基于巖石物理校正的相控構型反演方法研究
——以珠江口盆地陽江東凹巖性圈閉勘探為例

張曉釗, 彭光榮, 吳 靜, 白海軍, 張志偉

(中海石油(中國)有限公司 深圳分公司研究院，深圳 518054)

0 引言

賈承造等[1]就提出儲集層預測與描述是巖性地層油氣藏勘探的關鍵環(huán)節(jié)之一，儲集層預測技術逐漸成為地層巖性油氣藏核心技術之一。儲集層預測技術主要包括遞推類反演、測井約束反演和疊前地震反演，由于測井約束反演突破了傳統(tǒng)意義上地震分辨率的限制，因此使用最為廣泛，技術發(fā)展較為完善。薩利明等[2]系統(tǒng)總結了地震反演技術的發(fā)展和存在問題，并指出擬測井曲線反演技術可進一步提高反演分辨率；陳美伊等[3]在高頻等時地層格架基礎上，利用沉積相去約束砂體展布，在一定程度上體現(xiàn)河道砂體的連通性和擺動特點，最終在反演剖面上能夠識別2 m以上的砂體；顧雯等[4]利用地震波形指示反演技術對薄儲層進行了預測，地震波形指示反演充分利用地震波形的橫向變化，比傳統(tǒng)隨機反演方法確定性更強，更好地體現(xiàn)了沉積相的約束，在準噶爾盆地B地區(qū)薄層砂巖氣藏中取得了較好效果；周淑慧等[5]針對勘探階段薄砂體高分辨預測的難題，提出基于低頻約束的高分辨構型反演方法，把反演的頻譜分為低頻、中頻、高頻、超高頻四部分，其中前三部分為構型建模部分，超高頻(大于200 Hz)仍然采用隨機建模結果，通過模型及實例分析認為該反演方法分辨率有效提高，可以精確預測薄互層單砂體的空間展布，且對井控程度依賴性較??；段南[6]在疊前域使用地震波形指示反演代替常規(guī)反演，可以很好地解決薄儲層預測中縱橫向分辨率不高、縱波阻抗無法有效識別砂泥巖的問題；楊東升等[7]運用古地貌分析、三維可視化、疊前彈性反演儲層預測等多種地球物理解釋技術，有效識別和刻畫了古近系陡坡扇的巖性圈閉和儲層展布。

陽江東凹位于珠江口盆地西翼，其北部與海南隆起和陽春低凸起接壤，南部為陽江低凸起，東與珠一凹陷的恩平凹陷相連，西與陽江中低凸起相連，分為陽江24洼、恩平19洼、恩平20洼和恩平21洼四個次級洼陷及復式半地塹[8]，陽江東凹區(qū)域位置如圖1所示。從1979年開始勘探，直至2018年才取得勘探突破，經(jīng)過近兩年集束勘探，發(fā)現(xiàn)兩個油田，多個含油構造，并證實恩平20洼和恩平21洼為富生烴洼陷，陽江24洼為潛在富生烴洼陷[9]。陽江東凹已發(fā)現(xiàn)油層大部分集中于中淺層的韓江組和珠江組，且厚度基本小于10 m[10]。經(jīng)過地震資料分析，中淺層地震主頻在40 Hz左右，即使在地震信噪比較高的條件下利用傳統(tǒng)波阻抗反演也難以識別10 m以下地層，并且陽江東凹中淺層處于古珠江三角洲側翼，沉積相帶為三角洲前緣和前三角洲，砂體類型多樣，砂泥巖波阻抗差小，因此需要新的反演方法來對薄層砂體進行刻畫，為巖性圈閉尖滅線落實打下堅實的基礎。

