CN112180468B - 一种等时地层模型控制下的砂砾岩体岩相预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种等时地层模型控制下的砂砾岩体岩相预测方法，包括：根据井震频谱分析、fischer曲线和耦合系数对井震关系进行标定；根据EMD，分解获得本征模函数分量，实现地震剖面的重构；建立初步三维虚拟网格；形成节点网格并以相关门槛值约束形成基础的对象单元；利用应用价值函数计算对象单元间相关度指标，将相关度指标高的对象单元连接，得到层位框架，再根据地层沉积的继承性，细化内插形成三维等时地层模型；根据等时地层模型获得等时地层切片，通过等时地层切片对砂砾岩体岩相。本发明极大提高了砂砾岩体层序划分精度，并在该模型约束下通过敏感属性优选对影响砂砾岩体非均质性的岩相进行预测，为深层砂砾岩体的勘探开发提供了参考和依据。

Description

一种等时地层模型控制下的砂砾岩体岩相预测方法

技术领域

本发明涉及地质勘探技术领域，更具体的说是涉及一种等时地层模型控制下的砂砾岩体岩相预测方法。

背景技术

砂砾岩体是岩性的概念，是油田对陆相断陷盆地陡坡带粗碎屑沉积物的通俗的统称。盐家地区砂砾岩体经过几代石油勘探者半个世纪的不懈努力，地质认识逐渐深化(孔凡仙,2000；孙龙德，2003；操应长等，2014)，勘探开发硕果累累，已成为东营凹陷目前重要的增储上产阵地。但随着勘探目标日趋隐蔽(埋藏深度不断加大，油藏类型转向岩性油藏)，加之工程技术--特别是水平井、大角度斜井技术的发展，对储层刻画精度提出了更高的要求，而合理的地层精细划分是开展精细储层研究的前提，如何实现高精度等时地层格架内小尺度砂砾岩体的平面展布及时空演化研究是摆在地质研究人员面前现实的难题。

传统地震层序划分受分辨率限制只能划分到四级，为解决更精细地层划分问题，通常引入地层切片技术。简单地震反射中地层切片基本接近等时沉积界面，但在复杂地震反射中非线性、不规则的沉积体(角度不整合和包络面)会导致地层切片穿时(刘招君等，2012)。为此，等时地层模型建立显得尤为重要。等时地层模型基本理念是：地下地质界面在局部区域具有一定的连续性和稳定性，表现为相邻地震道上的相似性或相关性，通过分析地震道的这种相似性和相关性，从而实现地震层位等时细化(郑公营等，2013)。目前建立等时地层模型的技术主要有四类：地质建模类、倾角驱动类、层位拼片类和全局最优化类。其中，地质建模类模型框架仍依赖人工解释，效率低且对解释人员经验要求高；后三类属于从地震数据计算地质模型的三维地震解释算法，实现了三维地震自动解释，而Pauget等提出的“基于价值函数全局最优化的三维地震自动解释方法”可通过交互修改的方式进一步优化解释方案，对复杂地质条件具有更好的适应能力(丁梁波等，2018)。

砂砾岩体作为近源快速堆积的产物，受多期次叠置的复杂性及深层地震资料品质限制，内幕反射杂乱、空白，地震期次界面不明显，同时岩石结构特征复杂，岩相变化快，储层非均质性强，等时地层模型建立和岩相预测难度较大，大大制约了该类油藏的发现和扩大。

因此，如何提供一种精准且方便简单的等时地层模型控制下的砂砾岩体岩相预测方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种等时地层模型控制下的砂砾岩体岩相预测方法，解决了现有技术中的等时地层模型建立和岩相预测难度大且不够精确的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种等时地层模型控制下的砂砾岩体岩相预测方法，包括以下步骤：

S1.根据井震频谱分析、fischer曲线和耦合系数对井震关系进行标定；其中耦合系数为通过测井资料获取的合成记录与原始的地震资料的耦合系数；

S2.根据经验模态分解法，通过测井资料和地震资料自身的时间尺度特征把复杂信号分解为有限个本征模函数分量，以与井上地层旋回划分相对应的自然伽马测井曲线分量作为标尺来确定匹配度高的地震波形数据分量，实现地震剖面的重构，在重构的地震剖面上进行地震期次界面的判别；

