程 莎，萬應(yīng)明，趙建強，丁艷紅，閆有平，吳樹奎，胡亞東，劉飛飛，王 薇

(1.中石化石油工程地球物理有限公司華北分公司,河南 鄭州 450046;2.華北油氣分公司石油工程技術(shù)研究院,河南 鄭州 450000)

1 引言

隨著勘探技術(shù)的發(fā)展,目標(biāo)地質(zhì)體逐步向復(fù)雜的巖性油氣藏轉(zhuǎn)變,而薄儲層的精確識別是現(xiàn)階段巖性油氣藏的一個技術(shù)難題[1-2]。常規(guī)測井約束下的稀疏脈沖反演以及擬聲波反演的特點是縱向分辨率低,橫向分辨率高,只能預(yù)測大套目標(biāo)儲層展布,其內(nèi)部信息少,縱向上無法區(qū)分各砂組,其平面展布形態(tài)也只能區(qū)分儲層與非儲層,且信息少,無法根據(jù)砂體的變化解釋高低部位油水關(guān)系的矛盾,應(yīng)用效果差[3-5],需要尋找合適的儲層預(yù)測方法,精確描述砂組或單砂體的展布。

本文根據(jù)研究區(qū)內(nèi)鉆井分布不均勻,且工區(qū)北部深度較深、無鉆井資料的特點,選擇稀疏脈沖反演的方法進行塔里木盆地WS地區(qū)吉迪克組儲層預(yù)測,盡管其縱向上受到地震采樣率的影響,從而分辨率低,但其反演過程忠實于地震資料,對反映本區(qū)砂層組橫向全貌能起到控制作用。針對研究區(qū)內(nèi)西南部賽克地區(qū)吉迪克組三段的砂體縱向薄,橫向變化快且連通性差,砂體規(guī)模較小,呈團塊狀分布的特點,選取地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演,在相控約束條件下,能夠分辨出吉迪克組Ⅲ油組的砂體展布特征。多資料、多反演方法的綜合應(yīng)用,最大限度地降低了儲層預(yù)測的多解性,為塔里木盆地WS地區(qū)儲層的精細刻畫以及巖性圈閉的圈定提供了可靠依據(jù)[6-9]。

2 研究區(qū)概況

WS凸起位于塔里木盆地柯坪隆起東段,呈北東向展布,西鄰阿合奇凸起,東接塔北隆起,北以烏什南斷裂及東緣斷裂與烏什凹陷和拜城凹陷相過渡,南以沙井子斷裂與阿瓦提凹陷相分開,WS凸起是一個長期發(fā)育的殘余古隆起[10-11](圖1)。

新近系吉迪克組沉積前,WS凸起持續(xù)隆升,地層遭受剝蝕或未接受沉積,凸起核部地層主要由前震旦系組成,上部覆蓋著新近系和第四系。新近系康村組沉積前,WS凸起停止隆升活動,東北部低部位接受吉迪克組中晚期沉積,西南部高部位接受吉迪克組晚期沉積。新近系庫車組沉積前,WS凸起局部抬升,地層向東遭受剝蝕?，F(xiàn)今,WS凸起為西高東低的鼻狀構(gòu)造,屬于夾持在烏什凹陷和阿瓦提凹陷中間的一個古隆起,潛山內(nèi)幕碳酸鹽巖發(fā)育地層包括震旦系、中下寒武統(tǒng)及疑似的下奧陶統(tǒng)等地層[12-15],其中震旦系發(fā)育上統(tǒng)齊格布拉克組地層,寒武系發(fā)育下統(tǒng)玉爾吐斯組、肖爾布拉克組地層,碳酸鹽巖主要發(fā)育于WS凸起南北的兩側(cè)。WS凸起地層整體分布呈東多西少、軸禿坡覆的格局[16-17],自下而上地層主要為中元古界阿克蘇群、下古生界寒武系、新生界新近系、第四系(圖2)。下古生界寒武系、新生界新近系為研究區(qū)塊的主要含油氣層系,中元古界阿克蘇群為次要含油氣層系。新近系自下而上發(fā)育吉迪克組、康村組、庫車組。吉迪克組二段和三段為區(qū)塊內(nèi)目前主要的開發(fā)層系,其中,吉迪克二段細分Ⅰ、Ⅱ油層組,吉迪克三段細分Ⅲ、Ⅳ油層組,元古界潛山變質(zhì)巖和碳酸鹽巖為Ⅴ油組(表1)。

