肖佃師，盧雙舫，王海生，陸正元，郭思祺，張魯川

（1.中國石油大學非常規(guī)油氣與新能源研究院，山東青島266580；2.成都理工大學油氣藏地質與開發(fā)工程國家重點實驗室，四川成都610059；3.中國石油遼河油田公司，遼寧盤錦124010）

三角洲外前緣薄砂體地震綜合預測方法

肖佃師1，2，盧雙舫1，王海生3，陸正元2，郭思祺1，張魯川1

（1.中國石油大學非常規(guī)油氣與新能源研究院，山東青島266580；2.成都理工大學油氣藏地質與開發(fā)工程國家重點實驗室，四川成都610059；3.中國石油遼河油田公司，遼寧盤錦124010）

針對三角洲外前緣儲層單砂體薄、砂泥巖波阻抗值差異小的特點，結合曲線重構、地震正演等技術，分別對適用于薄儲層的地震反演及屬性分析方法進行研究。結果表明：聲波與自然伽馬曲線重構、稀疏脈沖波阻抗與地質統(tǒng)計學反演的聯(lián)合是實現(xiàn)薄儲層精細預測的有效手段，前者提高了波阻抗反演的巖性分辨能力，后者降低了儲層預測的不確定性；三角洲外前緣薄砂體的厚度與地震屬性間關系較分散，依據(jù)地震屬性對不同規(guī)模砂體的分辨能力指導屬性優(yōu)選及閾值選取，可以定性刻畫砂層組內薄砂體的空間展布；將地震反演及屬性分析的成果進行交互驗證，指導油田井位部署方案的調整，區(qū)塊內鉆探成功率由65%提高至82%。

曲線重構；地質統(tǒng)計學反演；屬性分析；薄砂體；三角洲外前緣

隨著構造類油氣資源的日益枯竭，巖性類隱蔽油氣藏逐漸成為目前勘探的主體，其中蘊含在三角洲外前緣儲層中的油氣在隱蔽油氣藏中占有很大比例［1］，如大慶油田南部葡萄花油層、吉林油田高臺子油層等。三角洲外前緣儲層砂體規(guī)模小、非均質性強，該類油藏儲量動用效果差，鉆井成功率低［2］，精細刻畫薄儲層的空間展布是提高其鉆井成功率的關鍵。三角洲外前緣的單砂體厚度遠小于地震可分辨范圍，其地震刻畫一直是地球物理學家研究的熱點及難點，其中地震屬性、井震結合高分辨率反演是常用的兩項技術?；诒诱{諧規(guī)律的屬性分析可實現(xiàn)砂層組級別薄互層砂巖厚度的預測［3-4］，結果忠實于地震解釋，但垂向分辨率低；井震結合高分辨率反演方法利用測井、地質等信息補償了地震資料頻帶寬度的不足［5-8］，結果垂向可達單砂體級別，但多解性強；二者結合能夠提高薄儲層識別的精度［9］。三角洲外前緣儲層中普遍存在砂巖與泥巖波阻抗差異小的特點，這將削弱砂巖儲層的地震響應，增加地震反演及屬性分析結果的多解性，甚至無法區(qū)分巖性［10-11］。需要針對三角洲外前緣薄砂體建立起一套有效的井震聯(lián)合刻畫方法。筆者以松遼盆地敖9研究區(qū)葡萄花油層為例，對制約薄砂層地震刻畫精度的因素進行分析，改進、完善薄儲層的井震反演及地震屬性分析方法，有效指導油田的井位部署調整。

1 三角洲外前緣儲層及巖石物理特征

三角洲外前緣為三角洲前緣亞相中鄰近前三角洲泥質沉積的部分。由于遠離物源區(qū)，分流河道能量減弱殆盡，湖浪改造力逐漸增強，三角洲外前緣以厚層泥巖與薄層粉砂巖、泥質粉砂巖互層的沉積體為主［12］。松遼盆地敖9研究區(qū)葡萄花油層為北部物源影響下的三角洲外前緣沉積環(huán)境，斷續(xù)分流河道、席狀砂及遠砂壩為其主要的砂體類型。研究區(qū)儲層呈現(xiàn)“規(guī)模小、粒度細、泥質含量高”的特點（圖1）：單砂體厚度多為0.5～2 m，剖面上呈透鏡狀，平面及側向連續(xù)性均差；砂巖粒度細，粒度中值集中分布在125～31.2 μm，巖性為極細砂—粗粉砂類型；泥質含量普遍高于10%。

