張永華，張 悅，杜 偉，郭飛飛，劉俊青

(1.中國石化河南油田分公司，河南 南陽 473132；2.中國地質(zhì)大學(xué)，湖北 武漢 430074)

?

混沌屬性預(yù)測泌陽凹陷陡坡帶小型砂礫巖體

張永華1，張 悅2，杜 偉1，郭飛飛1，劉俊青1

(1.中國石化河南油田分公司，河南 南陽 473132；2.中國地質(zhì)大學(xué)，湖北 武漢 430074)

泌陽凹陷南部陡坡帶小型砂礫巖體儲層非均質(zhì)性強、橫向相變快，傳統(tǒng)的地震屬性描述技術(shù)不能有效刻畫小型砂礫巖體的空間形態(tài)?；煦鐚傩允腔诰植繕?gòu)造張量特征值相對大小、不同特征值組合運算得到的屬性，該屬性體可有效突出特殊地質(zhì)體的邊界，可以較好地刻畫小型砂礫巖體儲層的空間展布。通過對混沌屬性原理的論述，提出了利用混沌屬性預(yù)測小型砂礫巖體的思路及方法。在對已鉆井鉆遇的砂礫巖體儲層地球物理響應(yīng)特征研究基礎(chǔ)上，分析砂礫巖體儲層屬性敏感性，優(yōu)選混沌屬性。以特殊處理得到的混沌屬性為基礎(chǔ)，利用精細解釋及地層切片技術(shù)對小型砂礫巖體進行描述，準確地預(yù)測了泌陽凹陷陡坡帶小型砂礫巖體的空間分布。預(yù)測結(jié)果與實鉆井吻合，部署的井位均鉆遇油層。

小型砂礫巖體；敏感性；混沌屬性；地層切片；泌陽凹陷

0 引 言

混沌屬性是基于局部的構(gòu)造張量特征值相對大小、組合參數(shù)的確定來反映特殊屬性體的邊界，利用混沌屬性可以檢測有序反射間雜亂或無反射的區(qū)域，是近期引入的特殊巖性預(yù)測方法。混沌現(xiàn)象最早是美國氣象學(xué)家Lorenz于1963年在分析天氣預(yù)報模型時，首先發(fā)現(xiàn)空氣動力學(xué)中的混沌現(xiàn)象[1]，并用非線性動力學(xué)對該現(xiàn)象進行描述。1975年，混沌屬性作為一個新的科學(xué)名詞首先出現(xiàn)在科學(xué)文獻中[2]。2012年，吳朝容等人把混沌屬性應(yīng)用于小斷層或裂縫發(fā)育帶的檢測[3]。隨著油氣勘探開發(fā)工作深入，泌陽凹陷富油凹陷陡坡帶小型砂礫巖體已經(jīng)成為油氣勘探的重要目標。由于南部陡坡帶小型砂礫巖體儲層非均質(zhì)性強、橫向相變快，傳統(tǒng)的地震屬性描述技術(shù)不能有效刻畫小型砂礫巖體，而混沌屬性可以較好地刻畫小型砂礫巖體儲層的空間展布。

1 地質(zhì)概況

泌陽凹陷是南襄盆地次級構(gòu)造單元，空間形態(tài)呈南深北淺的單斷扇形箕狀凹陷構(gòu)造，其內(nèi)所鉆遇的地層自上而下依次為第四系平原組、古近系上寺組及廖莊組、核桃園組、大倉房組和玉皇頂組，基底為前白堊系。古近系核桃園組是泌陽凹陷主要含油氣層段。

