疊前頻散屬性在瓊東南盆地油氣檢測中的應(yīng)用

孫萬元, 胡 林, 陳殿元, 劉仕友, 汪 銳, 廖 鍵

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司，湛江 524000)

0 引言

瓊東南盆地是南海北部大陸邊緣盆地，盆地內(nèi)L探區(qū)位于瓊東南盆地西緣(圖1)，西臨樂東凹陷，北接陵水凹陷，南靠陵南低凸起，具有豐富的烴源以及運(yùn)移通道，具有較好的成藏條件。該區(qū)地處中央峽谷區(qū)水道，廣泛發(fā)育水道砂，砂體厚度大，部分砂體達(dá)百米以上，儲層物性好，孔隙度在17%～20%之間，砂巖相對泥巖呈低密、低阻抗特征，并且氣水差異明顯，應(yīng)用亮點(diǎn)技術(shù)等該區(qū)的勘探也獲得較大成功[1-7]。但是隨著勘探的進(jìn)一步深入，一些具有構(gòu)造特征的巖性圈閉與已鉆井亮點(diǎn)特征差異巨大，考慮地震振幅橫向變化的影響[8-9]，亮點(diǎn)技術(shù)及一系列基于振幅特征的儲層預(yù)測和烴類檢測手段在該區(qū)應(yīng)用效果并不明顯，具有很大的局限性，尋找一種更為可靠的、不依賴于振幅屬性的烴類檢測手段就顯得尤為重要。

圖1 研究區(qū)概況

雙相介質(zhì)理論，是在傳統(tǒng)地球物理大尺度層狀介質(zhì)的基礎(chǔ)上微觀定義儲層的理論方法。雙相介質(zhì)理論認(rèn)為，地下介質(zhì)不再是等效的各向同性或各向異性單一固體，而是巖石骨架和骨架間流體的組合(圖2)。雙相介質(zhì)理論中這種孔隙流體(液體、氣體或兩者都有)和巖石骨架正好契合了油氣藏的構(gòu)造特征。

圖2 雙相介質(zhì)骨架模型

基于雙相介質(zhì)理論，含油氣層段地震波具有強(qiáng)吸收衰減特征[10-12]，Castana[13]提出利用瞬時譜檢測衰減，進(jìn)而進(jìn)行烴類檢測。油氣藏在地震波頻譜上主要有如下表現(xiàn)：①厚層油氣藏具有強(qiáng)吸收衰減異常;②薄層油氣藏下部會出現(xiàn)低頻陰影;③ 油氣藏與巖石骨架具有不同的調(diào)諧頻率;④不同頻率下儲層AVO特征具有一定差異。這四種異常特征同時也可以作為油氣檢測的參考依據(jù)。當(dāng)前AVO技術(shù)已經(jīng)較為成熟，孔隙填充介質(zhì)的噴射流動是地震波衰減和頻散的主要原因，AVO分析忽略了頻散導(dǎo)致反射系數(shù)依賴于頻率的變化而變化的特征，Chapman等[14-15]基于噴射流動機(jī)制，建立不同尺度動態(tài)彈性介質(zhì)模型，提出頻散介質(zhì)理論。國內(nèi)，王炳章等[16]研究認(rèn)為當(dāng)聲波或彈性波在流體飽和多孔介質(zhì)中傳播時，孔隙流體產(chǎn)生相對運(yùn)動,致使多孔隙巖石的宏觀物理性質(zhì)發(fā)生變化，從而引起彈性波傳播速度的改變、能量的耗散和振幅的衰減；張世鑫等[17]研究了縱波速度頻散屬性反演方法，通過表征縱波速度頻散屬性的反射系數(shù)近似公式，利用小波變換和貝葉斯三參數(shù)反演地震波頻散屬性參數(shù)，通過試驗(yàn)證明了縱波頻散對儲層具有一定的指示作用；李紅星等[18]分析了孔隙度、黏滯系數(shù)、滲透率和噴射流長度等參數(shù)對地震波相速度和衰減的影響和波場特征隨頻率變化的特性。

關(guān)于頻散屬性的應(yīng)用難點(diǎn)主要集中在頻散屬性的提取上，頻散屬性的特征相比其他屬性，具有獨(dú)特的優(yōu)勢。筆者從巖石物理頻散屬性出發(fā)，研究地震波隨頻散特征的影響，應(yīng)用精細(xì)時頻分析方法，構(gòu)建疊前頻散屬性提取公式，解決基于振幅類屬性提取難題，通過對瓊東南盆地L探區(qū)進(jìn)行烴檢，證實(shí)了該方法的有效性，并進(jìn)行下一步勘探方向預(yù)測。

