聲波時(shí)差長(zhǎng)趨勢(shì)脫壓實(shí)校正

賴生華 曹鑒華 張翠萍

（①西安石油大學(xué)，陜西西安710065；②天津科技大學(xué)，天津?yàn)I海新區(qū)300222；③中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第六采油廠，陜西定邊718600）

0 問題的提出

儲(chǔ)層反演是儲(chǔ)層定量化分析和評(píng)價(jià)的關(guān)鍵技術(shù)手段［1］，其中地震和聲波時(shí)差資料是必備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。聲波時(shí)差資料常用于識(shí)別儲(chǔ)層巖性和物性［2］，同時(shí)也是連接測(cè)井（深度域）與地震資料（時(shí)間域）的關(guān)鍵橋梁。一般情況下儲(chǔ)層的聲波時(shí)差特征明顯（與圍巖速度差異明顯），有助于獲得高分辨率的反演剖面，為最終地質(zhì)解釋提供可靠的依據(jù)。

延長(zhǎng)氣田F 區(qū)塊二疊系巖性主要為砂、泥巖，儲(chǔ)層以三角洲前緣沉積相為主。由于受沉積作用、壓實(shí)作用、成巖改造等多種復(fù)雜地質(zhì)因素影響，儲(chǔ)層表現(xiàn)為低孔、低滲、非常致密的特征［3-5］，其聲波時(shí)差、密度與圍巖差異較小，地球物理特征不明顯，嚴(yán)重影響地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的可靠性和精度（圖1）。如果直接使用聲波時(shí)差曲線進(jìn)行反演，反演成果將缺乏可靠的地質(zhì)解釋依據(jù)，嚴(yán)重影響儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度。若能減小或者部分消除壓實(shí)作用對(duì)聲波時(shí)差（聲波速度）的影響，將使儲(chǔ)層（砂巖）與圍巖（泥巖）的聲波時(shí)差（速度）差異變大，有利于后續(xù)的地震反演處理和分析。通常的聲波脫壓實(shí)校正方法根據(jù)現(xiàn)今觀測(cè)到的巖層的孔隙度—深度或密度—深度數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)計(jì)方法建立巖層的孔隙度—深度函數(shù)，再根據(jù)地層骨架體積不變（或地層骨架密度不變）原理進(jìn)行脫壓實(shí)校正，恢復(fù)巖層的壓實(shí)埋藏過程［6-8］。這種方法理論較為嚴(yán)謹(jǐn)，應(yīng)用非常廣泛，但操作過程復(fù)雜，影響因素多，而且往往無法獲得準(zhǔn)確的初始孔隙度值、精確的孔隙度—深度函數(shù)等?；贔 區(qū)儲(chǔ)層地震反演的實(shí)際情況，認(rèn)為以傳統(tǒng)地質(zhì)過程分析為主的聲波脫壓實(shí)校正方法較為復(fù)雜，同時(shí)受限于該區(qū)現(xiàn)有的資料現(xiàn)狀，實(shí)際可操作性較差。

聲波分頻重構(gòu)是解決上述問題的一種方案，其做法是將對(duì)巖性敏感的測(cè)井曲線（如自然伽馬）高頻成分與聲波原有低頻組分融合重構(gòu)，再利用重構(gòu)聲波曲線進(jìn)行儲(chǔ)層地震反演［9-10］，但該方案缺乏有力的地球物理理論支撐。為此，針對(duì)F 區(qū)致密儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，本文提出了聲波時(shí)差長(zhǎng)趨勢(shì)脫壓實(shí)校正方法。選用標(biāo)準(zhǔn)井對(duì)該區(qū)聲波低頻分量統(tǒng)一校正，然后將其與原有的高頻分量融合形成新的聲波時(shí)差曲線，并參與后續(xù)的儲(chǔ)層多屬性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演，獲得了較好的應(yīng)用效果［11-13］。

