中生界波阻抗疊置砂泥巖的孔隙度預(yù)測(cè)
——以北黃海盆地X區(qū)塊為例

萬曉明，王嘹亮，劉金萍，簡(jiǎn)曉玲，柴祎（國土資源部a.海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；b.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣州510075）

中生界波阻抗疊置砂泥巖的孔隙度預(yù)測(cè)
——以北黃海盆地X區(qū)塊為例

萬曉明，王嘹亮，劉金萍，簡(jiǎn)曉玲，柴祎
（國土資源部a.海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；b.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣州510075）

北黃海盆地X區(qū)塊中生界目的層具有埋深大、儲(chǔ)集層致密、縱橫向變化快的特點(diǎn)。根據(jù)測(cè)井資料統(tǒng)計(jì)分析，中生界目的層砂泥巖縱波速度接近，縱波阻抗分布范圍疊置，利用常規(guī)波阻抗反演方法難以有效區(qū)分砂泥巖，更無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)砂巖儲(chǔ)集層的孔隙度。為解決砂泥巖波阻抗疊置區(qū)孔隙度的預(yù)測(cè)問題，探索性地采用了以下方法：①利用巖性敏感曲線重構(gòu)聲波時(shí)差曲線，并進(jìn)行反演；②通過曲線重構(gòu)反演的方法區(qū)分砂泥巖，再利用砂巖骨架約束原始波阻抗反演數(shù)據(jù)，得到砂巖原始真實(shí)的波阻抗值，進(jìn)而根據(jù)原始波阻抗與孔隙度的關(guān)系式將砂巖波阻抗轉(zhuǎn)化為孔隙度。該方法在研究區(qū)取得了較好的應(yīng)用效果。

北黃海盆地；波阻抗疊置；曲線重構(gòu)；孔隙度；波阻抗反演

目前預(yù)測(cè)孔隙度的方法主要是基于測(cè)井和地震資料，可分為2大類：一是直接依靠地震資料進(jìn)行孔隙度預(yù)測(cè)的方法，如層速度及剩余層速度求取、地震多屬性預(yù)測(cè)，地震屬性與儲(chǔ)集層孔隙度關(guān)系等[1-2]；二是結(jié)合鉆井和測(cè)井資料聯(lián)合地震反演的預(yù)測(cè)方法，依據(jù)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)在地震反演中的作用，反演方法可細(xì)分為無井反演、測(cè)井約束反演、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演等[3]。北黃海盆地X區(qū)塊儲(chǔ)集層致密，地震屬性與孔隙度間無良好的巖石物性對(duì)應(yīng)關(guān)系，依靠地震資料難以直接求取砂巖儲(chǔ)集層的孔隙度。此外，在勘探開發(fā)初期，區(qū)內(nèi)鉆井和測(cè)井資料有限。本文借助測(cè)井約束反演，以波阻抗為基礎(chǔ)進(jìn)行孔隙度等儲(chǔ)集層參數(shù)預(yù)測(cè)。實(shí)例研究證明，此種方法參數(shù)估算比地震振幅等屬性求取方法更為準(zhǔn)確可靠[4]。

1　研究區(qū)概況

X區(qū)塊位于北黃海盆地東部凹陷，其目的層為下白堊統(tǒng)和上侏羅統(tǒng)儲(chǔ)集層，沉積環(huán)境為三角洲—湖泊沉積體系，三角洲平原、沖積扇、近岸水下扇等為其主要儲(chǔ)集相帶。上述儲(chǔ)集層具有3大特征：①北黃海盆地東部凹陷面積較小，沉積物搬運(yùn)距離有限，因而儲(chǔ)集層巖性較為混雜，發(fā)育有砂礫巖、粗砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖等多種巖性，儲(chǔ)集層縱向和橫向非均質(zhì)性強(qiáng)；②受機(jī)械壓實(shí)作用和后期成巖作用改造的影響，儲(chǔ)集層較為致密，物性普遍較差，孔隙度一般在3%~10%，屬于低孔特低滲型儲(chǔ)集層；③目的層埋藏較深，砂泥巖縱波速度接近，波阻抗疊置[5-6]。

