疊前彈性波阻抗反演在四川FL地區(qū)礁灘型儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

胡偉光，李發(fā)貴，楊鴻飛

（中國石油化工股份有限公司勘探南方分公司研究院）

疊前彈性波阻抗反演在四川FL地區(qū)礁灘型儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

胡偉光，李發(fā)貴，楊鴻飛

（中國石油化工股份有限公司勘探南方分公司研究院）

疊前彈性波阻抗反演對(duì)礁灘型儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)和流體識(shí)別較疊后聲阻抗反演的可信度更高，可對(duì)含油氣性進(jìn)行半定量—定量描述。以四川FL地區(qū)礁灘型儲(chǔ)層為重點(diǎn)，以疊前彈性波阻抗反演為技術(shù)路線，對(duì)該地區(qū)反演出的數(shù)據(jù)體進(jìn)行交匯解釋，預(yù)測(cè)出了該區(qū)礁灘型儲(chǔ)層的平面分布特點(diǎn)，預(yù)測(cè)結(jié)果與該區(qū)僅有的兩口鉆井資料相吻合。實(shí)踐表明，用交會(huì)法并結(jié)合對(duì)儲(chǔ)層響應(yīng)敏感的兩個(gè)參數(shù)泊松比和剪切模量進(jìn)行儲(chǔ)層解釋，可靠度較高。

生物礁儲(chǔ)層；疊前彈性波阻抗反演；地震解釋；儲(chǔ)層預(yù)測(cè)；四川盆地

胡偉光

胡偉光1972年生。1995年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）水文地質(zhì)及工程地質(zhì)專業(yè)；現(xiàn)從事地震資料處理、解釋及儲(chǔ)層反演方法研究工作。通訊地址：610041成都市南二環(huán)4段9號(hào)；電話：（028）85164781

當(dāng)前，中國南方海相地區(qū)的天然氣勘探主要以礁灘型儲(chǔ)層［1-9］為主，近年來在四川“開江—梁平”古海槽兩側(cè)上二疊統(tǒng)長興組展開的礁灘型儲(chǔ)層勘探取得了重要進(jìn)展，許多大中型氣田的發(fā)現(xiàn)都與長興期生物礁的發(fā)現(xiàn)密切相關(guān)，所以對(duì)礁灘型儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)與勘探具有很重要的意義。但是，對(duì)該類儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)與流體識(shí)別等方法技術(shù)尚處探索階段。

1999年，Connolly［10］在他的論文中首次提出了彈性波阻抗（EI），并利用Aki和Richards近似式推導(dǎo)出EI表達(dá)式?；诓糠织B加的角道集數(shù)據(jù)進(jìn)行的彈性波阻抗反演，較傳統(tǒng)的AVO分析方法更為穩(wěn)健，并且可將傳統(tǒng)AVO信息通過更為直觀的手段展示于地質(zhì)人員或其他非地球物理人員。

彈性波阻抗的提出，使得疊前反演走上了與疊后反演相結(jié)合的道路，同時(shí)通過彈性波阻抗反演，使各種對(duì)巖心、流體敏感的彈性參數(shù)可以更便捷地得以提取。

本次研究工作以中國南方四川FL地區(qū)礁灘型儲(chǔ)層為重點(diǎn)，以疊前彈性波阻抗反演［11-14］為技術(shù)路線，對(duì)在該地區(qū)反演出的數(shù)據(jù)體進(jìn)行交匯解釋，預(yù)測(cè)礁灘型儲(chǔ)層的平面分布。

1 儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究思路

地震反射振幅不僅與分界面兩側(cè)介質(zhì)的地震彈性參數(shù)有關(guān)，而且隨入射角變化而變化。疊前彈性波阻抗反演技術(shù)利用不同炮檢距的地震數(shù)據(jù)及橫波速度、縱波速度、密度等測(cè)井資料，聯(lián)合反演出與巖性和含油氣性相關(guān)的多種彈性參數(shù)，綜合判別儲(chǔ)層物性及含油氣性。正是由于疊前彈性波阻抗反演利用了大量地震及測(cè)井信息，所以進(jìn)行多參數(shù)分析的結(jié)果較疊后聲阻抗反演在可信度方面有很大提高，可對(duì)含油氣性進(jìn)行半定量—定量描述。