該凹陷形成主要受北西西向的唐河—栗園斷裂和北東向的栗園—泌陽斷裂控制，沉積沉降中心位于東南部盆地邊界斷裂交匯處的安棚—安店一帶。其南部邊界斷裂不僅控制了凹陷的形態(tài)和規(guī)模，而且控制著砂礫巖體的分布特征。南部邊界斷裂傾角大，構(gòu)造運動導(dǎo)致邊界斷裂上升盤山體垮塌、滑坡，在斷裂下降盤自西向東發(fā)育多個砂礫巖體，呈裙邊狀展布，這些砂礫巖體與生油巖直接接觸，具有良好的成藏條件，是增儲上產(chǎn)的有利勘探目標區(qū)。但陡坡帶砂礫巖體規(guī)模相對較小，近源快速沉積、分選差，儲層巖性以砂礫混雜堆積為主，結(jié)構(gòu)成熟度低，儲層非均質(zhì)性強、橫向變化大。其有效儲層預(yù)測難度大[4-6]。具體表現(xiàn)為：砂礫巖體厚度大，有利含油層位不清楚；砂礫巖體橫向巖性不穩(wěn)定，有效儲層分布不落實，扇體邊界的變化認識不清；地震反射雜亂，儲層描述困難。

針對上述情況，從砂礫巖體成藏條件分析入手，通過已鉆井鉆遇砂礫巖體儲層在地震剖面上的響應(yīng)特征，分析砂礫巖體儲層屬性敏感性，優(yōu)選混沌體屬性對小型砂礫巖體進行描述，取得了良好的鉆探效果。

2 混沌屬性原理

混沌屬性主要基于張性算法，通過對地震數(shù)據(jù)體中層間地震反射波傾角相似性計算，描述地層內(nèi)地震反射波的反射特征及反射結(jié)構(gòu)的連續(xù)性變化，以檢測有序反射間的無反射帶，突出地震雜亂反射相。

在三維地震數(shù)據(jù)體中，將地震反射振幅作為三維空間變量，通過計算任意一點P(x，y，t)的地震反射振幅A(x，y，t)的梯度，求出地震反射同相軸的局部傾角和方位角。如果地震反射能量強、信噪比較高，則地震反射振幅等值面是有序的，地震反射振幅A(x，y，t)梯度的方向，也就是振幅變化最大的方向為反射同相軸的法線方向，相鄰點的振幅梯度的方向是有規(guī)律的。若地層間地震反射波信噪比低、反射雜亂，則振幅梯度就沒有規(guī)律，是無序的混沌狀。

假設(shè)地下空間任一點地震反射振幅在其附近有限區(qū)域沿x、y方向的視傾角為α和β，其與視傾向方位和真傾向方位φ之間的關(guān)系為[7]：

α=scosφ

(1)

β=ssinφ

(2)

式中：s為地震反射點沿視傾向方位的單位長度。

為了突出層間地震反射結(jié)構(gòu)的總體特征，采用特征向量計算方法進行計算。在給定范圍內(nèi)，計算出每個點的梯度向量，建立協(xié)方差矩陣。

(3)

求解計算出協(xié)方差矩陣最大特征值對應(yīng)的特征向量，也就是某一點的梯度主方向。如果地層內(nèi)地震反射波信噪比較高、連續(xù)性好，梯度向量對應(yīng)協(xié)方差矩陣的最大特征值λmax較其他2個特征值中值λmid、最小值λmin大許多；反之，當(dāng)有效波不明顯時，協(xié)方差矩陣的最大特征值與其他2個特征值的差別不大。因此，用3個特征值之間的相互關(guān)系可以判別振幅值的分布規(guī)律與混亂性。TrygveRanden給出了混亂性度量的定量參數(shù)[8]：

(4)

顯然，J值越大，對應(yīng)的振幅值越混亂，表明構(gòu)造中的不規(guī)則變化區(qū)域越大；J值越小，振幅值越有規(guī)律，表明構(gòu)造內(nèi)反射規(guī)則、地層變化不大。由于地層巖性非均質(zhì)性各種散射和繞射的相互影響，在邊界斷裂帶附近常表現(xiàn)為反射振幅雜亂帶。

3 砂礫巖體地震預(yù)測

根據(jù)陡坡帶沉積、儲層及含油特征，在對該區(qū)精細儲層標定、構(gòu)造解釋的基礎(chǔ)上，通過敏感性屬性分析，優(yōu)選混沌屬性對目標區(qū)塊目的層段砂礫巖體進行研究，預(yù)測了有利砂體的分布區(qū)域[9-14]。

