火成岩屏蔽下碎屑岩储层预测方法研究

陈文婕

摘 要：【目的】火成岩层对地震波有屏蔽和吸收作用，使得火成岩下伏地层的地震资料品质较差，储层边界难以识别。【方法】通过正演模拟不同火成岩在速度、厚度、与砂体距离等方面对下伏地层的影响，定量分析影响砂体尖灭点识别精度的因素，寻找恢复真实储层边界的描述方法。利用分频滤波去噪、弱信号恢复等解释性处理技术，压制火成岩干扰，提高弱反射储层的识别能力。在解释性处理的基础上，再综合测井、地质等多信息，建立井控多属性融合储层定量预测技术。【结果】综合利用以上技术成果，针对玉皇庙地区夏41-商97构造带，开展储层精细刻画，并取得了较好的效果。【结论】利用处理后的地震资料，对研究工区沙三上3砂组边界进行重新识别描述。处理后的剖面，砂体反射特征连续性更好，砂体边界继续向东延伸，较原始砂体尖灭线向东前移25道。将砂体描述结果与实钻井数据进行对比，描述吻合率达到85%。

关键词：火成岩；屏蔽作用；正演模拟；解释性处理；储层预测

中图分类号：TE122.2      文献标志码：A   文章编号：1003-5168（2023）09-0054-05

Abstract： [Purposes] The strong shielding and absorption of igneous rock to seismic  wave result in poor quality of seismic data of the underlying strata. The seismic reflection of surrounding rock is changeable， so it is difficult to identify the reservoir boundary.[Methods] By forward modeling the influence of thickness and occurrence of igneous rocks on underlying strata， the factors affecting the accuracy of reservoir identification are quantitatively analyzed. On the basis of forward modeling model， interpretative processing techniques such as filtering， de-noising， well control and frequency raising， multi-wavelet decomposition and reconstruction are used to suppress igneous rock interference and to improve the identification ability of weak reflection reservoir. On the basis of interpretative processing， the well control multi-attribute fusion reservoir quantitative prediction technology is established by integrating multiple logging geological information. [Findings] Based on the above technical achievements， fine reservoir characterization was carried out for the Xia41-Shang97 structural belt in Yuhuangmiao area， and good results were achieved. [Conclusions] Using the processed seismic data， the boundary of the upper 3rd sand group in the study area was re identified and described. After processing， the continuity of sand body reflection characteristics is better， and the boundary of the sand body continues to extend eastward， moving 25 channels ahead of the original sand body pinch out line. Comparing the sand body description results with actual drilling data， the description coincidence rate reaches 85%.

Keywords： igneous rock；shielding effect；forward modeling interpretation processing technique；reservoir prediction

0 引言

濟阳坳陷广泛发育火成岩，油气藏类型多、领域广、潜力大。但火成岩勘探存在难点：火成岩反射多变，识别难度大；受火成岩屏蔽影响，下伏地层地震反射信号弱，断层及储层识别难度大。

惠民凹陷临南洼陷火成岩分布广、厚度大，孔店组到馆陶组均有发育，有利分布面积400 km2。已在玉皇庙、商河、夏口断裂带等发现火成岩油藏，上报探明加控制储量1 497.81万t、预测储量1 630万t，初步预测至少还有5 000万t资源规模。另外，该区受火成岩影响的碎屑岩油气藏潜力也非常大，已上报探明储量约3 000万t，初步预测至少还有3 000万t资源规模。潍北凹陷孔三段已被火成岩覆盖，火成岩油藏已上报控制储量175.27万t、预测储量722万t，预计还有3 000万t储量规模。加上东营、沾化凹陷的一些地区预计有近2亿t的圈闭资源量，是下一步胜利探区重要的增储领域。

目前，火成岩发育区油气勘探存在以下问题。第一，火成岩的屏蔽作用导致下伏地层地震反射特征变弱或空白，断层及储层识别难度大；另外，由于火成岩非均质性强、速度变化大，导致下伏地层构造不落实。第二，火成岩是一种特殊的岩性体，横向非均质性强，相带不清，地震反射多变，识别难度大。这些问题制约了火成岩发育区的油气勘探。通过检索，胜利探区还没有针对火成岩发育区的系统研究。因此，笔者以惠民凹陷玉皇庙地区为例，通过对火成岩屏蔽下碎屑岩储层预测方法进行研究，定量分析火成岩屏蔽下碎屑岩储层识别精度影响因素，确定火成岩屏蔽下碎屑岩储层的地震识别方法，建立火成岩屏蔽下碎屑岩储层地震预测技术系列，以期为提高火成岩发育区钻探成功率提供技术支持，指导后续勘探开发。

