子波分解與重構(gòu)技術(shù)在古龍凹陷Y54 井區(qū)扶余油層儲層預(yù)測中的應(yīng)用

陳顯森

（中國石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712）

0 引 言

20 世紀90 年代S.G.Mallat 等[1］提出子波分解與合成技術(shù)，作為地震常規(guī)處理的手段，近年來該技術(shù)經(jīng)常被應(yīng)用在提高地震資料分辨率和儲層預(yù)測方面，在去除反射屏蔽、壓制火山巖反射和壓制強反射軸方面也有應(yīng)用[2‐5］。

在大慶油田主力油區(qū)，位于泉四段的扶余油層為典型的上生下儲組合，烴源巖主要為上覆的青山口組一段泥巖[6‐7］，其分布面積廣、厚度大，與下伏的扶余油層具有相對穩(wěn)定的、較大的波阻抗差（具有穩(wěn)定的反射系數(shù)），青一段與泉四段扶余油層FⅠ1 油層組的分界面在地震剖面上為一個分布穩(wěn)定、能量較強的地震反射同相軸（T2），其反射能量是上下地層波阻抗差和界面附近地層中砂巖儲層的反射信息的疊加[8‐11］。扶余油層FⅠ1 油層組內(nèi)部多為厚度1～4 m 的單砂體[7］，在古龍凹陷Y54 井區(qū)東部符合上述地震特征，而在Y54 井區(qū)西部地震反射特征則出現(xiàn)異常。Y54 井區(qū)西部青一段發(fā)育一套相對于同層系泥巖具有較大波阻抗差的厚層砂巖，這套砂巖的地震反射相對振幅遠強于Y54 井區(qū)東部的泥巖發(fā)育區(qū)，隨著自西向東砂巖的變薄，該套強反射快速減弱，然而由于其對下伏FⅠ1 油層組形成強反射屏蔽，導(dǎo)致扶余油層頂面T2界面反射強度與上覆青一段的反射強度完全相反，如果直接應(yīng)用常規(guī)的地震屬性、地震反演等儲層預(yù)測技術(shù)，則會嚴重影響扶余油層儲層預(yù)測精度，甚至造成砂巖與泥巖誤判、勘探目標選擇錯誤。

針對大慶油田青一段局部地區(qū)砂巖強反射對下伏FⅠ1 油層組的屏蔽作用，目前沒有研究先例。本文通過分析這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，嘗試應(yīng)用子波分解重構(gòu)技術(shù)，把強反射地震數(shù)據(jù)進行子波分解處理，篩選剔除掉對青一段強反射貢獻最大的子波，將其余子波組分重新合成，形成新的地震數(shù)據(jù)，從而使青一段下伏地層的地震反射能量得以恢復(fù)。通過實際正演合成記錄標定及波阻抗曲線去砂試驗，驗證了子波分解后得到的地震數(shù)據(jù)的合理性。通過地震屬性提取及盲井地震反演進行儲層預(yù)測，進一步證明處理后地震數(shù)據(jù)的可靠性。實踐證明，子波分解與重構(gòu)技術(shù)是解決該區(qū)及有類似情況地區(qū)地震資料失真的有效手段[12‐16］。

1 強反射產(chǎn)生原因及地震反射特征

研究區(qū)位于古龍凹陷西南部，泉頭組劃分為4 段，其中位于泉四段的扶余油層FⅠ1 油層組是該區(qū)油氣勘探主要目的層，頂面構(gòu)造呈西高東低趨勢，從單井資料研究來看，F(xiàn)Ⅰ1 頂面埋藏深度為2 200～2 450 m，砂體平面上縱橫交錯，縱向上錯疊連片，橫向上變化快。

