地震拓频与属性降维在滩坝砂岩储层预测中的应用

2015-12-04陈东中石化胜利油田东胜精攻石油开发集团股份有限公司山东东营257000

长江大学学报(自科版) 2015年14期

陈东（中石化胜利油田东胜精攻石油开发集团股份有限公司，山东东营257000）

东营凹陷南坡沙河街组四段纯下亚段（E2s14）（因纯化镇地区最早发现沙四上亚段油层，又称“纯化镇组”，根据岩性及电性特征，可细分为纯上和纯下2个次亚段）发育滩坝砂岩油藏，滩坝砂岩储层为滨浅湖相沉积，由滩砂和坝砂组成［1，2］。滩砂单层厚度薄，分布范围广，投产产能较低；坝砂单层厚度大，分布范围小，投产产能较高。受埋藏深、储层物性致密等因素影响，滩坝砂岩油藏开发难度大，储量动用率低。优先寻找到坝砂发育区进行开发是突破该类油藏开发难题的关键。但是，滩坝砂岩储层描述难度较大，主要受几个方面因素影响：①沙河街组三段下亚段和沙河街组四段纯上亚段分布厚层烃源岩［3］，该套烃源岩为高阻高速层，对下覆滩坝砂岩具有屏蔽作用；②滩坝砂岩储层为薄互层沉积，地震反射特征是一组地层的综合响应，单层难以描述；③E2s14还夹杂部分灰岩和白云岩，其地震波速度较纯砂岩速度高，对滩坝砂岩描述具有干扰作用；④滩坝砂岩埋藏普遍较深，平均在3000m以下，地震分辨率较低，从而增加了储层描述的难度。

鉴于上述问题，综合运用多种物探技术开展滩坝砂岩中的坝砂发育区描述，取得了一定成效：针对地震分辨率低的问题，开展地震拓频处理，提高地震分辨率；针对灰岩及白云岩干扰问题，采取多地震属性综合研究；针对上覆烃源岩屏蔽问题，采取合理选取地震时窗提取属性的方法；此外，应用地震属性降维技术，选择与实钻资料符合程度较好的属性，通过与实钻资料相关运算，计算出有效储层厚度。

1 储层描述技术

运用地震拓频技术提高地震分辨率，在地震剖面上确定E2s14的1砂组顶、底界面，通过对顶、底界面进行层位追踪，确定属性提取的时窗；在时窗范围内提取多种地震属性，与实钻数据做相关运算，进行属性降维，计算出与实钻数据最符合的地震属性，用于预测砂体厚度。

1.1 地震拓频

地震记录是地震子波与反射系数序列的褶积。常规地震拓频技术采用反褶积方法需要假设一定的条件，即反射系数为白噪的随机序列以及地震子波的相位是最小相位，而实际应用中反射系数和地震子波并不总能满足上述假设条件，导致地震拓频假象发生。采用压缩子波的方法［4］，可以避开反褶积方法直接消除子波的影响，达到提高分辨率的目的。

式中：s（t）是地震纪录；r（t）是反射系数；w（t）是地震子波；h（t）是拓频地震记录；t是时间；a是子波压缩系数。

式（1）中s（t）已知，r（t）、w（t）未知，式（2）中a已知，求解h（t）。求解式（2）不需要已知子波，避免了求取子波方法上的问题。由于不需要子波，拓频后可以保持地震子波时变、空变的相对关系，保持地震数据的时频特性和波组特征。分别采用不同压缩系数后得到的不同的地震拓频资料（图1），可以看出，利用压缩子波方法拓频，在大幅度提高地震分辨率同时，还能够保持地震数据原有的信噪比，保持地震数据相对振幅关系和时频特性，同时保持地震数据的低频成份。

图1 采用不同压缩系数地震频谱信息

1.2 属性降维

当前多种地震解释软件可以提取上百种地震属性，如何从众多地震属性中挑选出反映地质意义的属性是关键。地震属性参数之间存在着相关关系，通过对地震属性空间进行压缩，来揭示数据集反映的内在规律，识别出有意义的地质目标。通过K－L（Karhumem－Loeve）变换［5，6］和SVD（奇异值分解）方法可以进行地震属性降维。

K－L变换的目的就是从一定数量的属性参数中，找出数量较少、彼此独立的综合变量，并将原来的属性参数用上述综合变量表示出来。K－L变换引进一组新的变量，它们是原来变量的线性函数，而且彼此不相关，称为主成分。新变量的方差按照递减的次序排列，第1主成分是原来变量的线性函数中的最大方差者；第2主成分是与第1主成分不相关的线性函数中的最大方差者；第3主成分是与第1、第2主成分都不相关的线性函数中的最大方差者。通过K－L变换，将原来大量地震属性变成少数有效属性，在此基础上进行地质解释。

SVD方法是基于矩阵的数学运算，方法是在对变量空间和对象空间分别作主成分分析的基础上，用变量空间的得分和对象空间的权重来表述观测点的特征。首先找到第1主方向，然后在与第1主方向垂直的子空间里找第2主方向。结果获得每一观测点在主成分坐标系内的表征，最后绘制得分图。

2 储层描述技术应用实例

樊159地区位于东营凹陷南坡，E2s14发育滩坝砂岩油藏，其中，坝砂分布在E2s14的1砂组。利用地震拓频技术提高地震分辨率，然后提取属性，进行属性降维运算，在平面上描述出3个坝砂发育区，为下一步储量动用打下基础。

结合区块地质情况，通过对多个子波压缩系数进行试验研究发现，子波压缩系数a＝1.8时，地震拓频后的分辨率明显提高。在过樊159井的纵剖面上，砂体顶面（图2中灰色线）明显出现反射轴，认为该反射轴为坝砂顶面反射（图2（b））；而在原始地震剖面上，坝砂顶面对应地震剖面上的波谷，没有明显的反射界面（图2（a））。

图2 原始地震剖面（a）与a＝1.8地震拓频剖面（b）对比图

自砂体顶面向下15ms开时窗（包含坝砂分布段），提取振幅类、频率类、相位类等属性48种，各属性之间进行相关运算，选取彼此独立的10种属性进行K－L变换属性降维，形成了5个主成分。通过与实钻数据对比发现第2主成分反映坝砂分布，利用地质统计法将第2主成分与实钻数据做相关运算，得到砂体等厚图（图3），可以看出，樊159地区主要存在樊159、纯113和纯斜103共3个坝砂发育区。