圖1 研究區(qū)位置示意圖Fig.1 Location of the study area

表1 地層劃分簡表

圖2 過WS凸起地層展布特征剖面Fig.2 Stratigraphic distribution characteristics profile crossing WS uplift area

受喜山晚期造山運動影響,WS凸起基底隆升,淺層上拱,形成了—系列復(fù)雜的近北東向斷裂系統(tǒng)[18-19],縱向上主要發(fā)育兩套斷裂帶,以潛山面為界,下部斷裂系統(tǒng)主要以逆斷層為主,斷穿寒武系、震旦系及其下部地層,部分?jǐn)鄬酉蛏蠑嘀良峡私M。平面上展布方向主要是北東東向、北東向,主要發(fā)育在研究區(qū)北部。剖面上表現(xiàn)為壓扭性走滑斷層特征,造成了部分地層的缺失與減薄,斷層產(chǎn)狀總體相對平緩。構(gòu)造樣式主要為“Y”字型和花狀構(gòu)造,上部斷裂系統(tǒng)主要為正斷層,斷穿吉迪克組地層及其上部地層,主要發(fā)育在研究區(qū)西南部賽克地區(qū),剖面上表現(xiàn)為平面式正斷層特征,斷層產(chǎn)狀較陡(圖3)。

區(qū)域沉積成果表明,WS地區(qū)新近系吉迪克組主要為三角洲前緣-濱淺湖亞相沉積,巖性基本以細砂巖-粉砂巖-泥質(zhì)粉砂巖為主,砂體單層較薄,平均厚度2 m左右,與泥巖互層,物源方向來自北部,向東南方向逐漸入湖。吉迪克組一段在溫北地區(qū)、紅旗坡地區(qū)沉積微相主體為三角洲前緣水下分流河道微相-前三角洲席狀砂微相沉積,巖性主要以細砂巖、粉砂巖為主,在賽克地區(qū)發(fā)育灘壩砂微相,巖性較細,以粉砂巖或泥質(zhì)粉砂巖為主;吉迪克組二段以三角洲前緣亞相沉積為主,巖性為細砂巖-粉砂巖-泥質(zhì)粉砂巖,在賽克地區(qū)發(fā)育灘壩砂微相,巖性較細,以粉砂巖或泥質(zhì)粉砂巖為主;吉迪克組三段在研究區(qū)內(nèi)以前三角洲-濱淺湖亞相沉積為主,賽克地區(qū)發(fā)育灘壩、席狀砂,巖性以泥巖為主,夾薄層砂巖[20-24](圖4)。

圖3 F1斷層剖面特征Fig.3 F1 fault profile characteristics

圖4 WS地區(qū)吉迪克組三段沉積相平面Fig.4 Sedimentary facies plan of Sand-Ⅲ member of Gidike formation in WS uplift area

3 技術(shù)方法

3.1 敏感參數(shù)分析

儲層敏感參數(shù)分析主要利用各種測井?dāng)?shù)據(jù)與巖性、測試數(shù)據(jù)進行多種交會圖、直方圖分析,針對地質(zhì)劃分出的每一個目的層位,對多井同一層段的測井參數(shù)在等時地質(zhì)界面的約束下進行分析,以確定每一個目的層位的各種巖性、測試信息與測井參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系,以及儲層參數(shù)的截止值,然后根據(jù)儲層的測井敏感參數(shù),優(yōu)選反演方法,設(shè)計反演方案,為最終的儲層預(yù)測結(jié)果提供可靠的巖石物理基礎(chǔ)。

3.2 稀疏脈沖反演

稀疏脈沖反演是基于道的反演,它的實質(zhì)是在阻抗趨勢的約束下,用最少數(shù)目的反射稀疏脈沖達到合成記錄與地震道的最佳匹配。盡管其縱向上受到地震采樣率的影響而分辨率低,但其反演過程忠實于地震資料,對反映本區(qū)砂層組橫向全貌能起到控制作用。約束稀疏脈沖反演最大特色在于：它是以測井聲波阻抗為骨架,在地震資料層位解釋結(jié)果產(chǎn)生的地質(zhì)模型內(nèi),對工區(qū)內(nèi)所有穿越此模型的探井的波阻抗的動態(tài)變化范圍進行內(nèi)插外推,從而確定出各個待反演地震道各采樣點上的波阻抗動態(tài)范圍,即應(yīng)用該方法反演的波阻抗值應(yīng)不超出此動態(tài)變化范圍。所以,不同的約束條件會產(chǎn)生不同的反演結(jié)果,約束條件給定得越合理,反演的結(jié)果就越可靠。在波阻抗動態(tài)范圍的確定過程中,可進行人工干預(yù),從而實現(xiàn)應(yīng)用各種地質(zhì)先驗信息來控制反演結(jié)果、減少多解性的目的。另外,約束稀疏脈沖反演在低頻信息的處理上提供了多種的選擇,這其中包括應(yīng)用速度譜資料以及從聲波測井曲線中提取的低頻信息作為對地震資料中所缺失的低頻速度信息的補償。由于從地震速度譜提取的低頻速度的頻率范圍僅為0～3 Hz,并不能完全滿足反演的需要,而測井資料可以看成是全波段的,由其濾波產(chǎn)生的低頻信息只要具有代表性,就是彌補地震反演資料低頻信息的最佳選擇。