2　預(yù)測(cè)方法與流程

針對(duì)北黃海盆地X區(qū)塊下白堊統(tǒng)和上侏羅統(tǒng)儲(chǔ)集層的特征，重構(gòu)聲波時(shí)差巖性特征曲線，以有效解決砂泥巖波阻抗疊置問題，利用曲線重構(gòu)反演的方法預(yù)測(cè)全區(qū)砂泥巖[7]。通過砂巖原始波阻抗與孔隙度的關(guān)系估算其孔隙度，從而解決砂泥巖波阻抗疊置區(qū)的孔隙度預(yù)測(cè)問題，其具體流程如下（圖1）。

圖1　孔隙度預(yù)測(cè)技術(shù)流程

3　波阻抗疊置區(qū)砂巖預(yù)測(cè)

3.1巖性敏感曲線重構(gòu)

針對(duì)研究區(qū)砂泥巖波阻抗疊置區(qū)常規(guī)反演方法難以有效預(yù)測(cè)儲(chǔ)集層的問題，采用了巖性特征曲線重構(gòu)反演方法。該技術(shù)綜合了有利于目標(biāo)儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)的相關(guān)信息，通過重構(gòu)擬合以獲得一條更能突出儲(chǔ)集層、更具辨識(shí)度的特征曲線[8-9]。

結(jié)合研究區(qū)的測(cè)井、錄井資料，分別對(duì)自然電位、自然伽馬、電阻率以及聲波時(shí)差曲線對(duì)巖性識(shí)別的敏感性進(jìn)行分析。研究表明，泥巖自然伽馬通常大于100 API，砂巖自然伽馬為45~70 API，礫巖自然伽馬略低于砂巖。泥巖電阻率為8~30Ω·m，深、淺側(cè)向電阻率基本重合，砂巖電阻率為25~200Ω·m，深、淺側(cè)向電阻率有幅度差，礫巖電阻率一般高于相同物性的砂巖（圖2）。分析認(rèn)為自然伽馬、電阻率和自然電位3種曲線對(duì)研究區(qū)巖性具有良好的識(shí)別度。此外，研究區(qū)目的層巖性主要以砂泥巖為主，部分井段鉆遇了極少的灰?guī)r與火成巖，對(duì)砂泥巖識(shí)別的影響較小。

自然電位、自然伽馬、電阻率等曲線雖然能直接反映地層的巖性，但與地震反射沒有直接對(duì)應(yīng)關(guān)系。為此，需分析此類曲線與聲波時(shí)差曲線的相關(guān)性，建立二者的關(guān)系。多井曲線相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，不同井自然伽馬、電阻率和自然電位與聲波時(shí)差相關(guān)性較好（表1）。故以此為基礎(chǔ)利用測(cè)井技術(shù)信息加權(quán)法，將電阻率、自然電位、自然伽馬測(cè)井?dāng)?shù)值按給定的加權(quán)法對(duì)聲波時(shí)差曲線進(jìn)行重構(gòu)處理[7]。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)對(duì)比，確定擬合公式為

圖2　W1井測(cè)井巖性與電性剖面

表1　研究區(qū)電阻率、自然電位、自然伽馬與聲波時(shí)差曲線相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)

式中Δt——重構(gòu)后的聲波時(shí)差，μs/m；

Rt——電阻率，Ω·m；

Gr——自然伽馬，API；

SP——自然電位，mV.

圖3為研究區(qū)3口井曲線重構(gòu)前后的砂泥巖縱波阻抗分布直方圖。重構(gòu)后縱波阻抗曲線砂泥巖疊置區(qū)大幅減小，較之原始縱波阻抗有效提高了巖性辨識(shí)度，因而利用重構(gòu)曲線進(jìn)行測(cè)井約束稀疏脈沖波阻抗反演，相當(dāng)于在反演中加入了巖性信息的控制，這與測(cè)井約束反演的根本宗旨是一致的[10]，所獲結(jié)果能夠真實(shí)地反映研究區(qū)砂泥巖分布。與此同時(shí)，從重構(gòu)后縱波阻抗曲線直方圖可以確定重構(gòu)后的砂巖識(shí)別門檻值應(yīng)為1.05×107kg/m3·m/s.

