李 莉，王雅春，刘蓥霖，彭 朋

(1.东北石油大学 地球科学学院，黑龙江 大庆 163318； 2.重庆科技学院 石油与天然气工程学院，重庆 401331)

石油对保障国家经济和社会发展有着不可估量的作用，随着油气勘探精度和目标复杂程度的不断提高，频谱分析技术成为了利用地震信息进行油气勘探的重要方法之一[1-2]，其中频率衰减是频谱分析技术中的一项重要属性特征[3-5]。频率衰减属性能够反映储层分布并能够精细预测油气，因而更有利于储层预测及流体检测。自从1962年，Futterman第一次详细论述了岩石对地震波的吸收衰减为地层的基本特性以来[6]，许多研究学者在这个方向展开了深入的研究。1979年，Toksoz等[7]通过研究岩石对地震波吸收衰减的影响，指出引起地震波在岩石中衰减的因素有:摩擦、液体流动、流体黏性和扩散。2010年，张景业等[5]利用能量吸收分析法，分析地震波频率信息的衰减梯度，有效地预测了含油气区。2020年，李培培等[8]利用频率衰减斜率属性切片，区分出了断裂和沉积水道等地质异常。

本文分析了地震波频率衰减属性在储层含油气时的变化特征，并通过对已钻井频率衰减斜率特征分析同时结合正演模拟，得出运用频率衰减斜率进行储层含油气预测是可行的，进而将其应用到杏南开发区储层含油气预测的研究中。同时综合构造特征研究、三维地震精细解释等研究成果，划分出3类有利区。研究对提高油气预测的精度、指导油气勘探的进一步深入具有重要的现实意义。

1 方法原理

1.1 频率衰减理论基础

与致密的地质体相比，当地震波穿过含有油或气的地层时，就会造成频率和能量的衰减，而且地震波高频部分衰减得尤为剧烈。频率吸收衰减是指地震波在地下岩层中传播时总能量的损失，是介质内在的属性[9]。引起地震波衰减的因素有2种(内部和外部):内部因素是介质中固体与固体、固体与流体、流体与流体界面之间的能量耗损；外部因素主要是不均匀介质引起的散射[10]。地震波衰减会使其振幅变弱，子波的形态发生变化。岩层的吸收程度对地震波衰减与子波形态的变化速度起着决定性的作用。岩性不同对地震波的吸收程度也不同，地层的吸收能力越强，地震波的高频成分衰减得越快。地层岩性的变化可以通过吸收系数的变化表现出来[11]。

由于地下地层都是非完全弹性介质，当地震波穿越地层的时候，会对地震波产生吸收作用。随着传播距离的增大，地震波的振幅会呈指数形式衰减。其衰减方程为:

A(f，r)=A0e-α(f)r

(1)

式中，A为地震波传播一定距离后的振幅；A0为地震波的初始振幅；α为吸收衰减系数；f为频率；r为地震波的传播距离。

吸收衰减系数与频率和岩性之间存在函数关系，在地震波频带宽度范围内，α和f呈正比。即地震波的频率越高，吸收系数就越大，衰减的幅度越大[12-13]。由衰减方程可知，随着传播距离的增大，地震波的能量以及频率都会不断衰减。

1.2 频率衰减斜率分析

在吸收衰减属性中，频率衰减斜率是一种对储层含油气识别比较敏感的属性，它表示了地震波在高频段的能量随频率的变化情况，可以衡量地震波在传播过程中衰减的快慢程度。衰减的斜率越大，反映的储层物性越好。当岩石中孔隙较多并且充填油气时，其地震波的衰减就会增加[14]，且高频能量比低频能量衰减的大。利用这种衰减变化特征，就可以描述出有利储层的分布范围。

衰减斜率的具体算法为:

(1)对每道地震记录作时频分析，在时频剖面上把检测到的最大能量对应的频率作为初始衰减频率[15]。

(2)在能量谱上找到最大能量的65%和85%时地震波所对应的频率，然后拟合出频率与能量的衰减斜率，得到振幅衰减斜率Ga[5]，其计算公式为:

