地震拓頻與屬性降維在灘壩砂巖儲層預測中的應用

陳東 （中石化勝利油田東勝精攻石油開發集團股份有限公司，山東 東營257000）

東營凹陷南坡沙河街組四段純下亞段（E2s14）（因純化鎮地區最早發現沙四上亞段油層，又稱“純化鎮組”，根據巖性及電性特征，可細分為純上和純下2個次亞段）發育灘壩砂巖油藏，灘壩砂巖儲層為濱淺湖相沉積，由灘砂和壩砂組成［1，2］。灘砂單層厚度薄，分布范圍廣，投產產能較低；壩砂單層厚度大，分布范圍小，投產產能較高。受埋藏深、儲層物性致密等因素影響，灘壩砂巖油藏開發難度大，儲量動用率低。優先尋找到壩砂發育區進行開發是突破該類油藏開發難題的關鍵。但是，灘壩砂巖儲層描述難度較大，主要受幾個方面因素影響：①沙河街組三段下亞段和沙河街組四段純上亞段分布厚層烴源巖［3］，該套烴源巖為高阻高速層，對下覆灘壩砂巖具有屏蔽作用；②灘壩砂巖儲層為薄互層沉積，地震反射特征是一組地層的綜合響應，單層難以描述；③E2s14還夾雜部分灰巖和白云巖，其地震波速度較純砂巖速度高，對灘壩砂巖描述具有干擾作用；④灘壩砂巖埋藏普遍較深，平均在3000m以下，地震分辨率較低，從而增加了儲層描述的難度。

鑒于上述問題，綜合運用多種物探技術開展灘壩砂巖中的壩砂發育區描述，取得了一定成效：針對地震分辨率低的問題，開展地震拓頻處理，提高地震分辨率；針對灰巖及白云巖干擾問題，采取多地震屬性綜合研究；針對上覆烴源巖屏蔽問題，采取合理選取地震時窗提取屬性的方法；此外，應用地震屬性降維技術，選擇與實鉆資料符合程度較好的屬性，通過與實鉆資料相關運算，計算出有效儲層厚度。

1 儲層描述技術

運用地震拓頻技術提高地震分辨率，在地震剖面上確定E2s14的1砂組頂、底界面，通過對頂、底界面進行層位追蹤，確定屬性提取的時窗；在時窗范圍內提取多種地震屬性，與實鉆數據做相關運算，進行屬性降維，計算出與實鉆數據最符合的地震屬性，用于預測砂體厚度。

1.1 地震拓頻

地震記錄是地震子波與反射系數序列的褶積。常規地震拓頻技術采用反褶積方法需要假設一定的條件，即反射系數為白噪的隨機序列以及地震子波的相位是最小相位，而實際應用中反射系數和地震子波并不總能滿足上述假設條件，導致地震拓頻假象發生。采用壓縮子波的方法［4］，可以避開反褶積方法直接消除子波的影響，達到提高分辨率的目的。

式中：s（t）是地震紀錄；r（t）是反射系數；w（t）是地震子波；h（t）是拓頻地震記錄；t是時間；a是子波壓縮系數。

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問題。由于不需要子波，拓頻后可以保持地震子波時變、空變的相對關系，保持地震數據的時頻特性和波組特征。分別采用不同壓縮系數后得到的不同的地震拓頻資料（圖1），可以看出，利用壓縮子波方法拓頻，在大幅度提高地震分辨率同時，還能夠保持地震數據原有的信噪比，保持地震數據相對振幅關系和時頻特性，同時保持地震數據的低頻成份。

圖1 采用不同壓縮系數地震頻譜信息

1.2 屬性降維

當前多種地震解釋軟件可以提取上百種地震屬性，如何從眾多地震屬性中挑選出反映地質意義的屬性是關鍵。地震屬性參數之間存在著相關關系，通過對地震屬性空間進行壓縮，來揭示數據集反映的內在規律，識別出有意義的地質目標。通過K－L（Karhumem－Loeve）變換［5，6］和SVD（奇異值分解）方法可以進行地震屬性降維。

