疊前AVO處理解釋技術(shù)應(yīng)用研究

王洪星.

(中國石油吉林油田公司地球物理勘探研究院，吉林省松原 138000)

現(xiàn)階段，國際油價(jià)低迷，各個(gè)油田的油氣勘探領(lǐng)域，已經(jīng)從找油向找氣轉(zhuǎn)變，眾所周知，尋找含氣性儲(chǔ)層的最有效的方法是疊前反演技術(shù)，但由于目前常用的疊后地震資料，采用多次覆蓋的水平疊加技術(shù)，隱含在橫波信息中的振幅隨偏移距變化特征被損失掉了，因此，常規(guī)的疊后地震資料已經(jīng)滿足不了疊前反演的需求。

目前，國內(nèi)疊前反演方面比較成熟的技術(shù)有疊前AVO反演技術(shù)、疊前彈性參數(shù)反演技術(shù)和疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演技術(shù)，本文主要針對(duì)疊前AVO反演技術(shù)在有效儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方面進(jìn)行了研究，并把該項(xiàng)技術(shù)在紅崗地區(qū)的H152井區(qū)進(jìn)行了推廣應(yīng)用，精細(xì)刻畫了該地區(qū)儲(chǔ)層含油氣性AVO異常分布范圍，可以根據(jù)該分布范圍調(diào)整加密井網(wǎng)，也可以在有利區(qū)域?yàn)樘皆u(píng)井提供有利鉆探目標(biāo)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

2 AVO技術(shù)原理

疊前AVO技術(shù)主要是以巖石物理學(xué)和地震彈性波為理論基礎(chǔ)，以疊前時(shí)間偏移的CRP道集為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)行疊前AVO反演。它是利用疊前道集上一次地震反射波振幅隨炮檢距的變化而變化的特點(diǎn)來分析AVO特征，并找到地震反射波振幅與炮檢距之間的變化規(guī)律，進(jìn)而找到反射系數(shù)隨炮檢距的變化規(guī)律，同時(shí)對(duì)含油氣儲(chǔ)層頂?shù)捉橘|(zhì)的巖性特征、物性參數(shù)等進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)利用一次地震反射波振幅的變化關(guān)系直接進(jìn)行油氣檢測(cè)。

AVO理論基礎(chǔ)是Zoeppritz方程以及該方程的一些簡化式如Shuey、Aki—Richards公式，這些公式都有各自的假設(shè)條件，在應(yīng)用時(shí)應(yīng)該注意使用條件的限制，Zoeppritz方程具有明確的物理意義，它能夠精確的描述非零入射角時(shí)地震反射振幅隨著炮檢距的變化關(guān)系。由于Zoeppritz方程過于復(fù)雜，很難通過該方程直觀的反映各個(gè)參數(shù)與反射系數(shù)之間的關(guān)系，因此，人們通常用該方程的Aki—Richards簡化式，如下：

Rp(θ)≈A+Bsin2θ+Ctan2θsin2θ

(1)

(2)

(3)

(4)

式中Rp(θ)——反射系數(shù)

Vp——縱波速度

Vs——橫波速度

ρ——密度

（三）健全生態(tài)環(huán)境保護(hù)法治體系。依靠法治保護(hù)生態(tài)環(huán)境，增強(qiáng)全社會(huì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)法治意識(shí)。加快建立綠色生產(chǎn)消費(fèi)的法律制度和政策導(dǎo)向。

θ——入射角

通常把A稱為小角度項(xiàng)，Bsin2θ稱為中角度項(xiàng)，Ctan2θsin2θ稱為大角度項(xiàng),通過求解這些方程能夠得到多種AVO屬性，同時(shí)經(jīng)過多種參數(shù)綜合分析，從而實(shí)現(xiàn)直接利用疊前地震道集進(jìn)行儲(chǔ)層含油氣性預(yù)測(cè)。

