磁震協(xié)模擬反演預測車排子火成巖儲層

李曉敏，陳學國

(1. 長江大學 地球科學學院，湖北 武漢 430100； 2. 中石化股份公司勝利油田勘探開發(fā)研究院，山東 東營 257015)

火成巖油氣藏在中國東、西部盆地已經越來越受到人們的重視[1]，隨著油氣勘探技術的進步，準噶爾盆地的火成巖油氣藏領域已獲得重大突破，展示出廣闊的勘探前景[2]，特別是在盆地西緣的車排子地區(qū)，火成巖油藏已經成為主要的勘探開發(fā)領域。目前針對火成巖油藏的勘探主要以地震技術為主，包括地震屬性、地震反演等[3-4]。但是車排子地區(qū)火成巖巖性復雜，勘探程度低[5]，地震反射特征往往呈現(xiàn)出空白—弱反射、雜亂發(fā)射等現(xiàn)象，利用常規(guī)地震勘探技術難以識別火成巖巖性及有效儲層發(fā)育區(qū)。在常規(guī)地震儲層預測方法識別火成巖儲層效果不好時，往往通過加入對火成巖反映敏感的參數(shù)進行約束，以提高砂體識別的可靠性[6-7]。車排子地區(qū)，火成巖的磁化率特征往往與圍巖具有明顯的差異，其磁化率要明顯高于沉積巖和碳酸鹽巖。不僅如此，火成巖的磁化率具有變化范圍大的特點，不同火成巖巖性之間磁化率也存在一定差異，從酸性巖到基性巖，磁化率呈現(xiàn)出逐漸增強的趨勢，這種特點決定了可以利用磁法勘探技術進行火成巖儲層預測[8]。但是磁異常數(shù)據(jù)是對地下磁性巖石的綜合響應，無法滿足石炭系精細勘探的要求；三維地震資料的優(yōu)勢在于縱向、橫向采樣率較高，空間連續(xù)性好；磁力數(shù)據(jù)與地震數(shù)據(jù)是從不同側面對同一地下地質體的響應，因此，可以采用地震資料與磁力數(shù)據(jù)相結合的方法，對火成巖巖性及有效儲層進行預測[9]。本文以準噶爾盆地車排子地區(qū)為例，該區(qū)有地面測量的磁力數(shù)據(jù)和高精度三維地震資料，為了合理利用這些資料，綜合利用多種技術，包括磁異常下延技術、磁震聯(lián)合協(xié)模擬反演、鉆井磁化率協(xié)模擬反演等，使其有機結合，對有利火成巖儲層發(fā)育區(qū)進行識別，取得了較好的應用效果。

1 磁異常數(shù)據(jù)向下延拓

解釋延拓指根據(jù)某一觀測面上的實測異常值，計算這個面上的異常值的過程。由于磁異常觀測數(shù)據(jù)為平面數(shù)據(jù)，為了克服多解性,更好的反演地下火成巖的磁化強度,據(jù)此描述地下火成巖空間分布，需要對該數(shù)據(jù)進行向下延拓，獲得下半空間的磁異常數(shù)據(jù)。本文采用改進的正則化向下延拓的方法獲得三維空間分布的磁力異常數(shù)據(jù)體，其基本原理如下。

以級數(shù)為場值解的基本形式，對下延函數(shù)進行求解，這一過程中，選擇一個合適的分解函數(shù)，以原觀測剖面與原場擬合誤差最小為原則，得到校正后的正則化下延的級數(shù)解析函數(shù)[10]：

(1)

式中：vi為正則化因子，其表達式vi=1/(1+αλi2e2λiz)；α為正則化參數(shù)；λ為基波波長；z為深度；v為y方向的波數(shù)。

對延拓場的級數(shù)項進行校正，這一過程是針對不同頻率的，在增加同一深度時，可抑制高頻項部分。通過這種方法，對每條測線進行向下解釋延拓(見圖1)，即可獲得對應的磁力異常剖面圖(見圖2)，也就獲得了三維空間分布的磁力異常數(shù)據(jù)體。

圖1 車排子過P61-P664-P67-P673井實測磁力異常

圖2 過P61-P664-P67-P673井磁力正則化下延剖面

從圖2中的延拓效果來看，能夠反映較大的磁力異常體的分布特征，且體現(xiàn)出了縱向差異性，圖中淺色表示高磁的火成巖分布區(qū)，深色表示沉積巖或者低磁的火成巖分布區(qū)。

