張　義，尹艷樹

（長江大學地球科學學院，武漢430100）

約束稀疏脈沖反演在杜坡油田核三段中的應用

張義，尹艷樹

（長江大學地球科學學院，武漢430100）

杜坡油田儲層受構造和河道砂體的雙重控制，斷裂極為發(fā)育，儲層橫向變化快，阻礙了油田后期的開發(fā)生產(chǎn)。為了更加清楚地認識儲層平面展布特征，亟需通過地震反演技術來刻畫儲層砂體的發(fā)育和分布情況。通過分析研究區(qū)地質、地震及測井等資料，對核三段Ⅱ—Ⅵ油組進行儲層預測。根據(jù)約束稀疏脈沖反演的基本原理，首先對數(shù)據(jù)進行可行性分析；其次進行井震聯(lián)合標定、子波提取；然后利用解釋的層位、斷層構建框架模型；最后在低頻模型基礎上通過設置重要的反演參數(shù)完成約束稀疏脈沖反演研究。利用反演成果分析了杜坡油田核三段砂體的發(fā)育和分布情況，這在一定程度上刻畫了儲層的展布特征，為杜坡油田下一步開發(fā)調整提供了參考依據(jù)。

約束稀疏脈沖反演；子波提?。坏皖l模型；核三段；儲層預測；杜坡油田；

0　引言

杜坡油田位于泌陽凹陷的中部深凹區(qū)，構造位置位于泌陽凹陷古城油田南部，北部與泌123斷塊相距400 m，西部與東部分別為井樓油田和江河油田［1］（圖1）。杜坡油田整體北西高、南東低，以寬緩近東西走向的鼻狀構造為主；斷裂發(fā)育，斷層主要為北北東向；其砂體處于古城與雙河平氏砂體交會帶，受北部古城砂體自北向南延伸的影響，儲層非均質性較嚴重，砂體空間變化快［2］。由于在開發(fā)過程中對儲層平面分布認識不夠明確，嚴重阻礙了后期的油氣勘探開發(fā)工作，亟需通過地震反演技術來刻畫砂體的發(fā)育和分布情況。

圖1　杜坡油田地理位置Fig.1　The location of Dupo Oilfield

地震反演技術是在地震資料基礎上發(fā)展起來的一項儲層預測技術［3］，它充分發(fā)揮了地震數(shù)據(jù)的高橫向分辨率和測井資料的高縱向分辨率優(yōu)勢，把界面反射型地震資料反演成巖層單元型波阻抗地層物性參數(shù)。波阻抗反演是地震反演的重要組成部分，它是聯(lián)系地質、地震和測井的媒介［4］。作為遞推反演方法的一種，約束稀疏脈沖反演方法在實際應用中取得了較好的效果［5］，已成為目前使用較多的一種反演方法。

筆者通過反演方法的優(yōu)選，確定以約束稀疏反演為核心的儲層預測方法對核三段Ⅱ—Ⅵ油組進行預測，明確其砂體的發(fā)育和分布情況［6］，從一定角度展示有利的挖潛區(qū)域，以期為杜坡油田下一步油氣勘探開發(fā)指明方向。

1　反演方法優(yōu)選

地震反演方法在儲層預測中起著關鍵性作用，不同地區(qū)、不同類型的儲層使用的反演方法不同。根據(jù)杜坡油田鉆井、測井及地震資料的品質和儲層特征等來選擇合適的反演方法［7］。

1.1不同反演方法對比

模擬退火反演是應用最大后驗概率準則，采用模擬退火算法尋找全局最優(yōu)解的反演方法，其結果能較好地保留地震的反射特征。由于原始地震資料的質量直接決定著反演結果的好壞，因此，應用此方法的前提是地震資料應是保幅的，并且具有寬頻、低噪聲等特征［8］。

測井約束反演是一種基于模型的地震反演技術，它通過反復修改更新地質模型，使正演合成的地震記錄與原始地震數(shù)據(jù)達到最佳匹配。由于初始模型與實際地質情況不完全一致，因此，反演結果存在多解性。在同樣的地質條件下，鉆井越多，結果越可靠，基于以上原因，測井約束反演通常適用于鉆井數(shù)量較多的地區(qū)［9］。

約束稀疏脈沖反演是基于脈沖反褶積基礎上的聲阻抗反演方法。反演過程中利用地質和測井資料作為空間軟約束，低頻模型補充了井上的低頻信息，在一定程度上拓寬了反演頻帶。該方法對初始模型依賴較小，反演結果準確度較高，唯一性較好［10］（反演精度取決于原始數(shù)據(jù)特征）。

1.2研究區(qū)反演方法選擇

杜坡油田鉆井資料較少，斷裂極為發(fā)育，砂體相變快。由于地震資料品質較差（低頻帶、高噪聲），儲層預測難度較大，不適于應用模擬退火反演方法。測井約束反演方法對初始模型要求較高，難以適用于此類復雜斷塊，而約束稀疏脈沖反演不依賴模型，其反演精度取決于原始數(shù)據(jù)特征。因此，運用以約束稀疏反演為核心的儲層預測方法對研究區(qū)核三段Ⅱ—Ⅵ油組進行預測。

