王 波 齐 宇 杜 凯 孙 乐 李文兰

(中海油研究总院有限责任公司 北京 100028)

鄂尔多斯盆地是中国重要的大型含油气盆地，上古生界致密砂岩气广泛分布，是中国致密气勘探开发的主战场。中石油和中石化在盆地内已相继建成了苏里格、神木、榆林、大牛地等一大批致密气田，成为中国天然气产业的重要接替区[1-2]。临兴A地区位于鄂尔多斯盆地东北缘，上、下石盒子组致密砂岩具有资源潜力大、地层厚度分布稳定、储层叠置发育的特点。前人研究表明，鄂尔多斯盆地东北缘石盒子组砂岩以发育浅水辫状河三角洲相为主[3-4]，分流河道横向摆动快、砂体叠置复杂且频繁互层导致地层横向对比多解性强。研究区气层主要富集于物性相对较好的砂岩内，具有“微相控储、物性控藏”的特点[5]。为保证致密气井位部署的精确性，须对储集砂体精细刻画，开展致密砂岩地层细分及储集砂体平面预测工作。

由于该区地震资料分辨率及岩心取心长度的限制，利用常规的层序地层识别方法和地震反演技术难以满足地层细分及砂体平面刻画的精度要求。为提高地层划分及砂体地震刻画的准确度，本文以自然伽马测井曲线信息为载体，纵向上对自然伽马曲线进行最大熵频谱属性分析得到INPEFA曲线；通过分析INPEFA曲线内部不同幅度的趋势拐点来识别不同级次的基准面旋回信息，实现研究区上石盒子组盒4段地层的砂组划分与对比；同时应用地震波形指示反演的方法，利用地震波形相似性特征来参与井间储层的反演，从而降低砂体空间刻画过程中的随机性，反演结果更加符合地质规律，提高了反演结果的适用性。该方法在鄂尔多斯盆地临兴A地区上石盒子组盒四段致密气储层精细刻画中应用良好，为致密气井位部署、实现增储上产、降低勘探开发风险打下了坚实基础。

1 地质背景

临兴A区块位于鄂尔多斯盆地东北缘，横跨盆地伊陕斜坡和晋西挠褶带(图1)，三维地震全覆盖，面积为150.1 km2，是中国海油致密气勘探开发的重点区块。已钻井和测试结果表明，上石盒子组盒四段是本区重要的目的层，A-33井盒四段钻遇气层厚度达11.9 m，压后测试无阻流量为4.0 × 104m3/d；A-9井盒四段钻遇气层厚度为3.5 m，测试射孔无阻流量达到16.7 × 104m3/d；A-58井盒四段钻遇气层厚度为12.9 m，压后测试无阻流量达到50.3×104m3/d，彰显了盒四段巨大的勘探开发潜力。因此，对临兴A地区盒四段致密砂岩储层的平面展布特征进行精细刻画，对该区致密气勘探开发具有重大指导意义。

图1 鄂尔多斯盆地东北缘临兴A地区位置示意图

2 基于INPEFA曲线层序划分及对比

2.1 基本原理

目前采用单一的依据地震层序地层研究的小层划分方法具有横向对比多解性强、分辨率低的局限性[6]。为提高小层划分的准确性及精度，降低小层划分过程中的人为误差，前南斯拉夫学者M.Milankovitch在1991年首次依据地球轨道参数及其对气候的影响提出了Milankovitch旋回[7]，后续众多学者将这种周期变化与地层记录结合起来，并证实常规的测井曲线中均能识别出Milankovitch旋回。因此，以连续的测井曲线为依据进行地层定量化对比得到了广泛应用[8-9]。

