王東輝,吳曉川

(1.中石化華北油氣分公司 勘探開發(fā)研究院,河南 鄭州 450006;2.中國科學(xué)院南海海洋研究所 邊緣海與大洋地質(zhì)重點實驗室, 廣東 廣州 510301)

0 引言

地震烴類檢測是油氣勘探人員長期關(guān)注的研究領(lǐng)域。從早期提出的亮點、暗點和平點技術(shù)等直接烴類指示技術(shù)到AVO技術(shù)，再到譜分解技術(shù)[1-3]，這一系列技術(shù)的相繼提出反映了地震烴類響應(yīng)的多樣性和復(fù)雜性以及研究人員思路的開闊性。譜分解衍生的頻譜屬性作為地震屬性的一種，它被定義為從地震子波振幅譜或功率譜所衍生出來的屬性，任何可用譜函數(shù)表征的參數(shù)均可稱之為頻譜屬性[4]，例如振幅譜的峰值頻率、峰值振幅、積分振幅屬性等。頻譜屬性在1970年提出之時被用于上地幔的研究[5]，90年代以后被應(yīng)用于地震油氣勘探中[6-10]。頻譜屬性后期被廣泛用于烴類檢測，依據(jù)含烴前后頻譜形態(tài)的變化(高頻衰減低頻增強、主頻降低)發(fā)展出多種烴類檢測方法：面積差值法[11]、衰減梯度法[12]、譜比法[13]、頻譜衰減法[14]、流體活動因子法等[15]。應(yīng)用這些方法進行烴類檢測雖然取得了一定的效果，但它們倚重于地震資料頻譜屬性的計算，在存在一定數(shù)量的探井且勘探程度相對較高的油氣田內(nèi)，直接運用上述方法就顯得與實際的油氣試采資料結(jié)合得不夠密切。此外，在一些報道中地層含烴后的變化與常規(guī)的認識出入較大，如低頻衰減高頻增強、主頻升高等[9,16-17]，直接使用上述方法也存在一定的不確定性。

本文首先介紹了地層含烴后頻譜差異的一般性與特殊性，然后概述了頻譜差異表征方式的多樣性。為使地層含烴后的頻譜響應(yīng)更為直觀而不拘泥于常規(guī)衰減方式的使用，同時為讓地震資料和油氣試采數(shù)據(jù)緊密結(jié)合，讓二者在烴類檢測上發(fā)揮最大功效，有效地將多類型的烴類檢測屬性融入頻譜差異含氣性檢測中，在郭見樂、李宗杰等[18-19]提出的瞬時頻譜特征差異基礎(chǔ)上，提出了新的基于頻譜差異的地震烴類檢測方法。該方法在有油氣試采數(shù)據(jù)的前提下，利用多個頻譜屬性表征井點射孔位置處含烴反射波與不含烴反射波之間的頻譜差異，然后通過表征頻譜差異的多屬性交會來降低烴類檢測的不確定性。

通過對鄂爾多斯盆地東勝氣田盒1段有無下伏煤層的正演模型確定了最大波谷振幅屬性為表征盒1段儲層信息的相對有利屬性。根據(jù)試氣結(jié)果將17口探井分為含烴井(11口)與不含烴井(6口)，盒1射孔段頻譜分析表明含烴井10～25 Hz內(nèi)的單頻振幅和積分振幅普遍比不含烴井的單頻振幅和積分振幅要高出許多。提取并優(yōu)選出10 Hz單頻振幅和25 Hz積分振幅來表征盒1段含烴區(qū)與不含烴區(qū)的頻譜差異，此外，低頻衰減梯度與高頻衰減梯度屬性亦能較好地表征這種差異。對比發(fā)現(xiàn)優(yōu)選出的頻譜屬性比受煤系反射影響較弱的最大波谷振幅屬性更能體現(xiàn)含烴與不含烴的差異，因此舍棄了常規(guī)屬性的使用。通過設(shè)置屬性門檻值的方式來量化含烴區(qū)與不含烴區(qū)在頻譜屬性上的差異，并將上述4種含烴門檻值內(nèi)的頻譜屬性進行交會，繼而確定出潛在的含烴區(qū)。利用水平井的鉆遇情況來驗證檢測結(jié)果，表明該方法具有一定的有效性。

