基于正演模型的砂泥薄互层地震属性特征分析

王红,李红梅

（中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司物探研究院，山东东营，257022）

基于正演模型的砂泥薄互层地震属性特征分析

王红,李红梅

（中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司物探研究院，山东东营，257022）

根据地震属性进行储层预测的研究，对于寻找油气具有十分重要的意义,但对于目前勘探中广泛存在的薄互层储层，由于受组合结构、厚度、含油气性等变化的影响，地震属性变化复杂。通过正演模拟，分析不同组合类型薄互层属性特征与储层厚度、结构、流体变化的关系，总结储层参数变化对地震属性影响程度大小，为薄互层储层地震属性预测提供了依据。

正演模拟；薄互层；地震属性

随着油气勘探开发的不断深入，砂泥岩薄互层储层逐渐成为胜利东部探区的主要储层。由于地震资料分辨率的限制，当储层厚度小于1/4波长时，不同反射界面的地震反射相互干涉形成复合波。纵向上不能对薄层单砂体进行识别和分辨，常规地震解释方法难以对其准确识别和描述。而通过正演模拟可以明确砂体储层与地震响应之间的对应关系，从而有效地提高对实际地区地震响应的认识，确保砂体描述的可靠性[1-6]。

地震属性分析技术利用地震波的反射特征对薄层结构进行间接的分析和预测，在地层中，岩石性质、流体性质的空间变化，会引起地震反射波形、振幅、频率、能量等一系列地震属性的变化[7-8]，这些变化正是利用地震属性预测储层信息的主要依据[9-10]。研究表明薄层结构的差异会导致地震反射特征的变化，同时这种差异和变化在地震属性上会有所反映[11-12]，即受不同互层组合、厚度、含油气性等变化的影响，地震上会形成不同的地震属性特征。但是，由于薄互储层的复杂性，目前对于薄互层条件下地震属性与砂体厚度、结构、含油气性变化之间关系的研究相对较少，薄互层的地震属性应用缺乏一定的理论支撑和模型验证。为了研究薄互层厚度、结构、含油气性等变化与地震属性变化的对应关系，建立了楔状、层状、储层流体变化等多个薄互层模型，通过不同方法的正演模拟，分析总结地震反射属性变化与储层变化的关系。

1 薄互层调谐响应特征

振幅和频率属性常用于储层的厚度预测，薄层的定量描述通常是基于常规楔状模型（Widess[13]模型）研究地震振幅或频率与层厚的关系来实现。常规的楔状模型由三层组成，其中只有一个均匀的砂岩储层夹在背景泥岩中。在调谐厚度（λ/4）以内，薄层调谐振幅或频率与厚度之间存在近似的线性关系，因而可以通过振幅或频率预测薄层厚度[14]。但是，常规模型太理想化而不能满足实际生产，实际地层多为砂岩与泥岩交替的互层沉积，即不能被地震反射区分出每个单层的多个薄层组成的一套地层[5]。因此，本文构建楔状砂泥薄互层模型研究薄互层的地震响应规律。

图1 楔状薄（互）层模型振幅响应（红线标注为调谐厚度）Fig.1 Wedge thin interbedded layer model of the amplitude response(red line mark for tuning thickness)

如图1所示，为设计的1个三层楔状薄层模型与3个薄互层模型（夹2层泥岩隔层、砂岩含量分别为80%、60%、30%），其中砂岩速度为3 000 m/s，泥岩2 000 m/s。应用30 Hz雷克子波进行正演模拟得到的地震响应。薄互层具有与薄层相似的调谐响应特征，随着泥岩隔层厚度增加，薄互层地震响应随厚度变化复杂。提取模型最大振幅、瞬时频率属性，得到属性随厚度变化曲线发现（图2）：振幅与频率随厚度变化规律不尽相同，对于振幅属性，在薄（互）层调谐厚度时振幅最强，随着砂岩含量的减小，调谐厚度减薄，振幅减弱，能量变化相对复杂。对于瞬时频率属性，基本上在小于八分之三波长范围内，频率随厚度增加减小。大于八分之三波长，频率增大。同时，还可以发现，薄（互）层总厚度较薄（小于20 m）情况下，随砂岩含量减小，频率基本不变，即砂岩含量变化对频率属性基本没有影响。

图2 楔状薄（互）层模型振幅、频率调谐曲线Fig.2 Wedge thin interbedded layer model of the amplitude,frequency tuning curve

2 厚度变化对属性的影响

由于实际地层中薄互层表现为不同岩性的薄层交互出现，它的另一个重要特征是每相邻两层的岩性不同，相同岩性的薄层隔层重复出现，因而地震波经过相邻层的速度也就不同。为了能进一步明确砂岩厚度变化与泥岩隔层厚度变化对薄互层地震响应特征的影响，设计了如下两类薄互层地质模型：一类为砂层组总厚（约23 m）基本不变模型，分为两组。一组为单砂层厚度依次减薄、泥岩隔层厚度增加（2～4～6～8 m）地质模型；另一组为砂层与泥岩隔层层数增多（2～3～4～5～6层）地质模型。另一类为砂层组总厚减小模型，同样分为两组。一组为单砂层厚度减薄、泥岩隔层厚度不变地质模型；另一组为单砂层厚度不变，砂层数减少模型。在模拟过程中,正演子波频率的设置原则为使模拟得到的单个反射同相轴能够反映整个砂层组的响应。

