DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2016.03.018
地震沉积学在水下分流河道砂体预测中的应用
蔡东梅1，郝兰英1，郭亚杰1，程顺国1，陈丽艳2，孙立东1
(1. 大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江 大庆，163712；
2. 大庆油田有限责任公司第一采油厂，黑龙江 大庆，163712)
摘要：以萨中油田北一区断东高台子油层为例，开展密井网条件下基于地震沉积学的井震结合刻画方法研究，应用地层切片上的振幅特征和地震剖面上的波形变化特征，以“地震趋势为引导，井点相确定”为原则，平面与剖面相互验证，井震结合精细识别内前缘相水下分流河道砂体的空间展布特征。研究结果表明：研究区高台子油层水下分流河道宽度主要为60~150 m，只在中部发育500~600 m宽的大规模河道，为多期叠加而成，局部河道走向与物源方向垂直。
关键词：水下分流河道；识别；井震结合；地震沉积学
中图分类号：TE122.1 文献标志码：A 文章编号：1672-7207(2016)03-0850-07
Application of seismic sedimentology to predicting underwater distributary channel sandbody
CAI Dongmei1, HAO Lanying1, GUO Yajie1, CHENG Shunguo1, CHEN Liyan2, SUN Lidong1
(1. Daqing Oilfield Exploration and Development Institute, Daqing 163712, China;
2. No.1 Oil Production Company of Daqing Oilfield Co. Ltd., Daqing 163712, China)
Abstract: Taking Gaotaizi oil layer with block of Beiyiquduandong in Sazhong Oilfield as an example, the research of the accurate reservoir description method with seismic sedimentology was carried out. The underwater distributary channel of shallow-water delta front was finely identified by the characteristic of seismic waves in the strata slice and amplitude in the seismic section. The method can finely identify the spatially distributing feature of underwater distributary channel integrating high desity well-pattern with seismic data, which was guided by the distribution tendency of seismic amplitude, controlled by microfacies of wells, and the characteristics of plane and profile verified each other. The results show that the width of channel in Gaotaizi oil layer is 60-150 m, the middle area develops multi-channel overlaid by multi-phase with the width of 500-600 m, and the direction of several channels is perpendicular to provenance.
Key words: underwater distributary channel; recognition; integrating wells with seismic data; seismic sedimentology
