分频CMY融合技术在河道刻画中的应用

2024-01-25袁悦，李帅，姜雪

工程地球物理学报 2024年1期

袁悦，李帅，姜雪

(中海石油(中国)有限公司上海分公司,上海 200335)

1 引言

西湖凹陷近几年的勘探实践表明,寻找有构造背景的岩性油气藏是该地区增储上产的重要一环,其中河道砂体是岩性油气藏中主要的储集体之一。在辫状河三角洲沉积背景下,横向上河道分布范围广,河道规模大小不一,且交切关系复杂;纵向上河道期次多,并且受短期旋回的影响,不同期次砂体厚度变化大,从几米到上百米都有可能发育。受此影响,常用的识别河道方法,包括相干体切片法、地震相识别法、分频解释等[1-9],在刻画辫状河三角洲分流河道及其沉积演化方面都存在一定的局限性。本文通过分频制作单频振幅能量体,然后赋予每一个单频体一种颜色,针对不同厚度河道砂体选择不同频率成分的单频体进行CMY(C-cyan,青色;M-magenta,洋红色;Y-yellow,黄色;三种颜色的简写)三色融合,调节每一个单频体的能量显示强度和亮度,凸显CMY融合体细节特征,最后对此融合数据开展地震沉积学研究,制作分频CMY融合体目的层地层切片。横向上通过调节单个地层切片三种颜色亮度和所占比重凸显不同规模地质体平面响应,得到厚度不同的同期沉积地质体的横向展布特征,实现河道砂体的平面刻画;纵向上通过比较不同时期地层切片所刻画的河道边界变化得到河道的沉积演化规律,指导目标区岩性目标搜索。

2 研究区地质概况

研究区位于西湖凹陷中央反转带中部(图1a),整体为一巨型反转背斜构造,向南幅度变缓,面积约1 000 km2。自下而上发育新生界古近系、新近系及第四系地层,其中古近系渐新统花港组是本区主要目的层(图1b),龙井组为次要目的层。研究区目前尚处于勘探早期阶段,截止到2022年8月,共有探井5口,主要分布在几个局部构造高点上,井间距离较远。

花港组沉积期,西湖凹陷处于盆地坳陷期,研究区有稳定的西部和北部物源供给,局部接受东部钓鱼岛隆褶带提供的点物源,表现出混源特征。已有研究成果表明,深层花港组整体为河-湖交互沉积环境,结合钻井取心资料和地震相、测井相特征以及古地貌等,明确研究区花港组上段主要发育辫状河三角洲平原、辫状河三角洲前缘及滨浅湖沉积亚相,河道规模较小;浅层龙井组主要发育河流-三角洲相,河道规模较花港组有所增加[10-15]。根据研究,不同层位不同深度河道砂体的规模不同,同一层位同一深度不同区域发育河道的规模也不同,常规河道刻画方法难以在一张平面图上将所有河道精细刻画出来[16-21]。利用分频CMY融合技术结合地震沉积学方法,可以在精细刻画不同规模不同期次河道砂体的基础上直观展示沉积演化过程,更准确地预测有利钻探目标。

图1 西湖凹陷构造单元划分及主要发育地层Fig.1 Structural units and stratum of Xihu sag

3 分频CMY融合技术

3.1 分频技术

从地震信号的时频特征角度来讲,分频技术是采用特定数学计算方法将地震信号从时间域转换到频率域,得到某一特定频率下的振幅能量体,理论上可以得到全频段的离散频率振幅能量体[22-23]。通过该技术可以对某个频段的地震振幅和相位响应进行有效提取,更加精细地展现地质目标,更有针对性。常用的分频方法包括短时傅里叶变换(Short-Time Fourier Transform,STFT)、连续小波变化(Continuous Wavelet Transform,CWT)和广义S变换(S-Transform,ST),其中短时窗傅里叶变换和连续子波变换在实际生产中应用最为广泛。前者使用固定长度的子波,高频信号的垂向分辨率不够;后者使用相对较短的子波,但子波周期固定,对短周期的信号分解不够理想。本文采用广义S变换方法对地震信号进行频谱分解,其原理是引入时间和频率两个变量,建立一个联合函数来描述信号,能更好地实现时频局部化分析,调节不同参数在调整垂向时间分辨率的同时也可以调整频率分辨率,其表达式为：

