孫璞，桂志先，高剛 胡瑞卿，林耀庭 （長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 武漢430100）

地震波衰減作為介質(zhì)的內(nèi)在屬性，是指地震波在地下介質(zhì)中傳播時(shí)引起的總能量損失。引起地震波衰減的因素主要有內(nèi)部和外部2種：內(nèi)部因素主要是介質(zhì)中固體與固體、固體與流體、流體與流體界面之間的能量損耗；外部因素主要是不均勻介質(zhì)引起的散射[1]。當(dāng)這種不均質(zhì)性介質(zhì)的尺度大于或者等于地震波長(zhǎng)時(shí)，外部因素占據(jù)主導(dǎo)地位。還有一些其他的影響因素，如薄層調(diào)諧、橫向波阻抗和巖性變化等。不同的巖性對(duì)地震波的吸收程度不同，地層的吸收能力越強(qiáng)，地震波的高頻成分衰減得越快[2]。根據(jù)地層吸收性質(zhì)與巖相、孔隙度、含油氣成分等的密切關(guān)系，可以用來預(yù)測(cè)巖性，在有利條件下可直接預(yù)測(cè)油氣的存在[3]。邊樹濤等[4]利用基于模型的參量法估算地震波頻譜，優(yōu)勢(shì)在于即使小視窗也可以提取準(zhǔn)確的地震波頻譜。徐峰等[5]就地層吸收系數(shù)的計(jì)算方法一般采用廣義S變換和小波變換，對(duì)比分析兩者認(rèn)為，小波變換更加方便靈活且解決了時(shí)窗問題，優(yōu)于常規(guī)傅里葉變換的分頻處理技術(shù)。楊璐、熊曉軍等[6，7]針對(duì)碳酸鹽巖油氣藏提出利用頻率衰減梯度屬性與低頻伴影分析2種方法預(yù)測(cè)儲(chǔ)層，具有較高的可靠性。然而頻率衰減梯度屬性預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的方法大多采用高頻帶頻率衰減梯度，當(dāng)高頻成分受干擾時(shí)就不能很好地預(yù)測(cè)油氣，而基于小波變換的組合頻率衰減梯度預(yù)測(cè)儲(chǔ)層能夠很好地解決該問題[8～10]。

致密砂巖氣藏作為一種非常規(guī)油氣資源已經(jīng)成為我國(guó)重要的油氣勘探領(lǐng)域。我國(guó)中西部盆地中生界發(fā)育有大量低滲透致密含氣砂巖，蘊(yùn)藏著豐富的天然氣資源，開發(fā)該類氣藏對(duì)石油工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。筆者針對(duì)致密含氣砂巖，采用組合頻率衰減梯度檢測(cè)油氣，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況符合，證明該方法具有可行性。

1 組合頻率衰減屬性的方法原理

1.1 頻率衰減理論的基礎(chǔ)

根據(jù)黏滯彈性理論可知，由于均勻的非完全彈性介質(zhì)所產(chǎn)生的吸收作用，使地震波的振幅隨著地震波傳播距離的增大而呈現(xiàn)指數(shù)式衰減，即：

式中：A為地震波傳播一定距離后的振幅，m；A0為地震波的初始振幅，m；α為吸收因子，1；x為地震波傳播的距離，m。

在地震波頻帶寬度范圍內(nèi)，吸收因子α和頻率f呈正比關(guān)系，即α＝α0f（其中，α0為吸收因子與頻率的比，1；f為頻率，Hz）。由式 （1）可得：

不同巖性的吸收因子存在很大的差別，如砂巖層的吸收因子比石灰?guī)r層的吸收因子大。因此，地震波經(jīng)過一段距離的傳播后，其振幅衰減比較劇烈，尤其是當(dāng)?shù)讓恿芽p中充填了油氣時(shí)，振幅衰減就更加劇烈，這是應(yīng)用頻率衰減屬性來預(yù)測(cè)地層中含油氣性的理論基礎(chǔ)[11]。筆者以基于小波變換為基礎(chǔ)，通過瞬時(shí)譜分析技術(shù)，將地震資料從時(shí)間域轉(zhuǎn)化到頻率域，通過組合頻率的衰減屬性來有效檢測(cè)儲(chǔ)層的含流體性。時(shí)頻分析是通過對(duì)數(shù)字信號(hào)采用多種數(shù)學(xué)變換，實(shí)現(xiàn)從時(shí)頻域角度對(duì)信號(hào)的局部特征進(jìn)行分解和描述，以達(dá)到對(duì)信號(hào)細(xì)微特征的解剖和更全面的認(rèn)識(shí)。相比常規(guī)時(shí)頻分析所采用的傅里葉變換，小波變換有效地解決了時(shí)窗選擇的問題[12～14]，提高了時(shí)頻分析的準(zhǔn)確性。