3 AVO技術(shù)實(shí)現(xiàn)

疊前AVO技術(shù)是一套綜合技術(shù)，它包括巖石物理建模技術(shù)、疊前道集優(yōu)化技術(shù)、模型正演技術(shù)、AVO分析及屬性提取等技術(shù)組成，其中巖石物理建模技術(shù)主要作用是通過巖石物理模型求取橫波速度，疊前道集優(yōu)化技術(shù)能夠突出AVO地震響應(yīng)特征，模型正演技術(shù)能夠判定AVO類型,并為后續(xù)AVO反演提供驗(yàn)證，它們是AVO屬性分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.1 巖石物理建模

巖石物理建模工作對(duì)于疊前AVO反演技術(shù)具有重要作用，通過該技術(shù)建立起巖石參數(shù)與地球物理所需要的物理量之間的定量關(guān)系，它是利用地震資料預(yù)測(cè)油氣的物理基礎(chǔ)。巖石物理工作主要是求得泥質(zhì)含量、含水飽和度、孔隙度等信息，通過這些信息建立巖石物理模型，進(jìn)而得到橫波速度、泊松比、縱橫波速度比等關(guān)鍵參數(shù)，這些參數(shù)是儲(chǔ)層特征與地震參數(shù)之間的橋梁，它為模型正演和后續(xù)的疊前AVO反演提供有效信息。

進(jìn)行巖石物理建模之前需要對(duì)測(cè)井曲線進(jìn)行分析、校正工作，紅崗地區(qū)主要以砂泥巖沉積為主，從井徑曲線看多處存在井眼垮塌現(xiàn)象，泥巖地層井壁垮塌后導(dǎo)致測(cè)量密度的儀器無法緊靠井壁測(cè)量致使密度測(cè)量不準(zhǔn)，影響泥質(zhì)含量的計(jì)算，進(jìn)而影響巖石模型的建立。具體做法是在垮塌曲線附件找一段巖性穩(wěn)定段，利用伽馬、中子、電阻率和聲波時(shí)差不易受井眼影響的曲線合成一條密度曲線，然后再把受井眼影響的曲線段替換掉，沒受影響的曲線保留，校正結(jié)果如圖1所示，在目的層位置，發(fā)生了擴(kuò)徑，測(cè)量的密度曲線由于受泥漿影響，密度值偏低部分值低于1.66 g/cc，經(jīng)過校正后，密度值恢復(fù)到2.5 g/cc左右。

圖1 曲線校正Fig.1 Curve correction

巖石物理另一項(xiàng)重要工作是計(jì)算泥質(zhì)含量、孔隙度和飽和度。通常計(jì)算泥質(zhì)含量有多種方法，主要是單曲計(jì)算法如自然伽馬、自然電位、電阻率等和中子密度交匯法，但是每種方法都有其應(yīng)用條件。紅崗地區(qū)的地層，泥巖中不含有其它放射性礦物，其放射性主要是泥質(zhì)吸附放射性元素產(chǎn)生的，因此，單獨(dú)使用自然伽馬就能較準(zhǔn)確的求取泥質(zhì)含量，其關(guān)鍵參數(shù)是通過直方圖得到純泥巖和純砂巖的伽馬值如圖2所示，伽馬低值為砂巖區(qū)其伽馬值為45 API，高值為泥巖區(qū)，值為145 API，利用公式(5)計(jì)算黏土含量,其公式如下：

(5)

其中GRlog——伽馬曲線：

GRlean——純砂巖伽馬值

GRclay——純泥巖伽馬值

圖2 伽馬直方圖Fig.2 Gamma Rayhistogram

紅崗地區(qū)孔隙度計(jì)算采用密度曲線求取總孔隙度，其關(guān)鍵是要對(duì)密度孔隙度進(jìn)行泥質(zhì)校正。該地區(qū)含水飽和度的計(jì)算采用阿爾奇公式，利用電性曲線計(jì)算含水飽和度，其關(guān)鍵參數(shù)是地層水的電阻率求取，該地區(qū)地層水電阻率為0.05。這樣有了泥質(zhì)含量、孔隙度、飽和度信息再結(jié)合溫度、壓力、礦化度等信息就可以模擬橫波等信息,其結(jié)果如圖3所示，其中VCL為求取泥質(zhì)含量曲線、PHI為孔隙度曲線、SW為計(jì)算的含水飽和度曲線，DTS為最終求取的橫波時(shí)差曲線。有了橫波曲線就可以計(jì)算泊松比、縱橫比速度比和各種體積模量，為疊前彈性參數(shù)反演和AVO屬性分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

