随着勘探程度的不断深入，渤海油田大型构造油气藏越来越难以发现，储采比下降严重，亟须寻找新领域，以得到新的潜力增长点。近年来，渤海油田将更多勘探目光投向了凸起缓坡带的岩性油气藏。与构造油气藏相比，岩性油气藏成因更复杂，并具有其自身的特性，对储层上倾封堵性及顶底板保存条件的要求均很高，加上储层横向变化大，这些因素均给勘探工作带来极大困难^[1-2]。

刻画岩性油气藏储层及盖层的常用方法有90°相移、地层切片、地震属性分析、带井约束波阻抗反演及叠前联合反演等。这些方法在浅层油气勘探中应用广泛且效果良好，而对于埋藏较深的古近系地层的储盖层预测，尤其是在钻井较少的情况下，适用性较差^[3-6]。

作为目前勘探开发的一项重要技术，时频分析可描述地震数据主频与时间的变化特征^[7]，可以有效识别薄互层砂泥岩，实现高分辨率油气储层预测^[8-9]。时频分析技术常用来进行井上沉积期次划分，但划分结果连续性差，向三维空间推广难度大。

随着地震地层学的发展，地震Wheeler域变换技术为埋深中深层、少井地区的岩性油气藏勘探提供了另一种思路。2003年，由Lomask等^[10]提出的从三维地震数据体中检测地质体的技术方法，为Wheeler域变换技术发展提供了指导；2006年，Groot等^[11]正式提出了三维Wheeler域变换技术方法；紧接着，Bruin等^[12]于2007年提出了Wheeler域与时间域地震数据交互解释的技术思路。至此，Wheeler域变换技术被正式推广应用于油气勘探领域。Wheeler域地震资料可以清晰地分辨地层旋回，在层序划分、沉积相识别及演化分析等方面均有良好的应用，同时Wheeler域变换技术还可以通过提高地震数据等时切片的横向分辨率、刻画地质体的平面形态来对薄储层进行识别^[13-15]。

本次研究从沉积体系角度入手，将地震Wheeler域变换技术与时频分析方法进行有机结合、互相补充，应用于岩性油气藏储层分布特征的精细刻画、储层上倾封堵性及顶底板保存条件的分析中。具体实现过程如下：首先利用目标区典型地震剖面建立二维地质模型，通过正演模拟验证地震Wheeler域变换技术在岩性油气藏勘探中的可行性；然后利用时频分析技术在井上精细划分出沉积期次，建立井上二维沉积体系格架；再利用地震wheeler域变换技术将井上沉积体系划分结果扩展到三维空间中；最后，将研究成果应用于渤海油田石臼坨凸起缓坡带A区块层序格架的建立与沉积体系的分布研究，以期落实岩性油气藏成藏有利区带，指导后续勘探工作。

地震波属于非平稳信号，其在地下传播过程中发生的散射和吸收衰减均与频率有关。时频分析是油气勘探过程中常用的一种技术方法，在沉积旋回分析、储层预测、地震频谱分解等方面的应用效果均较显著。利用时频分析技术可以划分单井沉积旋回、研究单井沉积体系演化，但井上的时频分析结果连续性差、向三维空间推广难度大。因此，通常将时频分析技术与地震Wheeler域变换相结合，将时频分析结果快速推广到三维空间。目前常用的时频分析方法有匹配追踪、小波变换、傅里叶变换、广义S变换和短时傅里叶变换等。

匹配追踪算法最初由Mallat等^[16]提出，是一种在Gabor函数组成的子波库贪婪算法基础上发展起来的计算效率更高的由Morlet小波作为时频原子的时频分析方法。该算法通过计算各匹配子波的Wigner-Ville分布之和来分析信号特征。与短时傅里叶变换、小波变换、广义S变换等时频分析方法相比，匹配追踪时频分析方法的分辨率更高。

匹配追踪算法的基本思想是用一系列时频原子的线性组合来表示原始信号。时频原子是根据不同相位与频率等参数所确定的小波，通常采用Ricker和Morlet小波。傅里叶变换适用于分析平稳信号，短时傅里叶变换适用于分析局部平稳信号，小波变换适用于分析自相似信号，而匹配追踪算法由于时频原子的构成没有任何限制，更能适应真实的地震信号。将匹配追踪算法用于地震数据分析，可以快速有效地刻画出井旁道的沉积旋回特征，准确建立单井沉积体系格架^[17]。

