混沌属性预测泌阳凹陷陡坡带小型砂砾岩体

张永华，张 悦，杜 伟，郭飞飞，刘俊青

(1.中国石化河南油田分公司，河南 南阳 473132；2.中国地质大学，湖北 武汉 430074)



混沌属性预测泌阳凹陷陡坡带小型砂砾岩体

张永华1，张 悦2，杜 伟1，郭飞飞1，刘俊青1

(1.中国石化河南油田分公司，河南 南阳 473132；2.中国地质大学，湖北 武汉 430074)

泌阳凹陷南部陡坡带小型砂砾岩体储层非均质性强、横向相变快，传统的地震属性描述技术不能有效刻画小型砂砾岩体的空间形态。混沌属性是基于局部构造张量特征值相对大小、不同特征值组合运算得到的属性，该属性体可有效突出特殊地质体的边界，可以较好地刻画小型砂砾岩体储层的空间展布。通过对混沌属性原理的论述，提出了利用混沌属性预测小型砂砾岩体的思路及方法。在对已钻井钻遇的砂砾岩体储层地球物理响应特征研究基础上，分析砂砾岩体储层属性敏感性，优选混沌属性。以特殊处理得到的混沌属性为基础，利用精细解释及地层切片技术对小型砂砾岩体进行描述，准确地预测了泌阳凹陷陡坡带小型砂砾岩体的空间分布。预测结果与实钻井吻合，部署的井位均钻遇油层。

小型砂砾岩体；敏感性；混沌属性；地层切片；泌阳凹陷

0 引 言

混沌属性是基于局部的构造张量特征值相对大小、组合参数的确定来反映特殊属性体的边界，利用混沌属性可以检测有序反射间杂乱或无反射的区域，是近期引入的特殊岩性预测方法。混沌现象最早是美国气象学家Lorenz于1963年在分析天气预报模型时，首先发现空气动力学中的混沌现象[1]，并用非线性动力学对该现象进行描述。1975年，混沌属性作为一个新的科学名词首先出现在科学文献中[2]。2012年，吴朝容等人把混沌属性应用于小断层或裂缝发育带的检测[3]。随着油气勘探开发工作深入，泌阳凹陷富油凹陷陡坡带小型砂砾岩体已经成为油气勘探的重要目标。由于南部陡坡带小型砂砾岩体储层非均质性强、横向相变快，传统的地震属性描述技术不能有效刻画小型砂砾岩体，而混沌属性可以较好地刻画小型砂砾岩体储层的空间展布。

1 地质概况

泌阳凹陷是南襄盆地次级构造单元，空间形态呈南深北浅的单断扇形箕状凹陷构造，其内所钻遇的地层自上而下依次为第四系平原组、古近系上寺组及廖庄组、核桃园组、大仓房组和玉皇顶组，基底为前白垩系。古近系核桃园组是泌阳凹陷主要含油气层段。

该凹陷形成主要受北西西向的唐河—栗园断裂和北东向的栗园—泌阳断裂控制，沉积沉降中心位于东南部盆地边界断裂交汇处的安棚—安店一带。其南部边界断裂不仅控制了凹陷的形态和规模，而且控制着砂砾岩体的分布特征。南部边界断裂倾角大，构造运动导致边界断裂上升盘山体垮塌、滑坡，在断裂下降盘自西向东发育多个砂砾岩体，呈裙边状展布，这些砂砾岩体与生油岩直接接触，具有良好的成藏条件，是增储上产的有利勘探目标区。但陡坡带砂砾岩体规模相对较小，近源快速沉积、分选差，储层岩性以砂砾混杂堆积为主，结构成熟度低，储层非均质性强、横向变化大。其有效储层预测难度大[4-6]。具体表现为：砂砾岩体厚度大，有利含油层位不清楚；砂砾岩体横向岩性不稳定，有效储层分布不落实，扇体边界的变化认识不清；地震反射杂乱，储层描述困难。

针对上述情况，从砂砾岩体成藏条件分析入手，通过已钻井钻遇砂砾岩体储层在地震剖面上的响应特征，分析砂砾岩体储层属性敏感性，优选混沌体属性对小型砂砾岩体进行描述，取得了良好的钻探效果。