1.1 強反射產(chǎn)生原因

FⅠ1 油層組上覆地層為青一段，青一段在長垣及其周圍凹陷廣泛發(fā)育黑色油頁巖，其地震反射能量一般較弱且均衡，而研究區(qū)青一段的地震反射能量極度不均。

通過對研究區(qū)16 口井及鄰區(qū)資料分析，在研究區(qū)西部青一段發(fā)育一套短軸物源的三角洲平原分流河道砂巖，該套砂巖自西向東逐漸變薄，區(qū)內(nèi)西部YX55 井鉆遇砂巖厚度約為45 m，井震標定后對應(yīng)地震反射振幅為強振幅，在地震剖面上表現(xiàn)為連續(xù)、低頻、強振幅特征；Y47 井（YX55 井東部2 468 m 處）鉆遇砂巖厚度約為6 m，對應(yīng)地震反射振幅為中?弱振幅（圖1（a）），該反射向東繼續(xù)減弱。這套砂巖的地震反射能量自西向東由強變?nèi)?，能量分布與井上砂巖厚度變化趨勢一致。隨著上覆青一段砂巖厚度的變薄及地震反射振幅的減弱，F(xiàn)Ⅰ1 油層組頂面地震反射振幅（T2）自西向東逐漸變強，即青一段和FⅠ1 油層組地震反射最大振幅能量平面分布呈相反的趨勢；其能量分布與探井鉆遇砂巖相關(guān)性低，地震反射同相軸T2一個周期的能量變化，既包括作為穩(wěn)定背景值的反射界面的波阻抗信息，也包括界面附近儲層的不同反射信息，該區(qū)T2反射能量的異常變化不能反映穩(wěn)定界面的較強波阻抗信息，更不能反映阻抗差較小的砂巖信息，導(dǎo)致不能直接利用地震振幅屬性有效預(yù)測FⅠ1 油層組的儲層分布。

圖1 YX55井－Y47井原始地震剖面及青一段、FI1油層組頂面最大地震反射振幅Fig. 1 Original seismic section of Well YX55 -Well Y47 and maximal seismic reflection amplitude of top of Qing-1 Member and FI1 layers

在研究區(qū)挑選處于不同地震反射振幅區(qū)的4 口井進行波阻抗分析（圖2），青一段與FⅠ1 油層組的波阻抗平均差值約為0.4 Gg/（m2·s），不同井之間略有細小差別，2 套地層間的波阻抗差相對穩(wěn)定，說明2 套地層間界面具有相對穩(wěn)定的反射系數(shù)，也就是應(yīng)該具有相對穩(wěn)定的地震強反射能量，而不會產(chǎn)生圖1 所示的地震反射同相軸（T2）振幅能量在橫向的急劇變化。

圖2 不同地震反射強度區(qū)域青一段、FI1砂泥巖波阻抗差異Fig. 2 Variance of wave impedance curves of sandstone and mudstone in different seismic reflection intensity zones of Qing-1 Member and FI1 layers

T2反射能量的變化與上覆青一段砂巖反射能量呈負相關(guān)，對研究區(qū)16 口井的波阻抗曲線與相對應(yīng)的鉆遇砂巖、泥巖進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)Ⅰ1 油層組和青一段砂巖均為高波阻抗值，而泥巖均為低波阻抗值，青一段砂巖的平均波阻抗約為11.5 Gg/（m2·s）、青一段泥巖的平均波阻抗約為8 Gg/（m2·s）；FⅠ1 油層組砂巖的平均波阻抗約為12 Gg/（m2·s）、FⅠ1 油層組泥巖的平均波阻抗約為11 Gg/（m2·s）。上下2 套地層中砂巖和泥巖的波阻抗值均具有明顯差異，青一段砂、泥巖波阻抗分異更好。經(jīng)過井震標定青一段厚層砂巖是引起地震強反射的主要因素。

1.2 地震反射特征

在研究區(qū)內(nèi)，按照公式分別提取青一段砂巖和FⅠ1 油層組頂部的地震反射最大振幅，得到相應(yīng)的振幅屬性，計算公式為

式中：A—— 最大地震反射相對振幅；t—— 雙程反射時間，s；map（t） ——t處的地震反射相對振幅。

從地震反射相對振幅平面分布（圖1（b））來看，F(xiàn)Ⅰ1 油層組頂面地震反射振幅強度受青一段砂巖地震強反射影響，二者的能量強弱呈互補關(guān)系，與地震剖面一致。因此，該地震數(shù)據(jù)不能用其反射振幅屬性預(yù)測FⅠ1 油層組砂巖儲層分布。由于地震子波空間的急劇變化與各井之間相對穩(wěn)定波阻抗不一致，各井之間地震的子波差異較大，進而也不能用于更高預(yù)測精度的地震反演。因此，消除或減弱青一段砂巖的地震強反射能量，恢復(fù)FⅠ1 油層組的地震反射強度成為技術(shù)關(guān)鍵。

2 子波分解與重構(gòu)處理

子波分解與重構(gòu)方法是一種疊后常規(guī)處理技術(shù)[17‐19］，該處理方法相對于疊前處理具有速度快、調(diào)試參數(shù)方便等處理優(yōu)勢，以往主要應(yīng)用于T2強反射軸對下伏地層的反射屏蔽和提高地震分辨率，本次是研究上覆青一段對FⅠ1 油層組頂面T2強反射軸及以下層段的反射屏蔽作用。在地震褶積模型中，合成地震道記錄為地震子波與地層反射系數(shù)褶積，具體計算公式為