S3.在地震波形数据分量的基础上，建立初步三维虚拟网格；在极性处设置固定步长形成节点网格，以预设的相关门槛值作为约束来连接邻近节点形成的面元为对象单元；利用应用价值函数计算对象单元间相关度指标，将相关度指标高的对象单元连接，得到层位框架，再根据地层沉积的继承性，细化内插形成三维等时地层模型；

S4.根据等时地层模型获得等时地层切片，通过等时地层切片对砂砾岩体岩相。

优选的，S1的具体内容包括：

获取地震资料和测井资料分别进行地震时频分析和测井时频分析，并进一步根据测井资料获取Fischer曲线，获取耦合系数，通过所获取到的地震时频分析和测井时频分析结果、Fischer曲线和耦合系数对井震关系进行标定。

优选的，S2的具体内容还包括：

将复杂信号分解为有限个本征模函数分量之前先调整参数，调整地震资料的时频实现与测井资料的时频相匹配；

实现地震剖面的重构后，通过所确定的参数指导无井区参数的设定；并以匹配后的时频及地震波形数据分量信息为指导，在重构地震剖面上进行地震期次界面客观判识。

优选的，应用价值函数为：

式中，m为三维虚拟网格的节点数目，p(k)和p(l)分别代表k节点和l节点所在位置，

为k节点和l节点间的距离，Dst(J_k,J_l)代表k节点和l节点间的相关度指标。

优选的，所述相关度指标为综合分析属性得到的指标参数，其中综合分析的属性包括对象单元间的波组反射特征、地层的反射趋势和钻井的吻合度。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种等时地层模型控制下的砂砾岩体岩相预测方法，具有以下有益效果：

(1)在井间速度差异较大的地区，井、震频谱分析、Fischer曲线及耦合系数三因子共同控制下的合成地震记录标定方法可有效减少了主观因素的影响，降低了人为误差，该方法在保证标准反射界面一致的情况下，通过加入旋回信息及同采样率的井、震时频信息，微调时深关系，使得井震资料在可分辨的旋回界面上保持一致。

(2)本发明中还公开了基于价值函数的三维地震自动追踪等时地层模型建立方法，尊重地震数据的同时实现了自动追踪，提高了解释精度及解释效率，但由于该方法对地震资料依赖性较大，在地震资料基础较差地区，可与EMD等其他手段相结合，在提高数据分辨率的基础上，通过交互修改的方式优化解释方案，调整各级层序界面，保证模型建立的准确性和高效性。

(3)在高精度等时地层模型基础上可以获得纵向密集分布的地震解释层位即等时地层切片，在其基础上提取的地震属性可以更好地反映沉积体横向变化及沉积相特征。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的一种等时地层模型控制下的砂砾岩体岩相预测方法；

图2附图为盐家地区古断剥面与沙四下顶面立体显示图；

图3附图为过YX229井垂直物源方向地震剖面及该井综合录井图；

图4附图为砂砾岩体井震关系标定流程；

图5附图为Y22-22井三因子合成记录标定结果及EMD分量选取；

图6附图为EMD分解地震层序地层格架；

图7附图为初始地层模型生成示意图；其中，(a)为三维数据体虚拟网格点，(b)为面元网格三维图，(c)为面元网格构建层位框架(d)为初始地层模型图；

图8附图为研究区三维等时地层模型成果图；

图9附图为模型抽稀等时地层切片；

图10附图为研究区沙四上主要目的层岩相预测图与实钻井情况。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例以位于济阳坳陷东营凹陷东北部的盐家地区为例对本发明的具体步骤进行说明：

盐家地区位于济阳坳陷东营凹陷东北部，受边界大断裂--陈南断裂控制，早第三纪以来沉积了大量的近岸水下扇砂砾岩体。平面上，扇体分布具受古冲沟控制，扇体延伸方向与古冲沟一致(如图2所示)；垂向上，不同时期形成的扇体由老到新逐渐向盆缘退积，构成了扇根-扇中-扇端的向上变细、变薄的正向旋回序列。沙四段是东营凹陷重要的生油层系，该时期砂砾岩扇体与深湖亚相泥岩侧向接触，具有极佳的生储盖配置关系，但其埋藏深度大(>3700m)，储层致密(孔隙度<9％，渗透率<2md)，非均质性强，相带间储层物性差异大，扇中水道相带含油性最好。

