叠前频散属性在琼东南盆地油气检测中的应用

孙万元, 胡 林, 陈殿元, 刘仕友, 汪 锐, 廖 键

(中海石油(中国)有限公司湛江分公司，湛江 524000)

0 引言

琼东南盆地是南海北部大陆边缘盆地，盆地内L探区位于琼东南盆地西缘(图1)，西临乐东凹陷，北接陵水凹陷，南靠陵南低凸起，具有丰富的烃源以及运移通道，具有较好的成藏条件。该区地处中央峡谷区水道，广泛发育水道砂，砂体厚度大，部分砂体达百米以上，储层物性好，孔隙度在17%～20%之间，砂岩相对泥岩呈低密、低阻抗特征，并且气水差异明显，应用亮点技术等该区的勘探也获得较大成功[1-7]。但是随着勘探的进一步深入，一些具有构造特征的岩性圈闭与已钻井亮点特征差异巨大，考虑地震振幅横向变化的影响[8-9]，亮点技术及一系列基于振幅特征的储层预测和烃类检测手段在该区应用效果并不明显，具有很大的局限性，寻找一种更为可靠的、不依赖于振幅属性的烃类检测手段就显得尤为重要。

图1 研究区概况

双相介质理论，是在传统地球物理大尺度层状介质的基础上微观定义储层的理论方法。双相介质理论认为，地下介质不再是等效的各向同性或各向异性单一固体，而是岩石骨架和骨架间流体的组合(图2)。双相介质理论中这种孔隙流体(液体、气体或两者都有)和岩石骨架正好契合了油气藏的构造特征。

图2 双相介质骨架模型

基于双相介质理论，含油气层段地震波具有强吸收衰减特征[10-12]，Castana[13]提出利用瞬时谱检测衰减，进而进行烃类检测。油气藏在地震波频谱上主要有如下表现：①厚层油气藏具有强吸收衰减异常;②薄层油气藏下部会出现低频阴影;③ 油气藏与岩石骨架具有不同的调谐频率;④不同频率下储层AVO特征具有一定差异。这四种异常特征同时也可以作为油气检测的参考依据。当前AVO技术已经较为成熟，孔隙填充介质的喷射流动是地震波衰减和频散的主要原因，AVO分析忽略了频散导致反射系数依赖于频率的变化而变化的特征，Chapman等[14-15]基于喷射流动机制，建立不同尺度动态弹性介质模型，提出频散介质理论。国内，王炳章等[16]研究认为当声波或弹性波在流体饱和多孔介质中传播时，孔隙流体产生相对运动,致使多孔隙岩石的宏观物理性质发生变化，从而引起弹性波传播速度的改变、能量的耗散和振幅的衰减；张世鑫等[17]研究了纵波速度频散属性反演方法，通过表征纵波速度频散属性的反射系数近似公式，利用小波变换和贝叶斯三参数反演地震波频散属性参数，通过试验证明了纵波频散对储层具有一定的指示作用；李红星等[18]分析了孔隙度、黏滞系数、渗透率和喷射流长度等参数对地震波相速度和衰减的影响和波场特征随频率变化的特性。

关于频散属性的应用难点主要集中在频散属性的提取上，频散属性的特征相比其他属性，具有独特的优势。笔者从岩石物理频散属性出发，研究地震波随频散特征的影响，应用精细时频分析方法，构建叠前频散属性提取公式，解决基于振幅类属性提取难题，通过对琼东南盆地L探区进行烃检，证实了该方法的有效性，并进行下一步勘探方向预测。

1 方法技术

1.1 高温高压岩石物理频散特征

地震勘探频带内，含油储层比含水储层有更大的衰减和频散，说明利用衰减、频散可以直接识别含油和含水的储层。研究均为基于Biot或BISQ理论模型的探讨及理论公式的推导，是基于常温常压状态下理论岩石物理的表征。但由于研究区地处深水高温高压区，水深大于500 m，压力系数大于1.5，温度大于100℃，实际岩石物理是否具有频散现象，高温高压岩石物理实验将超声波频段拓展到地震频段，获得高温高压岩石物理实验频散性质。图3为纵波速度随频率变化趋势，岩石物理实验温度为100℃，围压为20 MPa，孔压为0 MPa下岩石物理实验结果(岩样岩性为细砂岩，样品规格为2.5 cm *5 cm，样品孔隙度为28.61%，空气渗透率为33.394*10-3μm2，速度采用记录激发与拾取时间初至计算)。不饱和含气砂岩速度在高频段基本不变，在地震频段迅速降低，在低频段速度基本维持稳定，从3 500 m/s降低到3 300 m/s以下，速度变化达到200 m/s，而泥岩速度随频率变化基本不变。因此通过岩石物理实验表明，不饱和含气状态下(实际气藏含气饱和度不可能达到100%)，纵波速度随频率频散明显，高温高压条件下依然可以应用该频散特征进行含油气检测。

图3 地震频段高温高压岩石物理实验

1.2 频散理论提取

1.2.1 高分辨率时频分析

频散属性提取的时频分析方法，包括短时傅立叶变换、小波变换、S变换、广义S变换、匹配追踪等，其中匹配追踪算法是目前相对更为精准的时频分析方法[19-24]，在综合分析时频技术优劣对比后，笔者采用Wigner分布的匹配追踪算法。