式中：S（t）——合成地震記錄；W（t）——地震理論子波；R（t）——反射系數(shù)；N（t）——隨機噪聲，dB。

2.1 基本原理

在實際地震記錄中，地震波在傳播過程中受大地吸收、球面擴散、地層巖性及其所含不同性質(zhì)流體等因素的影響，在不同時間、空間位置上地震子波的頻率、振幅、相位等響應(yīng)不同。因此，理論地震模型與實際地震道之間存在差異。

實際地震記錄的表達式為

式中：S′（t）—— 實際地震記錄；Wi（t）—— 第i個反射層對應(yīng)的地震子波；Ri（t）—— 第i個反射層對應(yīng)的反射系數(shù)；Ni（t）—— 第i個反射層的隨機噪聲，dB。

式（3）表明實際地震道可以是不同振幅、不同頻率的子波與反射系數(shù)褶積的組合疊加，反過來地震道數(shù)據(jù)就可以分解為不同頻率子波的地震數(shù)據(jù)，如圖3 所示。

圖3 地震數(shù)據(jù)子波分解重構(gòu)原理示意Fig. 3 Schematic mechanism of seismic data with wavelet decomposition and reconstruction

子波分解與重構(gòu)技術(shù)的基本過程為：

（1）對需要處理的強反射地震數(shù)據(jù)沿解釋層位開時窗，把地震數(shù)據(jù)在有效頻段范圍內(nèi)分解成不同頻率的子波，進行多頻率子波地震道分解。

（2）把不同頻段子波合成多個地震數(shù)據(jù)，篩選出青一段砂巖地震強反射的優(yōu)勢子波頻段，把其他子波進行合成，達到剔除強反射子波的作用。

（3）對重構(gòu)后的地震數(shù)據(jù)計算地震波頻率衰減系數(shù)，進行能量補償恢復(fù)地震振幅能量，從而得到真實反映地下信息的、能夠直接進行FⅠ1 油層組儲層解釋的重構(gòu)地震數(shù)據(jù)。

以上過程需經(jīng)過多次試驗及參數(shù)調(diào)整才可能得到相對滿意的處理成果數(shù)據(jù)。

2.2 地震數(shù)據(jù)處理

為了準確開展扶余油層儲層預(yù)測，開時窗選取青一段地震強反射有效樣本，避免把東部T2強反射讀入，樣本選取從青一段頂部到T2上部的反射波谷。為減少計算量，按地震有效頻寬選擇將原始地震數(shù)據(jù)從10 Hz 到80 Hz 分解為不同頻段的子波成分，這樣選出對青一段強反射貢獻最大的某一段子波范圍，將其對應(yīng)成分在整個地震道剔除，再將其余子波對應(yīng)成分重構(gòu)疊加，構(gòu)建合成地震道。合成地震道恢復(fù)了FⅠ1 油層組頂面地震反射數(shù)據(jù)的真實波場特征，突出了儲層的反射信息[20］。青一段中引起地震強反射的砂巖段的厚度較大（大多為5～40 m）、地震反射頻率較低，約為20 Hz，鉆井資料表明，隨著青一段砂巖厚度變薄，對FⅠ1 油層組頂面的反射屏蔽逐漸減弱，厚度3 m 左右時，其影響可忽略不計。通過試驗篩選出青一段大于3 m厚度砂巖的子波范圍，頻率為15～25 Hz，將其余子波成分重新合成，構(gòu)建出新的地震道。合成地震道去除強反射成分，降低了青一段砂巖的反射強度，恢復(fù)了FⅠ1 油層組頂面的反射強度。圖4 與圖1 對比發(fā)現(xiàn)，在處理后地震剖面上，青一段地震強反射能量明顯降低，原始地震數(shù)據(jù)中受其影響的FⅠ1 油層組頂面地震反射能量得到明顯恢復(fù)，頻率也得到了明顯提高，主頻達到26 Hz 左右。

圖4 YX55井—Y47井子波后分解重構(gòu)后地震剖面、FI1油層組頂面最大地震反射振幅Fig. 4 Seismic section of Well YX55-Well Y47 after wavelet decomposition and reconstruction and maximal seismic reflection amplitude of top of FI1 layers

2.3 正演標定

FⅠ1 油層組頂面反射變?nèi)跏怯汕嘁欢蔚纳皫r強反射屏蔽作用引起的，子波分解重構(gòu)實質(zhì)就是去除地層中的厚砂巖，重新構(gòu)建地震數(shù)據(jù)。為驗證子波分解后地震數(shù)據(jù)的合理性，分別對子波分解前后的地震數(shù)據(jù)進行去砂試驗。修改青一段引起地震強反射的砂巖厚度，即修改青一段的波阻抗曲線進行單井正演合成記錄標定（圖5），分3 種情況分別提取合成地震記錄，分析子波分解前后井震數(shù)據(jù)的相關(guān)性。在去砂試驗中，選取青一段砂巖較厚且地震反射能量較強的Y71 井進行去砂試驗，制作合成地震記錄。