1 頻譜差異烴類檢測方法背景

面積差值法、衰減梯度法、譜比法和頻譜衰減法、流體活動因子法的實質(zhì)都是在探尋含烴頻譜和不含烴頻譜的差異(圖1)，它們的提出主要依賴于地層含烴源后高頻快衰減、主頻降低、低頻增加、頻帶寬度變窄等[20]。然而，地層含烴后產(chǎn)生的頻譜差異并不總是完全符合這些規(guī)律。在四川盆地須家河組致密氣藏的地震烴類檢測過程中，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)一些氣井射孔段的峰值頻率和峰值振幅往往比非氣井的要大[16]。當?shù)卣鸩ù┩负瑲鈱佣蔚貙雍?，主頻往高頻方向移動，在區(qū)分產(chǎn)氣井和不產(chǎn)氣井方面頻帶寬度屬性也未能起到效果[16]。鄧繼新等通過楔狀模型頂?shù)追瓷洳ǖ淖V比論述了砂巖儲層含氣后主頻的移動方向，就厚層砂巖處于低速圍巖背景而言，地震波途經(jīng)含氣砂巖比途經(jīng)含水砂巖產(chǎn)生更明顯的降頻效應(yīng)；若砂巖與其上覆和下伏地層在垂向上組成反射系數(shù)增大的結(jié)構(gòu)時，砂巖含氣后主頻反而會升高[21]。此外，對于厚度小于半波長的儲層而言，地震波傳播時間短而不能造成強烈的吸收衰減，不能形成明顯的低頻陰影，甚至?xí)驓鈱禹數(shù)椎母缮嫘?yīng)而產(chǎn)生高頻增強的反射，這已被實際的油藏地震資料所揭示并證實[9,17]。因此，地層含烴后造成的頻譜差異具有多樣性，如何識別含烴區(qū)與不含烴區(qū)的頻譜差異是烴類檢測的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

圖1 面積差值法、衰減梯度法、頻譜衰減法、流體活動因子法的圖示及主要依據(jù)Fig.1 The basic for the area difference method,attenuated gradient method,spectral attenuated method and fluid flow method

除以上的方法外，在不同的地質(zhì)條件下其他頻譜屬性也被用于地震烴類檢測。例如，碳酸鹽巖儲層薄且地震資料主頻低的情況下，常規(guī)屬性難以達到令人滿意的預(yù)測效果，而頻譜的積分振幅屬性可以預(yù)測出碳酸鹽巖中的高孔滲區(qū)[22]。又如，氣層與非氣層的波阻抗值較為接近的時候，頻譜離散段的積分能量與整個頻帶內(nèi)的能量比值可以幫助勘探人員完成烴類檢測[23]。再如，有的學(xué)者通過識別含氣性儲層和不含氣性儲層的能量系數(shù)值(歸一化的峰值振幅)的差異來進行烴類檢測[24]。因此，除衰減梯度等較為常見的頻譜屬性外，其他頻譜屬性在不同的地質(zhì)條件下同樣起著重要的作用。