圖1 陽江東凹區(qū)域位置圖[8](據(jù)彭光榮等，有修改)Fig.1 Location map of Yangjiang east sag

1 相控構型反演方法

相控構型反演能夠解決儲層薄、橫向變化快難題，它充分利用地質、測井和地震數(shù)據(jù)，具有較高的分辨率。構型反演的頻帶主要有低頻、中頻、高頻和超高頻四部分組成，稀疏脈沖反演主要包括低頻和中頻，地質統(tǒng)計學反演主要包括低頻、中頻和超高頻，高頻部分是構型反演的核心部分，也是反演分辨率能夠提高的關鍵[11]，頻帶分布如圖2所示。相控構型反演對輸入的地震數(shù)據(jù)和井曲線數(shù)據(jù)質量要求較高，因此本文的構型反演技術流程如圖3所示，該方法主要包括基于巖石物理分析的井曲線校正、地震數(shù)據(jù)解釋性處理和相控構型建模三個關鍵步驟。

圖2 構型反演頻率分布圖Fig.2 Frequency distribution of configuration inversion

圖3 相控構型反演流程圖Fig.3 Flow chart of phase controlled configuration inversion

1.1 基于巖石物理分析的井曲線校正

通過對中淺層已鉆井的密度和速度的分析，發(fā)現(xiàn)中淺層砂巖和泥巖波阻抗混疊嚴重，不能簡單的用單一波阻抗區(qū)分砂泥巖。對于砂泥巖的巖石物理參數(shù)，一般可以劃分為石英或長石、泥質、束縛水和有效孔隙度四個參數(shù)，并且束縛水和有效孔隙度組成巖石的總孔隙度。通過對已鉆井多礦物解釋成果進行交匯分析(圖4)，砂巖有效孔隙大部分大于泥巖有效孔隙，但砂巖總孔隙度與泥巖基本相當，這主要是由于泥巖中束縛水含量高造成的，總孔隙度與砂泥巖波阻抗成正比關系，最終導致砂巖和泥巖波阻抗相近，難以區(qū)分[12]。筆者根據(jù)測井ELAN解釋得到各個礦物所占的百分比，并利用各種礦物的經(jīng)驗模量通過HILL平均方程得到混合骨架彈性模量，利用基于DEM等效的KT模型來計算干巖石的模量，利用Gassmann方程得到飽和巖石的彈性模量，利用縱橫波速度公式得到飽和巖石的縱波和橫波，通過全局最優(yōu)的模擬退火算法得到一段深度范圍內(nèi)的最優(yōu)的基質模量值[13]。最后將泥巖束縛水替換為泥質，得到轉換后的縱波速度和密度，從圖5(a)可以看出，泥巖中束縛水替換后密度和速度都變大了，以轉換后的波阻抗作為反演低頻模型建立的輸入。通過波阻抗和伽馬交匯分析可以得到，束縛水替換后砂泥巖能夠用波阻抗進行區(qū)分(圖5(b)、圖5(c))。通過單井統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，在波阻抗校正前后砂泥巖識別率由65%提升到80%(圖5)。

圖4 砂泥巖孔隙度與伽馬交會圖Fig.4 Cross plot of sandstone and mudstone porosity and gamma ray(a)有效孔隙;(b)總孔隙

圖5 測井曲線校正前后巖性及巖石物理參數(shù)交匯對比圖Fig.5Intersection comparison diagram of lithology and petrophysical parameters before and after logging curve correction(a)測井曲線校正前后巖性識別對比圖;(b)校正前波阻抗與伽馬交會圖;(c)校正后波阻抗與伽馬交會圖

1.2 地震資料解釋性處理

構型反演中頻部分需要從地震信息中提取，這就需要對地震資料進行一定的處理。不同地區(qū)可以通過譜整形、子波分解、去燥、能量均一化、重采樣等對地震資料的品質進行提升。針對陽江東凹中淺層地區(qū)，地震資料主頻為40 Hz左右，頻寬在10 Hz～80 Hz之間,信噪比較高(圖6)，因此主要采用重采樣和拓頻技術[14]。地震數(shù)據(jù)由2 ms采樣加密到1 ms，主要是因為構型反演要獲得高于地震頻帶以上的高頻結果，而測井曲線在做時深轉換時，時間采樣間隔嚴重影響高頻信息，按照尼奎斯特頻率算，2 ms只能在250 Hz以內(nèi)，為了保證500 Hz或以上頻率，需要對地震數(shù)據(jù)進行重采樣；基于井控譜整形拓頻技術的核心思想是保留低頻，增強高頻，突出薄層響應，由于有井曲線作為約束，因此可以找到分辨率和保真度的平衡點[15]。通過對陽江東凹地震資料拓頻處理，地震資料頻帶寬度由55 Hz提高到70 Hz，拓頻后地震數(shù)據(jù)分辨率更高，有利于識別薄層砂體和刻畫砂體尖滅線。

