張勇剛，呂福亮，范國(guó)章，邵大力，徐志誠(chéng)

(中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院，浙江杭州 310023）

地震反演和分頻技術(shù)在深水油氣勘探中的應(yīng)用

張勇剛，呂福亮，范國(guó)章，邵大力，徐志誠(chéng)

(中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院，浙江杭州 310023）

對(duì)于深水沉積盆地，由于高投入、高風(fēng)險(xiǎn)、高技術(shù)因素，有些區(qū)域內(nèi)勘探程度低或無(wú)鉆井，在此條件下如何更好地尋找有利區(qū)帶，提高勘探成功率是最迫切的問(wèn)題。為此，運(yùn)用無(wú)井反演和地震分頻技術(shù)對(duì)西非某深水盆地進(jìn)行了研究。地震分頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在頻率域內(nèi)通過(guò)調(diào)諧振幅屬性的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)研究?jī)?chǔ)層橫向變化規(guī)律，經(jīng)分頻處理后的地震數(shù)據(jù)其解釋分辨率高于常規(guī)地震主頻所能達(dá)到的分辨能力，有利于確定含油氣儲(chǔ)集層邊界、估算地層厚度。在無(wú)井地區(qū)開(kāi)展波阻抗反演，和地震分頻技術(shù)結(jié)果進(jìn)行相互印證，預(yù)測(cè)了西非某深水盆地有利相帶和儲(chǔ)層的發(fā)育區(qū)帶。

無(wú)井反演;波阻抗;地震分頻;深水勘探

目前，海洋已成為世界未來(lái)油氣勘探的重要領(lǐng)域，且有向著更深水域和更深地層領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。但從全球來(lái)看，深水勘探還是個(gè)未成熟勘探新區(qū)，這主要由于深水勘探的高投入、高風(fēng)險(xiǎn)、高技術(shù)因素所決定。許多深水沉積盆地僅進(jìn)行過(guò)少量勘探，區(qū)域內(nèi)僅有部分地震資料，無(wú)井或僅有少量的鉆井，在此條件下，如何更好地尋找有利區(qū)帶，降低勘探風(fēng)險(xiǎn)，提高勘探的成功率是當(dāng)前最迫切的問(wèn)題。地震資料橫向信息豐富，具有較高的橫向分辨率，而測(cè)井資料縱向分辨率高，能夠提供地震數(shù)據(jù)所缺乏的低頻和高頻成分［1］，在勘探區(qū)無(wú)井的情況下，可以通過(guò)無(wú)井波阻抗反演和地震分頻技術(shù)來(lái)提高地震資料的分辨率，從地震記錄中獲取更真實(shí)地質(zhì)意義的地層參數(shù)，從而指導(dǎo)勘探生產(chǎn)。

1 無(wú)井波阻抗反演和地震分頻技術(shù)

1.1 無(wú)井波阻抗反演

地震反演技術(shù)就是綜合運(yùn)用地震、測(cè)井、地質(zhì)等資料以揭示地下目標(biāo)層(儲(chǔ)層、油氣層）的空間幾何形態(tài)(包括目標(biāo)層厚度、頂?shù)讟?gòu)造形態(tài)、延伸方向、延伸范圍、尖滅位置等）和目標(biāo)層微觀特征，它是將大面積的連續(xù)分布的地震資料與具有高分辨率的井點(diǎn)測(cè)井資料進(jìn)行匹配、轉(zhuǎn)換和結(jié)合的過(guò)程。經(jīng)過(guò)地震反演，可以把地震波信息轉(zhuǎn)化為巖石信息，使其能與鉆井、測(cè)井直接對(duì)比，以巖層為單元進(jìn)行地質(zhì)解釋?zhuān)谀壳皫r性圈閉識(shí)別中，地震數(shù)據(jù)反演已經(jīng)成為尋找?guī)r性油氣藏最有效的方法之一。