INPEFA(Intergrated Prediction Error Filter)曲线技术正是通过对常规测井曲线进行系列运算处理后，能够放大原始测井曲线中地层发育趋势以及沉积旋回信息，其曲线拐点则反映了不同级次的层序界面。而沉积地层陆源碎屑供给强弱与基准面的变化具有良好的对应关系，基准面升高，陆源供给减弱，泥质含量升高，因此可以通过研究泥质含量的高低来判断基准面的变化特征[10]。根据测井地质学原理可知，自然伽马曲线相较于其他测井曲线最能表征泥质含量的变化。本次研究优选自然伽马测井曲线为载体开展INPFFA曲线分析，首先对自然伽马曲线进行处理，来推算出最大熵频谱分析估计值(MESA)，通过实际自然伽马曲线值减去最大熵频谱分析估计值(MESA)得到预测误差滤波分析曲线(PEFA)，最后通过对PEFA曲线进行积分处理得到INPEFA曲线，从而使曲线内部的趋势更加明显[11]。INPEFA曲线可以较好地指示沉积间断和水体深度的变化，其正负拐点代表了可能的洪泛面和层序界面。通常情况下，INPEFA值向上增加为正趋势，代表该沉积时期内自然伽马曲线值比预测值大，泥质含量逐渐升高，指示可能的基准面上升阶段；INPEFA值向上减小为负趋势，代表该沉积时期内自然伽马曲线值比预测值小，泥质含量逐渐降低，指示可能的基准面下降阶段[12](图2)。

图2 A-33井盒四段自然伽马曲线预测误差滤波分析

2.2 应用INPEFA曲线划分沉积旋回

提取工区A-33井盒四段自然伽马曲线导入CycloLog软件，进行积分变换得到INPEFA曲线的拐点和趋势变化信息，发现地层旋回与INPEFA曲线的变化趋势有良好的对应关系。现将A-33井作为标准井，对盒四段层序界面的级次进行识别与划分，从而实现基准面约束下的地层划分及对比。

从图3可以得出，A-33井盒四段INPEFA曲线旋回形态特征明显。根据INPEFA曲线内部正负趋势，将盒四段自上而下划分为3个砂组。按地层由老到新的顺序分析，盒43砂组INPEFA曲线表现为明显的正趋势，反映典型的正旋回沉积特征，基准面逐渐上升，测井相为钟形，泥质含量逐渐升高；盒42砂组INPEFA曲线表现为明显的负趋势，反映典型的反旋回沉积特征，基准面逐渐下降，测井相为高幅箱形，发育大套的砂岩沉积；盒41砂组INPEFA曲线向上突变为正趋势，对应典型的正旋回沉积特征，基准面升高，测井相为钟形，泥质含量升高。

图3 A-33井盒4段高频层序地层划分

高分辨率层序地层对比往往以基准面旋回转换面作为地层划分的界面[13-15]。因此在单井高频层序划分的基础上，利用INPEFA曲线识别出的旋回信息进行连井高频层序对比，当对全区的层序划分对比能够闭合，才能实现精细等时地层格架的建立[16-18]。结合研究区标准井典型测井曲线INPEFA分析方法解析其内部的基准面旋回特征，将提取的旋回信息进行全区的井间对比。对研究区各井的原始GR曲线进行INPEFA分析，绘制了能够反映上石盒子组盒四段基准面旋回的INPEFA-GR骨架剖面对比图(图4、5)，建立了相应的时间地层格架。图4和图5均为研究区近物源方向盒四段旋回对比格架剖面，盒四段地层横向分布稳定，且通过这一方法识别出的基准面旋回特征在全区可以连续追踪，可对比性强。

图4 利用综合预测误差滤波分析方法进行多井对比(剖面①)

图5 利用综合预测误差滤波分析方法进行多井对比(剖面②)

3 砂体三维地震精细刻画

3.1 技术原理及方法流程

随着油气勘探开发的不断深入，提高薄储层纵向分辨率和预测精度的技术逐渐成为油气勘探的重要研究方向[19-20]。目前，薄储层预测中常用地质统计学反演方法，但统计学反演的基础是变差函数，要求井数较多且分布均匀，随机性强，无法充分体现地质研究的思想，横向分辨率较低[21-22]。研究区三维地震资料主频范围为 30～40 Hz，理论可分辨地层 20～30 m，盒四段地层厚度介于40～60 m，单套砂岩的厚度多介于3～10 m，最大厚度不超过15 m，远低于工区地震资料可分辨地层厚度，因此常规反演手段的分辨率难以满足识别研究区薄层砂体的要求。