2 頻譜差異烴類檢測方法的思路

應(yīng)用頻譜屬性進行地震烴類檢測更多的是基于高頻快衰減低頻慢衰減的原理，但真實的情況比這更為復(fù)雜，主頻既能往低頻方向移動，也能往高頻方向移動。儲層含烴后無論表現(xiàn)為常規(guī)的衰減形式還是非常規(guī)的衰減形式，都表明含氣區(qū)與不含氣區(qū)的頻譜差異是客觀真實存在的，因而運用頻譜屬性進行烴類檢測就是要探尋并表征這種差異。所以，對于一個存在油氣井、水井和干井的勘探開發(fā)區(qū)塊，研究人員可采取分類統(tǒng)計的方法劃分出含烴井與不含烴井(井數(shù)量多的條件下，可根據(jù)油氣產(chǎn)量進行更細的劃分)，拾取它們射孔段上的瞬時振幅譜(點譜)，以實際觀察到的頻譜差異作為烴類檢測的依據(jù)，這樣既保證了地層含烴后形成的特殊頻譜差異，同時也融入了油氣試采數(shù)據(jù)的約束，使得烴類檢測的實際意義更為突出。

地震可檢測分辨率[25]認為地質(zhì)體形成的地震波，其屬性可以從其背景屬性中鑒別出來時，對應(yīng)的地質(zhì)體就可以用地震的方法識別出，積分振幅屬性、峰值振幅屬性在烴類檢測中也取得了較好的效果，因此，烴類檢測就可推廣到更為廣闊的頻譜屬性的提取與使用上。頻譜屬性(時頻屬性)的綜合使用一般通過3種方式來完成，屬性融合[26]、屬性構(gòu)建[27]和屬性交會等[28]。屬性融合是為了多方位顯示儲層的特征，屬性構(gòu)建為了突出儲層某一方面的特征，而屬性交會能降低多解性，所以表征差異的多個頻譜屬性可采取屬性交會的方式來完成含氣性預(yù)測。在油氣井、水井、干井數(shù)量較多的情況下，該技術(shù)就具有很好的地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)意義。

3 頻譜差異烴類檢測方法應(yīng)用實例

鄂爾多斯盆地伊盟隆起東勝氣田某三維區(qū)內(nèi)有22口鉆井(圖2a和2b)，并均在下石盒子組盒1段進行了試氣，其中探井17口，水平井5口。試氣結(jié)果表明探井中存在6口(J76、J122、J74、J121、J16、J06)不含氣井(圖2b)，其余11口探井均不同程度的含氣。因此，可將探井分為含氣井和不含氣井兩大類，并把水平井作為驗證井。然而，泊爾江海子斷裂以南的地區(qū)，下伏煤層反射干擾了盒1段的儲層反射[27]。

圖2 東勝氣田三維區(qū)位置(a)和三維區(qū)內(nèi)井位分布及盒1段氣水柱狀(b)圖Fig.2 The regional map of 3D seismic area in Dongsheng gas field(a) and the distribution of well locations and gas-water column diagram of the H1 member in 3D survey(b)

3.1 盒1段有效反射信息及頻譜敏感屬性分析

盒1段與下伏煤層的距離不超過90 m(圖3)[29]，盒1段被標定在T9d波峰向上40 ms的時窗內(nèi)(圖4)。此次擬通過正演模型的對比分析來查明煤層對上覆盒1段反射的具體影響(圖5)，正演模型是根據(jù)前人在該區(qū)對下伏煤層反射分叉與合并的研究替換而來。當盒1段之下不存在煤層時，盒1段含氣層的地震響應(yīng)較為明顯，表現(xiàn)為波峰和波谷的強反射(圖5a)。當盒1段下伏區(qū)域存在煤層時，煤層反射會淹沒含氣層產(chǎn)生的強波峰反射，此時的波峰反射已不能見到含氣與不含氣造成的差異。值得注意的是，盒1段波谷反射還保留了一些含氣層的異常地震響應(yīng)(圖5b)，如強波谷反射和波谷較寬等，所以盒1段的真實信息集中在波谷反射上。

圖5 無煤層(a)和有煤層(b)情況下的正演模擬Fig.5 Forward model with coal seams (a) and without coal seams (b)

圖4 過J77、J120、J121井地震剖面與層位標定Fig.4 The seismic section crossing well J77,well J120 and J121,marked with horizons