从地震剖面可以看出：研究区湖相地层总体以平行、亚平行反射为主，连续性较好；砂砾岩扇体在平行于物源方向的剖面上与湖相地层高角度对接，为不断退积叠合的楔形体，地震反射同相轴不稳定，内部呈波状或杂乱反射，连续性差，反映高能快速的堆积过程；垂直于物源方向上单个扇体呈弧形，从扇端到扇根河道特征的杂乱弧形下凹反射增多，反射的连续性变差。全区连续追踪解释存在较大困难，手工解释常常受主观因素影响，效率较低且尺度大，如图3所示YX229井的常规地震解释单期次厚度达250m，期次内部存在多套油水系统，严重制约后期储层和成藏认识。

如图1所示，本实施例的具体方法包括以下内容：

S1.根据井震频谱分析、fischer曲线和耦合系数对井震关系进行标定；其中耦合系数为通过测井资料获取的合成记录与原始的地震资料的耦合系数；具体流程如图4所示。

需要进一步说明的是：

砂砾岩扇体与围岩(湖湘泥岩)速度差异较大(一般比围岩速度大1000～2000m/s)，但其内部反射成层性差、杂乱、空白，同时储层纵、横向非均质性强，井间同一深度速度差异较大，合成记录难标定。常规合成记录井震关系的标定方法主要是在确定砂砾岩体顶面和基岩面两个大的速度差异界面后，依靠人为手动调节来实现整体标定。该方法随意性较大，且对于未钻遇基岩面的井无法确定其标定的合理性，影响标定精度。

Y22-22井的标定结果如图5所示，该图显示：井、震时频分析有良好的对应关系，合成记录与地震耦合系数窄条分布，主要地震层序界面与fischer曲线层序界面一致，表明标定合理可靠。通过标定，确定了各层系在地震上的准确位置。有效降低解释方案的多解性，保证了研究区非均质区块层位标定解释的可靠性。

利用三因子共同控制下的井震关系联合标定方法，优选研究区40口井进行了标定，结果显示单井时深关系与区带综合速度基本一致，说明三因子联合井震标定方法准确可靠，为后期地层格架的建立奠定良好基础。

为了进一步实施上述技术方案，S1的具体内容包括：

获取地震资料和测井资料分别进行地震时频分析和测井时频分析，并进一步根据测井资料获取Fischer曲线，获取耦合系数，通过所获取到的地震时频分析和测井时频分析结果、Fischer曲线和耦合系数对井震关系进行标定。

S2.根据经验模态分解法，通过测井资料和地震资料自身的时间尺度特征把复杂信号分解为有限个本征模函数分量，以与井上地层旋回划分相对应的自然伽马测井曲线分量作为标尺来确定匹配度高的地震波形数据分量，实现地震剖面的重构，在重构的地震剖面上进行地震期次界面的判别；

需要进一步说明的是：

在精细标定基础上，为保证砂砾岩体内幕空白、杂乱地震反射期次界面追踪的准确性和客观性，引入EMD即经验模态分解法。该方法无须预先设定任何基函数，直接从信号本身产生基函数，没有交叉干扰项，因此具有很好的自适应性、正交性和完备性。实现时，通过调整井曲线、地震数据自身的时间尺度特征把复杂信号分解为有限个本征模函数(IMF)分量，通过优选井、震两者各分量间相关性高的分量用于指导地震期次界面的判识和地震层序的对比。

钻录井资料及地震反射特征分析发现，砂砾岩体内部地震同相轴对应厚层泥岩，代表了水进所形成的沉积界面。砂砾岩体沉积地层中自然伽玛曲线与其它井曲线相比，对泥质含量变化反映最敏感，能连续地反映所测地层的旋回性、周期性等沉积特征。