(2)

频率衰减斜率如图1所示。

图1 频率衰减斜率示意Fig.1 Schematic diagram of frequency attenuation slope

2 杏南开发区储层预测

研究工区为杏南地区高8-59井区及杏13-丁2-125井区，主要含油层位为下白垩统的泉头组四段和泉头组三段上部的扶余油层，为研究目的层，细分为扶Ⅰ组、扶Ⅱ组、扶Ⅲ组。

2.1 区域地质概况

区域构造位置位于松辽盆地中央坳陷大庆长垣二级构造带的杏树岗、太平屯构造带上。扶余油层从北到南砂体、物性、埋深、产能差异很大，整体北好南差。生储组合为上生下储型，油气主要来自齐家—古龙凹陷。扶余油层主要储集体是河道砂，砂岩孔隙度一般在6%～12%，渗透率一般小于0.1×10-3μm2，属于低孔、低渗型储层。泉三段上部主要为一套灰褐、灰棕、浅灰色粉砂岩夹紫红、灰绿色泥岩，泉四段主要为一套灰绿、灰褐色粉砂岩夹浅灰、灰绿色泥岩。地震体来源于杏南地震体(xndzt.segy)，从地震资料分辨率看，其主频在30 Hz左右，频带宽度为0～80 Hz，目的层范围1 100～1 900 ms，测线为:Line为3617—4210，Trace为2897—3752。地震数据体的采样率为2 ms，地震面元为10 m×10 m。

2.2 衰减斜率属性含油气性预测可行性分析

2.2.1 已钻井频率衰减斜率特征

为了验证频率衰减斜率属性用于储层含油气性预测的可行性，将杏南开发区已完钻油井X79、干井XF72-4的实际测井数据和地震剖面与该井的频率衰减斜率特征进行了对比。

X79井位于研究区中下部，该井在录井资料中获得了较好的油气显示，在地震剖面上对应强反射。X79井1 494.1～1 617.6 m压后抽汲，其油压一般在41 MPa，日产油14.56 t，日产气4.8×104m3。测井解释Ⅱ类储层2.8 m/层，气测异常14 m/5层，油迹1 m/层。分别对X79井、XF72-4井进行频率衰减斜率计算，并对计算出的频率衰减斜率体沿目的层进行层拉平，每隔2 ms进行等时切片观察得出[16]，在1 340～1 500 ms时窗内，X79井的频率衰减斜率属性表现为强衰减的特征(图2)，而在此时窗外切片上频率衰减斜率没有明显的变化特征，且产油气层段与强衰减斜率有较强的对应关系。与X79井形成对比的是XF72-4井，对该井进行测试，测试结果为干井，而且在XF72-4井的频率衰减切片上没有出现衰减异常现象。

图2 过X79井和XF72-4井的频率衰减斜率和地震剖面对比Fig.2 Comparison of frequency attenuation slopes and seismic profiles of Well X79 and Well XF72-4

通过对2口已知井的试油情况分析得出，频率衰减斜率属性和储层含油气性之间有一定的相关性。

2.2.2 正演模拟

地震正演模拟技术是通过设计实际地下储层的正演模型，并设置相应的速度、密度、厚度等各种地球物理参数，通过数值计算方法对正演模型进行数值模拟，得到各种地震记录，从而研究地震波的传播规律和储层的地震响应特征[17-19]，是储层含油气预测中常用的分析手段。在本研究中，根据实际已钻井揭示的地层数据和岩性组合可知，扶余油层砂岩不发育，剖面上泥多砂少、具有“泥包砂”的特征，且泥岩层分布稳定，泥质含量高。单砂体发育规模小、厚度薄，沉积粒度细，物性差，单砂体间连通性差。针对储层这一特征，建立地质模型。其中扶Ⅰ油层砂岩速度为4 250 m/s，密度为2.5 g/cm3，泥岩速度为3900m/s，密度为2.45g/cm3，上覆地层速度为3 700 m/s，下伏地层速度为4 200 m/s，子波主频为30 Hz。

