渤中凹陷中浅层河道砂发育，储层纵横向变化快，平面非均质性强，夹薄层泥岩。清楚认识砂体连通性是理清油水关系、区分砂泥岩层，实现研究区精细开发的关键^[1]。油藏开发后期砂体连通性也会影响注水见效和水淹等^[2]。因此，砂体连通性的研究对油藏开发有重要意义，为后期进一步开发提供依据。砂体连通性最早被定义为基于沉积成因上的连通概率^[3]。20世纪80年代以来，国内外出现多种判定砂体连通性方法，包括传统的沉积相分析法、RTF测井及曲线法、地震属性反演法、示踪剂类的地球化学法、井间分析油藏工程法等^[4-5]。

地震属性相较于原始地震数据对储层、流体特征的变化反应更加敏感，可揭示隐藏的信息，适合储层预测和特征描述等^[6] ，为油气勘探开发的提供重要依据^[7]。随着地震属性分析技术方法成熟，其可被广泛应用于砂体连通性判断以及储层预测^[8]。韩红涛等^[9]利用相干能量梯度属性刻画砂体具体形态，优选合适的地震属性并匹配地质信息提高准确性；冯金义等^[10]通过时频分析沿层提取瞬时振幅属性切片检测砂体展布空间和连通性；刘传奇等^[11]利用地震属性中的聚类分析技术，以测井资料和地层切片相结合的方式成功描述了砂体的连通性；周连敏等^[12]优选均方根振幅和倾角方位属性实现了曲流河侧积体分布的预测；安鹏等^[13]以地质甜点为基础，在对地震相带进行划分之后，优选了敏感地震属性实现河道砂的刻画；井涌泉等^[14]基于地震属性预测了河流相砂岩叠置特征；印兴耀^[15]、季玉新^[16]、李娟^[17]等通过交汇图、不同属性间的相关分析优选敏感地震属性。

前人研究表明，地震单一属性能突出地质体的某种响应特征^[18]，但同时会削弱或忽略其他方面的信息，整体反映不够全面^[19]，另外，地震单一属性解释还存在多解性等问题^[20]。单一地震属性判定方法有一定的限制，无法完全匹配研究区较为复杂的储层情况，为了解决渤中凹陷中浅层研究区砂体连通性判定问题，由实际工区的统计参数对砂体纵横向不同叠置情况进行基于波动方程的正演模拟，验证和优选出适合的地震属性。通过地震属性分析得到的均方根振幅、甜点和主频等属性在识别砂体连通性的分辨率比地震资料更高。经过盲井X5验证表明，该融合属性能有效判定渤中凹陷中浅层砂体的展布并能定量计算砂体本身及砂体间接触点的厚度，为渤中凹陷中浅层砂体连通性的判定提供依据。

1.   区域概况

渤海湾盆地的地层以前新生代地层为基底，发育古近纪、新近纪和第四纪的地层，相对而言地层比较完整^[21]，其中，渤中凹陷是由多幕伸展发育而成的盆地^[22]。如图1所示，研究区所在的渤中凹陷东南环新近系目的层位于明化镇组下段，面积约300 km²。物源主要来自于东部的河流相沉积，粒度较细，大部分为细砂岩和粉砂岩，河道砂体呈SW-NE向展布。研究区已发现的油藏主要分布在明化镇组和馆陶组，储层垂向上砂体互相叠置，砂体含量为25%～60%，单层厚度普遍为0.5～11.9 m，储层物性好，是高孔高渗型储层。油气在围绕渤中凹陷凸起和低凸之上分布较多，主要在新近系的明化镇组和馆陶组发育^[23]。该地区油气藏储层埋藏深度较浅，集中在850～1 500 m，主要在新近系的明化镇组下段和馆陶组发育。此浅层区地层为河流—冲积扇沉积，以2～8 m的砂泥岩薄互层发育为主，储层纵横向变化快，平面非均质性强，夹薄层泥岩。浅层河道砂发育，整体连续性差，砂体间叠置关系较为复杂，很难区分砂体形态、边界和连通性。此外，研究区井网稀疏，浅层区河流相成藏规律不明显，这进一步增加了对砂体连通性的判定难度。

图  1  渤中凹陷区域位置

Figure  1.  Location of the Bozhong Sag

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2.   砂体地震属性特征

2.1   地震属性分析

地震属性是对地震数据进行数学变换后描述地震波在几何学、动力学和统计学方面特征的特殊度量，能对储层结构、物性和岩性等进行描述。地震属性可分为4类：相位属性、振幅属性、吸收衰减属性和频率属性^[24]。

