基于波形結(jié)構(gòu)的濁積巖儲(chǔ)層預(yù)測分析

邢潔正，王小佳，楊富財(cái)

(山東佳業(yè)石油科技有限公司，山東 東營 257000)

0 引言

濁積巖是油氣儲(chǔ)存的良好層級(jí)，基于波形結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，針對(duì)其儲(chǔ)層進(jìn)行探索與預(yù)測，可以進(jìn)一步提高預(yù)測精度。

1 波形結(jié)構(gòu)與濁積巖形成原理

1.1 濁積巖形成

濁積巖主要是由不同粒級(jí)的粉砂、粉砂質(zhì)黏土礦物在重力作用下形成的泥晶方解石膠結(jié)而成。沉積作用過程主要包括物源供給、搬運(yùn)和堆積3 個(gè)方面。沉積物源供給是指來自于烴源巖或來自烴源砂的碎屑物質(zhì)，這類物質(zhì)在重力作用下將泥晶方解石膠結(jié)，形成泥晶方解石膠結(jié)后的沉積體稱為濁積巖。物源供給的方式主要有兩種，一種是來自烴源巖的有機(jī)質(zhì)在埋藏過程中經(jīng)過氧化和熱演化作用，將有機(jī)質(zhì)中的油質(zhì)組分釋放出來；另一種方式是由于盆地構(gòu)造沉降及古地形差異導(dǎo)致局部烴源巖沉積中心發(fā)生遷移造成局部濁積砂體形成。搬運(yùn)堆積是指在重力作用下，由陸相河流攜帶的大量碎屑物質(zhì)沿主河道運(yùn)移到沉積物堆中，并在重力和古地貌等因素相互作用下，經(jīng)過長期搬運(yùn)形成沉積物堆。

1.2 井震協(xié)同表征

地震波是通過巖層傳播之后形成不同頻率的波形結(jié)構(gòu)，這種波形結(jié)構(gòu)在使用過程中可以針對(duì)濁積巖的薄儲(chǔ)層起到良好的預(yù)測效果。在波形結(jié)構(gòu)使用中，其可以通過井震協(xié)同表征來實(shí)現(xiàn)聯(lián)合反演。在繁衍過程中，井震協(xié)同表征能夠作為主要的協(xié)助參數(shù)來實(shí)現(xiàn)濁積巖儲(chǔ)層預(yù)測的精度與可靠性。在井震協(xié)同表征的協(xié)助下，其能夠忽視波形結(jié)構(gòu)的變化信息，針對(duì)相似波形的儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類以及特征對(duì)比，能夠?qū)崿F(xiàn)濁積巖儲(chǔ)層表征空間結(jié)構(gòu)的相控思想。

1.3 預(yù)測過程

針對(duì)地震波形結(jié)構(gòu)中存在的斷層帶或巖性變化劇烈地區(qū)的濁積巖儲(chǔ)層預(yù)測開展研究工作，將地震數(shù)據(jù)體分解成多個(gè)波形單元，對(duì)各波形單元進(jìn)行疊加處理，最終形成具有組合關(guān)系的地震波組結(jié)構(gòu)；在此基礎(chǔ)上，通過對(duì)組合波組進(jìn)行波形分離處理來預(yù)測三維構(gòu)造。其主要過程為：基于波形分析技術(shù)和疊前疊后分解技術(shù)，分別構(gòu)造了不同類型的波形帶。通過對(duì)各類型單波記錄進(jìn)行波組分解和特征分析，結(jié)合地質(zhì)資料對(duì)各組合波組特征進(jìn)行分類研究。將不同類型單個(gè)波形單元組合形成的地震波形結(jié)構(gòu)作為虛擬井?dāng)?shù)據(jù)體。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行組合波組參數(shù)合成，利用基于虛擬井?dāng)?shù)據(jù)體合成時(shí)記錄和地震記錄特征信息建立測站到虛擬井之間關(guān)系模型并進(jìn)行數(shù)值模擬，從而確定測線及測井點(diǎn)對(duì)應(yīng)屬性。利用虛擬井?dāng)?shù)據(jù)體在三維地質(zhì)建模中進(jìn)行地層劃分與對(duì)比驗(yàn)證[1]。