圖1 敖9地區(qū)葡萄花油層單砂體厚度、粒度中值及泥質含量Fig.1 Sandstone thickness，median grain diameter and shale content of Putaohua reservoir in Ao9 region

三角洲外前緣儲層“粒度細、泥質含量高”，導致儲層四性關系差，聲波不能很好區(qū)分砂巖和泥巖。統(tǒng)計敖9研究區(qū)葡萄花油層砂巖（包括粉細砂巖和泥質粉砂巖）和泥巖（包括泥巖及粉砂質泥巖）兩類巖性的速度分布（圖2）發(fā)現(xiàn)，砂巖速度集中在3050～4000 m/s，泥巖速度集中在2 800～3 600 m/s，整體上砂巖速度大于泥巖，但二者重疊部分較多；由于聲波速度隨砂巖儲層物性的增加而降低，因此滲透性砂巖較正常砂巖的速度值要低，利用聲波更難以區(qū)分出滲透性砂巖和泥巖。

圖2 敖9地區(qū)葡萄花油層砂巖和泥巖速度分布直方圖Fig.2 Velocity distribution contrast between sandstone and shale of Putaohua reservoir in Ao9 region

2 井震結合地震反演方法

疊后地震反演主要可分為基于褶積、基于地震屬性和基于模型的反演3類?；隈薹e模型的波阻抗反演方法，如遞推反演、稀疏脈沖反演等，受地震頻帶寬度的限制［13］，精度和分辨率都不能滿足薄儲層精細描述的需求；地震屬性反演是通過數(shù)學變化將多種地震屬性轉化為儲層參數(shù)，精度依賴先驗信息的全面性，適用于開發(fā)中后期高密度井網［14］；基于模型的地質統(tǒng)計學隨機反演垂向可識別單砂體，分辨率與測井基本一致，結果不受井網密度的限制。針對三角洲外前緣單砂體薄、鉆井密度小的特點，本文中主要采用地質統(tǒng)計學隨機反演方法進行薄砂體的預測。地質統(tǒng)計學反演的基本原理［15］為根據(jù)井點測井、地質等信息建立儲層參數(shù)的地質統(tǒng)計學規(guī)律，通過隨機模擬產生井間波阻抗，將波阻抗轉換成反射系數(shù)并與地震子波褶積生成合成地震道，比較合成道與實際地震道的差異，經過反復迭代修正波阻抗模型直至殘差達到最小。根據(jù)三角洲外前緣儲層巖石物理特征，對地質統(tǒng)計學反演進行以下改進：利用曲線重構改善波阻抗對巖性的分辨能力，提高反演結果的精度；利用稀疏脈沖波阻抗反演結果約束隨機反演，降低反演的多解性。

2.1 聲波曲線重構

測井曲線連續(xù)地記錄了地下巖層的聲、電、放射性等物理特性，曲線中的不同頻率信息可以反映相應周期地層的物理特性［16］。對聲波而言，低頻部分代表大套沉積地層（周期較長）的速度信息，而高頻部分反映局部速度變化，可能由巖性、物性變化等因素引起。聲波曲線重構的基本思想為：將聲波的低頻信息與某條對巖性敏感的測井曲線的高頻信息進行合并，得到一條擬聲波曲線，該曲線能有效保留地下巖層的速度信息，同時反映目的層段巖性細微變化。通過曲線對巖性的敏感性分析，確定自然伽馬對砂泥巖區(qū)分最好，利用自然伽馬和聲波進行擬聲波曲線的重構。

曲線重構的基本過程（圖3）為，將聲波和自然伽馬曲線分別進行高頻濾波和低頻濾波，濾波器截止頻率優(yōu)選為0.375/m，得到自然伽馬高頻成分和聲波低頻成分，將二者進行刻度匹配，然后疊加得到擬聲波曲線。從圖3可知，擬聲波曲線與原始聲波有很好的相關性，同時對巖性的分辨能力有明顯提高。

圖3 擬聲波曲線重構過程（南128-380井）Fig.3 Workflow of pseudo-sonic curve reconstruction（Well Nan128-380）

