王 銀, 李文成, 陳會(huì)霞, 賀鴻冰

(中國石化勘探分公司，成都 610041)

0 前言

川北地區(qū)作為四川盆地的天然氣主要增儲(chǔ)陣地之一，正面臨著勘探程度不斷提高，勘探對象日益復(fù)雜，后備資源準(zhǔn)備不足的困境。在未突破的層系或領(lǐng)域里面，除了前期構(gòu)造演化、沉積充填等基礎(chǔ)研究之外，地震資料信息沒有得到充分的挖掘，而鉆井和露頭信息都無法準(zhǔn)確傳達(dá)地下沉積相及微相的變化。地震資料作為唯一能反映地下地質(zhì)規(guī)律變化的信息來源，是油氣勘探中最重要的基礎(chǔ)資料，因此，挖掘地震資料中有價(jià)值的油氣信息就成為勘探成功的關(guān)鍵。地震相分析就是充分利用地震剖面上的波組特征及反射結(jié)構(gòu)的變化，進(jìn)行沉積相及沉積物物性的推斷解釋，進(jìn)而指出有利的油氣勘探區(qū)帶和目標(biāo)[1-3]。為了解決油氣勘探的實(shí)際問題，深化地球物理與地質(zhì)認(rèn)識相結(jié)合，發(fā)展地震相精細(xì)解釋技術(shù)具有重要的意義。傳統(tǒng)的地震相解釋,主要依賴于人對地震剖面反射結(jié)構(gòu)、波組特征變化的認(rèn)識和對地震沉積學(xué)等幾門學(xué)科的理解，從而進(jìn)行地震相與沉積相的聯(lián)合解釋，存在解釋主觀性、信息提取不全等方面的缺陷[4]。以隱蔽性油氣藏為主的勘探對象，對地震相的解釋和劃分提出了更高要求。朝著多元化、精細(xì)化的地震相刻畫技術(shù)發(fā)展方向，國內(nèi)、外發(fā)展了基于剖面的精細(xì)等時(shí)格架建立基礎(chǔ)之上的波形分類、地震屬性、地震數(shù)據(jù)切片等地震相刻畫技術(shù)，是目前主流的地震相劃分和解釋手段[5-6]。

1 技術(shù)方法

YB地區(qū)茅三段礁灘氣藏總體為大型低緩斜坡構(gòu)造背景下的巖性圈閉，礁灘儲(chǔ)層發(fā)育程度受沉積相帶嚴(yán)格控制，與長興組大型臺(tái)緣礁灘模式不同，YB地區(qū)茅口組具有古地貌平緩，沉積差異小，臺(tái)緣淺灘厚度薄，儲(chǔ)層橫向非均質(zhì)變化快等特點(diǎn)，造成進(jìn)一步評價(jià)YB地區(qū)茅口組勘探潛力存在一定的困難。針對茅口組沉積及儲(chǔ)層發(fā)育的特點(diǎn)，開展高精度地震相精細(xì)刻畫是解決儲(chǔ)層預(yù)測問題的關(guān)鍵。針對問題的難點(diǎn)，本次研究應(yīng)用地震沉積學(xué)原理，在建立精細(xì)的地震等時(shí)格架剖面基礎(chǔ)之上，采用基于全局優(yōu)化地層模型的沉積微相精細(xì)刻畫技術(shù)，克服傳統(tǒng)的屬性切片缺陷，建立全局等時(shí)地層模型，并從三維地層模型中提取屬性切片，提高切片的等時(shí)性及準(zhǔn)確性，分析高能灘沉積演化過程，確定最有利沉積相帶分布區(qū)，最終達(dá)到精細(xì)刻畫地震相的目的(圖1)。

