敏感頻率地震屬性在薄層砂體預測中的應用
——以松遼盆地肇源地區為例

安鵬，于志龍，劉專，馬云海，李麗，劉鳳軒

(東方地球物理公司 地質研究中心，河北 涿州 072750)

0 引言

當前，扶余油藏致密油已成為松遼盆地勘探開發的重點，因此針對薄層河道砂體的預測已成為該區關注的焦點，國內外許多學者對薄儲層預測的研究，均取得了一定的成效。高靜懷等[1]分析了薄互層地震響應，提出利用廣義S變換提高薄層的識別能力；楊貴祥[2]通過研究調諧頻率與分頻譜之間的關系，提出基于調諧頻率與分頻處理的定量且帶有一定解釋含義的反演技術;于建國等[3]基于雷克子波和楔狀模型，建立了儲層厚度、振幅和頻率三者之間的關系，明確了振幅與砂體厚度的相關性受到調諧厚度的限制，而調諧厚度與地震數據主頻有關。

基于前人研究成果，為了改善基于原始地震數據提取的屬性中一定程度弱化了某些敏感頻率段的地震信息的問題，本文以肇源油田Y5井區FII1小層為例，在分析調諧效應基礎上，利用時頻分析技術優選敏感頻率，依托敏感頻率重構數據體，消除相似的單砂體厚度但地震波形響應特征差別較大的情況，優選敏感地震屬性預測砂體展布，在實際工區應用中取得了較好的效果。

1 工區地質概況

Y5井區位于松遼盆地北部中央坳陷區朝長階地西南端肇源鼻狀構造，該區扶余油層受西南部的?？党练e體系影響，發育淺水三角洲沉積體系，砂體規模小，橫向連續性差[4-6]。

該井區為一個受NNE向斷層與NW向斷層所夾持的斷塊(圖1)，斷塊內地層西南部高，北部較低。該井區完鉆了3口探井，均鉆遇5 m左右的河道砂體，且含油性較好，其中A井發育一層4.2 m含油砂巖，B井發育一層5.2 m含油砂巖，C井發育一層7.4 m含油砂巖。

區內部署的P1井完鉆后，與實際屬性預測結果差別較大，如圖2所示，從圖2a屬性預測平面圖上可以看出，水平井方向預測為砂體連片發育；從圖2b過井地震剖面上看，該井軌跡方向，地震波形特征連續穩定，且振幅能量變化為由中強到強，軌跡末端E靶點附近與參考井A井距離142 m左右，均對應強波峰特征同相軸，但e靶點附近鉆遇的是大段暗色泥巖，同相軸強振幅特征與砂體厚度之間對應關系不明確，常規地震屬性結果沒有有效預測這一變化。

圖1 Y5井區FII1小層頂面構造Fig.1 Top strcture map of FII1 formation in Y5 well area

2 敏感頻率地震屬性分析

圖3為研究區內3口已知井連井地震剖面，從圖中可以看出:FII1主力砂體主要發育在一套中強—強振幅波峰反射的下半部分，砂體厚度由南向北逐漸減小，但對應的地震振幅能量卻是由弱到強，厚度較大的C井對應的地震振幅最弱，視頻率最低，且該層砂體為單砂體，基本不存在多層砂體調諧效應的影響，這表明原始數據提取的振幅屬性不能準確表征砂體的平面分布。

a—振幅屬性;b—過P1井—A井連井地震剖面a—amplitde attribute;b—cross P1 well-A well connected seismic section圖2 FII1小層水平井鉆探效果分析Fig.2 Analysis of drilling effect of FII1 small horizontal well

圖3 過3口已知井連井地震剖面Fig.3 Cross three known well seicmic profiles

2.1 薄層調諧效應

薄層調諧效應是指薄層厚度等于四分之一地震波長時振幅出現極大值的相長干涉。薄層調諧是薄層厚度與薄層處地震數據視主頻之間的一種響應。假設地震數據中存在厚度為H0的薄層，與該薄層對應的調諧頻率為f0，通過廣義S變換對該地震數據進行分頻處理，得到不同頻率的分頻剖面，在與調諧頻率f0對應的分頻剖面上，厚度為H0的薄層處地震數據的瞬時振幅將會出現最大，這種現象是由薄層的調諧作用引起的[7-11]。

為了說明薄層調諧現象與地震數據瞬時振幅的關系，本文設計了楔形地質模型，如圖4a所示，該模型寬1 500 m、厚30 m，選用42 Hz的Ricker子波進行正演模擬，生成圖4b所示的楔形合成地震記錄。由圖可見，該楔形模型中與42 Hz對應的調諧點位置出現在箭頭所指處，圖4c顯示的是楔形模型中第一個反射界面的瞬時振幅與調諧厚度之間的關系曲線，當模型厚度小于調諧厚度時，瞬時振幅將逐漸增大，利用式(1)可以計算：

