李 莉，王雅春，劉鎣霖，彭 朋

(1.東北石油大學 地球科學學院，黑龍江 大慶 163318； 2.重慶科技學院 石油與天然氣工程學院，重慶 401331)

石油對保障國家經(jīng)濟和社會發(fā)展有著不可估量的作用，隨著油氣勘探精度和目標復雜程度的不斷提高，頻譜分析技術(shù)成為了利用地震信息進行油氣勘探的重要方法之一[1-2]，其中頻率衰減是頻譜分析技術(shù)中的一項重要屬性特征[3-5]。頻率衰減屬性能夠反映儲層分布并能夠精細預測油氣，因而更有利于儲層預測及流體檢測。自從1962年，F(xiàn)utterman第一次詳細論述了巖石對地震波的吸收衰減為地層的基本特性以來[6]，許多研究學者在這個方向展開了深入的研究。1979年，Toksoz等[7]通過研究巖石對地震波吸收衰減的影響，指出引起地震波在巖石中衰減的因素有:摩擦、液體流動、流體黏性和擴散。2010年，張景業(yè)等[5]利用能量吸收分析法，分析地震波頻率信息的衰減梯度，有效地預測了含油氣區(qū)。2020年，李培培等[8]利用頻率衰減斜率屬性切片，區(qū)分出了斷裂和沉積水道等地質(zhì)異常。

本文分析了地震波頻率衰減屬性在儲層含油氣時的變化特征，并通過對已鉆井頻率衰減斜率特征分析同時結(jié)合正演模擬，得出運用頻率衰減斜率進行儲層含油氣預測是可行的，進而將其應用到杏南開發(fā)區(qū)儲層含油氣預測的研究中。同時綜合構(gòu)造特征研究、三維地震精細解釋等研究成果，劃分出3類有利區(qū)。研究對提高油氣預測的精度、指導油氣勘探的進一步深入具有重要的現(xiàn)實意義。

1 方法原理

1.1 頻率衰減理論基礎(chǔ)

與致密的地質(zhì)體相比，當?shù)卣鸩ù┻^含有油或氣的地層時，就會造成頻率和能量的衰減，而且地震波高頻部分衰減得尤為劇烈。頻率吸收衰減是指地震波在地下巖層中傳播時總能量的損失，是介質(zhì)內(nèi)在的屬性[9]。引起地震波衰減的因素有2種(內(nèi)部和外部):內(nèi)部因素是介質(zhì)中固體與固體、固體與流體、流體與流體界面之間的能量耗損；外部因素主要是不均勻介質(zhì)引起的散射[10]。地震波衰減會使其振幅變?nèi)?，子波的形態(tài)發(fā)生變化。巖層的吸收程度對地震波衰減與子波形態(tài)的變化速度起著決定性的作用。巖性不同對地震波的吸收程度也不同，地層的吸收能力越強，地震波的高頻成分衰減得越快。地層巖性的變化可以通過吸收系數(shù)的變化表現(xiàn)出來[11]。

由于地下地層都是非完全彈性介質(zhì)，當?shù)卣鸩ù┰降貙拥臅r候，會對地震波產(chǎn)生吸收作用。隨著傳播距離的增大，地震波的振幅會呈指數(shù)形式衰減。其衰減方程為:

A(f，r)=A0e-α(f)r

(1)

式中，A為地震波傳播一定距離后的振幅；A0為地震波的初始振幅；α為吸收衰減系數(shù)；f為頻率；r為地震波的傳播距離。

吸收衰減系數(shù)與頻率和巖性之間存在函數(shù)關(guān)系，在地震波頻帶寬度范圍內(nèi)，α和f呈正比。即地震波的頻率越高，吸收系數(shù)就越大，衰減的幅度越大[12-13]。由衰減方程可知，隨著傳播距離的增大，地震波的能量以及頻率都會不斷衰減。

1.2 頻率衰減斜率分析

在吸收衰減屬性中，頻率衰減斜率是一種對儲層含油氣識別比較敏感的屬性，它表示了地震波在高頻段的能量隨頻率的變化情況，可以衡量地震波在傳播過程中衰減的快慢程度。衰減的斜率越大，反映的儲層物性越好。當巖石中孔隙較多并且充填油氣時，其地震波的衰減就會增加[14]，且高頻能量比低頻能量衰減的大。利用這種衰減變化特征，就可以描述出有利儲層的分布范圍。

衰減斜率的具體算法為:

(1)對每道地震記錄作時頻分析，在時頻剖面上把檢測到的最大能量對應的頻率作為初始衰減頻率[15]。

(2)在能量譜上找到最大能量的65%和85%時地震波所對應的頻率，然后擬合出頻率與能量的衰減斜率，得到振幅衰減斜率Ga[5]，其計算公式為:

(2)

