約束稀疏脈沖反演方法在蒙古國(guó)斷陷盆地Ⅺ區(qū)塊儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的應(yīng)用

李艷杰

1.黑龍江省致密油和泥巖油成藏研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163712；2.大慶油田有限責(zé)任公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712

0 引言

蒙古東戈壁盆地與中國(guó)二連盆地、海-塔盆地和銀額盆地相鄰，均屬興-蒙弧形褶皺帶上發(fā)育的斷陷盆地群。具有相似的地質(zhì)背景和成藏條件。盆地構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)，沉積體系變化快，儲(chǔ)層變化快，非均質(zhì)性強(qiáng)。Ⅺ區(qū)塊位于蒙古國(guó)東戈壁盆地西南部[1-3](圖1),其中下宗巴音組是Ⅺ區(qū)塊的主要勘探目的層，但研究區(qū)存在儲(chǔ)層薄、橫向變化快的特點(diǎn)，造成Ⅺ區(qū)塊儲(chǔ)層識(shí)別難度大，因此有效儲(chǔ)層的分布特征是制約XI區(qū)塊勘探開(kāi)發(fā)的一個(gè)主要因素。前人針對(duì)斷陷盆地的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)采用波阻抗反演來(lái)開(kāi)展砂體空間展布、沉積相識(shí)別和落實(shí)巖性圈閉[4-6]。但對(duì)薄儲(chǔ)層的識(shí)別還存在一定的難度。筆者采用稀疏脈沖反演方法對(duì)研究區(qū)的儲(chǔ)層平面分布特征進(jìn)行預(yù)測(cè)。稀疏脈沖反演主要以褶積模型為基礎(chǔ)，是以波阻抗差異約束為基礎(chǔ)的一種反演方法，它可在三維反演數(shù)據(jù)體上對(duì)巖性體進(jìn)行縱、橫向追蹤，對(duì)薄儲(chǔ)層進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。對(duì)Ⅺ區(qū)塊下宗巴音組的儲(chǔ)層研究結(jié)果表明,約束稀疏脈沖反演對(duì)于研究區(qū)薄儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)具有較好的適用性。

圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 Location of study area

1 區(qū)塊概況及儲(chǔ)層特征

1.1 區(qū)塊概況

Ⅺ區(qū)塊面積為11 263 km2，主要包括奧力蓋凹陷、甘其毛都凹陷和北部凹陷。Ⅺ區(qū)塊由下至上揭示的地層有侏羅系、下白堊統(tǒng)查干組、下宗巴音組、上宗巴音組、上白堊統(tǒng)以及第三系和第四系。烴源巖主要為下宗巴音組下段和查干組暗色泥巖，有機(jī)質(zhì)豐度高，TOC和瀝青“A”含量高，生烴潛量大；母質(zhì)類(lèi)型以Ⅱ1型和Ⅱ2型為主，為中等-好烴源巖。沉積相類(lèi)型主要以扇三角洲、辮狀河三角洲及湖泊相為主。目前主要在奧力蓋凹陷完鉆14口井，其中有3口井在下宗巴音組獲得工業(yè)油流。下宗巴音組自下而上分為下段、中段和上段，其中下宗巴音組下段分為5個(gè)砂層組。鉆井揭示儲(chǔ)層均夾持于湖相泥巖中的扇三角洲前緣砂體中，扇三角洲前緣砂體儲(chǔ)層物性較好[7-11]。下宗巴音組油藏具有自生自?xún)?chǔ)的成藏特點(diǎn)，是尋找有利儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)的主要目的層。

1.2 儲(chǔ)層特征

根據(jù)巖芯、巖屑錄井及鉆井資料，奧力蓋凹陷主要含油氣層段為下宗巴音組，該套地層自下而上分為下段、中段和上段,儲(chǔ)層主要發(fā)育在中、下段。下段儲(chǔ)層巖性為淺灰色泥質(zhì)粉砂巖、砂質(zhì)礫巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、含礫細(xì)砂巖和粗砂巖；中段儲(chǔ)層巖性為灰色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖和砂質(zhì)礫巖；上段儲(chǔ)層巖性主要由淺灰色含礫砂巖、砂質(zhì)細(xì)礫巖與深灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖組成。據(jù)巖芯分析資料，ZH3井區(qū)下宗巴音組中段孔隙度20.5%～30.1%，平均為26.8%，滲透率5.1～215 mD,平均為123.9 mD；下宗巴音組下段粉細(xì)砂巖孔隙度3.1%～9.1%，平均為5.8%,滲透率0.01～16.88 mD,平均為3.39 mD,砂質(zhì)礫巖、粉細(xì)砂巖與泥質(zhì)粉砂巖孔隙度2.7%～21.6%，平均為17.8%,滲透率26.6～2 980 mD,平均為944.2 mD, 粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖孔隙度1.6%～9.4%，平均為5.2%,滲透率0.01～0.17 mD,平均為0.03 mD。根據(jù)儲(chǔ)層分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)(DZ/T 0217—2005)[12]，ZH3井區(qū)下宗巴音組中段儲(chǔ)層屬于高孔中滲型，下宗巴音組下段屬于低孔到低滲-中滲型。下宗巴音組中段儲(chǔ)層好于下段儲(chǔ)層(表1)。碎屑巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間主要為孔隙型，孔隙類(lèi)型主要為次生孔隙。根據(jù)結(jié)構(gòu)和形態(tài)，可分為粒間孔隙、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔和鑄?？椎?種孔隙類(lèi)型(圖2)。