圖4為利用原始聲波、擬聲波曲線制作合成地震記錄對比，其中波阻抗計算中的密度通過Garden公式得到，子波從井旁實際地震道提取。擬波阻抗合成地震記錄（圖4（c））與實際地震道相關系數(shù)高達87%，與原始波阻抗合成地震記錄（圖4（b））基本一致，這說明擬聲波曲線保留了原始聲波中的主要速度信息，可代替原始聲波進行層位標定、子波提取以及波阻抗反演。由于擬波阻抗具有較高的巖性分辨能力，波阻抗反演對砂巖儲層的識別精度將明顯提高。

2.2 反演過程及效果

聯(lián)合稀疏脈沖和地質統(tǒng)計學隨機反演進行薄儲層精細刻畫的基本過程為：在層位標定、低頻模型建立的基礎上進行稀疏脈沖波阻抗反演；優(yōu)選隨機反演的參數(shù)，包括利用相對波阻抗水平切片分析主要沉積砂體的空間展布，確定水平變差函數(shù)，根據(jù)測井、地質等信息確定垂向變差函數(shù)；然后開展地質統(tǒng)計學隨機反演，包括隨機模擬和隨機反演兩過程，其中隨機模擬采用序貫高斯協(xié)配置方法，隨機反演采用模擬退火算法；對隨機反演得到的多個等概率擬波阻抗體進行優(yōu)選，根據(jù)擬波阻抗與巖性對應關系設定合理閾值，將擬波阻抗體轉化為巖性體，實現(xiàn)薄砂層分布定量刻畫。隨機反演結果優(yōu)選遵循以下原則：剖面上砂體過渡自然、橫向變化與地震一致；平面上砂體變化趨勢符合地質規(guī)律，與地震屬性反映的砂體趨勢基本一致；盲井、新鉆井砂體符合率高。

圖4 原始波阻抗、擬波阻抗曲線及合成地震記錄對比Fig.4 Curve and synthetic seismogram comparison of original impedance and pseudo-impedance

圖5為擬波阻抗反演和原始波阻抗反演剖面對比，圖中紅、黃色為高阻抗值，指示砂巖儲層。兩種反演剖面反映的砂體變化趨勢基本一致，但擬波阻抗體對砂巖和泥巖的分辨能力明顯高于原始波阻抗，與單井砂巖解釋基本吻合；擬波阻抗反演尊重原始地震資料，結果可靠性高，一方面表現(xiàn)為正演得到的模擬地震記錄與實際地震間殘差較?。▓D5（d）），另一方面是井間砂體的變化與地震響應一致，如圖5（a）中虛線框處，地震能量向兩側變弱，反演剖面顯示該處發(fā)育一套透鏡狀薄層砂體。反演結果可以清晰刻畫小層級別薄砂體的空間展布（圖6），反映沉積垂向演化規(guī)律。葡萄花油層經歷了“快速水退—緩慢水進”的沉積過程，PI9—PI6處于葡萄花油層沉積早期，水體較深，單砂體規(guī)模小，砂體主要呈零星狀分布于北部和東側，自下而上厚層砂體分布范圍逐漸擴大，整體表現(xiàn)為快速水退；PI5—PI1砂體較發(fā)育，整體表現(xiàn)為緩慢水進過程，但湖盆水體震蕩頻繁，PI5—PI4和PI3—PI1表現(xiàn)為兩套小規(guī)模的“水進—水退”過程，PI5、PI3和PI1小層水體相對較淺，厚層砂體呈南北向、北北西向條狀展布。

圖5 擬波阻抗體識別砂巖效果及精度分析Fig.5 Effect of sand bodies identification and precision analysis of pseudo-impedance

圖6 葡萄花油層各小層砂巖厚度預測Fig.6 Sandstone thickness of each single layer in Putaohua reservoir

3 薄儲層地震屬性分析

前人利用單砂體楔狀模型和砂泥巖薄互層模型研究了地震屬性（主要是振幅和頻率屬性）與砂體厚度間關系［17-18］：當砂巖厚度小于1/4波長時，累計砂巖厚度與振幅屬性呈正相關，與瞬時頻率屬性呈負相關。前人的研究建立在砂巖和泥巖的速度穩(wěn)定且具有明顯差異的假設下，當?shù)貙又猩皫r速度不穩(wěn)定時，砂巖厚度與地震屬性間關系將變得異常復雜。

