地震波形相控反演在天草凹陷白堊系薄儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

郭 翔，李付雷，張旭峰，陰學(xué)彬，王 兵

(中國(guó)石油東方地球物理公司，新疆 烏魯木齊 830016)

0 引 言

銀額盆地天草凹陷東部緩坡帶白堊系巴音戈壁組為辮狀河三角洲沉積[1]，砂礫巖有效儲(chǔ)集層控制了油氣的分布。常規(guī)地震屬性?xún)H能宏觀刻畫(huà)有利相帶分布，無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別相帶邊界及砂體縱向展布特征。隨著巖性油氣藏勘探的不斷深入，對(duì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度提出了更高的要求，因此，尋找一種有效的薄儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法，對(duì)天草地區(qū)巴音戈壁組井位部署和增儲(chǔ)上產(chǎn)具有重要意義。天草凹陷三維采集具有“兩寬一高”特征，即寬方位、寬頻帶、高密度。這種三維地震能夠記錄更完整的波場(chǎng)信息，假頻少，低頻信息豐富，有利于薄互層油氣藏的刻畫(huà)。此次依托該套資料提出了一種基于地震波形相控反演的薄儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法，在短期旋回的層序格架約束下，井震結(jié)合，建立沉積相與地震相對(duì)應(yīng)關(guān)系，開(kāi)展地震波形相控下的優(yōu)勢(shì)曲線(xiàn)反演，精細(xì)刻畫(huà)了薄儲(chǔ)層的范圍，有效推動(dòng)了研究區(qū)巖性勘探的進(jìn)程。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于銀額盆地天草凹陷東部緩坡帶，白堊系巴音戈壁組現(xiàn)今構(gòu)造形態(tài)為一系列北東向斷層分割的斷階帶，埋深為1 000～2 500 m，發(fā)育有大小不等的斷鼻構(gòu)造。巴音戈壁組的儲(chǔ)集砂體主要發(fā)育有辮狀河三角洲前緣的水下分支河道和湖底扇河道2類(lèi)[2-3](圖1)。辮狀河三角洲前緣的水下分支河道砂體平行物源方向連通性較好，延伸距離較遠(yuǎn)。垂直物源方向，砂體表現(xiàn)為透鏡狀河道砂沉積，橫向連通性差，獨(dú)立分布，縱向部分疊置。湖底扇主要發(fā)育于每一級(jí)斷階帶上，分別獨(dú)立分布，其河道砂縱橫向延伸范圍較前緣砂體小，連通性差，且垂直扇體方向，表現(xiàn)為透鏡狀，砂體厚度差異大。

圖1 T2—T6—T601—T1井連井沉積相剖面

研究區(qū)有5口井鉆至巴二段，分布不均勻，主力產(chǎn)層湖底扇河道砂的物性及電性特征差異較大，含油儲(chǔ)層薄，平均為1～5 m，橫向變化快，且儲(chǔ)層和非儲(chǔ)層的地震響應(yīng)特征差異模糊，利用常規(guī)的地質(zhì)相控統(tǒng)計(jì)的反演難以有效預(yù)測(cè)薄儲(chǔ)層橫向變化特征。此次研究在沉積相和地震相研究的基礎(chǔ)上，采用地震波形相控反演來(lái)預(yù)測(cè)有利薄儲(chǔ)層。

2 地震波形相控反演

常規(guī)的波阻抗反演通常是利用測(cè)井曲線(xiàn)內(nèi)插獲得的低頻阻抗模型與地震頻帶進(jìn)行合并，高頻部分無(wú)法突破地震有效頻帶，這樣得到的結(jié)果雖然具有地質(zhì)意義，但不能從根本上提高反演分辨率，無(wú)法識(shí)別薄儲(chǔ)層。傳統(tǒng)的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演建立儲(chǔ)層空間模型主要是基于空間域變差函數(shù)，只能粗略表達(dá)空間變異程度，無(wú)法體現(xiàn)相變特征，而且對(duì)樣本分布均勻程度要求比較苛刻，限制了該方法的應(yīng)用領(lǐng)域[5]。地震波形相控反演是在傳統(tǒng)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法[4-5]，該方法基于地震波形指示馬爾科夫鏈蒙特卡洛隨機(jī)模擬(SMCMC)算法，并針對(duì)統(tǒng)計(jì)樣本的篩選方法進(jìn)行改進(jìn)。地震波形相控反演利用地震沉積學(xué)基本原理，充分利用地震波形的橫向變化來(lái)反映儲(chǔ)層空間的相變特征，分析儲(chǔ)層垂向巖性組合的高頻結(jié)構(gòu)特征，對(duì)地震波形樣本及井樣本映射關(guān)系按照不同頻帶特征進(jìn)行篩選，進(jìn)而建立合理的空間模型，更好地體現(xiàn)了相控的思想[6]，是一種真正的井震結(jié)合高頻模擬方法，使反演結(jié)果從完全隨機(jī)到逐步確定，同時(shí)對(duì)井位分布的均勻性沒(méi)有嚴(yán)格要求，大大提高了儲(chǔ)層反演的精度和適用領(lǐng)域。