通过研究匹配追踪分解的特性，对每个时频原子的Wigner分布求和，可以得到一个新型时频能量分布。因为时频原子字典是完整的，匹配追踪把每个满足s(t)∈L2(R)的公式分解为式(1)。

(1)

其中：H(t)是信号s(t)的希尔伯特变换；上角标*代表共轭关系，此分布也满足能量密度特性。

图4为Wigner分布能量密度与传统短时傅立叶变换、小波变换能量谱对比，从图4中可以看出，Wigner能量团比较集中，纵横向分辨率较高，基本不受时窗选取的影响；短时傅立叶变化时频分布受时窗影响较大，能量团在时间轴展布较宽，分辨率低；虽然小波变换受时窗影响较小，但其频率轴展布较宽。综合分析对比认为，Wigner分布在时间频率与均表现为能量的集中，能量分析较为准确，能量相对关系统一，可以更好地为频散属性提取提供有效支撑。

图4 时频谱特征对比分析

1.2.2 实际资料频散特征提取

基于频散理论分析，地震资料经过处理后形成叠前道集，基于叠前偏移距道集或者角度道集可进行频散属性提取。文中对频散属性是能量密度随不同偏移距的时移与频移的乘积，反映不同频率地震能量的到达时间差异与不同频率地震能量吸收衰减的差异。具体频散属性提取流程如下：

1)根据叠后合成记录标定，确定叠前道集层位。对目的层段叠前数据体，按照地震道偏移距应用Wigner分布进行时频分析，形成每道集的时频谱及能量密度分布Ef(t,f)。

2)计算每一道集能量密度时移特征：td=t|max(Ef(t,f))。

3)计算每一道集能量密度频移特征：fd=f|max(Ef(t,f))。

需要说明的是，频散属性是时移td和频移fd的综合表征，消除了地震振幅A的影响，对地层含油气性检测更为敏感。

2 应用实例

2.1 道集频散特征

基于Wigner分布的时频算法可以实现精准的时频分析，为频散属性的提取提供了有效手段，同时，该频散属性算法为基于叠前道集的频散属性算法提供了新的研究思路，利用该技术对琼东南盆地实际资料进行频散试算(图5)。

由图5可知，泥岩间地震反射非均质性差，不同角度地震波形频率、相位基本一致，地震波波形宽度较为一致，厚层水层有较为明显的地震轴低频移动特征，薄层水层地震轴校平，地震波形宽度基本不变(图5(a))。而干层地震反射同相轴基本水平，地震轴不变，气层水层地震轴出现明显下拉，地震波形宽度明显增大，地震波的频率显著降低，地震波的相位也发生变化，是含油气显著响应(图5(b))，叠后道集明显降低了地震波的频散效应，导致含油气预测精度不高，频散属性明显利用了这些异常，对于含油气预测精度显著提高。道集频谱特征见图6，从图6中可以看出，水层远近道频谱特征差异较小(图6(a))，气层远近道频谱差异较大(图6(b))，具有明显的频移特征。

图5 道集频散特征

图6 远近道频谱特征

2.2 频散属性应用

为了进一步验证本文技术方法的有效性与可靠性，以琼东南盆地深水井为例探讨该技术方法的优势。已钻L1井在目的层黄流组钻遇气层(图7)，沿层提取最小振幅属性(图7中虚线)，从平面属性中可以看出(图8)，L1井振幅属性与构造叠合性好(图8(b))，含气边界清晰；单单依据振幅属性判断，相对L1井来说，L5井区振幅明显减弱，并且含气范围存在很大不确定性，分析认为L5井区含气概率较低，存在较大勘探风险。而利用常规吸收衰减属性发现(图8(c))，L5井区吸收衰减明显存在一个较大范围的异常，异常边界清晰，吸收衰减异常是含气的表征，但吸收衰减异常较弱，仍无法坚定勘探信心。由于本文频散属性忽略振幅影响，从提取的地震波频散属性可以看出(图8(a))，L1井区与L5井区均表现为频散异常特征(图8中橙黄色与橙红色区域)，并且L5井区频散特征异常与L1井区相当，异常边界比较清晰，与吸收衰减异常边界一致性较高。另外通过三维构造与频散属性叠合分析发现(图9)，L1井区与L5井区分布在两个局部高点与属性叠合性好，推测目标区含气概率较高，而实钻井证实该区含气性、含气范围与钻前预测一致。另通过属性叠合发现频散属性C区(图9)与构造叠合性也较好，具有较大勘探潜力，建议部署井位下步勘探。

图7 连井地震剖面

图8 平面属性

图9 频散属性异常与构造叠合

3 结论与建议

叠前频散属性充分发挥地震资料频率域差异与地震波速度的频散特征，充分发掘叠前地震频率域信息，将振幅信息的利用降到最低，应用本技术在深水区勘探中，有效解决L5区地震振幅属性异常不明显特征，为勘探决策提供有力技术支撑，后续探井实钻气层证实该技术方法的有效性。笔者提出的频散属性算法，解决了降低由于深浅水差异、浅层屏蔽等地质因素给处理等造成的振幅假象带来的勘探误区，具有较大的推广应用前景。