圖3 預(yù)測(cè)出的曲線Fig.3 Predicted curve

3.2 道集優(yōu)化技術(shù)

AVO特征與疊前地震道集的質(zhì)量密切相關(guān)，疊前地震道集的好壞直接影響AVO分析的結(jié)果，紅崗地區(qū)地震資料采集的較早，觀測(cè)系統(tǒng)為窄方位的，其面元為20 m×40 m ，最大炮檢距只有2 000 m，受地表及采集因素影響，地震資料品質(zhì)較差，導(dǎo)致最終處理成果的疊前道集質(zhì)量較差如圖4所示，該道集明顯存在三方面問題：一是信噪比過低，二是明顯存在剩余靜校正問題，三是橫向上能量不均衡問題。這些問題會(huì)直接影響AVO屬性分析效果，甚至產(chǎn)生假象，影響解釋人員的判斷。因此，進(jìn)行AVO分析之前需要對(duì)疊前道集進(jìn)行優(yōu)化處理，以滿足AVO分析需求，它也是實(shí)現(xiàn)AVO技術(shù)的關(guān)鍵所在。根據(jù)紅崗地區(qū)資料存在的問題，主要從三方面對(duì)疊前道集進(jìn)行優(yōu)化處理：一是提高道集的信噪比，突出有效信息的可靠性。在提高道集信噪比方面遵循的原則是循序漸進(jìn)、有的放矢。為了提高地震道集的質(zhì)量，本文選過H152井的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行超道集處理，它的作用是提高信噪比，該技術(shù)把相鄰面元內(nèi)的道集按照一定比例進(jìn)行加權(quán)，疊加成一個(gè)道集，并以AVO異常提取的截距屬性作為質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)超道集的面元合適，目的層位置的截距信息就會(huì)增強(qiáng)。本文試驗(yàn)了3*3面元疊加、5*5面元疊加和7*7面元疊加等,經(jīng)過試驗(yàn)并利用截距信息進(jìn)行質(zhì)控，認(rèn)為選用5*5面元進(jìn)行疊加效果較好如圖5所示左側(cè)為超級(jí)道集，右側(cè)是用該道集得到的AVO截距屬性，從超道集上看目的層的信噪比明顯比原始道集提高，過井的截距屬性能夠看到了。但從超道集來看其信噪比還是很低，還存在一些隨機(jī)噪音，滿足不了疊前需求，因此，又進(jìn)行了隨機(jī)噪音衰減。目前，常用的隨機(jī)噪音衰減技術(shù)有F-X域隨機(jī)噪音衰減技術(shù)、徑向?yàn)V波技術(shù)、多項(xiàng)式擬合技術(shù)等，本文采用F-X域隨機(jī)噪音衰減技術(shù)，它利用隨機(jī)噪音不可預(yù)測(cè)性，而線性有效信號(hào)可預(yù)測(cè)理論，對(duì)有效信號(hào)和噪音進(jìn)行分離，到達(dá)壓制噪音目的，再次是利用拉冬變換技術(shù)對(duì)多次波干擾進(jìn)行去除工作，它是利用多次波與一次反射波的旅行時(shí)有差異，就會(huì)造成速度校正不足或者速度校正過量，多次波的反射同相軸就會(huì)偏離一次反射波，利用偏離的時(shí)差識(shí)別出多次波后再從道集中減去識(shí)別出的多次波，達(dá)到去除多次波的目的，更有利于提取AVO振幅特征。

圖4 原始疊前道集Fig.4 Original Pre-stack gathers

圖5 左超道集(面元5*5)右截距屬性Fig.5 Left—super gathers (dimension 5*5)，Right—intercept attribute

