發布時間：2019-12-20所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：薄層研究不應過于強調單一地層的厚度，而應關注地層的組合形式。重新定義了薄層，并從地質學和地球物理學角度分別對薄層進行分類，初步建立了多維度薄層分類標準。基于新的分類標準，研究調諧效應，并根據調諧響應的不同特征，將調諧分為3類：TPⅠ、TP
摘要：薄層研究不應過于強調單一地層的厚度，而應關注地層的組合形式。重新定義了薄層，并從地質學和地球物理學角度分別對薄層進行分類，初步建立了多維度薄層分類標準。基于新的分類標準，研究調諧效應，并根據調諧響應的不同特征，將調諧分為3類：TPⅠ、TPⅡ和TPⅢ。實例1研究了中、淺層欠壓實情況下，地質學中泥包砂型薄層對應于地球物理學中高包低(低阻抗地層介于高阻抗地層之間)型薄層，利用沉積微相與響應頻率之間的關系(microfaciesversusfrequency，MVF)研究該類型薄層的沉積微相，分別預測了邊灘、分支河道、泛濫平原等。實例2討論了兩套正旋回、油氣同出、反射特征差異明顯的薄層類型，針對地質特征相似，地震響應差別較大的薄層，依次進行了巖石物理分析、數值正演模擬、高壓物性分析和氣油比分析等研究，預測了凝析氣藏和輕質油藏的分布范圍。
關鍵詞：薄層分類;調諧;地震響應;凝析氣藏;輕質油藏
自1973年WIDESS[1]定義薄層后，薄層的研究一直是地球物理學領域的熱點。MARFURT等[2]從薄層調諧作用出發，研究了不同厚度儲層對分頻地震數據的響應情況。周開明[3]利用薄層的二階功率譜特征預測了薄層厚度。梁岳等[4]改進了希爾伯特-黃變換，并利用改進的方法提取瞬時振幅和瞬時頻率，指出采用瞬時屬性預測薄層得到的結果與實際情況更吻合。郭智奇等[5]基于粘彈性各向異性理論和Gassmann方程分析了流體置換、孔隙變化以及薄層厚度變化對薄層反射特性的影響。PORTNIAGU-INE等[6]采用譜反演方法預測小于調諧厚度的薄儲層。在此基礎上，曹鑒華等[7]、遲喚昭等[8]和陳祖慶等[9]結合實際情況進行了譜反演方法的實際應用研究。此外，波阻抗反演方法，尤其是近年來興起的地質統計學反演[10-11]方法也被應用于薄層研究，但上述方法多以薄層的縱向分辨率為研究對象。ZENG[12]提出的地震沉積學將對地震分辨率的研究從縱向轉移到橫向，利用橫向分辨率識別的地質體來反推縱向分辨率。
隨著巖性油氣藏研究的不斷深入，我們需要重新審視薄層問題，不應一味地追求地震分辨率的提升和薄層的厚度，而應研究薄層的分布范圍，即利用地震技術識別薄層并準確預測薄層的分布范圍。油藏系統是一個儲蓋組合，單純討論儲層的厚度并不能解決油藏描述的問題，應重點關注其組合形式。但眾多研究薄層的論文中均未提及薄層的分類，因此對薄層分類的研究尤為迫切。考慮到從地質學角度對于薄層的認識和從地球物理學角度對于薄層的認識差別顯著，故我們對薄層進行多維度的分類，然后針對性地研究不同類型薄層的地震響應特征。本文首先重新定義了薄層，然后從成因角度對薄層進行了多維度分類并重新研究了薄層的調諧效應，最后分析確定了3類調諧，并將上述認識和分析方法應用于大港油田的兩個實例[13-14]。
1薄層的分類
WIDESS[1]將頂、底反射無法分開，厚度小于λ/8的地層定義為薄層，其中λ表示地震波長。如果沿用WIDESS的定義，則實際應用中遇到的所有問題都可視作薄層問題，并且常常無法識別波的形態。雖然KALLWEIT等[15]對薄層重新進行了定義，并認為λ/4為分辨率極限，但是實際應用中我們并不需要精確區分地層頂、底反射。唐文榜等[16]認為λ/40～λ/20的薄煤層均可探測，并定義了薄層的可探測分辨率，即可從背景反射中區分出反射波的薄層為可識別薄層。我們沿用了這種定義：“可分辨”即在地震剖面上能夠區分薄層的頂、底反射;“可識別”即在地震剖面上薄層有地震響應，位置可在地層的頂部、中部或者底部，該地震響應可以是正極性、負極性或者空白反射。具體的地震響應特征取決于薄層組合特征的樣式及地質成因，因此研究薄層應關注其組合響應特征的分析，而非單一地層的厚度。
