疊前地質(zhì)統(tǒng)計學反演在松遼盆地徐家圍子斷陷X 區(qū)塊火山巖儲層預測中的應用

向陽臣

（中國石油大慶油田有限責任公司采氣分公司，黑龍江大慶 163458）

0 引 言

火山巖油氣藏作為一種復雜而特殊的油氣藏，其地質(zhì)結(jié)構(gòu)、成藏模式及形成機理復雜，巖相分布和成儲機制與沉積巖有較大差異。受多種因素的控制，多期次的火山巖相互疊置，巖性種類多、巖相變化快，導致火山巖地震響應特征也十分復雜，儲層預測難度大［1］。

在松遼盆地徐家圍子火山巖氣藏勘探開發(fā)實踐中，許多學者在火山巖儲層預測方面進行了大量的研究。張殿成等［2］在松遼盆地汪家屯地區(qū)火山巖儲層預測中，根據(jù)火山巖的地震反射特征，通過地震巖性模擬和地震相解釋，應用三維可視化、屬性聚類分析和瞬時振幅等地震技術(shù)，識別高波阻抗火山巖相。陳建文等［3］對松遼盆地徐家圍子斷陷營城組火山巖相和火山機構(gòu)進行了分析，識別出5 種火山巖相和3 種火山機構(gòu)。唐華風等［4］根據(jù)火山機構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和構(gòu)造不隨火山錐體形狀變化而變化的特征，利用傾角和相干屬性識別遭受嚴重剝蝕的隱伏火山機構(gòu)。姜傳金等［5‐6］建立了火山巖地震特征識別和提取方法，形成了適合火山巖復雜結(jié)構(gòu)的、基于小波分頻和廣義S變換的頻譜成像火山巖預測技術(shù)，進而根據(jù)井震聯(lián)合儲層反演和地震衰減屬性進行含氣性檢測。張爾華等［7］通過徐家圍子6 000 km2三維地震資料連片疊前時間偏移處理解釋，系統(tǒng)開展了盆地演化、深大斷裂作用和火山巖時空分布關(guān)系研究，根據(jù)火山活動特征和火山機構(gòu)的疊置關(guān)系，實現(xiàn)了火山口疊合發(fā)育區(qū)單個火山機構(gòu)的地震識別。陳樹民等［8］依托中國石油物探技術(shù)攻關(guān)項目，針對徐家圍子火山巖地震儲層預測的難題和需求，從巖石物理建模、地震處理和解釋等方面進行了系統(tǒng)的研究，應用巖石物理解釋模版對地震疊前反演結(jié)果進行定量解釋，預測了火山巖有利含氣儲層的空間展布。

上述研究成果的應用，為徐深氣田的快速探明發(fā)揮了關(guān)鍵作用。但由于這些研究范圍是整體徐家圍子斷陷，考慮的是整個斷陷的區(qū)域構(gòu)造格局和火山巖儲層宏觀展布特征、分布規(guī)律，對火山巖儲層局部火山巖體特征、輪廓、火山通道、內(nèi)部期次界面及火山巖體之間的接觸關(guān)系等細節(jié)的處理效果較差，難以滿足深層儲層目標精細刻畫的需要。隨著徐深氣田開發(fā)的不斷精細，對火山巖氣藏描述提出了更高的要求，火山巖儲層預測仍是需要不斷探索的課題。

本文針對X 區(qū)塊火山巖儲層特點，通過巖石物理分析，引入巖性阻抗參數(shù)，得到預測火山巖有效儲層的敏感巖石物理參數(shù)；通過優(yōu)化地震道集疊加方案、精細構(gòu)建初始模型等途徑，改進疊前地質(zhì)統(tǒng)計學反演技術(shù)流程，提高反演精度，形成了一套基于疊前地質(zhì)統(tǒng)計學反演的火山巖有利儲層綜合預測方法，實際應用取得了良好的效果。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于松遼盆地北部徐家圍子斷陷的東北部，中部橫跨徐東凹陷，東部伸入徐東斜坡帶。氣藏受構(gòu)造、火山巖體、巖相、斷層及火山噴發(fā)期次多種因素控制，氣藏類型多為構(gòu)造?巖性、斷層?巖性氣藏［9‐10］；發(fā)育營城組一段火山巖和營城組四段礫巖2 套儲層，主要產(chǎn)氣層為營城組一段火山巖儲層，細分為3 個期次（期次Ⅰ、期次Ⅱ和期次Ⅲ）。

