(shù)，具有無(wú)傾角限制的優(yōu)點(diǎn)，可以對(duì)多次波、轉(zhuǎn)換波、棱柱波等特殊波成像。但是，目前以RTM為代表的常規(guī)偏移方法的成像結(jié)果只是一個(gè)模糊的像，尚無(wú)法滿足巖性油氣藏勘探的需求。

最小二乘偏移（LSM）成像方法基于Bayes反演理論，在Born近似下匹配預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)從而得到成像質(zhì)量更高的剖面，有利于更好地進(jìn)行巖性儲(chǔ)層成像和儲(chǔ)層參數(shù)反演。但是，最小二乘偏移在實(shí)用化過(guò)程中卻很難實(shí)現(xiàn)高精度巖性成像的目標(biāo)，原因主要有：地球介質(zhì)至少為變黏度的黏彈性介質(zhì)，LSM成像過(guò)程中一般采用聲波方程，模擬過(guò)于簡(jiǎn)單；在波場(chǎng)模擬過(guò)程中震源子波的定義非常困難，不同的單炮記錄對(duì)應(yīng)的震源子波也不同。此外，當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)為強(qiáng)吸收衰減時(shí)，震源子波時(shí)空變化劇烈。這些因素導(dǎo)致LSM過(guò)程中很難得到準(zhǔn)確的振幅信息，而常規(guī)的LSM卻是基于振幅匹配的，對(duì)振幅精度的要求很高，因此，所有的問(wèn)題需要在處理觀測(cè)數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)時(shí)付出很大的努力，以進(jìn)行傳統(tǒng)的最小二乘偏移[21]。

本文發(fā)展了一種基于相位匹配的最小二乘逆時(shí)偏移成像方法。該方法舍棄了傳統(tǒng)的二次型泛函，采用相關(guān)泛函，更多地強(qiáng)調(diào)相位信息在最小二乘偏移中的作用，建立了基于相關(guān)泛函的最小二乘逆時(shí)偏移成像方法的算法流程（見(jiàn)圖5）。

圖5 改進(jìn)泛函的最小二乘逆時(shí)偏移流程

對(duì)比RTM與改進(jìn)泛函的LSRTM偏移剖面（見(jiàn)圖6），以及上古生界地層的2 800 ms處時(shí)間切片（見(jiàn)圖7）可以看出：LSRTM偏移剖面整體構(gòu)造特征清晰，斷點(diǎn)歸位準(zhǔn)確，斷裂系統(tǒng)成像清楚，地層內(nèi)幕波場(chǎng)豐富。

圖6 偏移成像剖面對(duì)比

圖7 偏移成像結(jié)果時(shí)間切片對(duì)比

2 有效儲(chǔ)層定量描述技術(shù)

東濮凹陷上古生界儲(chǔ)層以巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，分選中等?？诐B相關(guān)性較好，孔隙度均值為5.86%，滲透率均值為0.15×10-3μm2，整體屬于特低孔、特低滲儲(chǔ)層。前人結(jié)合巖石類型、物性及成巖作用等特征，將上古生界儲(chǔ)層劃分為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層、中等儲(chǔ)層、差儲(chǔ)層和致密儲(chǔ)層[22-24]。其中：優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層孔隙度大于10%，滲透率在1.00×10-3μm2之上，原生孔隙和次生孔隙都有發(fā)育，并殘留著部分原生孔隙；中等儲(chǔ)層孔隙度在6%～10%，滲透率在（0.50～1.00）×10-3μm2，溶蝕孔隙發(fā)育普遍，并殘留部分原生孔隙；差儲(chǔ)層孔隙度在4%～6%，滲透率在（0.05～0.50）×10-3μm2，以殘余粒間孔隙和溶蝕粒內(nèi)孔隙為主；致密儲(chǔ)層，孔隙度小于4%，滲透率低于0.05×10-3μm2，孔滲條件差，儲(chǔ)集類型以微孔隙為主，連通性極差，壓實(shí)作用強(qiáng)烈，泥質(zhì)填隙物發(fā)育[24]。