为了提高薄层砂体的预测精度，陈彦虎 等[23]学者提出了波形指示反演方法，其核心思想是在等时地层格架约束下，利用地震波形的横向变化表征储层的变异程度。由于地震波形可作为一组薄层砂体地震响应的叠加，因此地震波形可以表征储层岩性组合的变化[24]。该方法具体的思路原理是通过优选井样本确定井旁道地震波形及其对应的测井曲线中蕴含的共性结构信息作为确定性成分，建立初始模型[25]，在贝叶斯框架下对初始模型的低频成分进行模拟；针对测井曲线高频部分，通过筛选出空间上距离近且岩性组合相似程度高的井信息作为有效统计样本，进而优选出与待预测点岩性组合相似程度高的井(图6)，采用SMI软件内置的“马尔科夫链蒙特卡洛随机模拟(SMC-MC)算法”进行横向预测，在地震频带外提取确定性结构成分作为波形指示模拟结果[26]，将地震波形相似性特征作为反演过程的约束条件，模拟砂体横向分布，真正将地震的横向高分辨率和井的纵向高分辨率结合起来，实现井震联合反演[27]。

图6 地震波形指示反演原理图

由于自然伽马曲线相较于其他测井曲线最能表征泥质含量的变化，与前述地层划分一致，以自然伽马曲线为载体，应用波形指示反演技术对自然伽马曲线的高频成分进行模拟计算，具体的反演技术流程如图7，最终将地震波形数据体转化为自然伽马数据体，提高了砂岩储层预测的精度，特别是为横向非均质性强的薄储层提供了预测方法。

图7 波形指示反演技术流程(据文献[28]修改)

3.2 波形指示反演效果

从图8可以看出，原始三维地震资料由于分辨率的限制，对薄层砂体发育的厚度及平面歼灭识别能力较低；通过地震波形指示反演后得到的剖面分辨率明显提高，能清晰地识别砂体的顶底边界，砂体横向延展及歼灭点也更加清晰，反演结果与测井解释结果基本一致，说明该预测结果与已钻井揭示的砂体吻合较好。

本次反演主要选取了大部分的探井和部分评价井参与计算，而剩余的部分评价井和开发井则参与反演结果的验证。利用研究区两口水平井对反演结果进行标定，反演结果显示，以A-58井为井台的两口水平井均钻遇储层段(图9)。其中A-58-1H井钻遇711.5 m砂岩段后开始钻遇泥岩段，自然伽马反演剖面显示井轨迹末端GR值升高，砂岩段消失。A-58-2H井钻遇590.0 m砂岩段后开始钻遇泥岩段，钻遇泥岩长度195.2 m，自然伽马反演剖面显示砂岩段位于井轨迹上方，通过调整井轨迹后钻遇砂岩段475.4 m。多口井参与验证揭示了反演结果与井的认识基本一致，说明基于地震波形的自然伽马测井参数反演的效果明显，参与反演计算的井其符合率高达94.7%，验证井的符合率为80.3%。

图8 过A-19—A-32—A-58井连井地震剖面和GR储层参数模拟剖面对比

图9 过A-58-1H—A-58—A-58-2H井GR储层参数模拟剖面

3.3 砂体空间展布及纵向演化

3.3.1砂体平面展布特征

基于地震波形指示反演结果，其纵向分辨率得到了明显提高，因此可以依据高分辨率反演体开展小层层位的精细标定与解释(图8、9)。在小层层位的约束之下，基于原始地震数据体提取了各小层均方根振幅属性(图10a、b、c)，基于高分辨率波形指示反演数据体提取了各小层最小GR值属性来表征小层砂体的平面展布(图10d、e、f)。对比发现，由于整个盒四段地层厚度介于40～60 m，在地震剖面上表现为一个波组(一个波峰+一个波谷)(图8)，各小层的地震属性均在反映一个波组的平面变化特征，平面差异小，不能反映各小层砂体的平面展布及纵向演化特征(图10a、b、c)。

