尼日爾三角洲盆地儲層砂體展布特征研究

陳 鍵，張尚鋒 王振奇，楊 飛（油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室（長江大學(xué)），湖北 荊州434023）

胡元偉（長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 荊州434023）

尼日爾三角洲盆地儲層砂體展布特征研究

陳 鍵，張尚鋒 王振奇，楊 飛（油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室（長江大學(xué)），湖北 荊州434023）

胡元偉（長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 荊州434023）

依賴于初始模型的常規(guī)反演方法難以獲得精確的反演結(jié)果，而約束稀疏脈沖反演不依賴初始模型，在勘探初期井資料缺少的情況下同樣適用。尼日爾三角洲盆地西南部的沼澤區(qū)，地理情況復(fù)雜，僅有6口鉆井，且測井項目不一，資料不全。重點儲層阿格巴達組B1砂層組的巖性預(yù)測采用約束稀疏脈沖反演技術(shù)，基于Jason軟件完成合成地震記錄，對層位精細標(biāo)定并進行波阻抗反演，得到絕對波阻抗反演剖面。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合測井資料進行波阻抗反演研究，分析B1砂層組砂體展布特征，取得了較好的效果。

子波提?。缓铣捎涗?；約束稀疏脈沖反演；波阻抗反演；砂體展布

尼日利亞目前的石油勘探開發(fā)工作大都集中在尼日爾三角洲及貝寧盆地部分地區(qū)。研究區(qū)位于尼日爾三角洲盆地的核心部位，地處尼日利亞西南部的紅樹林沼澤區(qū)，面積約280km2，距港口城市Warri約40km。研究的目的層為海陸過渡相的阿格巴達組，形成于新生代的始新世－上新世，為一套進積的近岸－三角洲前緣沉積，其沉積厚度大，儲層發(fā)育，幾乎儲存了三角洲所有的油氣資源［1］。

目前研究區(qū)最新的地震資料是1995年采集的，2006年對地震資料進行了重新處理。三維地震工區(qū)面積為275km2，地震道采樣率為2ms。三維地震基本覆蓋全區(qū)，且地震資料反射波組特征比較明顯，層位易追蹤，資料信噪比及分辨率較高，基本可以滿足儲層地震反演的要求。研究區(qū)處于西非沼澤區(qū)和河流發(fā)育帶，地理情況復(fù)雜，目前工區(qū)僅有鉆井6口，都是在20世紀60～70年代完鉆的，工區(qū)尚處于勘探開發(fā)早期。筆者運用Jason軟件，采用約束稀疏脈沖反演技術(shù)，對研究區(qū)重點儲層阿格巴達組B1砂層組進行了波阻抗反演，分析了其砂體展布特征，為儲層預(yù)測指明了方向。

1 反演方法基本原理

基于地震資料直接轉(zhuǎn)換的稀疏脈沖反演方法比較完整地保留了地震反射的基本特征，不存在基于模型反演方法多解性的問題，能較明顯地反映巖相、巖性的空間變化，在巖性相對穩(wěn)定的條件下，能較好地反映儲集層的物性變化［2］。約束稀疏脈沖反演方法具有較寬的應(yīng)用領(lǐng)域，尤其在勘探初期鉆井資料缺少的條件下同樣適用。結(jié)合鉆井資料，波阻抗反演結(jié)果可以確定儲集層巖性、物性差異界面，分析出研究區(qū)目的層的砂體展布特征，為儲層預(yù)測和評價提供依據(jù)。

約束稀疏脈沖反演（CSSI）技術(shù)采用一個快速的趨勢約束脈沖反演算法，用地震解釋層位和測井約束控制波阻抗的趨勢和幅值范圍，脈沖算法產(chǎn)生寬帶結(jié)果，恢復(fù)缺失的部分低頻和高頻成分，主要目的是利用約束井資料及地震反射系數(shù)建立聲波阻抗數(shù)據(jù)體。它采用的數(shù)學(xué)模型，即最小誤差函數(shù)（目標(biāo)函數(shù)）為：

式中，J為目標(biāo)函數(shù)；ri為反射系數(shù)樣點；λ為實際地震與合成地震記錄殘差權(quán)重因子；di為地震道采樣點；si為合成地震道采樣點；α為趨勢權(quán)重因子，一般取其值為1；ti為根據(jù)測井資料定義的波阻抗約束趨勢采樣點；zi為介入測井約束的最小和最大波阻抗之間的采樣；p，q為標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化因子，通常取p＝1，q＝2；i為反演的地震道采樣序號。

2 反演關(guān)鍵技術(shù)