二是通過能量均衡技術(shù)，消除非地質(zhì)因素造成的能量異常，增強(qiáng)振幅的真實(shí)性。通常認(rèn)為相鄰道集的能量是相近的，在橫向上是漸變的，不應(yīng)該出現(xiàn)突變，但從處理后的超道集(圖5)看，明顯存在能量不均衡問題，其近道炮檢距和遠(yuǎn)道炮檢距的振幅能量弱，中間振幅能量強(qiáng)，為了消除這個(gè)現(xiàn)象，在提高信噪比的道集上又采用了剩余能量補(bǔ)償技術(shù)，它的原理是基于模型AVO特征的背景趨勢(shì)能量補(bǔ)償技術(shù)，它依靠模型來驅(qū)動(dòng)，具體做法是在道集上開一定時(shí)窗，通常時(shí)窗大小在100 ms左右，能夠把目的層包括進(jìn)去，然后對(duì)時(shí)窗內(nèi)道集隨偏移距振幅能量變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，把統(tǒng)計(jì)出來的變化趨勢(shì)與模型趨勢(shì)進(jìn)行比較，求取隨偏移距變化的刻度因子，再把刻度因子用于實(shí)際地震道集，實(shí)現(xiàn)目的層振幅能量補(bǔ)償。圖6是經(jīng)過能量均衡技術(shù)處理后的疊前地震道集，它的遠(yuǎn)道和近道能量均得到均衡與圖4 的原始道集相比，信噪比高，整體上地震反射同相軸更平，橫向上能量的變化是漸變的，更符合地質(zhì)認(rèn)識(shí)；三是道集拉平技術(shù)，它能夠消除遠(yuǎn)道同相軸發(fā)生的畸變，增加方位角信息，減少AVO異常的多解性。紅崗地區(qū)的地震道集在遠(yuǎn)偏移距的位置明顯存不平，存在下拉現(xiàn)象，這種現(xiàn)象會(huì)增加AVO的多解性。目前消除這種現(xiàn)象的技術(shù)，主要有兩類方法：一類為剩余靜校正法，假定在地震射線路徑上局部速度擾動(dòng)引起道集同相軸波動(dòng)，因此不能使用全局速度場(chǎng)調(diào)整，可看作靜校正誤差引起的，該方法通過逐道確定靜校正漂移量，它的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡單，缺點(diǎn)是每道的校正值是固定的，只能整體時(shí)移，會(huì)造成局部變差，產(chǎn)生虛假信息。二類是速度調(diào)整法，它假定道集不平是由剩余NMO引起，可以通過二階和四階均方根速度場(chǎng)高分辨率估計(jì)來矯正。該方法利用AVO技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)剩余NMO分析以達(dá)到剩余時(shí)差校正的目的，該方法不適合地震反射同向軸不平較嚴(yán)重的數(shù)據(jù)。紅崗地區(qū)的數(shù)據(jù)在遠(yuǎn)道存在整體的畸變，通過采用剩余靜校正法，較好的消除了這種現(xiàn)象，目的層位置的反射同向軸更平。經(jīng)過道集優(yōu)化處理后地震道集的質(zhì)量明顯提高，能夠滿足疊前反演要求，其AVO屬性特征更加突出如圖7所示。

圖6 能量均衡后的道集Fig.6 The gathers after energy equalizing

圖7 左優(yōu)化后道集右對(duì)應(yīng)截距屬性Fig.7 Left—optimized gathers，right—intercept attribute

3.3 模型正演

利用井資料進(jìn)行AVO正演模擬，能夠分析不同地質(zhì)條件下儲(chǔ)層含油、氣、水的AVO特征。它通過Zoeppritz方程或者舒伊簡化式模擬非零偏移距地震道集，由模擬的地震道集能夠確定儲(chǔ)層AVO屬性類型及分布特征，利用該特征可以佐證地震道集反演得到的AVO特征是否正確，同時(shí)指導(dǎo)由地震道集得到的AVO反演結(jié)果進(jìn)行有利分布范圍的預(yù)測(cè)。