表1 ZH3井區(qū)下宗巴音組巖芯物性評(píng)價(jià)表

a.1 557.90 m,下宗巴音組下段,不等粒長(zhǎng)石巖屑砂,粒間、粒內(nèi)溶孔，鑄?？? b.1 558.20 m，下宗巴音組下段，不等粒長(zhǎng)石巖屑砂巖，泥質(zhì)不均勻分布，粒間溶孔為主，面孔率7%;c.1 640 m，下宗巴音組下段，含碳酸鹽極細(xì)砂質(zhì)粗粉粒巖屑長(zhǎng)石砂巖,方解石、白云石充填孔隙并交代顆粒; d.1 466.80 m,下宗巴音組下段,中砂質(zhì)細(xì)粒巖屑長(zhǎng)石砂巖,粒間、粒內(nèi)溶孔，面孔率1%; e.1 552.2 m,下宗巴音組下段,含礫不等粒長(zhǎng)石巖屑砂巖,粒間溶孔為主，面孔率12%;f.1 153.2 m，下宗巴音組下段,不等粒長(zhǎng)石巖屑砂巖，粒間溶孔為主,面孔率14%。圖2 ZH1井儲(chǔ)層孔隙特征Fig.2 Reservoir pore characteristics of Well ZH1

2 儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

2.1 儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法

針對(duì)儲(chǔ)層開(kāi)展的預(yù)測(cè)方法有很多[13-14]，地震反演已經(jīng)成為儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中應(yīng)用較多的技術(shù)之一[15-20]。根據(jù)工區(qū)的測(cè)井和地震的資料分析，筆者采用稀疏脈沖反演方法進(jìn)行儲(chǔ)層反演處理[21-22]。它可在三維反演數(shù)據(jù)體上對(duì)巖性體進(jìn)行縱、橫向追蹤。約束稀疏脈沖反演與其他地震反演方法不同，在要求合成記錄誤差最小的同時(shí)，也要求反射系數(shù)盡可能稀疏、反演阻抗[22]與趨勢(shì)盡可能一致。因而反演結(jié)果能有效屏蔽薄層的調(diào)協(xié)效應(yīng)，反演結(jié)果也更符合地質(zhì)規(guī)律。

約束稀疏脈沖反演目標(biāo)函數(shù):

F=∑|ri|p+λq∑(di-si)q+a2∑(ti-zi)2

(1)

式中：ri為反射系數(shù)；λ為地震匹配權(quán)系數(shù)；di為地震數(shù)據(jù)；si為合成記錄；a為趨勢(shì)約束權(quán)系數(shù)；ti為趨勢(shì)；zi為約束阻抗模型；p和q均為優(yōu)化因子。

