模型正演技术在巴中地区须四段主河道砂体识别中的应用

肖 伟， 王明飞， 何志勇

(中石化勘探南方分公司，成都 610041)



模型正演技术在巴中地区须四段主河道砂体识别中的应用

肖 伟， 王明飞， 何志勇

(中石化勘探南方分公司，成都 610041)

巴中地区须四段主要为陆相辫状河三角洲前缘沉积，前人的研究表明，主河道沉积微相是该区须四段高产富集的主控因素之一，但是由于须四段分流河道侧向迁移频繁，纵向上相互叠置，导致地震资料横向变化较大，利用这些资料研究主河道砂体在剖面上展布其可靠性较差。运用模型正演技术，借助该区域三维剖面反射特征，利用已钻井资料提供岩石物理参数，设计地质模型，进而研究和分析模型正演结果，明确了巴中地区须四段主河道砂体的地震响应特征，建立了主河道地震识别模式，在此基础上追踪出主河道砂体的分布范围，取得了较好的应用效果。

模型正演； 主河道； 砂体识别； 巴中地区

0 引言

模型正演技术是解决地震多解性的重要手段,也是勘探复杂目标的有效技术。在辫状河三角洲前缘岩性油气藏勘探开发中，主河道砂体的识别是关键。由于河道砂体尺度小、散度大，横向非均质性强，再加上地震资料分辨率有限，砂体识别存在不确定性。前人在研究时，一般都是根据地质特征设计不同的地质模型，进行正演模拟，得出河道砂体的地震识别模式，对提高地震资料岩性解释的可靠性及提高油气藏勘探成功率方面具有重要的参考价值[1-4]。借助前人的研究方法，针对优质河流相砂体地震识别难度大、预测存在多解性的特点，这里运用模型正演技术，首先在已知井点建立地质模型与地震剖面对比分析，在此基础上设计出不同主频、主河道砂体厚度、地球物理参数、岩性组合的多种地质模型，正演模拟各种模型的地震响应，综合得出巴中地区须四段主河道砂体的地震识别模式，并在平面上追踪出主河道砂体的分布。

1 研究区概况

巴中地区区域构造上位于通南巴构造带的西南，九龙山构造东南侧，西侧紧邻梓潼凹陷，南部为川中古隆起北斜坡，东南部为仪陇-平昌平缓构造带；区域构造主要属于通南巴构造隆起带西南端和川北坳陷西部。上三叠统须四段砂岩储层是巴中地区重要目的层，已有两口井在须四段试获工业气流，其中YL17井须四段测试获得22.635 9×104m3/d 工业气流。

前期研究成果表明，巴中地区须四段为多期辫状河三角洲前缘沉积，水下分流河道相互叠置，纵向上可以分为两套砂体，①上部以细-中粒长石岩屑砂岩沉积为主；②下部以细粒、中粒岩屑砂岩沉积为主。其中上部长石岩屑砂岩为须四段主要储层发育段，主河道沉积微相和裂缝是储层富集高产的主控因素，作者研究范围在须四段上部长石岩屑砂岩岩性圈闭内。

2 正演模拟

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建立地质模型的地震记录。其主要目的是通过模拟记录与实际地震记录的对比分析，校正初始模型，使之更接近地下真实的地质情况。模型正演包括模型建立、正演模拟、记录分析等过程。通过建立已知的地震地质模型进行地震正演，能够帮助人们直观地认识地震波在地层中的传播规律，识别地质构造及油气藏的地震响应，从而指导地震数据的采集、处理和解释，模型正演研究是地震勘探方法的基础。这一过程涉及到岩石物理、地质构造以及数学方法等方面[5-7]。对于须四段主河道的识别，由于研究区钻井资料缺乏，因此需要根据实际地震剖面，不断调整模型设计方案，对主河道厚度、物性及岩性变化进行正演模拟，进而建立主河道砂体的地震识别模式。

2.1 地质模型的建立及岩石物理参数分析

依据过YL17井实际的地震剖面(图1(a))及研究区地质情况，建立地质模型(图1(b))，该井段在须四段上部发育主河道砂体，从地震剖面上可以明显看出，须四段上砂体底界波峰下拉，振幅减弱，顶界出现复波，根据地震反射外部形态来看，是较为典型的河道充填相特征。

图1 巴中地区地震剖面及主河道地质模型

岩石物理参数是模型正演的重要参数之一，研究区内共有两口已钻至须四段底界的钻井，通过单井沉积微相分析，只有YL17井在须四段钻遇主河道砂体，因此利用YL17测井资料来获取须四段基础的岩石物理参数。首先根据YL17井须四段的录井岩性(图2)，将须四段自上而下分为钙屑砂岩、泥岩、主河道砂岩、长石岩屑砂岩、岩屑砂岩五种岩性，再加上须四段顶、底两套泥岩段共七个不同岩性段，利用声波、密度测井资料，分别统计出各个岩性段的速度和密度参数(图1(b))。