目前，大庆长垣油田萨葡高油层的前缘相水下分流河道精细描述存在2个问题：1) 水下分流河道砂体宽度较窄，目前井网控制程度较低，根据露头观察发现，即使砂体相距30~40 m，河道岩性、宽度和厚度差异都较大，而研究区目前井距主要为100 m左右，无法完全刻画横向剧烈变化的窄河道砂体；2) 对水下分流河道砂体的描述主要是以井点为中心，两侧对称分布，不同厚度的河道宽度一致，且不同位置的河道宽度也相似。通过现代沉积发现，在平面上河道的宽度也存在不均匀变化的现象，目前的刻画方法不能真实展现地下实际河道的面貌。因此，不应仅依靠现代沉积露头以及常规的经验公式所反映的预测模式，对水下分流河道砂体进行描述，还应利用高密度三维地震资料所反映的实际地下地质模式，综合利用密井网资料，开展窄河道砂体井震结合精细描述。地震沉积学由ZENG等[1]提出，经历了十几年的发展，对其理论基础、核心思想、研究内容、研究思路等都有较为统一的认识，它继承了地震地层学和层序地层学的思想，强调地层切片的等时性、岩性标定、资料处理及解释方法，注重地震资料的沉积学(沉积相和岩性)解释[2]，利用沉积体系的空间地震反射形态与沉积地貌之间的关系来研究沉积建造[3]。近年来，国内外学者应用地震沉积学的方法开展解释工作，林承焰等[4-5]指出了地震沉积学的关键技术及其适用性和意义，陆永潮等[6-7]对滩坝砂进行了精细识别，HART[8]分析了扇三角洲的宏观展布特征，曾洪流等[9-10]精细描述了松辽盆地齐家地区青山口组的三角洲窄河道砂体走向以及边界，并形成了相应的技术规范。但是在井网密度较大(最小井距为60 m)的条件下，如何充分发挥井信息纵向分辨率高和地震资料横向密度大的优势，建立逼近地下实际的砂体模型，这方面的研究较少。为此，本文作者以大庆长垣油田北一区断东为例，开展密井网基于地震沉积学的井震结合水下分流河道刻画方法研究。
1 研究区地质概况
图1所示为北一区断东西块位置及地震资料品质。由图1可见：研究区位于长垣北部的1个短轴背斜构造的中部，含油面积为17.3 km2。其主力含油层系为萨葡高油层，为水退转为水进时期形成的大型坳陷湖盆条件下河流—三角洲沉积体系，研究区位于湖岸线频繁摆动区域，油层沉积类型多样，河道砂体、河口坝砂体(叶状体)和薄层席状砂体重叠交错，非均质性严重，其中河道砂体为主要储层[11-12]。储层孔隙度为22%~26%，渗透率为0.2~1.6 μm2，具备中孔中渗特征。该区块1960年投入开发，先后经历了3次大调整，部署7套开发井网，综合含水率已达90%以上，为特高含水期。分析认为研究区地震采集时激发药量大、地震资料能量高、信噪比高且均一，地震资料品质较高，适合开展地震储层预测研究。
图1 北一区断东西块研究区位置及地震信噪比分布特征
Fig. 1 Location and distribution of seismic signal-to-noise ratio in the block of Beiyiquduandong
2 基于地震沉积学的井震结合砂体刻画方法
国内外已开展的地震沉积学解释主要是面向勘探的研究，关键技术包括地层切片、90°相位和分频处理这3项[13]。与常规的地震沉积学解释相比，在面向开发尺度的密井网条件下，基于地震沉积学的井震结合砂体刻画方法不仅要识别河道砂体的宏观发育特征，还要对河道边界的准确位置和确定走向进行精细识别，这需突破传统的1/4地震反射波长的分辨率。因此，在研究方法上，应强调以丰富的密井网资料作为控制，从河道砂体的沉积成因出发，充分利用河道砂体在平面和剖面上沉积特点和相互间的成因联系，以地质模式和沉积规律来弥补地震解释中多解性的问题。针对研究区的特点，在本次研究中采用井控高保真地震处理、基于正演模拟的砂体反射特征研究、井控地层切片提取和优选、井震结合分层次刻画河道砂体等方法。
2.1 井控高保真地震处理
为有效消除地震资料各种干扰因素的影响，提高地震资料岩性识别能力，采用小目标区处理方法，在北一区断东西块高密度三维地震资料处理时，开展模型约束初至折射静校正、叠前噪音压制、分域两部法反摺积[14]、基于微测井表层吸收补偿及窄入射角成像等关键处理技术攻关，充分利用密井网资料，以井点一类砂岩厚度为控制，对振幅切片进行分析，通过处理与解释多次反复的结合，直到获得能够真实反映地下丰富地质信息的地震处理数据体，实现北一区断东西块地震资料高保幅处理，有效降低地表及基地表因素影响，拓宽频带宽度，目的层段主频为45~56 Hz，地震波形横向变化特征明显，横纵向分辨能力有所提高，为水下分流河道砂体井震结合精细刻画奠定了坚实的基础(图2)。
2.2 不同类型砂体的反射特征分析
地下砂体的分布与组合特征是影响地震反射特征的主要因素，不同类型砂体及其组合在实际地震资料中的响应特征，以及砂体边界地震波形和属性的变化特征，都需要开展研究。地震正演模拟就是利用已有资料建立地下地质模型，根据地震波在地下介质中的传播原理，通过射线追踪或波动方程偏移等方法，正演模拟计算出对应于地质模型的地震记录，帮助地质研究人员建立沉积解释思路，减少地震储层预测的多解性。根据北一区断东实际井资料，建立水下分流河道砂体组合模型有河道—河漫、河道—河道、河道—堤岸3种类型，针对不同类型的组合模型，利用地震正演模拟技术，分析其地震响应特征如表1所示。
由表1可见：河道—河漫组合为突变式接触关系，即厚层砂直接与泥岩、泥质粉砂岩或者粉砂质泥岩接触，这种沉积组合的河道边界地震反射特征变化不明显，只有微弱的变化，沿着目的层位(框内)分析剖面地震属性，得到振幅随地震道的变化曲线，分析认为河道边界处振幅变化较大(2道与3道之间，6道与7道之间)，综合分析认为地震振幅能够准确反映孤立河道砂体边界。