由于地震資料在采集和處理過(guò)程中，往往截掉了8 Hz以下的低頻成份，因此在地震反演的中頻段波阻抗基礎(chǔ)上，一定要想法從其它來(lái)源(如聲波測(cè)井、地震速度譜等）來(lái)補(bǔ)足低頻成分。在勘探區(qū)無(wú)井或鄰區(qū)沒(méi)有可參考井的情況下，可以用地震資料處理中的疊加速度譜資料來(lái)補(bǔ)充研究工區(qū)波阻抗低頻部分。由地震處理中的疊加速度譜解釋結(jié)果，根據(jù)所構(gòu)建的地層解釋框架，進(jìn)行空間插值，形成疊加速度體，再轉(zhuǎn)換成層速度體，根據(jù)速度與密度換算公式(Gardener公式），得到密度體，兩者相乘得到波阻抗體，即為波阻抗的低頻成分。這樣做既可以補(bǔ)充因無(wú)測(cè)井資料而損失的波阻抗低頻成分，同時(shí)避免了由于測(cè)井資料的橫向稀疏性而導(dǎo)致的在遠(yuǎn)離井位置處波阻抗值的不準(zhǔn)確性。

1.2 地震分頻技術(shù)

頻譜分解技術(shù) (SpecDecomp）是一項(xiàng)基于頻率的儲(chǔ)層解釋技術(shù)，它展現(xiàn)給我們的是一種新的地震解釋方法，使解釋人員能快速而有效地描述儲(chǔ)層特征的空間變化。在地震勘探中，由于儲(chǔ)層厚度與對(duì)其檢測(cè)的反射波頻率的調(diào)諧厚度 (即厚度等于檢測(cè)波波長(zhǎng)的四分之一）相等或相近時(shí)，地震反射波波峰與波峰、波谷與波谷相疊加而出現(xiàn)調(diào)諧作用使反射波能量變大而存在異常［2］。分頻處理技術(shù)就是針對(duì)這種現(xiàn)象，通過(guò)離散傅立葉變換(DFT）將地震數(shù)據(jù)由時(shí)間域轉(zhuǎn)換到頻率域，將地震數(shù)據(jù)分解成不同頻率域的調(diào)諧體，轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的振幅譜可以識(shí)別地層的時(shí)間厚度變化，相位譜可以檢測(cè)地質(zhì)體橫向上的地質(zhì)不連續(xù)性。利用調(diào)諧頻率振幅數(shù)據(jù)體切片，可以確定異常體時(shí)空分布;利用調(diào)諧頻率瞬時(shí)相位數(shù)據(jù)體切片，可以確定異常體邊界［3］。通常上，不同頻率可檢測(cè)沉積砂體厚度的相對(duì)變化，高頻對(duì)薄層有調(diào)諧響應(yīng)，可分辨出薄層沉積砂體，低頻對(duì)厚層有調(diào)諧響應(yīng)，可分辨厚層沉積砂體 (圖1）。利用不同頻率體屬性的平面分布檢測(cè)不同厚度沉積體邊界的變化，可為沉積相演化和儲(chǔ)層評(píng)價(jià)提供準(zhǔn)確依據(jù)。

圖1 不同頻率地震資料可識(shí)別砂體時(shí)間厚度對(duì)比圖(引用于Landmark）Fig.1 Time-thickness correlation in seismic data with different frequency(modified from Landmark）

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 研究區(qū)地質(zhì)背景

研究區(qū)位于西非某盆地最西側(cè)的深水海域，區(qū)塊面積2 703 km2，水深1 700～2 260 m，屬于海上超深水勘探區(qū)塊。區(qū)內(nèi)勘探程度低，屬于西非海域勘探空白區(qū)，目前尚無(wú)鉆井，因此研究區(qū)層位的標(biāo)定只能通過(guò)鄰區(qū)鉆井的標(biāo)定來(lái)實(shí)現(xiàn)。該區(qū)斷裂系統(tǒng)相對(duì)單一，主要發(fā)育北東—南西向走滑斷裂。通過(guò)周邊區(qū)的研究資料及該區(qū)三維地震剖面分析表明，該區(qū)為深水海底扇碎屑巖沉積，主要發(fā)育有水道、天然堤—越岸沉積、朵葉體/席狀砂等多種沉積體系結(jié)構(gòu)單元(圖2）。