1 地震反射特征

从地球物理角度比较火成岩与沉积岩可以看出，火成岩一般具有密度大、成分复杂、视电阻率高、传播速度快等特点。这些特征在地震剖面和测井曲线上有明显反映，为识别、追踪火成岩提供了条件。

1.1 速度特征

火成岩来源于地下深部幔源，属于高温高压物质，在侵入沉积岩中或喷出地表后，温度、压力急剧下降，在冷凝和成岩过程中，形成高密度、大比重的脆性-刚性岩石，因此火成岩密度和层速度大于沉积岩，其大小取决于火成岩岩相和岩石类型［1］。通过对惠民商河地区13口井、上百个样品点的声波速度进行分析发现：火成岩表现为高速特征，其层速度一般在3 000～6 000 m/s，平均层速度4 000～5 000 m/s［2］，比围岩层速度（1 500～3 500 m/s）高1 500～2 500 m/s。喷发岩层速度有随深度增加而增大的趋势，侵入岩层速度基本不随深度变化；同一深度，侵入岩层速度略大于喷发岩层速度。

1.2 振幅特征

在常规剖面上，侵入岩为强振幅的反射，其振幅可达4 000～9 000 m，在波阻抗剖面上为高速度亮点的特征。喷发岩中的火山碎屑岩由于其岩性复杂，受岩性影响内部速度变化较大，与围岩速度差有高有低。因此，火山碎屑岩的地震反射特征复杂，既有强反射，也有弱反射。

1.3 频率特征

从井旁地震道提取的火成岩段的子波频谱图和瞬时频率剖面上看，火成岩体的频率一般表现为低频特征［3］。

1.4 地震反射特征

统计分析玉皇庙地区不同类型火成岩地震反射特征发现，喷发岩主要呈蘑菇状反射，此类反射一般是火山活动中在火山口所特有的反射特征。侵入岩地震反射特征可分为三类［4-5］：①板状反射，产状与围岩相近或穿层，一般为连续强反射；②双强轴反射产状与围岩不一致，中等次连续；③杂乱无序反射，位于侵入岩边部，中弱反射，产状多变，反射杂乱。

2 正演模拟

通过正演模拟不同火成岩速度、厚度、与砂体的距离等方面对下伏地层的影响，定量分析影响砂体尖灭点识别精度的因素，寻找恢复真实储层边界的描述方法。

由于火成岩低频、高速的特征，使下伏围岩产生速度陷阱，导致时间域地震资料中存在构造假象。本研究主要分析火成岩对下伏储层的影响。

构造形变是由于上覆火成岩为高速体。所以构造形变量应与上覆火成岩的速度、厚度、距离等直接相关。通过正演模拟不同岩相火成岩厚度、速度等对下伏地层的影响，定量分析影响储层识别精度的因素。

从正演模拟结果来看，上覆火成岩速度、厚度及地震资料主频对时间域的地层均有影响；火成岩速度、厚度与下伏砂体尖灭点的识别误差呈正相关，地震资料频率与识别误差呈负相关。不同期次火成岩累加厚度与火成岩单层厚度相同时，下伏砂体尖灭点识别误差相差不大。随着火成岩与下伏砂体距离的增加，砂体尖灭点误差没有太大变化。随着地震资料频率的增加，砂体尖灭点识别精度明显提升。火成岩屏蔽下砂体尖灭点识别精度影响因素量板见表1。

3 地震弱信号恢复技术研究

在火成岩发育区，火成岩对下部地层的地震成像影响严重。在地震激发过程中，近地表火成岩不但是一个能量屏蔽层，而且还对地震信号产生畸变干扰和大量散射，导致下传能量减弱及地震波波场复杂，造成地震反射能量弱、地震资料信噪比低，难以有效地进行圈闭识别和构造解释，严重影响了火成岩发育区的油气勘探［6］。因此，以火成岩发育区强反射对下伏储层屏蔽问题为研究对象，在地震资料井控滤波提频等处理技术的基础上，开展子波分解重构等弱信号恢复技术研究，利用该方法来压制火成岩对下伏碎屑岩地层的影响，提高弱反射储层的识别能力，以此解决火成岩的强干扰问题。