圖1 地震相精細(xì)刻畫思路Fig.1 Fine characterization of seismic facies

2 高精度地震等時(shí)格架的建立

2.1 單井地質(zhì)特征

YB地區(qū)茅口組茅三段由兩個(gè)四級旋回組成，頂部與吳家坪組海侵期的灰質(zhì)泥巖呈現(xiàn)巖性亞相轉(zhuǎn)換面，底部以海侵域形成的高GR、低KTH，泥灰?guī)r與茅二段頂高位域的生屑灰?guī)r、含泥生屑灰?guī)r接觸，發(fā)育開闊臺(tái)地、臺(tái)地邊緣及斜坡相沉積，典型井為A、B、C和D井。通過重點(diǎn)解剖研究區(qū)鉆井，明確各井目的層沉積特征、巖性組合及有效儲(chǔ)層特征，確定層序地層格架下沉積旋回和沉積相，為下步研究奠定基礎(chǔ)。B井：茅三段厚為162.2 m，劃分兩個(gè)四級旋回，對應(yīng)2個(gè)亞段,茅三1亞段為第①個(gè)四級旋回(88 m)：高位域的巖性主要為泥晶生屑灰?guī)r、亮—泥晶生屑灰?guī)r中緩坡沉積；海侵域以泥灰?guī)r為主，外緩坡沉積。茅三2亞段：第②個(gè)四級旋回(厚度為74.2 m)：高位域主要為泥-亮晶生屑灰?guī)r、亮晶生屑砂屑灰?guī)r，反映高能臺(tái)地邊緣沉積；海侵域?yàn)槟嗑蓟規(guī)r沉積。C井：茅三段為斜坡相沉積，巖性為泥灰?guī)r、碳質(zhì)泥巖夾含生屑灰?guī)r。D井：茅三段為緩坡到開闊臺(tái)地沉積，下部主要為泥灰?guī)r、含泥含生屑灰?guī)r沉積，向上水變淺，主要為厚層生屑灰?guī)r、含生屑灰?guī)r。A井：茅三段為緩坡到開闊臺(tái)地沉積，下部主要為泥灰?guī)r、含泥含生屑灰?guī)r沉積，向上水深變淺，主要為厚層生屑灰?guī)r、含生屑灰?guī)r。

2.2 單井地震相

針對YB地區(qū)研究目的層，通過單井分析確定的沉積相帶，分沉積相帶對單井地震構(gòu)形進(jìn)行分析，確定不同巖性組合對應(yīng)的地震相特征。

B井位于臺(tái)地邊緣，在茅三段發(fā)育臺(tái)緣淺灘相沉積，巖性主要為泥—亮晶生屑灰?guī)r、亮晶生屑砂屑灰?guī)r，茅三段大套灰?guī)r沉積在地震上呈現(xiàn)為弱振幅反射(圖2)。

圖2 YB地區(qū)各井地震反射特征Fig.2 Seismic reflection characteristics of each well in Yb area(a)臺(tái)地邊緣:B井;(b)斜坡相:C井;(c)開闊臺(tái)地:D井;(d)開闊臺(tái)地:A井

C井位于碳酸鹽巖臺(tái)地外斜坡—陸棚相。在茅三段，發(fā)育斜坡相沉積，地層厚度相對臺(tái)地邊緣變薄，巖性主要為泥灰?guī)r、碳質(zhì)泥巖夾含生屑灰?guī)r，茅三段為頂谷底峰平行—楔狀反射，內(nèi)部斜坡泥巖與灰?guī)r互層呈空白反射。

D井茅三段位于開闊臺(tái)地沉積，下部主要為泥灰?guī)r、含泥含生屑灰?guī)r沉積，向上水體變淺，主要為厚層生屑灰?guī)r、含生屑灰?guī)r，在地震上呈強(qiáng)峰強(qiáng)谷平行反射，層內(nèi)大套灰?guī)r呈弱振幅反射。

A井茅三段發(fā)育開闊臺(tái)地沉積，下部主要為泥灰?guī)r、含泥含生屑灰?guī)r沉積，向上水體變淺，主要為厚層生屑灰?guī)r、含生屑灰?guī)r，在地震上呈強(qiáng)峰強(qiáng)谷平行反射，層內(nèi)大套灰?guī)r呈弱振幅反射。

過D井—A井—B井—C井連井地震剖面上，可以看出，在目的層茅三段上亞段，B井區(qū)附近，巖相為外淺灘亮晶生屑灰?guī)r，為丘狀反射，內(nèi)部波峰。B井和A井之間的內(nèi)淺灘生屑灰?guī)r為微幅丘狀，平行雙峰反射。A井和D井所在的臺(tái)內(nèi)灰?guī)r沉積區(qū)，地震反射特征為強(qiáng)峰強(qiáng)谷平行反射(圖3)。