本文在前人研究成果基礎(chǔ)上，以胡慶地區(qū)上古生界試油結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)，并參考文留地區(qū)獲工業(yè)油氣井試油結(jié)果及鄂爾多斯地區(qū)石炭系—二疊系砂巖儲(chǔ)層劃分標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合地球物理識(shí)別能力，界定東濮凹陷上古生界有效儲(chǔ)層為孔隙度大于7%的儲(chǔ)層。

東濮凹陷上古生界儲(chǔ)層物性主要控制因素為沉積相、巖石學(xué)特征和成巖作用，沉積相是最主要的控制因素?；诖耍槍?duì)上古生界有效儲(chǔ)層定量描述的技術(shù)思路為：首先，基于目標(biāo)處理的地震資料，利用分頻屬性定性刻畫河道相砂體；然后，基于相控反演定量技術(shù)，定量刻畫有效砂體厚度及空間分布特征；最后，利用頻率衰減屬性對(duì)有效砂體孔隙流體進(jìn)行判別。

2.1 基于分頻屬性的河流相精細(xì)刻畫

常規(guī)地震屬性是針對(duì)全頻帶疊后地震數(shù)據(jù)而言，地震數(shù)據(jù)由地震信號(hào)組成，是一種典型的非平穩(wěn)信號(hào)。相比之下，分頻地震屬性采用時(shí)頻分析方法得到一系列分頻數(shù)據(jù)體，包含了低頻、中頻和高頻信息，不同尺度的地質(zhì)體有不同的反射波頻段，因此，可以利用不同頻段的地震數(shù)據(jù)反映不同的地質(zhì)信息。

上古生界石千峰組以河流相為主，主要為曲流河沉積，儲(chǔ)層展布較廣，單砂體厚度相對(duì)薄，橫向變化較快，縱向分布層次多，薄互層發(fā)育。全頻帶上地震反射為砂泥巖互層調(diào)諧響應(yīng)，利用全頻帶屬性會(huì)有較強(qiáng)的多解性，因此，將地震分頻技術(shù)引入到地震屬性分析，優(yōu)選出多個(gè)不同中心頻率的分頻地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行融合，提取并優(yōu)選地震屬性，精確刻畫曲流河分布。通過(guò)分析得知，20 Hz分頻體得到的最大峰值振幅屬性可更好地刻畫曲流河砂體邊界（見(jiàn)圖8）。

圖8 不同中心頻率的最大峰值屬性平面圖

2.2 基于波阻抗及波形聯(lián)合反演技術(shù)

依據(jù)有效砂巖的識(shí)別標(biāo)準(zhǔn) （孔隙度大于7%為有效砂巖），利用工區(qū)已鉆井資料開展的巖石物理分析認(rèn)為，有效砂巖具有相對(duì)較高的縱波阻抗，但與非滲透性砂巖具有一定的重疊。通過(guò)對(duì)胡古2井、慶古2井等井的合成記錄及已鉆遇砂體綜合分析，結(jié)合實(shí)際地震剖面，總結(jié)了研究區(qū)有效砂巖具有3種典型的地震波形結(jié)構(gòu)。

第1種波形結(jié)構(gòu)為強(qiáng)“雙峰”對(duì)稱型，代表巖性組合結(jié)構(gòu)為有效砂巖厚度大，砂體間泥巖隔層厚度大于20 m（見(jiàn)圖9a）；第2種波形結(jié)構(gòu)為單峰中強(qiáng)振幅型，代表巖性組合結(jié)構(gòu)為有效砂巖厚度大，砂體間泥巖隔層厚度小于20 m（見(jiàn)圖9b）；第3種波形結(jié)構(gòu)為中弱振幅復(fù)波型，代表巖性組合結(jié)構(gòu)為有效砂巖單層厚度薄， 砂泥巖呈頻繁互層結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖9c）。

