发布时间：2019-12-20所属分类：工程师职称论文浏览：1次
摘 要： 摘要：薄层研究不应过于强调单一地层的厚度，而应关注地层的组合形式。重新定义了薄层，并从地质学和地球物理学角度分别对薄层进行分类，初步建立了多维度薄层分类标准。基于新的分类标准，研究调谐效应，并根据调谐响应的不同特征，将调谐分为3类：TPⅠ、TP
摘要：薄层研究不应过于强调单一地层的厚度，而应关注地层的组合形式。重新定义了薄层，并从地质学和地球物理学角度分别对薄层进行分类，初步建立了多维度薄层分类标准。基于新的分类标准，研究调谐效应，并根据调谐响应的不同特征，将调谐分为3类：TPⅠ、TPⅡ和TPⅢ。实例1研究了中、浅层欠压实情况下，地质学中泥包砂型薄层对应于地球物理学中高包低(低阻抗地层介于高阻抗地层之间)型薄层，利用沉积微相与响应频率之间的关系(microfaciesversusfrequency，MVF)研究该类型薄层的沉积微相，分别预测了边滩、分支河道、泛滥平原等。实例2讨论了两套正旋回、油气同出、反射特征差异明显的薄层类型，针对地质特征相似，地震响应差别较大的薄层，依次进行了岩石物理分析、数值正演模拟、高压物性分析和气油比分析等研究，预测了凝析气藏和轻质油藏的分布范围。
关键词：薄层分类;调谐;地震响应;凝析气藏;轻质油藏
自1973年WIDESS[1]定义薄层后，薄层的研究一直是地球物理学领域的热点。MARFURT等[2]从薄层调谐作用出发，研究了不同厚度储层对分频地震数据的响应情况。周开明[3]利用薄层的二阶功率谱特征预测了薄层厚度。梁岳等[4]改进了希尔伯特-黄变换，并利用改进的方法提取瞬时振幅和瞬时频率，指出采用瞬时属性预测薄层得到的结果与实际情况更吻合。郭智奇等[5]基于粘弹性各向异性理论和Gassmann方程分析了流体置换、孔隙变化以及薄层厚度变化对薄层反射特性的影响。PORTNIAGU-INE等[6]采用谱反演方法预测小于调谐厚度的薄储层。在此基础上，曹鉴华等[7]、迟唤昭等[8]和陈祖庆等[9]结合实际情况进行了谱反演方法的实际应用研究。此外，波阻抗反演方法，尤其是近年来兴起的地质统计学反演[10-11]方法也被应用于薄层研究，但上述方法多以薄层的纵向分辨率为研究对象。ZENG[12]提出的地震沉积学将对地震分辨率的研究从纵向转移到横向，利用横向分辨率识别的地质体来反推纵向分辨率。
随着岩性油气藏研究的不断深入，我们需要重新审视薄层问题，不应一味地追求地震分辨率的提升和薄层的厚度，而应研究薄层的分布范围，即利用地震技术识别薄层并准确预测薄层的分布范围。油藏系统是一个储盖组合，单纯讨论储层的厚度并不能解决油藏描述的问题，应重点关注其组合形式。但众多研究薄层的论文中均未提及薄层的分类，因此对薄层分类的研究尤为迫切。考虑到从地质学角度对于薄层的认识和从地球物理学角度对于薄层的认识差别显著，故我们对薄层进行多维度的分类，然后针对性地研究不同类型薄层的地震响应特征。本文首先重新定义了薄层，然后从成因角度对薄层进行了多维度分类并重新研究了薄层的调谐效应，最后分析确定了3类调谐，并将上述认识和分析方法应用于大港油田的两个实例[13-14]。
1薄层的分类
WIDESS[1]将顶、底反射无法分开，厚度小于λ/8的地层定义为薄层，其中λ表示地震波长。如果沿用WIDESS的定义，则实际应用中遇到的所有问题都可视作薄层问题，并且常常无法识别波的形态。虽然KALLWEIT等[15]对薄层重新进行了定义，并认为λ/4为分辨率极限，但是实际应用中我们并不需要精确区分地层顶、底反射。唐文榜等[16]认为λ/40～λ/20的薄煤层均可探测，并定义了薄层的可探测分辨率，即可从背景反射中区分出反射波的薄层为可识别薄层。我们沿用了这种定义：“可分辨”即在地震剖面上能够区分薄层的顶、底反射;“可识别”即在地震剖面上薄层有地震响应，位置可在地层的顶部、中部或者底部，该地震响应可以是正极性、负极性或者空白反射。具体的地震响应特征取决于薄层组合特征的样式及地质成因，因此研究薄层应关注其组合响应特征的分析，而非单一地层的厚度。