工區(qū)完鉆的井較少，而且測井項目不一，資料不齊全。其中AX－1井完鉆時間最晚，其測井資料相對較為完整，有自然電位、自然伽馬、聲波時差和密度測井等測井系列，且有較全的測錄井井段。

前期以高分辨率層序地層學(xué)為指導(dǎo)，完成了工區(qū)三維地震層序界面的追蹤與閉合工作，對尼日爾三角洲盆地重點儲層阿格巴達組地層進行了層序劃分對比，識別出B1、C1、D1、E1、E3、G、H總計7個層序界面。在此基礎(chǔ)上，筆者基于Jason軟件平臺采用約束稀疏脈沖反演技術(shù)，充分結(jié)合地質(zhì)、地震、測井資料，對重點層位B1砂層組開展了波阻抗反演研究，通過建立的波阻抗模型結(jié)合測井，沉積等資料，分析該層位的砂體展布特征。

該反演方法主要包括以下幾個步驟：①測井資料預(yù)處理；②層位追蹤；③初始地質(zhì)模型的建立；④迭代計算；⑤反演結(jié)果輸出。其中，子波估算與合成地震記錄，初始模型建立，約束稀疏脈沖反演處理是其反演的關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 子波估算與合成記錄

地震子波是約束波阻抗反演中的關(guān)鍵因素。子波與模型反射系數(shù)褶積產(chǎn)生合成地震數(shù)據(jù)，合成地震數(shù)據(jù)與實際地震資料的誤差最小是終止迭代次數(shù)的約束條件［3］。根據(jù)工區(qū)的實際資料，疊后地震子波估算采用相對實用有效的方法即多道地震統(tǒng)計法，通過多道記錄自相關(guān)統(tǒng)計的方法提取子波振幅譜信息，進而求取零相位、最小相位或常相位子波。得到的子波、合成記錄與實際記錄頻帶一致，與實際地震記錄波組關(guān)系對應(yīng)關(guān)系良好，有利于進行儲層層位的精細標(biāo)定。

2.2 初始模型建立

建立波阻抗模型的過程實際上就是把地震界面信息與測井波阻抗結(jié)合起來的過程，對地震而言，是經(jīng)正確層序解釋起控制作用的波阻抗界面；對測井而言，是為波阻抗界面間的地層賦予合適的波阻抗信息［4，5］。建立盡可能接近實際地層情況的波阻抗模型，是減少其最終結(jié)果多解性的根本途徑。

初始模型的橫向分辨率取決于地震層位解釋的精細程度，縱向分辨率受地震采樣率的限制，為了較多地保留測井的高頻信息，反映薄層的變化細節(jié)，通常要對地震數(shù)據(jù)進行加密采樣［6］。研究區(qū)共有6口鉆井，全區(qū)均勻分布，前期三維地震工區(qū)劃分出7個層序界面，除一口井缺少聲波和密度測井曲線外，經(jīng)過測井預(yù)處理后，其余5口鉆井可用作約束波阻抗反演。在Jason軟件中，導(dǎo)入三維地震和處理后的測井資料，運用Earth model模塊，建立初始波阻抗低頻模型（圖1）。

圖1 研究區(qū)初始低頻波阻抗反演模型

2.3 約束稀疏脈沖反演處理

由約束稀疏脈沖反演的基本原理可知，其目標(biāo)函數(shù)中最關(guān)鍵的參數(shù)之一就是選取合適的λ值，即迭代次數(shù)的多少［7］。由于反射系數(shù)的稀疏程度與合成地震記錄和原始地震道殘差大小之間是相互矛盾的，參數(shù)λ作為控制反射系數(shù)與地震記錄不匹配的標(biāo)準(zhǔn)平衡因子，是控制波阻抗反演結(jié)果準(zhǔn)確程度的依據(jù)［8］。若λ值太小，注重反射系數(shù)之和最小，即強調(diào)稀疏性，則忽略了約束稀疏脈沖反演剖面的細節(jié)，使分辨率降低、殘差加大。若λ值太大，忽略反射系數(shù)的稀疏性，也就忽略了地震波阻抗變化的低頻背景，過分強調(diào)地震殘差最小，一味地使合成記錄與原始地震道相符合，結(jié)果會使一些噪音也加到了反演剖面中。因此，在約束波阻抗反演中，為了保持反演結(jié)果的細節(jié)信息又不忽略低頻背景，經(jīng)過反復(fù)實驗和對比，通過分析合成地震記錄與井旁地震道的相關(guān)性確定了理想的λ值，在研究區(qū)阿格巴達組儲層反演中λ值取23最為合理。

