低频阴影在薄层油气预测中的应用

柯兰梅

(中石化石油物探技术研究院，江苏 南京 210000)

地层衰减和吸收衰减影响着地震波在实际地层中的传播，这两者均是随频率而改变。地层衰减和吸收衰减之和构成地震波在地层中的衰减，大于10 Hz时随着频率的升高吸收衰减部分扮演了重要角色。因此利用反射地震资料得到的地震波的衰减可以指示地层的吸收性质[1]。

1979年TANER就观测到含气砂岩底部的低频阴影区现象[2]。2004年由EBROM总结了10个能够解释低频阴影的机理[3]。KORNEEV在其模型实验中观测到了低频阴影现象并对一维弥散粘滞型波动方程检测衰减特性进行了否定[4]；国内贺振华等不少专家都通过实验室模拟验证了低频伴影用于油气检测技术的可行性[5]。

1 S变换的原理

时频分析方法的选取是检测低频阴影的关键[6]。傅里叶变换(DFT)时窗的选取比较困难，短时窗会忽视低频同相轴；大时窗获取更佳的统计解释，但会忽视细节。小波变换(CWT)允许自适应地震道采集法，保留效果比DFT更好，但不能有效区分时间域邻近的低频同相轴[7]。时间-频率连续小波变换(TFCWT)比CWT法的分辨率更高，但耗费计算时间。此次研究选取S变换，它能根据频率的变化时窗实时移动，生成结果分辨率更高，计算时间比TFCWT法少[8]。

S变换是短时窗DFT和CWT的组合，具有无损可逆性。

先对S变换基本理论进行阐述：

s是h(t)的S变换，无量纲；π、t为时间，ms；f为频率，Hz。π是控制时间轴上高斯窗的位置。S变换可以用两种方式推导得到，S变换中含有相位因子，这是其与CWT最大区别。

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2 油气预测

地震波在地下介质中传播时还存在非完全弹性引起的地震波振幅的吸收衰减。而地层并不是理想的完全弹性介质，使得地震波的振幅产生衰减，地震波的子波形态也不断发生变化，而地下岩层的吸收作用决定了子波形态的变化速度。不同岩性具有不同的吸收程度，吸收越强的地层子波形态变化越大，地震波的高频成份衰减的速度也越快。故吸收系数的变化与岩性关系较大。

低频阴影检测技术就是运用地震波在低频段的瞬时强振幅响应来检测油气，通过饱和流体岩石物理模型试验认为：油气储层对底界面反射波影响大于顶界面，对底界面的振幅、到达时间、储层属性等均有更大影响。内部不均匀性造成了频散和多次反射，低频成分到达时间差异使得瞬时剖面中低频强能力的位置发生改变，即含油气层底部表现为高频衰减、低频增加的特性[9]。

2.1 低频阴影模型测试

参考前人的模型[10]，我们建立了关于低频衰减的地质模型，如图1。其中c、e为储层段，b、d为非储层，a、f、g为背景。分别赋予不同速度，其中a、f所赋速度为2 300 m/s，b、d所赋速度为1 700 m/s，c、e所赋速度为1 900 m/s。

图1 设计地质模型

对模型进行波动方程正演模拟，并对得到的炮集进行叠前时间偏移，对偏移剖面进行S变换分频，得到如图2中20 Hz、40 Hz、60 Hz分频剖面。20 Hz剖面中，c储层以及储层下方能量都很强；40 Hz频谱剖面中，储层本身能量很强，储层下方的能量则逐渐减弱；到了60 Hz，储层下方能量比低频20 Hz的时候要弱，低频伴影现象明显。

图2 地质模型的偏移剖面及不同频率频谱剖面

2.2 低频阴影油气识别

在海外某区块，目的层发育三角洲前缘相带，地质情况复杂，具有泥包砂特性，并且埋藏浅、砂体薄、横向变化快，油气层难以预测。

对研究区资料进行时频分析，将地震数据从时间域转换到频率域。获得低、中、高频的地震记录，对目的层提取不同频段的地震属性，对比吸收衰减随频率的变化。图3是距目的层顶部822 ms时不同频率的均方根振幅属性，图4是距目的层底部834 ms时不同频率的均方根振幅属性，红色代表振幅能量高，绿色代表振幅能量低。

