綜合儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)在灘壩砂預(yù)測(cè)中的應(yīng)用
——以潿西南凹陷東南斜坡帶流二段為例

張 毅,何麗娟

（中海石油<中國(guó)>有限公司湛江分公司，廣東湛江524057）

寬帶約束反演是一種基于模型的波阻抗反演方法[1]，其終極目標(biāo)是將測(cè)井垂向高分辨率與地震資料橫向高連續(xù)性相結(jié)合，得到垂向上高分辨率和橫向上高連續(xù)性的反演剖面[2]。該方法在地震資料、波阻抗曲線、層位解釋結(jié)果的基礎(chǔ)上，建立波阻抗初始模型，再通過非線性反演噪聲、模型協(xié)方差和測(cè)井條件的約束下對(duì)初始模型進(jìn)行修正，最終得到高分辨率的反演結(jié)果。該方法簡(jiǎn)單、方便、易實(shí)現(xiàn)，能較好地反映砂泥巖的物性特征，但是無法精細(xì)地區(qū)分在砂泥互層情況下砂巖的分布范圍。PNN（Probabilistic Neural Network）伽馬反演技術(shù)是一種基于PNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多屬性反演技術(shù)[3]，應(yīng)用井約束反演提高地震縱向分辨率的同時(shí)，通過網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練將多屬性分析與地震反演相結(jié)合，提高地震橫向分辨率，得到縱向和橫向上高分辨率的反演結(jié)果。該方法能很好地反映儲(chǔ)層的巖性特征，但是在物性預(yù)測(cè)方面具有一定的局限性。本文將寬帶約束反演與PNN伽馬反演相結(jié)合，反映儲(chǔ)層的物性特征與巖性特征，進(jìn)而更好地預(yù)測(cè)有效儲(chǔ)層的分布情況。

潿西南凹陷東南斜坡帶A構(gòu)造在流沙港組二段發(fā)育2套灘壩砂，內(nèi)部為砂泥巖互層，其物性受地層壓實(shí)影響很大，隨著埋深增加而干層發(fā)育，有效儲(chǔ)層相對(duì)較薄，橫向變化較大有效儲(chǔ)層發(fā)育極為復(fù)雜，研究區(qū)灘壩砂成藏的關(guān)鍵在于厘清有效儲(chǔ)集砂體的分布范圍。為此，本文綜合采用寬帶約束反演與PNN伽馬反演對(duì)該區(qū)的A構(gòu)造進(jìn)行了儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，有效地落實(shí)了該構(gòu)造灘壩砂體的分布范圍，為該區(qū)的勘探研究提供有利的勘探目標(biāo)，從而推進(jìn)該區(qū)的勘探進(jìn)程。

1 地質(zhì)背景

潿西南凹陷位于南海西部北部灣盆地北部坳陷東北部[4]，是在前古近系基巖上發(fā)育起來的新生代斷陷盆地，具有北斷南超的特點(diǎn)，可劃分為北部隆起帶、一號(hào)斷裂帶、二號(hào)走滑斷裂帶、三號(hào)斷裂帶、潿西南低凸起和東南斜坡帶等6個(gè)構(gòu)造帶。坳陷以新生代沉積為主，古近系沉積受一號(hào)斷層控制，沉積層序完整[5],自下而上發(fā)育古新世長(zhǎng)流組、始新世流沙港組、漸新世潿洲組、下中新世下洋組、中中新世角尾組、上中新世燈樓角組、上新世望樓港組、更新世—全新世地層。東南斜坡帶緊鄰潿西南凹陷生烴總量較大的B洼，斷裂與構(gòu)造脊發(fā)育，有效地溝通烴源，是潿西南凹陷有利的勘探區(qū)帶之一。

2 方法原理

2.1 寬帶約束反演

寬帶約束地震反演的基本思想是要尋找一個(gè)最佳的地球物理模型，使得該模型的響應(yīng)與觀測(cè)數(shù)據(jù)（地震道）的殘差在最小二乘意義下達(dá)到最小。寬帶約束反演方法與以往的廣義線性方法（GLI）方法有本質(zhì)上的不同：首先，它是嚴(yán)格意義上的非線性反演；其次，在反演過程中，它受地質(zhì)、測(cè)井先驗(yàn)知識(shí)的約束。

