張 星，彭 佳

(1.中國(guó)石化江蘇油田分公司勘探開發(fā)研究院，江蘇揚(yáng)州 225000；2.中國(guó)石化江蘇油田分公司采油一廠，江蘇揚(yáng)州 225000)

不整合形成的過程主要包含風(fēng)化、侵蝕、壓實(shí)成巖三個(gè)階段，風(fēng)化、侵蝕等地質(zhì)作用會(huì)形成地質(zhì)沉積間斷，在地震資料上表現(xiàn)強(qiáng)反射界面[1-4]，屏蔽強(qiáng)反射層附近有效砂體反射，利用原始地震資料對(duì)砂巖進(jìn)行預(yù)測(cè)效果較差[5-6]，甚至出現(xiàn)與實(shí)際鉆井結(jié)果相矛盾的預(yù)測(cè)結(jié)果。SH地區(qū)戴一段三亞段(E2d13)泥巖中發(fā)育高速砂巖層，該套砂巖層受不整合影響，儲(chǔ)層孔滲性較好，為中孔、中-高滲儲(chǔ)層；在接近砂巖儲(chǔ)層的地方泥巖脫水快、壓實(shí)作用強(qiáng)，形成一套穩(wěn)定的泥巖高速層。由于地震資料頻寬為8～38 Hz，分辨率不高，且E2d13亞段單層砂巖厚度小于10 m，屬于調(diào)諧厚度內(nèi)的地層[7-10]，泥巖高速層在E2d13亞段中部地震剖面上形成強(qiáng)反射層，對(duì)下部砂巖儲(chǔ)層有屏蔽作用，難以真實(shí)反映砂巖儲(chǔ)層的分布[11-13]，利用振幅屬性和波阻抗反演對(duì)砂泥巖的區(qū)分效果很差。

關(guān)于如何去除強(qiáng)反射層屏蔽效應(yīng)，對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行識(shí)別的問題，很多學(xué)者開展了相關(guān)研究。江馀[14]利用變分模態(tài)分解的方法消除強(qiáng)反射影響，強(qiáng)屏蔽層下灘壩砂弱反射得到增強(qiáng)；謝春臨[15]采用波形分解技術(shù)將地震數(shù)據(jù)分解成不同分量的數(shù)據(jù)集合，并根據(jù)不同分量的能量大小進(jìn)行分類，去除能量最大的第一分量，可以突出強(qiáng)反射背景下的砂巖弱反射特征；李素華[16]采用譜分解技術(shù)將時(shí)間域的地震信號(hào)變換到頻率域，利用分頻數(shù)據(jù)體對(duì)不整合面儲(chǔ)層預(yù)測(cè)；許璐[17]、劉杰[18]、吳笑荷[19]利用局部頻率約束算子的匹配追蹤算法將強(qiáng)反射層合理分離，凸顯不整合面強(qiáng)反射層附近有效儲(chǔ)層信息；朱博華等[20]通過確定頻率擾動(dòng)范圍，并將匹配子波從原始記錄減去的方式，增強(qiáng)儲(chǔ)層弱反射信號(hào)，反映河道邊界和砂體展布特征；Wang[21]、李傳輝[22]利用多道匹配追蹤新算法，消除了煤層強(qiáng)反射的影響，展示目標(biāo)層反射特征。

針對(duì)SH地區(qū)E2d1段斷層多、地形變化較大等地質(zhì)情況，提出在基于層約束條件下的動(dòng)態(tài)快速匹配追蹤算法，對(duì)不整合強(qiáng)反射能量進(jìn)行分離，最后結(jié)合實(shí)際鉆測(cè)資料，利用正演模擬[23，24]、振幅屬性等方法驗(yàn)證該方法的可行性，并根據(jù)強(qiáng)反射分離后的地震數(shù)據(jù)提取振幅屬性確定砂巖尖滅邊界。

1 方法技術(shù)原理

1.1 基于層位約束的動(dòng)態(tài)快速匹配追蹤算法

常規(guī)動(dòng)態(tài)匹配追蹤算法在頻率域內(nèi)按照動(dòng)態(tài)局部搜索，相對(duì)全體范圍內(nèi)搜索的方式，提升了計(jì)算速度，常規(guī)動(dòng)態(tài)匹配追蹤算法[15]可以表示為：