第一类模型砂岩速度为2 500 m/s，泥岩2 000 m/s。应用20 Hz雷克子波模拟，总厚度23 m，小于四分之一波长，采用射线追踪正演模拟得到的地震响应并提取振幅、频率属性，如图3a、b。

从图3a可以看出：砂层组总厚不变砂层依次减薄（泥岩隔层相应增厚）的模型中，相同厚度的薄互层，随着砂层变薄，幅度变小（即单砂层越薄的能量越小），砂层厚度增加，幅度变大，能量增强。在此种情况下，随着砂层变薄，频率降低。同样，图3b中，泥岩隔层层数增多模型中，随着砂层数及隔层层数增多，振幅减弱，频率降低。

图3 厚度变化薄互层模型模拟地震响应及属性变化值Fig.3 Thin interbedded layer thickness change model to the seismic response and the value attribute changes

第二类模型，砂层组总厚变化模型中，采用固定子波频率（雷克子波30 Hz）进行模拟，受调谐影响，当砂层组厚度为近似调谐厚度（四分之一波长）时，振幅最强。因此，模型模拟结果提取的振幅属性随着厚度及层数的减小并不呈线性变化，而是随着砂层组厚度的减薄，振幅值先增强后减弱，而频率属性则随着砂层组厚度的减小线性提高。

由两类模型模拟结果及振幅、频率属性变化曲线对比来看（图4），砂层组总厚小于λ/4时,振幅及频率属性随着砂层厚度的减薄线性减小，且振幅减小变化率相对较大；在砂层组总厚变化情况下，受调谐影响，振幅属性由强到弱并不能说明砂层组厚度由厚变薄，而应用频率属性可以预测砂层组厚度。

图4 两类模型振幅、频率属性随厚度变化曲线Fig.4 Two kinds of models of the amplitude,frequency properties vary with the thickness of the curve

3 结构变化对地震属性影响

根据沉积特征，济阳坳陷形成的晚期新近系以河流相沉积为主，薄互层储层发育于辫状河向曲流河演化过程中的辫状河—曲流河过渡相沉积，表现为泥质砂、砂质泥、泥岩包细砂岩的多种不同组合结构。为了分析结构变化对地震属性的影响，设计砂层组总厚度及砂泥比不变，组合结构为单砂层等厚—正旋回—反旋回—正反旋回—正正旋回的地质模型。砂岩速度为2 500 m/s，泥岩2 000 m/s。分别用20 Hz雷克子波及40 Hz雷克子波模拟，模拟结果及对应集中能量谱如图5。

图5a中，20 Hz模拟时，对应砂层组总厚度＜λ/4，模拟结果形成一个反射轴，反射能量为顶底界面的效应，内部砂层界面不起作用。

图5 组合结构不同地质模型模拟结果及能量谱Fig.5 Composite structures of different model simulation results and energy spectrum

图5b，40 Hz子波模拟情况下，总厚度＞λ/4，可形成两个同相轴，反射能量向相对较厚的砂层集中，即振幅能量越强，反映砂层越厚或越集中。

对20 Hz子波模拟结果（总厚度＜λ/4）提取振幅、频率、波形类属性（图6）可以发现，结构组合变化，砂组总厚基本不变时，振幅强弱变化较小，而频率、波形属性变化较大，因此，频率、波形属性基本上可以反映组合结构的变化。

图6 结构变化模型20 Hz模拟结果地震属性变化Fig.6 Simulation seismic attribute changes of structure change model under 20 Hz attribute

4 不同流体薄互层地震属性变化特征

图7 河道砂体模型（黄色：气砂；红色：油砂；蓝色：水砂）Fig.7 Channel sand body model(yellow:gas sand；red:oil sand；blue:water sand)

表1 河道砂体模型正演模拟参数Table 1 Channel sand body model forward modeling parameter list

对于浅层疏松河道砂体，含流体后，会引起地震响应的变化，薄互层砂组含不同流体后地震属性有何变化，依据济阳探区实际地质、测井、地震资料，建立了馆陶组含不同流体河道砂体模型（图7），模型模拟参数如表1所示。

实践表明，波动方程正演模拟能够真实地反映薄互层的地震反射特征[15]。为了得到相对准确的地震响应，应用可以保持地震波传播的运动学和动力学特征的弹性波动方程模拟方法进行模拟，波动方程正演模拟首先是建立地质模型，然后按照野外观测系统进行炮集记录的模拟，并对炮集记录进行速度分析、水平叠加、时间偏移，最后得到叠前时间偏移模拟剖面。

