匹配追踪技术在薄互层砂体预测中的应用

杨 军

（大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆163712）

薄互层砂体预测方法大体上可分为2类。第一类是时间调谐厚度法，认为λ/4（λ为地震波长）调谐厚度内，薄层反射振幅与厚度的线性关系。第二类是频率域地震峰值频率与薄层厚度的理论关系表达式[1]。

地震谱分解技术就是一种基于频率域的时频分析技术，它提供了一种在频率域内分析地震属性的新途径。时频分析方法从早期的傅里叶变换方法到出现短时傅里叶变换（STFT）、Gabor变换、小波变换（WT）、S变换（ST）等经历发展了很长时间。时频分析的基本思想就是设计时间和频率的关联函数，描述信号在不同时间和频率的能量密度和强度[2]。谱分解技术在提高地震资料对薄层砂体预测能力的同时，更能从宽频带的地震数据体中提取更为丰富的地质信息，增加了对地质体的观察维度，提高地震资料对地质体的解释能力，同时可以利用储集体内储层物性差异特性对频谱特征的改变来进行油气识别。

随着大庆油田勘探开发的不断深入，各种难题与日俱增，技术难度也越来越大。研究工作重点也从寻找大规模构造有利的油气藏，转向小规模隐蔽复杂油气藏。其中以薄窄砂体储层的预测研究难题日益突出。利用地震资料常规的储层预测方法，基于较大时窗内提取地震属性精度低，对砂泥岩薄互层、非均质性强的砂体刻画能力较差，难以满足实际生产的需求，尤其在水平井方案实施当中，没有可靠的预测图件作为支撑，单凭地质人员经验，大大提高了钻井风险。通过采用MPD谱分析技术，在频率域内划分储层砂岩与泥岩的频谱特征差异，并对该差异进行提取成图，划定储层砂体平面边界，在指导水平方案实施中取得了良好的效果。

1 储层预测难点

宋芳屯油田位于松辽盆地三肇凹陷中央坳陷内，西至大庆长垣，东临朝阳沟阶地，北连安达凹陷。芳38实验区块处于宋芳屯的鼻状构造上，是由东、西两断层封闭的地垒断块，主要的开发层系为扶余油层[3]。芳38实验区块扶余油层为长垣东部三肇地区典型的低孔隙、低渗透油层，具有纵向上薄互层砂体发育，横向上砂体非均质性强、变化快的特点，预测、开采难度大。2016年为配合油田公司工作部署要求，进一步提高单井产量，探索长垣外围扶余油层该类储层的有效开发模式，优选该区块作为重点水平井开发实验区。

扶余油层是在古湖盆高水位体系域下形成的以河流—湖泛平原相为主的沉积。按照三肇扶余油层整个沉积层序的演化规律，扶余油层是一个完整的三级复合性旋回。实验区主力砂体发育规模小，宽度一般为150～500m，视延伸长度600～1400m，单砂体厚度0.3～6.5m，钻遇率一般为13.3%～73.3%，单井平均钻遇砂岩厚度17.1～38.5m。

2 匹配追踪砂体识别方法

匹配追踪砂体识别方法主要分为2个部分：一是匹配追踪算法叠后地震资料噪声压制；二是谱分析与谱属性提取。

2.1 匹配追踪的算法原理

匹配追踪（MPD）算法是一种信号超完备基上，字典存储式的分解方法，它采用逐步选取字典中的基信号，在每一步搜索基信号时都在寻找与待分解的残量最相似的基信号分量，贪婪迭代[2-7]。因此只要字典中的基信号足够完备，就可以保证分解信号的精度。

设{gn(t)}是由一系列不同时移、不同峰值频率与不同相位的函数基组成的超完备基库，从函数库中选取与待分解的信号匹配的最佳函数基为{gk(t)}，且满足以下条件：

式中：S——待分解信号构成的向量；

GK——最佳的匹配函数基gk(t)构成的向量；

Gn——函数基gn(t)构成的向量。

经过K次迭代分解后S表示为：

式中：RK——第k次迭代分解后的残向量，对RK迭代分解，直至残差足够小。

因此有待分解的信号表示为：

式中：am——匹配基函数的振幅。

匹配追踪算法通过对字典中基信号搜索，也是对待分解信号有效信息的匹配，因此匹配追踪算法对信号的分解与恢复，一方面有效地拓展了信号的频宽，另一方面对信号的噪声也进行了有效压制。

2.2 匹配追踪地震资料去噪

噪声压制是地震信号处理当中不可回避的问题，一个高品质的地震资料是后期研究的必要保障。本研究区采用匹配追踪算法对地震资料进行了噪声压制。

从去噪前后的地震剖面（图1）可以看出，利用该方法有效的去除了地震数据中的随机噪声，提高了信噪比。弱阻抗反射波振幅增强，同相轴的连续性改善（a标记区），以及微小断层边界清晰可见（b标记区），总体上提高了地震资料的品质。

图1 匹配追踪地震资料去噪前后

2.3 谱提取与分析

经过匹配追踪谱分解的谱道集数据，从研究区以及临近井区目的层段提取井旁道频谱特征，参与谱提取的井旁道道数为35个，统计点数为92个。

从点谱图上可以看出（图2a），砂岩统计点频谱峰值区集中落于1标记框中，泥岩统计点谱峰值落于2标记框中。其中典型的砂岩与泥岩的谱道集(图2b)。分析点谱可以得出3个特点：

（1）砂岩谱峰值视振幅分布在180～300之间，泥岩谱峰值视振幅分布在100～180之间。

（2）砂岩绝对斜坡值要大于泥岩绝对斜坡值。

谱斜坡，斜坡定义公式：

式中：Slope——斜坡；

A——视振幅；

f——频率值；

A2——谱峰值视振幅；

f2——峰值频率；

A1——低频或高频视振幅；

f1——低频或高频频率。

（3）从峰值频率上分析，砂岩峰值频率值整体上要高于泥岩的峰值频率值。

在此采用砂、泥岩差异较为的明显的特征谱，即波峰振幅属性作为区分判定依据，平面特征见图3。从平面预测图（图3）上看，预测砂体呈近南北向展布，连续性好，条带性强，边界清晰，且其展布特征符合研究区南部物源地质特征。与实钻井对比效果来看，符合程度较高。

图3 研究区波峰振幅属性

3 应用效果分析

依据以上预测成果，在研究区设计了一口水平井（方向由西南至东北），水平井轨迹平面投影(图4)，实钻长度为1044m，砂岩钻遇长度为1011m，砂岩钻遇率96.8%,其中油气显示段为856m，属于一口非常成功的水平井，从实钻的效果来看，平面图中，箭头标记出的泥岩区与实钻井综合解释（图5）2584～2617m处所对应的泥岩吻合较好，说明该预测方法在砂体边界的表征上是可靠的，再次验证该方法的精度与可靠性。

图4 水平井轨迹投影

图5 水平井综合解释成果

4 结论

（1）高品质的地震资料是后期研究的基本保障，采用匹配追踪方法在叠后资料的噪声压制上有着较好的效果。

（2）匹配追踪技术生成高精度的分频成果，利用该成果不但可以定性或定量研究储层的砂体特征，更为在频率域中研究储层的含油气特征提供了利器。

（3）基于匹配追踪谱分解的谱道集，可以衍生出多种谱属性，结合实钻井旁道谱特征分析，找出砂岩与泥岩、储层与非储层的谱差异，并以此为依据提取相应的谱属性。