營城組一段沉積時期，火山活動活躍，火山多源—多期次噴發(fā)，形成火山巖全區(qū)連片發(fā)育，加之火山巖巖性復雜多變，造成橫向速度變化大，導致地震資料成像困難；同時深層地層傾角大，斷裂分布復雜，儲層類型種類多，厚度變化大，火山巖埋藏深度大，儲層孔隙結(jié)構(gòu)復雜，孔、洞和裂縫并存，深層地層沉積壓實作用強，不同巖性之間波阻抗差小，地震波反射能量弱、結(jié)構(gòu)特征不明顯。研究區(qū)這些特有的地震地質(zhì)條件，增加了火山巖儲層預測難度。

區(qū)內(nèi)鉆遇營城組的井16 口，試氣井14 口，產(chǎn)氣層主要在營一段，儲層類型為火山巖，其中7 口井獲工業(yè)氣流，4 口井低產(chǎn)氣流，產(chǎn)水井3 口。

研究區(qū)2004—2007 年進行過三維地震勘探，為提高成像精度，本次研究對200 km2三維地震資料開展了保幅疊前時間偏移處理，形成高信噪比的CRP 道集，以滿足疊前反演的需要。

2 火山巖儲層巖石物理

巖石物理分析是儲層反演的基礎(chǔ)。巖石物理分析的目的旨在找出對儲層敏感的測井參數(shù)及其變化規(guī)律，建立儲層屬性（巖性、孔隙度、流體飽和度等）與彈性參數(shù)或地震響應之間的聯(lián)系，取得最佳、最合理的巖石物理模型解釋結(jié)果，并建立它們之間的解釋圖版，為選擇儲層預測方法提供依據(jù)。

對研究區(qū)內(nèi)的19 口井進行了測井環(huán)境校正、橫波曲線重構(gòu)等預處理，繼而開展巖石物理分析，確定儲層預測和含氣識別的敏感參數(shù)。

統(tǒng)計分析縱波阻抗、橫波阻抗、密度、縱橫波速度比（vp/vs）以及自然伽馬、電阻率6 種巖石物理參數(shù)儲層特征分布（圖1）。從圖1 可以看出，縱波阻抗、橫波阻抗、自然伽馬3 種巖石物理參數(shù)儲層與非儲層特征有重疊，區(qū)分儲層與非儲層特征不明顯；密度、縱橫波速度比和電阻率對儲層有明顯反映，其中密度對儲層響應最明顯?；鹕綆r含氣后，密度降低明顯，變化敏感，所以密度能有效區(qū)分儲層與非儲層，可以利用密度預測火山巖儲層?；鹕綆r儲層密度臨界值為2.5 g/cm3，即密度小于等于2.5 g/cm3為儲層，大于2.5 g/cm3為非儲層。

圖1 火山巖儲層巖石物理響應Fig.1 Petrophysical response of volcanic reservoirs

進一步分析火山巖儲層的含氣特征，研究區(qū)火山巖含氣儲層縱波阻抗和橫波阻抗交會雖然有重疊，但有一定規(guī)律，若通過適當?shù)淖鴺俗儞Q，就可以區(qū)分含氣儲層和非儲層。將縱橫波阻抗交會坐標系旋轉(zhuǎn)某個角度，得到一個新的彈性屬性，即巖性阻抗I［11‐12］，公式為