小波变换时频分析是在短时傅里叶变换的基础上发展而来的一种良好的针对信号进行局部化计算的数学方法。小波变换的思想类似傅里叶变换，所不同的是小波变换的基本函数是由基本母小波通过伸缩平移而得到。

小波变换时频谱中频率的突变点在地震剖面中代表了波组抗的异常，并与沉积体特征具有良好的相关关系。可以通过变换频谱中的频率来进行沉积体系划分。小波变换的时频谱代表了信号的局部特征，基于地震资料，小波变换可应用于复杂地层的构造解释、薄储层预测、层序地层分析等^[18]。

因为克服了傅里叶变换分辨率低、频带窄以及局部特征不清晰等问题，小波变换可以用来研究地层中的特定地质单元、辅助进行层序地层划分。小波变换时频分析中的频谱旋回代表了不同级别的层序特征，将频谱旋回应用于井旁地震道，可以进行单井沉积期次划分^[19]。

在时间域中，地震数据体所代表的是沉积体在当前状态下的空间形态。利用时间域地震数据体中的倾角、方位角信息对控制层内的小层进行追踪，追踪结果称为年代地层，通常被用来直观地刻画地层在时间空间域的分布特征、描述相关的沉积或侵蚀事件等^[20]。

地震Wheeler域变换技术是将时间域追踪出的沉积体按照地质史，对每一个年代地层同相轴进行拉平，并按照沉积时间顺序进行排列，因此，Wheeler域中的时间是一个相对的时间概念。Wheeler域中的空白带表示该部位在某一时期的沉积地层被剥蚀或无沉积发生。在地震数据驱动下，Wheeler域变换技术具有很强的三维空间扩展特性，将其与时频分析相结合，可以快速将二维时频分析结果推广到三维空间。

实现地震Wheeler域变换需要4个步骤^[21-22]：

（1）区域性沉积的标志层位追踪，地层格架建立。标志层位一般振幅较强且同相轴连续性好，将标志层位作为年代地层追踪的控制层位，可以提高追踪结果的准确性。

（2）年代地层追踪。先从地震数据中提取倾角、方位角等方向信息，再在控制层内部追踪小层。

（3）年代地层拉平。通过拉平年代地层，可以得到沉积旋回韵律体剖面，实现Wheeler域变换。

（4）精细体系域划分及体系域边界追踪。Wheeler域剖面中的沉积间断特征非常明显，可以用来识别地层尖灭、确定储层展布特征、分析储层顶底板保存条件及上倾封堵条件等。

为验证地震Wheeler域变换技术在渤海油田石臼坨凸起缓坡带A区块沉积体系划分、岩性油气藏有利区带落实中的可行性。首先选取A区块的典型地震剖面建立二维地质模型，对该地质模型进行正演（图 1）；然后以正演得到的地震数据为驱动，以东营组顶底面为控制层，进行地震Wheeler域变换，并划分沉积体系，开展体系域界面自动追踪；最后将自动追踪的体系域界面与原始地质模型进行对比，验证地震Wheeler域变换技术在研究区的可行性^[23]。

图 1

Fig. 1

下载eps/tif图 图 1 层序地质模型及正演地震剖面 Fig. 1 Geological model of lithologic sequence and seismic section from forward modeling

图 1（a）是依据渤海油田石臼坨凸起缓坡带A区块典型地震剖面建立的正演层序地质模型，模型中包含高位域、低位域、湖扩域、湖底扇等。图 1（b）是对该层序地质模型进行正演所得到的地震剖面。图 1（b）中的同相轴清晰，具有一定的层序细节信息，能够满足地震Wheeler域变换的需求。

对模型正演得到的地震剖面[图 1（b）]进行Wheeler域变换，将时间域地震剖面变换到Wheeler域中（图 2）。从图 2可以看出，Wheeler域变换结果可以清晰地刻画出沉积旋回的变化特征。