3.3 地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演

地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)是基于概率意義上的隨機模擬,地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演方法將隨機建模技術(shù)與常規(guī)地震反演相結(jié)合,有效地綜合地質(zhì)、測井和三維地震數(shù)據(jù),可以更加精確地描述儲層的變化。在執(zhí)行地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演前,首先應(yīng)用稀疏脈沖約束反演,了解儲層的大致分布,以求取子波和水平變差函數(shù)。地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演從井點出發(fā),井間以原始地震數(shù)據(jù)作為硬數(shù)據(jù),通過隨機模擬產(chǎn)生井間波阻抗,然后將波阻抗轉(zhuǎn)換成反射系數(shù),并用確定性反演方法求得的子波褶積產(chǎn)生地震道,通過反復(fù)迭代直至合成地震道與原始地震數(shù)據(jù)達到一定程度的匹配,反演結(jié)果由多個等概率的波阻抗數(shù)據(jù)體實現(xiàn)。反演結(jié)果符合輸入數(shù)據(jù)的地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)特征,并受地質(zhì)模型的約束,它綜合了測井的縱向采樣密集、垂向分辨率高的特點和地震覆蓋面廣、橫向分辨率高的優(yōu)勢,極大地提高了預(yù)測結(jié)果的整體分辨率,從而更加精確地描述儲層細微的變化。

4 應(yīng)用實例

4.1 敏感參數(shù)分析應(yīng)用效果

圖5為研究區(qū)吉迪克組巖性敏感參數(shù)分析圖,其中,圖5(a)為密度(Density,簡稱DEN)、自然伽馬(Gamma Ray,簡稱GR)和泥質(zhì)含量(Shale Content,簡稱VSH)交會,圖5(b)為聲波時差(Interval Transit Time,簡稱DT)-GR-VSH交會,圖中色標(biāo)為VSH,低值表示砂巖,高值表示泥巖。從圖中可以看出,密度和聲波時差對巖性區(qū)分效果差,即密度和聲波時差無法有效區(qū)分砂、泥巖,而自然伽馬和泥質(zhì)含量有較好的高低對應(yīng)關(guān)系。圖6為砂、泥巖縱波阻抗、自然伽馬直方圖及交會圖,從圖中分析可以發(fā)現(xiàn),相比于縱波阻抗,自然伽馬曲線能更好地識別砂、泥巖,因此需開展自然伽馬協(xié)模擬工作,在波阻抗反演的基礎(chǔ)上求取自然伽馬體,利用自然伽馬體實現(xiàn)定量刻畫吉迪克組Ⅲ油組儲層空間展布規(guī)律。

圖5 儲層敏感參數(shù)交會分析Fig.5 Intersection analysis of reservoir sensitive parameters

圖6 砂、泥巖縱波阻抗、自然伽馬直方圖及交會圖Fig.6 Longitudinal wave impedance, natural gamma histogram and intersection of sand and mudstone

4.2 稀疏脈沖反演應(yīng)用效果

通過測井約束稀疏脈沖反演結(jié)果整體分析可以發(fā)現(xiàn),吉迪克組自三段以上至該組頂面整體上呈現(xiàn)進積的沉積特征,主要為反旋回沉積,砂體逐漸發(fā)育,吉迪克組一段砂體全區(qū)均有發(fā)育;吉迪克組二段砂體主要分布在溫北、賽克、柯克牙地區(qū),橫向具有一定的非均質(zhì)性;吉迪克組三段砂體發(fā)育區(qū)在溫北、賽克地區(qū)局部發(fā)育,單個砂體較小,橫向不連通。砂體發(fā)育區(qū)由下至上逐漸向北遷移,與實際沉積情況吻合(圖7～圖9)。

圖7 WS地區(qū)吉迪克組一段波阻抗平面屬性Fig.7 Wave impedance plane properties of the Sand-Ⅰ member of Gidike formation in WS uplift area