建立了初始低頻波阻抗反演模型后，在測井控制下進行約束稀疏脈沖反演（CSSI）處理?；贘ason軟件，運用Invertrace/Invertrace－plus模塊進行研究區(qū)的約束稀疏脈沖反演。首先，選取工區(qū)內(nèi)一條受構(gòu)造作用影響較小的過井剖面，由實際地震資料統(tǒng)計的零相位平均子波作為反演子波，反演運算的時窗以研究區(qū)已建立的層位格架來控制；再次，選取λ＝23作為迭代參數(shù)，導(dǎo)入已加密采樣的三維地震數(shù)據(jù)體，加入各口井的低頻波阻抗模型和區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造框架模型來綜合約束進行波阻抗反演；最后，將其約束反演產(chǎn)生的波阻抗模型與建立的初始低頻波阻抗模型（圖1）結(jié)合形成一個絕對波阻抗模型（圖2）。該過井波阻抗反演剖面鑲嵌了實際測井波阻抗，通過研究區(qū)地震反演的井旁道的波阻抗值與運用聲波測井和密度測井計算出的波阻抗值對比分析，兩者符合較好，說明反演結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。

圖2 過井絕對波阻抗反演模型

3 波阻抗分析與砂體預(yù)測

以沉積和層序地層學(xué)研究的成果為指導(dǎo)，運用稀疏脈沖反演技術(shù)構(gòu)建的波阻抗模型，充分結(jié)合鉆測井，地震解釋資料，對儲層砂體展布特征展開研究。根據(jù)上述波阻抗反演思路和方法進行了三維測井約束波阻抗反演，得到了一個三維絕對波阻抗數(shù)據(jù)體及反演剖面，然后依據(jù)鉆井巖性、測井資料解釋的結(jié)果，對波阻抗曲線進行了分析，運用地質(zhì)統(tǒng)計方法確定了研究區(qū)內(nèi)儲層砂（礫）巖、泥巖的波阻抗分布范圍。在前期地震反演產(chǎn)生的三維波阻抗數(shù)據(jù)體基礎(chǔ)上，繪制了尼日利亞三角洲盆地阿格巴達組B1砂層組的波阻抗平面圖，分析了其巖性平面分布規(guī)律，預(yù)測出該砂層組的砂體橫向展布特征。

3.1 波阻抗統(tǒng)計分析

鉆測井資料是最直接反映儲層巖性特征的信息來源。目前，全區(qū)共有6口鉆井，其中做了測錄井處理的有5口，結(jié)合測井約束波阻抗反演的結(jié)果，綜合分析鉆測井資料，對目的層位B1砂層組的測井響應(yīng)特征展開研究。

首先需對各口鉆井的B1砂層組對應(yīng)井段的測井曲線特征分巖性進行統(tǒng)計分析，為了使統(tǒng)計結(jié)果準(zhǔn)確可靠，在原始測井?dāng)?shù)據(jù)讀取過程中，應(yīng)遵循以下原則：①綜合錄井及各種測井曲線進行分析，盡可能選擇純砂巖和純泥巖段進行讀值；②選擇的砂巖、泥巖段的層厚應(yīng)在2m以上；③盡量避開孔徑擴徑井段，選擇無畸變的曲線段讀值；④取點盡量多，以保證統(tǒng)計結(jié)果的準(zhǔn)確性；⑤對測井曲線要進行基線偏移校正，并作全區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)化處理。

經(jīng)過對測井?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計分析后，運用Jason軟件完成了AX－1井中與阿格巴達組儲層對應(yīng)井段的自然伽馬、自然電位、波阻抗交會圖（圖3）。圖3中散點樣品數(shù)據(jù)的自然電位數(shù)值范圍主要為48～60mV，在交會圖中的分布具有較明顯的聚類性。從圖中可以看出該井段砂巖層的樣點主要集中在自然伽馬小于50API、波阻抗大于6.9×106（kg/m3）·（m/s）、自然電位小于50mV的區(qū)域，主要位于圖中兩條對應(yīng)基線的東南區(qū)；而泥巖層的樣點主要集中于自然伽馬大于50API、波阻抗小于6.9×106（kg/m3）·（m/s）、自然電位大于50API的區(qū)域，主要位于圖中基線的西北區(qū)。由此可以總結(jié)出研究區(qū)阿格巴達組B1砂層組測井響應(yīng)的砂泥巖波阻抗門限值為6.9×106（kg/m3）·（m/s），即波阻抗IMP大于該門限值的可以判斷為砂巖，反之則判斷為泥巖。