图 2

Fig. 2

下载eps/tif图 图 2 Wheeler域体系域划分 Fig. 2 Division of system tract in Wheeler domain

在旋回特征刻画的基础上划分体系域，并在时间域对体系域边界进行三维空间自动追踪，即可得到体系域的三维空间展布（图 3）。从图 3可以看出，Wheeler域变换技术自动追踪出的层序边界与原始模型吻合良好，能够精细刻画出湖底扇、初始湖泛面及最大湖泛面。正演结果表明地震Wheeler域变换技术可以应用于渤海油田石臼坨凸起缓坡带A区块的沉积体系划分及岩性油气藏有利区带落实。

图 3

Fig. 3

下载eps/tif图 图 3 体系域边界自动追踪 Fig. 3 Automatic tracking for tops of system tract

对少井区层序格架沉积体系展布特征进行精细刻画，利于落实岩性油气藏勘探的优势区带。渤海油田石臼坨凸起A区块位于秦南凹陷缓坡带，受控于三级坡折（图 4）。钻井揭示，该区砂岩发育广泛、油气显示活跃，但却仅在东营组二段下段（东二下段）底部泥岩盖层之下成藏，因此泥岩是成藏的关键因素，对泥岩盖层的精细刻画十分重要。区内垂向发育多套砂体，不同层系发育的砂体控制因素不一致，如东营组二段下段砂体受层序格架控制，东营组三段（东三段）砂体受坡折带控制且横向变化大。

图 4

Fig. 4

下载eps/tif图 图 4 A区块沙河街组底—东营组顶厚度 Fig. 4 Thickness map of Shahejie-Dongying Formation in block A

A1井揭示出东营组发育东营组三段湖扩域、高位域，东营组二段下段湖扩域、高位域等体系域。共形成2套储盖组合，分别是东营组三段辫状河三角洲砂岩与东营组二段下段底部湖扩域泥岩组合，东营组二段下段辫状河三角洲砂岩与东营组二段下段顶部泥岩组合（图 5）。东营组二段下段湖扩域发育有全区分布的巨厚泥岩，A1井钻遇的单层厚度达109 m。研究区的沉积模式适用于经典层序地层学模式并满足地震Wheeler域变换技术的需求，可利用Wheeler域变换结合时频分析技术研究沉积体系、落实岩性油气藏勘探的有利区带。

图 5

Fig. 5

下载eps/tif图 图 5 A区块层序地层格架（剖面位置见图 4） Fig. 5 Sequence stratigraphic framework of Shahejie-Dongying Formation in block A

匹配追踪时频分析技术更适用于真实的地震信号，可快速刻画出井旁道的沉积旋回特征，结合匹配追踪时频分析结果能够清晰反映出沉积的叠加样式及旋回特征，划分出的湖扩域、高位域等体系域与已钻井吻合度高。

小波变换时频分析技术由短时傅里叶变换发展而来，该技术能够清晰地刻画信号的局部特征，可以用来研究特定的地质单元。变换后的频谱中，频率突变点及能量强弱均代表了时间剖面中波阻抗的变化，根据频谱中能量变化的强弱及频率变化的高低可以判断出沉积旋回特征（图 6）。其中，正旋回顶部砂泥岩的波阻抗差异较大、能量较强，大套泥岩的存在导致频率较低；在正旋回底部，砂岩自下而上由粗变细，波阻抗差异相对较小、能量较弱，薄互层的存在导致频率较高。此外，还能够清晰识别出湖扩域和高位域，且分辨率较高、与井上解释方案吻合良好。

图 6

Fig. 6

下载eps/tif图 图 6 不同时频分析技术对比 Fig. 6 Contrast of time-frequency analysis technologies

这2种时频分析方法的分辨率均较高，通过互相印证，可以实现高精度层序划分。该区湖扩域发育的巨厚泥岩可作为优质盖层，并与下覆富砂的高位域地层组成良好的储盖组合，顶底板保存条件良好，利于岩性油气藏的成藏与保存。

时频分析技术可以刻画单井沉积旋回、研究单井沉积体系，但时频分析结果的连续性差、向三维空间推广难度较大。结合地震Wheeler域变换技术良好的三维扩展特性，可将时频分析的沉积体系成果快速推广到三维空间，以地震数据为驱动实现体系域边界的自动追踪。