对比可见，重构后的地震剖面较原始地震剖面(如图3所示)分辨率明显提高，湖相及砂砾岩体内部地层界面信息得到加强，剖面的成层性更好，同时原始地震剖面的基本面貌未发生改变，表明该方法有效、可行。以此为指导，实现了砂砾岩扇体内部空白反射区期次界面的确定，降低期次界面解释的主观性。

为了进一步实施上述技术方案，S2的具体内容还包括：

将复杂信号分解为有限个本征模函数分量之前先调整参数，调整地震资料的时频实现与测井资料的时频相匹配；

实现地震剖面的重构后，通过所确定的参数指导无井区参数的设定；并以优选的匹配后的时频及地震波形数据分量EMD曲线信息为指导，在重构地震剖面上进行地震期次界面客观判识。

S3.如图7所示，在地震波形数据分量的基础上，建立初步三维虚拟网格；在极性处设置固定步长形成节点网格，以预设的相关门槛值作为约束来连接邻近节点形成的面元为对象单元；利用应用价值函数计算对象单元间相关度指标，将相关度指标高的对象单元连接，得到层位框架，再根据地层沉积的继承性，细化内插形成三维等时地层模型；

需要进一步说明的是：

相关门槛值是依据相邻波组的反射特征的相似性、地层的反射趋势是否符合地质认识等信息的综合判断，在本方法实施过程中，相关门槛值以及相关度指标均根据实际情况进行设定。

等时地层模型的建立是高精度沉积储层研究的基础。在视分辨率可识别的地震期次界面得到精细判识的基础上，实现砂砾岩体期次界面内层序的细化，就需要更深入的信号对比、数学分析来挖掘地震数据隐藏的信息，基于价值函数的地震层位自动追踪技术就是一种适用性较强的三维地层模型建立方法。

该方法从三维地震数据出发，利用地震道之间的相关图像，建立地震道之间的连接，并用价值函数对连接进行优化，从而快速高效地建立三维地质模型。其实现是模拟人脑思维过程，从全局考虑解释方案的优劣。根据上述方法获得的研究区三维等时地层模型成果图如图8所示。

深层砂砾岩体受埋藏深度及沉积特征影响，地震资料品质较差，因此模型实现过程中，引入EMD技术重构后的高分辨率地震剖面，以基于EMD技术建立的地震层序格架为约束，不断迭代确定新的标准层，进而自动追踪生成比常规地震解释层位更精细的年代地层界面。该方法综合了解释人员的地质认识和软件的高效计算，忠于地震资料的同时，大幅度提高地震解释工作的效率和精度，得到的层位几乎没有闭合差。

为了进一步实施上述技术方案，应用价值函数为：

式中，m为三维虚拟网格的节点数目，p(k)和p(l)分别代表k节点和l节点所在位置，

为k节点和l节点间的距离，Dst(J_k,J_l)代表k节点和l节点间的相关度指标。

需要进一步说明的是：

价值函数是从全局的角度进行计算，当某一个节点的连接方式改变后，就会重新进行全局的计算、对比，之后将价值函数最小的节点连接方案作为输出结果。

S4.根据等时地层模型获得等时地层切片，通过等时地层切片对砂砾岩体岩相。

在高精度等时地层模型基础上可以获得纵向密集分布的地震解释层位即等时地层切片，其突破了传统层位间等分内插切片在地震层序相变快的情况下出现明显穿时的弊端。从模型抽稀等时地层切片可以看出(如图9所示)，砂砾岩体楔状反射得到了良好的体现，且切片与地震反射对应，这是传统切片技术难以实现的。因此，在其基础上提取的地震属性可以更好地反映沉积体横向变化及沉积相特征。

盐家地区近岸水下扇砂砾岩体沉积，可进一步分为扇中、扇根、扇端三个沉积亚相，其扇中亚相(辫状水道微相)储层厚度较大、孔渗条件好，一直是寻找的有利方向。实钻统计表明，盐家地区岩相和沉积相存在较好的对应关系，扇根主水道主要发育中细砾岩相，扇中辫状水道主要对应砾状砂岩、含砾砂岩相，辫状水道间及扇端亚相主要为砂泥互层和泥岩相。其中砾状砂岩和含砾砂岩整体上杂基含量较低、分选中等，物性相对最好,是有利储层；砾岩相由于孔隙连通性差孔,渗透率低(局部相同孔隙度砾岩渗透率比砂岩低到2个数量级)和泥岩相表现为封堵层。因此，砂砾岩体岩相客观反映了储层有效性和连通性。