2 混沌属性原理

混沌属性主要基于张性算法，通过对地震数据体中层间地震反射波倾角相似性计算，描述地层内地震反射波的反射特征及反射结构的连续性变化，以检测有序反射间的无反射带，突出地震杂乱反射相。

在三维地震数据体中，将地震反射振幅作为三维空间变量，通过计算任意一点P(x，y，t)的地震反射振幅A(x，y，t)的梯度，求出地震反射同相轴的局部倾角和方位角。如果地震反射能量强、信噪比较高，则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，也就是振幅变化最大的方向为反射同相轴的法线方向，相邻点的振幅梯度的方向是有规律的。若地层间地震反射波信噪比低、反射杂乱，则振幅梯度就没有规律，是无序的混沌状。

假设地下空间任一点地震反射振幅在其附近有限区域沿x、y方向的视倾角为α和β，其与视倾向方位和真倾向方位φ之间的关系为[7]：

α=scosφ

(1)

β=ssinφ

(2)

式中：s为地震反射点沿视倾向方位的单位长度。

为了突出层间地震反射结构的总体特征，采用特征向量计算方法进行计算。在给定范围内，计算出每个点的梯度向量，建立协方差矩阵。

(3)

求解计算出协方差矩阵最大特征值对应的特征向量，也就是某一点的梯度主方向。如果地层内地震反射波信噪比较高、连续性好，梯度向量对应协方差矩阵的最大特征值λmax较其他2个特征值中值λmid、最小值λmin大许多；反之，当有效波不明显时，协方差矩阵的最大特征值与其他2个特征值的差别不大。因此，用3个特征值之间的相互关系可以判别振幅值的分布规律与混乱性。TrygveRanden给出了混乱性度量的定量参数[8]：

(4)

显然，J值越大，对应的振幅值越混乱，表明构造中的不规则变化区域越大；J值越小，振幅值越有规律，表明构造内反射规则、地层变化不大。由于地层岩性非均质性各种散射和绕射的相互影响，在边界断裂带附近常表现为反射振幅杂乱带。

3 砂砾岩体地震预测

根据陡坡带沉积、储层及含油特征，在对该区精细储层标定、构造解释的基础上，通过敏感性属性分析，优选混沌属性对目标区块目的层段砂砾岩体进行研究，预测了有利砂体的分布区域[9-14]。

3.1 储层精细标定

储层精细标定是储层预测的基础及层位追踪的前提。储层预测中的层位标定不但要准确标定标志层，还要精确标定有利储层，指导精细储层解释与预测。

为了做好层位标定工作，首先在储层宏观规律认识的基础上，对已钻遇砂砾岩体的井进行剖析，分析其测井曲线上的目标储层的电性特征。在地层精细对比的基础上，对井中钻遇砂砾岩体主要的含油层，通过精细的合成记录制作标定在地震剖面对应的位置上，以便对油层顶底进行对比解释与属性分析。

在储层标定过程中，先用理论子波对大套标志性层位进行对比，在此基础上，通过提取井旁地震道子波，进行精细的合成记录标定[15-16]。从B358井合成记录与井旁地震道对比可以看出，油层顶部为强振幅，从井旁地震剖面看，该反射波虽然振幅较强，但横向连续性差(图1)。

3.2 属性优选

通过属性优选实现小型砂砾岩体预测。对含油层段的砂砾岩体地球物理响应特征进行分析。认为：B358井区物源主要来自南部的扇三角洲砂体，在南部边界断裂附近的B304井位于扇根部位，录井岩性主要混杂堆积的砂砾岩，其自然伽马与电阻率曲线表现为参差不齐的低、中幅度钟形或箱形。向东北到扇体中的B358井仍为砾状砂岩或含砾细砂岩，但继续往北部深湖区的B96井则主要为细砂岩和泥岩，岩性与B358井有明显差异，表明这2口井处于不同的沉积相带。基于钻井资料的地质分析，利用波形相似性属性、相干属性、边缘检测、混沌属性等属性体，对B358井钻遇的油层进行分析。通过与该地区已钻探井对比分析，认为形变属性与该区已钻探井具有最好的吻合性。

