王慶華

（中國(guó)石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 東營(yíng) 257015）

渤南洼陷沙三段濁積巖探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量為1.4×108t，“十一五”期間沙三段濁積巖累積上報(bào)探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量為2694.38×104t，表明渤南洼陷沙三段濁積巖勘探潛力巨大，該類型油藏仍是“十二五”儲(chǔ)量上報(bào)的重要類型。渤南油田是近源、零散、以沙三段濁積巖儲(chǔ)層為主力儲(chǔ)集體的構(gòu)造-巖性油藏。研究區(qū)沙三段濁積巖主要集中在中、上亞段。由于濁積巖沉積規(guī)律復(fù)雜，所以勘探難度較大。“十一五”期間渤南洼陷水道型濁積巖勘探取得突破性進(jìn)展，部署了義173和義944等井為代表的一批探井，并對(duì)多口老井進(jìn)行試油，均獲得成功，累積上報(bào)預(yù)測(cè)儲(chǔ)量為7130.57×104t，控制儲(chǔ)量為3879.2×104t，探明儲(chǔ)量為2606.69×104t，從洼陷邊緣到中心都有油氣藏分布[1-3]。渤南深洼帶完鉆的義361井測(cè)試獲工業(yè)油流，說(shuō)明水道型濁積巖單個(gè)砂體能夠獨(dú)立成藏，具有各自獨(dú)立的油水關(guān)系。在勘探開(kāi)發(fā)中后期，濁積巖儲(chǔ)層的橫向預(yù)測(cè)日益重要，是勘探成敗的關(guān)鍵因素。筆者在分析渤南洼陷濁積巖地球物理響應(yīng)特征的基礎(chǔ)上，對(duì)其地球物理預(yù)測(cè)技術(shù)進(jìn)行研究，以期為該類油藏的勘探開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。

1 地球物理響應(yīng)特征

巖性和電性特征 渤南洼陷濁積巖主要為粉砂巖、細(xì)砂巖和含礫砂巖。砂巖儲(chǔ)層具有低自然電位、低自然伽馬、低電阻率的特征。聲波速度與巖性對(duì)應(yīng)關(guān)系較差，泥巖層段聲波速度起伏變化劇烈，聲波曲線已經(jīng)不能很好地反映砂泥巖特征；聲波速度存在差異，部分砂巖速度偏低。自然伽馬曲線卻與砂泥巖存在較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

地震響應(yīng)特征 濁積巖儲(chǔ)層具有單層厚度小、單砂體面積小、橫向變化大、垂向上疊置的特點(diǎn)，地震反射特征表現(xiàn)為中、弱反射。渤南洼陷勘探程度較高，砂體相對(duì)比較發(fā)育，儲(chǔ)層薄，并且單井砂組劃分明確，但有邊底水，有時(shí)出現(xiàn)下油上水的情況，油水關(guān)系復(fù)雜，需要確定各砂層組和主力砂體的展布范圍及邊界。由于地震資料的分辨率較低，無(wú)法滿足儲(chǔ)層描述的要求。在砂體預(yù)測(cè)和描述中存在4個(gè)難點(diǎn)：①儲(chǔ)層厚度薄，地震反射信號(hào)弱；②砂層組層系多，地震同相軸連續(xù)性差，人工解釋難度大、效率低；③單層厚度薄，超出常規(guī)地震資料和傳統(tǒng)稀疏脈沖反演處理的識(shí)別精度；④砂體空間上相互疊置，地震解釋和拾取的工作量大。

2 地球物理預(yù)測(cè)技術(shù)

針對(duì)渤南洼陷濁積巖儲(chǔ)層的特點(diǎn)，從地震、鉆井、測(cè)井資料入手，總結(jié)地震反射特征，開(kāi)發(fā)了基于獨(dú)立分量分析的盲源分離技術(shù)、小層自動(dòng)精細(xì)解釋技術(shù)、隨機(jī)反演技術(shù)及小砂體自動(dòng)拾取技術(shù)，建立了濁積巖儲(chǔ)層識(shí)別與描述的技術(shù)系列，完善了濁積巖體的地球物理解釋技術(shù)。