圖8 WS地區(qū)吉迪克組二段波阻抗平面屬性Fig.8 Wave impedance plane properties of the Sand-Ⅱ member of Gidike Formation in WS uplift area

圖9 WS地區(qū)吉迪克組三段波阻抗平面屬性Fig.9 Wave impedance plane properties of the Sand-Ⅲ member of Gidike Formation in WS uplift area

4.3 地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演應(yīng)用效果

利用處理后的數(shù)據(jù)體對賽克地區(qū)內(nèi)4口井進行反演標(biāo)定,合成記錄與實際地震道吻合程度好,相關(guān)性高,反演參與井(SK6、SK17、XWD1、XWD2)的井旁道子波形態(tài)統(tǒng)一,子波旁瓣小,滿足反演需求(圖10)。根據(jù)對研究區(qū)內(nèi)巖石類型分析,將目的層主要劃分為砂巖和泥巖兩種類型,進行砂泥巖概率密度函數(shù)(Probability Density Function,以下簡稱為PDF)交匯分析,PDF是用來描述事件在某個點或者某個區(qū)間內(nèi)發(fā)生的概率大小。從PDF交匯中可以發(fā)現(xiàn),研究區(qū)內(nèi)波阻抗、密度等對巖性識別效果差,自然伽馬曲線對砂泥巖區(qū)分最為敏感(圖11)。變差函數(shù)控制著反演效果的縱向、橫向分辨率,橫向變程決定地質(zhì)體分布范圍,縱向變程決定對地質(zhì)體厚度的分辨能力。一般橫向變程的確定需要利用確定性反演的結(jié)果加上研究人員對該區(qū)的地質(zhì)認(rèn)識來加以綜合地判定。根據(jù)吉迪克組三段砂體分布特征及井點實測樣點數(shù)據(jù)分析,選取縱向變程4 ms,橫向變程500 m作為反演變差函數(shù)。

圖10 參與反演井旁道地震子波疊合Fig.10 Seismic wavelet of well side channels superposition diagram participated in inversion

圖11 PDF函數(shù)設(shè)置Fig.11 PDF function settings

從巖石物理敏感性分析來看,賽克地區(qū)吉迪克組三段儲層波阻抗響應(yīng)差,基本不能區(qū)分砂巖、泥巖,但自然伽馬曲線可以有效識別,因此在波阻抗反演基礎(chǔ)上,開展自然伽馬協(xié)模擬工作,從敏感參數(shù)交匯分析可知,以自然伽馬值小于90 API,砂巖概率大于50 %為標(biāo)準(zhǔn),圈定有效儲層發(fā)育區(qū)。

從反演效果顯示,與已鉆井巖性吻合度高,說明反演參數(shù)設(shè)定合理。最后利用有井約束進行反演,從反演的對比圖上可以看到,SK6井自然伽馬協(xié)模擬與砂巖概率結(jié)果相似程度高、與井的吻合程度好,剖面細節(jié)豐富(圖12)。

圖12 SK6井地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)協(xié)模擬自然伽馬反演剖面Fig.12 Inversion profile passing though SK6 well using geostatistical co-simulation natural gamma inversion method

最大砂巖概率及最小自然伽馬屬性圖顯示,賽克地區(qū)Ⅲ油組儲層橫向非均質(zhì)性強,平面上儲層發(fā)育區(qū)基本集中在北部,向南逐漸變差,與實際沉積特征較為匹配,物源來自研究區(qū)北部,在賽克地區(qū)主要為三角洲前緣席狀砂、灘壩等沉積微相(圖13、圖14)。

圖13 賽克地區(qū)吉迪克組三段最大砂巖概率屬性Fig.13 Maximum sandstone probability attribute map of the Sand-Ⅲ member of Gidike formation in SK region

圖14 賽克地區(qū)吉迪克組三段最小自然伽馬屬性Fig.14 Minimum sandstone probability attribute map of the Sand-Ⅲ member of Gidike formation in SK region

圖15 WS地區(qū)吉迪克組有利區(qū)帶劃分Fig.15 Favorable zone division of the Gidike formation in WS uplift area

4.4 有利區(qū)帶優(yōu)選

圖16 WS地區(qū)吉迪克組一、二、三段及基底頂面構(gòu)造圈閉疊合Fig.16 Structural Traps superimposed with the top surface of Sand-Ⅰ, Sand-Ⅱ and Sand-Ⅲ member of Gidike formation and the basement in WS uplift area