γn={μ0,ω∈U[ω(μ0),δω],φ∈U[φ(μ0),δφ]},

μ0={t0A(t0)=max[A(t)]}

(1)

式中：γn為常規(guī)動(dòng)態(tài)匹配算法；A(t)為信號(hào)的瞬時(shí)振幅，無量綱；φ(t)為信號(hào)的瞬時(shí)相位，無量綱；ω(t)為信號(hào)的瞬時(shí)頻率，Hz；μ0為瞬時(shí)振幅最大時(shí)A(t)對(duì)應(yīng)的時(shí)間中心；U[ω(μ0),δω]為頻率搜索領(lǐng)域；U[φ(μ0),δφ]為相位搜索領(lǐng)域；δω、δφ分別為參數(shù)搜索半徑，無量綱。

SH地區(qū)地震資料頻寬相對(duì)較窄(8～38 Hz)，加之區(qū)內(nèi)斷層較多、地層厚度變化較大，采用常規(guī)動(dòng)態(tài)匹配追蹤算法求得的瞬時(shí)頻率變化較大，在斷點(diǎn)附近會(huì)出現(xiàn)異常值，并且需要計(jì)算出地震數(shù)據(jù)每一道最佳匹配波形原子，從而加大計(jì)算量，致使效率較慢。

由于SH地區(qū)不整合強(qiáng)反射的特征基本保持一致，依托解釋的不整合層位數(shù)據(jù)，對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行拉平等處理，盡量消除不整合附近斷點(diǎn)以及地層厚度變化的影響，整個(gè)區(qū)內(nèi)經(jīng)過匹配追蹤算法一次迭代計(jì)算即可得到最佳匹配波形原子。在匹配追蹤過程中利用小波原子對(duì)實(shí)際地震數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，小波原子的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

ωγ(t)=

(2)

式中：ωγ(t)為小波原子；ωm為小波原子的頻率，Hz；u為小波原子中心的延遲時(shí)間，s；σ為小波原子的寬度,無量綱；?為小波原子的相位，無量綱；t為地震數(shù)據(jù)實(shí)際時(shí)間，s；i為地震道數(shù)，無量綱。

式(2)中的四個(gè)參數(shù)在使用常規(guī)動(dòng)態(tài)匹配算法時(shí)需要分別進(jìn)行掃描，且與地震道相關(guān)系數(shù)最大時(shí)才能得到最佳匹配波形原子，但該過程計(jì)算量太大，需對(duì)匹配追蹤算法進(jìn)行改進(jìn)達(dá)到降低計(jì)算量的目的。在最大瞬時(shí)振幅值時(shí)，確定小波原子中心的時(shí)間延遲、小波原子的相位?與小波原子的頻率ωm，在對(duì)小波原子的寬度σ掃描后就可以得到與不整合層匹配的波形原子，減少計(jì)算時(shí)間。

利用上述改進(jìn)的匹配追蹤算法對(duì)SH地區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)SH地區(qū)地質(zhì)情況，確定σ的掃描范圍為0.01～2.00、步長(zhǎng)為0.02，在確定u、ωm、?三個(gè)參數(shù)后，獲得不同σ值對(duì)應(yīng)的波形原子庫(kù)，尋找小波原子與對(duì)應(yīng)地震道相關(guān)系數(shù)最大的作為局部最優(yōu)的尺度值，最后根據(jù)復(fù)數(shù)道分析計(jì)算瞬時(shí)相位、瞬時(shí)頻率，結(jié)合搜索的局部最優(yōu)的尺度參數(shù)值，以及對(duì)應(yīng)的子波時(shí)移參數(shù)獲得最佳匹配小波原子。