WIDESS的薄层定义给地震资料处理与地质解释造成了许多困难。我们认为讨论顶、底反射是否可以区分意义不大，对于多套地层或旋回组合形成的油气藏系统，单一地层的顶、底面无法分辨。ZENG[12]依据地层切片研究薄层问题，认为薄层是可识别而非可分辨的。测录井剖面上的一套地层对应于同一个油气藏系统，我们将地震剖面上不可分辨但可识别的地层称为薄层单元。薄层单元可以是单一地层，也可以是薄互层组合。因为实际中往往是一套薄互层对应某种形式的地震响应，所以追求可分辨的单一地层容易陷入地震资料处理的误区。以单个气藏为例，其可识别的意义在于地震剖面上出现的一个空白反射。如果地震资料中一套可识别的薄互层是一个油气藏系统，那么该地震资料就达到了岩性油气藏可识别的标准。我们对大港油田工区曲流河沉积、辫状河沉积、三角洲以及湖相沉积的地震响应情况分类总结，得到的认识如图1所示。薄层地震响应分为4个象限，位于第一象限既可识别又可分辨的地震响应约占10%;位于第二象限可识别但不可分辨的地震响应约占50%;位于第三象限不可识别也不可分辨的地震响应约占40%;实际中不会出现第四象限中不可识别但可分辨的地震响应。以往的研究试图得到集中在第一象限的地震响应，本文研究的重点在于如何将第三象限的地震响应转化到第二象限，而非一味地追求第一象限的地震响应。当前，基于可识别的地震响应足以预测岩性油气藏分布范围，关键在于地震响应成因的分析。
从地质学角度分类，常见薄层包括泥包砂、砂包泥、正旋回和反旋回4种类型。其中正旋回、反旋回均属于薄互层的典型类别。表1为地质学角度薄层分类模式下的测井相、露头及平面典型沉积相。
地下反射界面与地层岩性无直接关系，而与波阻抗的差异直接相关。根据波阻抗的差异可将薄层分为高包低、低包高、正递变、反递变、无差异5种类型，如表2所示。根据不同的地质条件，对面积约160km2的大港油田港东开发区明化镇组曲流河相沉积，选取56口井的泥包砂型薄层展开分析;对面积约280km2的大港油田孔店地区馆陶组辫状河相沉积，选取40口井的砂包泥型薄层展开分析;对面积约380km2的大港油田板桥地区沙河街组湖相沉积，选取30口井的薄互层展开正旋回和反旋回分析。在此基础之上，综合考虑压实作用、岩性、物性、流体等对波阻抗的影响，给出了初步的分类方案。该方案强调薄层与上、下地层之间的关系，从多个维度建立了薄层的分类。薄层分析时采用“岩性组合-阻抗组合(反射特征)-地质成因”的研究思路和命名方法。
2楔状模型调谐分析
1982年，KALLWEIT等[15]基于单砂体楔状模型研究了地层厚度与反射振幅之间的关系，并提出了调谐的概念。该研究奠定了地震振幅与厚度分析的基础。我们重新对调谐效应进行分析，分别选取15，30，60Hz主频的雷克子波进行褶积，层速度如图2所示，利用GARDNER等[17]给出的经验公式计算密度：ρb≈1.741v0.25P(1)式中：ρb为密度;vP为纵波速度。分别对3类模型展开地震正演模拟并分析其调谐效应，结果如图2所示。随着主频的提高，调谐点逐渐向地层变薄的一端移动。将振幅与双程旅行时厚度交会，得到调谐效应的3种形式，如图3所示。低包高楔状模型对应于正振幅最强值，高包低楔状模型对应于负振幅最强值，递变型楔状模型对应于正振幅最弱值，基于此将3类调谐分别命名为一类调谐点(TPⅠ)、二类调谐点(TPⅡ)和三类调谐点(TPⅢ)，标注于图2。PARTYKA等[18]提出的谱分解技术适用于顶、底界面反射系数符号为一正一负的情况，因此该项技术适用于TPⅠ和TPⅡ，不适用于TPⅢ。
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3实例1
3.1泥包砂-高包低-欠压实型薄层
本实例研究对象为大港油田明化镇组曲流河相沉积砂体目的层段NmⅢ4，油组速度为2100～2200m/s，埋深1200～1500m。图4为目的层段NmⅢ4的地震剖面及其频谱分析结果，地震数据采样间隔为2ms，主频为30Hz，纵向分辨率小于20m。该沉积砂体横向不连续，纵向为泥包砂型薄层，目的层段NmⅢ4油组较薄。随机挑选的18口钻井中，对应的油组为典型的曲流河相沉积的泥包砂型薄层，砂体厚度均小于20m。对A井展开岩石物理分析，结果如图5a所示，砂泥岩处于速度混叠区，难以区分，但是 砂岩密度明显小于泥岩密度。结合本区的地质特点及波阻抗分析结果，可知本区属于泥包砂-高包低型薄层。层位标定(图5b)时两条红色虚线代表的两套强反射同相轴均对应于纵向上砂岩到泥岩的反射界面。