定義目標(biāo)函數(shù)：

式中：D、F——實(shí)際地震記錄和合成記錄；

MI——波阻抗模型參數(shù)；——波阻抗模型參數(shù)的先驗(yàn)值；

?x——橫向梯度；

WI、WC——波阻抗模型先驗(yàn)值以及波阻抗橫向連續(xù)性的約束權(quán)系數(shù)；

‖·‖P——LP模。

在目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式中：第一項(xiàng)表示記錄殘差，即要使反演結(jié)果的模型響應(yīng)(F)盡可能逼近實(shí)際記錄(D)；第二項(xiàng)表示先驗(yàn)約束，即反演解不能偏離先驗(yàn)值太遠(yuǎn)；第三項(xiàng)是要保證反演結(jié)果具有一定的橫向連續(xù)性，使解更合理。采用模擬退火方法解上述約束最優(yōu)化問題，使得無論在勘探初期只有少量鉆井，或在開發(fā)階段有很多鉆井的情況下，都可以得到穩(wěn)定的反演結(jié)果。

2.2 PNN伽馬反演

地震多屬性反演是傳統(tǒng)地震疊后反演的一種擴(kuò)展，其原理是首先在井旁道尋找測(cè)井屬性曲線（如巖性、物性、含油氣性等）和地震屬性數(shù)據(jù)之間的線性或非線性關(guān)系；然后把這種關(guān)系應(yīng)用到地震數(shù)據(jù)體，實(shí)現(xiàn)地震體到測(cè)井屬性體的轉(zhuǎn)化；最后利用測(cè)井規(guī)律，完成區(qū)域的地層巖性、物性或者含油氣性的預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)。任何類型的測(cè)井曲線都可以作為屬性反演的目標(biāo)曲線，但實(shí)際上常用曲線主要包括聲波、孔隙度、密度、GR、含水飽和度和泥質(zhì)含量等曲線。

PNN伽馬反演預(yù)測(cè)技術(shù)是一種以GR曲線為目標(biāo)函數(shù)，基于概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Probabilistic Neural Network）。PNN是一種適用于模式分類的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過計(jì)算樣點(diǎn)與類別間的屬性空間距離，加權(quán)后采用貝葉斯分類器進(jìn)行分類。與傳統(tǒng)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相比，PNN具有運(yùn)算速度快、收斂、可信度高（能夠獲得全局最優(yōu)解）等優(yōu)點(diǎn)。但是PNN反演對(duì)預(yù)測(cè)的特征曲線的高頻部分比較敏感，不適合于預(yù)測(cè)其低頻成份，這點(diǎn)與基于線性的反演方法正好相反。因此，為了提高PNN屬性預(yù)測(cè)的精度，通常采用分頻預(yù)測(cè)的方法來完成屬性反演，即先使用多屬性預(yù)測(cè)技術(shù)預(yù)測(cè)目標(biāo)曲線，從預(yù)測(cè)曲線中得到低頻趨勢(shì)；然后用原始曲線減去預(yù)測(cè)曲線中的低頻趨勢(shì)，使用PNN預(yù)測(cè)剩余的高頻成份；最后把預(yù)測(cè)的高頻成份與低頻趨勢(shì)相加獲得預(yù)測(cè)的特征曲線。

3 實(shí)例分析

研究區(qū)A構(gòu)造流二段發(fā)育2期灘壩砂體，在地震剖面上表現(xiàn)為2組平行分布的低頻、強(qiáng)振幅、連續(xù)性較好的波組特征，被后期發(fā)育的北東、北西2組斷裂分割，形成斷塊圈閉群，資源潛力較大，是尋找中型油田的有利區(qū)域。針對(duì)A構(gòu)造連續(xù)鉆探A-1、A-2、A-3、A-4共多口探井（圖1），均在2套灘壩砂體內(nèi)鉆遇油層，其中早期砂體被劃分為L(zhǎng)2Ⅱ油組，晚期砂體被劃分為L(zhǎng)2Ⅰ油組。鉆探對(duì)比發(fā)現(xiàn)，4口井鉆遇的流二段砂體厚度和物性變化較大，導(dǎo)致每口井的探明儲(chǔ)量差異大，所以儲(chǔ)層預(yù)測(cè)工作是下步拓展勘探面臨的首要問題。

3.1 寬帶約束波阻抗反演巖性預(yù)測(cè)