由模拟结果整体分析，一般情况下V气＜V油＜V水＜V围岩，气砂与围岩速度差异大，单层较厚气层反射振幅较强，油、水层振幅相对较弱，差异较小，对于薄互储层，单层无法分辨，受多个反射调谐影响，砂组界面相互干涉，反射振幅较弱。

将模型互层细分为三类互层，如图8所示，一类为气—油—水互层，一类为气—油互层，一类为油—水互层，对比分析反射差异性，由三类互层模型对应反射来看，一类互层与二、三类互层相比，反射波形发生畸变，而且反射轴振幅最大值上半边及下半边变化不同，二、三类互层波形变化则比较规则，分析原因，由于水砂速度与围岩相差较小，对上下层的干扰很灵敏，易引起其波形畸变；而气砂与围岩形成较大的波阻抗差，上下层对其干扰较小，波形规则。

图8 薄互层模型与模拟地震反射Fig.8 Thin interbedded layer model and simulated seismic reflection

对提取的三种波形类属性—弧长、下降时段弧长及上升时段弧长变化进行分析（图9），对于每一类互层，波形属性变化的拐点位置基本对应着互层厚度及组合变化的位置，由此说明可以应用波形属性预测薄互层的厚度及组合情况。

图9 薄互层模型、地震反射及提取波形类属性Fig.9 Thin interbedded layer model,seismic reflection and the waveform attribute

图10 三类薄互层模型频谱图Fig.10 Three types of thin interbedded layer model spectrum

对于地震波的频率属性，研究表明在纯砂岩、纯泥岩发育区，频率变化不大，而在薄互层发育区频率变化较大[16]。当砂岩储层含流体时，由于地层的吸收，引起频率的衰减。对比三类互层模拟结果的频谱图（图10）可以看出：气—油—水互层主频较低，约为12 Hz，而油—水互层主频较高，为21 Hz，由此说明，气层高反射系数的存在，使反射低频成分增加，水层反射系数低高频成分明显占优势，进一步说明气层对高频吸收较强的特性。

根据频谱分析，提取互层的高频吸收、低频吸收及小波高亮体三类吸收类属性，如图11，由横向变化可以看出：随着互层组合逐渐由气油—油水—水变化，吸收系数逐步减小、吸收减弱，说明吸收属性一定程度上反映了互层流体类型的变化。

但是，整体上对比单层相对较厚气层与薄互层高频吸收属性（图12），12 m气层振幅能量较高，高频吸收最强，而气—油—水互层高频吸收相对较弱。由此可以说明，对于薄互层，由于厚度调谐、流体的变化，使得反射能量减弱，吸收减弱。

5 结论与认识

在砂泥岩薄互层楔形模型振幅及频率调谐响应分析基础上，以砂泥薄互层为研究对象，进行了薄互层厚度、结构及流体变化与地震属性关系研究，其结果表明：

1）薄互层受调谐影响，地震反射复杂。强振幅反射反映了砂层厚，分布集中；弱振幅反射反映砂层薄，分布分散。

图11 气—油—水互层模型、地震反射及吸收类属性Fig.11 Gas-oil-water interbed model seismic reflection and absorption property

图12 河道砂体模型模拟结果提取高频衰减属性Fig.12 The channel sand body model of high frequency attenuation attributes

2）对于砂组厚度小于1／4波长的薄互层而言，地震反射振幅和瞬时频率与砂体累计厚度的关系与单砂体模型具有类似的特征：反射振幅与砂体累计厚度成正相关关系，即累计厚度越大，反射振幅越强；瞬时频率与砂体累计厚度成负相关关系，即砂体累计厚度越小，瞬时频率越高。

3）砂岩薄互层厚度、组合结构、含油气性变化共同影响了地震属性的变化，其中，结构变化主要影响波形变化，厚度变化影响了振幅、频率的变化，而含油气性则主要影响了吸收属性的变化；应用振幅、波形类属性可以预测薄互层砂体的宏观分布，应用频谱吸收类属性预测砂体含油气性，两者相互结合可以提高薄互层有效储层预测的可靠性。

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（编辑：杨友胜）

Seismic attributes analysis based on model in fluvial sand and shale interbedded layers

WangHong and LiHongmei
（Geophysical Research Institute of Shengli Oil Field,SINOPEC,Dongying,Shandong 257022,China)

∶The research of reservoir prediction is very important for seeking for petroleum and gas based on the seismic attribute. But for the largely existing thin interbedded reservoir in real exploration,due to the variations of lithological combinations,thick⁃ness and fluids,complex seismic attribute changes.This paper analyzed the relationship between seismic attributes and composite structure change,fluid change,thickness parameters of the thin interbedded layers based on forward modeling,and then summa⁃rized the changes of various parameters on seismic attributes and influence degree.The results provide basis for recognizing thin in⁃terbedded reservoirs by seismic attributes.

∶forward modeling,thin interbedded reservoir,seismic attributes

P631.4

A

2015-01-05。

王红（1982—），女，工程师，地震解释综合研究。

国家科技重大专项“渤海湾盆地精细勘探关键技术”（2011ZX05006-002）基金资助。