（1）振幅类属性

振幅类属性能反映地质体中地层厚度、波阻抗以及流体性质等变化。可以分析层序特征、识别异常振幅等。

（2）频率类属性

频率属性主要反映地层岩性、厚度以及含流体成分的变化，可以识别出上覆地层出现异常现象以及微小的频率改变。

（3）相位类属性

储层中的薄互层组合以及流体含量的变化，通常会造成含油气地质体的相位出现明显变化，因此相位类属性可以反映薄互层的特征，同时也可作为油气检测的重要指标。

（4）吸收衰减类属性

地震波的吸收衰减是一种广泛应用的地震属性，是进行地下地质体精确描述和油气预测的关键技术手段。

2.2   砂体正演优选地震属性

正演模拟技术根据已有的地震资料和测井资料建立简化模型。基于地震波在地下介质中的传播规律来模拟其具体的传播过程。波动方程法正演模拟是在求解对应地震波动方程时，通过有限差分法等进行波动方程近似，取一定的时间步长迭代出波场特征。其能准确表征出地震波的频率、振幅以及相位的变化，真实反映地震波的动力学特征^[25]。因此，通过高质量的波动方程偏移的正演模拟技术进行相关砂体连通性的研究是切实可行的。而对不同工区的不同储层进行地震属性反应对象特征时，同一个地震属性的敏感性会不同；在测定同一地质体时，同一类别的众多地震属性特征往往相似，不同类别的地震属性间会表现不同的敏感程度。因此，通过正演模拟验证并优选出适合渤中凹陷中浅层研究区的地震属性类型，应用地震属性分析技术判定研究区砂体连通性。

统计研究区中浅层目的层段单个砂体的长度、厚度以及薄互层间隔距离等信息，选取参数建立适合的正演模型。如图2—4所示，取子波主频为35 Hz、波长$ \lambda $=70 m、单个砂体长度120 m、厚度30 m。通过前期实验探究，选择两个砂体模拟连通性并与地震资料原始振幅进行对比分析，横向距离分别为0、5.5、7.5和8 m，纵向叠置分别为12、12.5和30 m，选择的地震属性分别为均方根振幅、主频、甜点、瞬时频率、瞬时相位和声波阻抗属性。

图  2  纵向叠置12 m地震属性分析效果对比图

Figure  2.  Comparison in seismic attribute analysis results of 12 m vertical overlay

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图  4  纵向叠置30 m地震属性分析效果对比图

Figure  4.  Comparison of seismic attribute analysis results of 30-m vertical overlay

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对砂体纵向叠置12 m，横向距离分别为0、5.5、7.5和8 m进行正演模拟和地震属性分析，对比得到不同尺度下地震资料原始振幅与地震属性对砂体连通性的分辨率（图2）。当两个砂体纵向叠置12 m，横向距离为0 m时，地震数据原始振幅和均方根属性均无法判定砂体的连通性；由主频属性的轴位置可以判定砂体为不连通状态，但砂体上下层都有较小的干扰；而甜点属性可以很好地判定出此处砂体为不连通状态。

对砂体纵向叠置12.5 m，横向距离分别为0、5.5、7.5和8 m进行正演模拟和地震属性分析，对比得到不同尺度下原始振幅与地震属性对砂体连通性分辨率（图3）。在纵向叠置12.5 m，横向距离分别为5.5、7.5和8 m的时候只有均方根振幅属性、甜点属性以及主频属性能判定出砂体为不连通状态，其余情况都无法判定砂体的连通状况。

图  3  纵向叠置12.5 m地震属性分析效果对比图

Figure  3.  Comparison of seismic attribute analysis results of 12.5 m vertical overlay

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对砂体纵向叠置30 m，横向距离分别为0、5.5、7.5和8 m进行正演模拟和地震属性分析，对比得到不同尺度下原始振幅与地震属性对砂体连通性分辨率（图4）。当两个砂体纵向叠置30 m，横向距离为8 m时，地震数据原始振幅和主频属性均无法判定砂体的连通性；均方根振幅属性和甜点属性可以很好地判定出此处砂体为不连通状态。

综上所述，由以上正演模拟结合地震属性分析可得，在渤中凹陷中浅层研究区储层砂体连通性判定时，通过均方根振幅属性、甜点属性和主频属性能够判定的最小尺度是砂体横向距离$ \frac{1}{8}\lambda $、纵向叠置$ \frac{1}{6}\lambda $，其分辨率高于地震资料原始振幅和其他地震属性。