圖5 3種類型的青一段井震結(jié)合標定結(jié)果Fig. 5 Calibration results of 3 types of well-seismic tie in Qing-1 Member

試驗步驟為：（1）給出原始地震數(shù)據(jù)和原始波阻抗曲線。分析圖2 可知FⅠ1 油層組頂面具有相對穩(wěn)定且較大的反射系數(shù)，其必然導(dǎo)致合成地震記錄的振幅超強，而因為青一段厚砂巖的屏蔽作用，導(dǎo)致實際地震呈現(xiàn)弱反射（圖5（a）），二者相關(guān)性差。（2）利用子波分解與重構(gòu)處理后的地震數(shù)據(jù)提取目的層子波，并將井上青一段砂巖引起強反射的高波阻抗曲線完全編輯到泥巖的值域，即把青一段的砂巖全部編輯為泥巖，由于處理后FⅠ1 油層組頂面反射強度有所增大，青一段反射強度減弱（圖5（b）），F(xiàn)Ⅰ1 油層組的合成記錄的井震相關(guān)性有所改善，但依然較低。（3） 青一段2 382～2 398 m 砂巖段僅編輯保留頂部的3 m 厚砂巖及對應(yīng)的高波阻抗值，該段砂巖其余部分編輯為泥巖的波阻抗值（圖5（c））。由于FⅠ1 油層組單砂體厚度大多為3 m 左右，相當(dāng)于消除了絕大多數(shù)較厚砂巖的反射，只保留3 m 左右薄砂巖的相對高頻反射部分，使對應(yīng)的合成地震記錄的井震相關(guān)性得到明顯提高。

去砂試驗說明，子波分解與重構(gòu)處理技術(shù)是消除青一段地層反射強振幅、恢復(fù)FⅠ1 油層組頂界面和層段內(nèi)砂巖反射弱振幅的有效手段。

3 儲層預(yù)測結(jié)果驗證

3.1 地震振幅屬性

分別對子波分解與重構(gòu)技術(shù)處理前后地震數(shù)據(jù)提取FⅠ1 油層組的最大地震反射相對振幅，統(tǒng)計16口井的地震反射最大相對振幅和FⅠ1 油層砂巖鉆遇厚度，建立對應(yīng)關(guān)系并對比分析（表1）。由表1 可見，以單井FⅠ1 油層鉆遇的砂巖厚度為標準由小到大排列，井上鉆遇砂巖厚度變化與子波分解后最大相對振幅能量變化趨勢的相關(guān)性較好，而與原始地震數(shù)據(jù)最大相對振幅變化趨勢的相關(guān)性較差（只有43.7%），存在較多異常，沒有規(guī)律可循。而子波分解后相對振幅變化趨勢與砂巖厚度不符僅有3 口井，其中Y35 井是由于目的層附近鉆遇斷層導(dǎo)致振幅異常，YX55 井為一口斜井，井斜造成其統(tǒng)計厚度大于實際厚度，Y47 井振幅異常高，處理后依舊相對較高。綜合統(tǒng)計數(shù)據(jù)處理后的反射振幅與砂巖厚度變化趨勢符合率達到82.35%，處理后的地震反射振幅可以較好地定性刻畫FⅠ1 油層組砂巖的空間變化規(guī)律。

表1 FI1油層組測井解釋砂巖厚度與對應(yīng)子波分解前后地震最大振幅Table 1 Logging interpreted sandstone thickness in FI1 lay‐ers and corresponding maximum seismic amplitude values before and after wavelet decomposition

地震相對振幅平面分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)南部FⅠ1油層組發(fā)育一條河道狀中?強振幅異常，其呈南北走向、相對窄小，Y68、Y71 兩口井鉆遇。在原始數(shù)據(jù)的圖上無法識別該振幅異常的存在。