圖3 盒1段過J77、J120、J123井連井剖面及盒1段射孔位置Fig.3 The well section profile of the H1 member,including well J77,well J120 and well J123,showing the location of the payzones of the H1 member

為了證實盒1段波谷屬性在揭示儲層信息方面的有效性，我們將盒1段的均方根振幅屬性與最大波谷屬性進行了平面上和井點上的對比(圖6a和6b)。盒1段的均方根振幅屬性的分布樣式與下伏煤系地層厚度的大小變化是趨于一致的，表明下伏煤層反射嚴重影響了盒1段的均方根屬性，而最大波谷屬性的展布特征不同于均方根屬性的分布樣式(圖6a和6b)，這表明煤層反射對最大波谷屬性的影響相對較小。井點處均方根振幅屬性與最大波谷振幅屬性的統(tǒng)計對比又進一步證明了上述的推斷，對盒1段含氣井位和不含氣井位而言，它們的均方根振幅屬性在數(shù)值上具有較大的重疊范圍(圖7a)。

圖6 盒1段均方根振幅(a)和T9d波峰之上波谷的最大絕對值振幅(b)Fig.6 The RMS of the H1 member(a) and the maximum absolute value amplitude of the trough above the T9d peak(b)

圖7 盒1段井點均方根振幅(a)和T9d波峰之上最大波谷振幅(b)統(tǒng)計直方圖Fig.7 Histogram of the RMS attribute at the well location corresponding to the H1 member(a) and histogram of the maximum absolute value amplitude at the well location corresponding to the trough above the T9d peak(b)

相反，含氣井位處的最大波谷屬性值比不含氣井位處的最大波谷屬性值要高出許多，二者的重疊范圍較小(圖7b)，數(shù)值上區(qū)分明顯。綜合上述的分析可知，盒1段的最大波谷屬性比盒1段的均方根振幅屬性更適用于含氣檢測。

國內(nèi)女性主義翻譯研究15年(2002—2016)——基于CNKI 559篇期刊論文的文獻統(tǒng)計分析 劉滿蕓 40(4)320

3.2 盒1段頻譜差異相關(guān)屬性的優(yōu)選

根據(jù)井上盒1段儲層的空間分布位置和時間域與T9d波組的關(guān)系，分別提取含氣探井與不含氣探井射孔段上的瞬時振幅譜和積分振幅譜(采用廣義S變換)。從圖8a可以看出，同不含氣井相比，含氣井的頻帶范圍更寬，振幅值也相對較大。峰值振幅方面，除不含氣井J106外，含氣井普遍高于非含氣井。同樣地，在10～25 Hz區(qū)間段，含氣井的振幅更強，超過25 Hz后，含氣井與不含氣井的頻譜曲線混雜交織在一塊，差異不明顯(圖8b)。從圖8b可以看出，10 Hz以下，含氣井與不含氣井的積分振幅差異不明顯。在10～25 Hz區(qū)間內(nèi)，這兩者之間的差異逐漸顯現(xiàn)，含氣井的積分振幅顯著增大，不含氣井中僅有J56和J104的積分振幅值高于含氣井的積分振幅值，其余不含氣井的積分振幅值均小于含氣井的積分振幅值。超過25 Hz后，含氣井J94與J51就同不含氣井的積分振幅屬性值曲線發(fā)生交叉與重疊，甚至小于不含氣井的積分振幅值(圖8b)。

圖8 含氣井與不含氣井盒1射孔段的瞬時振幅譜圖(a)和積分振幅譜圖(b)Fig.8 Instantaneous amplitude spectrum (a) and integrated amplitude spectrum (b) of the H1 member corresponding to gas-bearing wells and non-gas-bearing wells