圖3 過D井-A井-B井-C井連井地震剖面Fig.3 Cross well D-A-B-C seismic profile

2.3 高精度地震等時(shí)格架的建立

YB地區(qū)目前鉆穿茅口組的井有4口，選取不同相帶的三口井，結(jié)合鉆井資料，建立過A、B、C三口井的地震層序地層格架剖面圖(圖4)。棲霞組至茅口組發(fā)育3個(gè)Ⅲ級層序。其中層序(SQ2)由茅口組一段及二段組成，層序(SQ3)由茅三段組成。

圖4 YB地區(qū)高精度地震地層等時(shí)格架剖面Fig.4 Isochronous framework profile of high precision seismic strata in Yb area

茅口組Ⅲ級層序格架SQ2：本層序格架由茅口組一段及二段組成。底部層序界面為茅口組與棲霞組分界面，為巖性巖相轉(zhuǎn)換II級層序界面(SB2)，在地震剖面上表現(xiàn)為強(qiáng)波峰特征。其海侵體系域由茅一段下部組成。整個(gè)川東北地區(qū)位于開闊臺(tái)地內(nèi)，水體相對較深，泥質(zhì)含量較重，巖性以薄層灰色深灰色泥晶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、含泥灰?guī)r為主，局部夾碳質(zhì)泥巖條帶。其高位體系域由茅一段上部及茅二段組成，川東北地區(qū)整體為開闊臺(tái)地沉積，高位體系域早期，水體深度變化不大，局部地貌高地區(qū)沉積有生屑灘，在茅二段相對海平面降低，在A井區(qū)發(fā)育開闊太低生屑灘沉積，巖性主要為灰色生屑灘沉積，巖性主要為灰色生屑灰?guī)r沉積。

茅口組Ⅲ級層序格架SQ3：本層序格架由茅口組三段組成。底部層序界面為茅口組三段與茅二段分界面，為巖性巖相轉(zhuǎn)換界面和短暫的局部暴露不整合面，為Ⅱ類層序界面(SB2)。在地震剖面上表現(xiàn)為強(qiáng)-弱波峰特征。其海侵體系域由茅三段下部組成，YB地區(qū)巖性主要為灰色、深灰色泥晶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r夾鋁土質(zhì)泥巖、泥巖沉積。在C井區(qū)向北為灰質(zhì)泥巖、碳質(zhì)泥巖沉積。本層序?yàn)┫鄡?chǔ)層不發(fā)育。其高位域體系由茅三段上部組成，A井區(qū)至C井區(qū)間為臺(tái)地邊緣高能灘沉積，地層厚度明顯增厚，巖性主要為灰色、深灰色生屑灰?guī)r、含生屑灰?guī)r夾薄層白云巖沉積；C井區(qū)受峨眉地裂運(yùn)動(dòng)影響，在拉張裂陷環(huán)境下下沉，沿北西—南東方向地層厚度減薄，發(fā)育斜坡相沉積，巖性主要為碳質(zhì)泥巖、灰質(zhì)泥巖夾薄層泥質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r沉積。茅三段末期整體抬升剝蝕，表現(xiàn)為升隆侵蝕不整合界面特征，沉積巖性主要為鋁土質(zhì)泥巖夾煤線。地震剖面上不整合面由南部A井區(qū)的強(qiáng)波峰向C井區(qū)以北變?yōu)閺?qiáng)波峰之上的零相位。

3 地震相刻畫

3.1 波形聚類

沉積地層的任何地質(zhì)參數(shù)的變化，總是反映在地震道波形形狀的變化上。波形分類處理基于地震道的形狀變化情況，主要通過地震數(shù)據(jù)樣點(diǎn)值的變化轉(zhuǎn)換成地震道形狀的變化來實(shí)現(xiàn)，振幅值的大小對地震道整體形狀變化來說意義并不是很重要，首先劃分出幾種典型的波形特征的模型道，再將每一實(shí)際地震道賦予一個(gè)與其最接近的模型道。模型道的計(jì)算是通過模糊聚類、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等聚類分析方法來完成的，根據(jù)每道的數(shù)值對地震道形狀進(jìn)行分類，也就是劃分地震相[7-9]。