疊前彈性波阻抗反演基于流體置換模型技術(shù)，應(yīng)用縱波聲波時(shí)差、密度、泥質(zhì)含量、孔隙度、含水飽和度以及骨架和流體的各種彈性參量，反演井中橫波速度。根據(jù)井中縱波速度、橫波速度及密度計(jì)算井中彈性波阻抗，在復(fù)雜構(gòu)造框架和多種儲(chǔ)層沉積模式的約束下，采用地震分形插值技術(shù)建立可保留復(fù)雜構(gòu)造和地層沉積學(xué)特征的彈性波阻抗模型，使反演結(jié)果符合研究區(qū)的構(gòu)造、沉積及異常體特征。采用廣義線性反演技術(shù)反演各個(gè)角度的地震子波，得到與入射角有關(guān)的地震子波。在每一個(gè)角道集上，采用寬帶約束反演方法反演彈性波阻抗，得到與入射角有關(guān)的彈性波阻抗。最后對(duì)不同角度的彈性波阻抗反演縱橫波阻抗，進(jìn)而獲得泊松比等彈性參數(shù),對(duì)儲(chǔ)層的幾何、物性及含流體特性進(jìn)行精細(xì)描述。

本次疊前彈性波阻抗反演的流程和思路見圖1，用縱波聲波時(shí)差、密度、泥質(zhì)含量、孔隙度、含水飽和度以及骨架和流體的各種彈性參量，反演井中橫波速度。在橫波速度反演基礎(chǔ)上，再反演每口井的不同入射角的彈性波阻抗。

圖1 疊前彈性波阻抗反演流程

然后，利用已有鉆井資料進(jìn)行約束，對(duì)疊前彈性波阻抗反演出的數(shù)據(jù)體進(jìn)行交會(huì)，以儲(chǔ)層含油氣作為指示依據(jù)。交會(huì)類別的選取，可以有以下兩種標(biāo)準(zhǔn)：（1）以工區(qū)范圍中鉆井的井旁道數(shù)據(jù)交會(huì)點(diǎn)分布作為解釋的依據(jù)；（2）以交會(huì)點(diǎn)的自然分類作為依據(jù)。

2 預(yù)測(cè)應(yīng)用

FL地區(qū)位于四川“開江—梁平”古海槽長興期臺(tái)地邊緣礁灘相向南延伸的有利區(qū)域，近期通過三維地震勘探，落實(shí)了長興組礁灘儲(chǔ)層。XL1井揭示該儲(chǔ)層具有良好的油氣顯示，而鄰近XL1井的Y18井則微產(chǎn)氣，展示了該區(qū)良好的油氣勘探前景。

根據(jù)XL1井的地震標(biāo)定（圖2），該礁灘型儲(chǔ)層地震響應(yīng)特征為較連續(xù)的波峰、中強(qiáng)振幅，中部儲(chǔ)層地震響應(yīng)特征表現(xiàn)為雜亂空白反射。通過三維地震資料與鄰區(qū)對(duì)比分析，F(xiàn)L地區(qū)長興期生物礁灘儲(chǔ)層分為礁—灘復(fù)合體和礁后淺灘兩種類型。礁—灘復(fù)合體表現(xiàn)為弱振幅、丘狀、雜亂地震反射和兩翼同相軸中斷、上超等；礁后淺灘則表現(xiàn)為中強(qiáng)變振幅、較連續(xù)、亞平行反射結(jié)構(gòu)特征。