3.2基于曲線重構(gòu)的波阻抗反演預(yù)測(cè)

曲線重構(gòu)反演是在初始層位標(biāo)定獲得時(shí)深關(guān)系的基礎(chǔ)上，應(yīng)用重構(gòu)獲取的擬聲波曲線，保持時(shí)深關(guān)系不變，調(diào)整子波等有關(guān)參數(shù)，建立低頻模型，最終實(shí)現(xiàn)反演預(yù)測(cè)[5，11]。在該過程中，重構(gòu)曲線對(duì)建立合理的波阻抗初始約束模型至關(guān)重要。結(jié)合X區(qū)塊下白堊統(tǒng)和上侏羅統(tǒng)地質(zhì)特征，以此為約束實(shí)現(xiàn)重構(gòu)曲線數(shù)據(jù)的內(nèi)插和外推。該技術(shù)所建立的波阻抗初始模型與實(shí)際地質(zhì)規(guī)律相符，反演結(jié)果應(yīng)與實(shí)際地質(zhì)認(rèn)識(shí)吻合程度高[12]。

圖3　砂泥巖縱波阻抗分布直方圖

過W1井和W2井波阻抗重構(gòu)反演剖面（圖4）中，縱波阻抗大于1.05×107kg/m3·m/s的層段為砂巖層，反演結(jié)果與自然伽馬測(cè)井指示的砂巖層段高度吻合。W 1井左側(cè)斜坡帶上砂體尖滅點(diǎn)清楚，薄層特征明顯。W 1井揭示上侏羅統(tǒng)上段（S2界面與S3界面之間）為一套厚度較大、純度較高的泥巖層，反演結(jié)果上該套泥巖縱波阻抗極低。W 2井于上侏羅統(tǒng)上段鉆遇一套火成巖，位于S2界面與S3界面之間高波阻抗層段的頂部，其縱波阻抗高達(dá)1.65×107kg/m3·m/s.其下部為一套砂泥巖互層，為中高波阻抗特征。反演結(jié)果顯示，研究區(qū)W1井以西斜坡帶砂體發(fā)育連續(xù)。W2井所處的構(gòu)造隆起帶由于受構(gòu)造、剝蝕、火成巖侵入影響，其砂體雜亂，發(fā)育規(guī)模較小。整體上，反演結(jié)果與鉆井所揭示的地質(zhì)認(rèn)識(shí)吻合，且與地震反射特征具有良好一致性。

圖4　過W1井與W2井波阻抗重構(gòu)反演剖面

4　孔隙度預(yù)測(cè)

4.1孔隙度與縱波阻抗的關(guān)系

鉆井揭示下白堊統(tǒng)多套儲(chǔ)集層發(fā)育次生孔隙，如W1井下白堊統(tǒng)2 413—2 426m，2 445—2 469m，2 544—2 588m，2 618—2 656m等儲(chǔ)集層段。而上侏羅統(tǒng)次生孔隙發(fā)育相對(duì)較差。因此，針對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)集層的特征以及下白堊統(tǒng)與上侏羅統(tǒng)的差異，圖5將縱波阻抗與孔隙度進(jìn)行分段交會(huì)，并以分層段擬合的方式，求取了下白堊統(tǒng)與上侏羅統(tǒng)儲(chǔ)集層縱波阻抗與孔隙度的關(guān)系式。