河道—堤岸组合为渐变接触关系，即厚层砂与厚度较薄、质量较差砂岩接触，这种沉积组合的河道边界地震反射特征变化也不明显，沿着目的层位(框内)分析剖面上地震属性随地震道的变化曲线，河道砂体边界处振幅能量微弱突变(2道与3道)，要结合多种资料综合解释河道边界的确定位置。
河道—河道组合为不同期次河道砂体叠合而成，这种沉积组合的复合河道边界地震反射特征变化明显，但内部单一河道边界无法通过地震剖面反射特征识别，沿着目的层位(框内)分析剖面上地震属性随地震道的变化曲线，在复合河道边界处地震能量突变，在单一河道边界振幅能量无突变，但随砂岩厚度的变化，振幅也呈规律性变化，需依据河道的形态、展布等特征综合判断复合河道中单一河道期次和边界。
可见，河道的剖面地震反射特征和平面属性变化比较复杂，应用地震资料对其进行解释存在多解性，需综合多种资料，相互验证，对河道进行刻画。
2.3 井控地层切片提取和优选
研究区地层沉积厚度在横向上较稳定，采用时间域基于反射标志层顶底的等比例剖分的方法，能有效地表征小层界面的相对等效性[14]。为了提高地震层位解释精度，在全区2 250口井中选取1 006口有声波曲线的井，应用校正井曲线、提取变频、变子波的方法，进行合成记录的制作。通过井震合一的逐井逐标志层进行层位精细标定和追踪，并以标志层为控制，进行等比例剖分，结合目的层位的沉积特征，对层位进行局部微调，建立逼近沉积单元级的精细等时的地层格架，确保目的层位地层切片的提取精度。
图2 北一区断东西块井控高保真处理前后地震剖面对比
Fig. 2 Contraction of seismic processing section amplified by high-fidelity with multi-wells and original section in the block of Beiyiquduandong
表1 不同剖面组合地震响应特征
Table 1 Seismic response characteristics with different sedimentary assemblages
在精细地层切片提取的基础上，利用丰富的密井网资料，以井点钻遇砂岩厚度与地层切片上振幅能量强弱进行对比分析，统计认为，砂岩厚度大于2 m的井点中，75%的井点分布在中—强振幅区域，说明井震匹配关系较好，地层切片可用来开展河道砂体井震结合刻画。
2.4 井震结合分层次刻画河道砂体
地震沉积学解释方法的优势体现在大规模河道砂体的精细解释，即利用其平面分辨率高的优势，精细识别大规模河道砂体边界的准确位置和确定走向。因此，采用分层次解释的思路，井震结合分层次刻画河道砂体：首先，以地震资料信息为主，井震结合确定河道的展布趋势和边界特征；然后，在复合河道边界的控制下，以井信息为主，沉积模式指导精细刻画单一河道砂体的空间展布特征。
2.4.1 河道展布趋势的确定
以往的河道展布趋势的确定主要通过物源分析、砂岩等厚图分布特征、古构造分析等资料，按照模式绘图法确定河道展布趋势，对井点微相进行组合，存在不确定性。本次研究充分发挥地震信息的平面采样率高的特点，宏观分析大区域的地震属性切片，通过“泥中找砂”，应用强振幅信息初步确定目标区河道的趋势和接触关系。以高Ⅰ6+7为例，图3所示为北一区断东西块高Ⅰ6+7振幅切片的沉积学解释。由图3可知：北一区断东工区内发育5条河道，其中北部物源河道4条，东部物源河道1条，不同河道相互叠加、汇流和分流，形成枝状、网状的分布格局，河道的曲率主要为1.1~1.3，局部区域曲率较大，大于1.5。
2.4.2 河道边界的确定
井间河道边界的确定一直是困扰地质家的难题，以往研究主要依据现代沉积、古代露头以及经验公式预测河道边界。本次研究在河道展布趋势确定的基础上，采用“井震结合，平面与剖面相互验证”的方式，平面上地层切片振幅能量突变判断为河道边界，剖面上地震波形变化辅助刻画分析，精细刻画井间河道边界。
图4所示为北一区断东西块高Ⅰ6+7井震结合剖面识别河道边界。由图3和图4可知：河道规模变化较大，中部大规模河道宽500~600 m，西部和东部窄河道宽60~70 m，河道以连续分布为主，在局部地区发生断续。
2.4.3 单一河道的划分
在复合河道边界控制下，利用密井网测井信息识别的单井相为主，在沉积模式引导下[14]，平面与剖面相互约束和验证，以“厚度差异、高程差异、曲线形态差异”为识别依据[15-16]，揭示复合河道砂体内幕信息，精细识别单河道砂体的空间展布特征。以高Ⅰ6+7单元为例，图5所示为北一区断东西块高Ⅰ6+7井震结合剖面识别河道边界。井震结合识别中部发育400~600 m宽的河道砂体，分析垂直河道水流方向剖面的测井曲线特征，由图5可见：B1-4-B35井与B1-4-P135井的测井曲线形态和砂岩厚度差异较大，表现为不同的水动力特征；B1-51-SP254井与B1-D5-W35井砂岩顶界高程存在差异，表现为河道沉积时期的差异性；在井G107-39识别出河间薄层砂。综合判断中部发育的宽河道砂体为两期河道切叠而 成，早期河道为工区北部流入，河道宽度约为150 m，晚期河道为工区东部流入，河道宽度约为200 m。