在正演模拟基础上，通过K-L降维相关性分析，发现瞬时相位，瞬时频率及瞬时振幅属性彼此间相关性低且对砂砾岩体不同岩相较为敏感。结合实钻统计，明确不同岩相对应三类属性的门槛值(见表1)，以门槛值为约束，三类属性平面叠合区确定各类岩相平面展布范围，最终进行融合重构，明确了主要目的层之一——期次7顶部各类岩相展布范围。预测结果与实钻井对比吻合度达到87％以上，同时符合沉积规律，古冲沟前方扇体规模较大，水道两侧及末端分选变好，粒度变细。

表1三类敏感属性与砂砾岩体岩相对应关系表

应用该方法，结合深层砾岩体扇中各岩相组合中上部与泥岩隔层相邻的储层含油性最好(有机酸能够有效地进入与湖相泥岩相邻的储层内形成大量次生孔隙，有效改善储层物性)，通过逐层组合验证，研究区沙四上主要目的层岩相预测图与实钻井情况如图10所示，部署的FSX101井在沙四下自喷日油16.8t，气2.7×104m³，解决了沙四下深层勘探效益低的问题。其后部署的FSX11井更是突破了百吨记录，极大推动了东营凹陷深层沙四下砾岩体勘探。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种等时地层模型控制下的砂砾岩体岩相预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.根据井震频谱分析、fischer曲线和耦合系数对井震关系进行标定；其中耦合系数为通过测井资料获取的合成记录与原始的地震资料的耦合系数；

S2.根据经验模态分解法，通过测井资料和地震资料自身的时间尺度特征把复杂信号分解为有限个本征模函数分量，以与井上地层旋回划分相对应的自然伽马测井曲线分量作为标尺来确定匹配度高的地震波形数据分量，实现地震剖面的重构，在重构的地震剖面上进行地震期次界面的判别；

S3.在地震波形数据分量的基础上，建立初步三维虚拟网格；在极性处设置固定步长形成节点网格，以预设的相关门槛值作为约束形成对象单元，其中，连接邻近节点形成的面元即为对象单元；利用应用价值函数计算对象单元间相关度指标，将相关度指标高的对象单元连接，得到层位框架，再根据地层沉积的继承性，细化内插形成三维等时地层模型；

S4.根据等时地层模型获得等时地层切片，通过等时地层切片对砂砾岩体岩相进行预测。

2.根据权利要求1所述的一种等时地层模型控制下的砂砾岩体岩相预测方法，其特征在于，S1的具体内容包括：

获取地震资料和测井资料，分别进行地震时频分析和测井时频分析，并进一步根据测井资料获取Fischer曲线，获取耦合系数，通过所获取到的地震时频分析和测井时频分析结果、Fischer曲线和耦合系数对井震关系进行标定。

3.根据权利要求1所述的一种等时地层模型控制下的砂砾岩体岩相预测方法，其特征在于，S2的具体内容还包括：

将复杂信号分解为有限个本征模函数分量之前先调整参数，调整地震资料的时频实现与测井资料的时频相匹配；

实现地震剖面的重构后，通过所确定的参数指导无井区参数的设定；并以匹配后的时频及地震波形数据分量信息为指导，在重构地震剖面上进行地震期次界面客观判识。

4.根据权利要求1所述的一种等时地层模型控制下的砂砾岩体岩相预测方法，其特征在于，应用价值函数为：

式中，m为三维虚拟网格的节点数目，p(k)和p(l)分别代表k节点和l节点所在位置，

为k节点和l节点间的距离，Dst(J_k,J_l)代表k节点和l节点间的相关度指标。

5.根据权利要求1所述的一种等时地层模型控制下的砂砾岩体岩相预测方法，其特征在于，所述相关度指标为综合分析属性得到的指标参数，其中综合分析的属性包括对象单元间的波组反射特征、地层的反射趋势和钻井的吻合度。

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