圖1 F區(qū)AN4井目標(biāo)層段儲(chǔ)層的地球物理響應(yīng)特征

1 聲波時(shí)差長(zhǎng)趨勢(shì)脫壓實(shí)校正

當(dāng)聲波在地層中由淺入深傳播時(shí)，傳播速度受地層巖性、孔隙度、含流體性質(zhì)及壓實(shí)性等諸多因素的影響。在使用聲波時(shí)差曲線時(shí)，除了直接利用其幅值變化特征外，還可將其轉(zhuǎn)換到頻率域并分析地層特征。通常聲波時(shí)差低頻組分曲線幅值變化較平緩，且隨地層埋深增加而逐步增大，反映了地層的整體結(jié)構(gòu)變化特征。中、高頻組分曲線幅值變化相對(duì)劇烈，與地層中存在巖性突變、物性變化、含流體等地層因素有關(guān)［14-16］。

F區(qū)目標(biāo)層沉積環(huán)境為三角洲前緣，地層厚度變化相對(duì)穩(wěn)定，同時(shí)山西組內(nèi)發(fā)育了多套厚層泥巖，目標(biāo)層整體較為致密。結(jié)合該區(qū)聲波時(shí)差變化特征，認(rèn)為壓實(shí)作用對(duì)本區(qū)聲波時(shí)差低頻組分影響較大，適當(dāng)校正聲波時(shí)差超低頻組分信息可以突顯目標(biāo)層中由于巖性、物性、流體等變化因素引起的高頻組分特征，增大儲(chǔ)層與圍巖的速度差異，進(jìn)而達(dá)到聲波脫壓實(shí)校正的目的。

為提高F區(qū)聲波時(shí)差對(duì)砂巖儲(chǔ)層的辨識(shí)精度，文中提出了基于時(shí)頻分析的聲波時(shí)差長(zhǎng)趨勢(shì)脫壓實(shí)校正方法。首先對(duì)聲波時(shí)差曲線進(jìn)行時(shí)頻分析。如今常用廣義S變換、小波變換、匹配追蹤等方法進(jìn)行時(shí)頻分析，并基于處理結(jié)果預(yù)測(cè)儲(chǔ)層［14-16］。聲波時(shí)差信號(hào)具有時(shí)間刻度單位（μs／m），滿足時(shí)序序列分析數(shù)據(jù)要求。與地震數(shù)據(jù)不同，聲波時(shí)差曲線的時(shí)頻分析無需過于復(fù)雜的變換手段。這里選用短時(shí)傅里葉變換方法，其表達(dá)式為

式中：f（t）為輸入信號(hào)，t為時(shí)間；g（t－τ）為對(duì)稱的時(shí)間窗函數(shù)，τ為時(shí)移；ω 為角頻率。

圖2為Y140井聲波速度低頻分量、高頻分量分離曲線。由圖可見，低頻分量變化平緩，高頻分量呈頻繁抖動(dòng)、尖刺特征，這些變化特征反映了地層結(jié)構(gòu)。圖3為Y140井聲波速度低頻分量特征。由圖可見，0～10Hz頻段曲線明顯反映了中、下部高速巖性段引起的速度變化，0～20Hz、0～30Hz頻段曲線對(duì)速度變化的響應(yīng)更明顯。經(jīng)過對(duì)0～10Hz頻段的低頻分量進(jìn)行掃描，發(fā)現(xiàn)0～3Hz的低頻分量對(duì)中、下部高速巖性段引起的速度變化存在較弱響應(yīng)，因此將0～2Hz的低頻速度作為聲波時(shí)差長(zhǎng)趨勢(shì)低頻分量。在上述聲波時(shí)差曲線時(shí)頻分析基礎(chǔ)上，通過信號(hào)的頻譜掃描，參考已有研究成果［17-18］，最終將2Hz以下頻率成分的信號(hào)定義為低頻聲波時(shí)差長(zhǎng)趨勢(shì)分量。

