正演模擬驗證疊前彈性阻抗反演在碳酸鹽儲層預(yù)測中的應(yīng)用

李宗杰

（1.北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京 100871；2.中國石油化工股份有限公司西北油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆烏魯木齊 830011）

常規(guī)疊后聲波阻抗反演技術(shù)建立在地震波垂直入射假設(shè)的基礎(chǔ)上，無法反映野外采集所記錄資料的振幅隨炮檢距變化特征，在此基礎(chǔ)上得到的疊后聲波阻抗與入射角度無關(guān)，僅與縱波速度及密度有關(guān)。因此，利用常規(guī)疊后波阻抗反演獲得的地下信息十分有限［1－2］。

為了克服疊后反演存在的不足，Connolly［3］（1999）提出了彈性阻抗的概念，通過縱波反射系數(shù)，把振幅信息與地層縱波速度、橫波速度、密度及入射角聯(lián)系起來，充分利用了不同炮檢距的地震及測井信息，因此，利用彈性阻抗反演可反映振幅隨偏移距變化信息。近年來，國內(nèi)學(xué)者對彈性阻抗反演做了大量的工作，倪逸［4］（2003）提出了一種新的彈性波阻抗算法，甘利燈等［5］（2005）、王寶麗等［6］（2005）、曹孟起等［2］（2006）、彭真明等［7］（2008）、李愛山等［8］（2009）和牛聰?shù)龋?］（2011）先后對彈性阻抗反演理論及實際應(yīng)用做了大量的工作，對中深層砂巖及碳酸鹽巖儲層流體進行了綜合判識，取得了一定效果。

塔中玉北地區(qū)位于塔里木盆地西南，構(gòu)造上處于麥蓋堤斜坡東部，該區(qū)奧陶系碳酸鹽巖分布范圍較廣，具有較好的油氣勘探開發(fā)前景，但目標儲層埋藏深度大，非均質(zhì)性強，儲層預(yù)測難度大［10］。為此，我們從實際地震資料出發(fā)，在研究目標儲層反射特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際的鉆井、測井及地質(zhì)等資料，首先建立符合地下實際的縫洞型儲層地震地質(zhì)模型，采用非均勻介質(zhì)波動方程正演模擬技術(shù)，從正演的角度分析目標儲層的地震波場特征，正演模擬的結(jié)果與實際地震剖面較好吻合，表明模型建立的準確性；然后對縫洞型儲層正演模擬的結(jié)果進行彈性阻抗反演，在已知目標儲層含流體特性的情況下，分析不同角度彈性阻抗體與儲層含流體特性之間的關(guān)系，進而對實際地震資料進行疊前彈性阻抗反演。模擬資料的彈性阻抗與實際資料的彈性阻抗相互印證，有效地降低了反演結(jié)果解釋的多解性，提高了儲層預(yù)測的精度。

1 彈性阻抗反演的基本原理

疊前彈性阻抗反演是AVO 反演方法的一種，基于Aki－Richards方程有

其中

式中：vP，ΔvP，vS，ΔvS，ρ，Δρ分別為相鄰地層的縱、橫波速度和密度的平均值及差值。

Connolly［3］（1999）將彈性波阻抗（IE）定義為：

對比（1）式和（3）式，再經(jīng)過簡單的數(shù)學(xué)運算可以得到

從而可以得到IE最終表達式：

式中：K是的平均值；θ為入射角。從公式（5）可見，IE是疊后聲波阻抗（IA）的擴展形式，聲波阻抗為彈性阻抗在入射角為0時的情況，即

圖1a為利用彈性阻抗公式（5）計算得到的研究區(qū)域目標儲層段不同角度對應(yīng)的彈性阻抗曲線，可以看出，不同角度的彈性阻抗曲線表現(xiàn)出對彈性參數(shù)的可分辨能力不同，近角度時彈性阻抗曲線疊合在一起，遠角度時彈性阻抗曲線相互分開，具有較高的可分辨能力。圖1b為目標儲層5 593～5 620m段對應(yīng)的彈性阻抗隨入射角變化的剖面，在5 600～5 610m 段，由于目標儲層含流體特性不同，使相同角度所對應(yīng)的彈性阻抗存在明顯差異。由此可見，不同角度及不同流體特性的彈性阻抗表現(xiàn)出不同的敏感特性，因此，可以借助于不同角度的彈性波阻抗體來判別地下儲層的巖性及含流體性質(zhì)。