參數(shù)λ決定反射脈沖稀疏程度，低λ要求反射脈沖稀疏；高λ要求反射脈沖多，盡可能匹配地震。

約束稀疏脈沖反演是以所有井的波阻抗縱向變化趨勢(shì)和橫向變化范圍為約束條件，尋找最小脈沖數(shù)目，進(jìn)行迭代運(yùn)算，進(jìn)而得到波阻抗數(shù)據(jù)體。它是一種基于模型的波阻抗反演技術(shù)，將地震、測(cè)井和地質(zhì)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，以地震解釋結(jié)果約束地層結(jié)構(gòu)，在地震合成記錄標(biāo)定后，將正演與相應(yīng)的地震道比較，進(jìn)行誤差分析，不斷修改模型直到滿(mǎn)足誤差和脈沖分布條件時(shí)，輸出反演結(jié)果。這種反演方法的優(yōu)勢(shì)是保留了測(cè)井資料豐富的高頻信息和完整的低頻信息，彌補(bǔ)了地震資料的不足；故在井密集地區(qū)，盡可能多地利用已知的測(cè)井資料作為約束條件，可減少反演結(jié)果的多解性，同時(shí)提高反演的準(zhǔn)確性。本區(qū)構(gòu)造特征較為復(fù)雜，多為受斷層控制的斷塊構(gòu)造，整個(gè)地層表現(xiàn)為西北高東南低，油區(qū)主要分布在控油斷層上盤(pán)。儲(chǔ)層橫向變化快，儲(chǔ)層的厚度薄，單砂層厚度為1.5～10.3 m，儲(chǔ)層橫向預(yù)測(cè)難度大。本次反演應(yīng)用疊前時(shí)間偏移純波數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)品質(zhì)相對(duì)較好，橫向連續(xù)性好，信噪比較高，且保幅能夠滿(mǎn)足反演要求。

2.2 儲(chǔ)層的波阻抗響應(yīng)特征

地震資料反射界面主要是反映上下地層的阻抗界面，因此對(duì)物探技術(shù)而言，阻抗曲線對(duì)儲(chǔ)層的敏感性至關(guān)重要。本區(qū)自然電位、密度和電阻率不能區(qū)分砂巖和泥巖；而聲波時(shí)差、縱波阻抗和伽馬能夠區(qū)分砂巖和泥巖(圖3)。本區(qū)可以直接由阻抗(阻抗>9 400 g/cm2·s為砂巖)預(yù)測(cè)砂、泥巖的分布。

圖3 巖石物理參數(shù)與巖性(砂、泥巖)直方圖Fig.3 Hisgrams of rock physics parameters and lithology (sand,mudstone)

2.3 地震反演結(jié)果

由于稀疏脈沖反演是通過(guò)地震得到的相對(duì)阻抗，需要補(bǔ)充井的低頻趨勢(shì)以得到絕對(duì)的真實(shí)的阻抗，確定反演的關(guān)鍵是補(bǔ)充多大頻率范圍井的低頻趨勢(shì)才是最合理的。根據(jù)地震頻帶分布特征，選取6 Hz的頻帶進(jìn)行低頻補(bǔ)充。

(1)建立模型

第一步建立框架模型，在地震資料解釋的基礎(chǔ)上，根據(jù)沉積模式，利用地震解釋的層位、斷層數(shù)據(jù)和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，建立合理的地質(zhì)框架模型。第二步建立初始模型，在框架模型架構(gòu)內(nèi)通過(guò)一定的方式對(duì)井?dāng)?shù)據(jù)沿層進(jìn)行內(nèi)插外推，得到合理的低頻背景模型，為稀疏脈沖反演低頻分量的補(bǔ)充提供數(shù)據(jù)來(lái)源。插植方式選擇是其中的重點(diǎn)，根據(jù)區(qū)域及資料情況，在建模過(guò)程中，井的內(nèi)插外推方式有反距離加權(quán)、三角和克里金等多種，每種方式對(duì)周?chē)貐^(qū)的影響程度都不一樣，結(jié)果區(qū)別很大，需通過(guò)試驗(yàn)選擇反距離加權(quán)的方式。

(2)高通濾波下宗巴音組下段Ⅱ砂組反演結(jié)果

由于預(yù)測(cè)的時(shí)窗較大(>300 ms)，絕對(duì)阻抗受到壓實(shí)作用的影響會(huì)隨著深度的加深而不斷變大，這就為儲(chǔ)層的追蹤識(shí)別造成較大困難，要消除這種影響，高通濾波是較為有效的一種方法。高通濾波主要通過(guò)去除低頻背景值，得到相對(duì)阻抗，從而達(dá)到消除深度影響的目的。本次預(yù)測(cè)最終選擇6 Hz的低截頻高通濾波，并有效剔出深度對(duì)絕對(duì)阻抗的影響，獲得較好的預(yù)測(cè)效果,為儲(chǔ)層的有效追蹤提供保障。圖中的剖面數(shù)據(jù)為反演成果，藍(lán)綠色代表低阻，紅黃色代表高阻,井曲線代表伽馬曲線(圖4)。