WIDESS的薄層定義給地震資料處理與地質解釋造成了許多困難。我們認為討論頂、底反射是否可以區分意義不大，對于多套地層或旋回組合形成的油氣藏系統，單一地層的頂、底面無法分辨。ZENG[12]依據地層切片研究薄層問題，認為薄層是可識別而非可分辨的。測錄井剖面上的一套地層對應于同一個油氣藏系統，我們將地震剖面上不可分辨但可識別的地層稱為薄層單元。薄層單元可以是單一地層，也可以是薄互層組合。因為實際中往往是一套薄互層對應某種形式的地震響應，所以追求可分辨的單一地層容易陷入地震資料處理的誤區。以單個氣藏為例，其可識別的意義在于地震剖面上出現的一個空白反射。如果地震資料中一套可識別的薄互層是一個油氣藏系統，那么該地震資料就達到了巖性油氣藏可識別的標準。我們對大港油田工區曲流河沉積、辮狀河沉積、三角洲以及湖相沉積的地震響應情況分類總結，得到的認識如圖1所示。薄層地震響應分為4個象限，位于第一象限既可識別又可分辨的地震響應約占10%;位于第二象限可識別但不可分辨的地震響應約占50%;位于第三象限不可識別也不可分辨的地震響應約占40%;實際中不會出現第四象限中不可識別但可分辨的地震響應。以往的研究試圖得到集中在第一象限的地震響應，本文研究的重點在于如何將第三象限的地震響應轉化到第二象限，而非一味地追求第一象限的地震響應。當前，基于可識別的地震響應足以預測巖性油氣藏分布范圍，關鍵在于地震響應成因的分析。
從地質學角度分類，常見薄層包括泥包砂、砂包泥、正旋回和反旋回4種類型。其中正旋回、反旋回均屬于薄互層的典型類別。表1為地質學角度薄層分類模式下的測井相、露頭及平面典型沉積相。
地下反射界面與地層巖性無直接關系，而與波阻抗的差異直接相關。根據波阻抗的差異可將薄層分為高包低、低包高、正遞變、反遞變、無差異5種類型，如表2所示。根據不同的地質條件，對面積約160km2的大港油田港東開發區明化鎮組曲流河相沉積，選取56口井的泥包砂型薄層展開分析;對面積約280km2的大港油田孔店地區館陶組辮狀河相沉積，選取40口井的砂包泥型薄層展開分析;對面積約380km2的大港油田板橋地區沙河街組湖相沉積，選取30口井的薄互層展開正旋回和反旋回分析。在此基礎之上，綜合考慮壓實作用、巖性、物性、流體等對波阻抗的影響，給出了初步的分類方案。該方案強調薄層與上、下地層之間的關系，從多個維度建立了薄層的分類。薄層分析時采用“巖性組合-阻抗組合(反射特征)-地質成因”的研究思路和命名方法。
2楔狀模型調諧分析
1982年，KALLWEIT等[15]基于單砂體楔狀模型研究了地層厚度與反射振幅之間的關系，并提出了調諧的概念。該研究奠定了地震振幅與厚度分析的基礎。我們重新對調諧效應進行分析，分別選取15，30，60Hz主頻的雷克子波進行褶積，層速度如圖2所示，利用GARDNER等[17]給出的經驗公式計算密度：ρb≈1.741v0.25P(1)式中：ρb為密度;vP為縱波速度。分別對3類模型展開地震正演模擬并分析其調諧效應，結果如圖2所示。隨著主頻的提高，調諧點逐漸向地層變薄的一端移動。將振幅與雙程旅行時厚度交會，得到調諧效應的3種形式，如圖3所示。低包高楔狀模型對應于正振幅最強值，高包低楔狀模型對應于負振幅最強值，遞變型楔狀模型對應于正振幅最弱值，基于此將3類調諧分別命名為一類調諧點(TPⅠ)、二類調諧點(TPⅡ)和三類調諧點(TPⅢ)，標注于圖2。PARTYKA等[18]提出的譜分解技術適用于頂、底界面反射系數符號為一正一負的情況，因此該項技術適用于TPⅠ和TPⅡ，不適用于TPⅢ。
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3實例1
3.1泥包砂-高包低-欠壓實型薄層
本實例研究對象為大港油田明化鎮組曲流河相沉積砂體目的層段NmⅢ4，油組速度為2100～2200m/s，埋深1200～1500m。圖4為目的層段NmⅢ4的地震剖面及其頻譜分析結果，地震數據采樣間隔為2ms，主頻為30Hz，縱向分辨率小于20m。該沉積砂體橫向不連續，縱向為泥包砂型薄層，目的層段NmⅢ4油組較薄。隨機挑選的18口鉆井中，對應的油組為典型的曲流河相沉積的泥包砂型薄層，砂體厚度均小于20m。對A井展開巖石物理分析，結果如圖5a所示，砂泥巖處于速度混疊區，難以區分，但是 砂巖密度明顯小于泥巖密度。結合本區的地質特點及波阻抗分析結果，可知本區屬于泥包砂-高包低型薄層。層位標定(圖5b)時兩條紅色虛線代表的兩套強反射同相軸均對應于縱向上砂巖到泥巖的反射界面。