圖9 胡慶地區(qū)上古生界有效砂巖地震反射波形結(jié)構(gòu)分析

基于有效砂巖高阻抗特征及波形結(jié)構(gòu)，本文首先利用疊后反演獲得高阻抗的有效砂巖與非滲透性砂巖；然后融合波形反演獲得代表有效砂巖的反演數(shù)據(jù)體。由過(guò)井反演剖面可以看出，反演結(jié)果與井吻合度較高，河流相砂體在剖面上表現(xiàn)橫向上連續(xù)性較差，代表河道的橫向遷移及多期河道的疊置（見(jiàn)圖10，圖中非藍(lán)色代表有效砂巖）。

圖10 過(guò)慶古2井波阻抗及波形聯(lián)合反演剖面

2.3 基于S變換的頻率衰減屬性油氣檢測(cè)技術(shù)

當(dāng)儲(chǔ)層含有流體時(shí)，會(huì)引起地震波能量和頻率的變化，表現(xiàn)為振幅譜高頻端能量的衰減和低頻端能量的增強(qiáng)，主頻降低。

含油氣儲(chǔ)層在地震能量和頻率的微弱變化，需要精確的算法進(jìn)行刻畫，目前常用的是時(shí)頻分析。時(shí)頻分析大都是基于傅里葉變化，由于受到Heisenberg測(cè)不準(zhǔn)原理限制，傅里葉變化無(wú)法同時(shí)保證時(shí)間域和頻率域上的分辨率，會(huì)造成油氣檢測(cè)精度低。1996年，Stockwell等提出了S變換算法，在短時(shí)傅里葉變換的基礎(chǔ)上加入與頻率相關(guān)的窗函數(shù)，能夠使得時(shí)-頻轉(zhuǎn)換后的信號(hào)在時(shí)間和頻率域上都有較高的分辨率，極大提高油氣檢測(cè)的精度。

利用S變換的瞬時(shí)屬性檢測(cè)儲(chǔ)層時(shí)發(fā)現(xiàn)：儲(chǔ)層含流體或氣體后會(huì)出現(xiàn)高頻能量衰減、低頻能量增強(qiáng)；儲(chǔ)層不含流體或氣體表現(xiàn)為低頻段能量衰減、高頻段能量增強(qiáng)。利用該瞬時(shí)屬性對(duì)有效砂巖孔隙中流體進(jìn)行了識(shí)別，由油氣預(yù)測(cè)平面圖可以看出（見(jiàn)圖11a），預(yù)測(cè)結(jié)果與鉆井吻合較高（慶古2井在4 748～4 767 m獲日產(chǎn)氣10 098 m3工業(yè)氣流）。結(jié)合石千峰組有效砂巖預(yù)測(cè)圖（見(jiàn)圖11b）認(rèn)為：石千峰組河流相砂體殘留厚度較大，橫向展布較廣，砂體連續(xù)性很好，物性條件優(yōu)越，石千峰組砂巖與區(qū)域不整合面相鄰，能夠形成大型的不整合油氣藏。

圖11 胡慶地區(qū)上古生界石千峰組預(yù)測(cè)平面圖

3 結(jié)論

1）東濮凹陷古生界地層埋藏深，構(gòu)造破碎，有效儲(chǔ)層的精確刻畫依賴高品質(zhì)三維地震資料，通過(guò)振幅補(bǔ)償、速度建模及LSRTM等處理技術(shù)手段，能改善斷點(diǎn)斷面偏移準(zhǔn)確歸位，提高古生界地層信噪比。

2）依據(jù)有效儲(chǔ)層巖石物理特征及地震反射波形，制定了“分頻振幅描河道、聯(lián)合反演找砂體、頻率屬性檢油氣”遞進(jìn)式技術(shù)流程，在石千峰組有效砂巖預(yù)測(cè)中取得了較好的勘探效果。

3）石千峰組河流相砂體殘留厚度較大，橫向展布較廣，砂體連續(xù)性很好，物性條件優(yōu)越，石千峰組砂巖與區(qū)域不整合面相鄰，能夠形成大型的不整合油氣藏，可作為下步重點(diǎn)勘探領(lǐng)域。