摘要：四川盆地川西坳陷深层上三叠统须家河组的X851井、X856井、X2井、X3井、X1O井等一批高产气井证实了该区具有巨大的勘探开发潜力。然而，CX565、X201等高产水井的出现也为该区成功部署井位增添了不确定因素，因此，对该区须家河组储层气水判别就显得尤为重要。地震波在须家河组的含气储层和含水储层中传播时，在时间域内难以发现振幅、频率和能量等动力学属性的变化差异。采用时频分析技术将时间域的地震信号变换到时间-频率域进行对比分析解释，发现“低频阴影”、“高频衰减”等现象在含气储层中十分突出，而在含水储层中却不存在。利用时频域内的这些典型特征建立模式，并对该区含气储层和含水储层进行了有效的区分，其结果与钻、测井资料吻合良好。
关键词：四川盆地；西；晚三叠世；致密碎屑岩；流体性质；时间；频率；判别
四川盆地川西坳陷深层上三叠统须家河组致密碎屑岩气藏的储层预测、裂缝检测、含气性识别等问题的解决进程十分缓慢[1]，随着勘探方法技术的不断成熟，区内存在的构造复杂、地震资料主频较低、频带狭窄、分辨率有限、储层埋藏很深(5000m左右)等不利因素正在被逐项克服。伴随X851井、X856井、X2井、X3井、X10井等一批高产天然气井在该区被陆续发现，川西坳陷深层须家河组气藏的勘探开发潜力得到进一步证实。然而，CX565、X201等高产水井的出现为该区成功部署井位增添了不确定因素，也给深层须家河组储层的气水判别带来了新的难题。
时频分析技术是近年来发展起来的一项特色储层描述技术，可以有效地挖掘出地震资料中蕴涵的地下构造、地层结构、储层发育程度及物性、含油气性等信息，已应用于刻画横向上不连续的地质异常体、预测薄储层结构、判断沉积环境[2]、“高频衰减”油气分析、“低频阴影”烃类检测、频变AVO处理等方面。但运用时频分析技术进行气水判别的研究较少，尤其在应用研究方面尚未有成功实例。大多数气水判别研究都是从岩性、物性、电性、聚类、孔隙结构、弹性阻抗、多波资料等角度从发[3～6]。笔者基于小波理论形成时频分析技术啪，从理论模型出发，着力研究地震波传播能量随频率、时间的变化规律，以获得气水不同的响应特征，探索气水判别新方法。利用该方法对川西坳陷深层须家河组储层气水分布进行判别，获得了较好的应用效果。
1 时频分析技术的原理及方法
时频分析是一种基于时间-频率域的储集层解释新技术，它能把时间域的地震信号变换到时间-频率域，并在时间-频率域内对目标地质体进行识别。时频分析的关键是对地震信号进行时频分解(FTD)。基于小波理论，利用小波变换可以实现地震信号的时频分解，在时间域和频率域均还具有良好的局部化特征，有利于目标地质体的高分辨识别。
对有限能量的地震信号进行连续小波变换的实质，就是利用地震信号和小波函数进行内积计算[8～10]。连续小波变换的结果将产生连续小波变换系数，即
式中：Fw为小波变换系数；t为时间；f(t)为地震信号；ψσ,τ(t)为小波函数；σ为尺度伸缩参数；τ为时间平移参数；ψ*σ,τ为ψσ,τ的复数共轭。
当σ越大时，ψσ,τ(t)伸展越宽、波形越肥胖、主频越低。当σ越小，ψσ,τ(t)在时间轴上压缩越强、波形越窄、主频越高。ψσ,τ(t)是由小波母函数ψ(t)∈L2(R)在时间轴上经伸缩与平移得到的[9]，即
在进行连续小波变换时，可以选择不同的小波函数。在地震信号的小波变换处理中，最常用的小波函数是解析小波函数——Morlet小波函数，它在时间域和频率域均具有良好的局部化特征。本次研究应用的是高静怀等构造的Morlet小波函数[10]：
式中：ψ(t)为Morlet小波函数；ω0为角频率，与σ成反比；c为高斯调制常数。
利用Fw(σ，τ)可以计算地震信号的瞬时振幅[11]，即
式中：| Fw(σ，τ)|为地震信号f(t)的瞬时振幅，可以反映地震信号的能量变化；Re[…]是函数实部求取符号；Im[…]是函数虚部求取符号。
实现地震信号的时频分析思路是：①利用式(1)和式(3)对地震信号进行小波变换；②在不同频率下，利用式(4)计算出地震信号的瞬时振幅。这样，就可以在时间-频率域分析地震信号的动力学特征。由于地震信号的能量与瞬时振幅的平方成正比，因而，瞬时振幅可以反映地震信号的能量变化。
地震波经过含有流体的地质体时，频率和能量均会发生明显衰减。对地震信号进行时频分析能突出地震信号的动力学信息，有利于研究地震波在时间-频率域的能量变化，进而掌握地震波在含气储集层和含水储集层中传播时的不同响应特征，达到判别气水的目的。
