河道砂体地震响应特征及影响因素分析——以垦东1地区馆陶组上段河道砂为例

毕俊凤，顾汉明，刘书会，管晓燕

（1.中国地质大学（武汉）地球物理与空间信息学院，湖北武汉 430074；2.中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司地质科学研究院，山东东营 257015）

济阳坳陷新近系馆陶组—明化镇组沉积时期广泛发育的河道砂体蕴藏着巨大的勘探潜力。河道砂体描述及含油性预测一直是地质解释研究工作的重心。相比较而言，在现有的技术条件下，河道砂体的描述和追踪比较容易实现。但是，由于受地形坡度、构造运动及河水流量、负载方式等因素的影响，在同一条河流的不同河段或不同时期，河道形式有不同变化，其对应的岩性组合必然不同［1］。因此，不同的地震地质条件下，河道砂体的地震响应不尽相同，实际砂体反射是岩性组合配置、砂泥厚度、速度等因素的叠加效应。

1 问题的提出

地层切片、频谱分解及三维可视化技术是目前浅层河道砂体描述中常用的技术方法［2－5］。这些方法能否获得理想的效果，依赖于河道砂体较围岩有无明显的地震响应异常［6－7］。在勘探生产中，针对河道砂体进行井位部署时，追踪地震剖面上振幅强的同相轴仍然是大多数解释人员采用的方法。是不是所有的河道砂体均以强反射振幅的形式出现？一套砂层在什么情况下能够形成独立单砂体反射？影响河道砂体地震响应（振幅强弱）的因素又有哪些？这些问题应当引起解释人员的关注。

垦东1 地区新近系馆陶组沉积时期为辫状河—曲流河的过渡时期，河道迁移摆动频繁。砂、泥岩岩性配置形式多样，不同岩性之间速度关系复杂，河道砂体形成的地震反射类型多样。以往，在该区进行砂体描述主要采用的是振幅属性分析及三维可视化透视技术。但是实际钻井资料证明，这些方法的解释结果仍然会有一定数量的砂体漏失。并且，强振幅反射砂体大多含水，含油砂体往往具有中等—弱振幅反射特征。因此，在垦东1地区应用地震资料描述砂体之前，需明确河道砂体能够形成的地震反射类型，引起地震响应差异的影响因素以及砂体表现为强振幅的概率，以便选择相应的描述方法及部署措施。

2 研究区地震地质概况

垦东1区块地处浅海滩涂地区，构造上位于垦东凸起北部斜坡带的东段，勘探面积约为253km2，截至2010年底完钻探井19口。研究区可分为南、北两个构造单元，已发现的油气藏类型亦有所区别：南部为典型的岩性－构造油气藏；北部远离输导断裂网，为正向微幅构造控制的岩性油气藏［7－8］。馆陶组上段V 砂组为其主力油层组，是研究目的层系。

垦东1区块馆陶组上段沉积时期为辫状河—曲流河的过渡时期，区内的河道砂体同时具有辫状河和曲流河的沉积特征。沉积背景的不同造成砂体与围岩之间在岩性组合、速度及厚度配置上差异很大，这些差异性在不同构造单元上有不同的体现。在工区南部，砂岩与泥岩层数多，单层厚度小，砂、泥以频繁互层状出现，砂泥比一般在40%以上，常见单层厚度为1～2 m 的砂质泥和泥质砂薄层（图1a）；在工区北部，岩性组合关系简单，泥岩隔层少，单层厚度大，砂泥比偏低，多在30%以下，“泥包砂”特征明显，砂质泥和泥质砂较少（图1b）。

在速度分布特征方面，整体上，泥岩速度最低，泥质粉砂岩速度最高。但泥岩与砂岩及泥质砂、砂质泥重叠区范围较大，部分泥岩速度甚至高于砂岩速度，这也是造成地震反射类型多样性的重要原因。砂岩与泥岩的单层厚度在不同区带上也有差异，主要表现在：①在工区南部，砂体单层厚度大于10m 的仅占6%，其余全部为10m 以下；泥岩厚度大于15m 的不足6%，5m 以下的占50%以上；②在工区北部，砂层厚度全部小于10m；泥岩厚度在15m 以上的占30.8%，5m 以下的占46.2%，其余泥岩厚度为5～15m。

图1 研究区典型井岩性组合

3 正演模拟

垦东1区块地震资料主频为35 Hz，砂岩速度在2 500m／s左右，则1／4 波长约为15m。由厚度分析结果可知，储层及围岩的厚度基本在1／4波长以内。下面设计砂体层状模型，利用褶积方法得到合成地震记录，分析不同岩性组合、不同厚度砂体与围岩能够形成的地震反射类型及影响地震振幅强弱的因素［9－11］。