2.1 基于獨(dú)立分量分析的盲源分離技術(shù)

濁積巖砂體在地震反射上信號(hào)弱，與圍巖反射、背景噪聲混疊在一起難以識(shí)別，需要借助現(xiàn)代盲源信號(hào)處理手段將儲(chǔ)層目標(biāo)中的弱信號(hào)提取出來(lái)。根據(jù)盲源信號(hào)理論[4-5]與地震勘探原理，將盲源分離理論與地球物理模型結(jié)合，可知地震記錄是由不同源產(chǎn)生的圍巖信號(hào)與弱信號(hào)組成的。其中圍巖信號(hào)具有一定的空間分布，即盡管其在各地震道上的時(shí)間、幅度不同，但具有相同的波形，可用統(tǒng)一的函數(shù)來(lái)表示；而弱信號(hào)分布范圍較小，空間變化明顯。按照盲源信號(hào)分析的原理，將不同的地質(zhì)目標(biāo)看成不同的信號(hào)源，那么地震道的一個(gè)同相軸可能是由多個(gè)波包混疊而成。尤其是當(dāng)圍巖與儲(chǔ)層目標(biāo)反射存在頻率、相位與能量上的差異時(shí)，可以對(duì)儲(chǔ)層目標(biāo)弱信號(hào)進(jìn)行提取與分析。

渤南洼陷沙三段發(fā)育多期水道型濁積扇，這些砂體在地震剖面上表現(xiàn)為中、弱振幅反射特征，連續(xù)性較差，部分地區(qū)呈空白反射（圖1a），研究區(qū)地震數(shù)據(jù)主頻為24 Hz，頻寬為10～60 Hz，在進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)時(shí)，由于受地震資料和反射條件的限制，預(yù)測(cè)結(jié)果不可靠。應(yīng)用盲源分離技術(shù)后，原始地震剖面上能量較弱的反射經(jīng)過(guò)弱信號(hào)增強(qiáng)處理后，地震信號(hào)變強(qiáng)，處理前呈空白反射的地方，在處理后的剖面上地震波形變得更連續(xù)，分辨率提高，主頻提高到32 Hz，頻寬變?yōu)?0～80 Hz，處理的結(jié)果保持了原有的地層結(jié)構(gòu)，地層的反射特征更明顯（圖1b）。

圖1 渤南洼陷沙三段濁積巖儲(chǔ)層盲源分離處理效果分析

2.2 小層自動(dòng)精細(xì)解釋技術(shù)

常規(guī)的砂層組解釋方法有3種：①人工解釋。由于砂層組多，地震軸連續(xù)性差，人工追蹤解釋難度大、效率低。②地層切片。由于各井砂層組厚度占地層厚度的比例變化大，存在較大誤差。③內(nèi)插。根據(jù)井標(biāo)定的分層進(jìn)行內(nèi)插，由于缺乏標(biāo)志層的控制，造成井少地區(qū)、斷層附近和研究區(qū)邊部的誤差大。為解決這些問(wèn)題，提出了利用標(biāo)志層控制的支持向量機(jī)非線性趨勢(shì)面擬合方法來(lái)追蹤砂層組層位。支持向量機(jī)的基礎(chǔ)是Vapnik的統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論[6-9]。當(dāng)學(xué)習(xí)樣本很多時(shí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與支持向量機(jī)2種方法都能得到很好的回歸效果，隨著樣本數(shù)的減少，支持向量機(jī)的推廣能力比神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)好，在小樣本的情況下，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)回歸的泛化能力很差，而支持向量機(jī)依然表現(xiàn)出很好的泛化能力。

首先對(duì)渤南洼陷各個(gè)單井小層進(jìn)行分層統(tǒng)計(jì)，完成精細(xì)的合成記錄標(biāo)定，并對(duì)每口井與控制層T4反射層相減得到殘差，對(duì)殘差進(jìn)行非線性擬合，得到殘差層位，再與T4反射層相加，最終得到各個(gè)小層的層位。完成了渤南洼陷沙三段中亞段1，2+3，4，5，6+7和8共6個(gè)小層層位的自動(dòng)精細(xì)解釋。