3.1 井控滤波提频，提高围岩成像精度

利用分频滤波技术的解释性处理技术压制火成岩对下覆地层的影响；根据火成岩及围岩的频率分布范围，结合井控信息，采用子波反褶积技术，提高火成岩下伏围岩的成像精度。

通过滤波去噪，压制火成岩对下覆地层的影响；根据火成岩及围岩的频率分布范围，结合井控信息，采用子波反褶积技术，提高火成岩下伏围岩的成像精度。从处理结果来看，目的层分辨率有所提高，反射连续性增强，火成岩影响在一定程度上消除，火成岩内幕成像精度明显提高。通过过夏554处理前后的地震剖面对比可见，原始地震剖面上砂岩的反射掩盖于上覆火成岩强反射中，储层地震反射信息微弱，地震分辨率较低，对利用地震资料进行储层预测造成一定的困难。处理以后的剖面，储层的地震分辨率明细提高，砂体反射横向连续性好，火成岩影响在一定程度上消除，火成岩内幕成像精度明显提高。

3.2 弱信号恢复技术，精细刻画砂体边界    3.2.1 子波和波形分解方法去除火成巖强屏蔽。多子波地震道分解技术基于多子波地震道模型，把一个地震道转换成多个不同形状、不同主频率的地震子波的叠加。通过子波重新组合，精确地重构出分解前的地震道。对原始地震数据体进行子波分解，由于相似振幅的同一地震分量反映相应地质层段相似的地质岩性或岩相特征。通过去除火成岩强反射响应，突出碎屑岩储层的地震波响应。

3.2.2 基于高分辨率广义S变换的时频能量补偿方法。在此基础上，利用基于高分辨率广义 S 变换的时频能量补偿方法进行地震弱信号增强，可使火成岩下伏地层的地震波能量得到一定程度的提升和增强，提高了地震资料的分辨率。补偿的基本思路是假设不存在吸收衰减，向下传播的地震波应在不同时刻具有相同的波形，即振幅谱相同；对其进行频率分析，某频率不同时刻的能量比应保持一固定值，只是能量的绝对大小不同。通过有针对性地研究，对不同时刻的能量进行改造，起到对地层吸收的补偿作用［7］。

3.2.3 应用效果。利用弱信号恢复后的地震资料，火成岩下伏地层的地震波能量得到一定程度的增强，提高了地震资料的分辨率。对沙三上3砂组边界进行重新识别描述，较原始构造图边界线向东前移25道。通过新的尖灭线落实方法，又对沙三上1+2砂组开展了同样的研究。同时结合瞬时相位剖面验证落实的砂体边界。从对比结果来看，剖面东侧尖灭点与构造图吻合，尖灭线落实，具体如图1所示。

4 井控多属性融合，定量预测有效储层边界

4.1  沉积储层特征

沙三段沉积时期，在夏口断裂带的东段主要发育了规模大小不等的扇三角洲、水下扇沉积。利用已钻井地层对比证实：北部的商河砂体具有向东尖灭的明显特征，1+2砂组向东延伸到商971附近，3砂组延伸到商97井区尖灭。南部物源在夏口断层下降盘附近形成两个扇三角洲，分别为瓦屋和斜庙三角洲，砂体主要在靠近断裂带处发育。西边瓦屋三角洲已有多口井证实。顺物源方向沙三段扇体的地震反射特征清楚，表现为中强-弱连续反射；靠近断层部位地层厚、反射轴多，前端反射减少，振幅变弱，扇三角洲特征明显。横切物源方向，东边的斜庙三角洲发育沙三上下两套储层，厚度向两翼减薄。

沙四上发育滩坝砂沉积，储层具有薄互层发育特点，单砂体厚度1～5 m，砂体纵向上多层叠置，横向上连通性较差。这种沉积特点，决定了油藏产能受储层影响较大。因此，笔者主要对砂体尖灭线的落实和储层物性预测进行研究。

对于无火成岩干扰的常规地层的储层识别，通常运用常规的多属性优选融合技术预测储层的边界，但在火成岩发育区，火成岩对下伏地层的地震成像有严重的干扰作用，使得常规的储层预测方法不能满足火成岩发育区储层精细识别的要求，导致储层预测符合率明显偏低。

根据实钻井数据统计结果，单井产能与砂岩厚度、孔隙度呈正相关。因此，本区寻找储层厚度大、物性好的有利储层发育区是勘探的关键。拟在解释性处理的基础上，首先，进行地震响应与敏感属性参数对应关系的研究，明确两者间的关系。其次，综合测井、地质等多信息进行缩放，探索、优化算法，最终，利用两方面综合因素，建立井控多属性优化储层预测技术。