1 方法技術(shù)

1.1 高溫高壓巖石物理頻散特征

地震勘探頻帶內(nèi)，含油儲層比含水儲層有更大的衰減和頻散，說明利用衰減、頻散可以直接識別含油和含水的儲層。研究均為基于Biot或BISQ理論模型的探討及理論公式的推導(dǎo)，是基于常溫常壓狀態(tài)下理論巖石物理的表征。但由于研究區(qū)地處深水高溫高壓區(qū)，水深大于500 m，壓力系數(shù)大于1.5，溫度大于100℃，實(shí)際巖石物理是否具有頻散現(xiàn)象，高溫高壓巖石物理實(shí)驗(yàn)將超聲波頻段拓展到地震頻段，獲得高溫高壓巖石物理實(shí)驗(yàn)頻散性質(zhì)。圖3為縱波速度隨頻率變化趨勢，巖石物理實(shí)驗(yàn)溫度為100℃，圍壓為20 MPa，孔壓為0 MPa下巖石物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果(巖樣巖性為細(xì)砂巖，樣品規(guī)格為2.5 cm *5 cm，樣品孔隙度為28.61%，空氣滲透率為33.394*10-3μm2，速度采用記錄激發(fā)與拾取時間初至計算)。不飽和含氣砂巖速度在高頻段基本不變，在地震頻段迅速降低，在低頻段速度基本維持穩(wěn)定，從3 500 m/s降低到3 300 m/s以下，速度變化達(dá)到200 m/s，而泥巖速度隨頻率變化基本不變。因此通過巖石物理實(shí)驗(yàn)表明，不飽和含氣狀態(tài)下(實(shí)際氣藏含氣飽和度不可能達(dá)到100%)，縱波速度隨頻率頻散明顯，高溫高壓條件下依然可以應(yīng)用該頻散特征進(jìn)行含油氣檢測。

圖3 地震頻段高溫高壓巖石物理實(shí)驗(yàn)

1.2 頻散理論提取

1.2.1 高分辨率時頻分析

頻散屬性提取的時頻分析方法，包括短時傅立葉變換、小波變換、S變換、廣義S變換、匹配追蹤等，其中匹配追蹤算法是目前相對更為精準(zhǔn)的時頻分析方法[19-24]，在綜合分析時頻技術(shù)優(yōu)劣對比后，筆者采用Wigner分布的匹配追蹤算法。

通過研究匹配追蹤分解的特性，對每個時頻原子的Wigner分布求和，可以得到一個新型時頻能量分布。因?yàn)闀r頻原子字典是完整的，匹配追蹤把每個滿足s(t)∈L2(R)的公式分解為式(1)。

(1)

其中：H(t)是信號s(t)的希爾伯特變換；上角標(biāo)*代表共軛關(guān)系，此分布也滿足能量密度特性。

圖4為Wigner分布能量密度與傳統(tǒng)短時傅立葉變換、小波變換能量譜對比，從圖4中可以看出，Wigner能量團(tuán)比較集中，縱橫向分辨率較高，基本不受時窗選取的影響；短時傅立葉變化時頻分布受時窗影響較大，能量團(tuán)在時間軸展布較寬，分辨率低；雖然小波變換受時窗影響較小，但其頻率軸展布較寬。綜合分析對比認(rèn)為，Wigner分布在時間頻率與均表現(xiàn)為能量的集中，能量分析較為準(zhǔn)確，能量相對關(guān)系統(tǒng)一，可以更好地為頻散屬性提取提供有效支撐。

圖4 時頻譜特征對比分析

1.2.2 實(shí)際資料頻散特征提取

基于頻散理論分析，地震資料經(jīng)過處理后形成疊前道集，基于疊前偏移距道集或者角度道集可進(jìn)行頻散屬性提取。文中對頻散屬性是能量密度隨不同偏移距的時移與頻移的乘積，反映不同頻率地震能量的到達(dá)時間差異與不同頻率地震能量吸收衰減的差異。具體頻散屬性提取流程如下：

1)根據(jù)疊后合成記錄標(biāo)定，確定疊前道集層位。對目的層段疊前數(shù)據(jù)體，按照地震道偏移距應(yīng)用Wigner分布進(jìn)行時頻分析，形成每道集的時頻譜及能量密度分布Ef(t,f)。