3.   地震融合属性判定砂体连通关系

一种属性只表示储层一个或几个特征参数的地球物理响应，只适用于储层某一特征的预测，并不能反映储层整个性质特征。因此，地震属性反应地质体特征存在针对性，从另一方面也揭示了地震属性预测具有一定的局限性。地震属性融合技术是一种通过数学运算与分析，将合适的多种地震属性进行融合，综合地震属性各自的物理或统计学意义反映出更加全面、准确的地质体信息与特征^[26]。通常在河流相储层中，这种多属性综合、属性融合技术是广泛应用的改善单一类地震属性局限、减少多解性的重要方法。其本质是去除冗杂、重复信息，融合有效信息。

为了最大程度地克服使用单一属性的局限性，采用地震多属性融合技术反映地质目标，判定砂体连通性。在众多类别的地震属性中选出有效的、能提供准确信息的属性进行储层特征的研究，优选出匹配的、敏感的地震属性及其组合，计算砂体本身及接触点的厚度、刻画储层平面展布特征，判定砂体连通性。

3.1   地震融合属性优选

对于研究区所处的渤中凹陷中浅层砂体，通过以上正演模拟验证，优选出能够较好反映该区砂体特征的6种适合的地震属性，以定量化方式对优选属性进行按相关性比重进行融合，得到相关性更高的地震融合属性，计算出砂体本身以及接触点的厚度来判断砂体连通性。

（1）属性优选

通过应用相关度公式(1)，可以定量计算单个属性的预测精度，从而确定各个单层属性与层段厚度之间的关系。为了优化储层敏感参数，可以选择相关度较高的属性进行地震融合属性优选^[27]。

式中，$ A(X,Y) $是各单属性与对应储层厚度的相关度；$ \mathrm{C}\mathrm{o}\mathrm{v}(X,Y) $是各单属性与对应层段厚度的协方差；$ \mathrm{V}\mathrm{a}\mathrm{r}\left[X\right] $和$ \mathrm{V}\mathrm{a}\mathrm{r}\left[Y\right] $分别是各单属性与对应层段厚度的方差。在优选时还要考虑其地质成因、形态特征和宏观规律，对其属性进行综合考量，以确保最佳的选择。

（2）融合权重计算

基于优选出的地震属性，利用公式(2)计算出形成的融合属性中每个单属性权重。

式中，$ {B}_{i} $是属性融合中每个单属性权重；$ {A}_{i} $是每个单属性的相关度；$ n $是融合的单属性总数。

（3）融合属性定量评价

为了消除不同单属性之间量纲差别的影响，计算出各单属性权重后，通过公式(3)将各单属性归一化，由得到的各单属性的权重系数$ {B}_{i} $组合计算得到地震属性融合后的属性图。

式中，$ {X}_{\text{norm}} $是地震属性归一化后的值；$ X $是原各自地震属性值；$ {X}_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}} $、$ {X}_{\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}} $分别是原地震属性的最大值和最小值。

3.2   地震融合属性判定砂体连通方法

砂体连通性的判定在一定意义上可以通过纵向上两个砂体在连接点处的砂体厚度是否为0来进行判定。地震融合属性可判定渤中凹陷中浅层研究区储层中某一点的砂体厚度，为砂体连通性的综合判定提供了依据。

为了优选能反映研究区该目的层段有效信息的地震属性，经过正演模拟验证及优选部分适合研究区的地震属性，从中提取了多种单一属性进行地震资料解释，使其能够与部分已知砂体的测井、地震等资料吻合。对研究区该目的层段，利用多种地震属性融合的方式以获得与储层砂体厚度相关性较好的地震属性，从测井数据出发，统计测井上不同砂体厚度的属性值，对其与地震属性值进行交汇分析。根据公式进行相关性分析，得出相关性高的地震属性，主要有均方根振幅、甜点和主频这三种地震属性，以此进行属性融合。计算这三种属性对应权重系数，统一量纲，算出融合属性的相关系数。

根据公式(1)计算得到均方根振幅、主频、瞬时频率、瞬时相位、甜点和声波阻抗属性的相关系数分别为0.7288、0.6615、0.4048、0.4663、0.6285和0.5073。如图5、6所示，随着砂体厚度的增加，瞬时相位的属性值反而降低；瞬时频率属性在此储层中对地层厚度变化的统计规律较为分散，特征不明显；波阻抗属性在整个储层中对地层厚度的区分性较差，无法进行定量储层砂体厚度判定，且这三个地震属性总体相关性较差。综合考虑，结合相关系数排序，选择相关系数高于0.6，结合正演模拟的验证及优选结果，选择均方根振幅、甜点和主频属性作为研究区的敏感属性；由公式(2)对均方根振幅、甜点和主频属性确定属性权重分别为0.361、0.3277和0.3113（表1）；通过公式(3)将各单属性归一化，进行加权属性融合，如图7为融合属性图。