圖6 陽江東凹中淺層地震資料及頻譜Fig.6Medium and shallow seismic data and spectrum in Yangjiang east sag(a)陽江東凹中淺層地震資料;(b)陽江東凹中淺層地震資料頻譜

1.3 相控構型反演

相控構型反演主要有構型建模和隨機模擬反演兩部分構成。通過常規(guī)井插值和已有沉積相建立低頻模型，主要對研究區(qū)的波阻抗趨勢進行約束，中頻采用譜反演結果，譜反演能夠較好保持地震數(shù)據(jù)中頻信息，高頻通過已鉆井和虛擬井插值得到，巖石物理校正后的波阻抗數(shù)據(jù)有利于準確高頻模型的建立，超高頻部分就使用常規(guī)變差函數(shù)進行隨機模擬。本研究高頻相控插值的本質是地震屬性參考下的井曲線外推，主要與井點波形相似程度和井點距離有關。建立構型模型后，采用在貝葉斯框架下的隨機反演方法，主要包括相控插值提供初值、井曲線概率統(tǒng)計方差，貝葉斯判別提供合成地震記錄約束，最終得到可靠的反演結果[16]。通過四個部分頻率的組合，最終相控構型反演能夠得到全頻帶的反演結果，該結果能夠識別薄層和刻畫砂體尖滅線，指導巖性圈閉勘探。

2 應用效果分析

陽江東凹已發(fā)現(xiàn)油田和含油構造都是斷背斜和斷塊的構造油氣藏，但根據(jù)地化資源量預測，恩平20洼和恩平21洼還有一半以上儲量未發(fā)現(xiàn)，因此本次研究以恩平20洼和恩平21洼為靶區(qū)。恩平20和恩平21洼鉆探13口井，測井資料豐富，通過統(tǒng)計顯示層和油層分布情況以及三級層序內(nèi)沉積微相分析，認為韓江下段的高位域為巖性圈閉發(fā)育重要層段，這里重點分析該層段。通過分析研究區(qū)已鉆井速度和密度數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)韓江五段砂巖縱波速度范圍為2 500 m/s～2 900 m/s，密度范圍為2.11 g/cm3～2.30 g/cm3，泥巖縱波速度范圍為2 700 m/s～3 100 m/s，密度范圍為2.21 g/cm3～2.40 g/cm3，從砂泥巖縱波速度和密度范圍發(fā)現(xiàn)砂巖和泥巖縱波阻抗重疊區(qū)域較大，難以區(qū)分砂泥巖(圖5(b))。根據(jù)這里的相控構型反演流程，首先對研究區(qū)韓江五段井曲線進行校正，通過巖石物理校正，砂泥巖區(qū)分程度明顯提高，利用校正后的測井曲線進行低頻模型的建立，同時對研究區(qū)進行譜反演，得到地震數(shù)據(jù)的中頻數(shù)據(jù)。最后利用校正后的曲線和井外推的波形約束得到相控構型反演結果。提取過兩個油田Y10和Y11的反演剖面(圖7)，測線位置見圖8(a)中紅色曲線位置。從圖7可以看出，韓江五段構型反演結果與井上匹配良好，并且根據(jù)地震相分析兩個油田之間的砂體分布和含砂率與構型反演結果匹配。為了進一步驗證相控構型反演的可靠性，針對韓江五段a油層進行分析。圖8(a)為a油層最小振幅切片，從單井波阻抗分析可以知道，砂巖為低阻，泥巖為高阻，在正極性地震剖面下砂巖頂界面對應波谷，波谷振幅越小，證明砂體越好，因此圖8(a)中砂體整體呈北西-南東向展布。經(jīng)過測井相、井壁心標定后認為，a油層為潮汐影響的砂脊，沉積微相如圖8(b)所示。提取韓江五段a油層的波阻抗切片，如圖8(d)所示。圖8(c)為測井曲線未校正的波阻抗切片，圖8(d)為校正后的波阻抗切片，從單井反演結果可以看出，未經(jīng)井曲線校正的Y9-1、Y11-4、Y11-5等井反演結果與井上砂泥巖不匹配，經(jīng)統(tǒng)計井曲線校正后的反演結果與研究區(qū)所有井基本匹配；從沉積微相進行分析，經(jīng)過測井曲線校正的波阻抗切片與最小振幅相似，能夠反應沉積微相特征，而未經(jīng)過測井曲線校正的在西北部明顯與沉積微相特征不符。經(jīng)過研究認為，井曲線校正后的構型反演結果在剖面和平面上的結果都比原始曲線好，證明了該方法的可靠性和有效性。