2.1 沉積相-地震相分析

地震的橫向變化反映了沉積環(huán)境的變化，相似的沉積環(huán)境具有可類(lèi)比的沉積組合結(jié)構(gòu)，這些組合結(jié)構(gòu)的變化和波形密切相關(guān)，不同沉積相具有不同的地震相和地震波形特征[7]。因此，充分利用地震波形的橫向變化開(kāi)展高頻成分研究，進(jìn)而通過(guò)地震波形相控反演識(shí)別薄儲(chǔ)層。進(jìn)行單井沉積相分析時(shí)，考慮了曲線(xiàn)組合特征、測(cè)井相橫向變化規(guī)律、錄井巖性和顏色、標(biāo)志巖相的取心資料等(圖2)。

圖2 T6井巴二段沉積相-地震相綜合分析

由圖2可知，目的層巴二段發(fā)育有半深湖、淺湖和湖底扇沉積。其中，半深湖發(fā)育有深灰色泥巖、灰色淺湖泥巖，自然伽馬曲線(xiàn)呈齒狀低幅度，電阻率曲線(xiàn)表現(xiàn)為低幅，為典型的湖相沉積特征；地震反射特征為中弱振幅、中頻較連續(xù)亞平行特征。湖底扇為互層灰色砂礫巖，電性特征表現(xiàn)為低幅鐘形；地震反射特征為強(qiáng)振幅、低頻連續(xù)丘狀反射特征，為典型的深水重力流地震反射特征[8]。針對(duì)巴二段典型沉積亞相，井震結(jié)合，建立了5口井的沉積相-地震相-地震波形關(guān)系，賦予了地震波形豐富的地質(zhì)含義，為地震波形相控反演奠定了理論基礎(chǔ)。

2.2 敏感測(cè)井曲線(xiàn)優(yōu)選與重構(gòu)

頻率域曲線(xiàn)重構(gòu)的基本原理是將聲波曲線(xiàn)作為中低頻曲線(xiàn)，巖性敏感曲線(xiàn)作為高頻曲線(xiàn)，在地震頻帶內(nèi)的中低頻段為聲波曲線(xiàn)，高于地震頻帶的曲線(xiàn)取自于對(duì)巖性敏感的測(cè)井曲線(xiàn)，在頻率域最佳截止頻率處開(kāi)展曲線(xiàn)重構(gòu)[9]。重構(gòu)后的井震對(duì)應(yīng)關(guān)系不變，但其對(duì)巖性的敏感性、差異性會(huì)有所提高[10]。通過(guò)對(duì)已鉆井分析，自然伽馬曲線(xiàn)和聲波曲線(xiàn)交會(huì)可以有效區(qū)分砂泥巖，而密度與電阻率曲線(xiàn)對(duì)砂泥的響應(yīng)特征不明顯。因此，利用頻率域曲線(xiàn)重構(gòu)技術(shù)，將聲波時(shí)差作為中低頻曲線(xiàn)，自然伽馬曲線(xiàn)作為高頻曲線(xiàn)進(jìn)行重構(gòu)。

在曲線(xiàn)重構(gòu)過(guò)程中最關(guān)鍵的是截止頻率的選取，既要保證重構(gòu)后不影響地震中低頻帶的資料品質(zhì)，同時(shí)又要增加對(duì)巖性的敏感信息[11]。隨著截止頻率的增加，聲波時(shí)差曲線(xiàn)作為中低頻曲線(xiàn)在重構(gòu)時(shí)參與比例越多，井震標(biāo)定效果越好，相關(guān)系數(shù)越高；隨著截止頻率的增加，自然伽馬曲線(xiàn)作為高頻曲線(xiàn)在重構(gòu)時(shí)參與比例越少，對(duì)巖性的識(shí)別效果越差[12]。因此，在截止頻率選取時(shí)，既要滿(mǎn)足較高的相關(guān)系數(shù)，同時(shí)又要對(duì)巖性具有很好的區(qū)分效果。綜上分析可知，曲線(xiàn)重構(gòu)最佳截止頻率為80 Hz，重構(gòu)后的優(yōu)勢(shì)曲線(xiàn)可以有效區(qū)分出砂泥巖。在此基礎(chǔ)上，利用重構(gòu)后的優(yōu)勢(shì)曲線(xiàn)開(kāi)展儲(chǔ)層精細(xì)標(biāo)定。