圖1 研究區(qū)域目標儲層段不同角度彈性阻抗

2 縫洞型儲層地震地質(zhì)模型建立及正演模擬

研究區(qū)域目標儲層為埋藏較深的奧陶系鷹山組儲層，W1井鉆井及取心資料表明，奧陶系鷹山組主要發(fā)育2 段有利儲層段：頂部儲層位于5 600～5 615m，儲層空間主要以高角度裂縫為主，局部裂縫伴隨溶蝕孔洞的發(fā)育，為Ⅰ類儲層（該儲層段中途測試，獲高產(chǎn)油氣流）；中部儲層位于5 688～5 750m，該儲層段裂縫相對較發(fā)育，為不規(guī)則裂縫，溶蝕特征發(fā)育不理想，以Ⅱ，Ⅲ類儲層為主。

針對研究區(qū)域奧陶系鷹山組縫洞型儲層的特征，以W1井資料為約束，建立符合實際地層條件的過W1井縫洞型儲層地震地質(zhì)模型［11］（圖2），模型各地層及目標儲層的巖石物理參數(shù)見表1。模型中設(shè)計3 段儲層：第①段儲層深度為5 600～5 620m，以高角度裂縫為主，少量的溶蝕孔洞，孔隙度約為10%，為Ⅰ類儲層；第②段儲層深度為5 660～5 672m，為裂縫型儲層，孔隙度約為6%，為Ⅲ類儲層；第③段儲層深度為5 710～5 740m，為裂縫－孔洞型儲層，孔隙度約為8%，為Ⅱ類儲層。

表1 過W1井各地層及目標儲層巖石物理參數(shù)

圖2 過W1井縫洞型儲層模型

我們采用非均勻介質(zhì)條件下的波動方程進行正演模擬［12］，正演模擬時采用與實際地震資料采集接近的觀測系統(tǒng)參數(shù)，得到縫洞型儲層模型的炮集記錄，進行疊前彈性阻抗反演及疊后地震波場特征分析。具體采集參數(shù)：道間距為50m，炮間距為100m，最小偏移距為0，最大偏移距為5 950m，接收道數(shù)為120，滿覆蓋次數(shù)為30，激發(fā)子波采用主頻為23 Hz的雷克子波，時間采樣間隔為2ms。

圖3a為過W1井的實際地震剖面。對正演模擬得到的理論記錄進行常規(guī)偏移成像處理，得到疊加偏移剖面（圖3b）。從圖3b 可以看出，界面上儲層段相對于非儲層段振幅變?nèi)?，這是由于儲層的存在使上覆地層（巴楚組下泥巖段）與奧陶系鷹山組的波阻抗差異變小造成的，儲層越發(fā)育，T47界面對應(yīng)的反射能量越弱。由于第②段儲層發(fā)育的厚度不大（10m 左右）且與第①段儲層段相距較近，其產(chǎn)生的反射特征與第①段儲層疊加在一起，在地震剖面上無法識別。位于奧陶系內(nèi)幕的儲層（第③段），在地震剖面上表現(xiàn)為“一谷一峰”的中強振幅反射特征，強振幅代表儲層相對較發(fā)育，弱振幅代表儲層欠發(fā)育。正演模擬結(jié)果與實際地震剖面（圖3a）的反射特征吻合較好，表明基于實際地震資料建立的縫洞型儲層模型具有一定的可靠性，在此基礎(chǔ)上，對縫洞型儲層模型正演模擬結(jié)果進行疊前彈性阻抗反演，反演結(jié)果對實際地震資料解釋有一定的指導(dǎo)意義。

圖3 過W1井實際地震剖面（a）與縫洞型儲層模型疊加偏移剖面（b）

3 疊前彈性阻抗反演結(jié)果分析

3.1 正演模擬資料彈性阻抗反演

在已知目標儲層巖石物理參數(shù)及含流體特性的前提下，對正演模擬結(jié)果進行疊前彈性阻抗反演，一方面來驗證疊前彈性阻抗反演在碳酸鹽巖縫洞型儲層的適用性，另一方面建立目標儲層巖石物理參數(shù)及含流體特性與不同角度彈性阻抗之間的對應(yīng)關(guān)系，進而指導(dǎo)實際的儲層預(yù)測。