式中：I——巖性阻抗，Gg/（m2·s）；Ip——縱波阻抗，Gg/（m2·s）；Is——橫波阻抗，Gg/（m2·s）；θ——旋轉(zhuǎn)軸夾角，（°）。

巖性阻抗是縱波阻抗和橫波阻抗的綜合反映，它不僅反映了儲層巖性的差異，而且對儲層內(nèi)流體和骨架孔隙有一定程度的響應，可以用于含油氣儲層檢測。

通過研究區(qū)實驗認為，旋轉(zhuǎn)角為95°時，巖性阻抗與含氣儲層的相關(guān)性最好（圖2），巖性阻抗小于4.2 Gg/（m2·s）的區(qū)域主要對應含氣儲層，所以可以利用巖性阻抗識別儲層含氣性，巖性阻抗值4.2 Gg/（m2·s）是區(qū)分含氣儲層和非含氣儲層的臨界值。

圖2 巖性阻抗與縱波阻抗交會Fig.2 Crossplot of lithologic impedance vs.P-wave impedance

3 疊前地質(zhì)統(tǒng)計學反演及流程改進

疊前彈性參數(shù)反演技術(shù)通過利用不同炮檢距（角度）道集以及橫波、縱波和密度等測井資料，聯(lián)合反演出與巖性和含油氣性相關(guān)的多種彈性參數(shù)（縱波阻抗、橫波阻抗、密度、泊松比等），是目前綜合判別儲層物性及含油氣性的有效技術(shù)［13‐14］。

地質(zhì)統(tǒng)計學反演技術(shù)將地震反演方法與隨機模擬理論充分結(jié)合，能夠有效地綜合運用地質(zhì)、測井和地震信息對地下儲層進行研究，在充分發(fā)揮地震資料橫向分辨率優(yōu)勢的同時，具有更高的縱向分辨能力［15‐16］。

疊前彈性參數(shù)同步反演方法得到的結(jié)果橫向變化自然，地質(zhì)信息豐富，缺點是縱向分辨率較低；地質(zhì)統(tǒng)計反演方法的優(yōu)點是縱向分辨率高，缺點是橫向上受井約束過多，地震信息相對較少，橫向變化不夠自然。疊前地質(zhì)統(tǒng)計學反演將隨機模擬與疊前反演相結(jié)合，不僅可以反演各種儲層彈性參數(shù)，還提高了反演結(jié)果的分辨率。

本文在常規(guī)疊前地質(zhì)統(tǒng)計學反演流程基礎(chǔ)上，對部分疊加道集選取、初始模型建立等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行了改進，提高了反演精度。

3.1 地震道集疊加方案優(yōu)化

疊前彈性反演的本質(zhì)是利用疊前地震道的AVO 信息，對不同角度或者偏移距疊加后的多個地震數(shù)據(jù)體同時進行聯(lián)立求解，獲得縱波阻抗、橫波阻抗和密度等巖石彈性參數(shù)，因此疊前道集的角度疊加個數(shù)對疊前反演結(jié)果影響很大。目前一般的疊加方式是將道集進行均分，劃分出小、中、大3 個角度進行部分疊加。

為提高反演穩(wěn)定性和反演結(jié)果分辨率，在有效入射角范圍內(nèi)，設計了3 個角度（3°～13°、13°～23°、23°～33°）疊加和5 個角度（3°～9°、9°～15°、15°～21°、21°～27°、27°～33°）疊加的2 套角度疊加方案進行試驗。

從2 種疊加方案數(shù)據(jù)體的密度反演試驗結(jié)果來看（圖3），5 個角度疊加數(shù)據(jù)的疊前密度反演分辨率更高，橫向展布自然，為此本次儲層預測疊前反演采用5 個角度疊加數(shù)據(jù)方案。

圖3 3個角度和5個角度疊加數(shù)據(jù)體疊前反演密度剖面對比Fig.3 Correlation of prestack inversion density section for three-angle and five-angle stack data bodies

3.2 反演初始模型構(gòu)建

初始模型的建立是測井約束地震反演的基礎(chǔ)。通常的初始模型建立方法是根據(jù)地震解釋的層位和斷層，按沉積規(guī)律在大層之間內(nèi)插出很多小層，建立地質(zhì)框架結(jié)構(gòu)；在這個地質(zhì)框架結(jié)構(gòu)控制下，按照一定的插值方式對測井數(shù)據(jù)沿層進行內(nèi)插、外推，形成反演初始地質(zhì)模型。