图2是过B358—B96井的不同属性剖面图。

图1 B358井地震合成记录

从图2可以看出，在相干体属性剖面上，B358井与B96井都位于砂砾岩体前缘之外的深湖区，沉积上处于同一相带，与岩性录井明显不一致，而混沌属性剖面则能将两井的沉积相带差异较好地区分开来。因此，可以选择混沌属性刻画砂砾岩体内部特征及边界。

图2 过B358—B96井不同属性对比剖面

3.3 砂砾岩体刻画

混沌属性主要用来描述混杂无序状态的程度，突出杂乱区域。如果该值比较高，则表明构造内反射杂乱；反之，指示构造内反射规则，地层变化不大。该属性对于刻画快速堆积、反射杂乱的砂砾岩扇体具有较好的效果。

为了得到混沌属性，对泌阳凹陷南部陡坡带100 km2的三维地震数据进行混沌属性处理。为了使混沌属性更好地反映滑塌体的反射特征，首先开展去噪处理。基于梯度结构张量算法的属性计算对于原始数据中的噪声较为敏感[17-18]，采用自适应构造取向去噪方法进行去噪。该方法能根据主构造方向自动调整方位，对杂乱反射区去噪效果较好，有利于提高层间反射的连续性。其后开展了基于梯度结构张量分析的属性提取方法参数实验。

根据砂砾岩体可能的体积范围约为120 km3，把检测体单元参数设为5×5×7。分析时窗一般应大于检测体单元，通过对比分析，把分析时窗设置为10×10×15。通过计算得到三维混沌属性数据体，南部砂砾岩体能在剖面上较好地反映出来(图3)。

图3 泌阳凹陷陡坡带南北向混沌体属性剖面

通过合成记录层位标定，B358井砂砾岩体有利储层在混沌体剖面上1 440 ms处，混沌属性为较大值。为了保证属性分析的准确性，在高分辨率地震剖面上对其显示层顶底进行解释。根据标定结果对油层顶底进行追踪，即地震反射层顶部波峰和底部零相位，在目的层开展等时地层界面层间精细追踪。在精细解释的基础上，为了保证预测地质体在有效窗范围内，使其地震反射特征的波形具有完整性，分别以解释的顶底层位上下10 ms作为控制层制作地层切片。

为了更好地反映砂砾岩体沉积展布特征，开展了基于地震沉积学的储层演化地震分析，通过对等时地层切片内储层引起的地震属性空间相对变化的地质解释，识别砂砾岩体有利储层空间展布。

将砂砾岩体目标储层顶底层位作为分析时窗，在混沌属性体上提取均方根属性，得到具有地层厚度的地震属性切片。该地层切片包含了目的小层层段内的混沌属性信息，更有效地反映砂砾岩体沉积规律。

图4是泌阳凹陷陡坡带核三3上部砂砾岩体有利储层平面图。从图4可看出，来自南部的砂砾岩体，由南向东北展布，砂砾岩体面积为3.8 km2。

图4 核三3上部有利储层平面分布

砂砾岩体平面展布与已钻井揭示的结果吻合，图5是泌阳凹陷陡坡带核三3上部B304—B358—B96井地层对比图，钻井揭示砂砾岩体在核三3上时期较为发育，砂砾岩体往深湖区延伸较远，在扇中处叠加厚度较大，是理想的储集体。该砂体由南向东北展布，在B358与B96井之间尖灭。

图5 核三3上部B304—B358—B96井地层对比

3.4 效果分析

通过地震属性的分析与优选，认为混沌属性对砂砾岩形态的描述具有较好的一致性。在利用混沌属性对砂砾岩体精细描述及油气成藏条件研究的基础上，落实了泌阳凹陷南部陡坡带小型砂砾岩体分布范围。综合评价后部署了泌B358、B366、B405井，3口井均在混沌属性预测的砂砾岩体有利相带内钻遇油层，其中B358井在2 656.6～2 674.2 m井段试油，获得日产油17.08 t/d；B366井在2 746.0～2 763.9 m井段试油，获日产油6.37 t/d；B405井在2 276.0～2 324.0 m井段试油，获日产油3.73 t/d。