頻率衰減斜率如圖1所示。

圖1 頻率衰減斜率示意Fig.1 Schematic diagram of frequency attenuation slope

2 杏南開發(fā)區(qū)儲層預測

研究工區(qū)為杏南地區(qū)高8-59井區(qū)及杏13-丁2-125井區(qū)，主要含油層位為下白堊統(tǒng)的泉頭組四段和泉頭組三段上部的扶余油層，為研究目的層，細分為扶Ⅰ組、扶Ⅱ組、扶Ⅲ組。

2.1 區(qū)域地質(zhì)概況

區(qū)域構(gòu)造位置位于松遼盆地中央坳陷大慶長垣二級構(gòu)造帶的杏樹崗、太平屯構(gòu)造帶上。扶余油層從北到南砂體、物性、埋深、產(chǎn)能差異很大，整體北好南差。生儲組合為上生下儲型，油氣主要來自齊家—古龍凹陷。扶余油層主要儲集體是河道砂，砂巖孔隙度一般在6%～12%，滲透率一般小于0.1×10-3μm2，屬于低孔、低滲型儲層。泉三段上部主要為一套灰褐、灰棕、淺灰色粉砂巖夾紫紅、灰綠色泥巖，泉四段主要為一套灰綠、灰褐色粉砂巖夾淺灰、灰綠色泥巖。地震體來源于杏南地震體(xndzt.segy)，從地震資料分辨率看，其主頻在30 Hz左右，頻帶寬度為0～80 Hz，目的層范圍1 100～1 900 ms，測線為:Line為3617—4210，Trace為2897—3752。地震數(shù)據(jù)體的采樣率為2 ms，地震面元為10 m×10 m。

2.2 衰減斜率屬性含油氣性預測可行性分析

2.2.1 已鉆井頻率衰減斜率特征

為了驗證頻率衰減斜率屬性用于儲層含油氣性預測的可行性，將杏南開發(fā)區(qū)已完鉆油井X79、干井XF72-4的實際測井數(shù)據(jù)和地震剖面與該井的頻率衰減斜率特征進行了對比。

X79井位于研究區(qū)中下部，該井在錄井資料中獲得了較好的油氣顯示，在地震剖面上對應強反射。X79井1 494.1～1 617.6 m壓后抽汲，其油壓一般在41 MPa，日產(chǎn)油14.56 t，日產(chǎn)氣4.8×104m3。測井解釋Ⅱ類儲層2.8 m/層，氣測異常14 m/5層，油跡1 m/層。分別對X79井、XF72-4井進行頻率衰減斜率計算，并對計算出的頻率衰減斜率體沿目的層進行層拉平，每隔2 ms進行等時切片觀察得出[16]，在1 340～1 500 ms時窗內(nèi)，X79井的頻率衰減斜率屬性表現(xiàn)為強衰減的特征(圖2)，而在此時窗外切片上頻率衰減斜率沒有明顯的變化特征，且產(chǎn)油氣層段與強衰減斜率有較強的對應關(guān)系。與X79井形成對比的是XF72-4井，對該井進行測試，測試結(jié)果為干井，而且在XF72-4井的頻率衰減切片上沒有出現(xiàn)衰減異?，F(xiàn)象。

圖2 過X79井和XF72-4井的頻率衰減斜率和地震剖面對比Fig.2 Comparison of frequency attenuation slopes and seismic profiles of Well X79 and Well XF72-4

通過對2口已知井的試油情況分析得出，頻率衰減斜率屬性和儲層含油氣性之間有一定的相關(guān)性。

2.2.2 正演模擬

地震正演模擬技術(shù)是通過設計實際地下儲層的正演模型，并設置相應的速度、密度、厚度等各種地球物理參數(shù)，通過數(shù)值計算方法對正演模型進行數(shù)值模擬，得到各種地震記錄，從而研究地震波的傳播規(guī)律和儲層的地震響應特征[17-19]，是儲層含油氣預測中常用的分析手段。在本研究中，根據(jù)實際已鉆井揭示的地層數(shù)據(jù)和巖性組合可知，扶余油層砂巖不發(fā)育，剖面上泥多砂少、具有“泥包砂”的特征，且泥巖層分布穩(wěn)定，泥質(zhì)含量高。單砂體發(fā)育規(guī)模小、厚度薄，沉積粒度細，物性差，單砂體間連通性差。針對儲層這一特征，建立地質(zhì)模型。其中扶Ⅰ油層砂巖速度為4 250 m/s，密度為2.5 g/cm3，泥巖速度為3900m/s，密度為2.45g/cm3，上覆地層速度為3 700 m/s，下伏地層速度為4 200 m/s，子波主頻為30 Hz。