2 地震格架約束之下的磁異常協(xié)模擬反演

受采集因素的限制，正則化下延技術獲得的三維磁力異常數(shù)據(jù)體與三維地震數(shù)據(jù)相比，具有分辨率較低的缺點，難以精細刻畫火成巖分布。為了充分利用地震資料高采樣率、高分辨率的優(yōu)勢，采用高斯配置協(xié)模擬反演技術，將三維磁異常數(shù)據(jù)體嵌入精細的地震格架中，提高磁異常數(shù)據(jù)的分辨能力，實現(xiàn)對火成巖的精細刻畫。

高斯配置隨機協(xié)模擬反演是地質統(tǒng)計學反演的一種，其實質是將地質統(tǒng)計學理論中的高斯配置協(xié)模擬方法融入地震反演中[11-12]，在一定的地質模式和先驗信息(地震、鉆井、測井資料)指導下，使反演結果既遵循一定的地質規(guī)律又符合實際的觀測數(shù)據(jù)。具體技術流程如下：首先進行約束稀疏脈沖反演獲得忠實于地震數(shù)據(jù)的波阻抗反演結果，分析其與磁化率數(shù)據(jù)的相關性，將約束稀疏脈沖反演結果作為協(xié)模擬的先驗信息，約束磁化率數(shù)據(jù)在三維空間的外推；將磁化率數(shù)據(jù)體作為第1變量，波阻抗結果作為第2變量，分析波阻抗和磁化率數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分布特征，也就是概率密度函數(shù)以及變差函數(shù)、相關性等，在基礎上，用地質統(tǒng)計協(xié)模擬反演的方法獲得第1變量，即可得到地震約束下的三維磁化率協(xié)模擬反演結果。

該方法的實質是地質統(tǒng)計學指導下的磁異常數(shù)據(jù)在三維地震格架內的內插外推得到相對較高分辨率的磁化率異常反演數(shù)據(jù)體。磁化率協(xié)模擬反演通過分析磁化率數(shù)據(jù)的概率密度函數(shù)、變差函數(shù)，得到一個可以表征磁化率空間變化的分布模式，在對磁化率進行協(xié)模擬的過程中輔之以之前的波阻抗信息作空間約束控制，使磁化率反演結果既能保留地震(波阻抗)的空間趨勢，又可以保持磁化率本身所具有的橫向、縱向變化規(guī)律。

圖3是地震格架約束之下的磁異常反演結果，與圖2中的下延剖面對比可看出，該結果體現(xiàn)出了磁異常的縱向變化特征，能夠在一定程度上描述不同深度的高磁有利火成巖儲層的分布，但是分辨率偏低。

圖3 研究區(qū)井線地震格約束之下的磁化率反演剖面

3 鉆井約束下的高分辨率磁化率協(xié)模擬反演

通過磁震聯(lián)合協(xié)模擬反演，將磁化率數(shù)據(jù)嵌入三維地震格架內，一定程度上提高了磁化率描述火成巖分布的精度，但仍難以滿足精細勘探，特別是車排子地區(qū)這種成熟探區(qū)的勘探需求，原因在于作為協(xié)模擬中第1變量的磁化率三維數(shù)據(jù)體采樣網(wǎng)格較粗，統(tǒng)計出的概率密度函數(shù)、變差函數(shù)等地質統(tǒng)計學參數(shù)不夠精細。為了進一步提高火成巖描述精度，本文加入測井資料約束磁化率的協(xié)模擬反演。由于測井資料具有高的縱向采樣率，因此可以獲得更加精細的有關磁化率空間變化規(guī)律的先驗信息，最終實現(xiàn)磁化率的高分辨率協(xié)模擬反演。

但是測井資料中未包含磁化率這一項，需要首先獲得井上的磁化率數(shù)據(jù)，為此，對車排子地區(qū)所有石炭系的取心井段開展巖心的磁化率測量工作；遵循精細測量的原則，完成對車排子地區(qū)30口井石炭系巖心的測量，測量長度467.22 m，磁化率數(shù)據(jù)1 952組。存在的問題是取心層段較短，導致鉆井資料利用率不高，約束信息不充分。為解決這一問題，本文在分析取心段磁化率曲線與常規(guī)測井曲線相關性的基礎上，建立了磁化率曲線的擬合公式。通過分析認為，自然伽馬曲線與磁化率具有較高的相關性，但是不同井上兩者之間的關系不同，因此研究過程中針對每口井都建立了自然伽馬與磁化率的轉換公式(見圖4)，最終擬合出了全井段的磁化率曲線。