图3 北一区断东西块高Ⅰ6+7振幅切片的沉积学解释
Fig. 3 Sedimentologic interpretation of strata slice on formation in the block of Beiyiquduandong
图4 北一区断东西块高Ⅰ6+7井震结合剖面识别河道边界
Fig. 4 Integrating high density well-pattern with seismic data identify boundary of the channel in the section on the formation of GⅠ6+7 in the block of Beiyiquduandong
2.4.4 应用效果分析
分析的井震结合河道刻画成果，采出井高115-51与周围注水井的高Ⅰ6＋7－高Ⅰ16单元均不发育河道，注采对应关系较差，日产液23.5 t，日产油2.4 t，含水质量分数为85.5%，属于低效井。分析井震结合刻画成果，认为高115-51井与周围3口采出井均位于河道边部变差部位，通过压裂措施增强与水下分流河道砂体的渗透连通性，改善注采效果，2012-04-30，对高115-51井的高I油层组采取压裂措施，该井每日的产液量达26.8 t，产油量达8.2 t，含水率(质量分数)下降8.6%，截至2013-09-24，累积增加产油量达到560 t，应用效果较好。 这也进一步验证了基于地震沉积学的井震结合刻画方法识别水下分流河道边界的准确性。
图5 北一区断东西块高Ⅰ6+7井震结合剖面识别河道边界
Fig. 5 Identification of single channel in the section on the formation of GⅠ6+7, the West block of Beiyiquduandong
3 水下分流河道发育特征及成因认识
通过上述基于地震沉积学的井震结合水下分流河道砂体精细识别，对研究区高台子油层水下分流河道砂体的发育特征及成因进行分析。
北一区断东高台子油层发育内前缘相中远岸沉积，由于古地形平坦，湖泊的波浪作用带较宽，沉积物较薄且分布广泛，水进和水退频繁交替发生，存在多级次的旋回，在剖面上呈交互指状的分布特征。
水下分流河道砂体宽度主要为60~150 m，主体部分厚度为2~3 m，较薄的河道砂厚度小于2 m，表现了浅水三角洲分流体系末端衰竭的河流特点，水流强度和切割能力较弱，不发生明显的侧向迁移；河道整体呈连续的枝状、网状和豆荚状分布，这是由于河流能量较弱，天然堤不发育，洪水期易发生决口改道的作用，因此，河道容易分流，而不同分流河道发生汇流作用，使河道呈枝状或网状分布特征，并且由于水流能量较弱，古河道沉积厚度薄，容易被湖水改造，使条带状河道砂体发生断续，呈豆荚状分布特点。大部分河道为顺物源走向分布，但由于河水分流、汇流以及局部微构造的影响，局部地区发育垂直物源走向的河道，沿河道方向砂体连续性和渗流方向均较好。
4 结论
1) 在密井网开发区应用地震沉积学，应强调丰富井信息的控制作用，对高精度的三维地震资料的处理、切片提取和优选、正演模拟、地震相分析的关键环节进行质量控制，并以地质模式和沉积规律作为指导，发挥三维资料的空间优势，平面与剖面联合解释，尽可能消除传统地震沉积学解释中的多解性，可以突破地震资料分辨率对河道砂体解释的制约，提高河道砂体的解释精度。
2) 研究区的水下分流河道砂体具有厚度薄、变化快的特点，仅依靠地震资料，也不能完全反映砂体的内幕信息。采用分层次刻画河道砂体的思路，即首先以地震资料信息为主，井震结合确定河道的展布趋势和边界特征。然后在复合河道边界的控制下，以井信息为主，精细识别砂体的空间展布特征，刻画成果指导开发调整措施方案，应用效果良好，证实了井震结合刻画成果的可靠性和方法的可行性，满足油田开发生产的需求。
3) 井震结合识别研究区水下分流河道砂体的空间展布特征，河道砂体宽度主要为60~70 m，形态呈枝状、网状和豆荚状分布，大部分河道走向为顺物源方向，局部地区发育垂直物源走向的河道。
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(编辑 刘锦伟)
收稿日期：2015-03-28；修回日期：2015-05-02
基金项目(Foundation item)：国家科技重大专项(2011ZX05010-001) (Project(2011ZX05010-001) supported by the National Science and Technology Major Program of China)
通信作者：蔡东梅，博士，工程师，从事油气田开发地质、开发综合研究；E-mail: dqcaidm@petrochina.com.cn