圖2 研究區(qū)地震剖面(第四系沉積，水道復(fù)合體）Fig.2 Seismic profile in the survey(Quaternary deposition，complex channel）

2.2 無(wú)井波阻抗反演的實(shí)現(xiàn)

無(wú)井波阻抗反演的實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)如下幾步(圖3）。(1）速度轉(zhuǎn)換:首先剔除三維速度譜資料中的奇異值，然后建立本區(qū)的速度場(chǎng)模型，轉(zhuǎn)換為層速度體［4］;(2）偽井曲線的提取:依據(jù)計(jì)算的層速度體來(lái)提取偽井，偽井井點(diǎn)坐標(biāo)選擇的原則為:井點(diǎn)所處的線道為過(guò)原始的采樣點(diǎn)，該區(qū)速度譜數(shù)據(jù)點(diǎn)原始間距為40道×40道，盡量避免井位處提取的層速度數(shù)據(jù)不是通過(guò)原始速度譜點(diǎn)插值出來(lái)的數(shù)據(jù)值，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性;提取多口偽井時(shí)，井點(diǎn)分布在研究區(qū)的不同構(gòu)造區(qū)帶上，能反映不同構(gòu)造帶上的曲線特征進(jìn)行反演;(3）子波的提?。?］:通過(guò)偽井提取的聲波曲線與地震道進(jìn)行合成記錄標(biāo)定，提取子波，同時(shí)從多口井提取的子波中，挑選波形較好、相對(duì)較平穩(wěn)的子波取平均值作為反演的子波;(4）初始波阻抗模型和稀疏脈沖反演:初始波阻抗模型是補(bǔ)償?shù)皖l成分，依據(jù)已建立的地質(zhì)框架模型，對(duì)偽井?dāng)?shù)據(jù)沿層內(nèi)插外推，產(chǎn)生一個(gè)平滑的初始波阻抗模型。約束稀疏反演的關(guān)鍵參數(shù)λ反映波阻抗值和子波褶積產(chǎn)生的合成地震道與實(shí)際地震道匹配程度的好壞［6］，λ值太大，過(guò)分強(qiáng)調(diào)地震殘差最小，一味地使合成記錄與原始地震道吻合，會(huì)使一些噪音也加到了反演剖面中，同時(shí)也忽略了反射系數(shù)的稀疏，即忽略了波阻抗變化的低頻成分，本區(qū)λ取值為9，使得反演剖面既保持細(xì)節(jié)又不損失低頻背景。

圖3 無(wú)井波阻抗反演流程圖Fig.3 Flow diagram of no-well wave impedance inversion

通過(guò)對(duì)反演結(jié)果分析，可知該反演效果較好，能反映本區(qū)沉積儲(chǔ)層特征。圖4為井點(diǎn)波阻抗與偽井曲線計(jì)算波阻抗值對(duì)比，可看到二者能較好的匹配。圖5為地震剖面與反演波阻抗剖面對(duì)比，由于波阻抗反演剖面中合并疊加速度的低頻部分及地震有限帶寬部分，因此波阻抗反演剖面對(duì)深水沉積的砂體分布表現(xiàn)清晰，能指示層段內(nèi)砂巖的分布特征，較好地反映巖性變化特征，相比地震剖面分辨率更高。

圖4 井點(diǎn)波阻抗(藍(lán)線）與偽井計(jì)算波阻抗值對(duì)比(紅線）Fig.4 Impedance value correlation between seismic(blue line）and pseudo well(red line）

圖5 地震剖面(左）與反演波阻抗剖面(右）對(duì)比圖Fig.5 Correlation of seismic(left）and inversion impedance profile(right）

2.3 地震分頻的實(shí)現(xiàn)