图2 YL17井综合柱状图

2.2 模型正演模拟分析

地震子波是正演模拟的另一个重要参数，为了便于研究，这里选用Ricker子波作为正演模拟子波，而Richer子波主频决定了地震垂向分辨率[8]，直接影响模型正演的结果。因为巴中地区须四段地层横向上岩性及厚度变化较快，不同的子波主频对正演结果影响较大，因此首先讨论研究区须四段Ricker子波主频的选取。

选择不同主频的Ricker子波进行正演模拟，从图3可以看出，随着子波主频增加，地震分辨率逐渐提高，在主频大于30 Hz时可以很好地将主河道砂体底界与须四段上砂底界分开，但由于主河道砂体顶部夹有两套10 m左右的薄层，即使子波主频达到45 Hz也难以区分开主河道砂体顶界。

图3 不同主频的Ricker子波正演模拟结果

为了更好地将正演模拟结果与实际地震剖面进行对比，作者分析了巴中地区须四段频谱(图4)，从频谱图上可以看出，巴中地区须四段子波主频在30 Hz左右，因此正演模拟子波都选用主频为30 Hz的Ricker子波。

图4 巴中地区须四段地震资料频谱图

由于在主河道迁移过程中，随着水动力、物源供给量等因素的影响，主河道砂体在砂体厚度、物性及岩性组合在空间上会发生变化，为了研究主河道砂体在各种条件下的地震响应特征，在过YL17井主河道砂体模型的基础上，分别设计了主河道砂体厚度变化、河道砂体物性变化以及须四段顶部岩性组合变化的模型进行正演模拟。

首先研究主河道砂体厚度变化对正演结果的影响，分别设计了主河道砂体厚度由20 m变化到70 m的地质模型，其他岩性段的厚度保持不变，进行正演模拟(图5)。从正演模拟结果来看，随着主河道砂体厚度增大：①主河道顶界波峰变化不大；②主河道底部波峰振幅逐渐减弱，当主河道砂体厚度达到一定程度(即主河道砂体底界与须四段上砂底界之间厚度小于四分之一波长，由井上统计可知巴中地区须四段平均速度约为 5 100 m/s，主频约 30 Hz，因此四分之一波长约为43 m)，主河道砂体底界与须四段上砂底界相互干涉形成复波，随着主河道砂体厚度继续增大，复波振幅又逐渐增强；③须四段上砂底界波峰下拉，振幅逐渐减弱，当主河道砂体厚度增加到一定程度时，变化趋势与主河道砂体底界相同；④须四上砂内部同相轴增多。

图5 主河道砂体厚度变化模型及正演模拟结果

其次研究主河道砂体物性的变化对正演结果的影响。由于巴中地区须四段为致密砂岩储层，储层物性变化范围不大，因此作者分别设计了主河道砂体速度为4 700 m/s、4 600 m/s两个地质模型，物性比原始模型的物性稍好，然后进行正演模拟，从正演结果来看(图6)，随着河道砂体物性逐渐变好：①主河道砂体顶界波峰变化不大；②主河道砂体底界波峰振幅逐渐增强；③须四段上砂底界波峰下拉，振幅减弱。

图6 主河道砂体物性变化模型及正演模拟结果

最后研究须四段上砂体内部岩性组合变化对正演结果的影响，由于巴中地区须四段整体为辫状河三角洲前缘沉积，从测井、录井资料上分析，巴中地区须四段为大套的砂岩夹薄层泥岩的“砂包泥”结构，因此在原始地质模型的基础上，分别设计了无主河道砂体模型、无顶部泥岩夹层模型和无主河道且内部夹泥岩薄层模型进行正演模拟(图7)，从正演模拟结果来看：①不发育主河道砂体时，须四段上砂底界波峰无下拉现象，内部为宽波谷反射；②主河道砂体顶部无泥岩夹层时，主河道砂岩顶界波峰上提现象与原始模型相比不太明显，主河道砂体底界与须四段上砂底界反射变化不大；③主河道砂体不发育且须四上砂体内部夹薄层泥岩(泥岩夹层厚度为2 m～5 m，速度为4 000 m/s)时，须四段上砂底界波峰无下拉现象，振幅在夹泥岩段有所增强，须四上砂内部为宽波谷反射。

图7 须四段砂体岩性组合变化模型及正演模拟结果

综合以上正演模拟结果可以发现：主河道砂体发育时，主河道砂体顶界反射变化不大，须四段上砂底界波峰下拉，振幅减弱，须四段上砂内部同相轴增多，主河道砂体厚度增大时，须四段上砂底界出现复波，且复波振幅随着主河道砂体的厚度增大而增强，主河道砂体物性变好时，须四段上砂内部同相轴振幅增强。因此在正演模拟结果的基础上，可以建立巴中地区须四段主河道砂体的地震识别模式：①须四段上砂底界波峰下拉、波峰振幅减弱或出现复波；②须四段上砂体内部同相轴增多，出现不连续的短波峰反射。