為表征整個盒1段平面上的含氣位置與不含氣位置的頻譜屬性差異，提取出整個盒1段的頻譜屬性(T9d-40 ms)，分別提取了10、15、20、25 Hz的單頻屬性和積分振幅屬性。低頻梯度以10 Hz和15 Hz為控制點，計算該區(qū)間內(nèi)的能量線性變化率。高頻衰減梯度以占時窗總能量的85%處的能量值和頻率值，以及占總時窗能量的65%處的能量值和頻率值為控制點，計算這兩點之間的斜率[12]。對4種頻譜屬性的井位處數(shù)值進行了統(tǒng)計，以找出含氣與不含氣之間的屬性差異(圖9，圖10和圖11)。

圖9 盒1段含氣井與不含氣井井位處10 Hz(a)、15 Hz(b)、20 Hz(c)、25 Hz(d)單頻振幅屬性值直方圖Fig.9 Histogram of the isolated amplitude at the well locations of the H1 member, corresponding to 10 Hz (a), 15 Hz (b), 20 Hz (c), 25 Hz (d), respectively

通過對5、10、15、25 Hz的單頻振幅屬性和積分振幅屬性進行優(yōu)選，優(yōu)選的依據(jù)是在含氣井與不含氣井的屬性值重疊區(qū)間內(nèi)，不含氣井的個數(shù)要越少越好。含氣井的屬性值要具有向高值集中的趨勢，以保證含氣井與不含氣井的屬性值差異最大化。從預(yù)測期望上來看，希望含氣井屬性值和產(chǎn)氣量都要大。因此，本次優(yōu)選出了10 Hz單頻振幅和25 Hz的積分振幅作為表征頻譜差異的最佳屬性。

3.3 頻譜屬性與最大波谷振幅屬性的對比

在受煤層反射干擾下，前面的研究可知，最大波谷振幅屬性反映儲層信息比均方根振幅屬性更為有效。通過研究區(qū)頻譜屬性之間的優(yōu)選表明，10 Hz振幅屬性、25 Hz積分振幅屬性、低頻和高頻衰減梯度屬性在區(qū)分含氣井與不含氣井方面也較為有效。根據(jù)優(yōu)選的對比結(jié)果來看，盡管最大波谷振幅屬性和頻譜屬性在區(qū)分含氣井與不含氣井方面均有一定的重疊范圍，但頻譜屬性重疊范圍內(nèi)的不含氣井的個數(shù)較少，僅2口(圖9a，圖10d，圖11a和圖11b)，最大波谷振幅屬性重疊范圍內(nèi)不含氣井的個數(shù)較多，高達4口(圖7b)。因此，時頻屬性比受煤系反射影響較弱的最大波谷振幅屬性在烴類檢測效果方面效果更好。

圖10 盒1段含氣井與不含氣井井位處10 Hz(a)、15 Hz(b)、20 Hz(c)、25 Hz(d)積分振幅屬性直方圖Fig.10 Histogram of the integrated amplitude at the well locations of the H1 member,corresponding to 10 Hz (a),15 Hz (b),20 Hz (c),25 Hz (d),respectively

圖11 盒1段含氣井與不含氣井井位處低頻衰減梯度直方圖(a)與高頻衰減梯度屬性直方圖(b)Fig.11 Histogram of the low frequency attenuated gradient(a) and high frequency attenuated gradient(b) at the well locations of the H1 member