分析其成因發現本區埋深淺，受成巖作用影響，在弱壓實作用下出現了高孔、高滲的砂巖(本區平均孔隙度30%，滲透率0.8106μm2)，造成泥巖阻抗高于砂巖阻抗。如圖6所示，根據大港油田的研究經驗，本實例中的情況常見于陸相湖盆碎屑巖沉積的中、淺層，中、深層的泥巖與砂巖界面對應于地震剖面的強反射同相軸。
3.2MVF沉積微相預測
高包低型薄層屬二類調諧。在譜分解技術的基礎上，采用MVF[14-15]技術來研究其沉積微相，有效地解決了原有譜分解技術各分頻成分地質意義不明的問題。
邊灘是河床側向侵蝕、沉積物側向加積的結果，沉積物以砂巖為主，夾雜礫巖、粉砂巖和粘土，垂向上為自下而上粒度由粗變細的正韻律沉積，測井相為鐘型或者箱型。圖7中lq7-8、gs72井測井相為邊灘微相。天然堤是在河流洪水期河水漫過河岸，攜帶細砂、粉砂等物質沿著河床兩岸堆積形成的，巖性特征為薄互層的砂泥巖，砂體厚度薄、粒度細，測井相為不規則鋸齒形，lq27井測井相符合天然堤亞相沉積特征。河漫灘是在洪水期河水漫過天然堤，攜帶泥砂形成的，其粒度是河流沉積中最細的，泥多砂少，測井相曲線變化平緩，lq22井測井相為河漫灘亞相。lq17井測井相總體表現為河漫灘亞相，但局部符合天然堤亞相沉積特征。
利用測井相、對應的砂體厚度以及響應頻率進行統計交會分析，得到響應頻率與沉積微相之間的關系如圖8所示：①實測厚度與響應頻率總體上線性相關(決定系數R2=0.9021)且相關性高，其中砂體厚度接近于λ/4(18m)的地層為薄儲層，其響應頻率與砂體厚度的負相關性較高(R2=0.7587)，砂體厚度小于λ/8(9m)的地層為超薄儲層，其響應頻率與砂體厚度的負相關性較低(R2=0.2855和R2=0.2770)(當調諧頻率超出有效帶寬時，提取的調諧頻率有錯誤);②交會分析結果呈3段式(分別對應邊灘、天然堤、河漫灘)，第1段(邊灘)的砂體厚度大于10m、響應頻率低于45Hz，第2段(天然堤)的砂體厚度為4～10m，第3段(河漫灘)的砂體厚度小于4m，響應頻率不穩定，且第2段、第3段的界線不明顯;③響應頻率為20～45Hz時，對應砂體厚度為λ/8～λ/4的邊灘沉積，響應頻率大于45Hz時，對應砂體厚度小于λ/8的天然堤與河漫灘沉積。我們可利用交會分析結果預測沉積微相。
分別選擇15Hz(紅色)、30Hz(主頻，綠色)和60Hz(藍色)代表最厚的儲層響應頻率、較薄的儲層響應頻率和最薄的儲層響應頻率，然后利用低頻、中頻、高頻的分頻數據展開RGB(紅綠藍)融合沉積微相預測(圖9)，結果表明，紅色和黃色對應較厚的邊灘沉積，綠色和藍色對應較薄的天然堤和河漫灘沉積。圖10為沉積微相地質解釋成果，可以識別出天然堤、河漫灘、窄小河道以及較厚的點壩沉積等沉積微相。
4實例2
4.1正旋回-空白反射型凝析氣藏及正旋回-強反射型輕質油藏
本實例油氣藏埋深約4000m，為較深層的油氣藏，從圖11所示的測錄井剖面可以看出，①號地層和②號地層在鉆井上均表現為正旋回，兩套地層的上半旋回中泥巖為有效蓋層，下半旋回為砂泥巖薄互層，兩套地層縱向間距80m，單一儲層厚度不超過20m。不同點在于：①號地層測井解釋為油氣同層，有效儲層厚度占比(含油氣層厚度所占整體砂巖厚度的比例)大，相鄰井同層位試油時油氣同出，地震剖面整體表現為強反射特征，但在油氣藏位置為空白反射;②號地層測井解釋為油層，有效儲層厚度占比小，試油時油氣同出，地震剖面整體表現為強反射特征。針對油氣地質特征類似，地震響應卻差異明顯的情況，建立了基于成因分析的研究思路：利用測井曲線與波阻抗交會分析巖性、物性、含油氣性對波阻抗的影響，正演模擬分析砂泥巖薄互層中有效儲層厚度對波阻抗的影響，展開油氣藏類型及氣油比分析以判斷油氣藏性質對地震響應的影響。
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