综上所述，本次研究选取不同砂组内部最小GR值平面属性图(图10d、e、f)来刻画储集砂体的平面分布特征。其中盒43砂组钻井揭示钻遇地层厚度为12.7～18.5 m，砂岩厚度为0.6～10.2 m，砂地比为18%～66%。该砂组沉积期分流间湾沉积占优势，物源方向主要来自于正北、北西向；河道分布相对局限，主要发育两只辫状河道，河道由北向南延伸，宽度较窄，沉积细砂岩、粉砂岩为主(图10g)。盒42砂组钻井揭示钻遇地层厚度为17.9～26.0 m，砂岩厚度为1.0～25.2 m，砂地比为10%～95%。该砂组沉积期基准面下降，陆源供给增强，河道分布广泛(图10h)。盒41砂组钻井揭示钻遇地层厚度为14.3～20.3 m，砂岩厚度为0.3～7.4 m，砂地比为14%～48%。该砂组沉积期基准面上升导致陆源供给相对较弱，河道萎缩，分流间湾沉积占优势，物源方向主要来自于正北；分流河道分布局限，主要发育于研究区北部，南部砂体不发育；河道由北向南延伸，宽度较窄，河道沉积细砂岩、粉砂岩为主(图10i)。

图10 临兴A地区盒四段不同砂组沉积砂体平面分布

3.3.2砂体纵向演化特征

盒43砂组为向上变细的正旋回沉积，总体以发育静水泥质沉积为主，只有少部分井发育分流河道微相，且砂体沉积厚度较薄，东西两只河道分布局限，河道宽度较窄。盒42砂组沉积期随着基准面的逐渐下降，物源供给增强，地形坡度变大，水动力条件变强，砂体发育较厚，粒度较粗，其中A-58井连续沉积了厚度达25.2 m的砂岩。该时期发育了大量的砾质辫状河道，储层物性较好(图11)，为研究区盒四段主力产气层段，整体呈现一种“砂包泥”的特征，且砂体主要发育在研究区中部及西部，东部相对欠发育。盒41砂组为向上变细的正旋回沉积，由于基准面开始上升，外部的陆源供给减弱，水动力条件变弱，分流河道仅在研究区北部发育，砂体厚度减薄，粒度变细，整体以泥质沉积背景为主(图12)。因此，研究区盒4段河道砂体规模自下而上经历了萎缩期—扩张期—萎缩期的演化过程。

注：(a)A-19井，1 521.62～1 521.91 m，灰白色含砾粗砂岩，岩性突变接触，底部见明显的冲刷面；(b)A-33井，1 355.05～1 355.27 m，底冲刷；(c)A-33井，1 362.59 m，中粗粒岩屑砂岩，见大量粒间孔，单偏光(-)；(d)A-23井，1 584.74～1 584.98 m，浅灰色粗砂岩夹灰色泥岩团块；(e)A-24井，1 617.9 m，浅灰色含砾粗砂岩

图12 临兴A地区盒四段沉积体系纵向演化图

4 结论

1)在沉积旋回分析基础上，利用最大熵频谱分析方法，根据自然伽马INPEFA曲线对盒四段基准面旋回进行了分析，并依据INPEFA曲线内部正负趋势，将盒四段自下而上划分为3个砂组。

2)盒四段不同砂组沉积砂体平面展布特征差别较大，下部盒43砂组总体以发育静水泥质沉积为主，东西两只河道分布局限。盒42砂组沉积期基准面下降，物源供给增强，河道广泛分布，为气层的有利储集场所。盒41砂组由于基准面上升，外部的陆源供给减弱，砂体厚度减薄，规模变小。

3)临兴A地区盒四段盒42砂组砂体最为发育，且该砂组沉积时水动力条件较强，岩石粒度较粗，为研究区盒四段主力产气层段，气藏有利区主要位于研究区中部及西部，东部相对不利。