薄儲層地震預(yù)測影響因素分析及研究方向探討

王仲杰

(中石油吐哈油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 哈密 839009)

張元

(中石油東方地球物理勘探有限責(zé)任公司研究院烏魯木齊分院，新疆 烏魯木齊 830001)

張治民，姜書林，李臻

(中石油吐哈油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 哈密 839009)

薄儲層地震預(yù)測影響因素分析及研究方向探討

王仲杰

(中石油吐哈油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 哈密 839009)

張元

(中石油東方地球物理勘探有限責(zé)任公司研究院烏魯木齊分院，新疆 烏魯木齊 830001)

張治民，姜書林，李臻

(中石油吐哈油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 哈密 839009)

測井約束反演技術(shù)、地震屬性技術(shù)等最為常用的疊后儲層預(yù)測技術(shù)，由于受分辨率及多解性等因素的限制，很難獲得較好的薄儲層預(yù)測結(jié)果。通過高精度層序地層學(xué)、體系域和沉積相精細(xì)研究技術(shù)及多井砂層精細(xì)對比技術(shù)，從宏觀上解決巖性體發(fā)育位置；在該基礎(chǔ)上，以短期基準(zhǔn)面旋回為研究單元，應(yīng)用基于層序界面、最大洪泛面及地震參考標(biāo)準(zhǔn)層的地震屬性分析技術(shù)，可以突破地震分辨率極限，對一個沉積旋回內(nèi)儲層的沉積演化進(jìn)行地震屬性解釋，達(dá)到薄儲層預(yù)測的目的。

測井約束；薄儲層預(yù)測；等比例地層切片；地震參考標(biāo)準(zhǔn)層

1 問題的提出

儲層預(yù)測的核心技術(shù)是地震反演，它是利用地表觀測地震資料，以已知地質(zhì)規(guī)律和鉆井、測井資料為約束，對地下巖層空間結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)進(jìn)行成像(求解)的過程，廣義的地震反演包含地震處理解釋的整個內(nèi)容。目前運(yùn)用較多的是疊后地震反演方法，包括波阻抗地震反演方法和多參數(shù)巖性地震反演方法，主要解決砂泥巖波阻抗差異明顯地區(qū)的儲層預(yù)測問題，以及地震相和沉積相的劃分問題[1～3]。

地震反演技術(shù)在生產(chǎn)實踐中得到了廣泛應(yīng)用，對于如何做好地震反演也有大量論述[4～6]。隋淑玲等[4]從基本原理、技術(shù)關(guān)鍵、存在的優(yōu)缺點等角度對基于地質(zhì)模型的地震反演、約束稀疏脈沖反演、儲層特征屬性反演、分頻反演和地質(zhì)統(tǒng)計反演等地震反演方法的特點和適用條件進(jìn)行了分析總結(jié)，指出針對復(fù)雜的地質(zhì)目標(biāo)，只有通過優(yōu)選適用的地震反演方法，將獲得的反演結(jié)果與屬性分析結(jié)合，才能達(dá)到解決復(fù)雜地質(zhì)問題的目的。欒穎等[5]對各種反演方法進(jìn)行了分類，總結(jié)出各類方法的特點，認(rèn)為彈性波阻抗反演的出現(xiàn)成為反演進(jìn)一步發(fā)展的方向之一。張江華等[6]通過從地震反演原理、基礎(chǔ)資料的品質(zhì)、反演方法和地質(zhì)約束模型及其外推控制等方面分析，指出地震資料品質(zhì)、測井資料品質(zhì)以及地質(zhì)模型的正確建立，對反演結(jié)果的可靠性至關(guān)重要。

隨著勘探開發(fā)程度的不斷提高，對于薄儲層刻畫和描述的準(zhǔn)確性要求越來越高。然而，在生產(chǎn)研究中發(fā)現(xiàn)，測井約束反演方法很難獲得好的預(yù)測結(jié)果，特別是對于薄層、薄互層及巖性邊界等，預(yù)測可信度很低，甚至出現(xiàn)虛假巖性尖滅現(xiàn)象，導(dǎo)致解釋陷阱。同時，由于很難準(zhǔn)確提取薄層的地震信息，使得利用地震屬性預(yù)測薄儲層的結(jié)果具有不確定性。綜合分析疊后地震儲層預(yù)測影響因素認(rèn)為，制約薄儲層預(yù)測精度的核心問題是預(yù)測結(jié)果的分辨率和多解性。