模糊均值算法是目前應(yīng)用最廣泛的聚類算法之一，它最早是由Bezdek[10]教授提出的。模糊聚類分析的基本思想，是用相似性尺度來衡量事物之間的親疏程度并以此來實(shí)現(xiàn)分類，其實(shí)質(zhì)就是根據(jù)研究對象本身的屬性來構(gòu)造模糊矩陣，在此基礎(chǔ)上根據(jù)一定的隸屬度來確定分類關(guān)系。模糊聚類屬于模式識別中的無監(jiān)督學(xué)習(xí)，它不需要訓(xùn)練樣本，可以直接通過機(jī)器學(xué)習(xí)達(dá)到自動(dòng)分類的目的[11-12]。

等時(shí)格架剖面表明，YB地區(qū)茅三段地層沉積分異明顯，地震等時(shí)格架單元內(nèi)地震相變化豐富，以茅三段地層地震等時(shí)格架頂?shù)诪闀r(shí)窗，通過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)相干性較差的波形可以分為7類，在平面上的展布具有明顯的規(guī)律。波形分類平面上主要分為四類波形(圖5)，從西南-北東分別用藍(lán)色、黃色、紅色、紫色，另外幾種顏色零星分布在四大類的周圍，結(jié)合鉆井和沉積環(huán)境開展地震相解釋。紫色代表陸棚-斜坡相，主要以泥巖及硅質(zhì)巖為主，以C井為代表；紅色和黃色為臺(tái)地邊緣淺灘沉積，以B井為代表；藍(lán)色為開闊臺(tái)地相，以灰?guī)r和含泥灰?guī)r沉積為主，以A井和D井為代表。

圖5 YB地區(qū)茅三段波形分類圖Fig.5 Waveform classification of maosan section in YB area

3.2 基于全局等時(shí)地層格架的地震相演化

基于波形分類的地震相分析原理是，利用地震道波形特征對某一層段內(nèi)地震數(shù)據(jù)道進(jìn)行逐道對比，將代表同一類沉積相的地震反射波分為一類，從而得到地震異常體平面分布規(guī)律并以此來揭示同一沉積相帶[13-15]。波形分類屬性結(jié)合古地貌圖可以精細(xì)刻畫臺(tái)緣相帶，但地震內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)不清，地震相刻畫精度不高。為了進(jìn)一步提高地震相分析的精度，開展了基于全局等時(shí)地層格架的地震相精細(xì)刻畫技術(shù)研究?；谌秩S地層模型的屬性地層切片，較之傳統(tǒng)方式更具有等時(shí)性，建立全局等時(shí)地層模型，并從三維地層模型中提取屬性切片，不僅可以提高切片的等時(shí)性及準(zhǔn)確性，而且以此為基礎(chǔ)可以開展地震微相的精細(xì)刻畫。

圖6 全局優(yōu)化地層模型技術(shù)Fig.6 Global optimization of formation model technology

圖6是全局優(yōu)化地層模型建立技術(shù)流程，其主要分以下幾步：①在地震波形數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立三維網(wǎng)格模型，在極性處(波峰、波谷及零相位)設(shè)置固定步長形成節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格；②定義步長，將步長內(nèi)的局部道數(shù)據(jù)所形成的Patch(面元)被當(dāng)作最基礎(chǔ)的對象單元，計(jì)算兩個(gè)單元間的多種屬性后得出的一個(gè)綜合的相關(guān)度指標(biāo)；③從全局的角度進(jìn)行價(jià)值函數(shù)計(jì)算，通過對比后，將價(jià)值函數(shù)最小的那個(gè)整體節(jié)點(diǎn)連接結(jié)果輸出，獲得全局等時(shí)的三維地層模型數(shù)據(jù)體。在全局等時(shí)三維地層模型數(shù)據(jù)體中抽取層位，進(jìn)行屬性提取，獲得等時(shí)的地層屬性切片，提高沉積微相刻畫精度。

圖7是元壩茅口組全局等時(shí)地層格架，其將剖面內(nèi)所有同相軸，以最小成本函數(shù)為約束進(jìn)行了追蹤，自動(dòng)追蹤層位與剖面匹配關(guān)系良好，由于其是基于三維數(shù)據(jù)體的解釋，解釋結(jié)果更具等時(shí)性、更準(zhǔn)確。同時(shí)，全局自動(dòng)追蹤得層位，為等時(shí)切片屬性分析奠定基礎(chǔ)。

圖7 YB地區(qū)茅口組全局地震等時(shí)格架Fig.7 Global seismic isochronous framework of Maokou formation in Yb area(a)研究區(qū)原始地震剖面;(b)研究區(qū)模型網(wǎng)格;(c)研究區(qū)等時(shí)地層格架模型