2 基于波形結(jié)構(gòu)的濁積巖儲(chǔ)層預(yù)測

2.1 濁積巖巖石物理模型

積巖是油田生產(chǎn)中常見的一種儲(chǔ)層，其地震響應(yīng)以彈性波為主。文章可以在基于波阻抗、橫波速度、縱波振幅及波形結(jié)構(gòu)等地震響應(yīng)特征，建立了一套濁積巖儲(chǔ)層預(yù)測巖石物理模型，并對(duì)模型的適用性進(jìn)行了分析。濁積巖儲(chǔ)層以裂縫-孔洞型為主，儲(chǔ)層裂縫發(fā)育，孔滲較差。由于研究區(qū)為濁積砂體分布特征相對(duì)明顯，通過建立濁積巖儲(chǔ)層預(yù)測巖石物理模型可對(duì)其進(jìn)行分類和預(yù)測?；诘卣饠?shù)據(jù)體中所提取的波阻抗、縱波速度、振幅及波形特征，利用支持向量機(jī)回歸算法建立訓(xùn)練好的基于巖石物理響應(yīng)的濁積巖儲(chǔ)層預(yù)測巖石物理模型?；诘刭|(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理及正演方法，在三維地震數(shù)據(jù)體中通過隨機(jī)采樣及正演模擬提取與地震波速度、縱波振幅及波形特征相關(guān)的地震信息。將所提取數(shù)據(jù)體作為約束條件，利用支持向量機(jī)回歸算法進(jìn)行訓(xùn)練并應(yīng)用于預(yù)測巖石物理模型，建立了一套基于波阻抗特征的濁積巖儲(chǔ)層預(yù)測巖石物理模型。該模型以隨機(jī)采樣點(diǎn)為研究單元，以巖石物理響應(yīng)為約束條件；利用訓(xùn)練好的支持向量機(jī)回歸算法預(yù)測所建立的模型；通過輸入不同頻率的地震記錄計(jì)算每一時(shí)刻不同巖性組合條件下對(duì)應(yīng)的最大振幅和縱波速度；通過輸出測井?dāng)?shù)據(jù)與巖石參數(shù)相結(jié)合得到所建立模型的最佳擬合參數(shù)和各巖性組合下最大峰值振幅。

采用支持向量機(jī)回歸算法建立了濁積巖儲(chǔ)層預(yù)測巖石物理模型，并對(duì)模型進(jìn)行了評(píng)價(jià)分析，該模型能夠較好地預(yù)測濁積巖儲(chǔ)層的巖石物理響應(yīng)特征，且可以有效提高其預(yù)測精度。所建立的濁積巖儲(chǔ)層預(yù)測巖石物理模型可以較好地表征濁積巖的波阻抗特征并對(duì)其進(jìn)行建模分析。對(duì)于不同組合條件下波阻抗特征值與儲(chǔ)層物性參數(shù)結(jié)合所建立的巖石物理模型預(yù)測精度較高。在模型建立方面，可以濁積巖儲(chǔ)層的波阻抗參數(shù)分析，其中：Vn 代表波阻抗；A 代表波阻抗系數(shù)；B代表橫波速度；E 代表縱波速度；R 代表波形畸變系數(shù)。通過這些參數(shù)分析得到濁積巖的波阻抗曲線[2]。

2.2 疊前同時(shí)反演關(guān)鍵技術(shù)

濁積巖儲(chǔ)層預(yù)測是油氣勘探的難點(diǎn)之一，其地質(zhì)特征具有多解性。目前，地震波在濁積巖層中傳播時(shí)，由于地層介質(zhì)的各向異性、地震波能量衰減、頻率失諧等因素，造成成像質(zhì)量差、分辨率低。疊前反演是解決濁積巖儲(chǔ)層展布特征的重要手段；疊前反演技術(shù)包括地震反演和彈性參數(shù)反演兩部分。其中：地震反演包括地質(zhì)層位標(biāo)定分析、地質(zhì)模型參數(shù)化分析、巖心約束等波阻抗反演等，彈性參數(shù)反演涉及全波形模型建立、波阻抗和速度建模及三維反演等。目前，針對(duì)濁積巖儲(chǔ)層預(yù)測的疊前反演技術(shù)主要有基于多波多道地震資料合成孔徑成像技術(shù)和基于AVO(全波分析)分析技術(shù)兩種。濁積巖主要是由泥質(zhì)組成，具有顆粒細(xì)、結(jié)構(gòu)致密、物性好，孔隙中含砂等特點(diǎn)。地震波在不同類型的沉積層中傳播時(shí)，速度差異很大，導(dǎo)致了濁積巖地震波傳播特性不均勻性。因此在地震反演時(shí)應(yīng)該選擇合適的方法進(jìn)行多尺度分解，得到更具代表性的地震波介質(zhì)模型[3]。

