王东坤，路媛媛，李林洹，林利明，史 浩，杜 佳，谢英刚

(1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300457；2.中联煤层气有限责任公司，北京 100011)

非常规油气勘探开发的快速发展，中国致密砂岩气产量已占全国天然气总年产量的20%左右，己成为天然气储量和产量增长的重要来源，为国家能源安全提供重要保障[1-2]。近年来，中联公司在鄂尔多斯盆地东缘临兴地区上古生界石盒子组和太原组获得工业气流，实现了在该区致密气勘探的突破，其中2014年4月在X区块太2段测试无阻流量132 700 m3/d，显示该层致密气蕴藏潜力巨大，是下一步勘探开发的重要目标[3-4]。

在随后的勘探开发生产中，低渗透致密砂岩气藏勘探形势面临严峻的挑战。研究区太原组砂体夹于6+7#煤层和8+9#煤层之中，储层靠近烃源岩易于成藏[5]，但受煤层干涉影响，致密薄砂岩储层的弱反射往往湮灭在煤层强反射之中，提取隐含在强反射中的砂体信息困难，储层识别难度大，这在一定程度上制约了目前勘探开发的快速发展，有必要开展地球物理配套技术研究，突破技术瓶颈，形成关键技术，为致密气勘探开发提供技术支撑。通过地震波形聚类结合沉积模式，刻画研究区太二段砂体边界，明确砂体平面展布趋势，利用波形聚类定性结果对叠前同时反演砂体边界进行约束，对X区块上古生界地层太原组开展储层定量预测，力求摸清“甜点”富集区发育规模及展布规律，为公司后续井位部署的工作指明目标。

1 沉积相模式

临兴X区块位于鄂尔多斯盆地东缘，地处伊陕斜坡东北段与晋西挠褶带西北缘交汇处，在南部靠近紫金山的区域断层褶皱较发育，其他地区地层相对平缓，断层发育较少。太原组发育煤4～8层，泥岩的颜色多为灰黑色，砂岩多为灰色、灰黑色，以中-细粒砂岩及含碳酸盐细砂岩，偶见中、粗粒砂体(图1)，属于海陆交互相沉积环境，为潮坪-泄湖沉积体系[6]。此沉积体系主要由潮下带潮道及砂坪、潮间带砂泥岩及泥灰坪、泻湖炭质泥岩及煤层、潮上带泥炭沼泽和内陆棚泥组成(图2)。

图1 研究区柱状图Fig.1 Columnar section of survey region

研究区太原组砂体类型主要以潮道、砂坪砂体为主(表1)。潮道是由于外海和泻湖之间涨潮退潮形成的，水动力强，在水体交换的过程中成为砂体输送的通道(图2)，岩性为浅灰色中-粗石英砂岩、含砾粗砂岩，沉积物呈现粗粒、正旋回特征，主要发育侧向迁移交错层理、潮汐层理、流水波痕等沉积构造，在伽马等曲线上主要表现为大幅度的箱形特征，与下伏地层呈突变接触关系。砂坪为受涨潮、退潮作用影响，发生侧向加积形成的与海岸近平行的砂坝、砂滩带状砂体(图2)，由于经常受到波浪的簸选作用，沉积物成熟度较高，主要发育交错层理和冲洗层理；其伽马(GR)、自然电位(SP)曲线呈箱形和钟形。

表1 研究区太原组砂岩特征Table 1 Sandstone features of Taiyuan Formation insurvey region

图2 研究区太原组海相潮坪-泻湖沉积体系[6]Fig.2 Marine tidal flat-lagoon sedimentary system of Taiyuan Formation in survey region[6]

2 波形聚类地震相研究

基于目前钻探结果，太原组二段在研究区的X-01—X-02—X-04—X-06井区范围内有好的储层和气层发现，通过地震属性分析表明在研究区东部X-03—X-05—X-08—X-10井一线也有一条类似特征条带(图3)，但X-03、X-05、X-08、X-10在太原组二段主要发育泥岩和薄煤互层。

图3 研究区太原组地震属性Fig.3 Seismic attributes of Taiyuan Formation in survey region

通过对过井剖面分析发现不同区域的波形特征是有差异的，钻遇砂层的区域均为“2个波谷夹1个波峰”的波组特征(图4)，由于中间这套波峰连续性较差，而且在有的地区振幅强度较弱，导致用提地震平面属性的方法很难刻画东部砂体条带的平面分布特征。

沉积环境的不同会导致岩石组分、颗粒的大小、孔渗性、流体成分和流体饱和度、沉积厚度等不同，这些差异又引起岩石弹性参数的变化(如密度、速度、纵横波速度比、泊松比、吸收特性等)，弹性参数的变化又将引起地震剖面反射特征的变化(如振幅、波形、频率成分、波的干涉、相干性等)，波形聚类技术就是基于地震道的波形特征的变化，采用神经网络、模糊算法等深度学习方法对某一时间窗口范围内的地震波同相轴排列组合特征(振幅强度、相位、频率等)进行分类处理，从而实现对地震相的划分，在地震相划分的基础之上再结合沉积相与测井相分析，可以实现隐蔽油气藏有效的勘探[7-8]，并得到了广泛的应用。李辉等[9]应用聚类分析有效地识别出主河道、河道侧翼等不同叠合模式砂体边界；高改等[10]结合波形聚类及地层切片分析实现叠置高能主河道及上、下段单砂体划分；张杰等[11]在波形聚类研究中结合了频谱分解技术，利用不同频段的调谐能量开展河流相地震相波形分析，实现了高分辨地震相划分。