地震反演是儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的有效方法，本次針對(duì)L2Ⅱ油組進(jìn)行了多種地震反演方法相結(jié)合的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究。4口井的巖石物理分析表明，L2Ⅱ油組灘壩砂體具有2個(gè)敏感的巖石物理特征：（1）灘壩砂體相對(duì)于濱淺湖泥巖具有高阻抗特征；（2）灘壩砂體內(nèi)發(fā)育有效儲(chǔ)層和干層，其中有效儲(chǔ)層相對(duì)于干層表現(xiàn)為低阻抗特征。根據(jù)巖石物理特征，制定了相應(yīng)的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法，即先使用波阻抗反演預(yù)測(cè)灘壩砂體分布特征，再根據(jù)灘壩砂體波阻抗門檻值預(yù)測(cè)有效儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)。

沉積學(xué)研究認(rèn)為，灘壩砂體是薄互層砂體的典型代表，前人對(duì)灘壩砂體進(jìn)行了大量的研究，認(rèn)為近岸的三角洲、扇三角洲或其他類型的淺水砂體類型是形成灘壩的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[6-7]。砂質(zhì)灘壩多分布在湖泊邊緣、湖灣，以波浪較強(qiáng)的湖岸處發(fā)育較好[8-9]，是波浪、湖流或風(fēng)暴將周緣近岸淺水沉積體系攜帶的砂質(zhì)沉積物重新改造后，二次搬運(yùn)到有利場(chǎng)所堆積下來形成，其沉積規(guī)模和展布形態(tài)主要受古地貌因素的控制，呈環(huán)帶中分布在濱淺湖向岸一側(cè)，而在中深湖區(qū)很少見到。此外湖盆的構(gòu)造沉積演化時(shí)期、古水深條件、湖水動(dòng)力條件、古岸線及其他沉積體系分布對(duì)灘壩砂體的形成，也起到一定的控制作用。

在A構(gòu)造波阻抗反演剖面上，灘壩砂體表現(xiàn)為紅色的強(qiáng)阻抗分布區(qū)（圖2），從濱淺湖區(qū)一直到中深湖區(qū)都有分布，覆蓋了湖盆的所有區(qū)域，與灘壩砂體只分布在濱淺湖向岸一側(cè)沉積的地質(zhì)認(rèn)識(shí)存在較大差異。通過對(duì)反演過程的深入分析，發(fā)現(xiàn)問題主要出在低頻模型的建立過程中。由于建模的鉆井全部分布在濱淺湖向岸一側(cè)，而中深湖區(qū)沒有鉆井控制，在井點(diǎn)處波阻抗低頻模型向中深湖區(qū)沿層等比例內(nèi)插的過程中，沒有鉆井控制，以至于中深湖與濱淺湖區(qū)的阻抗模型一致，最終導(dǎo)致代表濱淺湖砂體的高阻抗異常在整個(gè)湖盆范圍內(nèi)分布的結(jié)果，所以研究區(qū)井點(diǎn)在不能形成正態(tài)分布的情況下，寬帶約束反演無法預(yù)測(cè)灘壩砂體的平面分布，必須要尋找一種不受模型約束的反演方法來預(yù)測(cè)灘壩砂體。

圖2 寬帶約束反演剖面對(duì)比圖

3.2 PNN伽馬反演巖性預(yù)測(cè)

PNN伽馬反演技術(shù)通過概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，建立伽馬曲線與多種地震屬性間的非線性關(guān)系，將地震屬性體轉(zhuǎn)換成伽馬曲線體，從而達(dá)到預(yù)測(cè)巖性的目的。這種方法不需要低頻模型約束，只要學(xué)習(xí)樣本滿足要求，就可以達(dá)到預(yù)測(cè)巖性數(shù)據(jù)的目的，正好彌補(bǔ)了寬帶約束反演受井點(diǎn)分布影響的短板。

地震剖面上2期灘壩砂體（L2Ⅰ、L2Ⅱ）對(duì)應(yīng)2套中頻、強(qiáng)振幅、連續(xù)性較好的同相軸，而在PNN伽馬反演剖面上對(duì)應(yīng)2套低伽馬的異常體（圖3）。在從濱淺湖到中深湖方向?qū)Ρ绕拭嬷?，地震剖面?套地震同相軸一直都很穩(wěn)定，而在PNN伽馬反演剖面上低伽馬異常體在濱淺湖與中深湖交界處迅速減薄、分散、直到消失。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，PNN伽馬預(yù)測(cè)的砂體分布規(guī)律與灘壩砂沉積特征吻合度高，較為合理。