表  1  优选属性融合权重统计表

Table  1.  Statistics in the weight of priority attribute fusion

属性类型	均方根振幅	主频	甜点属性
相关系数R	0.7288	0.6615	0.6285
融合权重	0.361	0.3277	0.3113

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图  5  单属性与砂岩交汇图

Figure  5.  Intersection of single property and sandstone

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图  6  单属性平面图

Figure  6.  Planar pictures of a single attribute

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通过融合属性与砂岩厚度交汇分析得到二者的对应关系（图8），进而计算储层中砂岩厚度。对以上三种研究区的敏感属性进行地震属性融合后得到的属性值与储层中砂体厚度的相关系数提升到了0.7779，预测精度明显提高。

图  7  融合属性平面图

Figure  7.  Planar picture of a fused attribute

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图  8  融合属性与砂岩厚度交汇图

Figure  8.  Plot of fusion properties vs sandstone thickness

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4.   地震多属性融合应用效果分析

经过敏感属性融合后，对研究区盲井X5进行融合属性效果验证。在深度域1 170～1 300 m，由X5解释结论可以得到该区域有较厚的7个砂体层（图9）。

图  9  研究区X5井曲线图

Figure  9.  Logging of Well X5 in the study area

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在均方根振幅中，第1、2、5、6和7层砂体层区分较为明显，整体对应较好（图10b）。但是第3层所处的薄层砂体没有呈现出来，且第5层薄层砂体的厚度显示较小。

图  10  X5井解释结论与单属性、融合属性对比图

Figure  10.  Interpretation conclusion of Well X5 and the comparison with single attribute and fusion attribute

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在甜点属性中，整体7个砂体层有一定的对应，但是敏感性相对较差，区分度不足（图10c），无法对单一砂体厚度进行准确定量计算。

在主频属性中，整体7个砂体层都有较好的对应（图10d），但是上下层之间存在干扰，层与层之间有多余层的干扰，展布有些混乱，整体区分度不是特别明显，准确计算每一个对应层的厚度较难。

在均方根振幅、主频和甜点属性按照相关性比重得到的融合属性中，明显可以看出7个砂体层都与X5解释结论对应较好（图10a），且在范围内可以清晰地反映出砂体的边界和展布特征，能清晰呈现第3层薄层，第4层薄层的厚度也更贴近真实值。借助得到的融合属性公式对于砂体的厚度也能进行准确的定量计算（表2）。

表  2  融合地震属性与砂岩厚度数据关系表

Table  2.  Relationship between fusion of seismic attributes and sandstone thickness

砂体层	砂岩厚度/m	融合属性
		预测厚度/m	绝对误差/m	相对误差
1	7.2	6.5	−0.7	0.097
2	2.4	2.9	0.5	0.208
3	2.9	2.3	−0.6	0.207
4	7.5	8.2	0.7	0.093
5	5.2	3.9	−1.3	0.25
6	9.1	8.2	−0.9	0.099
7	5	6.2	1.2	0.24

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综上，借助地震融合属性可以提高渤中凹陷中浅层研究区的砂体在横纵向上的分辨率，清晰地刻画出储层砂体的边界和展布特征，满足对储层进行精细化描述的要求。借助对砂体本身以及砂体间接触点厚度的精准计算完成了研究区目的层段砂体间连通性的判定。

5.   结论

（1）通过基于波动方程的正演模拟验证及优选适合的地震属性，对渤中凹陷浅层研究区地震勘探可得，在最小尺度砂体间横向距离$ \frac{1}{8}\mathrm{\lambda } $，纵向叠置$ \frac{1}{6}\mathrm{\lambda } $的情况下可以由地震属性准确判断砂体的连通情况。提高了储层描述的分辨率，证明地震属性判定砂体连通性在渤中凹陷中浅层具有一定的可行性。

（2）通过砂体厚度与多种地震属性的交汇分析、公式计算以及相关系数对比，优选出相关性高的3种地震属性，分别为均方根振幅、甜点和主频属性。按照相关性比重进行地震属性融合，计算出融合属性的公式与相关系数，可得融合后的地震属性与砂体厚度的相关性明显升高，有助于对储层砂体边界及展布的精细刻画。

（3）通过研究区X5井盲井验证与砂体厚度计算，得到的地震融合属性能较好地反映出渤中凹陷中浅层薄互层砂体的展布以及厚度，与实际砂体位置以及厚度符合率较高。通过地震融合属性得到的公式也能定量计算出砂体本身以及砂体间接触点的厚度，对研究区砂体的连通性起到良好的判定作用。