圖2 FL地區(qū)過XL1井地震剖面及標(biāo)定

對(duì)礁灘型儲(chǔ)層進(jìn)行預(yù)測(cè)，首先必須了解礁灘沉積相平面分布情況，再對(duì)它及其周圍儲(chǔ)層進(jìn)行預(yù)測(cè)。沉積相的劃分主要利用地震相波形分類［15-18］，輔以鉆井資料進(jìn)行控制。根據(jù)長興組地震反射的振幅波形而對(duì)地震波形進(jìn)行平面分類，對(duì)本區(qū)地震反射波形共分為11類，并根據(jù)已鉆井長興組所處沉積相對(duì)應(yīng)的地震反射特征及鉆井資料把地震相轉(zhuǎn)換為沉積相（圖3）。圖中白色虛線為巖性界線，可見FL地區(qū)長興期生物礁分為兩處：一處為彎月型，走向E—W；另一處則為寬帶狀，走向?yàn)镹W—SE。其中彎月型礁帶由紅、黃、綠、藍(lán)等多色參雜其中，平面上色帶變化也較快，這表明該礁帶巖性成分組成較為復(fù)雜且平面變化快速；而寬帶狀礁帶則主要由紅、黃色組成，可見該礁帶就巖性組成來說，比彎月型礁帶巖性組成相對(duì)較“純”，巖性成分在平面上呈相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。前緣斜坡則由藍(lán)色或淡青色類波形組成（平面上分布穩(wěn)定），反映了該區(qū)域巖性沉積穩(wěn)定的特點(diǎn)。臺(tái)地則由紅色及綠色類組成，分布也較穩(wěn)定，且與寬帶狀礁帶呈平行狀。

圖3 FL地區(qū)根據(jù)地震相轉(zhuǎn)換所得的沉積相解釋平面圖

本次儲(chǔ)層預(yù)測(cè)采用疊前彈性波阻抗反演技術(shù)，利用彈性參數(shù)來分析儲(chǔ)層的流體性質(zhì)，例如泊松比或剪切模量要比速度對(duì)儲(chǔ)層流體更加敏感，利用這一特性就可以預(yù)測(cè)目的層中的含油氣性，其中該反演技術(shù)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)主要實(shí)現(xiàn)過程如下。

2.1 橫波速度反演

對(duì)XL1井及Y18井進(jìn)行基于巖石物理流體置換模型的井中橫波反演，調(diào)整巖石骨架及流體參數(shù)，并以模型聲波時(shí)差A(yù)C和密度ρ與原始測(cè)井曲線的聲波時(shí)差A(yù)C和密度ρ的相關(guān)性為質(zhì)量控制建立Xu-White模型［19］。當(dāng)模型與實(shí)際測(cè)量值的誤差極小時(shí)，Xu-White模型充分滿足實(shí)際地質(zhì)情況，保證了基于此模型進(jìn)行橫波速度反演的可靠性（圖4）。圖中紅色曲線為AC模型曲線，藍(lán)色曲線為實(shí)測(cè)AC曲線，可見兩曲線吻合度較高，這樣才能獲取準(zhǔn)確的子波信息。

圖4 Y18井中反演與實(shí)測(cè)聲波時(shí)差（AC）測(cè)井曲線疊合圖

2.2 EI曲線及其子波提取

為進(jìn)行各入射角道集（8°、18°、26°）彈性波阻抗的約束反演，須建立已知井的EI（彈性波阻抗）曲線。根據(jù)常規(guī)測(cè)井曲線的縱波時(shí)差（轉(zhuǎn)換為縱波速度）、密度及反演出來的橫波速度，由Connolly的EI表達(dá)式［10］計(jì)算指定入射角的EI曲線。

根據(jù)推導(dǎo)得到，入射角為θ時(shí)的反射系數(shù)Rpp可近似為：

式中：EI1——反射界面上層的彈性波阻抗；

EI2——反射界面下層的彈性波阻抗。

彈性波阻抗的基本作用是代替與入射角相關(guān)的P波反射率，就象AI代表零偏移距聲波阻抗一樣。當(dāng)θ=0°時(shí)，縱波反射系數(shù)為：

式中：AI1——反射界面上層的零偏移距聲波阻抗；

AI2——反射界面下層的零偏移距聲波阻抗。

此時(shí)，彈性阻抗與聲波阻抗相等，即

式中：AI——聲波阻抗；

ρVP——縱波阻抗。

由此可見，非垂直入射時(shí)縱波反射系數(shù)表達(dá)式與垂直入射時(shí)縱波反射系數(shù)表達(dá)式得以統(tǒng)一，這樣就可以借用傳統(tǒng)相對(duì)成熟的疊后波阻抗反演方法反演彈性波阻抗，這也是Connolly定義彈性波阻抗的原因。非垂直入射的褶積模型如下：