2.3 儲(chǔ)層精細(xì)標(biāo)定

儲(chǔ)層精細(xì)標(biāo)定是聯(lián)合測(cè)井信息與地震信息的橋梁，是地震反演的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，其精度直接影響反演的精度[13]。合成地震記錄制作主要包括計(jì)算反射系數(shù)、提取地震子波和匹配調(diào)整時(shí)深關(guān)系3個(gè)環(huán)節(jié)，如何對(duì)這3個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的質(zhì)量控制是標(biāo)定的關(guān)鍵，而子波類(lèi)型及形態(tài)決定著反演精度[14]。因此，重點(diǎn)開(kāi)展了子波優(yōu)選分析。目前常用的地震子波主要有雷克子波、帶通子波和俞氏子波3類(lèi)，通過(guò)對(duì)不同類(lèi)型子波頻譜與實(shí)際井旁道地震資料的頻譜進(jìn)行對(duì)比可知，該區(qū)雷克子波和俞氏子波分別在低頻端和高頻端與實(shí)際地震頻譜形態(tài)差別較大，帶通子波在全頻段與實(shí)際地震頻譜形態(tài)及包絡(luò)更加吻合，并且合成記錄與井旁地震道匹配程度最好、相關(guān)系數(shù)最高。因此，最終選取帶通子波開(kāi)展初始標(biāo)定。

在確定最佳子波類(lèi)型的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了子波長(zhǎng)度對(duì)標(biāo)定精度的分析。研究結(jié)果表明，隨著子波長(zhǎng)度增加，信噪比逐漸提高，子波長(zhǎng)度大于144 ms時(shí)，信噪比達(dá)到最高之后基本趨于穩(wěn)定；隨著子波長(zhǎng)度增加，相關(guān)系數(shù)開(kāi)始降低隨后升高，子波長(zhǎng)度為152 ms時(shí)，信噪比達(dá)到最高之后逐漸降低并趨于穩(wěn)定。綜合考慮合成記錄相關(guān)系數(shù)和信噪比兩大重要質(zhì)控參數(shù)，優(yōu)選最佳子波長(zhǎng)度為152 ms。通過(guò)子波類(lèi)型優(yōu)選和子波長(zhǎng)度分析，最終完成了研究區(qū)5口井含油儲(chǔ)層段的精細(xì)標(biāo)定工作。

2.4 敏感高頻成分優(yōu)選

地震波形相控反演具有“低頻確定、高頻隨機(jī)”的特點(diǎn)，低頻主要受地震頻帶及地震波形的影響，高頻則主要受井樣本的控制。在地震頻帶不變的情況下，提高反演分辨率的關(guān)鍵在于確定可靠的高頻補(bǔ)充成分[15]。隨著高頻補(bǔ)充成分增加，反演結(jié)果確定性逐漸減少，隨機(jī)成分逐漸增加，因此，高頻截止頻率的選取是決定反演結(jié)果可靠性和分辨率的關(guān)鍵。

最佳高頻截止頻率的設(shè)置需要考慮2個(gè)方面內(nèi)容：①如果更偏向于反演的確定性，可以適當(dāng)減小該參數(shù)值；反之，如果更偏向于反演的分辨率，追求高分辨率結(jié)果，可以設(shè)置較高的截止頻率；②參考目的層砂體厚度，砂體厚度小，應(yīng)設(shè)置較高的截止頻率，砂體厚度大，可適當(dāng)減小該參數(shù)。通過(guò)高頻最佳截止頻率質(zhì)控分析發(fā)現(xiàn)，隨著截止頻率增加，相關(guān)系數(shù)逐漸降低，在150～210 Hz時(shí)相關(guān)系數(shù)趨于穩(wěn)定。通過(guò)高頻截止頻率分別為50、150、200、250 Hz的反演剖面見(jiàn)圖3。