圖3 過AX－1井對應(yīng)井段GR、SP、IMP交會圖

3.2 砂體平面展布

確定了研究區(qū)儲層砂泥巖波阻抗門限值后，選取能夠反映巖性差異的色度圖版對反演的三維波阻抗數(shù)據(jù)體進行可視化處理是輸出反演結(jié)果的最后步驟，也是極為關(guān)鍵的一步。反演結(jié)果的分辨率如何在很大程度上也取決于反演結(jié)果最終的顏色調(diào)整，具有良好視覺效果的對比色彩標(biāo)定直接關(guān)系到砂體橫向變化特征的識別，也直接影響著對目標(biāo)層位巖性突變邊界的分辨率。

運用高分辨層序地層學(xué)理論，采用井震結(jié)合的層序?qū)Ρ确椒ń有虻貙痈窦?，在確定了地層格架之后完成對尼日爾三維地震工區(qū)的層序加密工作?；贘ason軟件平臺，輸入經(jīng)過插值處理的三維地震數(shù)據(jù)體，沿B1砂層組對應(yīng)層序的頂界面下延35ms作為其波阻抗反演的時窗，輸出重點儲層阿格巴達組B1砂層組的波阻抗平面展布圖（圖4）。此次圖形輸出，選取具有一定灰度的黑白圖版，作為模型的色彩標(biāo)定，具有良好的視覺反差，結(jié)果直觀真實，界限清晰，地質(zhì)上具有明顯的可對比性。

如圖所示（圖4），色標(biāo)從白色至淺黑色再到黑色，隨著顏色的加深反映出波阻抗值從低到高，也反映出砂巖含量的增多，泥質(zhì)減少。若波阻抗值大于B1砂層組砂泥巖波阻抗門限值，則顏色偏黑，且顏色越深，反映出該平面范圍內(nèi)砂巖越發(fā)育，該層位有利儲層的平面分布區(qū)；反之，若顏色偏白，則表示波阻抗值小于其儲層砂泥巖門限值，且顏色越白則反映泥質(zhì)增多，為平面泥巖發(fā)育區(qū)。因此，從圖中可以明顯地看出，工區(qū)內(nèi)主要發(fā)育兩個高波阻抗值砂巖發(fā)育區(qū)，以黑色色標(biāo)為主，由兩個閉合的粗黑線圈出，即在工區(qū)的東南部由兩個大型構(gòu)造斷裂帶所夾的盆地沉降地區(qū)和北部邊緣的條帶狀區(qū)域；工區(qū)的其他地區(qū)色彩以白色及零星分布的淺黑色為特征，為波阻抗低值區(qū)，分析為廣泛發(fā)育的泥巖區(qū)。

4 結(jié) 論

1）測井資料在縱向上詳細揭示了儲層層位的波阻抗變化細節(jié)，地震資料則連續(xù)記錄了波阻抗界面的深度變化，約束稀疏脈沖反演技術(shù)把地震與測井有機的結(jié)合起來，為反演精確地建立波阻抗模型提供了必要的條件。

2）基于Jason軟件的約束稀疏脈沖反演，λ值是反演的關(guān)鍵參數(shù)。作為反演計算的迭代次數(shù)，它直接反映了聲阻抗值和子波褶積產(chǎn)生的合成地震道與實際地震道匹配程度的好壞程度，影響反演結(jié)果。在反演過程中，先選取合適的過井剖面，以此為基準(zhǔn)，作反演參數(shù)實驗，最終確定合適的λ值為23，作為控制反射系數(shù)與地震記錄不匹配的標(biāo)準(zhǔn)平衡因子完成整個三維工區(qū)的地震反演。

3）通過對研究區(qū)各井的測井響應(yīng)特征分析，選取最能全面反映巖性與波阻抗相關(guān)性的AX－1井作波阻抗測井統(tǒng)計研究，得到了阿格巴達組儲層伽馬GR、自然電位SP和波阻抗IMP交會圖。從圖中散點數(shù)據(jù)的趨勢約束分析，確定了目標(biāo)儲層的砂泥巖波阻抗門限值為6.9×106（kg/m3）·（m/s）。這為后續(xù)分析B1砂層組的砂體展布特征提供了重要的參數(shù)依據(jù)，是地震反演技術(shù)預(yù)測儲層巖性規(guī)律的重要橋梁。

圖4 B1砂層組波阻抗平面分布圖

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P631.44

A

1000－9752（2010）05－0241－05

2010－08－30

國家“十一五”科技重大專項（2008ZX05030－003）。

陳鍵（1986－），男，2008年大學(xué)畢業(yè)，碩士生，現(xiàn)主要從事儲層地質(zhì)與層序地層方面的研究工作。

［編輯］ 龍 舟