2)計算每一道集能量密度時移特征：td=t|max(Ef(t,f))。

3)計算每一道集能量密度頻移特征：fd=f|max(Ef(t,f))。

需要說明的是，頻散屬性是時移td和頻移fd的綜合表征，消除了地震振幅A的影響，對地層含油氣性檢測更為敏感。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 道集頻散特征

基于Wigner分布的時頻算法可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的時頻分析，為頻散屬性的提取提供了有效手段，同時，該頻散屬性算法為基于疊前道集的頻散屬性算法提供了新的研究思路，利用該技術(shù)對瓊東南盆地實(shí)際資料進(jìn)行頻散試算(圖5)。

由圖5可知，泥巖間地震反射非均質(zhì)性差，不同角度地震波形頻率、相位基本一致，地震波波形寬度較為一致，厚層水層有較為明顯的地震軸低頻移動特征，薄層水層地震軸校平，地震波形寬度基本不變(圖5(a))。而干層地震反射同相軸基本水平，地震軸不變，氣層水層地震軸出現(xiàn)明顯下拉，地震波形寬度明顯增大，地震波的頻率顯著降低，地震波的相位也發(fā)生變化，是含油氣顯著響應(yīng)(圖5(b))，疊后道集明顯降低了地震波的頻散效應(yīng)，導(dǎo)致含油氣預(yù)測精度不高，頻散屬性明顯利用了這些異常，對于含油氣預(yù)測精度顯著提高。道集頻譜特征見圖6，從圖6中可以看出，水層遠(yuǎn)近道頻譜特征差異較小(圖6(a))，氣層遠(yuǎn)近道頻譜差異較大(圖6(b))，具有明顯的頻移特征。

圖5 道集頻散特征

圖6 遠(yuǎn)近道頻譜特征

2.2 頻散屬性應(yīng)用

為了進(jìn)一步驗(yàn)證本文技術(shù)方法的有效性與可靠性，以瓊東南盆地深水井為例探討該技術(shù)方法的優(yōu)勢。已鉆L1井在目的層黃流組鉆遇氣層(圖7)，沿層提取最小振幅屬性(圖7中虛線)，從平面屬性中可以看出(圖8)，L1井振幅屬性與構(gòu)造疊合性好(圖8(b))，含氣邊界清晰；單單依據(jù)振幅屬性判斷，相對L1井來說，L5井區(qū)振幅明顯減弱，并且含氣范圍存在很大不確定性，分析認(rèn)為L5井區(qū)含氣概率較低，存在較大勘探風(fēng)險。而利用常規(guī)吸收衰減屬性發(fā)現(xiàn)(圖8(c))，L5井區(qū)吸收衰減明顯存在一個較大范圍的異常，異常邊界清晰，吸收衰減異常是含氣的表征，但吸收衰減異常較弱，仍無法堅定勘探信心。由于本文頻散屬性忽略振幅影響，從提取的地震波頻散屬性可以看出(圖8(a))，L1井區(qū)與L5井區(qū)均表現(xiàn)為頻散異常特征(圖8中橙黃色與橙紅色區(qū)域)，并且L5井區(qū)頻散特征異常與L1井區(qū)相當(dāng)，異常邊界比較清晰，與吸收衰減異常邊界一致性較高。另外通過三維構(gòu)造與頻散屬性疊合分析發(fā)現(xiàn)(圖9)，L1井區(qū)與L5井區(qū)分布在兩個局部高點(diǎn)與屬性疊合性好，推測目標(biāo)區(qū)含氣概率較高，而實(shí)鉆井證實(shí)該區(qū)含氣性、含氣范圍與鉆前預(yù)測一致。另通過屬性疊合發(fā)現(xiàn)頻散屬性C區(qū)(圖9)與構(gòu)造疊合性也較好，具有較大勘探潛力，建議部署井位下步勘探。

圖7 連井地震剖面

圖8 平面屬性

圖9 頻散屬性異常與構(gòu)造疊合

3 結(jié)論與建議

疊前頻散屬性充分發(fā)揮地震資料頻率域差異與地震波速度的頻散特征，充分發(fā)掘疊前地震頻率域信息，將振幅信息的利用降到最低，應(yīng)用本技術(shù)在深水區(qū)勘探中，有效解決L5區(qū)地震振幅屬性異常不明顯特征，為勘探?jīng)Q策提供有力技術(shù)支撐，后續(xù)探井實(shí)鉆氣層證實(shí)該技術(shù)方法的有效性。筆者提出的頻散屬性算法，解決了降低由于深淺水差異、淺層屏蔽等地質(zhì)因素給處理等造成的振幅假象帶來的勘探誤區(qū)，具有較大的推廣應(yīng)用前景。