(1)

當模型中砂體厚度達到調諧厚度16.6 m時瞬時振幅最大，而當楔形厚度大于調諧點處厚度時瞬時振幅先減小然后趨于穩定。用同樣的方法，通過對楔形模型進行正演模擬，大致求出各個頻率地震數據的調諧厚度(表1)，研究區資料地震主頻在45 Hz左右，調諧厚度在15～17 m之間，3口井砂體均為厚度小于調諧厚度的單砂體，理論上隨厚度增加，對應地震振幅能量應單調遞增，而C井發育3口井最厚砂體，地震響應為弱振幅反射，與理論不符。

a—楔狀地質模型;b—楔狀模型正演剖面;c—振幅與厚度關系a—wedge geological model;b—wedge model forward profile;c—relation between amplitude and thickness圖4 楔狀模型正演分析Fig.4 Wedge model forword performance map

2.2 頻譜分解算法優選

為了解決上述不同厚度單砂體對應的地震振幅能量與理論模擬振幅能量特征不一致的情形，利用時頻分析技術，對比砂體在不同頻率下的地震響應特征，以期尋找合理解決方案。

時頻分析技術是將時間域的地震數據通過某種數學方法變換到頻率域，將地震記錄分解成不同的頻率成分，利用不同頻率對不同尺度地質體存在不同響應特征來認識地質體，從而進行地震解釋。該技術能夠在頻率域內對每個頻率所對應的振幅進行分析，排除時間域內不同頻率成分的相互干擾，不僅可提高地震資料對薄儲層的預測能力，而且能從常規地震數據體中提取出更豐富的地質信息，提高地震資料對特殊地質體的解釋識別能力[12-18]。

目前，將地震數據從時間域變換到頻率域的常用算法有短時傅里葉變換(STFT)、連續小波變換(CWT)和廣義S變換(ST)等。短時傅立葉變換使用固定時窗，不能根據信號的變化調整分辨率，只適合分析分段平穩信號或者近似平穩信號，因此短時傅立葉變換的分辨率無法在空間域或頻率域達到最佳[8]；連續小波變換技術繼承和發展了短時傅里葉變換的局部化思想，使用一個移動的變尺度時窗，可以對地震道進行自適應采樣，具有多分辨率特點，可由粗及細地逐步觀察信號，適用不同尺度信號特征的描述要求。廣義S變換進一步解決了短時傅里葉變換不能調節時窗的問題，同時引入了小波變換的多分辨率特征，是兩者的延伸和發展。廣義S變換利用頻率的倒數調節時窗，具有多分辨率特征。由于它能根據頻率調節時窗分析信號，在低頻部分具有較高的頻率分辨率和較低的時間分辨率，在高頻部分具有較低的頻率分辨率和較高時間分辨率，對數據處理的適應性較強，效果良好[19-20]。

根據研究區三維地震資料，目的層附近主頻為42 Hz，有效帶寬為10～75 Hz。本文以過A井的測線作為試驗線，分別應用3種時頻分析算法將常規時間域地震資料轉換到頻率域，選用接近主頻的45 Hz頻率剖面對3種方法得到的剖面進行對比分析(如圖5)，分頻剖面的分辨率較常規地震剖面明顯提高，但不同算法對儲層的描述精度有很大差異。與STFT和CWT算法相比，廣義S變換具有更高的分辨能力，A井和B井鉆遇FII1小層的砂體在該分頻剖面能夠將其清晰地刻畫出來，該區時頻分析算法選用廣義S變換開展后續工作。

a—原始地震剖面;b—短時傅里葉變換;c—連續小波變換;d—廣義S變換a—original seismic profile;b—STFT;c—SWT;d—GST圖5 不同頻譜分解算法對比地震剖面Fig.5 Comparison of seismic spectrum profiles by different spectral decomposition algorithms

2.3 敏感頻率地震剖面重構

當前，敏感頻率的確定主要利用已鉆井的符合情況來確定。依據研究區內重點井目的層廣義S變換時頻剖面上確定的不同敏感頻率，進行地震數據體重構融合，構建出適合預測特定砂體厚度和組合特征的“敏感頻率重構地震數據體”。如圖6所示，在廣義S變換的時頻分析剖面上，A井和B井目的層段對應的敏感頻率為45 Hz，C井目的層段對應的敏感頻率為30 Hz左右，為此利用30 Hz和45 Hz的單頻體重構敏感頻率數據體，開展目標砂體預測。

圖7為過A、B、C三口已知井的敏感頻率重構連井地震剖面，圖3中出現的砂體厚度與原始地震波峰同相軸不一致的情況得到有效解決，A、B、C井砂體均對應較強波峰同相軸的特征，敏感頻率重構的地震剖面上，B、C井之間可以見到波峰同相軸下切的相變點，兩井之間發育兩套不連通的砂體。該結果表明敏感頻率重構技術可以有效解決厚層砂體地震響應弱的問題。

a—A井;b—B井;c—C井a—well A;b—well B;c—well C圖6 3口已知井基于廣義S變換時頻分析成果Fig.6 Three well-known wells based on generalized S-transformation time-frequency analysis results