3 主河道砂体的地震识别

3.1 须四段层序地层特征

区域构造研究表明，须三段与须四段沉积不整合界面为“安县运动”的产物，通常将此界面作为划分须家河早期和须家河晚期两个成盆期的重要依据[9]。在巴中通江铁溪剖面，须四段发育厚层砾岩沉积，可见底部对须三段炭质泥岩冲刷面，可作为层序界面识别标准之一(图8)。

图8 须四段底部砾岩冲刷接触面

图9 YL3-YL17井须家河组SQ4连井层序格架

巴中地区须四段为辫状河三角洲前缘沉积，三角洲前缘水下分流河道侧向迁移频繁，结合露头资料，YL3-YL17井层序-沉积特征(图9)，以及地震层序研究表明，主河道沉积特征清晰，在地震剖面上，地震反射特征明显，须三段地层被须四段削截，综合反映了须四底界面为具有区域冲刷侵蚀性质的不整合面，为须四段底界面；须四段上覆须五段地层，须五段以泥岩沉积为主，地震上为连续中低频强反射特征，区域上可连续追踪，作为须四段顶界面(图10)，总的来说，须四段层序具有顶部整合，底部冲刷侵蚀不整合的层序地层特点。

图10 YL3-YL17井须四段地震层序特征

图11 巴中地区须四段断裂分布平面图

3.2 层序地层格架内主河道砂体精细刻画

由YL17井须四段速度、密度统计可以看出，主河道砂体纵波波阻抗平均为12 411 m/s*g/cm3，分支河道砂体纵波阻抗平均为13 535 m/s*g/cm3，从单井波阻抗上分析，利用波阻抗反演能够较好地将主河道砂体和分支河道砂体分开，但是川东北地区须四段整体表现为低孔低渗的致密砂岩储层。另外巴中地区须四段平均埋深大于4 000 m，因此主河道砂体与分支河道砂体在物性上不会相差太大，主河道砂体波阻抗与分支河道砂体波阻抗会有较大部分重叠，利用波阻抗反演来识别主河道砂体较困难，且结果存在多解性；由主河道砂体模型正演结果可以看出，主河道砂体地震反射外部形态、内部形态、振幅、频率等地震相特征与分支河道地震相特征有较大的差别，单就模型正演结果来看，利用波形分类、RMS振幅等地震属性应该能很好地刻画主河道砂体平面展布特征，但是由于巴中地区须四段断裂特别发育(图11)，地层破坏较严重，再加上主河道砂体横向上变化较快，利用地震属性识别主河道砂体也存在较大的不确定性。

须四段地震主频不高，地震上识别单个薄砂体较困难，当多个单砂体纵向上相互叠置，形成了厚度较大、物性较好的主河道砂体，地震上就会产生响应，使利用地震剖面来识别主河道砂体成为可能。依据巴中地区须四段主河道砂体地震识别模式，在层序地层格架内采用“相面法”在须四段长石岩屑砂岩圈闭内精细追踪出主河道砂体的展布(图12、13)。由主河道砂体平面分布图可以看出，巴中地区须四段主河道砂体呈近东西向展布，与YL17井古水流方向一致(图14)，南北两套主河道砂体被中间富泥岩夹层的分支河道隔开，东部靠近物源，河道宽度大，纵向切割较深，砂体厚度较大，向西主河道逐渐分流，河道变窄，切割较浅，砂体厚度较小。

图12 巴中地区须四段主河道分布平面

图13 巴中地区须四段主河道砂体典型地震剖面

4 结论

模型正演技术是解决未知问题的有效手段，针对研究区主河道砂体的各种变化情况，设计对应的地质模型，采用合适的正演模拟方法，选择了合理的子波主频，开展正演模拟研究，建立须四段主河道砂体地震识别模式，在此基础上，在地震剖面上精细追踪出主河道砂体的分布，为后续储层预测工作提供了指导

图14 YL17井须四段古水流分析图

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Application of sand identification from the main channal of the 4thmember of Xujiahe formation in BZ area using forward modeling

XIAO Wei, WANG Ming-fei, HE Zhi-yong

(South Exploration Company,Sinopec,Chengdu 610041,China)

Forward modeling can be used to indicate the reflection characteristics of geological body, especially in the area where have little wells. The 4th member of Xujiahe formation of BZ area belongs to terrestrial braided river delta front deposits, including the channel migration frequent lateral and vertical stacked on each other. This leads to greater lateral variation of seismic data. In addition, there have little wells in BZ area. It is unreliable to research distribution of main channel sand using these above materials. In this paper, the geological model is designed firstly with the typical three-dimensional profile in BZ area. The petrophysical parameters are then obtained from wells which have been drilled. The results of forward modeling are finally studyed and analyzed to clear the seismic response characteristics of main channel sand. Based on the above processes, the distribution of the main channel sand is tracked in whole BZ area.

forward modeling; main channel; sand identification; BZ area

2014-08-12 改回日期：2015-03-26

肖伟(1981-)，男，工程师，现从事地震资料解释和储层预测研究，E-mail: diliaha@163.com。

1001-1749(2015)04-0488-06

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2015.04.12