圖3 天草地區(qū)波形相控反演對(duì)比剖面

由圖3可知，隨著高頻補(bǔ)償成分增至200 Hz，反演結(jié)果分辨率逐漸提高；高頻補(bǔ)償成分增至250 Hz，反演結(jié)果橫向連續(xù)性增強(qiáng)，砂體尖滅特征刻畫(huà)不精細(xì)，反演不確定性增強(qiáng)。綜合反演結(jié)果與井間砂體連通性、砂體厚度關(guān)系，優(yōu)選高頻截止頻率為200 Hz，反演結(jié)果更符合實(shí)際，與井上信息對(duì)應(yīng)關(guān)系最佳。

3 應(yīng)用效果

通過(guò)敏感測(cè)井曲線(xiàn)優(yōu)選與重構(gòu)、儲(chǔ)層精細(xì)標(biāo)定、敏感高頻成分優(yōu)選工作，最終開(kāi)展研究區(qū)地震波形相控反演。根據(jù)完鉆井資料分析，反演結(jié)果比波阻抗反演分辨率明顯提高，可以有效刻畫(huà)出5 m以上的薄砂層。從過(guò)T6—T601—T1井反演剖面(圖4)可知，反演分辨率高，有效預(yù)測(cè)了T6井和T601井5 m含油砂體，反演結(jié)果與2口井出油層段相吻合。其中，T6井和T601井屬于2套獨(dú)立的含油砂體，縱向疊置、上傾方向尖滅，具有“一砂一藏”的特征。結(jié)合區(qū)域沉積相研究與反演結(jié)果，從反演平面圖上可以看出(圖5)，研究區(qū)東部緩坡帶巴二段具有斷層控扇的特征，依附于近北東向的控沉積斷層自南向北發(fā)育3個(gè)湖底扇富砂區(qū)，預(yù)測(cè)構(gòu)造與有利砂體疊合面積為37.6 km2。其中，T6井湖底扇已經(jīng)獲得突破，新發(fā)現(xiàn)的T1井北和T7井北湖底扇發(fā)育區(qū)，成藏條件和T6井構(gòu)造基本一致，是下一步尋找規(guī)模、效益儲(chǔ)量的有利區(qū)塊。目前T1井北扇體上的8口井已完鉆并均獲高產(chǎn)及工業(yè)油流，其中T702井試油獲日產(chǎn)油為11.3 m3/d，含油100%，并且落實(shí)了近千萬(wàn)噸的儲(chǔ)量規(guī)模，為下步該區(qū)評(píng)價(jià)建產(chǎn)奠定了資源基礎(chǔ)。綜上所述，在沉積相-地震相分析基礎(chǔ)上進(jìn)行地震波形相控分析，可以有效解決研究區(qū)巴二段湖底扇河道砂預(yù)測(cè)困難的問(wèn)題，為該區(qū)井位部署提供了有力的技術(shù)支撐，成功推動(dòng)了該區(qū)巖性油氣藏勘探進(jìn)程。

圖4 過(guò)T6-T601-T1井地震波形相控反演剖面

圖5 天草地區(qū)東部緩坡帶巴二段基于地震波形相控反演平面

4 結(jié) 論

(1) 地震波形相控反演技術(shù)綜合利用了地震波形的橫向巖相指示優(yōu)勢(shì)和敏感曲線(xiàn)垂向分辨率高的特點(diǎn)，有效解決了研究區(qū)薄儲(chǔ)層預(yù)測(cè)難題，是實(shí)現(xiàn)低勘探程度區(qū)薄儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的有效方法。

(2) 頻率域曲線(xiàn)重構(gòu)技術(shù)的關(guān)鍵在于最佳截止頻率的選取，既要保證重構(gòu)后不影響井震標(biāo)定，又要突出重構(gòu)曲線(xiàn)對(duì)巖性的敏感度，重構(gòu)的優(yōu)勢(shì)曲線(xiàn)可以有效區(qū)分砂泥巖，為后續(xù)的波形相控反演提供了數(shù)據(jù)支撐。

(3) 依據(jù)地震資料頻帶特征進(jìn)行子波優(yōu)選，能夠充分利用“兩寬一高”地震資料的寬頻信息，可以有效提高儲(chǔ)層標(biāo)定精度，為進(jìn)一步提高薄儲(chǔ)層反演奠定基礎(chǔ)。

(4) 地震波形相控反演具有“低頻確定、高頻隨機(jī)”的特點(diǎn)。隨著高頻補(bǔ)充成分增加，反演結(jié)果確定性逐漸減少，隨機(jī)成分逐漸增加。因此，高頻截止頻率的選取是決定反演結(jié)果可靠性和分辨率的關(guān)鍵。