絕對(duì)阻抗與相對(duì)阻抗對(duì)比發(fā)現(xiàn)總體變化趨勢(shì)基本一致(圖5)，縱向上均與井資料有較好的吻合性，橫向上與地震資料基本匹配。相對(duì)阻抗比絕對(duì)阻抗分辨率略高。將地震資料與預(yù)測(cè)結(jié)果疊合到一起可看到預(yù)測(cè)結(jié)果基本沿地震資料反射特征的橫向變化趨勢(shì)分布，與地震資料匹配性較好(圖6)。預(yù)測(cè)阻抗結(jié)果基本與井曲線儲(chǔ)層的變化趨勢(shì)一致，說(shuō)明反演結(jié)果與地質(zhì)原始數(shù)據(jù)基本吻合，反演比較合理。高阻抗的分布受地震分辨率的限制,基本和較厚的砂組吻合；反演結(jié)果符合沉積相變化規(guī)律，為儲(chǔ)層空間分布預(yù)測(cè)提供合理依據(jù)。

圖4 絕對(duì)阻抗與純波地震數(shù)據(jù)對(duì)比Fig.4 Comparison of absolute impedance and pure wave seismic data

圖5 絕對(duì)阻抗剖面(上)與6 Hz低截頻相對(duì)阻抗對(duì)比Fig.5 Comparation of absolute impedance profile (above) with 6 Hz low intercept relative impedance

圖6 相對(duì)阻抗與地震疊合剖面Fig.6 Overlapping of relative impedance and seismic profile

3 儲(chǔ)層預(yù)測(cè)結(jié)果

研究區(qū)沉積相分析結(jié)果，工區(qū)沉積類(lèi)型為辮狀河(扇)三角洲相、濱淺湖相沉積，儲(chǔ)層以砂巖為主，具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性，單砂層對(duì)比識(shí)別困難，砂組的分布可通過(guò)開(kāi)時(shí)窗提取砂巖信息。根據(jù)前文巖石物理分析可知，針對(duì)不同層段的阻抗值在時(shí)窗內(nèi)提取累計(jì)砂巖的時(shí)間厚度，經(jīng)過(guò)速度轉(zhuǎn)換，得到砂體厚度分布圖(圖7)。重點(diǎn)對(duì)中段、下段的砂體進(jìn)行預(yù)測(cè)。

3.1 下宗巴音組中段

下宗巴音組中段砂體分布，圖中紅黃色區(qū)域是砂體有利發(fā)育區(qū)，藍(lán)色是泥巖發(fā)育區(qū)，推測(cè)這個(gè)時(shí)期西部可能是凹陷砂體主要物源供給區(qū)(圖7)。

圖7 下宗巴音組中段砂體厚度圖Fig.7 Sand thickness map in middle Member of Lower Zongbayin Formation

3.2 下宗巴音組下段

下宗巴音組下段由下到上5個(gè)砂組的砂體分布反映早期東南部是主要物源供給區(qū)，向上逐步減弱，中期北部也是物源供給區(qū)，下段晚期湖盆擴(kuò)大，湖水變深，水動(dòng)力減弱，砂體沉積減少，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ砂組的北部預(yù)測(cè)為砂體有利發(fā)育區(qū)(圖8)。

4 結(jié)論

(1) 下宗音巴組儲(chǔ)層主要發(fā)育在中、下段。下段儲(chǔ)層巖性為淺灰、灰色泥質(zhì)粉砂巖，淺灰色砂質(zhì)礫巖、粉砂巖和細(xì)砂巖。中段儲(chǔ)層巖性為灰色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖和砂質(zhì)礫巖。

(2)下宗音巴組儲(chǔ)層巖石礦物成分主要為石英，部分石英見(jiàn)次生加大，堿性長(zhǎng)石，巖屑成分中酸性噴出巖巖屑較多，含少量碳酸鹽、變質(zhì)巖和凝灰?guī)r的巖屑。膠結(jié)物為方解石和黏土雜基。

(3)Ⅺ區(qū)塊下宗巴音組儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間主要為孔隙型，孔隙類(lèi)型主要為次生孔隙。根據(jù)結(jié)構(gòu)和形態(tài)可分為粒間孔隙、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔和鑄模孔等4種孔隙類(lèi)型。

(4)采用稀疏脈沖反演方法對(duì)Ⅺ區(qū)塊ZH3井區(qū)儲(chǔ)層進(jìn)行了平面預(yù)測(cè)，下宗巴音組中段西部是凹陷砂體主要物源供給區(qū)，北部為砂體有利發(fā)育區(qū)；下宗巴音組下段早期東南部是主要物源供給區(qū)，中期北部也是物源供給區(qū)，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ砂組的北部預(yù)測(cè)為砂體有利發(fā)育區(qū)。

圖8 下宗巴音組下段砂體厚度圖Fig.8 Sand thickness in lower Member of Lower Zongbayin Formation