K－L變換的目的就是從一定數量的屬性參數中，找出數量較少、彼此獨立的綜合變量，并將原來的屬性參數用上述綜合變量表示出來。K－L變換引進一組新的變量，它們是原來變量的線性函數，而且彼此不相關，稱為主成分。新變量的方差按照遞減的次序排列，第1主成分是原來變量的線性函數中的最大方差者；第2主成分是與第1主成分不相關的線性函數中的最大方差者；第3主成分是與第1、第2主成分都不相關的線性函數中的最大方差者。通過K－L變換，將原來大量地震屬性變成少數有效屬性，在此基礎上進行地質解釋。

SVD方法是基于矩陣的數學運算，方法是在對變量空間和對象空間分別作主成分分析的基礎上，用變量空間的得分和對象空間的權重來表述觀測點的特征。首先找到第1主方向，然后在與第1主方向垂直的子空間里找第2主方向。結果獲得每一觀測點在主成分坐標系內的表征，最后繪制得分圖。

2 儲層描述技術應用實例

樊159地區位于東營凹陷南坡，E2s14發育灘壩砂巖油藏，其中，壩砂分布在E2s14的1砂組。利用地震拓頻技術提高地震分辨率，然后提取屬性，進行屬性降維運算，在平面上描述出3個壩砂發育區，為下一步儲量動用打下基礎。

結合區塊地質情況，通過對多個子波壓縮系數進行試驗研究發現，子波壓縮系數a＝1.8時，地震拓頻后的分辨率明顯提高。在過樊159井的縱剖面上，砂體頂面（圖2中灰色線）明顯出現反射軸，認為該反射軸為壩砂頂面反射（圖2（b））；而在原始地震剖面上，壩砂頂面對應地震剖面上的波谷，沒有明顯的反射界面（圖2（a））。

圖2 原始地震剖面（a）與a＝1.8地震拓頻剖面（b）對比圖

自砂體頂面向下15ms開時窗（包含壩砂分布段），提取振幅類、頻率類、相位類等屬性48種，各屬性之間進行相關運算，選取彼此獨立的10種屬性進行K－L變換屬性降維，形成了5個主成分。通過與實鉆數據對比發現第2主成分反映壩砂分布，利用地質統計法將第2主成分與實鉆數據做相關運算，得到砂體等厚圖（圖3），可以看出，樊159地區主要存在樊159、純113和純斜103共3個壩砂發育區。

圖3 樊159地區E2s14的1砂組砂體等厚圖

3 結論

1）壓縮子波法地震拓頻能夠明顯提高地震分辨率，并保持原有信噪比。

2）應用K－L變換和SVD方法進行地震屬性降維，從眾多地震屬性中尋找反映地質情況的成分，開展儲層描述。

3）灘壩砂巖儲層描述還面臨許多問題，例如去灰質影響、精細描述單層厚度等方面還有不盡人意地方，有待于進一步研究。

［1］操應長，楊田，王健，等 .東營凹陷南坡沙四上亞段灘壩砂巖有效儲層成因 ［J］.中國石油大學學報（自然科學版），2013，37（6）：1～8.

［2］譚麗娟，郭松 .東營凹陷博興油田沙四上亞段灘壩砂巖油氣富集特征及成藏主控因素 ［J］.中國石油大學學報（自然科學版），2011，35（2）：25～30.

［3］朱光有，金強 .東營凹陷兩套優質烴源巖層地質地球化學特征研究 ［J］.沉積學報，2003，21（3）：506～512.

［4］袁紅軍，吳時國，王箭波，等 .拓頻處理技術在大牛地氣田勘探開發中的應用 ［J］.石油地球物理勘探，2008，43（1）：69～75.

［5］汪勇，陽和華，桂志先 .基于地震屬性技術的儲層預測研究——以勝利油田單56區塊為例 ［J］.石油天然氣學報（江漢石油學院學報），2012，34（7）：68～71.

［6］王曉陽，桂志先，高剛，等.K－L變換地震屬性優化及其在儲層預測中的應用 ［J］.石油天然氣學報（江漢石油學院學報），2008，30（3）：96～98 .