等時(shí)地層切片技術(shù)是通過追蹤兩個(gè)等時(shí)沉積界面間等比例內(nèi)插出的一系列層面進(jìn)行切片分析，來研究沉積體系和沉積相平面展布的技術(shù)。等時(shí)地層切片考慮了沉積速率和沉積體平面位置的變化，比時(shí)間切片和沿層切片更加合理，在地層厚度變化比較大的情況下，等時(shí)地層切片與沿層切片相比優(yōu)勢明顯，更具有相對等時(shí)意義[16-24]。

圖8 YB地區(qū)茅三段振幅切片圖Fig.8 Amplitude slice of mao3 in Yb area

圖9 YB地區(qū)茅三段振幅切片圖Fig.9 Amplitude slice of mao3 in Yb area(a)茅三段底界向上10 ms；(b)茅三段底界向上20 ms；(c)茅三段底界向上30 ms；(d)茅三段底界向上40 ms

以茅口組三段為一個(gè)地震等時(shí)格架單元，在該單元內(nèi)插入若干個(gè)等分格架面，與振幅、相位、頻率等數(shù)據(jù)體相切，可以得出一系列反應(yīng)各自年代地層的屬性切片，以圖8四個(gè)關(guān)鍵地震等時(shí)格架的振幅切片加以說明，圖8(a)為茅三段早期振幅切片，西南角黃色為基調(diào)代表區(qū)域?yàn)閮?nèi)緩坡沉積，藍(lán)色為基調(diào)的中部地區(qū)為中緩坡沉積，東北角橘黃色區(qū)域代表外緩坡沉積，圖8(b)、圖8(c)除了明顯的相帶差異外，也刻畫了內(nèi)緩坡及中緩坡沉積物橫向的細(xì)微變化，東北角外緩坡沉積物較為均一，圖8(b)可以看出在茅一二段沉積高部位發(fā)育淺灘，隨后淺灘逐漸向北東方向遷移。圖8(d)為茅三段沉積晚期，沉積差異最大化，發(fā)育了西南角橘紅色為主基調(diào)的開闊臺(tái)地，中部以黃色為主基調(diào)區(qū)域的臺(tái)地邊緣，東北角天藍(lán)色、黃色為斜坡-陸棚相，開闊臺(tái)地及斜坡-陸棚相沉積物橫向差異小，顏色較為較為單一。臺(tái)地邊緣區(qū)域振幅變化豐富，整體可以劃分為兩個(gè)帶，白色虛線外側(cè)黃色區(qū)域?yàn)榕_(tái)地邊緣丘灘沉積，B井實(shí)鉆已證實(shí)。白色虛線內(nèi)側(cè)，非均質(zhì)變化非常強(qiáng)烈，推測為臺(tái)地邊緣淺灘沉積疊合巖溶發(fā)育帶，均為油氣勘探的有利區(qū)帶。

4 應(yīng)用效果對比

在本次研究中，我們將常規(guī)方法制作的地震相演化切片(圖9)，與基于全局等時(shí)地層格架的地震相演化切片圖相比較，從圖9(a)上可以看出，西南角紅色、青綠色為基調(diào)區(qū)域代表了內(nèi)緩坡沉積，中部藍(lán)色區(qū)域代表了中緩坡沉積，整體來看早期有相帶差異，但邊界不明顯，圖9(b)～圖9(d)為茅三段中-晚期振幅切片，表明整體臺(tái)地進(jìn)一步分異，西南角紅色區(qū)邊界明顯，中間青綠色區(qū)域零星分布，反映了灘體從西南往東北方向遷移的過程，但與圖8(b)～圖8(d)相比較，灘體的分布邊界模糊不清。

5 小結(jié)

傳統(tǒng)的屬性切片一般通過層位計(jì)算后提取對應(yīng)信息獲得，不能做到足夠精細(xì)，而基于全局三維地層模型的屬性地層切片較之傳統(tǒng)方式更具有等時(shí)性。采用全局優(yōu)化地層模型建立技術(shù)，建立全局等時(shí)地層模型，并從三維地層模型中提取屬性切片，提高切片的等時(shí)性及準(zhǔn)確性，分析高能灘沉積演化過程，確定最有利沉積相帶分布區(qū)，該方法的研究成果，有效支撐了圈閉刻畫及井位論證工作。