其中：S(θ)——入射角為θ的地震道信號(hào)；

R(θ)——該入射角下此道的反射系數(shù)序列(可根據(jù)測(cè)井的P波速度、S波速度及密度計(jì)算)；

W(θ)——該入射角下此道的子波信號(hào)。

為獲取準(zhǔn)確的W(θ)信息，必須進(jìn)行精細(xì)的層位標(biāo)定及子波提取。

子波提取是地震反演的關(guān)鍵問題之一，直接影響反演精度，只有在子波提取較精確的情況下，才能獲得高精確度的預(yù)測(cè)結(jié)果。層位標(biāo)定的好壞直接影響到子波提取的結(jié)果，而子波的正確性對(duì)層位的準(zhǔn)確標(biāo)定具有重大影響，由于它們之間互相制約，因此只有通過子波提取和層位標(biāo)定的交互迭代來獲取最佳子波?？紤]到實(shí)際情況中，子波隨偏移距的變化，在彈性波阻抗反演中，分別對(duì)所有入射角道集進(jìn)行子波提取。同時(shí)，對(duì)各入射角的子波提取須保證其連續(xù)性（圖5），突變的子波將影響反演結(jié)果。

圖5 Y18井中不同的入射角合成記錄標(biāo)定及子波提取

上述橫波速度反演和EI曲線及其子波提取這兩個(gè)研究步驟對(duì)完成疊前彈性波阻抗反演至關(guān)重要，這兩個(gè)過程完成的好壞，將直接影響到反演的精度，所以必須認(rèn)真做好，為后續(xù)的疊前彈性反演打下基礎(chǔ)。

2.3 儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

根據(jù)井中縱波速度、橫波速度和密度計(jì)算出的井中彈性波阻抗，在復(fù)雜構(gòu)造框架和多種儲(chǔ)層沉積模式的約束下，采用地震分形插值技術(shù)建立可保留復(fù)雜構(gòu)造和地層沉積學(xué)特征的彈性波阻抗模型，使反演結(jié)果符合研究區(qū)的構(gòu)造、沉積和異常體的特征。采用廣義線性反演技術(shù)反演各個(gè)角度的子波，得到與入射角有關(guān)的地震子波。在每一個(gè)角道集上，采用寬帶約束反演方法反演彈性波阻抗，得到與入射角有關(guān)的彈性波阻抗。最后對(duì)不同角度的彈性波阻抗反演縱、橫波阻抗，進(jìn)而獲得泊松比（圖6）等彈性參數(shù)，圖中可見青色—藍(lán)色區(qū)域與該區(qū)長興組生物礁帶吻合較好。

疊前彈性波阻抗反演主要取泊松比與剪切模量進(jìn)行交會(huì)解釋（圖7）。根據(jù)川東北海相礁灘儲(chǔ)層特征并結(jié)合XL1井、Y18井長興段鉆井資料，把研究區(qū)的該預(yù)測(cè)段劃分為五個(gè)不同的類型，它們被解釋為不同的含氣及流體存在特征。其中Ⅰ類為富含氣儲(chǔ)層，Ⅱ類為中等含氣儲(chǔ)層，Ⅲ類為弱含氣儲(chǔ)層，Ⅳ類為差儲(chǔ)層或含水儲(chǔ)層，Ⅴ類則為致密無儲(chǔ)層。

圖6 FL地區(qū)泊松比平面圖

圖7 FL地區(qū)根據(jù)剪切模量和泊松比率進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)分類的解釋交會(huì)圖

把通過交會(huì)解釋的儲(chǔ)層類型投到平面圖上（圖8）可看出，含氣儲(chǔ)層在平面上的分布基本上與生物礁沉積相（圖3）相吻合，但也有些差別。如彎月狀礁的南部,其礁后灘儲(chǔ)層相對(duì)發(fā)育，而長條狀礁則只有礁蓋儲(chǔ)層相對(duì)發(fā)育,且其西北比東南部位儲(chǔ)層的含氣性好，該長礁帶內(nèi)的含氣儲(chǔ)層平面上顯示分布比較不均勻。