圖4為縫洞型儲層模型疊前道集AVO 特征分析結(jié)果。從圖4可以看出，3段儲層的振幅隨偏移距的變化表現(xiàn)為不同的AVO 特征，第①段儲層AVO 特征表現(xiàn)為振幅隨偏移距的增大而增大，而第②段、第③段儲層AVO 特征表現(xiàn)為振幅隨偏移距的增大而減小。

圖4 疊前道集AVO 特征分析結(jié)果

基于彈性阻抗反演的一般流程［5，13］，通過對正演模擬結(jié)果的道集分析，結(jié)合目標儲層的深度范圍，確定角道集部分疊加的范圍為6°～36°，并將其分為近角度（6°～16°）、中角度（16°～26°）和遠角度（26°～36°）3個有限角度疊加數(shù)據(jù)體，分別對其進行彈性阻抗反演，結(jié)果如圖5所示。從圖5可以看出，基于縫洞型儲層正演模擬結(jié)果的近、中、遠3個角度彈性阻抗剖面中在界面附近及鷹山組內(nèi)幕表現(xiàn)為明顯的低阻抗異常，分別對應(yīng)于縫洞型儲層模型中的第①，②段儲層和第③段儲層，低阻抗區(qū)域與模型中縫洞型儲層發(fā)育處吻合較好，且中、遠角度彈性阻抗剖面儲層的形態(tài)刻畫更精細。

圖5 縫洞型模型有限角度疊加數(shù)據(jù)體彈性阻抗反演結(jié)果

3.2 實際地震資料彈性阻抗反演

通過對研究區(qū)實際地震數(shù)據(jù)分析，目標儲層段最大角度范圍約為40°左右，同樣抽取近角度（6°～16°）、中角度（16°～26°）和遠角度（26°～36°）3個入射角范圍進行部分角度道集疊加，結(jié)果如圖6 所示。從圖6 可以看出，W1 井鷹山組頂部（界面）振幅隨入射角的增大而先增大后減小，具有明顯的AVO 特征。

圖6 實際資料有限角度范圍疊加道集

圖7為過W1井實際地震數(shù)據(jù)的近、中、遠3個角度的彈性阻抗反演結(jié)果。從圖7 可以看出，在奧陶系鷹山組頂部（界面附近）及鷹山組內(nèi)幕均存在低阻異常（黑色箭頭所指），由縫洞型儲層正演模擬結(jié)果的不同角度彈性阻抗剖面可知，這種低阻抗異常對應(yīng)為縫洞型儲層的發(fā)育，同時低阻抗異常分布區(qū)域與W1井測井資料解釋的儲層發(fā)育段吻合。

基于正演模擬結(jié)果得到的近、中、遠3個角度的彈性阻抗體與實際資料得到的3個角度彈性阻抗體吻合較好，表明縫洞型儲層在不同角度彈性阻抗體上對應(yīng)為低阻抗異常特征。正演模擬結(jié)果與彈性阻抗反演結(jié)果相互印證，從而可以有效地降低反演結(jié)果解釋的多解性。

圖8為過W1井近、遠角度的彈性阻抗反演結(jié)果聯(lián)井剖面，可以看出，在鷹山組內(nèi)幕（黑色橢圓處）存在橫向連續(xù)的低阻異常，表明該區(qū)域存在較好的縫洞儲層發(fā)育區(qū)。

圖7 過W1井不同角度彈性阻抗反演結(jié)果

圖8 過W1井近角度（a）和遠角度（b）彈性阻抗反演結(jié)果聯(lián)井剖面

4 結(jié)束語

以實際測井資料為約束建立符合地下實際的縫洞型儲層地震地質(zhì)模型；在已知目標儲層巖石物理參數(shù)及含流體特性情況下，對正演模擬結(jié)果進行疊前彈性阻抗反演，得到不同角度的彈性阻抗體，分析目標儲層與彈性阻抗之間的對應(yīng)關(guān)系；同時基于實際疊前地震資料進行彈性阻抗反演，將正演模擬結(jié)果與實際地震資料的彈性阻抗反演結(jié)果進行對比，達到對目標儲層的巖性及含流體特性的綜合判識，從而有效提高了儲層預(yù)測的精度。

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