2 疊后地震儲層預(yù)測的分辨率問題

儲層預(yù)測的分辨率包含兩個方面，即縱向分辨率和橫向分辨率?？v向分辨率以剖面形式展示，結(jié)果容易獲得，解決的是一定深度范圍內(nèi)巖性從淺到深的發(fā)育問題，具有直觀且容易理解的特點，因此得到廣泛研究、討論和應(yīng)用[7～11]。橫向分辨率需要以平面形式刻畫，描述的是儲層在平面的分布寬度和展布形態(tài)等問題，其結(jié)果不容易獲得，論述文獻(xiàn)相對較少，但其對勘探開發(fā)諸多環(huán)節(jié)的科學(xué)決策至關(guān)重要。

2.1 測井約束反演的分辨率問題

測井約束反演是基于模型的反演技術(shù)，以測井資料豐富的高頻信息和完整的低頻成份補(bǔ)充地震有限帶寬的不足，可獲得高分辨率的地層波阻抗資料，為薄層油氣藏精細(xì)描述創(chuàng)造有利條件。目前，測井約束反演可分為3大類，即波阻抗反演、儲層特征屬性反演和地質(zhì)統(tǒng)計反演。其中地質(zhì)統(tǒng)計反演不僅僅局限于波阻抗反演，還可以得到多種儲層物性參數(shù)分布特征。

在下述討論中，假設(shè)反演采用的測井曲線能夠有效反映儲層與非儲層的變化特征；同時假設(shè)對于目標(biāo)層段，地震子波的空變因素可以忽略。

1)首先，測井約束反演的分辨率受地震采樣率、地震主頻及頻寬的制約[7，11]。測井約束反演是以測井波阻抗模型道為準(zhǔn)，該模型道受地震采樣率的限制。小于地震采樣率的薄層在模型道中被平滑而不能分辨，采樣率決定了反演所能達(dá)到的分辨薄層的最大限度。近年來，隨著地震勘探技術(shù)的提高，實際地震資料的采樣率普遍達(dá)到了2ms，有些地區(qū)已經(jīng)實現(xiàn)了1ms采樣。因此，在井旁道地震反演縱向分辨率基本可以與測井曲線達(dá)到最佳匹配，實現(xiàn)了對薄層的有效分辨。同時，測井約束反演的分辨率與地震的主頻及頻寬成正比，與離開井旁道的距離成反比。地震資料的有效頻帶范圍基本決定了反演結(jié)果對儲層有效厚度的分辨能力，測井約束地震反演對提高主頻低、頻寬窄的地震資料反演的分辨率是困難的。反演中所采用的地震子波的主頻高低決定了合成記錄反映聲阻抗厚度的大小，子波主頻越高，可以識別的儲層厚度越小。所以，地震主頻越高，地震反演越容易識別薄儲層，其結(jié)果也更真實可靠。但實際地震資料的主頻是有限的，目標(biāo)層段主頻通常小于50Hz，反演子波與地震子波主頻相差較大時，合成地震記錄與井旁地震道的相關(guān)度降低，反演效果會變差；并且隨著離開井旁道的距離增加，測井曲線對反演結(jié)果的約束程度減弱，反演分辨率降低。

2)其次，測井約束反演的分辨率與所采用的反演技術(shù)有關(guān)[4，5]。研究中要根據(jù)實際地質(zhì)目標(biāo)的復(fù)雜程度，優(yōu)選并確定適用的地震反演方法，才能獲得較好的反演效果。

3)第三，測井約束反演的橫向分辨率問題。地層巖性的橫向分布具有不確定性，其分布寬度、走向、展布形態(tài)等是多變的。同時，受地震資料的信噪比、振幅、相位等因素的影響，目前的反演算法還不能反映諸多復(fù)雜的地質(zhì)因素。研究認(rèn)為，測井約束反演技術(shù)在巖性相對穩(wěn)定的條件下，能較好地反映儲層的橫向變化，而在巖性、巖相橫向多變地區(qū)，預(yù)測結(jié)果的橫向分辨率不夠，容易導(dǎo)致預(yù)測陷阱。

2.2 疊后地震屬性的分辨率問題

地震屬性所受的影響因素很多，其主要是構(gòu)造、地層、巖性及油氣等各種因素的綜合反映。而速度、地震資料的信噪比、振幅、頻帶寬度(分辨率)、數(shù)據(jù)記錄格式及井點屬性等因素的代表性影響了儲層預(yù)測的準(zhǔn)確性，特別是對薄(互)儲層的預(yù)測，難度更大[11]。