圖7 不同速度的砂巖薄互層地質模型及地震響應Fig.7 Geologic model and seismic response of thin interbedded layers with different velocity

設計4組兩套薄砂體疊置地質模型（圖7（a）），單砂體厚度為1.5 m，圍巖（泥巖）速度為3 000 m/ s，由左到右砂巖速度依次為4000、3700、3400、3100 m/s。利用主頻為40 Hz的雷克子波合成地震記錄（圖7（b）），各套砂體的地震反射在縱向上相互干涉形成復合波，從左向右4組地層對應的復合波能量逐漸減弱，這說明地震反射能量受砂巖和泥巖速度差異的影響，二者速度差異越大，地震反射能量越強。圖7（c）為4組地層的砂巖累計厚度與振幅屬性間關系，每組地層中砂巖累計厚度與振幅屬性均呈現(xiàn)明顯的正相關性，但將4組地層放到一起比較，砂巖累計厚度與振幅屬性間相關性變差。三角洲外前緣中砂巖儲層速度變化大，與泥巖重疊部分多，砂巖和泥巖的速度差異不穩(wěn)定，導致砂巖累計厚度與振幅屬性間關系復雜。以PI1-3砂層組（圖8）為例，砂巖厚度與振幅屬性交會圖中散點呈現(xiàn)“左細右粗的喇叭狀”形態(tài)，砂巖厚度小時，振幅屬性值低且分布集中，砂巖厚度增加時，振幅屬性值也呈增大趨勢，但較為分散；按砂巖累計厚度將散點劃分為大于2 m和小于等于2 m兩種級別，厚度小于等于2 m點主要落在振幅屬性小于7 800范圍（吻合19個，共28個），厚度大于2 m點主要落在振幅屬性大于7800范圍（吻合24個，總31個）。由此可知，利用地震屬性難以實現(xiàn)薄儲層砂巖厚度的定量預測，但可以定性分析厚層砂巖的分布。

地震屬性對不同規(guī)模砂體的分辨能力不同，以此進行屬性優(yōu)選、閾值選取，定性刻畫各砂層組砂體的空間展布。圖9為葡萄花油層各砂層組地震屬性平面圖，其中PI4-5和葡萄花油層優(yōu)選平均瞬時相位，PI1-3和PI6-9砂層組優(yōu)選均方根振幅，圖中色標均根據(jù)閾值進行調整，黃、紅色區(qū)域指示厚層砂體的分布。砂體整體呈現(xiàn)“北厚南薄、東厚西薄”趨勢；北部及東部砂體發(fā)育，平面上呈南北條帶狀；南部砂體主要發(fā)育在PI1-3油層組，平面上呈片狀分布，橫向連續(xù)性差。地震屬性與儲層反演得出的砂體分布規(guī)律基本一致，從而驗證了反演結果的可靠性。

圖8 砂巖累計厚度與均方根振幅交會圖（PI1-3砂層組）Fig.8 Crossplot of sandstone thickness and RMS amplitude（PI1-3 oil layer group）

圖9 葡萄花油層及各砂層組地震屬性優(yōu)選圖Fig.9 Amplitude maps optimized of Putaohua reservoir and each oil layer group

4 應用效果分析

將地震屬性與井震結合儲層預測成果進行有機結合，可以指導油田井位部署方案調整。對已部署設計井位進行分類優(yōu)選：將兩種預測方法均指示砂巖發(fā)育的定為玉類，僅一種方法指示砂巖發(fā)育的定為Ⅱ類，兩種方法均顯示砂巖不發(fā)育的定為Ⅲ類。建議優(yōu)先鉆探玉類井位，其次為Ⅱ類井位，不建議鉆探Ⅲ類井位。2012年之前，敖9區(qū)塊共鉆井23口，其中獲工業(yè)油流井15口，成功率為65%，成功率低的主要原因為儲層相變快，相鄰僅幾百米的兩口井，一口獲高產工業(yè)油流，而另一口因砂體不發(fā)育而失利；2012年在該區(qū)新部署井位85口，利用本次研究成果進行井位優(yōu)選，落實玉類井位44口，Ⅱ類井位29口，Ⅲ類井位12口。目前玉類井位中已鉆38口，獲工業(yè)油流井34口，成功率為82%，鉆井成功率提高了17%。如葡402-3井（圖10），鉆前根據(jù)儲層預測成果將其定為玉類，地震屬性指示該井砂體發(fā)育，所處砂體向北逐漸尖滅，反演結果顯示該井葡萄花油層發(fā)育兩套厚層砂體；鉆探后該井在PI1和PI9小層試油獲22.1 t/d高產工業(yè)油流。