距目的层顶部822 ms时，A井在25 Hz振幅响应较好，随着频率的增大，振幅逐渐增强。距目的层底部834 ms时，A井在25 Hz、35Hz时振幅逐渐增强，到45 Hz、55 Hz时A井振幅很弱。对A井储层进行分析，距目的层顶部822 ms时含油；在其底部的834 ms，低频时振幅值较大，高频时振幅减弱，即出现低频阴影，与低频伴影理论吻合。

对A井进行单道的频谱衰减分析，如图5(其中红色代表振幅能量高，绿色代表振幅能量低)：右边过A井单道集上，在822 ms到834 ms之间存在高频能量衰减。在低频处下部能量增强，在高频处底部能量突然变弱。衰减趋势于图5上红色箭头所示，与平面预测分析结果十分吻合。

图3 A井822 ms不同频率时砂体均方根振幅属性

图4 A井834 ms不同频率时砂体均方根振幅属性

图5 过A井单频均方根振幅属性剖面

该方法在研究区应用效果明显，对其余几口已钻井验证吻合率达到80%以上，运用该方法预测单井均获得高产，较好解决了研究区油气识别难题，在该区具有很大推广应用价值和经济效益。

3 刻画储层边界

3.1 频谱分解与调谐频率

传统储层预测是基于全频段研究，混杂了不同频段地质信息。利用频谱分解将地震数据转换到全频段，或者单一的时-频四维数据体，可以识别储层几何形态。地震分频技术还可揭示地层的纵向变化规律以及沉积相带的空间演变,并能根据调谐频率来预测薄砂体的厚度。

实际地震波信息是砂泥岩薄互层的综合响应,多个薄层会产生复杂的调谐反射,单个薄层反映了调谐反射振幅谱的相干信息,每个薄层产生的地震反射信号经过数学变换后,都会在频率域产生与之唯一对应的频率成分。不同频率信号对不同厚度地层有不同响应，低频与中高频分别对厚层与薄层具有调谐效应。当储层厚度与反射波频率对应厚度相同时，反射波波峰相加与波谷相加引起调谐作用，从而使反射波能量最强[11]。与厚度物理性质有关的地震振幅陷频模式，可以描述薄层时间厚度变化。同时，利用相位谱的变化识别横向不连续性，结合两者的干涉现象，可对薄层的岩性、物性进行定性与定量识别。在此频段提取的地震属性，最能刻画储层的平面形态。

3.2 储层边界识别

研究区D井发育河道沉积，但是由于砂体薄、横向相变快，常规属性无法将河道边界刻画清楚。

图6 D井平面均方根振幅属性

对该区块D井进行分频处理将原始地震体在纵向上生成若干个离散振幅体，然后提取目的层均方根振幅属性，如图6中，提取了30 Hz、40 Hz、50 Hz、60 Hz均方根振幅属性，图中红色代表振幅能量高，绿色代表振幅能量低。在30 Hz到60 Hz振幅属性可以看出，在30 Hz到50 Hz时振幅值随着频率的增高越来越大，当从50 Hz到60 Hz时，振幅值又随着频率的增高逐渐变小。即在50 Hz达到地震体的调谐频率,据此推断，D井的调谐频率是50 Hz，用公式结算对应的调谐厚度是10 m，同时50 Hz振幅切片属性也最能表征D井区砂体真实形态。常规的振幅属性如图7，河道形态不清晰，不能将分流河道以及主河道平面展布刻画出来。

图7 过D井均方根振幅属性

图8 过D井50 Hz单频均方根振幅属性

而图8中我们可以清晰的看到物源来自于西南方向，三角洲朵叶体形态清晰，分支河道也能清楚刻画，D井位于主河道上，预测结果与实钻井高度吻合，证实该方法在研究区储层边界识别具有很好的适用性。

4 结论

虽然低频阴影现象有多解性，但是在实钻井分析基础上，确定该方法在该区适用性后，可以作为油气检测的重要依据，油气预测效果与实钻井吻合率高于80%，并且进一步运用S变换分频技术很好的刻画了油气储层的岩性边界和空间展布，为油田定井提供了方法技术和依据。