2.3 隨機(jī)反演技術(shù)

隨機(jī)反演技術(shù)結(jié)合了地震反射資料、地質(zhì)模型以及地質(zhì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等多種信息，從隨機(jī)建模產(chǎn)生的一系列儲(chǔ)層模型中優(yōu)選出與地震數(shù)據(jù)最佳匹配的儲(chǔ)層模型，通過(guò)波阻抗特征將儲(chǔ)層特性和地震記錄相聯(lián)系來(lái)直接評(píng)估油藏特征[10]。隨機(jī)反演技術(shù)的特點(diǎn)是確定地質(zhì)體的空間結(jié)構(gòu)和井震結(jié)合。地質(zhì)體的空間結(jié)構(gòu)有變差函數(shù)和地質(zhì)體的方向性2個(gè)核心參數(shù)。變差函數(shù)一般用變差函數(shù)曲線來(lái)表示，通過(guò)井?dāng)?shù)據(jù)自動(dòng)確定變差函數(shù)曲線，變差函數(shù)是最能反映區(qū)域內(nèi)變量的空間結(jié)構(gòu)函數(shù)，不同的變差函數(shù)得出不同地質(zhì)體的規(guī)模，對(duì)于渤南洼陷發(fā)育的濁積巖儲(chǔ)集體類型，采用的是高斯模型的變差函數(shù)，再結(jié)合地質(zhì)認(rèn)識(shí)和地球物理屬性分析，確定地質(zhì)體方向?yàn)?35°，可以滿足研究區(qū)砂體預(yù)測(cè)的要求。井震結(jié)合將隨機(jī)模擬與地震反演相結(jié)合進(jìn)行迭代，利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)信息（變差圖）作為反演的約束條件，同時(shí)，反演的結(jié)果又用來(lái)約束隨機(jī)模擬，該流程真正模擬了儲(chǔ)層的均一性，產(chǎn)生了等概率模型范圍，擬合出柱狀圖和變差圖，產(chǎn)生一個(gè)最佳模擬地震數(shù)據(jù)的儲(chǔ)層模型，以此達(dá)到高分辨率反演的目的。

渤南洼陷沙三段濁積砂體層層疊置，并且砂泥巖互層，砂體小，由于地震資料的分辨率較低，無(wú)法滿足儲(chǔ)層描述的要求，而該區(qū)鉆井資料豐富，隨機(jī)反演是建立在井插值的基礎(chǔ)上進(jìn)行，在鉆井資料豐富的地區(qū)，模擬結(jié)果可以直接對(duì)目的層進(jìn)行巖性識(shí)別，并精細(xì)描述儲(chǔ)層。

圖2 過(guò)義37-28—義942井連井反演剖面

選取研究區(qū)部分井參與反演，從反演結(jié)果來(lái)看（圖2），儲(chǔ)層橫向上特征明顯，各套儲(chǔ)層在反演剖面上都有所表現(xiàn)，厚薄關(guān)系反映比較清晰。參與反演的各井在縱向上發(fā)育的多套砂體，例如義115井的2套砂體、義119井的4套砂體、義942井的4套砂體在反演剖面上均有反映；橫向上砂體的邊界清楚，分布范圍基本可以描述；其中研究區(qū)內(nèi)約90%參與反演的井的砂體對(duì)應(yīng)關(guān)系較好，未參與反演的井例如義944-1井，鉆遇的2套砂體在反演剖面上均有所表現(xiàn)，吻合率達(dá)到80%，深層儲(chǔ)層識(shí)別精度達(dá)到5～8 m左右，并且能客觀反映儲(chǔ)層縱、橫向的展布規(guī)律，砂體尖滅點(diǎn)清晰。對(duì)比儲(chǔ)層反演平面屬性與厚度分布（圖3）可見(jiàn)，砂體展布符合沉積規(guī)律，在義944井砂體發(fā)育，在義161井砂體不發(fā)育，砂體厚薄變化與實(shí)鉆井情況吻合。

圖3 渤南洼陷沙三段上亞段1砂組反演效果分析

2.4 小砂體自動(dòng)拾取技術(shù)