圖7 相控構型反演剖面Fig.7 Inversion profile of facies controlled configuration

圖8 油層屬性圖、沉積微相圖和曲線校正前后波阻抗切片F(xiàn)ig.8 Reservoir attribute map, sedimentary microfacies map and wave impedance slice before and after curve correction (a)a油層最小振幅切片;(b)a油層沉積微相圖;(c)a油層曲線校正前構型反演波阻抗切片;(d)a油層曲線校正后構型反演波阻抗切片

由于經(jīng)過巖石物理校正的相控構型反演，能夠得到精度更高、更準確的砂巖空間展布，因此在反演剖面和波阻抗切片上尋找有利巖性體更為可靠。從圖8(b)發(fā)現(xiàn)在Y10油田和Y11油田之間的區(qū)域發(fā)育一套三角洲前緣條帶砂，該砂體西側高部位靠前三角洲泥進行封堵，從圖7可以看出，a油層上下分布有較為穩(wěn)定泥巖，該砂體頂封和底封條件較好，且處于油氣運移的有利方向上，通過與構造等值線和斷層匹配得到有利目標A，如圖8(b)中紅色虛框所示。目標A面積為12.8 km2，預測厚度為8 m～12 m，預測孔隙度為16%～22%，該巖性圈閉西側高部位靠砂體尖滅線，北側靠斷層，南側和東側為低部位，依靠等值線。如果該有利巖性體能夠評價成功，將打開陽江東凹勘探新的戰(zhàn)場，形成新的有利儲量接替區(qū)，同時也為珠江口盆地其他凹陷提供了巖性圈閉勘探經(jīng)驗。

3 結論

通過分析影響砂泥巖阻抗混疊的因素，從巖石物理模型出發(fā)得到校正后的砂泥巖阻抗，最后利用構型反演對目標區(qū)的砂體空間展布進行預測，為研究區(qū)巖性目標評價指明了方向。

1)筆者認為在Y10油田和Y11油田之間有一個有利目標A，西側高部位靠前三角洲泥封堵，上下分布有較為穩(wěn)定泥巖，頂封和底封條件好，儲層厚度和物性適中，油氣運移有利，可以作為下一步勘探目標進行評價。

2)陽江東凹中淺層砂泥巖波阻抗混疊嚴重，如果不加校正就進行波阻抗反演，則得到的反演結果不利于進一步巖性圈閉評價，特別是不能發(fā)現(xiàn)海侵域泥質含量高的有利巖性體。

3)相控構型反演對于低頻、中頻和高頻的控制較為合理，但是對于井旁道地震波形的外推(超高頻)還存在一定的不確定性 ，下一步要加強地震波形的地質意義研究，使相控構型反演的超高頻部分更加穩(wěn)定、可信。