通过正演得到扶Ⅰ油层模型正演图(图3)，将正演图与地震剖面图进行对比分析可知，扶Ⅰ油层储层发育时，在地震剖面上表现为强反射，与实际处理后的地震资料一致。运用正演模拟技术进行分析，为采用频率衰减斜率属性进行储层含油气性预测提供了基础。

图3 扶Ⅰ油层模型正演与地震剖面对比Fig.3 Comparison between forward modeling of FuⅠ reservoir model and seismic profile

扶Ⅰ油层的频率衰减斜率剖面如图4所示，通过观察可以得出，含油气层均对应着频率衰减斜率值较高的区域。将频率衰减斜率图和地震剖面图进行对比发现，频率衰减斜率高值部位的产油气层位于地震反射的波谷处，在含油气层的下方具有强振幅反射，且与扶Ⅰ油层模型正演图含油气区域一致。

图4 扶Ⅰ油层频率衰减斜率Fig.4 Frequency attenuation slope of FuⅠoil layer

综合已钻井和地震正演结果与频率衰减斜率分析对比可知，频率衰减斜率属性对于识别储层含油气性是可行的。

2.3 储层含油气性分布预测

频率衰减斜率值会随着所取时窗大小的不同，而发生变化。为了使频率衰减斜率属性能够突出地反映储层含油气性的异常特征，首先对属性计算时窗的选取进行优化[20]。对比下白垩统的泉头组四段和泉头组三段油层不同时窗的频率衰减斜率值变化情况，优选出计算时窗大小的时间。然后沿标定的油气层段位置进行沿层频率衰减斜率数据体的平面成图(图5)，从而初步划分出含油气有利区。

图5 储层含油气预测Fig.5 Reservoir oil and gas prediction map

从频率衰减斜率平面图中(图5(b)，图中红、黄色区域为含油气有利区)可以看出，区域北西向频率衰减值较大，呈条带状分布，因此可以初步判断该区域是储层含油气的主要富集区。同时引入岩性约束(图5(a))从而使油气检测结果精度更高。

从砂岩厚度分布图中可以看出，扶余油层砂体发育区大体呈北西向、条带状展布，平面分布连续性较好，沿构造主体砂岩较发育，南部和中部的砂体连续性要好于北部。砂岩厚度高值区(>34 m)成南北向条带状展布，厚度在17～59 m，平均厚度38 m；有效厚度一般在25～45 m，平均35 m。扶Ⅰ油层组砂体呈北西向展布，呈条带状分布。扶Ⅱ油层组砂岩发育连续性要比扶Ⅰ组好，砂体呈条带状相互交汇。扶Ⅲ油层组砂岩相对发育但连续性要比扶Ⅱ组差，呈条带状分布。对比砂岩厚度分布图和频率衰减斜率平面图可知，频率衰减斜率图中斜率衰减较大的区域总体上位于砂岩厚度分布图中砂体较厚的区域范围。

综合频率衰减斜率图和砂岩厚度分布图，同时根据布井有利区优选原则，通过对已钻井钻探资料(包括录井资料、测井资料等)进行分析，结合沉积相、储层预测、地震属性分析等研究成果，按照扶Ⅰ上、中、下砂层组、扶Ⅱ上、下砂层组、扶Ⅲ上砂层组和扶Ⅲ下砂层组进行储层含油气预测，得到了该区储层含油气有利区分布图(图5(c))。

3 结论

(1)针对杏南开发区高8-59、杏13-丁2-125区块扶余油层地层较厚、底部标志不明显、断层两盘厚度有差异的地质特征，通过对已知井的频率衰减斜率属性进行分析并结合正演模拟得出，频率衰减斜率属性可以反映储层的含油气特征，并利用该属性预测出该地区的三类含油气有利区。

(2)运用频率衰减斜率属性进行含油气预测，其优点为抗干扰性强，平面展布连续性好，但是对薄储层、互层在纵向剖面上效果较差，适用于构造不复杂，围岩差异较大的地区。因此，应根据研究区的实际地质情况进行选择运用。