圖8 FL地區(qū)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)分類平面圖

3 應(yīng)用效果分析

研究區(qū)內(nèi)現(xiàn)有鉆井不多，只有Y18井和XL1井，XL1井在長興組鉆遇良好的礁蓋儲(chǔ)層，而Y18井則鉆遇差儲(chǔ)層，微弱含氣。從圖8也能看到，Y18井鉆在Ⅱ、Ⅲ類型儲(chǔ)層內(nèi)（藍(lán)、黃色區(qū)域），儲(chǔ)層不是很發(fā)育，且與周邊的儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)域不相連。而XL1井則鉆在Ⅰ類儲(chǔ)層內(nèi)（紅色區(qū)域），且周邊儲(chǔ)層相對(duì)發(fā)育，可見儲(chǔ)層預(yù)測(cè)與鉆井資料分析吻合較好。該區(qū)礁蓋儲(chǔ)層與川東北元壩地區(qū)［20］也相類似，但必須注意的是，并不是所有生物礁上都發(fā)育良好的礁蓋儲(chǔ)層，這還需看儲(chǔ)層段具體預(yù)測(cè)情況。

疊前彈性波阻抗反演克服了常規(guī)疊后反演儲(chǔ)層信息量不足的缺點(diǎn)，包含了更豐富的巖性和流體信息。但疊前彈性波阻抗反演也不能克服多解性，因此應(yīng)將疊前彈性波阻抗反演與地質(zhì)資料充分結(jié)合，做出符合研究區(qū)地質(zhì)先驗(yàn)規(guī)律的解釋結(jié)果，才能有效地降低其多解性。

4 幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

本次對(duì)四川盆地FL地區(qū)礁灘儲(chǔ)層進(jìn)行預(yù)測(cè)，利用疊前彈性波阻抗反演方法取得了較好的效果，得到了以下幾點(diǎn)主要認(rèn)識(shí)。

（1）疊前彈性波阻抗反演能較好地區(qū)分出儲(chǔ)層的含氣性及平面分布范圍，適于流體及巖性檢測(cè)。

（2）用交會(huì)法并結(jié)合對(duì)儲(chǔ)層響應(yīng)敏感的兩個(gè)參數(shù)泊松比和剪切模量進(jìn)行儲(chǔ)層解釋，可靠度較高。

（3）單一參數(shù)預(yù)測(cè)及疊后反演具有較大的多解性，對(duì)儲(chǔ)層分布精細(xì)刻畫不利。

（4）礁灘儲(chǔ)層的發(fā)育具有不均勻性，并不是所有的生物礁礁蓋上都發(fā)育良好的含氣層，有的也可能發(fā)育水層或差儲(chǔ)層。

（5）區(qū)域儲(chǔ)層預(yù)測(cè)分為五類，F(xiàn)L地區(qū)礁灘含氣儲(chǔ)層的連通性較好，屬Ⅰ類儲(chǔ)層，是有利的勘探首選目標(biāo)。

［1］吳熙純，劉效曾，楊仲倫，等.川東上二疊統(tǒng)長興組生物礁控儲(chǔ)層的形成［J］.石油與天然氣地質(zhì)，1990，11(3)：283-296.

［2］王生海，強(qiáng)子同.四川華鎣山澗水溝上二疊統(tǒng)生物礁［J］.石油與天然氣地質(zhì)，1992，12(2)：147-154.

［3］范嘉松，吳亞生.川東二疊紀(jì)生物礁再認(rèn)識(shí)［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2002，23(1)：12-18.

［4］王一剛，張靜，楊雨，等.四川盆地東部上二疊統(tǒng)長興組生物礁氣藏形成機(jī)理［J］.海相油氣地質(zhì)，1997，5(1)：145-152.

［5］王一剛，文應(yīng)初，張帆.川東地區(qū)上二疊統(tǒng)長興組生物礁分布規(guī)律［J］.天然氣工業(yè)，1998，18(6)：10-15.