式中,h(t)为地震信号;f为频率,单位是Hz;τ为时窗函数中心点[7];t为时间,单位是s。

3.2 CMY融合技术

CMY融合是将三个不同输入信息分别赋予青色、洋红色和黄色后进行融合,并显示输出的视觉分析技术。每一种颜色都可以通过RGB三基色融合生成,融合算法的数学模型为{(R,G,B)|0≤R≤255,0≤G≤255,0≤B≤255},CMY融合是选取了其中某种特定三基色为原色进行融合,比如青色是由100 %的蓝色、100 %的绿色和0 %的红色组成,具有180°的色调、100 %的饱和度以及50 %的亮度,所以与常规的RGB三原色融合相比,CMY融合属于相减混色模式,可以减少视觉系统识别颜色所需要的反射光,在相同条件下对细节刻画更充分。

图2 龙井组上段L3层分频CMY融合切片和均方根振幅属性对比Fig.2 Contrast between CMY fusion and RMS slice of L3 in upper Longjing formation

在实际应用中,针对井上钻遇的砂岩厚度情况,选取三个广义S变换得到的单频振幅能量体进行CMY融合,单独赋予每一种振幅能量体青色、洋红色和黄色中的一种颜色分别调节三种颜色的亮度和强度,按照CMY混合方式融合形成一个新的频率能量体,理论上讲,可以通过广义S变换等方法制作各个频率段的振幅能量体,从而实现对地震数据的全频段扫描;根据地震数据的调谐效应,融合不同频率的振幅能量体可以将该频率成分对应的特定厚度的砂体响应特征凸显出来,从而实现对该厚度范围砂体平面展布的预测。通过调整不同颜色的亮度以及所占比例来凸显不同颜色的强度占比,在单一切片上可以观察到同一沉积时期不同厚度的地质体分布范围,实现沉积相带外形的整体刻画。此外,通过地震沉积学方法制作融合体不同时期的地层切片,可以观察到不同时期同一地质体的变化特征,从而分析该地质体的沉积演化、河道叠置关系和砂体发育期次等。一般而言,CMY融合采用低、中、高三种频率能量体,通常赋予青色低频数据、洋红色中间频率数据、黄色高频数据。融合后的数据如果偏青色,代表低频占比高;如果偏黄色,代表高频能量占比高。沉积物的粒度大小、地质体的厚度以及不同沉积物的均质性等都可以从地震数据的频率中反映出来,所以分频CMY融合除了对异常地质体在平面的展布有很好的预测效果之外,对不同时期沉积环境变迁或者同一时期不同的沉积相带等都有一定程度的响应。

4 实际工区应用效果

4.1 分频CMY融合在浅层河道刻画中的应用

研究区龙井组上部属于河流相沉积环境,河道广泛发育,主要埋深在1 000 m左右。研究所用三维地震资料主频20～30 Hz,频宽5～100 Hz,选取20 Hz、30 Hz、40 Hz频段对应的单频能量体进行CMY融合成像,然后采用地震沉积学方法制作龙井组L3层地层切片(图2a)。

图2(b)是L3层的均方根振幅平面属性。通过对比两幅图可以发现：对于规模较大的主干河道,两种方法都可以很好地反映出来,如工区西北部所示的河道1,宽度大,延伸距离远,最宽处约6 km;在CMY融合切片上可以看到,河道1西侧有一条宽度在2 km左右的河道2,该河道在常规属性对应位置上基本无响应;对于像河道3、河道4这类宽度在1 km左右的小河道,CMY融合切片上可以清晰地刻画出河道走向及交切关系,常规属性图上只能看到属性异常分布,难以判断河道走向及相互叠置关系;对于河道7,虽然河道规模不小,由于其延伸方向上发育多条断层,河道被切割,常规均方根振幅属性难以看出其准确走向,但在分频CMY融合地层切片上走向相对明显。此外,从分频CMY融合地层切片上可以看出,宽度和长度规模较大的河道1整体颜色偏深色,以青色为主,说明低频成分占比多,其他宽度和长度较小的河道以黄色为主,表明高频成分占比多。从已钻井揭示的信息得知,N4井所钻遇L3层河道砂体厚度约80～100 m,且发育含砾粗砂岩,沉积物粒度整体偏粗;N5井所钻遇L3层河道砂体厚度约20 m,以细砂及泥质粉砂岩为主,整体偏细(图3)。根据上述分析可知,与传统平面地震属性相比,分频CMY融合地层切片不仅在刻画窄小型河道方面更具优势,且由于频率与显示颜色具备相应的对应关系,所以对沉积物粒度、厚度等都有一定的预测作用。