圖2 Y140井聲波速度低頻分量、高頻分量分離曲線

圖3 Y140井聲波速度低頻分量特征

選擇目標(biāo)層段對(duì)巖性特征區(qū)分相對(duì)清晰的聲波時(shí)差曲線作為標(biāo)準(zhǔn)井曲線，然后對(duì)所有井的聲波時(shí)差曲線進(jìn)行時(shí)頻分析，分離低頻長(zhǎng)趨勢(shì)分量和高頻分量。以標(biāo)準(zhǔn)井聲波時(shí)差低頻長(zhǎng)趨勢(shì)分量為參考，對(duì)F區(qū)內(nèi)其他井的聲波時(shí)差長(zhǎng)趨勢(shì)低頻分量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使各井的聲波時(shí)差長(zhǎng)趨勢(shì)低頻分量變化趨勢(shì)一致。標(biāo)準(zhǔn)化處理利用簡(jiǎn)單、實(shí)用的頻率分布直方圖法，確定標(biāo)準(zhǔn)井低頻分量分布概率峰值，利用概率峰值速度差值完成其他井的低頻分量校正（圖4）。將校正后的低頻分量與原始中、高頻分量在頻率域疊加，再通過傅里葉逆變換及時(shí)深轉(zhuǎn)換完成分頻重構(gòu)，獲得新的聲波時(shí)差曲線，完成脫壓實(shí)校正（圖5）。式中：F（ω）為頻譜；～f（t）為輸出信號(hào)。

圖4 聲波速度低頻分量頻率分布直方圖

圖5 聲波時(shí)差長(zhǎng)趨勢(shì)脫壓實(shí)校正技術(shù)流程

2 實(shí)際數(shù)據(jù)應(yīng)用

圖6為Y454井目標(biāo)層段聲波時(shí)差長(zhǎng)趨勢(shì)脫壓實(shí)校正效果。由圖可見，聲波時(shí)差長(zhǎng)趨勢(shì)脫壓實(shí)校正后聲波時(shí)差曲線不僅很好地保留了原始聲波時(shí)差曲線的高頻變化細(xì)節(jié)，而且較好地突出了儲(chǔ)層與非儲(chǔ)層的差異，明顯改善了對(duì)砂巖儲(chǔ)層與圍巖的辨識(shí)效果（圖6c）。為了進(jìn)一步驗(yàn)證文中方法的合理性，結(jié)合地震標(biāo)定對(duì)比聲波時(shí)差長(zhǎng)趨勢(shì)脫壓實(shí)校正前、后的合成記錄（圖7）?？梢?，Y454井目標(biāo)層段聲波時(shí)差曲線經(jīng)長(zhǎng)趨勢(shì)脫壓實(shí)校正后，合成記錄標(biāo)定更合理，但目標(biāo)層段的整體地震分辨率還偏低。

圖6 Y454井目標(biāo)層段聲波時(shí)差長(zhǎng)趨勢(shì)脫壓實(shí)校正效果

圖7 Y54井目標(biāo)層段聲波時(shí)差長(zhǎng)趨勢(shì)脫壓實(shí)校正前、后合成記錄

F區(qū)目標(biāo)層單砂體厚度較小，地震資料主頻約為35Hz，采用常規(guī)基于模型的地震反演方法識(shí)別儲(chǔ)層效果有限。為了更好地應(yīng)用聲波時(shí)差長(zhǎng)趨勢(shì)脫壓實(shí)校正資料，在該區(qū)開展儲(chǔ)層多屬性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)地震反演，綜合利用井震屬性數(shù)據(jù)獲得高分辨聲波速度反演數(shù)據(jù)體以解釋和預(yù)測(cè)儲(chǔ)層。

儲(chǔ)層多屬性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)地震反演融合地震屬性和測(cè)井屬性預(yù)測(cè)儲(chǔ)層［1，19-20］?；驹硎墙柚阎c(diǎn)的硬數(shù)據(jù)分析井曲線和地震數(shù)據(jù)，應(yīng)用非線性逐步回歸、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分析和訓(xùn)練提取的已知井點(diǎn)的地震屬性、測(cè)井特征，找出地震屬性和測(cè)井特征之間的關(guān)系，然后利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將這種高相關(guān)性的映射關(guān)系用于整個(gè)地震數(shù)據(jù)，完成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)井特征反演。