H152井為紅崗地區(qū)一口含油氣的井，主要含氣儲(chǔ)層為F油層Ⅱ、Ⅲ砂組，由5層單砂層組成，儲(chǔ)層總厚度有8 m，通過Zoeppritz方程，使用射線追蹤的方法模擬了目地層段地震道集如圖8所示，為了使模擬的道集與原始道集入射角一致，利于兩種道集對(duì)比，對(duì)原始道集的入射角做統(tǒng)計(jì)，以統(tǒng)計(jì)的最大入射角度，作為模擬道集的最大角度。通過模型正演，可以看出在1 740 m位置，存在明顯的AVO異常，通過進(jìn)一步對(duì)模擬道集的AVO響應(yīng)分析表明，含油氣儲(chǔ)層的頂面隨著炮檢距的增大，AVO振幅特征在減小，從目的層提取得振幅隨炮檢距的變化關(guān)系來看，AVO特征也是減小的，再結(jié)合目的層位置的交匯分析，可以判斷該儲(chǔ)層AVO類型為四類AVO特征如圖9所示，同時(shí)可以根據(jù)正演分析結(jié)果，指導(dǎo)地震道集AVO分布范圍及類型的判定。

圖8 模擬道集Fig.8 Simulation gathers

圖9 模擬道集的AVO分析Fig.9 AVO analysis of simulated gathers

3.4 AVO屬性提取及交匯分析

紅崗地區(qū)的資料，經(jīng)過道集優(yōu)化處理后其AVO特征更加明顯，提取了多種屬性如截距、梯度、泊松比、流體因子等，這些屬性具有不同物理意義，如截距屬性反映了自激自收時(shí)的反射系數(shù)，梯度代表了非零入射時(shí)斜率的變化，泊松比反應(yīng)儲(chǔ)層含油氣性，流體因子能夠區(qū)分儲(chǔ)層流體性質(zhì)等。通過對(duì)過H152井提取的截距和梯度屬性分析來看，目的層頂面截距為負(fù)(藍(lán)色)，說明儲(chǔ)層的反射系數(shù)小于上覆地層的反射系數(shù)，含油氣的可能性較大，圖10所示，目的層的梯度為正(紅色)，它代表了偏移距的變化率為正(圖11)。通過把提取的截距和梯度屬性進(jìn)行交匯分析(圖12)可以看出，紅崗地區(qū)F油層的AVO特征為四類AVO異常，它與正演模擬的結(jié)果一致，說明地震道集提取的AVO特征與地質(zhì)規(guī)律是一致。通過敏感參數(shù)分析，發(fā)現(xiàn)泊松比屬性能更好的反映AVO異常，因此，在該地區(qū)直接利用泊松比屬性進(jìn)行了油氣檢測(cè)。經(jīng)過分析H152井F層的泊松比的范圍在0.22～0.25之間，說明目的層以產(chǎn)油為主，這與H152井統(tǒng)計(jì)的結(jié)果相一致，該井到目前為止累產(chǎn)油2 000多噸，產(chǎn)氣184萬m3。

圖10 截距屬性Fig.10 Intercept attribute

圖11 梯度屬性Fig.11 Gradient attribute

圖12 截距與梯度屬性交匯分析Fig.12 Crossplots of intercept and gradient attributes

4 AVO應(yīng)用效果分析

吉林油田H152井區(qū)孔隙度13%，滲透率2 mD，在F油層位置投產(chǎn)了5層8 m，投產(chǎn)初期產(chǎn)油3.7 t/d，產(chǎn)氣126 m3/d，累產(chǎn)油2 000多噸，累產(chǎn)氣184萬m3，在該地區(qū)應(yīng)用常規(guī)的疊后波阻抗反演方法效果較差，在目的層位置如圖13所示箭頭位置，疊后反演出的剖面疊置比較嚴(yán)重，不能把儲(chǔ)層細(xì)化，該儲(chǔ)層預(yù)測(cè)結(jié)果與井的符合率很低，不足以支持井位部署的需求。