速度的影響表現(xiàn)在縱向和橫向兩個方面?？v向上，隨著地層埋藏深度的增加，地層速度增大，導(dǎo)致速度梯度減小，使得地震信息分辨率降低；在薄互層組合中，對薄儲層難以形成獨立的地震反射信息，薄互層預(yù)測困難。在橫向上，巖性、巖相及儲層所含流體的橫向多變性，使得速度發(fā)生相應(yīng)變化，容易導(dǎo)致儲層預(yù)測陷阱。振幅因素的影響主要表現(xiàn)在薄互層的地震調(diào)諧效應(yīng)方面，使得振幅的變化既包含巖性、地層厚度等因素，也反映儲層中的流體因素。如果地震資料是不保幅的，那么直接影響了振幅屬性的地質(zhì)含義。地震頻帶寬度是判斷地震資料品質(zhì)的重要信息之一，缺失低頻或高頻信息，都直接影響地震屬性的提取，進(jìn)一步影響利用地震屬性對儲層進(jìn)行有效預(yù)測和描述。

對于薄(互)儲層地震屬性預(yù)測問題，傳統(tǒng)思路是通過高分辨率地震采集、處理，獲得高分辨率地震資料，以期能夠提取薄(互)儲層的地震屬性，進(jìn)一步對薄儲層進(jìn)行預(yù)測和描述。然而，由于受到地震分辨率極限(1/4波長)和地震調(diào)諧作用的制約，很難獲取獨立的單一薄(互)儲層的地震響應(yīng)。

3 疊后地震儲層預(yù)測的多解性問題

3.1 超越地震資料有效頻帶的高分辨率反演結(jié)果具有多解性

由于地震子波是帶限的，所以高于子波帶限以上的高頻成分永遠(yuǎn)是多解的、不確定的；在地震資料的有效頻帶之外，高頻信息永遠(yuǎn)多解，無約束力[12]。

馬勁風(fēng)等[13]從測井約束反演方法的理論與模型試算出發(fā)，討論了約束反演方法的多解性問題，認(rèn)為迭代得到的合成地震道與標(biāo)準(zhǔn)地震道(實際地震道)的相關(guān)性只能代表反射系數(shù)中頻成分的相似性，不能代表反射系數(shù)高頻成分的相似性。因此，以地震道的相似性為基礎(chǔ)來提高地震剖面的分辨率和獲取可靠波阻抗信息的方法是不正確的。褶積模型不能約束高頻信息的正確性，約束反演剖面在井點處受測井資料約束，其結(jié)果是可靠的，離開井點以后，由于約束條件的不可靠(如橫向巖性、巖相及構(gòu)造的變化)，波阻抗剖面中較高的視分辨率是多解的、不可靠的。

3.2 波阻抗初值的不同選擇導(dǎo)致反演結(jié)果的多解性

馬勁風(fēng)等[14]用帶限反演、稀疏脈沖反演和寬帶約束反演方法模型試算，闡明了波阻抗初值選擇不同會出現(xiàn)反演的多解性。這是由于帶限反演與稀疏脈沖法反演波阻抗序列的準(zhǔn)確性取決于低頻分量補(bǔ)償?shù)臏?zhǔn)確程度，而低頻分量在井點容易確定，順層橫向遞推時就難以確定了；寬帶約束反演盡管可以通過測井資料和地質(zhì)資料的約束降低反演結(jié)果的多解性，然而由于其線性化的褶積模型中包含有波阻抗遞推關(guān)系，其反演結(jié)果仍然受波阻抗初值的影響。

3.3 地震屬性地質(zhì)意義的多解性

影響地震屬性的因素很多，地震屬性與地下地質(zhì)體之間并不一定存在一一對應(yīng)的關(guān)系，而是構(gòu)造、地層、巖性、物性與含油氣性等因素的綜合反映，從而導(dǎo)致同一地震屬性產(chǎn)生多種地質(zhì)解釋。此外，還有多種干擾因素存在。因此應(yīng)用地震屬性研究油藏特征具有復(fù)雜性、多解性和不確定性的特點[11，15]。

侯伯剛等[11]對地震屬性的地質(zhì)含義做了歸類總結(jié)，并從地層速度、地震資料的信噪比、振幅、頻帶寬度以及丼點屬性與井旁地震屬性的對應(yīng)性等方面，討論了影響儲層及油氣預(yù)測準(zhǔn)確性的因素，認(rèn)為選擇物理意義明確的地震屬性開展儲層預(yù)測可減少多解性。張建寧等[15]從地質(zhì)因素、地震觀測數(shù)據(jù)和預(yù)測方法等方面討論了地震屬性應(yīng)用中的不確定性，認(rèn)為要提高地震屬性應(yīng)用的有效性，就需要分析引起地震屬性應(yīng)用結(jié)果不確定性的基本根源、主要因素和易出現(xiàn)的現(xiàn)象，了解其應(yīng)用的前提條件和范圍。

