地震反演和分頻技術(shù)在深水油氣勘探中的應用

張勇剛，呂福亮，范國章，邵大力，徐志誠

(中國石油杭州地質(zhì)研究院，浙江杭州 310023）

地震反演和分頻技術(shù)在深水油氣勘探中的應用

張勇剛，呂福亮，范國章，邵大力，徐志誠

(中國石油杭州地質(zhì)研究院，浙江杭州 310023）

對于深水沉積盆地，由于高投入、高風險、高技術(shù)因素，有些區(qū)域內(nèi)勘探程度低或無鉆井，在此條件下如何更好地尋找有利區(qū)帶，提高勘探成功率是最迫切的問題。為此，運用無井反演和地震分頻技術(shù)對西非某深水盆地進行了研究。地震分頻技術(shù)實現(xiàn)了在頻率域內(nèi)通過調(diào)諧振幅屬性的對應關(guān)系來研究儲層橫向變化規(guī)律，經(jīng)分頻處理后的地震數(shù)據(jù)其解釋分辨率高于常規(guī)地震主頻所能達到的分辨能力，有利于確定含油氣儲集層邊界、估算地層厚度。在無井地區(qū)開展波阻抗反演，和地震分頻技術(shù)結(jié)果進行相互印證，預測了西非某深水盆地有利相帶和儲層的發(fā)育區(qū)帶。

無井反演;波阻抗;地震分頻;深水勘探

目前，海洋已成為世界未來油氣勘探的重要領(lǐng)域，且有向著更深水域和更深地層領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。但從全球來看，深水勘探還是個未成熟勘探新區(qū)，這主要由于深水勘探的高投入、高風險、高技術(shù)因素所決定。許多深水沉積盆地僅進行過少量勘探，區(qū)域內(nèi)僅有部分地震資料，無井或僅有少量的鉆井，在此條件下，如何更好地尋找有利區(qū)帶，降低勘探風險，提高勘探的成功率是當前最迫切的問題。地震資料橫向信息豐富，具有較高的橫向分辨率，而測井資料縱向分辨率高，能夠提供地震數(shù)據(jù)所缺乏的低頻和高頻成分［1］，在勘探區(qū)無井的情況下，可以通過無井波阻抗反演和地震分頻技術(shù)來提高地震資料的分辨率，從地震記錄中獲取更真實地質(zhì)意義的地層參數(shù)，從而指導勘探生產(chǎn)。

1 無井波阻抗反演和地震分頻技術(shù)

1.1 無井波阻抗反演

地震反演技術(shù)就是綜合運用地震、測井、地質(zhì)等資料以揭示地下目標層(儲層、油氣層）的空間幾何形態(tài)(包括目標層厚度、頂?shù)讟?gòu)造形態(tài)、延伸方向、延伸范圍、尖滅位置等）和目標層微觀特征，它是將大面積的連續(xù)分布的地震資料與具有高分辨率的井點測井資料進行匹配、轉(zhuǎn)換和結(jié)合的過程。經(jīng)過地震反演，可以把地震波信息轉(zhuǎn)化為巖石信息，使其能與鉆井、測井直接對比，以巖層為單元進行地質(zhì)解釋，在目前巖性圈閉識別中，地震數(shù)據(jù)反演已經(jīng)成為尋找?guī)r性油氣藏最有效的方法之一。

由于地震資料在采集和處理過程中，往往截掉了8 Hz以下的低頻成份，因此在地震反演的中頻段波阻抗基礎上，一定要想法從其它來源(如聲波測井、地震速度譜等）來補足低頻成分。在勘探區(qū)無井或鄰區(qū)沒有可參考井的情況下，可以用地震資料處理中的疊加速度譜資料來補充研究工區(qū)波阻抗低頻部分。由地震處理中的疊加速度譜解釋結(jié)果，根據(jù)所構(gòu)建的地層解釋框架，進行空間插值，形成疊加速度體，再轉(zhuǎn)換成層速度體，根據(jù)速度與密度換算公式(Gardener公式），得到密度體，兩者相乘得到波阻抗體，即為波阻抗的低頻成分。這樣做既可以補充因無測井資料而損失的波阻抗低頻成分，同時避免了由于測井資料的橫向稀疏性而導致的在遠離井位置處波阻抗值的不準確性。