圖13 疊后波阻抗反演剖面Fig.13 Post-stack impedance inversion section

通過在該地區(qū)開展疊前AVO反演技術(shù)和疊前彈性參數(shù)反演技術(shù)后，發(fā)現(xiàn)疊前彈性參數(shù)反演結(jié)果(圖14)比疊后波阻抗反演效果稍好一些，目的層位置的儲(chǔ)層刻畫的清晰了一些，儲(chǔ)層預(yù)測(cè)效果有所改善，但儲(chǔ)層位置分開的還不是很明顯，對(duì)于儲(chǔ)層的邊界及非均質(zhì)性的刻畫還是不夠，不能夠反映儲(chǔ)層非均質(zhì)性的變化特征。

圖14 疊前彈性參數(shù)反演剖面Fig.14 Pre-stack elastic parameter inversion section

圖15 疊前AVO泊松比屬性Fig.15 Pre-stack AVO poisson ratio attributes

敏感參數(shù)分析表明，泊松比屬性對(duì)該地區(qū)的AVO異常更敏感，目的層位置AVO異常清楚，橫向延展范圍更大，如圖15所示為泊松比屬性，其提取的AVO異常范圍比梯度屬性、截距屬性在橫向上擴(kuò)展的都大，通過對(duì)異常體提取平面屬性分布特征來看與生產(chǎn)井分析結(jié)果基本一致，它們之間的符合率可以達(dá)到80%以上。圖16是針對(duì)目的層位置提取的泊松比異常平面分布屬性，從平面屬性分布圖來看，有利異常區(qū)有6個(gè)區(qū)帶，從已鉆探的井來看，在有異常分布的區(qū)域部署的井產(chǎn)油、產(chǎn)氣量都較高，在異常范圍外的井主要以產(chǎn)油為主，同時(shí)含有少量的氣，這與預(yù)測(cè)的結(jié)果基本一致，但有一定的出入。經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)本次AVO反演是以H152井為參考井開展疊前反演的，該井含氣飽和度較高，AVO異常明顯，而AVO異常外的井，由于含氣飽和度低，引起的AVO異常特征不明顯?？梢愿鶕?jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，提供探評(píng)井井位目標(biāo)，同時(shí)還可以調(diào)整加密井網(wǎng)。

圖16 泊松比AVO異常平面展布圖Fig.16 The distribution of poisson ratio AVO anomaly

5 結(jié)論

疊前技術(shù)是目前能夠?qū)r性油氣藏進(jìn)行有效識(shí)別的一項(xiàng)技術(shù)，本文通過實(shí)例證明疊前AVO技術(shù)對(duì)含氣儲(chǔ)層能夠有效識(shí)別，通過在紅崗地區(qū)應(yīng)用疊前AVO技術(shù)取得了明顯的勘探效益，得到的成果，經(jīng)開發(fā)井證實(shí)是可靠的，但在應(yīng)用疊前AVO技術(shù)時(shí)要注意以下幾個(gè)方面：

(1)當(dāng)?shù)卣鸬兰男旁氡群艿蜁r(shí)，在提高信噪比的過程中要非常小心，很容易會(huì)造成AVO異常類型的改變，進(jìn)而影響儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的效果。

(2)進(jìn)行疊前AVO反演之前要進(jìn)行可行性分析，當(dāng)?shù)卣鸬兰姆轿唤沁^小(小于25°)時(shí)，地震的AVO響應(yīng)特征就會(huì)不明顯，容易造成多解性，當(dāng)?shù)兰姆轿唤谴笥?5°時(shí)，地震道集的AVO響應(yīng)特征就會(huì)有明顯振幅差異。

(3)對(duì)于以產(chǎn)油為主的儲(chǔ)層，含氣飽和度低，其AVO特征不是很明顯，不易提取出AVO異常屬性。

(4)疊前AVO反演后，應(yīng)該對(duì)多種屬性進(jìn)行綜合分析，判斷儲(chǔ)層含油氣性，降低AVO不確定性，降低AVO勘探風(fēng)險(xiǎn)。