1.2 強(qiáng)反射分離流程

強(qiáng)反射分離主要工作在于如何匹配出與強(qiáng)反射能量相當(dāng)?shù)姆瓷湫畔?，并將高于正常地層的反射能量去除，只保留不整合面附近正常情況下沉積地層的地震反射信息。針對(duì)SH地區(qū)不整合的強(qiáng)反射分離，采用常規(guī)匹配追蹤強(qiáng)反射分離算法主要有兩點(diǎn)不足：①單道匹配識(shí)別與分離；②未考慮原始地震信號(hào)中蘊(yùn)含的先驗(yàn)頻率、先驗(yàn)相位與先驗(yàn)時(shí)間的約束信息，常規(guī)的強(qiáng)反射識(shí)別方法識(shí)別的強(qiáng)反射信息在橫向上不連續(xù)性較強(qiáng)，需要進(jìn)一步改善。

鑒于常規(guī)匹配追蹤強(qiáng)反射分離算法的不足之處，結(jié)合SH地區(qū)不整合面在全區(qū)穩(wěn)定分布，采用層約束方式，在強(qiáng)反射識(shí)別與匹配追蹤算法中引入譜分解的思想，利用快速匹配追蹤算法匹配得到的最佳匹配波形原子，匹配目標(biāo)區(qū)最優(yōu)子波，根據(jù)質(zhì)控分析結(jié)果優(yōu)選去強(qiáng)參數(shù)，消除強(qiáng)反射系數(shù)與強(qiáng)反射地震信號(hào)，將不整合強(qiáng)反射地震記錄從原始地震記錄中剝離，消除不整合面附近砂體連續(xù)分布的假象等。關(guān)鍵步驟包括稀疏字典選取、不整合強(qiáng)反射層特征原子匹配的計(jì)算、不整合強(qiáng)反射地震記錄的分離三個(gè)部分，其中重點(diǎn)是第三步對(duì)去強(qiáng)參數(shù)λ的選擇。具體流程為：①標(biāo)定不整合地震反射層，重點(diǎn)是斷層附近斷點(diǎn)歸位，拉平不整合層位后，分析井旁道地震數(shù)據(jù)強(qiáng)反射時(shí)頻特征，提取強(qiáng)反射層段位置匹配子波的頻率、相位及振幅的模糊信息；②分析不整合面的時(shí)頻特征，提取地震子波，建立子波字典，依托地震數(shù)據(jù)S和層位，計(jì)算地震數(shù)據(jù)總道數(shù)N及采樣點(diǎn)n，求取其對(duì)應(yīng)復(fù)數(shù)道，計(jì)算振幅包絡(luò)位置的瞬時(shí)屬性；③檢索局部子波字典，計(jì)算子波相關(guān)系數(shù)，存儲(chǔ)匹配原子參數(shù)，計(jì)算最佳匹配的小波原子，獲取匹配強(qiáng)反射干擾S0；④利用公式Snew=S-λS0進(jìn)行強(qiáng)反射干擾匹配分離(λ為去強(qiáng)參數(shù))，地震數(shù)據(jù)沿層歸位；⑤根據(jù)實(shí)鉆井資料，建立地質(zhì)模型，分析資料處理結(jié)果是否合理，根據(jù)處理地震資料分析區(qū)內(nèi)砂巖變化規(guī)律是否符合沉積規(guī)律。

2 模型數(shù)據(jù)測(cè)試

2.1 模型試算

為了檢驗(yàn)上述算法在SH地區(qū)對(duì)不整合強(qiáng)反射分離的結(jié)果情況，統(tǒng)計(jì)區(qū)內(nèi)鉆遇不整合面的16口井不整合面附近的速度值，根據(jù)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)建立不整合背景模型并對(duì)其進(jìn)行處理，理論模型及處理結(jié)果如圖1(藍(lán)色線框)所示。其中e列紅線為強(qiáng)反射識(shí)別結(jié)果，黑線為對(duì)應(yīng)地質(zhì)強(qiáng)反射層地震正演記錄,合成地震記錄中弱小反射信息幾乎被完全壓制，匹配識(shí)別的結(jié)果與理論強(qiáng)反射干擾基本一致。f列為強(qiáng)反射分離后的地震道集，強(qiáng)反射分離后的地震道集中弱小反射信息被凸現(xiàn)出來，同相軸與弱小反射界面吻合度較高。

a.理論縱波阻抗模型；b.理論反射系數(shù)模型；c.正演25 Hz零相位Ricker子波；d.合成地震記錄；e.強(qiáng)反射匹配追蹤與識(shí)別結(jié)果,紅線為強(qiáng)反射識(shí)別結(jié)果，黑線為對(duì)應(yīng)地質(zhì)強(qiáng)反射層地震正演記錄；f.強(qiáng)反射分離后的地震道集