地震分頻的實(shí)現(xiàn)運(yùn)用Paradigm軟件模塊，通過(guò)掃描本區(qū)三維地震數(shù)據(jù)體的頻帶分布范圍，該區(qū)頻帶約為5～40 Hz，取步長(zhǎng)為5，可以在原始地震數(shù)據(jù)體基礎(chǔ)上，得到8個(gè)不同頻帶范圍的調(diào)諧體。圖6為該區(qū)發(fā)育的典型分流水道，在地震剖面上表現(xiàn)為短截狀、強(qiáng)振幅反射特征。針對(duì)不同頻率的調(diào)諧體沿目的層進(jìn)行分頻體屬性的提取(圖7），可以發(fā)現(xiàn)不同頻率的地震均方根振幅屬性能反映出不同的砂體范圍，與常規(guī)地震道提取的屬性相比，更能刻劃出目的層儲(chǔ)層厚度和范圍的空間變化規(guī)律，具體表現(xiàn)為:頻率為30 Hz的數(shù)據(jù)體上，水道規(guī)模與常規(guī)地震屬性基本一致，其邊界模糊不清晰;在頻率為20 Hz的數(shù)據(jù)體上，水道規(guī)模略有減小，但其邊界變得清晰;在頻率為10 Hz的數(shù)據(jù)體上，水道規(guī)模大幅減小，兩側(cè)中等振幅值被過(guò)濾，使其邊界變得更清晰。由此可見(jiàn)，該水道主體部位為厚層沉積，由主體部位向兩側(cè)呈現(xiàn)逐漸減薄趨勢(shì)。研究證明10 Hz分頻數(shù)據(jù)體來(lái)刻畫(huà)厚層砂體最理想，沉積邊界最清晰。該區(qū)速度范圍大致在2 000～4 000 m/s，對(duì)應(yīng)10 Hz分頻數(shù)據(jù)體，可刻畫(huà)的地層厚度可達(dá)50～100 m。如果說(shuō)砂巖單層厚度可達(dá)50 m以上，那么即使是在深海環(huán)境下，也是非常有利的儲(chǔ)層，因此以下的研究基于10 Hz分頻數(shù)據(jù)體屬性提取展開(kāi)研究。

圖6 研究區(qū)典型地震剖面(分流水道）Fig.6 Typical seismic profile in the survey(distributary channel）

2.4 無(wú)井反演和地震分頻結(jié)果的沉積學(xué)解釋?zhuān)?］

得到無(wú)井反演和地震分頻成果后，可以對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)體進(jìn)行各種屬性運(yùn)算和提取。我們對(duì)M階下部往上開(kāi)時(shí)窗120 ms提取不同頻率的分頻體均方根振幅和波阻抗均方根振幅，圖8左為10 Hz分頻體對(duì)應(yīng)的均方根振幅平面圖，從屬性圖上可以看到明顯的多期分流水道相互疊置和橫向上遷移發(fā)育特征，其物源為東南方向，而地震反演圖上(圖8中）可看到水道前端多個(gè)高波阻抗值區(qū)的朵葉體沉積。對(duì)M階上部往下開(kāi)時(shí)窗100 ms，10 Hz分頻體(圖9左）和地震反演圖(圖9中）二者匹配關(guān)系較好，表現(xiàn)為高波阻抗值，為富砂充填的分流水道沉積，其物源方向東西向和東北向。M階沉積環(huán)境總體上表現(xiàn)為水體變淺的過(guò)程，在其沉積演化過(guò)程中，下部沉積時(shí)期位于中扇下部，以分流水道和朵葉體沉積為主，上部沉積時(shí)期位于中扇上部，以分流水道沉積為主。

圖7 常規(guī)地震和分頻體沿層屬性提取平面圖Fig.7 Attribute maps along horizon from conventional and spectrum decomposition volumes

圖8 M階下部沉積相解釋成果圖Fig.8 Distribution of sedimentary facies in the lower M Fm.