圖6（a）、（b）是研究區(qū)南部子波分解處理前后反射振幅異常區(qū)的局部放大，子波分解后所揭示河道砂狀振幅異常在圖6（c）的2 口井資料上得到驗證，Y68 井柱狀圖中可見2 441.0～2 445.0 m 砂體為一明顯的正旋回河道砂巖沉積特征。Y71 井柱狀圖中2 430.3～2 433.0 m 砂體也呈現(xiàn)正旋回沉積特征。從圖6 可以看出，Y68 井處于振幅異常區(qū)的中間位置，鉆遇砂巖4.02 m，而Y71 井在該振幅異常區(qū)的邊部，鉆遇砂巖2.7 m，相對Y68 井稍薄，2 口井對應(yīng)地震振幅為中?強反射，對埋藏深度約2 400 m、成巖和壓實作用較為完全的地層中的窄小河道砂巖具有較好的識別效果，證實子波分解技術(shù)不僅能有效改善強反射的屏蔽作用，同時也是提高地震分辨率、識別薄砂巖的有效技術(shù)手段[20］。

圖6 FI1油層組子波分解重構(gòu)前后的地震振幅反射最大能量及單井巖性Fig. 6 Maximum energy and single well lithology of seismic amplitude reflection of FI1 layers before and after wavelet decomposition and reconstruction

3.2 地震反演結(jié)果

近年來，地震反演技術(shù)被廣泛應(yīng)用于儲層預(yù)測。在實際應(yīng)用中，除去地震反演方法的合理選取外，預(yù)測結(jié)果受多種因素制約（地震資料的分辨率、信噪比、測井曲線質(zhì)量、子波提取、地震層位解釋精度、儲層與非儲層的彈性參數(shù)差異大小等）。在解釋層位、地下信息等客觀因素基本確定的前提下，地震資料處理質(zhì)量及地震子波等反演參數(shù)的優(yōu)化選取成為影響疊后地震反演結(jié)果精度的關(guān)鍵因素[20‐21］。研究區(qū)青一段地震強反射屏蔽區(qū)經(jīng)子波分解處理后地震數(shù)據(jù)的分辨率得到明顯提高，F(xiàn)I1 油層組頂面及砂巖反射振幅得以恢復(fù)，其最大振幅屬性與砂巖儲層厚度的相關(guān)性明顯提高，既井震的一致性得到提高，為高分辨率地震反演提供了可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。分別應(yīng)用子波分解前后的地震數(shù)據(jù)進行高分辨率地震反演，并留取不參與反演的后驗井進行盲井檢驗，驗證子波分解處理流程合理性及合成地震數(shù)據(jù)的可靠性。因此選擇目標區(qū)南部距離其他井較遠、井控影響因素較小且鉆遇河道砂巖的Y68 井作為后驗井，對反演結(jié)果進行盲井檢驗，并分析井點處的預(yù)測精度以論證子波分解后地震數(shù)據(jù)的準確性。如圖7 所示，子波分解處理后的地震剖面上，在Y68 井區(qū)的地震振幅表現(xiàn)為中?強振幅，其分辨率明顯高于原始數(shù)據(jù)，與其對應(yīng)的地震反演剖面上紅色箭頭所指處的河道砂巖與井上砂巖基本吻合，井、震、反演三者基本一致。在原始地震剖面中Y68 井區(qū)沒有振幅異常，相對應(yīng)的反演剖面也沒有準確預(yù)測出鉆井已經(jīng)確認存在的砂巖。通過子波分解重構(gòu)前后地震數(shù)據(jù)的反演結(jié)果差異，進一步證實子波分解重構(gòu)地震數(shù)據(jù)對預(yù)測FⅠ1 油層組儲層的有效性，解決了該區(qū)利用原始地震成果數(shù)據(jù)無法預(yù)測FⅠ1 油層組儲層的難題。

圖7 FI1油層組子波分解前后地震反演預(yù)測及相應(yīng)地震數(shù)據(jù)Fig. 7 Seismic inversion prediction and corresponding seismic data before and after wavelet decomposition and reconstruction in FI1 layers

4 結(jié) 論

（1）應(yīng)用子波分解與重構(gòu)技術(shù)可以有目的性地選出上覆地層對下伏目的層造成反射屏蔽貢獻最大的子波并加以削弱，恢復(fù)目的層儲層地震響應(yīng)特征，使地震反射與測井響應(yīng)特征基本一致，能更準確地標定鉆遇砂巖對應(yīng)地震數(shù)據(jù)的位置。

（2）子波分解重構(gòu)處理后地震數(shù)據(jù)的振幅變化可以較好地反映儲層厚度變化，可通過振幅與砂巖厚度的相關(guān)性定性預(yù)測有利儲層的分布范圍。

（3）利用子波分解重構(gòu)處理后的地震數(shù)據(jù)進行地震反演可更準確地定量評價井間的儲層分布，從而實現(xiàn)利用地震屬性和反演結(jié)果進行定性?定量評價儲層分布，達到提高儲層預(yù)測精度的目的。