波形聚类分为学习和分类两个过程，首先采用神经网络等深度学习方法，选取地震数据某一时窗内数据样本进行学习，通过不断迭代建立典型的模型道，然后将全区地震道和模型道进行对比分类，再通过井上实钻结果结合相模式对波形分类结果赋予地质意义。其最终分类结果主要受控于计算时窗的大小和类型、迭代的次数、分类数等。

在对太原组储层研究中采用自组织神经网络算法，在频率域进行波形聚类计算，具体处理方式是将时间域波形转换到频率域中，插值成等长的频率域信号进行计算，这就避免了时间域中分析时窗对波形削截造成的信息损失和拉伸压缩造成的波形改变，使得聚类结果更加准确。分类结果表明研究区太二段主要分为：煤-砂-煤组合的“2谷夹1峰”模式、薄煤互层组合的“1波谷”模式及过渡模式(图4、图5)。

图4 过X-04—X-01—X-03井(伽马曲线)太原组地震剖面Fig.4 The seismic section through well X-04～X-01～X-03 (grammy ray)of Taiyuan Formation

结合波形聚类结果、井上钻探结果以及目的层相模式，实现对太原组二段砂体及沉积微相的定性刻画和分类(图5)，红色区域为潮道、砂坪主体发育区，发育砂岩为主，其他区域为泥炭坪、泻湖发育区，以发育灰岩、炭质泥岩及煤层为主。从图5中可以看出，研究区明显发育两条潮道沉积(红色区域)，一条规模较大，位于研究区的中西部，自西向北发育；一条规模较小，位于研究区的东部，自南向北发育。波形聚类结果通过与井上实钻结果(图5、图6)对比表明，二者一致性较好，吻合率在90%，仅在X-09砂体发育边界处略有差异。

图5 研究区太原组二段波形聚类结果Fig.5 Waveform clustering result of the 2ed Taiyuan Formation in survey region

3 叠前同时反演

叠前同时反演是基于地震反射波振幅与不同入射角反射系数有关的理论，利用多个(至少3个)不同角度的部分叠加地震数据体来同时(或同步)直接反演各种弹性参数，进而预测储层岩性、物性及流体性质的方法[12-14]。Jason软件包的RockTrace叠前反演模块从多个部分角度叠加数据出发，综合利用所有入射角的地震数据，进行同时反演，首先直接得到纵波速度、横波速度和密度这3个基本的弹性参数，从这3个基本参数出发，计算得到其他的诸如泊松比、拉梅系数、弹性模量、剪切模量、体积模量等弹性参数，然后进行地层的岩性预测和储层的含流体性质检测。

M2RX为电阻率图6 研究区太原组地层对比Fig.6 The stratigraphic section through wells of Taiyuan Formation in survey region

3.1 岩石物理分析

将岩性分为泥岩、煤层、泥岩、气砂及干层5种类型，通过对工区内17口井太原组测井曲线交汇优选对岩性和流体敏感的曲线(图7)。从纵横波速度比(vp/vs)和纵波阻抗的交汇可以看到，煤层表现为纵波阻抗最低的特征，将6×106g/cm3·m/s作为煤层的上限；砂岩相对于泥岩表现为中高阻抗、低vp/vs的特征，将纵波阻抗为1×107～1.4×107g/cm3·m/s和vp/vs=1.8作为砂岩和泥岩的区分界限；含气砂岩相对于干砂层vp/vs和纵波阻抗小，符合砂岩含气后弹性参数变化规律，将纵波阻抗=1.2×107g/cm3·m/s和vp/vs=1.7作为二者界限。

图7 多井储层敏感参数交汇图Fig.7 Multi-wells crossplot diagram of reservoir sensitive parameter

3.2 相控储层砂体分布预测

地震相控反演技术将地震相划分结果融入反演过程[15-16]，以波形聚类的潮道沉积砂体边界为约束建立低频模型(图8)，潮道砂体范围内的低频部分保持数值不变，潮道砂体范围外部分赋予高vp/vs数值，从低频背景对砂体分布进行相控，然后采用近、中、远3个角度叠加数据体进行叠前同时反演，基于纵波阻抗和vp/vs数据体，利用敏感参数分析弹性参数门限值，提取砂体厚度，最终实现对砂体的定量刻画(图9)。

图8 研究区太原组二段vp/vs低频模型均值平面分布Fig.8 Distribution of vp/vs low frequency model mean value in the 2nd Taiyuan Formation of survey region

如图9所示，从太原组二段砂体厚度分布上可以看出，经过相控的反演结果与井上吻合较好(X-03、X-05、X-08、X-10井在太原组砂体较不发育)，砂体的展布形态也符合研究区潮道砂体沉积的展布特征，西部的砂体条带连片性较好、厚度大，厚度分布在10～30 m，最厚处位于X-01井附近，东部条带厚度较小，厚度分布在5～18 m。

图9 研究区太原组二段砂体厚度平面分布Fig.9 Distribution of the reservoir sand thickness in the 2nd Taiyuan Formation of survey region

4 结论

(1)在地质模式指导下，利用波形聚类地震相划分结果对反演过程进行相控约束，储层预测结果更符合研究区潮坪-泻湖沉积特征，更真实反映地下地质情况，实现了储层预测的去伪存真。

(2)太原组西部的砂体条带连片性较好、厚度大，厚度分布在10～30 m，最厚处位于X-01井附近，是下一步井位部署重点区域；东部条带厚度较小，厚度分布在5～15 m。