初始模型受層位斷層解釋精度、已知井數(shù)量及分布和地震、測井資料品質(zhì)等諸多因素影響。該研究區(qū)火山巖地層厚度大、產(chǎn)狀變化大、非均質(zhì)性強，且斷裂分布復雜。為提高初始模型精度，在層位斷層精細解釋基礎(chǔ)上，沿各層序提取地震均方根振幅屬性作為一個地質(zhì)約束條件，在測井數(shù)據(jù)和沿層均方根振幅屬性共同約束下進行內(nèi)插和外推，產(chǎn)生一個平滑、閉合的低頻實體模型，提高了初始地質(zhì)模型精度和反演精度。

4 實際應用及效果

應用上述技術(shù)流程，對研究區(qū)200 km2三維地震資料進行了疊前地質(zhì)統(tǒng)計學反演，得到三維縱橫波阻抗體和密度體，對反演數(shù)據(jù)體進行解釋，進行儲層參數(shù)預測與含氣性檢測。

4.1 應用密度反演預測儲層參數(shù)

首先通過巖石物理建模得到的巖石物理解釋圖版，對反演密度體定量解釋，得到火山巖儲層厚度分布；進一步在測井儲層參數(shù)解釋的基礎(chǔ)上，結(jié)合各種實驗分析數(shù)據(jù)、區(qū)域地質(zhì)特征和測試分析結(jié)果，通過統(tǒng)計分析，得到該區(qū)密度與孔隙度、密度與飽和度的定量關(guān)系式，進而可以將密度體換算成孔隙度體、飽和度體，提取不同期次火山巖儲層的物性數(shù)據(jù)體，從而得到儲層孔隙度和飽和度的分布。

圖4 是孔隙度反演連井剖面，可以看出，疊前地質(zhì)統(tǒng)計密度反演具有較高的分辨率，剖面上儲層橫向展布自然，尖滅、變化點清晰，與鉆井吻合度良好，預測符合率達到85%。

圖4 疊前地質(zhì)統(tǒng)計學反演孔隙度剖面Fig.4 Porosity section by prestack geostatistics inversion

4.2 應用巖性阻抗檢測儲層含氣性

對反演縱橫波阻抗體進行變換，得到巖性阻抗體，利用巖性阻抗體檢測含氣儲層。表1 是不同期次火山巖儲層2 種方法含氣儲層預測符合率統(tǒng)計。圖5 是疊前巖性阻抗與疊后衰減屬性含氣儲層檢測效果對比。

圖5 疊前巖性阻抗與疊后衰減屬性含氣儲層檢測效果對比Fig.5 Correlation of detected effects of prestack lithologic impedance and poststack attenuation attribute for gas-bearing reservoirs detection

從表1 看出，疊前巖性阻抗屬性預測各目的層段的含油氣性的符合率均高于疊后高頻吸收衰減方法，表明疊前巖性阻抗是預測火山巖含氣儲層的有效方法。

表1 疊前、疊后含氣檢測符合率對比Table 1 Comparisons of coincidence rate between prestack and poststack gas detections

應用上述儲層預測成果，在研究區(qū)開展氣藏綜合描述、預測有利井位目標，為X 區(qū)塊后續(xù)開發(fā)評價提供了有效技術(shù)支撐。

5 結(jié) 論

（1）研究區(qū)密度、縱橫波速度比和電阻率是火山巖儲層的敏感巖石物理參數(shù)，其中密度最敏感，可以利用密度反演預測火山巖儲層。

（2）縱波阻抗和橫波阻抗通過適當?shù)淖鴺俗儞Q，可以得到一個新的彈性屬性，即巖性阻抗，巖性阻抗對含氣儲層最敏感，能有效地預測火山巖有效儲層。

（3）疊前道集的角度疊加個數(shù)對疊前反演結(jié)果影響很大，5 個角度部分疊加通常比3 個角度部分疊加反演精度更高。

（4）通過疊前地質(zhì)統(tǒng)計學反演，利用密度預測儲層參數(shù)、巖性阻抗識別儲層含氣性，是預測火山巖有利儲層的有效方法，在類似地區(qū)可以推廣應用。