2.2 去強(qiáng)參數(shù)λ質(zhì)控分析

去強(qiáng)參數(shù)直接關(guān)系到去除強(qiáng)反射之后的地震層位對(duì)應(yīng)的波形，直接影響到是否能夠去除指定的強(qiáng)反射、突出有效目的層響應(yīng)。質(zhì)控分析有兩個(gè)階段，一是“參數(shù)分析”，即利用不同的去強(qiáng)參數(shù)λ計(jì)算幾組去強(qiáng)后的結(jié)果，分析其波形和時(shí)頻譜，確定去強(qiáng)參數(shù)λ的大致范圍；二是采用一個(gè)去強(qiáng)參數(shù)λ對(duì)指定線進(jìn)行剖面分析，分析整個(gè)剖面按指定參數(shù)去除強(qiáng)反射之后是否能夠突出有效反射的響應(yīng)。

建立模型對(duì)去強(qiáng)參數(shù)λ進(jìn)行質(zhì)控分析(圖2)，每?jī)闪袨橐唤M，包含五組信息，分別對(duì)應(yīng)a、b、c、d、e組，每一組包含一道地震信號(hào)和對(duì)應(yīng)的時(shí)頻譜，2 s左右包含了不整合引起的強(qiáng)反射。a組為去強(qiáng)參數(shù)λ為0時(shí)的原始地震道，b、c、d、e組分別為去強(qiáng)參數(shù)λ取0.4、0.6、0.8、1.0時(shí)分離后的地震道，根據(jù)質(zhì)控圖中去強(qiáng)后的地震數(shù)據(jù)、時(shí)頻譜中強(qiáng)反射層反射能量與附近層位的反射能量對(duì)比結(jié)果，b組不整合面能量太強(qiáng)，而e組不整合面能量分離過度，c、d組強(qiáng)反射層地震反射波形、頻譜能量和附近層位能量相接近，合理的去強(qiáng)參數(shù)λ范圍值為0.6～0.8。

圖2 去強(qiáng)參數(shù)λ為0～1.0時(shí)質(zhì)控分析

通過第一階段波形和時(shí)頻譜質(zhì)控分析，初步明確去強(qiáng)參數(shù)λ的范圍為0.6～0.8，第二階段分別取去強(qiáng)參數(shù)λ為0.6、0.7、0.8，對(duì)指定線進(jìn)行強(qiáng)反射分離，從剖面或橫向上了解去除強(qiáng)軸之后地震剖面的形態(tài)，利用相關(guān)系數(shù)考察選取的去強(qiáng)參數(shù)是否合理。對(duì)比SH地區(qū)地震資料進(jìn)行去強(qiáng)同相軸處理前后不整合面合成地震記錄的相關(guān)系數(shù)(圖3)，當(dāng)去強(qiáng)參數(shù)λ為0.7時(shí)，去強(qiáng)處理后的相關(guān)性(相關(guān)系數(shù)為0.70)較去強(qiáng)處理前的相關(guān)性(相關(guān)系數(shù)為0.63)有所提升，明確區(qū)內(nèi)去強(qiáng)參數(shù)λ為0.7較為合適。