［6］牟傳龍，譚欽銀，余謙，等.川東北地區(qū)上二疊統(tǒng)長興組生物礁組成及成礁模式［J］.沉積與特提斯地質(zhì)，2004，24(3)：65-71.

［7］牟傳龍，馬永生，余謙，等.四川宣漢盤龍洞生物礁古油氣藏油氣源分析［J］.石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2005，27(6)：570-574.

［8］馬永生，牟傳龍，郭彤樓.四川盆地東北部長興組層序地層與儲(chǔ)層分布［J］.地學(xué)前緣，2005，12(3)：179-185.

［9］馬永生，牟傳龍，郭旭升，等.川東北地區(qū)長興組沉積特征與沉積格局［J］.地質(zhì)論評(píng)，2006，52(1)：25-29.

［10］Connolly P A.Elastic impedance［J］.The Leading Edge，1999，18(4)：438-452.

［11］王濤，朱祥，譚代英.毛壩構(gòu)造飛仙關(guān)組裂縫儲(chǔ)層綜合預(yù)測(cè)方法［J］.石油物探，2009，48(4)：383-389.

［12］曹孟起，王九栓，邵林海.疊前彈性波阻抗反演技術(shù)及應(yīng)用［J］.石油地球物理勘探，2006，41(3)：323-326.

［13］彭真明，李亞林，梁波，等.疊前彈性阻抗在儲(chǔ)層氣水識(shí)別中的應(yīng)用［J］.天然氣工業(yè)，2007，27(4)：43-45，52.

［14］劉衛(wèi)華，高建虎，陳啟艷，等.蘇里格氣田某工區(qū)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)可行性研究［J］.巖性油氣藏，2009，21(2)：94-98.

［15］胡偉光.地震相波形分類技術(shù)在川東北的應(yīng)用［J］.勘探地球物理進(jìn)展，2010，33(1)：52-57.

［16］于紅楓，王英民，李雪，等.Stratimagic波形地震相分析在層序地層巖性分析中的應(yīng)用［J］.煤田地質(zhì)與勘探，2006，34(1)：64-66.

［17］鄧傳偉，李莉華，金銀姬，等.波形分類技術(shù)在儲(chǔ)層沉積微相預(yù)測(cè)中的應(yīng)用［J］.石油物探，2008，47(3)：262-265.

［18］殷積峰，李軍，謝芬，等.波形分類技術(shù)在川東生物礁氣藏預(yù)測(cè)中的應(yīng)用［J］.石油物探，2007，46(1)：53-57.

［19］Xu S，White R E.A new velocity for clay-sand mixture［J］. Geophysical Prospecting，1995，43(1)：91-118.

［20］胡偉光，蒲勇，趙卓男，等.川東北元壩地區(qū)長興組生物礁的識(shí)別［J］.石油物探,2010,49(1)：46-53.

編輯：吳厚松

Application of Prediction of Pre-stack Elastic Impedance Inversion in Reef-shoal Reservoir at FL Area,Sichuan Basin

Hu Weiguang,Li Fagui,Yang Hongfei

Though reef-shoal reservoirs have become increasingly important targets for gas exploration,the methods of the prediction of them and the identification of fluids in them are still in the probing stage.Comparing with poststack acoustic impedance,the pre-stack elastic impedance can be more reliable in quantitative-semiquatitative petroliferous evaluation because of data-based multi-parameter analysis.This method has been applied in the prediction of reef-shoal reservoir in FL area where intersection interpretation is also used after.The result has shown that the reef-shoal reservoir in FL area is characteristic of plane distribution,which is accorded with the data from only two boreholes.It is indicated that it is more reliable to predicate reef-shoal reservoirs by the intersection interpretation combining with Poisson ratio and shear module.

Reef reservoir;Reservoir interpretation;Pre-stack elastic impedance inversion;Seismic interpretation; Sichuan Basin

book=62,ebook=18

P631.445

A

1672-9854(2010)-04-0062-06

2010-07-23；改回日期：2010-09-01

Hu Weiguang：male,Engineer.Add：SINOPEC Southern Exploration Branch Company,9 Si Duan,Nan Erhuan Rd.,Chengdu, Sichuan,610041 China