2 应用实例分析
川西坳陷深层须家河组致密碎屑岩含气储量丰富，具有形成大规模天然气藏的有利条件。随着X851、X856、X2、X3、X1O、X202等高产工业气井的成功发现，新场地区深层须家河组气藏的勘探开发潜力十分广阔。然而，随着勘探开发程度的不断加深，CX565井、X201井等富水井陆续出现，为该区天然气富集区域的预测增添了新的困惑。由于川西坳陷深层须家河组气藏是由孔隙-裂缝主导的，因而，未发现富水井之前，预测重点以储层中的裂缝发育带为主，对气水判别问题并未引起足够的重视。事实上，不能有效判别含水储层，已经带来了很大的勘探开发风险，降低了开采成功率。因此，有效解决气水判别问题已经刻不容缓。
基于上文所述时频分析技术和气水判别方法，利用新场地区的PP波地震资料，结合测井、地质等综合信息，以深层须家河组二段(T511)为研究对象，对该区含气储层和含水储层的空间分布进行了分析和预测。
图1所示是新场T511层频变能谱连井剖面，重点关注的频谱在椭圆区内。图中显示，在该储层段内，获得高产工业气流的X10、X3、X856、X851、X853、X2、X202等井在低频段(低于15Hz)具有较强的瞬时谱响应；获得低产工业气流的IA50、X5等井在低频段(低于15Hz)具有相对较弱的瞬时谱响应；未获工业气流的干井X11、CX560井和产水的CX565、X201井在低频段无强瞬时谱响应特征。
图2所示是新场深层须家河组分频连井剖面，红色代表最强瞬时谱分布，白色代表最弱瞬时谱分布，重点关注的瞬时谱在多边形圈内。图2-a显示：在该储层段内获得高产工业气流的X1O、X3、X856、X851、X853、X2、X202等井在低频剖面(10Hz)具有强“低频阴影”含气响应；获得低严工业气流的L150、X5等井在低频剖面(10Hz)具有相对较弱的“低频阴影”含气响应；未获工业气流的干井X11、CX560井和产水的CX565、X201井在低频剖面上无“低频阴影”含气响应特征。图2-b显示：在该储层段内，获得高产工业气流的X10、X3、X856、X851、X853、X2、X202等井在低24Hz表现出强“高频衰减”含气响应；获得低产工业气流的L150、X5等井在24Hz表现出相对较弱的“高频衰减”含气响应；未获工业气流的干井X11、CX560井和产水的CX565、X201井在低频剖面上无“高频衰减”含气响应特征。
图3所示是新场地区深层须家河组单频瞬时谱平面分布情况，其显示的瞬时谱具有十分明显的差异。在图3-a中，低频强瞬时谱区域(红色)包括了所有天然气高产工业井，低产井分布在低频弱瞬时谱区域(浅蓝色)，水井分布区域低频瞬时谱更弱(白色)。在图3-b中的多边形框内，高频强瞬时谱是泥岩响应，而高频弱瞬时谱是有效砂岩储层响应。虽然，含气储层和含水储层在高频段有相似的响应特征，但是，结合已知井信息，将图3-a与图3-b进行仔细对比，就可以发现含气储层和含水储层具有不同的时频响应规律。
3 讨论与结论
地震波在含气储层和含水储层中传播时，振幅、频率和能量等动力学属性将会发生变化。但是，两者的变化程度可能存在差异，且在时间域内却很可能难以发现。时频分析技术可以将时间域的地震信号变换到时间-频率域进行解释，在时间-频率域内突出含气储层和含水储层之间的地震响应差异。将该方法应用到川西坳陷深层须家河组气藏的含气性检测中，在时频域内利用“低频阴影”、“高频衰减”等含气响应特征，对含气储层和含水储层进行了有效区分。
参考文献
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[9] 李世雄，汪继文.信号的瞬时参数与正交基[J].地球物理学报，2000，43(1)：97-104.
[10] 高静怀，汪文秉，朱光明，等.地震资料处理中小波函数选取研究[J].地球物理学报，1996，39(3)：392-400.
[11] 李世雄，汪继文.信号的瞬时参数与正交基[J].地球物理学报，2000，43(1)：97-104.
(本文作者：肖思和1 徐天吉2，3 程冰洁4 1.成都理工大学材料与化学化工学院；2.中国石化西南油气分公司勘探开发研究院德阳分院；3.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室 成都理工大学；4.成都理工大学信息工程学院)
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