4 结 论

(1) 混沌属性是基于局部构造张量特征值相对大小及组合参数的确定来突出特殊属性体的边界，是描述非均质性强、横向变化大的砂体的有效方法。

(2) 利用混沌属性进行砂体预测，对研究区的地质条件进行分析，明确成藏条件及沉积特征，并开展砂砾岩体储层属性敏感性研究工作。

(3) 由于混沌属性是基于梯度结构张量算法的属性，对于原始数据中的噪声较为敏感，在生成混沌属性前应进行去噪处理工作。

(4) 为了更好地反映砂砾岩体沉积展布特征，开展基于地震沉积学的研究思路，通过等时地层切片技术，识别砂砾岩体有利储层空间展布。

(5) 在层位精细标定的基础上，利用混沌属性体对泌阳凹陷南部陡坡带小型砂砾岩体空间分布进行描述，以此为基础部署的井位在砂砾岩体钻遇了油层，预测结果与实钻结果吻合。

[1] 姜德平，罗晓曙，唐国宁，等.超混沌Chua电路的比例同步及其研究[J].广西师范大学学报(自然科学版)，2004，22(3)：10-14.

[2] 马红光，韩崇昭，孔祥玉，等.模型间歇振荡器的混沌特性分析[J].系统仿真学报，2005，17(1)：249-251.

[3] 吴朝容，段文檠，龚莉.裂缝性储层三维可视化预测[J].成都理工大学学报(自然科学版)，2012，39(4)：420-425.

[4] 张永华，田小敏，罗家群.泌阳凹陷隐蔽油气藏分布特征与勘探方法[J].油气地质与采收率，2001，8(3)：28-30.

[5] 张永华，杨道庆，孙耀华.高精度层序地层学在隐蔽油藏预测中的应用[J].石油物探，2007，46(4)：378-383.

[6] 陈萍.泌阳凹陷陡坡带砂砾岩体预测[J].石油勘探与开发，2006，33(2)：198-200.

[7] 朱成宏，黄国骞，秦瞳.断裂系统精细分析技术[J].石油物探，2002，41(1)：42-48.

[8] 韦瑞表.楚雄盆地红层地震采集效果影响因素[J].中国石油勘探，2015，20(3)：64-72.

[9] 沈加刚，张凤青，宋永忠，等.陆相地震沉积学砂体识别技术[J]. 大庆石油地质与开发，2013，32(4)：129-133.

[10] 卢勉. 基于地层地震属性切片技术的储层精细描述方法——以长垣北一区断东西块高Ⅰ油层组为例[J].东北石油大学学报，2015，39(4)：63-70.

[11] 李先平，李小冬，田建章，等.廊固凹陷岩性地层领域成藏条件及勘探潜力[J].中国石油勘探，2013，18(6)：1-6.

[12] 杨道庆，张永华，罗家群，等.时频分析技术识别泌阳凹陷毕店地区河道砂体[J].特种油气藏，2015，22(1)：12-15.

[13] 付代国，张永华，张德超，等.泌阳凹陷南部地区岩性油藏预测技术与效果[J].石油天然气学报，2008，30(2)：453-455.

[14] 张永华，程学峰，杨忠意.一个水下扇的综合研究实例[J].河南石油，2000，14(3)：7-9.

[15] 张永华，陈萍.基于合成记录的综合层位标定技术[J].石油地球物理勘探，2004，38(1)：92-96.

[16] 陈亚新，魏粉云，高立峰.松辽盆地英台断陷营二段火山碎屑岩储层预测技术[J].中国石油勘探，2013，18(3)： 50-56.

[17] 陈双全， 季敏.地震数据结构张量相干计算方法[J].石油物探，2012，31(3)：233-238.

[18] 张永华，杨道庆.井约束反演技术在白云岩缝洞型储集层预测中的应用[J].新疆石油地质，2006，27(2)：219-222.

编辑 张 雁

20151116；改回日期：20160320

中国石油化工股份有限公司科技项目“泌阳凹陷新领域成藏条件与富集规律研究”(P13103)

张永华(1965-)，男，教授级高级工程师，1988年毕业于大庆石油学院石油物探专业，2004年毕业于石油大学(北京)地质工程专业，获硕士学位，长期从事地震资料解释与储层预测工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.03.003

TE121

A

1006-6535(2016)03-0011-05