圖3 不整合面去強(qiáng)前(a)后(b)合成地震記錄對(duì)比

3 實(shí)際應(yīng)用及效果分析

3.1 儲(chǔ)層描述

SH地區(qū)地層自下而上為古新統(tǒng)阜寧組(E1f)，始新統(tǒng)戴南組(E2d)、三垛組(E2s)和新近系鹽城組(Ny)等，而戴南組(E2d)自下而上又分為戴一段(E2d1)和戴二段(E2d2)，其中戴一段(E2d1)自下而上細(xì)分為E2d13、E2d12和E2d11三個(gè)亞段，戴南組與下伏阜寧組四段(阜四段，E1f4)呈不整合接觸。E2d13亞段是主要產(chǎn)油層段，為了準(zhǔn)確描述E2d13亞段砂巖在地震剖面和平面上展布特征，根據(jù)E2d13亞段實(shí)際地質(zhì)情況建立地質(zhì)正演模型，單層砂巖厚度小于15 m，砂體在正演模型水平位移100 m處尖滅(圖4a)。統(tǒng)計(jì)SH地區(qū)戴一段和阜四段速度值，戴一段砂巖速度為4 550 m/s，泥巖速度為3 150 m/s，戴一段底部高速泥巖層速度為3 850 m/s，阜四段泥巖速度為2 900 m/s。圖4b為理論模型的原始正演地震記錄的波形與變密度疊合顯示特征，由于強(qiáng)反射層影響，砂巖有效信息被強(qiáng)反射層屏蔽，地震反射波顯示砂體尖滅位置為正演模型水平位移300 m處(圖4b箭頭處)，與實(shí)際不符，并且強(qiáng)反射層能量比其他反射層能量高。圖4c為強(qiáng)反射分離后地震波形和變密度疊合顯示特征，地震波形與變密度疊合揭示砂巖由西往東逐漸尖滅時(shí)能量逐漸減少，尖滅點(diǎn)位于正演模型水平位移120 m附近(圖4c箭頭處)，接近真實(shí)砂巖尖滅點(diǎn)，強(qiáng)反射層能量在處理后與其他反射層能量相當(dāng)，達(dá)到強(qiáng)反射分離的要求。

3.2 實(shí)際應(yīng)用效果

SH地區(qū)井位部署主要集中于東西兩側(cè)，但是在E2d13亞段砂巖尖滅附近沒有井，由于不整合影響無法界定E2d13亞段砂體尖滅位置，例如gaoX22井E2d13亞段原始振幅屬性顯示為砂巖，實(shí)鉆結(jié)果為泥巖。根據(jù)聯(lián)井剖面顯示的E2d13亞段砂巖變化特征，利用強(qiáng)反射分離處理前后的地震數(shù)據(jù)體分別提取振幅屬性，從剖面和平面上對(duì)區(qū)內(nèi)E2d13亞段砂巖邊界進(jìn)行識(shí)別(圖5)，以gaoX22井、gaoX29A井等為檢驗(yàn)井，其中g(shù)aoX22井E2d13亞段為泥巖沉積，gaoX29A井E2d13亞段為薄砂巖，選取過gaoX22井、gaoX29A井的地震和振幅屬性疊合剖面進(jìn)行對(duì)比分析，從而確定砂巖尖滅線。

強(qiáng)反射分離前，過gaoX22井、gaoX29A井剖面的強(qiáng)反射層處(圖5a白色線)均顯示為強(qiáng)反射、高振幅值，整體呈砂巖連續(xù)分布特征，gaoX22井E2d13亞段為砂巖沉積(圖5a粉紅色圈)；在平面上，E2d13亞段振幅屬性揭示gaoX22井也為砂巖沉積(圖6a)。在gaoX22井等部署時(shí)，利用原始地震資料提取屬性分析E2d13亞段展布特征，認(rèn)為E2d13亞段砂巖來源于西部和西南部物源，但實(shí)鉆揭示結(jié)果與屬性分析結(jié)果矛盾，gaoX22井鉆遇泥巖。

利用層約束的動(dòng)態(tài)快速匹配追蹤方法進(jìn)行強(qiáng)反射分離，使原來因強(qiáng)反射層屏蔽不能顯示的E2d13亞段底界面地震反射層(不整合面)能夠顯示(圖5b粉紅色箭頭)，gaoX22井E2d13亞段顯示為泥巖沉積(圖5b粉紅色圈)，gaoX29A井顯示為砂巖沉積，砂巖尖滅點(diǎn)的位置特征明顯(圖5b白色箭頭)。在E2d13亞段平面振幅屬性圖上，gaoX22井位于泥巖沉積區(qū)，消除砂巖沉積假象(圖6a)，gaoX29井位于砂巖沉積區(qū)，砂巖尖滅邊界特征明顯(圖6b粉紅色線)，與實(shí)際鉆井情況吻合，證實(shí)了基于層位約束的動(dòng)態(tài)快速匹配追蹤算法可有效降低不整合強(qiáng)反射背景的影響。