自动追踪的年代地层层位清晰、光滑、轴较连续，能够突出地震数据反射的细节信息，描述沉积事件，反映控制层内部小层序的界面特征，符合体系域划分的要求。

将年代地层变换到Wheeler域后，再依据沉积旋回来划分体系域边界，以地震数据为驱动进行自动追踪，将体系域边界快速扩展到三维空间。

将划分的体系域与测井资料进行对比，发现吻合度较高，说明体系域划分结果准确可靠。东营组二段下段及三段均解释出了低位域，东营组三段原有的高位域又细分出了水进域及高位域，这些新解释的层位可用于后续更精细的属性分析、构造演化分析、储层预测、顶底板保存条件分析等。

过A1井的年代地层剖面中能够清晰分辨出不同沉积形态的地层，如斜交型和平行分布的地层等（图 7）。这些地层分别指示了不同的沉积环境、代表了不同的沉积相。其中，斜交型地层可以反映水流的方向并指示出储层较为发育；平行分布地层代表了静水环境下沉积的低能量富泥地层，这些富泥地层可以作为储层的优质盖层，图 7中斜交地层的顶底均发育有稳定的平行地层，揭示出该区顶底板的保存条件较好，利于岩性油气藏的成藏及保存。

图 7

Fig. 7

下载eps/tif图 图 7 过A1井地震剖面年代地层追踪结果 Fig. 7 Formation tracking results from the seismic section across well A1

分析高频层序格架下小层的地震属性，构建出沉积体系的演化史（图 8）。用自动追踪出的体系域边界层位，可提取沿层或层间属性，并根据属性划分不同沉积相，实现高精度储层预测，精准刻画储层边界。

图 8

Fig. 8

下载eps/tif图 图 8 A区块沉积相演化 Fig. 8 Sedimentary facies evolution in block A

从图 8可看出，东二段下段为整体富泥的湖扩域滨浅湖沉积，可作为东三段砂体的盖层。湖扩域向上发育有3期高位域沉积，主要为辫状河三角洲，整体富砂，储层较发育，且第2期的高位域储层最为发育。设计井A6井附近东营组二段下段储层发育，顶底板均表现出富泥特征，保存条件良好，上倾方向发育有较大规模的断层，可起到良好的封堵作用，预测该区为岩性油气藏有利勘探区带。

经钻探，设计井A6井见到了良好的油气显示。其中，古近系沙河街组—东营组荧光录井油气显示非常活跃，壁心照片中的荧光面积占比为80% ~100%，荧光级别均为A级，解释油层21.2 m，预测三级石油地质储量1 776万t（图 9）。A6井的钻探成功，再次证明了紧邻秦南富烃凹陷主洼的渤海油田石臼坨凸起缓坡带A区块的汇烃条件优越，区内控洼长期活动断裂与三角洲砂体共同组成的复式输导网络利于岩性油气藏成藏，且古近系储层具有良好的保存及侧向封堵条件，是油气汇聚的有利指向区。同时，也为石臼坨凸起缓坡带A区块的勘探工作打开了新局面，验证了地震Wheeler域变换结合时频分析技术进行沉积体系分析、指导岩性油气藏勘探的可行性。

图 9

Fig. 9

下载eps/tif图 图 9 A6井测井解释及荧光显示 Fig. 9 Well logging interpretation and fluorescence display of well A6

（1）从沉积体系研究入手，在储层展布特征、顶底板保存条件及上倾封堵条件分析基础上，落实了渤海油田石臼坨凸起缓坡带A区块为岩性油气藏有利指向区。

（2）建立了渤海油田石臼坨凸起缓坡带A区块典型地震剖面的地质模型，并通过正演模拟验证了地震Wheeler域变换技术应用于沉积体系划分、勘探有利区带落实的可行性。地震Wheeler域变换技术良好的三维扩展性，弥补了时频分析方法三维推广困难的缺点，这2种方法有机结合、互为补充，是岩性油气藏勘探的重要手段。

（3）利用地震Wheeler域变换结合时频分析技术，在渤海油田石臼坨凸起缓坡带A区块实现了高精度沉积体系划分及沉积相描述，效果显著。研究成果对具有类似地质背景的地区落实岩性圈闭边界、划分砂体期次等均具有借鉴意义。