1.2 地震分頻技術(shù)

頻譜分解技術(shù) (SpecDecomp）是一項基于頻率的儲層解釋技術(shù)，它展現(xiàn)給我們的是一種新的地震解釋方法，使解釋人員能快速而有效地描述儲層特征的空間變化。在地震勘探中，由于儲層厚度與對其檢測的反射波頻率的調(diào)諧厚度 (即厚度等于檢測波波長的四分之一）相等或相近時，地震反射波波峰與波峰、波谷與波谷相疊加而出現(xiàn)調(diào)諧作用使反射波能量變大而存在異常［2］。分頻處理技術(shù)就是針對這種現(xiàn)象，通過離散傅立葉變換(DFT）將地震數(shù)據(jù)由時間域轉(zhuǎn)換到頻率域，將地震數(shù)據(jù)分解成不同頻率域的調(diào)諧體，轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的振幅譜可以識別地層的時間厚度變化，相位譜可以檢測地質(zhì)體橫向上的地質(zhì)不連續(xù)性。利用調(diào)諧頻率振幅數(shù)據(jù)體切片，可以確定異常體時空分布;利用調(diào)諧頻率瞬時相位數(shù)據(jù)體切片，可以確定異常體邊界［3］。通常上，不同頻率可檢測沉積砂體厚度的相對變化，高頻對薄層有調(diào)諧響應，可分辨出薄層沉積砂體，低頻對厚層有調(diào)諧響應，可分辨厚層沉積砂體 (圖1）。利用不同頻率體屬性的平面分布檢測不同厚度沉積體邊界的變化，可為沉積相演化和儲層評價提供準確依據(jù)。

圖1 不同頻率地震資料可識別砂體時間厚度對比圖(引用于Landmark）Fig.1 Time-thickness correlation in seismic data with different frequency(modified from Landmark）

2 應用實例

2.1 研究區(qū)地質(zhì)背景

研究區(qū)位于西非某盆地最西側(cè)的深水海域，區(qū)塊面積2 703 km2，水深1 700～2 260 m，屬于海上超深水勘探區(qū)塊。區(qū)內(nèi)勘探程度低，屬于西非海域勘探空白區(qū)，目前尚無鉆井，因此研究區(qū)層位的標定只能通過鄰區(qū)鉆井的標定來實現(xiàn)。該區(qū)斷裂系統(tǒng)相對單一，主要發(fā)育北東—南西向走滑斷裂。通過周邊區(qū)的研究資料及該區(qū)三維地震剖面分析表明，該區(qū)為深水海底扇碎屑巖沉積，主要發(fā)育有水道、天然堤—越岸沉積、朵葉體/席狀砂等多種沉積體系結(jié)構(gòu)單元(圖2）。

圖2 研究區(qū)地震剖面(第四系沉積，水道復合體）Fig.2 Seismic profile in the survey(Quaternary deposition，complex channel）

2.2 無井波阻抗反演的實現(xiàn)