圖10 驗證井（葡402-3）儲層預測效果分析Fig.10 Result analysis of reservoir prediction for verified well（Well Pu402-3）

5 結 論

（1）曲線重構得到的擬波阻抗曲線既包含反映大套地層速度背景的聲波低頻信息，又包括反映地層巖性變化的自然伽馬高頻信息；與原始波阻抗相比，擬波阻抗體對砂巖儲層的分辨能力明顯提高。

（2）三角洲外前緣薄層砂巖和泥巖速度分布重疊部分多、砂巖速度分布不穩(wěn)定，地震振幅屬性與砂巖累計厚度間相關性差，但地震屬性能較好地區(qū)分不同規(guī)模的砂體，可以定性分析砂層組內厚層砂體的空間展布。

（3）聯(lián)合應用隨機反演和地震屬性分析成果指導井位部署方案的調整，可有效提高油田鉆井的成功率。該方法對薄儲層巖性類隱蔽油氣藏的井位部署方案調整具有重要意義。

致謝 在本文成文過程中，大慶油田有限責任公司第七采油廠劉洪濤總地質師提出了寶貴意見，在此表示衷心感謝！

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（編輯 徐會永）

Comprehensive prediction method of seismic to thin sandstone reservoir in delta-frontal

XIAO Dianshi1，2，LU Shuangfang1，WANG Haisheng3，LU Zhengyuan2，GUO Siqi1，ZHANG Luchuan1
（1.Institute of Unconventional Oil&Gas and New Energy in China University of Petroleum，Qingdao 266580，China；2.State Key Laboratory of Oil&Gas Reservoir Geology and Exploitation in Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China；3.Liaohe Oilfield Company，PetroChina，Panjin 124010，China）

The reservoirs of delta-frontal subfacies are characterized by single thin sandstone and there are no obvious impendence difference between sandstone and shale.Based on curve reconstruction and seismic forward modeling，the seismic inversion and attribute analysis technology suitable to such thin reservoirs were studied respectively.The results indicate that fine prediction of thin reservoirs can be accomplished by two effective methods：pseudo-sonic curve reconstruction with origin sonic and gamma ray curve which can improve the reservoir identification ability of impedance inversion；and the combination of sparse spike impedance and geostatistics stochastic inversion which contributes to decrease uncertainty in reservoir prediction. Due to the scattered relationship between thickness of thin reservoirs and seismic attributes in the delta-frontal subfacies，the spatial distribution of thin sand bodies in sand groups can be qualitatively characterized by optimizing attributes and selecting threshold based on the identification ability of seismic attributes in different scale of sand bodies.Results obtained by the proposed seismic inversion and attributes analysis are cross-validated，and are applied to guide adjustment of well deployment scheme in oilfield，resulting in a significant improvement of drilling success rate from 65%to 82%.

curve reconstruction；geostatistics inversion；attributes analysis；thin reservoir；delta-frontal subfacies

TE 122.2

A

1673-5005（2015）04-0062-08

10.3969/j.issn.1673-5005.2015.04.008

2015-01-17

山東省優(yōu)秀中青年科學家科研獎勵基金（2014BSE28018）；黑龍江省教育廳科學技術研究項目（ky120102）

肖佃師（1981-），男，講師，博士，研究方向為復雜儲層地球物理評價。E-mail：xiaods1024@163.com。

引用格式：肖佃師，盧雙舫，王海生，等.三角洲外前緣薄砂體地震綜合預測方法［J］.中國石油大學學報：自然科學版，2015，39（4）：62-69.

XIAO Dianshi，LU Shuangfang，WANG Haisheng，et al.Comprehensive prediction method of seismic to thin sandstone reservoir in the delta-frontal［J］.Journal of China University of Petroleum（Edition of Natural Science），2015，39（4）：62-69.