3.1 储层及围岩厚度对反射振幅的影响

首先设计砂岩厚度为15m，泥岩厚度分别为20，15，7，2m 的地质模型。砂岩速度为2 500m／s，泥岩速度为2 300m／s，正极性子波频率为35 Hz。将褶积得到的合成记录道叠加到模型上，直观、准确地分析各反射界面形成的地震反射特征。由图2可以看出，在砂岩厚度较大（1／4波长附近）的情况下，泥岩厚度大于7m 时，3种情况均可形成单砂体独立反射，每套砂层在地震道上是时间可分辨的，波峰对应砂层顶界面（图2a，图2b，图2c）；在泥岩隔层厚度为2m 的情况下，砂体之间形成一套或几套叠合砂包反射，振幅明显减小，每套砂层的顶、底界面不再清楚（图2d）。

图2 砂岩厚度为15m，泥岩厚度不同的模型及合成地震道

设计砂岩厚度为8m，泥岩厚度分别为15，7，5，3m 的模型（图3），可以看出，随着砂岩厚度减薄（小于1／4 波长），泥岩厚度在15m 时，各砂层仍然形成独立强反射，波形上彼此分开（图3a）；泥岩厚度为7m 时，由于层间发生地震波的干涉现象，振幅减弱，但波形上仍然能够彼此分开（图3b）；泥岩厚度减至5m 时，开始出现复波，振幅减弱，下面两套砂层不再形成独立反射（图3c）；泥岩厚度为3m 时，同样形成叠合砂包反射（图3d）。当顶部的砂岩上方有厚层泥岩时，在第一套砂体顶界面处形成强反射。

图3 砂岩厚度为8m，泥岩厚度不同的模型及合成地震道

设计砂岩厚度为5m，泥岩厚度分别为15，7，5，3m 的模型（图4），可以看到，随着砂岩厚度的减薄，泥岩厚度在15m 时，各砂层仍然形成独立强反射，波形上彼此分开（图4a）；泥岩厚度为7，5，3m 时，均形成叠合砂包反射，振幅表现为中强—弱的特征（图4b，图4c，图4d）。

图4 砂岩厚度为5m，泥岩厚度不同的模型及合成地震道

3.2 地层结构对反射振幅的影响

图5 不等厚度的砂、泥岩组合模型及合成地震道

不同厚度的岩性组合即不同的地层结构可以得到不同的复合过渡层，前面设计的几个模型均为砂岩、泥岩等厚分布的韵律层。图5为砂、泥岩不等厚分布的模型，自上而下不同的背景色分别代表泥岩厚度为15，7，5，3m，不同厚度泥岩中砂层自上而下的厚度分别为2，5，7，15，7，5，2m，从正演结果上可以分析不同厚度的砂层与不同厚度泥岩形成反射振幅的强弱变化：厚砂、厚隔层形成强反射，厚砂、薄隔层形成中强反射，薄砂、厚隔层形成弱反射，薄砂、薄隔层叠合形成弱反射；当顶部有厚隔层时可出现中强振幅。

3.3 速度差值对反射振幅的影响

砂岩与泥岩的速度差不同，反射振幅的强弱亦不同。图6 为砂体厚度5m，速度为2 500m／s时，泥岩厚度5m，速度分别为2 800，2 500，2 200，2 000m／s的模型及合成地震道。可以看出，不论泥岩速度高，还是砂岩速度高，均形成叠合砂包反射。当二者速度相同时，振幅值几乎为0（图6b）。速度差越大，振幅越强（图6d）。

由模型正演结果可知，河道砂体形成的地震反射主要有两种类型，即单砂体独立反射和叠合砂包反射。能否形成单砂体独立反射主要取决于泥岩隔层的厚度，当泥岩隔层厚度大于15m 时，砂岩厚度在4m 以上，基本上都可以形成单砂体独立反射，速度差异大小只是决定着反射振幅的强弱。叠合砂包反射主要形成于砂泥互层的地层当中，其反射机理比较复杂，存在着振幅的“相消”及“相长”现象。振幅的强弱与砂层本身的厚薄、泥岩隔层的厚度及二者的岩性配置、速度差异均密切相关。相同的沉积背景下，速度差异对振幅强弱起着不可忽视的作用。

图6 砂岩速度为2 500m／s，泥岩速度不同的模型及合成地震道

4 实际砂体地震反射特征分析

实际地下地质条件千变万化，地震反射特征更为复杂。分析认为，研究区河道砂体地震反射特征大致可以分为4类（图7）。

1）单砂体独立强反射：在泥包砂配置的地层当中，泥岩隔层厚度较大，速度较砂岩偏低，表现为强振幅反射（图7a）。这类反射主要分布在工区北部，强振幅多指示砂质充填河道，弱振幅代表河漫相及泛滥平原沉积。