4.2  基于厚度相有效储层预测

通过多属性预测，初步明确储层展布范围，然后加入井数据统计的厚度值进行约束，得到了与振幅厚度相关的储层展布情况。

4.3  三维构造建模预测孔隙度

三维构造恢复计算应变量预测物性的方法是一种基于构造成因的方法，根据应变量的大小对储层物性做定性评价。主要是通过恢复三维构造，明确其沉积古地貌及地层张应变量，结合岩石物理参数，计算地层孔隙度，结合地震属性预测，进行多体融合预测孔隙度，从而预测有利储层。目的是建立一种基于地质成因的储层物性（孔隙度）定量预测方法。

通过对层位、断层进行地震解释建立起地质模型，再依据三维构造恢复算法计算出各层现今的应力、应变量。三维构造恢复通过斜剪切、去褶皱等算法将地层恢复至变形前的状态，得到每个面元或体元的变化量（应变量）。

应力-应变、岩石物理参数与储层孔隙度、渗透率三者存在一定的数学关系，通过建立理想模型，推导出应力-应变、岩石物理参数（割线模量、拉梅常数、泊松比等）与储层物性（孔隙度、渗透率）三者之间的数学关系，实现了由应力、应变场向储层孔渗性参数的转换。岩石物理参数参照惠民凹陷20余口井的实验室测试数据。

同时，为了减少误差的产生，采用基于应变量及地震预测孔隙度的融合方法来进行改善。主要是将地层孔隙度与属性相融合，同时引入井数据作为约束，得到了玉皇庙地区有利储层预测情况。

4.4  融合振幅厚度属性与孔隙度预测

将与振幅厚度相关的储层预测与地层孔隙度情况进行融合，最终完成玉皇庙地区有利储层预测情况，将预测结果与实钻井统计数据进行对比，预测结果较为吻合。

在以上工作的基础上，在沙四上共新解释有利圈闭15个，面积10.7 km2，预测资源量700万t。而沙三上尖灭带共解释有利圈闭面积7.9 km2，资源量630万t。根据圈闭落实结果，优选反向断块落实且有利储层发育区进行井位部署。在玉皇庙东地区建议井位4口，采纳3口：夏斜20、夏斜64、夏556。这3口井的部署，打开了玉皇庙东部地区勘探的新局面。

5 结论

①通过定量模拟不同火成岩速度陷阱，研发下伏地层“变形量”评价技术，但在实际地质现象中，单一的影响因素比较少见，通常都是多因素组合对下伏地层产生共同影响。下一步应综合考虑多种因素的影响，形成构造形变量地质多因素综合定量评价技术。

②受火成岩影响，下覆砂体地震响应特征会受到屏蔽。利用分频滤波、子波分解等技术，削弱火成岩屏蔽作用，提高火成岩下伏围岩的成像精度。处理后的剖面，砂体反射特征连续性更好，砂体边界继续向东延伸，上倾尖灭，为砂体边界识别提供依据。用解释性处理后的地震数据体开展储层预测研究，为刻画有利储层分布提供技术支持。

③针对火成岩下伏碎屑岩储层定量识别进行研究攻关，并形成相关创新技术，解决实际生产中有关火成岩勘探的技术瓶颈问题，目前已在惠民玉皇庙地区等火成岩发育区获得较高的经济效益，勘探前景广阔。

参考文献：

［1］ 曲卫和. 惠民凹陷商河地区火成岩及相关油气藏成藏研究［D］. 青岛：中国海洋大学， 2009.

［2］ 甘志红. 阳信洼陷火成岩分布与油气关系［J］. 断块油气田，2005， 12（6）：27-29.

［3］ 崔世凌，杨泽蓉. 火成岩储层的综合预测研究［J］. 石油物探，2007， 46（1）：27-29.

［4］ 杨仕鹏. 临南洼陷火成岩油藏储集性特征与油气成藏［D］. 青岛：山东科技大学， 2009.

［5］ 蓋永浩. 商河探区火成岩的地震识别技术研究［D］. 青岛：中国海洋大学， 2007.

［6］ 孙雨轩，孙晋玉.火成岩干扰对地震资料信噪比影响的研究［J］.科技创新与应用，2016，157（9）：24-25.

［7］ 张之涵. 高密度地震弱信号能量补偿方法研究［D］. 青岛：中国石油大学（华东）， 2015.