得到磁化率曲線后，開展測井資料約束下的磁震聯(lián)合協(xié)模擬反演，井上的磁化率曲線作為隨機協(xié)模擬的先驗信息，約束磁化率在空間的內插外推，將其作為第1變量，上一步得到的磁化率協(xié)模擬反演結果作為第2變量，分析磁化率曲線的概率密度函數(shù)、變差函數(shù)，用地質統(tǒng)計協(xié)模擬反演技術反演出第1變量，即可得到最終的磁化率協(xié)模擬反演結果(見圖5)。

鉆井取心及野外露頭磁化率測量結果表明，玄武巖、安山巖等有利火成巖儲層都表現(xiàn)為高磁特征；與實鉆井錄井巖性柱對比可以看出，反演結果較好的反映了高磁有利火成巖的分布：P61井石炭系頂部巖性為一套高磁的玄武巖，中下部為中低磁的凝灰?guī)r與高磁的玄武巖，P664井石炭系巖性主要為中低磁的凝灰?guī)r夾一些高磁的火山角礫巖，在反演剖面上表現(xiàn)為多層高磁條帶； P67井石炭系巖性主要為低磁的凝灰質泥巖、凝灰質砂巖，在反演剖面上該井位于低磁區(qū)；排673井鉆遇的石炭系地層中下部主要發(fā)育高磁的安山巖，反演剖面也揭示出該井位于高磁異常區(qū)(見圖6)。

圖4 磁化率與自然伽馬關系

圖5 研究區(qū)井高分辨率磁化率協(xié)模擬反演結果

(a)P61井巖性圖； (b)P664井巖性圖； (c)P67井巖性圖； (d)P673井巖性

圖6 石炭系錄井巖性

經過鉆井磁化率約束之后，反演結果分辨率較之前有了明顯的提高，能夠精細反映磁化率特征縱向、橫向上的細節(jié)變化，而且與鉆井的吻合程度更高。

4 車排子地區(qū)火成巖儲層預測

分析研究區(qū)已鉆井的石炭系儲層發(fā)育情況，認為有利儲層主要發(fā)育在石炭系淺層，針對該特點，利用高分辨率磁化率協(xié)模擬反演結果數(shù)據(jù)體，提取石炭系淺層的磁化率平面屬性(見圖7)。

屬性圖中，黑色和白色區(qū)域代表高磁化率，深灰色和淺灰色代表中低磁化率，整體來看，高磁有利火成巖儲層主要分布在研究區(qū)東南部，北部地區(qū)磁化率較低，僅零星發(fā)育小規(guī)模的中高磁區(qū)域。對比該區(qū)實鉆井的含油氣情況，可知大部分鉆遇油層的井都位于高磁區(qū)域，其中P66、P673等井部分油層段試油獲得高產，表明高磁區(qū)域也是有利含油氣區(qū)；通過分析研究區(qū)不同巖性與試油產量得知，較其他巖性來說，安山巖、玄武巖及部分凝灰?guī)r油層試油產量更高。最終經統(tǒng)計，該區(qū)19口鉆遇油層的井中有15口位于高磁區(qū)，而10口干井中有9口位于中低磁區(qū)，儲層預測結果吻合率達到80%。

圖7 高分辨率磁化率協(xié)模擬反演結果平面屬性

5 結 論

高精度三維地震資料具有相對較高的分辨率，但火成巖發(fā)育區(qū)反射特征以弱反射和雜亂反射為主，常規(guī)的地震技術手段難以描述火成巖儲層發(fā)育區(qū)；磁異常資料能夠根據(jù)不同火成巖巖性的磁性差異對火成巖進行識別，但難以確定火成巖儲層的深度及規(guī)模大小；磁震聯(lián)合應用可以達到優(yōu)勢互補，提高火成巖預測精度，進一步加入鉆井資料約束，可以實現(xiàn)火成巖儲層的精細描述。

實際研究表明，磁異常協(xié)模擬反演技術是一種綜合利用磁、震、井等資料預測火成巖儲層的有效手段，該方法基于不同火成巖巖性的磁性差異，并有機結合了高橫向分辨率的地震數(shù)據(jù)和高縱向分辨率的測井數(shù)據(jù)，最終獲得了高精度的磁性反演結果，能夠精細刻畫有利火成巖儲層展布，與實際鉆探結果吻合程度達到80%，實踐證明該方法是行之有效的。該技術為火成巖油藏勘探提供了一種新的思路。