傳統(tǒng)的砂體提取方法是依靠人工解釋或是一些軟件的自動(dòng)追蹤，通常需要地質(zhì)人員逐個(gè)解釋砂體，并通過(guò)解釋結(jié)果編制頂?shù)讟?gòu)造圖和砂體厚度圖，常規(guī)解釋1個(gè)砂體和最終成圖需要1 d，工作效率低，同時(shí)由于存在砂體粘連和不能快速成圖等問(wèn)題而難以推廣，對(duì)此開(kāi)發(fā)了小砂體自動(dòng)拾取技術(shù)。該技術(shù)是將數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)邊緣檢測(cè)方法引入到砂體自動(dòng)追蹤中。數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的4種基本運(yùn)算（腐蝕、膨脹、開(kāi)、閉）結(jié)果表明，對(duì)原圖像進(jìn)行腐蝕后，窄通道被消除，圖像形狀變??；對(duì)原圖像進(jìn)行膨脹后，圖像中的空洞被填充，圖像變胖且平滑；對(duì)圖像進(jìn)行開(kāi)運(yùn)算可以在保持圖像基本形態(tài)不變的情況下消除窄通道；對(duì)圖像進(jìn)行閉運(yùn)算可以在保持圖像基本形態(tài)不變的情況下填充空洞。如果將原始圖像看成2個(gè)相互粘連的砂體，為了解決砂體的粘連問(wèn)題，須消除砂體之間存在的細(xì)小通道，開(kāi)運(yùn)算可以滿足這種要求。因此，將開(kāi)運(yùn)算引入到自動(dòng)追蹤算法中，對(duì)算法進(jìn)行優(yōu)化。

通過(guò)小砂體自動(dòng)拾取技術(shù)自動(dòng)批量解釋渤南洼陷沙三段濁積砂體70多個(gè)，根據(jù)實(shí)際地質(zhì)認(rèn)識(shí)對(duì)自動(dòng)解釋的砂體進(jìn)行了修正，從70多個(gè)砂體中選取目標(biāo)地質(zhì)體，針對(duì)目標(biāo)地質(zhì)體的單個(gè)砂體解釋成圖，從解釋到最終自動(dòng)成圖（圖4）用時(shí)10多分鐘，大大減少了砂體追蹤解釋的工作量，提高了工作效率。

圖4 渤南洼陷沙三段中亞段1砂組單砂體自動(dòng)成圖結(jié)果

3 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)渤南洼陷沙三段濁積巖縱向上多期砂體疊置，單期砂體厚度薄、面積小，在地震上形成中、弱反射軸，分辨率無(wú)法滿足儲(chǔ)層描述需要的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了基于獨(dú)立分量分析的盲源分離、標(biāo)準(zhǔn)層控制的支持向量機(jī)非線性趨勢(shì)面擬合的小層自動(dòng)精細(xì)解釋、隨機(jī)反演及小砂體自動(dòng)拾取等4種技術(shù)，建立了濁積巖體識(shí)別與描述的技術(shù)系列，完善了濁積巖的地球物理預(yù)測(cè)技術(shù)。開(kāi)發(fā)的4種技術(shù)應(yīng)用在渤南洼陷沙三段濁積巖的預(yù)測(cè)中，盲源分離處理后的數(shù)據(jù)主頻提高到32 Hz，頻帶變寬，提高了該區(qū)的地震分辨率；利用小層自動(dòng)解釋技術(shù)實(shí)現(xiàn)了沙三段6個(gè)砂層組的精細(xì)解釋；利用自然伽馬隨機(jī)反演技術(shù)進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，將常規(guī)地震資料對(duì)砂體識(shí)別的精度提高到5～8 m，能很好地識(shí)別濁積砂體；小砂體自動(dòng)拾取技術(shù)在該區(qū)自動(dòng)追蹤濁積砂體70多個(gè)，實(shí)現(xiàn)了單個(gè)砂體的解釋和快速自動(dòng)成圖，取得了較好的效果，證明該技術(shù)是對(duì)濁積巖勘探行之有效的技術(shù)。

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