無井波阻抗反演的實現(xiàn)主要通過如下幾步(圖3）。(1）速度轉(zhuǎn)換:首先剔除三維速度譜資料中的奇異值，然后建立本區(qū)的速度場模型，轉(zhuǎn)換為層速度體［4］;(2）偽井曲線的提取:依據(jù)計算的層速度體來提取偽井，偽井井點坐標選擇的原則為:井點所處的線道為過原始的采樣點，該區(qū)速度譜數(shù)據(jù)點原始間距為40道×40道，盡量避免井位處提取的層速度數(shù)據(jù)不是通過原始速度譜點插值出來的數(shù)據(jù)值，提高數(shù)據(jù)的準確性;提取多口偽井時，井點分布在研究區(qū)的不同構(gòu)造區(qū)帶上，能反映不同構(gòu)造帶上的曲線特征進行反演;(3）子波的提?。?］:通過偽井提取的聲波曲線與地震道進行合成記錄標定，提取子波，同時從多口井提取的子波中，挑選波形較好、相對較平穩(wěn)的子波取平均值作為反演的子波;(4）初始波阻抗模型和稀疏脈沖反演:初始波阻抗模型是補償?shù)皖l成分，依據(jù)已建立的地質(zhì)框架模型，對偽井數(shù)據(jù)沿層內(nèi)插外推，產(chǎn)生一個平滑的初始波阻抗模型。約束稀疏反演的關(guān)鍵參數(shù)λ反映波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［6］，λ值太大，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吻合，會使一些噪音也加到了反演剖面中，同時也忽略了反射系數(shù)的稀疏，即忽略了波阻抗變化的低頻成分，本區(qū)λ取值為9，使得反演剖面既保持細節(jié)又不損失低頻背景。

圖3 無井波阻抗反演流程圖Fig.3 Flow diagram of no-well wave impedance inversion

通過對反演結(jié)果分析，可知該反演效果較好，能反映本區(qū)沉積儲層特征。圖4為井點波阻抗與偽井曲線計算波阻抗值對比，可看到二者能較好的匹配。圖5為地震剖面與反演波阻抗剖面對比，由于波阻抗反演剖面中合并疊加速度的低頻部分及地震有限帶寬部分，因此波阻抗反演剖面對深水沉積的砂體分布表現(xiàn)清晰，能指示層段內(nèi)砂巖的分布特征，較好地反映巖性變化特征，相比地震剖面分辨率更高。

圖4 井點波阻抗(藍線）與偽井計算波阻抗值對比(紅線）Fig.4 Impedance value correlation between seismic(blue line）and pseudo well(red line）

圖5 地震剖面(左）與反演波阻抗剖面(右）對比圖Fig.5 Correlation of seismic(left）and inversion impedance profile(right）

2.3 地震分頻的實現(xiàn)

地震分頻的實現(xiàn)運用Paradigm軟件模塊，通過掃描本區(qū)三維地震數(shù)據(jù)體的頻帶分布范圍，該區(qū)頻帶約為5～40 Hz，取步長為5，可以在原始地震數(shù)據(jù)體基礎上，得到8個不同頻帶范圍的調(diào)諧體。圖6為該區(qū)發(fā)育的典型分流水道，在地震剖面上表現(xiàn)為短截狀、強振幅反射特征。針對不同頻率的調(diào)諧體沿目的層進行分頻體屬性的提取(圖7），可以發(fā)現(xiàn)不同頻率的地震均方根振幅屬性能反映出不同的砂體范圍，與常規(guī)地震道提取的屬性相比，更能刻劃出目的層儲層厚度和范圍的空間變化規(guī)律，具體表現(xiàn)為:頻率為30 Hz的數(shù)據(jù)體上，水道規(guī)模與常規(guī)地震屬性基本一致，其邊界模糊不清晰;在頻率為20 Hz的數(shù)據(jù)體上，水道規(guī)模略有減小，但其邊界變得清晰;在頻率為10 Hz的數(shù)據(jù)體上，水道規(guī)模大幅減小，兩側(cè)中等振幅值被過濾，使其邊界變得更清晰。由此可見，該水道主體部位為厚層沉積，由主體部位向兩側(cè)呈現(xiàn)逐漸減薄趨勢。研究證明10 Hz分頻數(shù)據(jù)體來刻畫厚層砂體最理想，沉積邊界最清晰。該區(qū)速度范圍大致在2 000～4 000 m/s，對應10 Hz分頻數(shù)據(jù)體，可刻畫的地層厚度可達50～100 m。如果說砂巖單層厚度可達50 m以上，那么即使是在深海環(huán)境下，也是非常有利的儲層，因此以下的研究基于10 Hz分頻數(shù)據(jù)體屬性提取展開研究。

圖6 研究區(qū)典型地震剖面(分流水道）Fig.6 Typical seismic profile in the survey(distributary channel）