4 研究方向探討

理論模型計算表明，利用空間振幅、頻率、相位和波形相對保持的地震資料，通過地震屬性分析可以獲得厚度小于1/4波長的薄層的信息變化[16～18]。應(yīng)用基于地震參考標(biāo)準(zhǔn)層的地震屬性提取方法，對屬于同一個沉積旋回內(nèi)的薄(互)儲層的沉積演化進(jìn)行地震屬性解釋，可以突破地震分辨率極限，基本達(dá)到薄(互)儲層預(yù)測的目的[19]。以基于參考標(biāo)準(zhǔn)層屬性提取技術(shù)或沿層多屬性分析技術(shù)方法為指導(dǎo)，對目的層進(jìn)行地震屬性分析，進(jìn)而明確地質(zhì)含義，并由此得到儲層展布[20～22]。

筆者提出在地層厚度相對穩(wěn)定的地區(qū)，利用空間振幅、頻率、相位和波形相對保持的地震資料，開展層序界面和最大洪泛面控制下的薄(互)層及河道的綜合預(yù)測與刻畫技術(shù)。該技術(shù)包含5個層次：①首先，通過高分辨率層序地層學(xué)、體系域尺度下的多井小(砂)層精細(xì)對比技術(shù)及精細(xì)沉積相研究，從宏觀上解決巖性體或河道發(fā)育位置，以短期基準(zhǔn)面旋回(砂層組)為研究單元劃分目的層，結(jié)合測井資料建立等時地層格架，進(jìn)行合成地震記錄標(biāo)定，開展地震資料的層序界面及最大洪泛面解釋；②以上述界面為約束邊界，利用等比例地層切片技術(shù)，發(fā)現(xiàn)并分析地震異常體從出現(xiàn)到消亡的沉積過程，動態(tài)分析層序內(nèi)或體系域內(nèi)異常體范圍，確定異常體時間段；③然后根據(jù)單井相對異常體層段地震屬性進(jìn)行地質(zhì)釋義，形成沉積微相圖，并利用已知井沉積微相對異常體進(jìn)行地質(zhì)標(biāo)定，明確巖性體或河道性質(zhì)；④再根據(jù)地層切片確定的時間段，對巖性體或河道進(jìn)行多地震屬性分析，確定巖性體或河道大小及形態(tài)；⑤最后根據(jù)其時間厚度和地層速度，以及振幅與砂體厚度的統(tǒng)計關(guān)系，結(jié)合巖性體或河道分布規(guī)律，最終確定其深度域真實厚度。

5 應(yīng)用實例

中國西部T盆地L區(qū)塊850km2三維地震范圍內(nèi)鉆井分布較均勻，地震資料采用空間振幅、頻率、相位和波形相對保持處理，特別側(cè)重了保幅處理，目的層三疊系地震主頻45Hz，地層速度3800m/s。利用地震、鉆測井、巖心等資料，通過合成記錄標(biāo)定達(dá)到井震統(tǒng)一。該區(qū)三疊系劃分為1 個構(gòu)造層序、4個三級層序( SQ1～SQ4) 和8個體系域，建立了高精度的層序地層格架，并利用地震資料解釋了5個層序界面和3個最大洪泛面(MFS1，MFS2，MFS4)。在體系域尺度內(nèi)根據(jù)短期基準(zhǔn)面旋回開展小層和砂層對比，結(jié)合沉積微相分析結(jié)果，確定該區(qū)水進(jìn)域主要發(fā)育孤立河道和巖性體，高位域以發(fā)育巖性體為主。

在研究區(qū)范圍內(nèi)，選定SQ2的水進(jìn)域和SQ3為研究目標(biāo)層段。測井相分析表明，SQ2水進(jìn)域部分井發(fā)育河道微相，SQ3低位域在研究區(qū)南部邊緣普遍發(fā)育辮狀河三角洲前緣亞相，研究區(qū)部分井發(fā)育河道微相，水進(jìn)域河道微相發(fā)育，河道間微相普遍發(fā)育。井震層序標(biāo)定表明，MFS2是一正相位地震參考標(biāo)準(zhǔn)層的下零相位面，SQ2頂界面是該標(biāo)準(zhǔn)層的上零相位面，在一個地震反射同相軸時間段內(nèi)，采用基于參考標(biāo)準(zhǔn)層屬性提取技術(shù)和等比例地層切片技術(shù)都可以解決地質(zhì)問題。SQ3內(nèi)缺乏連續(xù)地震反射同相軸，常規(guī)解釋方法無法實現(xiàn)，但SQ3內(nèi)井之間小層發(fā)育齊全，厚度沒有突變，適合采用等比例地層切片技術(shù)進(jìn)行分析。該次研究中都采用了等比例地層切片技術(shù)和多地震屬性分析技術(shù)。