分析其成因发现本区埋深浅，受成岩作用影响，在弱压实作用下出现了高孔、高渗的砂岩(本区平均孔隙度30%，渗透率0.8106μm2)，造成泥岩阻抗高于砂岩阻抗。如图6所示，根据大港油田的研究经验，本实例中的情况常见于陆相湖盆碎屑岩沉积的中、浅层，中、深层的泥岩与砂岩界面对应于地震剖面的强反射同相轴。
3.2MVF沉积微相预测
高包低型薄层属二类调谐。在谱分解技术的基础上，采用MVF[14-15]技术来研究其沉积微相，有效地解决了原有谱分解技术各分频成分地质意义不明的问题。
边滩是河床侧向侵蚀、沉积物侧向加积的结果，沉积物以砂岩为主，夹杂砾岩、粉砂岩和粘土，垂向上为自下而上粒度由粗变细的正韵律沉积，测井相为钟型或者箱型。图7中lq7-8、gs72井测井相为边滩微相。天然堤是在河流洪水期河水漫过河岸，携带细砂、粉砂等物质沿着河床两岸堆积形成的，岩性特征为薄互层的砂泥岩，砂体厚度薄、粒度细，测井相为不规则锯齿形，lq27井测井相符合天然堤亚相沉积特征。河漫滩是在洪水期河水漫过天然堤，携带泥砂形成的，其粒度是河流沉积中最细的，泥多砂少，测井相曲线变化平缓，lq22井测井相为河漫滩亚相。lq17井测井相总体表现为河漫滩亚相，但局部符合天然堤亚相沉积特征。
利用测井相、对应的砂体厚度以及响应频率进行统计交会分析，得到响应频率与沉积微相之间的关系如图8所示：①实测厚度与响应频率总体上线性相关(决定系数R2=0.9021)且相关性高，其中砂体厚度接近于λ/4(18m)的地层为薄储层，其响应频率与砂体厚度的负相关性较高(R2=0.7587)，砂体厚度小于λ/8(9m)的地层为超薄储层，其响应频率与砂体厚度的负相关性较低(R2=0.2855和R2=0.2770)(当调谐频率超出有效带宽时，提取的调谐频率有错误);②交会分析结果呈3段式(分别对应边滩、天然堤、河漫滩)，第1段(边滩)的砂体厚度大于10m、响应频率低于45Hz，第2段(天然堤)的砂体厚度为4～10m，第3段(河漫滩)的砂体厚度小于4m，响应频率不稳定，且第2段、第3段的界线不明显;③响应频率为20～45Hz时，对应砂体厚度为λ/8～λ/4的边滩沉积，响应频率大于45Hz时，对应砂体厚度小于λ/8的天然堤与河漫滩沉积。我们可利用交会分析结果预测沉积微相。
分别选择15Hz(红色)、30Hz(主频，绿色)和60Hz(蓝色)代表最厚的储层响应频率、较薄的储层响应频率和最薄的储层响应频率，然后利用低频、中频、高频的分频数据展开RGB(红绿蓝)融合沉积微相预测(图9)，结果表明，红色和黄色对应较厚的边滩沉积，绿色和蓝色对应较薄的天然堤和河漫滩沉积。图10为沉积微相地质解释成果，可以识别出天然堤、河漫滩、窄小河道以及较厚的点坝沉积等沉积微相。
4实例2
4.1正旋回-空白反射型凝析气藏及正旋回-强反射型轻质油藏
本实例油气藏埋深约4000m，为较深层的油气藏，从图11所示的测录井剖面可以看出，①号地层和②号地层在钻井上均表现为正旋回，两套地层的上半旋回中泥岩为有效盖层，下半旋回为砂泥岩薄互层，两套地层纵向间距80m，单一储层厚度不超过20m。不同点在于：①号地层测井解释为油气同层，有效储层厚度占比(含油气层厚度所占整体砂岩厚度的比例)大，相邻井同层位试油时油气同出，地震剖面整体表现为强反射特征，但在油气藏位置为空白反射;②号地层测井解释为油层，有效储层厚度占比小，试油时油气同出，地震剖面整体表现为强反射特征。针对油气地质特征类似，地震响应却差异明显的情况，建立了基于成因分析的研究思路：利用测井曲线与波阻抗交会分析岩性、物性、含油气性对波阻抗的影响，正演模拟分析砂泥岩薄互层中有效储层厚度对波阻抗的影响，展开油气藏类型及气油比分析以判断油气藏性质对地震响应的影响。
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