2）叠合强反射：在砂、泥呈互层状分布且地层中含有泥质砂岩或砂质泥岩时，由于泥质砂岩或砂质泥岩速度较高，往往容易形成叠合强反射（图7b）。

图7 实际井旁地震道反射特征及分类

3）叠合中强—弱反射：在砂泥互层中，厚砂（大于7m）和中等厚度泥岩（7～15m）配置，整体表现为中强—弱的反射振幅特征（图7c）。

4）叠合弱反射：厚砂（大于7m）和薄的泥岩隔层（5m 以下）配置时，多呈弱反射特征。另外，当厚度均小于7m 的砂岩和泥岩互层，由于在不同反射界面发生干涉相消作用，反射振幅减弱或出现复波现象（图7d）。

2）至4）类反射主要分布在工区的中部和南部，强振幅代表主河道或分流河道砂体，中强或弱振幅除了指示泛滥平原相泥质沉积外，还是点砂坝及废弃河道沉积物的地震响应特征。

在反射振幅特征分类基础上，对实际井钻遇砂体在地震剖面上对应的反射特征进行统计，砂体对应强—中强振幅的概率为68%。

5 砂体描述方法探讨

研究区河道砂体单层厚度小于1／4波长，在隐蔽油藏里属于薄互层的范畴。按照普遍接受的垂向分辨率的识别界限，这样的砂体在纵向上预测其厚度和分布是不可能的。曾洪流［12］指出：从储层几何形态来说，约99%的储层其横向尺寸（长度、宽度）要明显大于纵向尺寸（厚度）。对高质量的三维数据体而言，地震水平分辨率与纵向分辨率近似相等，这也就意味着沉积体的地震成像在水平方向更易分辨。河道砂体通常具有横向延伸距离长，展布范围广的特点。研究表明，研究区河道砂体宽厚比约为38∶1，长宽比约为9∶1。对这样的线状体，在横向上完全可以利用振幅属性进行砂体展布特征研究，但是必须明确砂体与振幅之间的对应关系。在河流相沉积体系内，河道砂体普遍发育，只是厚薄不同。由前面的分析可知，研究区砂体对应强振幅反射的概率在70%左右，这些强振幅反射异常通常是主河道砂体（图8a），运用振幅类属性可以刻画砂体分布，但要与相带特征结合起来评价。而单一振幅属性图中河道轮廓不完整的地方或主河道之外的砂体主要表现为弱振幅反射。对于弱反射砂体，目前还缺乏针对性强的有效描述方法，可以尝试运用多属性融合互补的方法［13－14］，强化砂体反射异常区（如图8b中虚线所示）。通过该方法，在不同砂层组内可以较完整地刻画河道砂体平面展布特征及空间迁移规律，结合沉积相的解释，选择有利相带进行勘探目标的优选。

图8 河道砂体单一振幅属性（a）和分频处理后多属性融合结果（b）

6 结束语

垦东1地区馆陶组上段河道砂体形成的地震反射主要有两种类型，即单砂体独立反射和叠合砂包反射。单砂体独立反射主要取决于泥岩隔层的厚度，形成于曲流河沉积背景中。在砂、泥岩互层中，砂体主要形成叠合砂包反射。

正演模拟结果表明，影响河道砂体反射振幅强弱的主要因素有储层与围岩的厚度及速度差异等，实际砂体反射是这些因素叠加后的综合反映。一般来说，在泥岩速度和砂岩速度差异大于200m／s以上，较厚砂岩（大于5m）、厚隔层（大于15m）配置形成强反射；厚砂岩（大于7m）、薄隔层（2～5m）配置形成中强或弱反射；薄砂（5m 以下）、薄隔层（2～5m）叠合形成弱反射。在研究区，砂体表现为强—中强反射振幅的概率约为68%。这也解释了地震剖面上单纯追踪强同相轴的方法会有部分砂体漏失的原因。由此可知，在垦东1井区馆陶组特定的地震地质条件下，针对河道砂体进行井位部署时，不能只瞄准反射振幅“亮点”，而依靠地质分析，选择有利沉积相带和油气运移指向区尤为重要。即使是弱反射砂体，同样可能成藏。

垦东1地区河道砂体地震响应特征的正演模拟研究结果表明，对河道砂体、薄互层砂体等做储层预测前，需要从基础资料统计分析入手，建立正演模型，认真分析砂体对应的地震反射特征，以便选择合适的储层描述技术。对于呈弱振幅反射的砂体，尚有待在今后的勘探实践中探寻更加有效的技术方法，结合地质综合分析进行预测和描述。

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