圖1為SQ2水進(jìn)域河道屬性綜合圖。其中圖1(a)為11張等比例地層切片中的一張，圖中有北、東、西3條交叉河道，形態(tài)比較清晰，河道段時間厚度為6～8ms，但緊鄰中間近北西向線狀展布河道的東部出現(xiàn)了一個強(qiáng)振幅條帶。在河道發(fā)育段地震均方根振幅圖(圖1(b))和地震正極性振幅圖(圖1(c))上，該條帶消失，河道邊界更為清晰。在地震剖面上，北、西2條河道基本表現(xiàn)為透鏡狀較強(qiáng)正振幅(圖1(d)中剖面1圈定范圍西段，東段強(qiáng)反射是SQ3低位域河道響應(yīng))，西河道表現(xiàn)為上凹下凸強(qiáng)正振幅(圖1(d)剖面2圈定范圍)。結(jié)合沉積微相等進(jìn)一步細(xì)致刻畫確定，北部河道呈北西-南東向穿過整個工區(qū)，長約31km，寬約60～300m，河道砂厚約0～7m；西部河道呈東西向，其中部向南彎曲，被雁行斷裂帶切割，河道長約25km，寬約200～360m，河道砂厚約0～9m；東部河道基本呈南西西-北東東向，在中部突然折向北東，河道長約15km，寬約100～220m，河道砂厚約0～11m。3條河道共有8口井鉆遇。

圖2是 SQ3低位域河道屬性綜合圖。其中圖2(a)為30張等比例地層切片中的一張，圖中有2條河道近似正交于南部，北西走向河道時間厚度4～10ms，北東走向河道與SQ2水進(jìn)域河道呈繼承性發(fā)育，時間厚度5～8ms，形態(tài)比較清晰。在河道發(fā)育段地震屬性聚類圖(圖2(b))和河道發(fā)育段地震負(fù)極性振幅圖(圖2(c))中，河道周圍干擾減弱，河道更為清晰。在橫切河道地震剖面(圖2(d))上，主河道以下凹上平或上凸下凹強(qiáng)波谷形式出現(xiàn)。精細(xì)描述結(jié)果表明，第1條河道向北西延伸到工區(qū)中南部，河道長約10km，寬約200～1000m；第2條向東偏北延伸約8km后，突然轉(zhuǎn)向東北方向，又伸展了約6.8km，河道寬約220～560m。2條河道有6口老井鉆遇，河道砂厚度均為0～13m。3口新鉆井河道砂厚符合率達(dá)到89.03%，進(jìn)一步證實了該套預(yù)測技術(shù)的有效性。

圖1 SQ2水進(jìn)域河道屬性綜合圖

圖2 SQ3低位域河道屬性綜合圖

6 結(jié)論

1)測井約束反演技術(shù)對井間薄儲層預(yù)測缺乏有效約束，在巖性、巖相多變地區(qū)，井間預(yù)測分辨率不夠，存在多解性，容易導(dǎo)致解釋陷阱。由于受到地震分辨率極限(1/4波長)和地震調(diào)諧作用的制約，傳統(tǒng)地震解釋技術(shù)很難有效獲取單一薄儲層的地震響應(yīng)信息，地震屬性技術(shù)預(yù)測薄儲層存在多解性。

2)在地層厚度相對穩(wěn)定或漸變、小層厚度沒有突變的區(qū)塊，以層序界面和最大洪泛面為約束，采用等比例地層切片技術(shù)和地震參考標(biāo)準(zhǔn)層的地震屬性分析方法，對一個沉積旋回內(nèi)儲層的沉積演化進(jìn)行地震屬性解釋，突破了地震分辨率極限，基本可以解決薄互儲層預(yù)測問題。這是今后在陸相沉積環(huán)境中進(jìn)行薄互層預(yù)測的一個重要方向。

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[編輯] 龔丹

2016-04-09

王仲杰(1969-)，男，高級工程師，長期從事油氣勘探與油藏描述工作，zhjiewang@sina.com。

P631.44

A

1673-1409(2017)3-0034-06

[引著格式]王仲杰，張元，張治民，等.薄儲層地震預(yù)測影響因素分析及研究方向探討[J].長江大學(xué)學(xué)報(自科版), 2017,14(3):34～39.