圖9 M階上部沉積相解釋成果圖Fig.9 Distribution of sedimentary facies in the upper M Fm.

3 結(jié)論

在深水油氣勘探中，面對(duì)低勘探程度區(qū)，在缺乏鉆井、測(cè)井和其他資料可借鑒的基礎(chǔ)上，運(yùn)用地震反演和分頻技術(shù)不失為深水儲(chǔ)層砂體研究的較好方法和手段，可以為沉積演化和儲(chǔ)層評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)資料。

分頻解釋技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在頻率域內(nèi)通過(guò)調(diào)諧振幅屬性的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)研究?jī)?chǔ)層橫向變化規(guī)律，經(jīng)分頻處理后的地震數(shù)據(jù)其解釋分辨率高于常規(guī)地震主頻所能達(dá)到的分辨能力，該項(xiàng)技術(shù)在確定含油氣儲(chǔ)集層邊界、估算地層厚度方面比傳統(tǒng)地震屬性研究方法具有更大的優(yōu)勢(shì)。

在無(wú)井地區(qū)開(kāi)展波阻抗反演，可和地震分頻技術(shù)結(jié)果進(jìn)行相互印證，預(yù)測(cè)有利相帶和儲(chǔ)層的發(fā)育區(qū)帶，能在一定程度上解決勘探中的部分問(wèn)題，為油氣勘探提供支持。

［1］張興巖，潘冬明，張華，等.波阻抗反演在提高煤層分辨率上的應(yīng)用［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2009，37(1）:96－98.

［2］趙爽，李仲，許紅梅.分頻解釋技術(shù)及其在陸相砂巖地層地震勘探中的應(yīng)用分析［J］.礦物巖石，2006，16(2）:106－110.

［3］劉喜武，寧俊瑞，劉培體，等.地震時(shí)頻分析與分頻解釋及頻譜分解技術(shù)在地震沉積學(xué)與儲(chǔ)層成像中的應(yīng)用［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展，2009，24(5）:1679－1688.

［4］鄭曉東.地震巖石物理學(xué)基礎(chǔ)［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2004.

［5］孫學(xué)凱，馮世民.地震反演系統(tǒng)中的子波提取方法［J］.物探化探計(jì)算技術(shù)，2010，32(2）:120－125.

［6］吉艷霞.Jason地震反演技術(shù)分析［J］.企業(yè)科技與發(fā)展，2008(14）:92－93.

［7］楊貴祥，黃捍東，高銳，等.地震反演成果的沉積學(xué)解釋?zhuān)跩］.石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2009，31(4）:415－419.

Application of seismic inversion and spectrum decomposition technology in deepwater exploration

ZHANG Yonggang，LV Fuliang，F(xiàn)AN Guozhang，SHAO Dali，XU Zhicheng
(Petrochina Hangzhou Research Institute of Geology，Hangzhou Zhejiang 310023，China）

Due to high investment，high risk and high technology in deepwater exploration，it is crucial to boost exploration success rate and search for prospects in frontiers or some areas with low degree of exploration or even no wells.In this article，no-well wave impedance inversion and spectrum decomposition were applied to a deepwater basin in West Africa.Spectrum decomposition was employed to research on reservoir lateral distribution through tuning the corresponding relationship of amplitude properties in frequency domain.The seismic resolution after decomposition is higher than conventional seismic.This aids the researchers to delineate reservoir and estimate layer thickness.Moreover，no-well wave impedance inversion in combination with seismic decomposition can be used to predict the beneficial facies tracts and reservoirs.

no-well inversion;wave impedance;spectrum decomposition;deepwater exploration

P631.4

A

10.3969/j.issn.1008－2336.2011.04.011

2011－05－17;改回日期:2011－06－20

張勇剛，男，1977年生，工程師，2005年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢），碩士學(xué)位，現(xiàn)主要從事物探方面的工作。E-mail:zhangyg_hz@petrochina.com.cn。

1008－2336(2011）04－0011－04