圖7 過3口已知井敏感頻率重構地震剖面Fig.7 Reconstructed seismic section through three well-known wells

3 應用效果分析

基于敏感頻率重構數據成果，針對目標小層FII1重新開展精細砂體預測，屬性分析的時窗大致包含砂體對應的波峰同相軸。圖8為原始數據與敏感頻率數據中提取的FII1小層砂體振幅屬性預測對比圖，原始數據預測該小層砂體在斷塊的北部連片發育，在工區的南部砂體不發育，特別是在C井點處預測結果與實鉆砂體不符合；基于敏感頻率重構的數據體，預測砂體主要發育在斷塊的中南部，A井以北地區砂體不發育， C井發育砂體向部延伸具有一定規模，但C井和B井發育的砂體不連通。

如前文圖2所示，完鉆的P1水平井出現的最大矛盾是：水平井末端鉆遇泥巖，但在地震剖面上對應強波峰同相軸特征。在敏感頻率重構的地震剖面上，如圖9所示，該水平井末端鉆遇泥巖的位置對應地震弱波峰同相軸，砂巖發育區對應強波峰同相軸，與實際鉆探效果吻合程度大大提高，符合率從70%提高到86%左右，表明敏感頻率重構技術應用效果顯著?；诖祟A測結果，該區保留了原來設計的P2井、P3井。完鉆后P2井砂巖鉆遇率90%，P3井砂巖鉆遇率86%，均取得了較好效果。

圖10為P2井實鉆軌跡與原始振幅屬性和敏感頻率振幅屬性疊合對比圖，其中黃色為井上鉆遇砂巖段，藍色為井上鉆遇泥巖段。兩類數據預測該井區附近發育砂體整體特征一致，ad靶點之間砂體均較發育，在df靶點之間原始屬性預測砂體不發育，而敏感頻率重構數據屬性預測砂體在f靶點之前，砂體發育，而在f靶點以后為泥巖發育區，這與該井實踐鉆探效果符合度較高，整體評價后原始振幅屬性與實鉆砂體符合率在73%，而敏感頻率振幅屬性與實鉆砂體符合率在92%以上。

a—原始地震振幅屬性;b—敏感頻率數據體振幅屬性a—original seismic amplitude attribute;b—sensitive frequency reconstruction data amplitude attribute圖8 敏感頻率重構體與原始數據振幅屬性對比Fig.8 Comparison of sensitive frequency reconstruction volume and original data amplitude attribute

圖9 過P1井—A井連井敏感頻率重構剖面Fig.9 Cross-P1 well-A well sensitive frequency reconstruction profile

a—原始地震振幅屬性;b—敏感頻率數據體振幅屬性a—original seismic amplitude attribute;b—sensitive frequency reconstruction data amplitude attribute圖10 P2井區敏感頻率重構體與原始數據振幅屬性對比Fig.10 Comparison of the amplitude properties of the sensitive frequency reconstructed body and the original data in P2 well area

a—原始地震振幅屬性;b—敏感頻率數據體振幅屬性a—original seismic amplitude attribute;b—sensitive frequency reconstruction data amplitude attribute圖11 P3井區敏感頻率重構體與原始數據振幅屬性對比Fig.11 Comparison of the amplitude properties of the sensitive frequency reconstructed body and the original data in P3 well area

圖11為P3井實鉆軌跡與原始振幅屬性和敏感頻率振幅屬性疊合對比。在ac靶點之間鉆遇大段砂巖，原始振幅屬性預測為泥巖發育區，而敏感頻率重構屬性預測為連片的砂巖發育區，在ce靶點之間， 交互鉆遇砂泥巖， 振幅屬性能量強弱橫向變化，兩個數據預測結果基本一致，整體評價原始振幅屬性與實鉆砂體符合率在60%，而敏感頻率振幅屬性與實鉆砂體符合率在85%左右?；诿舾蓄l率重構數據提取的地震屬性有效指導了水平井鉆探。

4 結論及認識

本文針對Y5井區薄層砂體，利用時頻分析技術，提高了薄層預測精度，取得以下兩點認識：

1)薄層河道砂體的地震響應特征與單層砂體厚度有關，多數情況下其厚度小于調諧厚度，對應振幅特征為單調遞增的特征；

2)遇到不同厚度單砂體與地震波形振幅能量剖面特征不一致情形時，在頻率域內尋找能夠反映砂體響應特征的敏感頻率，利用“敏感頻率重構數據體”開展屬性預測工作，有效改善薄層砂體的預測效果，提高井位的鉆探成功率。