3.1 儲層精細標定

儲層精細標定是儲層預(yù)測的基礎(chǔ)及層位追蹤的前提。儲層預(yù)測中的層位標定不但要準確標定標志層，還要精確標定有利儲層，指導(dǎo)精細儲層解釋與預(yù)測。

為了做好層位標定工作，首先在儲層宏觀規(guī)律認識的基礎(chǔ)上，對已鉆遇砂礫巖體的井進行剖析，分析其測井曲線上的目標儲層的電性特征。在地層精細對比的基礎(chǔ)上，對井中鉆遇砂礫巖體主要的含油層，通過精細的合成記錄制作標定在地震剖面對應(yīng)的位置上，以便對油層頂?shù)走M行對比解釋與屬性分析。

在儲層標定過程中，先用理論子波對大套標志性層位進行對比，在此基礎(chǔ)上，通過提取井旁地震道子波，進行精細的合成記錄標定[15-16]。從B358井合成記錄與井旁地震道對比可以看出，油層頂部為強振幅，從井旁地震剖面看，該反射波雖然振幅較強，但橫向連續(xù)性差(圖1)。

3.2 屬性優(yōu)選

通過屬性優(yōu)選實現(xiàn)小型砂礫巖體預(yù)測。對含油層段的砂礫巖體地球物理響應(yīng)特征進行分析。認為：B358井區(qū)物源主要來自南部的扇三角洲砂體，在南部邊界斷裂附近的B304井位于扇根部位，錄井巖性主要混雜堆積的砂礫巖，其自然伽馬與電阻率曲線表現(xiàn)為參差不齊的低、中幅度鐘形或箱形。向東北到扇體中的B358井仍為礫狀砂巖或含礫細砂巖，但繼續(xù)往北部深湖區(qū)的B96井則主要為細砂巖和泥巖，巖性與B358井有明顯差異，表明這2口井處于不同的沉積相帶?；阢@井資料的地質(zhì)分析，利用波形相似性屬性、相干屬性、邊緣檢測、混沌屬性等屬性體，對B358井鉆遇的油層進行分析。通過與該地區(qū)已鉆探井對比分析，認為形變屬性與該區(qū)已鉆探井具有最好的吻合性。

圖2是過B358—B96井的不同屬性剖面圖。

圖1 B358井地震合成記錄

從圖2可以看出，在相干體屬性剖面上，B358井與B96井都位于砂礫巖體前緣之外的深湖區(qū)，沉積上處于同一相帶，與巖性錄井明顯不一致，而混沌屬性剖面則能將兩井的沉積相帶差異較好地區(qū)分開來。因此，可以選擇混沌屬性刻畫砂礫巖體內(nèi)部特征及邊界。

圖2 過B358—B96井不同屬性對比剖面

3.3 砂礫巖體刻畫

混沌屬性主要用來描述混雜無序狀態(tài)的程度，突出雜亂區(qū)域。如果該值比較高，則表明構(gòu)造內(nèi)反射雜亂；反之，指示構(gòu)造內(nèi)反射規(guī)則，地層變化不大。該屬性對于刻畫快速堆積、反射雜亂的砂礫巖扇體具有較好的效果。

為了得到混沌屬性，對泌陽凹陷南部陡坡帶100 km2的三維地震數(shù)據(jù)進行混沌屬性處理。為了使混沌屬性更好地反映滑塌體的反射特征，首先開展去噪處理?；谔荻冉Y(jié)構(gòu)張量算法的屬性計算對于原始數(shù)據(jù)中的噪聲較為敏感[17-18]，采用自適應(yīng)構(gòu)造取向去噪方法進行去噪。該方法能根據(jù)主構(gòu)造方向自動調(diào)整方位，對雜亂反射區(qū)去噪效果較好，有利于提高層間反射的連續(xù)性。其后開展了基于梯度結(jié)構(gòu)張量分析的屬性提取方法參數(shù)實驗。