3.4 盒1段頻譜差異區(qū)的平面表征

按照上述優(yōu)選出來的屬性，合理設(shè)立屬性門檻值，以此來量化含氣井與不含氣井的差異。針對盒一段的頻譜差異進行門檻值的確定和最終的交會分析。井點處10 Hz的振幅屬性統(tǒng)計直方圖上可見J20井比其他不含氣井的振幅值要小很多，且其產(chǎn)氣量僅有0.145×103m3·d-1，遠小于其他含氣井的產(chǎn)量(圖2b)。因此，在確定10 Hz振幅屬性門檻值時，若將門檻值的下限設(shè)定在30以下包括J20井，則包含了許多不含氣井，故將J20井視為不含氣井，以便減少門檻值范圍內(nèi)不含氣井的個數(shù)。因而將10 Hz振幅中區(qū)分含氣井與不含氣井的門檻值區(qū)間設(shè)定在60～160(圖9a)，此門檻值范圍內(nèi)僅有1口不含氣井(J122)。同樣地，25 Hz積分振幅中區(qū)分含氣井與不含氣井的門檻值區(qū)間設(shè)定在4.5×107～3.7×108(圖10d)，該范圍內(nèi)存在3口不含氣井(J121、J16和J106)；低頻梯度屬性中區(qū)分含氣井與不含氣井的門檻值區(qū)間設(shè)定在1.0×106～1.7×107(圖11a)，在這范圍內(nèi)僅存在1口不含氣井(J121)；高頻梯度屬性中區(qū)分含氣井與不含氣井的門檻值區(qū)間設(shè)定在3.0×106～1.65×107(圖11b)，該區(qū)間內(nèi)存在2口不含氣井(J121和J106)。把這些介于門檻值區(qū)間內(nèi)的頻譜屬性進行交會(圖12)，就可得到門檻值區(qū)間內(nèi)的交會屬性分布圖(圖13)。圖13 為下石盒子組盒1段氣水柱子與頻譜差異交會分析平面疊合圖，白色區(qū)為不含氣區(qū)，彩色區(qū)為門檻值范圍內(nèi)的地震含烴區(qū)域。從圖13分析，J77P1H井不在本次交會出的區(qū)域中，J77P2H、J77P3H、J77P4H、J77P5H井均落在了交會區(qū)域，這表明，該研究方法和思路具有一定的可靠性。

圖12 門檻值內(nèi)25 Hz積分振幅、低頻衰減梯度、高頻衰減梯度和10 Hz的單頻振幅屬性交會流程Fig.12 The crossploting flow diagram of the attributes within the threshold value, including integrated amplitude of 25 Hz, the low frequency attenuated gradient attribute, the high frequency >attenuated attributed and the 10 Hz isolated amplitude

圖13 盒1段氣水柱子與頻譜差異交會分析平面疊合圖Fig.13 The superimposed map of the gas-water column of the H1 member and spectral difference area,white area indicating the non-gas-bearing area while colorful area indicating the potential gas-bearing area revealed by seismic data

4 結(jié)論

直接使用衰減面積、衰減梯度、譜比屬性等方法進行烴類檢測具有一定的風險且缺乏實際油氣試采數(shù)據(jù)的約束。在有油氣試采數(shù)據(jù)的前提下，針對已知井的射孔段，分析頻譜特征差異與含油氣性的關(guān)系，建立含油氣性識別預(yù)測模式。在井少的情況下可作為參考依據(jù)，井多的條件下則更具有地質(zhì)統(tǒng)計意義。

1)鄂爾多斯盆地東勝氣田下石盒子組盒1段受下伏煤系反射影響嚴重，盒1段地震烴類檢測研究表明，在有無煤層正演模型和井點屬性值的統(tǒng)計分析認為， 最大波谷振幅屬性受煤系地層地震反射影響弱，比盒1段均方根振幅屬性更有效，但不如優(yōu)選出來的盒1段頻譜屬性更能反映含油氣的特征。

2)鄂爾多斯盆地東勝氣田下石盒子組盒1段區(qū)分含氣井與不含氣井的優(yōu)勢頻譜屬性為10 Hz單頻振幅、25 Hz積分振幅、低頻和高頻衰減梯度屬性。由這4種所選門檻值范圍之內(nèi)的頻譜屬性交會出該區(qū)盒一段地層潛在含氣分布范圍，其中，在5口水平井中有4口水平井落在了交會的含氣區(qū)域，表明檢測結(jié)果具有一定的可信度。

3)對儲集層或目的層從采用頻譜聚類的方法，如使用無監(jiān)督頻譜聚類，對比已知井的關(guān)系來檢測油氣，也可利用已知井點建立樣本，開展有監(jiān)督頻譜聚類以檢測烴類分布。