2.4 無井反演和地震分頻結(jié)果的沉積學解釋［7］

得到無井反演和地震分頻成果后，可以對相關(guān)的數(shù)據(jù)體進行各種屬性運算和提取。我們對M階下部往上開時窗120 ms提取不同頻率的分頻體均方根振幅和波阻抗均方根振幅，圖8左為10 Hz分頻體對應的均方根振幅平面圖，從屬性圖上可以看到明顯的多期分流水道相互疊置和橫向上遷移發(fā)育特征，其物源為東南方向，而地震反演圖上(圖8中）可看到水道前端多個高波阻抗值區(qū)的朵葉體沉積。對M階上部往下開時窗100 ms，10 Hz分頻體(圖9左）和地震反演圖(圖9中）二者匹配關(guān)系較好，表現(xiàn)為高波阻抗值，為富砂充填的分流水道沉積，其物源方向東西向和東北向。M階沉積環(huán)境總體上表現(xiàn)為水體變淺的過程，在其沉積演化過程中，下部沉積時期位于中扇下部，以分流水道和朵葉體沉積為主，上部沉積時期位于中扇上部，以分流水道沉積為主。

圖7 常規(guī)地震和分頻體沿層屬性提取平面圖Fig.7 Attribute maps along horizon from conventional and spectrum decomposition volumes

圖8 M階下部沉積相解釋成果圖Fig.8 Distribution of sedimentary facies in the lower M Fm.

圖9 M階上部沉積相解釋成果圖Fig.9 Distribution of sedimentary facies in the upper M Fm.

3 結(jié)論

在深水油氣勘探中，面對低勘探程度區(qū)，在缺乏鉆井、測井和其他資料可借鑒的基礎上，運用地震反演和分頻技術(shù)不失為深水儲層砂體研究的較好方法和手段，可以為沉積演化和儲層評價提供基礎資料。

分頻解釋技術(shù)實現(xiàn)了在頻率域內(nèi)通過調(diào)諧振幅屬性的對應關(guān)系來研究儲層橫向變化規(guī)律，經(jīng)分頻處理后的地震數(shù)據(jù)其解釋分辨率高于常規(guī)地震主頻所能達到的分辨能力，該項技術(shù)在確定含油氣儲集層邊界、估算地層厚度方面比傳統(tǒng)地震屬性研究方法具有更大的優(yōu)勢。

在無井地區(qū)開展波阻抗反演，可和地震分頻技術(shù)結(jié)果進行相互印證，預測有利相帶和儲層的發(fā)育區(qū)帶，能在一定程度上解決勘探中的部分問題，為油氣勘探提供支持。

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Application of seismic inversion and spectrum decomposition technology in deepwater exploration

ZHANG Yonggang，LV Fuliang，F(xiàn)AN Guozhang，SHAO Dali，XU Zhicheng
(Petrochina Hangzhou Research Institute of Geology，Hangzhou Zhejiang 310023，China）

Due to high investment，high risk and high technology in deepwater exploration，it is crucial to boost exploration success rate and search for prospects in frontiers or some areas with low degree of exploration or even no wells.In this article，no-well wave impedance inversion and spectrum decomposition were applied to a deepwater basin in West Africa.Spectrum decomposition was employed to research on reservoir lateral distribution through tuning the corresponding relationship of amplitude properties in frequency domain.The seismic resolution after decomposition is higher than conventional seismic.This aids the researchers to delineate reservoir and estimate layer thickness.Moreover，no-well wave impedance inversion in combination with seismic decomposition can be used to predict the beneficial facies tracts and reservoirs.

no-well inversion;wave impedance;spectrum decomposition;deepwater exploration

P631.4

A

10.3969/j.issn.1008－2336.2011.04.011

2011－05－17;改回日期:2011－06－20

張勇剛，男，1977年生，工程師，2005年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(武漢），碩士學位，現(xiàn)主要從事物探方面的工作。E-mail:zhangyg_hz@petrochina.com.cn。

1008－2336(2011）04－0011－04