圖17 WS地區(qū)吉迪克組一段頻率衰減異常、高頻油氣衰減Fig.17 Abnormal frequency attenuation and high frequency oil and gas attenuation of the Sand-Ⅰ member of Gidike formation in WS uplift area

從整體來看,吉迪克組沿F1斷裂的一系列斷背斜、斷塊圈閉聚集成藏,因此沿F1斷裂條帶最為有利,以構(gòu)造油氣藏為主,為Ⅰ類有利區(qū);中部的柯克牙構(gòu)造帶、北部老龍口構(gòu)造帶次之,以構(gòu)造-巖性圈閉為主,為Ⅱ類有利區(qū);南部的賽克構(gòu)造以構(gòu)造圈閉、構(gòu)造-巖性圈閉為主,為Ⅲ類有利區(qū)(圖15、圖16)。應(yīng)用高頻油氣衰減和頻率衰減異常兩種技術(shù)對研究區(qū)進行了烴類檢測。流體被骨架“鎖住”時,在某一低頻率上,地震波衰減最小而振幅最大,即發(fā)生“低頻共振”現(xiàn)象;隨著頻率增加,由于慣性作用,流體與固體之間的相對運動速度增大,在某一頻率處,地震波衰減最大,而振幅最小,發(fā)生“高頻衰減”現(xiàn)象。頻率衰減異常分析方法主要是通過時頻分析技術(shù)得到的單道二維譜,在一定低頻范圍內(nèi),將極值與平均值之差作為頻率衰減異常值(Absorption Value,ABV),反映油氣造成的低頻諧振現(xiàn)象[25-30]。吉迪克組烴類檢測結(jié)果表明：吉迪克組一段在賽克油田、溫北油田等構(gòu)造背景區(qū)域有較低程度的油氣響應(yīng)(圖17);吉迪克組二段油氣響應(yīng)增多,主要集中在賽克地區(qū)、溫北地區(qū)、WC1井以北等具有構(gòu)造背景的區(qū)域(圖18);吉迪克組三段油氣顯示集中在F1斷裂帶與F2斷裂帶之間的斜坡區(qū),由于該段泥巖較為發(fā)育,因此容易在北東向斜坡上形成上傾尖滅的巖性油氣藏,整體呈現(xiàn)油氣自東向西,油層逐步往淺層走的特征(圖19),所預(yù)測結(jié)果與實際情況較為吻合,在I類有利區(qū)類包括溫北油田、H26井區(qū)、H11井區(qū)等,在吉迪克組Ⅰ油組、Ⅱ油組、Ⅲ油組均有不同程度的油氣發(fā)現(xiàn)。

圖18 WS地區(qū)吉迪克組二段頻率衰減異常、高頻油氣衰減Fig.18 Abnormal frequency attenuation and high frequency oil and gas Attenuation of the Sand-Ⅱ member of Gidike formation in WS uplift area

圖19 WS地區(qū)吉迪克組三段頻率衰減異常、高頻油氣衰減Fig.19 Abnormal frequency attenuation and high frequency oil and gas Attenuation of the Sand- Ⅲ member of Gidike formation in WS uplift area

5 結(jié)論

1)WS凸起的形成演化受多期構(gòu)造運動的影響,形成了以潛山面為界,上部以北東東向正斷層為主,下部以北東東向、北東向逆斷層為主的“Y”字型和花狀構(gòu)造樣式的斷裂系統(tǒng);溫宿凸起地層發(fā)育自下而上為中元古界阿克蘇群、下古生界寒武系、新生界新近系、第四系,呈東多西少、軸禿坡覆的分布格局。

2)WS凸起吉迪克組橫向非均質(zhì)性強,以泥巖和薄砂巖互層,相比單一反演方法,稀疏脈沖反演和地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)協(xié)自然伽馬模擬相結(jié)合的反演技術(shù)不僅能對研究區(qū)內(nèi)橫向全貌進行預(yù)測,而且能夠提高縱向分辨率,有效識別出薄砂體。

3)WS凸起吉迪克組整體上呈現(xiàn)進積的反旋回沉積特征,油氣主要來源于北部庫車坳陷,沿新近系底不整合面橫向運移,在輸導(dǎo)路徑上的圈閉聚集成藏,在F1斷裂帶形成的一系列斷背斜、斷塊圈閉最為有利,油氣勘探潛力巨大。

致謝

感謝中曼石油在此研究中給予了很多基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及前任研究成果;感謝中石化地球物理公司專家徐照營在反演方法研究中給予了寶貴的意見和建議!