在經(jīng)過疊前同時(shí)反演關(guān)鍵技術(shù)的使用之后，可以確定了影響反演精度的關(guān)鍵因素，并針對(duì)這些方法和技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)選。對(duì)地震反射速度模型進(jìn)行改進(jìn)，采用基于波數(shù)域的改進(jìn)方案；通過地震數(shù)據(jù)分析得到初始速度模型，在初始速度模型的基礎(chǔ)上通過迭代算法得到高精度的初始速度模型，同時(shí)將其與地震記錄進(jìn)行疊后處理，通過反演方法得到初始速度模型參數(shù)(如：彈性模量、泊松比等)或反演屬性參數(shù)(如：縱橫波阻抗和相位關(guān)系等)；將疊后數(shù)據(jù)輸入到疊前地震反演中，對(duì)輸入數(shù)據(jù)做相關(guān)處理后即可得到初始速度模型。在反演過程中，如果能夠?qū)Τ跏妓俣群妥罱K結(jié)果進(jìn)行快速調(diào)整，可使反演的最終成果更接近于實(shí)際地質(zhì)體。過地震波傳播特性分析，研究了濁積巖的地震反射特征和地震波場特征，結(jié)合地質(zhì)綜合解釋結(jié)果表明，波阻抗、速度結(jié)構(gòu)、頻率比和振幅與地層厚度呈明顯正相關(guān)?；诓ㄐ谓Y(jié)構(gòu)特征的濁積巖儲(chǔ)層預(yù)測方法中，使用疊前同時(shí)反演關(guān)鍵技術(shù)可以利用疊前疊后三維地震正演模擬及數(shù)據(jù)體合成，對(duì)濁積巖的發(fā)育位置、厚度及儲(chǔ)層類型進(jìn)行定量描述。通過疊后參數(shù)反演及儲(chǔ)層預(yù)測，解決了復(fù)雜構(gòu)造地區(qū)巖性組合復(fù)雜問題。利用該方法預(yù)測濁積巖發(fā)育層位效果較好的情況一般如下：巖性組合相對(duì)單一，可進(jìn)行精細(xì)反演。沉積體系相對(duì)穩(wěn)定，可對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)域?qū)嵭懈呔热Χā?/p>

2.3 虛擬井

虛擬井?dāng)?shù)據(jù)體是利用地震資料中的不同波組進(jìn)行疊加，對(duì)每個(gè)波形單元進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，從而建立具有組合關(guān)系的地震波形結(jié)構(gòu)。虛擬井?dāng)?shù)據(jù)體包含：每個(gè)單波記錄(即由多個(gè)組合波單元組成的記錄)；多個(gè)波組記錄(即由每個(gè)組合波單元組成的記錄)；各個(gè)組合波單元之間的關(guān)系(即該組合波單元與相應(yīng)各單波元之間的關(guān)系)。虛擬井?dāng)?shù)據(jù)體通過對(duì)測線及測點(diǎn)屬性進(jìn)行綜合分析，結(jié)合地質(zhì)資料，可以得到每一個(gè)單波元與相鄰所有單波元以及測點(diǎn)處的屬性特征信息，再利用組合波單元之間關(guān)系建立測站與虛擬井之間關(guān)系模型并進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，從而確定測站及測井點(diǎn)對(duì)應(yīng)屬性并進(jìn)行地層劃分與對(duì)比驗(yàn)證。根據(jù)上述研究內(nèi)容，將組合波組參數(shù)進(jìn)行組合處理，可以采用最小二乘法，求取各組合波組的地震記錄數(shù)據(jù)體。將該地震記錄數(shù)據(jù)體通過計(jì)算轉(zhuǎn)化為各組成波段組合波組數(shù)據(jù)體的振幅與相位關(guān)系，并將其轉(zhuǎn)換為三維空間結(jié)構(gòu)。

在以上研究基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際地質(zhì)資料建立測站與測線到虛擬井之間關(guān)系模型，并利用該模型模擬計(jì)算得到虛擬井所對(duì)應(yīng)的地質(zhì)屬性值，從而確定了地震波組的組合關(guān)系。在以上研究的基礎(chǔ)上，文章進(jìn)一步研究了組合波組參數(shù)的合成。對(duì)所研究內(nèi)容建立的濁積巖儲(chǔ)層預(yù)測模型進(jìn)行計(jì)算后得出：當(dāng)組合波組個(gè)數(shù)為n=2 或3 時(shí)，可得到最佳分辨率和最大反射振幅。同時(shí)還可以發(fā)現(xiàn)該地震波組可分為以下幾類：一類是僅含某一個(gè)波形單元(如：m≥1)；二類是同時(shí)包含2 個(gè)波形單元(如上式中的m≤1)；三類是分別含有2 個(gè)波形單元(如上式中的m≥2)、4 個(gè)波形單元和3個(gè)波形單元。

2.4 聲波曲線重構(gòu)