根據(jù)砂礫巖體可能的體積范圍約為120 km3，把檢測體單元參數(shù)設(shè)為5×5×7。分析時窗一般應(yīng)大于檢測體單元，通過對比分析，把分析時窗設(shè)置為10×10×15。通過計算得到三維混沌屬性數(shù)據(jù)體，南部砂礫巖體能在剖面上較好地反映出來(圖3)。

圖3 泌陽凹陷陡坡帶南北向混沌體屬性剖面

通過合成記錄層位標定，B358井砂礫巖體有利儲層在混沌體剖面上1 440 ms處，混沌屬性為較大值。為了保證屬性分析的準確性，在高分辨率地震剖面上對其顯示層頂?shù)走M行解釋。根據(jù)標定結(jié)果對油層頂?shù)走M行追蹤，即地震反射層頂部波峰和底部零相位，在目的層開展等時地層界面層間精細追蹤。在精細解釋的基礎(chǔ)上，為了保證預(yù)測地質(zhì)體在有效窗范圍內(nèi)，使其地震反射特征的波形具有完整性，分別以解釋的頂?shù)讓游簧舷?0 ms作為控制層制作地層切片。

為了更好地反映砂礫巖體沉積展布特征，開展了基于地震沉積學(xué)的儲層演化地震分析，通過對等時地層切片內(nèi)儲層引起的地震屬性空間相對變化的地質(zhì)解釋，識別砂礫巖體有利儲層空間展布。

將砂礫巖體目標儲層頂?shù)讓游蛔鳛榉治鰰r窗，在混沌屬性體上提取均方根屬性，得到具有地層厚度的地震屬性切片。該地層切片包含了目的小層層段內(nèi)的混沌屬性信息，更有效地反映砂礫巖體沉積規(guī)律。

圖4是泌陽凹陷陡坡帶核三3上部砂礫巖體有利儲層平面圖。從圖4可看出，來自南部的砂礫巖體，由南向東北展布，砂礫巖體面積為3.8 km2。

圖4 核三3上部有利儲層平面分布

砂礫巖體平面展布與已鉆井揭示的結(jié)果吻合，圖5是泌陽凹陷陡坡帶核三3上部B304—B358—B96井地層對比圖，鉆井揭示砂礫巖體在核三3上時期較為發(fā)育，砂礫巖體往深湖區(qū)延伸較遠，在扇中處疊加厚度較大，是理想的儲集體。該砂體由南向東北展布，在B358與B96井之間尖滅。

圖5 核三3上部B304—B358—B96井地層對比

3.4 效果分析

通過地震屬性的分析與優(yōu)選，認為混沌屬性對砂礫巖形態(tài)的描述具有較好的一致性。在利用混沌屬性對砂礫巖體精細描述及油氣成藏條件研究的基礎(chǔ)上，落實了泌陽凹陷南部陡坡帶小型砂礫巖體分布范圍。綜合評價后部署了泌B358、B366、B405井，3口井均在混沌屬性預(yù)測的砂礫巖體有利相帶內(nèi)鉆遇油層，其中B358井在2 656.6～2 674.2 m井段試油，獲得日產(chǎn)油17.08 t/d；B366井在2 746.0～2 763.9 m井段試油，獲日產(chǎn)油6.37 t/d；B405井在2 276.0～2 324.0 m井段試油，獲日產(chǎn)油3.73 t/d。

4 結(jié) 論

(1) 混沌屬性是基于局部構(gòu)造張量特征值相對大小及組合參數(shù)的確定來突出特殊屬性體的邊界，是描述非均質(zhì)性強、橫向變化大的砂體的有效方法。

(2) 利用混沌屬性進行砂體預(yù)測，對研究區(qū)的地質(zhì)條件進行分析，明確成藏條件及沉積特征，并開展砂礫巖體儲層屬性敏感性研究工作。

(3) 由于混沌屬性是基于梯度結(jié)構(gòu)張量算法的屬性，對于原始數(shù)據(jù)中的噪聲較為敏感，在生成混沌屬性前應(yīng)進行去噪處理工作。

(4) 為了更好地反映砂礫巖體沉積展布特征，開展基于地震沉積學(xué)的研究思路，通過等時地層切片技術(shù)，識別砂礫巖體有利儲層空間展布。

(5) 在層位精細標定的基礎(chǔ)上，利用混沌屬性體對泌陽凹陷南部陡坡帶小型砂礫巖體空間分布進行描述，以此為基礎(chǔ)部署的井位在砂礫巖體鉆遇了油層，預(yù)測結(jié)果與實鉆結(jié)果吻合。

[1] 姜德平，羅曉曙，唐國寧，等.超混沌Chua電路的比例同步及其研究[J].廣西師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2004，22(3)：10-14.