將實(shí)際鉆探灘壩砂與PNN伽馬反演結(jié)果對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，PNN伽馬反演能夠有效識(shí)別灘壩砂體，所有鉆井鉆遇的灘壩砂體都與PNN反演體上的低伽馬異常對(duì)應(yīng)，但無法識(shí)別有效儲(chǔ)層，無論是有效儲(chǔ)層，還是干層，都對(duì)應(yīng)低伽馬異常，所以從勘探成效方面看，還不能滿足生產(chǎn)的需要。

3.3 PNN聯(lián)合寬帶約束反演預(yù)測(cè)有效儲(chǔ)層

研究發(fā)現(xiàn)，寬帶約束波阻抗反演在井點(diǎn)分布不均時(shí)，無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)灘壩砂體分布情況。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，目的層高阻抗異常體的平均阻抗值在不同沉積區(qū)存在差異，反映了不同的巖性組合特征，其中位于濱淺湖區(qū)的高阻抗異常體表現(xiàn)為較低的平均阻抗值，反映的是厚層灘壩砂有效儲(chǔ)層的特征，而位于深湖區(qū)的高阻抗異常體表現(xiàn)為較高的平均阻抗值，反映的是薄層灘壩砂干層與深湖相泥巖的特征，所以在落實(shí)灘壩砂體分布范圍的基礎(chǔ)上，使用目的層L2Ⅰ、L2Ⅱ的平均阻抗值可以預(yù)測(cè)有效儲(chǔ)層的分布范圍。

圖3 PNN多屬性反演剖面對(duì)比圖

PNN伽馬反演體能有效預(yù)測(cè)出灘壩砂體的空間展布，但無法區(qū)分灘壩砂體中的有效儲(chǔ)層和干層。根據(jù)2種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，使用PNN預(yù)測(cè)灘壩砂體分布范圍，并在落實(shí)的砂體范圍內(nèi)使用平均阻抗值判斷儲(chǔ)層有效性，能有效提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度。

圖4是L2Ⅱ油組PNN伽馬反演體平面屬性，灘壩砂體表現(xiàn)為紅色低伽馬異常特征，主要分布在濱淺湖區(qū)，深湖相泥巖變現(xiàn)為綠色高伽馬異常特征，主要分布在深湖發(fā)育區(qū)。圖5是L2Ⅱ油組波阻抗平面分布圖，平均波阻抗值從濱淺湖發(fā)育區(qū)向深湖區(qū)呈增大的趨勢(shì)，反映出順物源方向，厚層灘壩砂有效儲(chǔ)層、薄層灘壩砂體干層到深湖泥巖的變化特征。將PNN預(yù)測(cè)的低伽馬灘壩砂體分布范圍與波阻抗反演預(yù)測(cè)的低平均阻抗范圍相疊合，最終得到了灘壩砂有效儲(chǔ)層的發(fā)育區(qū)（圖5）。

根據(jù)聯(lián)合反演預(yù)測(cè)的灘壩砂體有效儲(chǔ)層分布范圍，相繼鉆探了2口探井，都在流二段鉆遇有效儲(chǔ)層，證實(shí)了此方法。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）低頻模型的準(zhǔn)確性控制了寬帶約束反演結(jié)果，在已鉆井不能滿足建模條件的情況下，反演結(jié)果無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)灘壩砂體的準(zhǔn)確范圍。

（2）目的層波阻抗平均值在不同沉積區(qū)存在差異，反映了不同的巖性組合特征，可以在已知灘壩砂體分布范圍的條件下用于評(píng)價(jià)有效儲(chǔ)層。

（3）PNN伽馬反演技術(shù)通過概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，建立伽馬曲線與多種地震屬性間的非線性關(guān)系，不需要低頻模型約束，可以彌補(bǔ)寬帶約束反演受井點(diǎn)分布影響的短板，能夠有效預(yù)測(cè)灘壩砂體分布范圍，但無法分辨灘壩砂體內(nèi)的有效儲(chǔ)層和干層。

（4）2種反演方法具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，綜合分析2種反演結(jié)果，能有效提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度。

（5）不同的地震反演方法具有不同的適用條件和用途，只有認(rèn)識(shí)到各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，針對(duì)實(shí)際問題選取反演方法組合，才能提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度。

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