圖5 不整合去強(qiáng)同相軸處理前(a)后(b)振幅屬性與地震剖面疊合對(duì)比

圖6 E2d13亞段去強(qiáng)同相軸處理前(a)后(b)振幅屬性對(duì)比

為滿足去強(qiáng)后能量和正常沉積地層的背景能量相同的要求，利用均方根振幅值與砂巖含量關(guān)系可以對(duì)去強(qiáng)后的地震資料進(jìn)行檢驗(yàn)，去強(qiáng)同相軸前不同厚度砂巖對(duì)應(yīng)的振幅值高于正常沉積情況下的砂巖振幅值，在進(jìn)行強(qiáng)反射分離處理后，不整合面附近砂巖振幅值與正常沉積情況下砂巖振幅值相當(dāng)(圖7)，依據(jù)砂巖和振幅之間的相關(guān)系數(shù)，將E2d13亞段去強(qiáng)前后振幅值轉(zhuǎn)化為E2d13亞段砂巖厚度，選取處于砂巖尖滅線附近的幾口關(guān)鍵井，利用去強(qiáng)處理前后預(yù)測(cè)砂巖厚度，對(duì)比實(shí)鉆砂巖厚度(表1)，可以看出去強(qiáng)后對(duì)砂巖預(yù)測(cè)厚度誤差降低，滿足強(qiáng)反射分離的要求。

圖7 E2d13亞段不整合面去強(qiáng)前后砂巖厚度與振幅值關(guān)系

表1 E2d13亞段不整合面去強(qiáng)前后預(yù)測(cè)砂巖厚度 m

重新對(duì)E2d13亞段砂巖物源分析，認(rèn)為SH地區(qū)砂體來自于東部隆起，而不是前期認(rèn)為的西南部，砂體自東向西逐漸尖滅，結(jié)合區(qū)內(nèi)油氣由東向西的實(shí)際運(yùn)移情況，認(rèn)為SH地區(qū)E2d13亞段在砂體尖滅處可形成上傾尖滅型油藏，隨后部署的gaoX29A井在E2d13亞段砂巖鉆遇油層。

4 結(jié)論

(1)不整合背景下對(duì)砂巖邊界識(shí)別，關(guān)鍵在于消除不整合所帶來的假象，層約束的動(dòng)態(tài)快速匹配追蹤算法對(duì)強(qiáng)反射信息識(shí)別和分離具有適用性強(qiáng)，能夠消除因斷層、地層變化造成的異常數(shù)據(jù)，可較精確落實(shí)砂體邊界等特點(diǎn)。

(2)通過分析波形和時(shí)頻譜以及去強(qiáng)同相軸后地震剖面反射形態(tài)選擇去強(qiáng)參數(shù)λ，并利用正演、振幅屬性等方式檢驗(yàn)去強(qiáng)參數(shù)λ是否合理。

(3)強(qiáng)反射分離后的數(shù)據(jù)體能消除不整合強(qiáng)反射層的屏蔽效應(yīng)，凸顯薄砂層地震反射層信息，依據(jù)振幅屬性可以預(yù)測(cè)儲(chǔ)層平面展布特征，確定砂巖邊界，經(jīng)驗(yàn)證與實(shí)鉆井吻合度較高。

(4)對(duì)區(qū)內(nèi)E2d13亞段物源重新認(rèn)識(shí)，目的層砂體來自東部隆起，砂體由東向西逐漸尖滅，結(jié)合油氣由東向西的實(shí)際運(yùn)移特征，認(rèn)為目的層具備形成巖性油氣藏的條件，指導(dǎo)井位部署，并取得了良好效果。