值得注意的是重構(gòu)聲波時(shí)差曲線主要是為了突出巖性信息，提高巖性識(shí)別度，實(shí)際上在一定程度上改變了地層真實(shí)的速度與波阻抗特征。研究區(qū)孔隙度數(shù)據(jù)是基于原始真實(shí)的三孔隙度曲線（中子、聲波時(shí)差、密度）計(jì)算所得，若將重構(gòu)聲波時(shí)差獲取的波阻抗與孔隙度交會(huì)分析，其關(guān)系固然失真，且交會(huì)分析結(jié)果表明重構(gòu)的波阻抗與孔隙度相關(guān)性相對(duì)較差。因此，采取原始波阻抗與孔隙度交會(huì)分析，以獲得目的層儲(chǔ)集層縱波阻抗與孔隙度的關(guān)系。下白堊統(tǒng)縱波阻抗與孔隙度相關(guān)系數(shù)為0.926，關(guān)系式擬合誤差為0.011 7；上侏羅統(tǒng)相關(guān)系數(shù)為0.849，關(guān)系式擬合誤差為0.015 3.下白堊統(tǒng)、上侏羅統(tǒng)擬合公式分別為

式中?K，?J——分別為下白堊統(tǒng)、上侏羅統(tǒng)孔隙度，%；

Ip——縱波阻抗，kg/m3·m/s.

圖5　研究區(qū)縱波阻抗與孔隙度交會(huì)圖

4.2預(yù)測(cè)效果分析與探討

重構(gòu)反演在一定程度改變了地層真實(shí)的速度與波阻抗特征，故不可利用原始縱波阻抗與孔隙度的關(guān)系式直接轉(zhuǎn)換重構(gòu)反演結(jié)果。因此，利用重構(gòu)反演結(jié)果，以1.05×107kg/m3·m/s為門檻值剔除泥巖，將所獲砂巖骨架約束原始縱波阻抗反演結(jié)果，從而得到砂巖原始真實(shí)的波阻抗數(shù)據(jù)，最后對(duì)其進(jìn)行孔隙度轉(zhuǎn)換。

圖7為重構(gòu)縱波阻抗與原始縱波阻抗反演結(jié)果轉(zhuǎn)換所得的孔隙度剖面。對(duì)比分析表明，W1井鉆遇的3套砂層組重構(gòu)反演預(yù)測(cè)孔隙度均低于測(cè)井解釋孔隙度，而原始縱波阻抗反演預(yù)測(cè)結(jié)果與鉆井孔隙度吻合程度更高。下白堊統(tǒng)儲(chǔ)集層重構(gòu)反演孔隙度主要為5%~8%，上侏羅統(tǒng)則更低，為3%~6%.下白堊統(tǒng)原始曲線反演預(yù)測(cè)孔隙度為6%~12%，上侏羅統(tǒng)為4%~8%.重構(gòu)反演預(yù)測(cè)結(jié)果比原始曲線反演結(jié)果整體偏低，其主要原因是重構(gòu)反演一定程度上增大了砂巖等儲(chǔ)集層的速度、波阻抗等信息。對(duì)比鉆井結(jié)果，原始曲線反演預(yù)測(cè)孔隙度與實(shí)際鉆井情況更為相符。

孔隙度預(yù)測(cè)誤差主要有3個(gè)方面：一是反演誤差，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集處理存在的誤差以及反演過程中引起的誤差均會(huì)導(dǎo)致反演最終結(jié)果存在誤差；二是縱波阻抗與測(cè)井孔隙度關(guān)系式擬合誤差；三是測(cè)井孔隙度計(jì)算誤差，測(cè)井孔隙度主要依靠三孔隙度曲線計(jì)算獲得，與巖心實(shí)測(cè)獲得的真實(shí)孔隙度仍存在差異。因此，統(tǒng)計(jì)對(duì)比各井所鉆遇主要砂層組預(yù)測(cè)平均孔隙度與測(cè)井解釋平均孔隙度、巖心實(shí)測(cè)平均孔隙度（表2），定量分析其誤差范圍，才能客觀評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)效果。