图3 龙井组L3层连井图Fig.3 Cross-well section of N4 and N5 in L3 layer of Longjing formation

4.2 分频CMY融合在深层河道刻画中的应用

研究区花港组属于三角洲沉积环境,在三角洲平原及前缘亚相中均有河道发育,但河道规模较龙井组明显减小,主要埋深在2 500 m以下。根据已钻井资料及前人研究成果,H2层沉积时期主要发育辫状河三角洲,根据已钻井钻遇H2砂体厚度、地震资料速度以及地震资料主频带宽等参数,选择30 Hz、40 Hz、50 Hz三个单频体进行CMY融合,然后提取H2地层切片,如图4(a)所示。通过对比H2层均方根振幅属性(图4b)可以发现：常规地震数据振幅平面属性只能反映出一系列振幅异常响应,但异常响应分布较为杂乱,无法看出河道边界以及河道的明确走向;在CMY分频融合切片上可以明显看到,在工区西南部有几条规模很小的河道,如图4(a)中黑色箭头所示,河道边界清晰,走向明显,河道颜色偏黄色,表明该河道内高频成分偏多,沉积物粒度较小,河道规模较小,与CMY融合切片上显示河道规模较为匹配。此外,在CMY融合切片上根据融合后颜色的不同可以大致分为两个区域,西北部整体以青色为主,夹杂少许黄色,且黄色多出现在河道处,表示河道砂体规模小,厚度薄;工区东南部整体以黄色为主,夹杂部分青色,且分布杂乱无序,表示该地区河道沉积砂体厚度不均,且河道间相互交切叠置,呈现出偏网状河的平面形态特征。

图4 H2分频CMY融合与常规均方根振幅属性对比Fig.4 Contrast between CMY fusion and RMS slice of H2 layer

4.3 分频CMY融合在岩性目标发育潜力区河道刻画中的应用

图5 H3a分频CMY融合地层切片Fig.5 CMY fusion slice of H3a

基于工区内已有几口钻井认识,H3a时期河道发育,为岩性勘探有利目的层位。该时期沉积环境主要为辫状河三角洲,地层埋深在3 000～3 500 m左右,且断层发育较多,前期研究河道平面展布特征刻画不清晰。本次研究利用20 Hz、30 Hz、40 Hz单频体进行CMY融合,并在此基础上采用地震沉积学方法制作H3a地层切片(图5)。从图5中可以看出,工区内主要发育北西-南东向河道,仅工区东部发育一条南北向河道,在工区中部两个方向的河道在此交汇,该时期地貌西高东低,且东北部有点物源注入,融合切片上所刻画的河道走向与地貌特征及物源供给情况较为吻合。

图6(a)和图6(b)是分别过N1井单河道和工区东部河道交汇处的两条剖面,测线位置如图5黄色箭头所示,从剖面上可以看出,N1井处钻遇H3a单河道,在剖面上为强振幅异常的短轴状特征,河道交汇处可见两个透镜体形态的强振幅异常,与CMY融合切片显示的河道分布较为吻合。

本次研究从已钻井钻遇河道砂体出发,以分频CMY融合切片上刻画的河道轮廓为基础,结合目的层古地貌和相关属性特征,采用自动追踪的解释方法对研究区H3a河道进行平面刻画,具体河道展布如图7所示。

图7反映了H3a河道的瞬时振幅属性,从图7中可以看出,河道规模越大,振幅响应越强,强振幅响应范围与分频CMY融合切片中呈深青色部分对应关系较好,证明分频CMY融合切片不仅可以反映地质体的轮廓,也可以对地质体的厚度以及规模有一定程度的反映。此外,从图中还可以看出,N1井与N3井所钻遇的H3a砂体分属两条不同河道,N2井处H3a河道砂体不发育。

根据对已钻井分析,认为N1井区H3a砂体测井相特征为齿化箱型,N3井区H3a砂体测井相特征为钟型砂岩,粒度变化上N1井区为含砾砂岩,N3井区为中粗砂岩(图8),且重矿物组合特征也存在差异(图9),均指示N1井区与N3井区分属不同河道,且N2井实钻下来H3a砂体不发育,与图7所刻画的河道展布特征相吻合。