在F區(qū)對(duì)目標(biāo)層段由聲波時(shí)差長(zhǎng)趨勢(shì)脫壓實(shí)校正后的聲波速度作為特征曲線參與反演，優(yōu)選多種地震屬性（地震瞬時(shí)頻率、振幅包絡(luò)、振幅導(dǎo)數(shù)、瞬時(shí)相位余弦等）作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入。通過樣本訓(xùn)練、測(cè)試確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，然后對(duì)所有地震數(shù)據(jù)反演聲波速度。

圖8為07YC-EW242測(cè)線二維聲波速度反演結(jié)果。由圖可見：振幅剖面的目標(biāo)層段視分辨率較低，主頻約為35Hz（圖8a）；聲波時(shí)差長(zhǎng)趨勢(shì)脫壓實(shí)校正后反演速度剖面（圖8b）的地層分辨率明顯高于聲波時(shí)差長(zhǎng)趨勢(shì)脫壓實(shí)校正前反演速度剖面（圖8c），儲(chǔ)層縱、橫向分布特征清晰（箭頭所指處）。影響神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演效果的因素較多，對(duì)比聲波時(shí)差長(zhǎng)趨勢(shì)脫壓實(shí)校正前、后反演結(jié)果可知，后者更合理，與井?dāng)?shù)據(jù)特征更匹配。

圖8 07YC-EW242測(cè)線二維聲波速度反演結(jié)果

利用反演成果解釋和預(yù)測(cè)目標(biāo)儲(chǔ)層的橫向展布特征。根據(jù)前述地球物理特征分析確定儲(chǔ)層的聲波時(shí)差特征和速度分布范圍，取儲(chǔ)層速度門檻值為4000m／s（大于該值的認(rèn)為是儲(chǔ)層樣點(diǎn)），然后在反演速度剖面上提取目標(biāo)層滿足條件的樣點(diǎn)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)轉(zhuǎn)換為分析時(shí)窗內(nèi)的儲(chǔ)層厚度。最終獲得F 區(qū)二疊系盒8段（H7與H8之間地層）儲(chǔ)層厚度圖（圖9）?？梢姡汉?段主要為三角洲前緣沉積亞相，主要沉積微相為水下分流河道、分流間灣及河口砂壩等。平面上整體呈南北向條帶或片狀分布。較厚儲(chǔ)層主要分布在北部、中部Y140井以西條帶及東南側(cè)，儲(chǔ)層厚度一般大于15m，局部可達(dá)20m。經(jīng)鉆井資料證實(shí)，預(yù)測(cè)的儲(chǔ)層厚度與鉆井資料和沉積相帶平面分布規(guī)律吻合良好。

圖9 F區(qū)二疊系盒8段儲(chǔ)層厚度圖

3 結(jié)論

（1）壓實(shí)作用導(dǎo)致延長(zhǎng)氣田F區(qū)塊二疊系石盒子組和山西組儲(chǔ)層較致密，致使儲(chǔ)層與圍巖聲波時(shí)差特征接近，不利于地震反演和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。減小或者消除壓實(shí)作用對(duì)聲波時(shí)差的影響，可改善對(duì)儲(chǔ)層與圍巖的辨識(shí)效果，從而獲得較好的地震反演結(jié)果。

（2）結(jié)合地震反演需求，采用時(shí)頻分析方法對(duì)原始聲波時(shí)差曲線分頻處理，以標(biāo)準(zhǔn)井的低頻組分為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)F 區(qū)所有井進(jìn)行聲波低頻長(zhǎng)趨勢(shì)校正；然后與原有高頻組分分頻融合形成新的聲波時(shí)差數(shù)據(jù)，完成聲波時(shí)差長(zhǎng)趨勢(shì)脫壓實(shí)校正，使儲(chǔ)層與圍巖的聲波時(shí)差值重疊區(qū)域減小，提高了對(duì)儲(chǔ)層的辨識(shí)精度。

（3）基于聲波時(shí)差長(zhǎng)趨勢(shì)脫壓實(shí)校正實(shí)施神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)地震速度反演，獲得了較高分辨率的聲波速度反演剖面，精細(xì)預(yù)測(cè)了儲(chǔ)層厚度。