[2] 馬紅光，韓崇昭，孔祥玉，等.模型間歇振蕩器的混沌特性分析[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報，2005，17(1)：249-251.

[3] 吳朝容，段文檠，龔莉.裂縫性儲層三維可視化預(yù)測[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2012，39(4)：420-425.

[4] 張永華，田小敏，羅家群.泌陽凹陷隱蔽油氣藏分布特征與勘探方法[J].油氣地質(zhì)與采收率，2001，8(3)：28-30.

[5] 張永華，楊道慶，孫耀華.高精度層序地層學(xué)在隱蔽油藏預(yù)測中的應(yīng)用[J].石油物探，2007，46(4)：378-383.

[6] 陳萍.泌陽凹陷陡坡帶砂礫巖體預(yù)測[J].石油勘探與開發(fā)，2006，33(2)：198-200.

[7] 朱成宏，黃國騫，秦瞳.斷裂系統(tǒng)精細分析技術(shù)[J].石油物探，2002，41(1)：42-48.

[8] 韋瑞表.楚雄盆地紅層地震采集效果影響因素[J].中國石油勘探，2015，20(3)：64-72.

[9] 沈加剛，張鳳青，宋永忠，等.陸相地震沉積學(xué)砂體識別技術(shù)[J]. 大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2013，32(4)：129-133.

[10] 盧勉. 基于地層地震屬性切片技術(shù)的儲層精細描述方法——以長垣北一區(qū)斷東西塊高Ⅰ油層組為例[J].東北石油大學(xué)學(xué)報，2015，39(4)：63-70.

[11] 李先平，李小冬，田建章，等.廊固凹陷巖性地層領(lǐng)域成藏條件及勘探潛力[J].中國石油勘探，2013，18(6)：1-6.

[12] 楊道慶，張永華，羅家群，等.時頻分析技術(shù)識別泌陽凹陷畢店地區(qū)河道砂體[J].特種油氣藏，2015，22(1)：12-15.

[13] 付代國，張永華，張德超，等.泌陽凹陷南部地區(qū)巖性油藏預(yù)測技術(shù)與效果[J].石油天然氣學(xué)報，2008，30(2)：453-455.

[14] 張永華，程學(xué)峰，楊忠意.一個水下扇的綜合研究實例[J].河南石油，2000，14(3)：7-9.

[15] 張永華，陳萍.基于合成記錄的綜合層位標定技術(shù)[J].石油地球物理勘探，2004，38(1)：92-96.

[16] 陳亞新，魏粉云，高立峰.松遼盆地英臺斷陷營二段火山碎屑巖儲層預(yù)測技術(shù)[J].中國石油勘探，2013，18(3)： 50-56.

[17] 陳雙全， 季敏.地震數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)張量相干計算方法[J].石油物探，2012，31(3)：233-238.

[18] 張永華，楊道慶.井約束反演技術(shù)在白云巖縫洞型儲集層預(yù)測中的應(yīng)用[J].新疆石油地質(zhì)，2006，27(2)：219-222.

編輯 張 雁

20151116；改回日期：20160320

中國石油化工股份有限公司科技項目“泌陽凹陷新領(lǐng)域成藏條件與富集規(guī)律研究”(P13103)

張永華(1965-)，男，教授級高級工程師，1988年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石油物探專業(yè)，2004年畢業(yè)于石油大學(xué)(北京)地質(zhì)工程專業(yè)，獲碩士學(xué)位，長期從事地震資料解釋與儲層預(yù)測工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.03.003

TE121

A

1006-6535(2016)03-0011-05