1.2 組合頻率衰減屬性原理

科學(xué)研究表明，當(dāng)儲(chǔ)層中含有油氣時(shí)，地震波將會(huì)發(fā)生散射，能量將會(huì)發(fā)生衰減[15～18]。通過分析地震波的衰減特性可知，頻率衰減梯度越大，儲(chǔ)層物性越好。如果可以有效地檢測(cè)出這種衰減特征，就可以直接描述有利儲(chǔ)層的分布范圍。高頻衰減梯度、低頻衰減梯度及組合頻率衰減梯度為[19]（圖1）：

式中：G1、G2分別為高頻、低頻衰減梯度；Ef1、Ef2、Ef3、Ef4分別為地震波的瞬時(shí)能量，可通過常規(guī)屬性提取獲得；f1、f2、f3、f4分別為頻率域中瞬時(shí)主頻左右的4個(gè)采樣點(diǎn)；G為組合頻率衰減梯度，即G1、G2的乘積。

應(yīng)用實(shí)踐表明，組合頻率衰減梯度是一種對(duì)烴類反映比較敏感的屬性。因此，利用該屬性除了識(shí)別儲(chǔ)層外，還可以作為判斷儲(chǔ)層是否含油氣的依據(jù)。

圖1 頻率衰減梯度示意圖

2 模型測(cè)試分析

針對(duì)研究區(qū)的地質(zhì)情況，建立砂泥巖含氣儲(chǔ)層模型 （圖2），并對(duì)其低頻、高頻和組合頻率衰減梯度屬性進(jìn)行計(jì)算和分析。其中在CDP（共深度點(diǎn)）31～38，時(shí)間2.72～2.82s處為致密砂巖含氣儲(chǔ)層。正演模擬后得到剖面圖如圖3所示。

圖2 正演模型

圖3 地震正演剖面

圖4和圖5分別為利用低頻段和高頻段時(shí)頻譜計(jì)算出的頻率衰減梯度。

圖4 低頻帶頻率衰減梯度

圖5 高頻帶頻率衰減梯度

由圖4和圖5可以看出，在2.74～2.765s時(shí)間段對(duì)油氣的指示效果比較好，但2.775～2.80s時(shí)間段 （圖中方框處），低頻和高頻衰減梯度對(duì)油氣的顯示效果不明顯。而采用組合頻率衰減梯度（圖6），相應(yīng)位置能夠有效地顯示儲(chǔ)層的位置，其對(duì)油氣的指示效果更好。因此，當(dāng)?shù)卣鹩涗浿械牡皖l或高頻成分受干擾較強(qiáng)，單一的吸收衰減屬性不能明顯地指示油氣部位時(shí)，可以充分利用組合頻率衰減梯度進(jìn)行預(yù)測(cè)，這樣用以達(dá)到更好的油氣預(yù)測(cè)效果。

圖6 組合頻率衰減梯度

3 實(shí)際資料分析

采用組合頻率衰減梯度屬性對(duì)大牛地氣田進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，該地區(qū)儲(chǔ)層屬于薄層致密含氣砂巖，孔隙度不高，但含氣性良好。

3.1 單井分析

針對(duì)研究區(qū)的K15井進(jìn)行單井資料分析 （圖7）。

圖7 K15井實(shí)際資料單井分析

從圖7中可以看出，1456～1464ms時(shí)間段對(duì)應(yīng)的深度是2775～2795m，單一的頻率衰減梯度也能從一定程度上指示油氣的位置，但組合頻率衰減梯度效果更好，該段孔隙度為6%～8%，含水飽和度為30%～40%，屬于低孔隙度含氣砂巖；1474～1480ms時(shí)間段對(duì)應(yīng)深度是2810～2825m，單一的頻率衰減梯度指示油氣效果差，而采用組合頻率衰減梯度效果明顯，該段孔隙度5%～7%，含水飽和度50%～55%，也屬于低孔隙含氣砂巖。

3.2 連井分析

對(duì)研究區(qū)3口井K13井、K15井、K33井進(jìn)行連井剖面并提取低頻、高頻和組合頻率衰減梯度，然后結(jié)合實(shí)測(cè)資料對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析。

圖8 實(shí)際資料連井剖面

圖9 低頻衰減梯度連井剖面

圖10 高頻衰減梯度連井剖面

圖8為實(shí)際資料的地震連井剖面，目的層位于1440～1490ms時(shí)間段，對(duì)應(yīng)的Psh1和Psx2；圖9和圖10分別為低頻和高頻吸收衰減；圖11為組合頻率衰減梯度。從圖9～11中可以看出，在K13井和K15井對(duì)應(yīng)的Psh1和Psx2低頻和高頻吸收衰減對(duì)油氣的指示效果不是很明顯，而Psh1和Psx2的組合頻率衰減梯度對(duì)油氣的指示效果明顯；在K33井的Psh1和Psx2，低頻和高頻衰減梯度對(duì)油氣的指示效果不明顯，采用組合頻率衰減梯度指示Psh1的含氣性明顯、Psx2含氣性較差。