濁積巖儲(chǔ)層參數(shù)的提取一般可以通過以下3 種方法進(jìn)行：利用儲(chǔ)層參數(shù)的分布函數(shù)，在反演過程中根據(jù)其與巖性的對(duì)應(yīng)關(guān)系得到參數(shù)分布函數(shù)。通過分析實(shí)際資料，利用巖性分布函數(shù)來預(yù)測儲(chǔ)層參數(shù)?；趯?shí)際數(shù)據(jù)，利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法提取儲(chǔ)層特征。在地震波阻抗反演的過程中，需要根據(jù)不同的沉積環(huán)境來確定不同類型的參數(shù)。因此，為了獲得更加準(zhǔn)確、更加符合真實(shí)沉積環(huán)境的波阻抗特征參數(shù)，需要在反演過程中確定巖心以及實(shí)際地質(zhì)資料之間的差異范圍。首先，基于最小二乘原理的單變量回歸分析方法，將地震波阻抗曲線反演得到的數(shù)據(jù)作為輸入，從而得到與地質(zhì)條件相對(duì)應(yīng)的巖心以及相應(yīng)巖心中地震波阻抗值。利用這種方法獲取到波阻抗、孔隙度和滲透率等單變量數(shù)據(jù)后即可進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合。

濁積巖儲(chǔ)層具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性和多解性，利用地震數(shù)據(jù)進(jìn)行反演可以獲得更多的地質(zhì)信息。通過基于地震資料的巖性和沉積相分析，并利用波阻抗反演進(jìn)行參數(shù)反演，將實(shí)際結(jié)果與理論結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，可以看出，通過地震資料的反射特征可以較好地反映實(shí)際地質(zhì)情況。采用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)中“地質(zhì)-統(tǒng)計(jì)”方法進(jìn)行儲(chǔ)層參數(shù)反演得到了以下結(jié)論：地震波形特征可以有效反映孔隙度、滲透率等重要信息。振幅統(tǒng)計(jì)能夠提取巖性變化特征參數(shù)。波阻抗反演結(jié)果與地震反射特征具有很好的一致性。對(duì)于復(fù)雜儲(chǔ)層預(yù)測建模而言，通過對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行處理提取波阻抗曲線特征參數(shù)是十分必要的，不僅有助于反演的結(jié)果更加符合實(shí)際情況和規(guī)律，而且能夠較好地提高反演精度。

2.5 波形反演效果

濁積巖的預(yù)測主要是基于儲(chǔ)層特性研究、儲(chǔ)層參數(shù)分析和地震波阻抗反演分析3 個(gè)方面。利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行儲(chǔ)層參數(shù)提取可以較好地解決濁積巖參數(shù)預(yù)測問題?；趲r心波阻抗反演分析方法能夠獲得更好地反映砂體分布、砂體展布和巖性變化特征以及沉積相發(fā)育規(guī)律的預(yù)測模型，這對(duì)于濁積巖油氣藏的開發(fā)具有重要意義。為了實(shí)現(xiàn)實(shí)際地震資料中濁積巖儲(chǔ)層參數(shù)重構(gòu)過程中對(duì)波阻抗和波形特征參數(shù)的控制，文章利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并最終形成了可用于地震波阻抗反演分析建模過程中控制波阻抗和波形特征參數(shù)提取過程中誤差影響因素。

濁積巖是一種特殊的含油氣盆地儲(chǔ)層，目前已成為勘探開發(fā)的熱點(diǎn)。而濁積巖中含油氣性預(yù)測一直是地震勘探的難點(diǎn)，國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)該問題進(jìn)行大量研究，取得了一定的成果。目前已應(yīng)用波形反演技術(shù)開展了濁積巖儲(chǔ)層預(yù)測研究，為濁積巖儲(chǔ)層預(yù)測提供新思路和理論基礎(chǔ)。通過波形反演可以準(zhǔn)確刻畫濁積巖儲(chǔ)層特征，建立地震地質(zhì)層位標(biāo)定關(guān)系，以地震波形反演為手段進(jìn)行濁積巖儲(chǔ)層預(yù)測。

3 結(jié)語

文章通過對(duì)濁積巖儲(chǔ)層預(yù)測中的單波處理方法進(jìn)行分析，提出了一種適用于濁積巖儲(chǔ)層三維構(gòu)造預(yù)測的新方法。分析了主要采用的波組合成技術(shù)中組合波組合成的具體過程以及影響組合波組參數(shù)合成結(jié)果的因素。在此基礎(chǔ)上，通過分析地震波形結(jié)構(gòu)中各波形單元的特征，根據(jù)虛擬井結(jié)合地質(zhì)資料進(jìn)行分類研究，最終得出具體結(jié)果。