通過正演得到扶Ⅰ油層模型正演圖(圖3)，將正演圖與地震剖面圖進行對比分析可知，扶Ⅰ油層儲層發(fā)育時，在地震剖面上表現(xiàn)為強反射，與實際處理后的地震資料一致。運用正演模擬技術(shù)進行分析，為采用頻率衰減斜率屬性進行儲層含油氣性預測提供了基礎(chǔ)。

圖3 扶Ⅰ油層模型正演與地震剖面對比Fig.3 Comparison between forward modeling of FuⅠ reservoir model and seismic profile

扶Ⅰ油層的頻率衰減斜率剖面如圖4所示，通過觀察可以得出，含油氣層均對應著頻率衰減斜率值較高的區(qū)域。將頻率衰減斜率圖和地震剖面圖進行對比發(fā)現(xiàn)，頻率衰減斜率高值部位的產(chǎn)油氣層位于地震反射的波谷處，在含油氣層的下方具有強振幅反射，且與扶Ⅰ油層模型正演圖含油氣區(qū)域一致。

圖4 扶Ⅰ油層頻率衰減斜率Fig.4 Frequency attenuation slope of FuⅠoil layer

綜合已鉆井和地震正演結(jié)果與頻率衰減斜率分析對比可知，頻率衰減斜率屬性對于識別儲層含油氣性是可行的。

2.3 儲層含油氣性分布預測

頻率衰減斜率值會隨著所取時窗大小的不同，而發(fā)生變化。為了使頻率衰減斜率屬性能夠突出地反映儲層含油氣性的異常特征，首先對屬性計算時窗的選取進行優(yōu)化[20]。對比下白堊統(tǒng)的泉頭組四段和泉頭組三段油層不同時窗的頻率衰減斜率值變化情況，優(yōu)選出計算時窗大小的時間。然后沿標定的油氣層段位置進行沿層頻率衰減斜率數(shù)據(jù)體的平面成圖(圖5)，從而初步劃分出含油氣有利區(qū)。

圖5 儲層含油氣預測Fig.5 Reservoir oil and gas prediction map

從頻率衰減斜率平面圖中(圖5(b)，圖中紅、黃色區(qū)域為含油氣有利區(qū))可以看出，區(qū)域北西向頻率衰減值較大，呈條帶狀分布，因此可以初步判斷該區(qū)域是儲層含油氣的主要富集區(qū)。同時引入巖性約束(圖5(a))從而使油氣檢測結(jié)果精度更高。

從砂巖厚度分布圖中可以看出，扶余油層砂體發(fā)育區(qū)大體呈北西向、條帶狀展布，平面分布連續(xù)性較好，沿構(gòu)造主體砂巖較發(fā)育，南部和中部的砂體連續(xù)性要好于北部。砂巖厚度高值區(qū)(>34 m)成南北向條帶狀展布，厚度在17～59 m，平均厚度38 m；有效厚度一般在25～45 m，平均35 m。扶Ⅰ油層組砂體呈北西向展布，呈條帶狀分布。扶Ⅱ油層組砂巖發(fā)育連續(xù)性要比扶Ⅰ組好，砂體呈條帶狀相互交匯。扶Ⅲ油層組砂巖相對發(fā)育但連續(xù)性要比扶Ⅱ組差，呈條帶狀分布。對比砂巖厚度分布圖和頻率衰減斜率平面圖可知，頻率衰減斜率圖中斜率衰減較大的區(qū)域總體上位于砂巖厚度分布圖中砂體較厚的區(qū)域范圍。

綜合頻率衰減斜率圖和砂巖厚度分布圖，同時根據(jù)布井有利區(qū)優(yōu)選原則，通過對已鉆井鉆探資料(包括錄井資料、測井資料等)進行分析，結(jié)合沉積相、儲層預測、地震屬性分析等研究成果，按照扶Ⅰ上、中、下砂層組、扶Ⅱ上、下砂層組、扶Ⅲ上砂層組和扶Ⅲ下砂層組進行儲層含油氣預測，得到了該區(qū)儲層含油氣有利區(qū)分布圖(圖5(c))。

3 結(jié)論

(1)針對杏南開發(fā)區(qū)高8-59、杏13-丁2-125區(qū)塊扶余油層地層較厚、底部標志不明顯、斷層兩盤厚度有差異的地質(zhì)特征，通過對已知井的頻率衰減斜率屬性進行分析并結(jié)合正演模擬得出，頻率衰減斜率屬性可以反映儲層的含油氣特征，并利用該屬性預測出該地區(qū)的三類含油氣有利區(qū)。

(2)運用頻率衰減斜率屬性進行含油氣預測，其優(yōu)點為抗干擾性強，平面展布連續(xù)性好，但是對薄儲層、互層在縱向剖面上效果較差，適用于構(gòu)造不復雜，圍巖差異較大的地區(qū)。因此，應根據(jù)研究區(qū)的實際地質(zhì)情況進行選擇運用。