圖6　研究區(qū)重構(gòu)縱波阻抗與原始縱波阻抗反演孔隙度預(yù)測(cè)剖面

誤差統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，W 1井和W 3井所鉆遇的砂層組孔隙度平均預(yù)測(cè)絕對(duì)誤差均小于1%.W2井的W 2_Sand1砂層組與W 2_Sand3砂層組預(yù)測(cè)誤差較大，分析認(rèn)為W2井所處區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，成巖作用加強(qiáng)。W2_Sand1砂層組之上S1界面為區(qū)域不整合面，剝蝕厚度大，W 2_Sand3砂層組頂部有火成巖侵入，以上因素在一定程度上改變了儲(chǔ)集層物性的原有規(guī)律，最終導(dǎo)致預(yù)測(cè)誤差較大。與此同時(shí)，與取心井段實(shí)測(cè)平均孔隙度比較表明，除W2_Sand4和W3_Sand4兩套砂層組絕對(duì)誤差達(dá)到1.5%左右，其他砂層組誤差仍保持在較小的范圍之內(nèi)。分析認(rèn)為W 2_Sand4，W3_Sand4兩套砂層組埋藏相對(duì)較深，最大埋深達(dá)3 450m以上，且自身孔隙度相對(duì)更低，如W 3_Sand4巖心實(shí)測(cè)孔隙度不足5%，該因素增加了孔隙度預(yù)測(cè)的難度，從而導(dǎo)致預(yù)測(cè)誤差較大。整體而言，絕大部分預(yù)測(cè)誤差均在可控范圍之內(nèi)，各砂層組預(yù)測(cè)孔隙度與測(cè)井、實(shí)測(cè)孔隙度變化趨勢(shì)一致。

表2　研究區(qū)各砂組平均孔隙度預(yù)測(cè)誤差統(tǒng)計(jì)

綜上所述，曲線重構(gòu)技術(shù)是解決砂泥巖波阻抗疊置問題并進(jìn)行儲(chǔ)集層物性預(yù)測(cè)的一種有效方法。該方法預(yù)測(cè)的孔隙度整體上與測(cè)井解釋孔隙度及巖心實(shí)測(cè)孔隙度變化趨勢(shì)相同，具有良好的一致性，其預(yù)測(cè)結(jié)果是指示儲(chǔ)集層物性優(yōu)劣的可靠依據(jù)。

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Porosity Prediction ofM esozoic Sandstone and M udstonew ith Overlapped W ave Impedance:A Case Study ofX Block in North Yellow Sea Basin

WANXiaoming,WANG Liaoliang,LIU Jinping,JIANXiaoling,CHAIYi
(Ministry ofLand and Resources,a.Key Laboratory ofMarine MineralResources;b.Guangzhou Marine Geological Survey, Guangzhou,Guangdong 510075,China)

The targetzones ofthe Mesozoic in X block in North Yellow Sea basin are characterized by deep,tightand vertically-horizontal?ly varied reservoirs.According to the statistical analysis of logging data,the velocities ofsandstone and mudstone in the target zones are similar,and the distribution range ofP?wave impedance is overlapped.This paperproposed a set ofapproaches for dealingwith the prob?lem ofprediction ofreservoirporosity in sandstone andmudstonewith overlapped wave impedance:1)using sensitive lithology curve to re?construct interval transit time curve and then take inversion;2)distinguishing the sandstone andmudstone by reconstruction and inversion ofinterval transit time curve,obtaining the originalwave impedance value ofthe sandstone by using sandstonematrix constraining and in?version data;3)based on the relationship between the originalwave impedance and porosity,convert the sandstonewave impedance into po?rosity.The case study showsgood results in application ofthismethod to thisarea.

North Yellow Sea basin;wave impedance overlap;curve reconstruction;porosity;wave impedance inversion

P631.825

A

1001-3873（2015）05-0545-05

10.7657/XJPG20150508

2014-12-05

2015-06-09

國家自然科學(xué)基金（41302100）

萬曉明（1984-），男，湖北黃岡人，工程師，碩士，石油物探，（Tel）020-82251833（E-mail）daozhong09@163.com.