對(duì)比實(shí)際地層的含氣統(tǒng)計(jì)表（表1），K13井和K15井對(duì)應(yīng)的目的層段含氣性情況良好，與預(yù)測(cè)結(jié)果符合；從K33井無阻流量可以看出，該井的Psh1比Psx2含氣性好不少，與預(yù)測(cè)結(jié)果符合，證明組合衰減梯度屬性在預(yù)測(cè)致密含氣砂巖中效果很好。

圖11 組合頻率衰減梯度連井剖面

表1 實(shí)際地層含氣性統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)論

筆者利用時(shí)頻分析能力較強(qiáng)的小波變換求取地震波的低頻帶和高頻帶吸收衰減梯度，在理論模擬和實(shí)際資料處理中運(yùn)用組合頻率衰減梯度預(yù)測(cè)致密砂巖含油氣性，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況符合較好，為該類儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提供了一種有效手段。

同時(shí)，由于地下實(shí)際情況的復(fù)雜多樣性，以及地震波吸收衰減特征還在進(jìn)一步研究中，因而在進(jìn)行油氣預(yù)測(cè)時(shí)還是要與其他屬性相結(jié)合進(jìn)行綜合分析，以便更加準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的含油氣性。

[1]Klimentos T，McCann C.Attenuation of P and S－wave as a method of distinguishing gas and condensate from oil and water[J].Geophysics，1995，60 （2）：447～458.

[2]吳如山，安藝敬一 .地震波的散射和衰減 [M].北京：地震出版社，1993.7～30.

[3]何又雄，鐘慶良 .地震波衰減屬性在油氣預(yù)測(cè)中的應(yīng)用 [J].江漢石油科技，2007，17（3）：9～11.

[4]邊樹濤，董艷蕾，鄭浚茂 .地震波頻率衰減檢測(cè)天然氣技術(shù)應(yīng)用研究 [J].石油地球物理勘探，2007，42（3）：296～300.

[5]徐峰，馮詩齊 .基于時(shí)頻分析的地層吸收系數(shù)計(jì)算方法 [J].海洋石油，2007，27（4）：1～8.

[6]楊璐，賀振華，文曉濤，等 .頻率衰減屬性在深層碳酸鹽巖油氣藏勘探中的應(yīng)用 [J].巖性油氣藏，2012，24（5）：98～101.

[7]熊曉軍，賀錫雷，蒲勇，等 .高精度頻率衰減分析技術(shù)及其應(yīng)用 [J].應(yīng)用地球物理，2011，8（4）：337～343.

[8]張會(huì)星，何兵壽，姜效典，等 .利用地震波在雙相介質(zhì)中的衰減特性檢測(cè)油氣 [J].石油地球物理勘探，2010，45（3）：343～349.

[9]劉立峰，孫贊東 .地震波吸收衰減技術(shù)在縫洞型碳酸鹽巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用 [J].石油地球物理勘探，2009，44（增1）：121～124.

[10]張景業(yè)，賀振華，黃德濟(jì) .地震波頻率衰減梯度在油氣預(yù)測(cè)中的應(yīng)用 [J].勘探地球物理進(jìn)展，2010，33（3）：207～211.

[11]黃忠玉，王于靜，蘇永昌 .一種新的地震波衰減分析方法——預(yù)測(cè)油氣異常的有效工具 [J].石油地球物理勘探，2000，35（6）：768～772.

[12]董寧，楊立強(qiáng) .基于小波變換的吸收衰減技術(shù)在塔河油田儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用研究 [J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2008，23（2）：533～538.

[13]夏竹，劉蘭鋒，任敦占，等 .基于地震道時(shí)頻分析的地層結(jié)構(gòu)解析原理和方法 [J].石油地球物理勘探，2007，42（1）：57～69.

[14]周長(zhǎng)友，李瑞，楊帆，等 .基于小波變換的頻率衰減梯度屬性含油氣性檢測(cè) [J].石油化工應(yīng)用，2010，29（11）：59～62.

[15]畢研斌，龍勝祥，郭彤樓，等 .應(yīng)用頻率衰減屬性預(yù)測(cè)TNB地區(qū)儲(chǔ)層含氣性 [J].石油與天然氣地質(zhì)，2007，28（1）：116～120.

[16]Dilay A，Eastwood J.Spectral analysis applied to seismic monitoring of thermal recovery [J].The Leading Edge，1995，14 （11）：1117～1122.

[17]Sinha S，Routh P S.Spectral decomposition of seismic data with continuous－wavelet transform [J].Geophysics，2005，70 （6）：19～25.

[18]Sams M S，Neep J P，Worthington M H，et al.The measurement of velocity dispersion and frequency－dependent intrinsic attenuation in sedimentary rocks[J].Geophysics，1997，62 （5）：1456～1464.

[19]張固瀾，賀振華，李家金，等 .基于廣義變換的吸收衰減梯度檢測(cè) [J].石油地球物理勘探，2011，46（6）：905～910.