2　約束稀疏脈沖反演基本原理

約束稀疏脈沖反演是基于脈沖反褶積的遞推反演方法，其思想是假設地層波阻抗模型對應的反射系數(shù)序列是由一系列服從高斯分布的大反射系數(shù)和小反射系數(shù)背景疊加而成的［11］。從地質意義上講，大反射系數(shù)相當于地下不連續(xù)界面和巖性分界面［12］，通過對每一道逐點增加脈沖，反射系數(shù)被逐漸改變，直至該反射系數(shù)序列合成的地震道和原始地震道達到最佳匹配，得到最終的反射系數(shù)序列。在此基礎上求得相對波阻抗，加上井的低頻約束就可以得到約束稀疏脈沖的絕對波阻抗［13］。目標函數(shù)如下：

式中：F為反演目標函數(shù)；i為反演的道數(shù)；ri為反射系數(shù)樣點；di為地震道樣點［14］；si為合成道樣點；ti為趨勢約束；zi為自定義控制范圍內的波阻抗，g/cm3· m/s；λ為數(shù)據(jù)匹配因子；p和q均為優(yōu)化因子；α為趨勢匹配因子。

約束稀疏脈沖反演是基于地震道的反演，它的實質就是在波阻趨勢的約束下，用最少數(shù)目的反射系數(shù)脈沖達到合成記錄與地震道的最佳匹配［15-16］。

3　主要技術步驟

約束稀疏脈沖反演包括以下步驟：①數(shù)據(jù)可行性分析；②井震聯(lián)合標定和子波提取；③利用解釋的層位、斷層構建框架模型；④建立低頻模型；⑤設置反演參數(shù)并得到最終阻抗體。

3.1數(shù)據(jù)可行性分析

數(shù)據(jù)可行性分析主要包括測井數(shù)據(jù)可行性分析和地震數(shù)據(jù)可行性分析，其目的是確保測井曲線均為標準化之后的，且地震數(shù)據(jù)不受“采集腳印”的影響。利用測井儲層評價與巖石物理正演技術研究儲層的彈性響應特征（對于疊后反演主要指的是縱波波阻抗），在波阻抗能夠指示并區(qū)分巖性的前提下進行下一步的研究。在研究中主要是評估用于反演數(shù)據(jù)輸入的地震、層位和井數(shù)據(jù)，保證資料齊全、品質好，對于資料品質達不到要求的可以做一些簡單處理等。

3.2井震標定和子波提取

合成地震記錄是進行時深轉換的基礎，是連接地震、地質和測井工作的橋梁。其目的是利用測井資料的高分辨率精細標定各巖性界面在地震剖面上的反射位置［17］，它擔負著井震標定和子波提取兩大任務。井震標定和子波提取是一個不斷迭代的過程，兩大部分內容相輔相成。筆者針對杜坡油田測井資料的品質，選取了14口井分別制作了合成地震記錄：首先用聲波時差和密度數(shù)據(jù)生成波阻抗和反射系數(shù)曲線，使之與初始Ricker子波進行褶積得到合成地震記錄，調整合成記錄使其與井旁地震道吻合良好；其次進行多輪子波提取，本次研究采取了四輪子波提取方法，即提取振幅譜子波、相位譜子波、振幅-相位譜子波和多井綜合子波（圖2）；然后分別用提取的這一系列子波制作合成記錄，調整時深關系使相關系數(shù)達到最高，井上分層與解釋層位盡量對齊，如此反復，直至得到理想效果［合成地震記錄與地震波形具有良好的相似性（相關系數(shù)達到0.7以上），相對能量關系以及頻率和相位都與地震道較為匹配（圖3）］。

圖2　子波估算及提取Fig.2　Wavelet estimation and extraction

圖3　B208井合成地震記錄Fig.3　Synthetic seismogram of B208 well

3.3低頻模型的建立

利用Jason軟件中的Earth Model FT模塊，將地震解釋的層位和斷層等數(shù)據(jù)導入后，建立地質框架模型，在框架模型控制下，用快速克里金插值將波阻抗數(shù)據(jù)沿層進行內插和外推，進而生成低頻模型。低頻模型的建立是為了給出反演的低頻趨勢，減少反演的不確定性，從而揭示波阻抗的空間變化趨勢。杜坡油田儲層復雜，斷層發(fā)育，但斷距比較小，而約束稀疏脈沖反演的分辨率比較低，使得斷層對反演影響較小，因此在低頻模型的建立中沒有加入斷層數(shù)據(jù)（圖4）。

圖4　低頻模型Fig.4　Low frequency model

3.4反演重要參數(shù)設置

在反演過程中，稀疏性約束因子、地震信噪比、合并頻率及子波刻度因子等質量控制參數(shù)比較重要。其中，稀疏性約束因子反映的是反射系數(shù)序列的稀疏性，其值越小，反射系數(shù)序列越稀疏；地震信噪比反映約束反演結果與地震數(shù)據(jù)的相似性，信噪比越高，表示從反演結果中轉換的合成記錄與地震道相關性越好；合并頻率就是地震與模型合并的低頻點，從幾赫茲開始由模型中的低頻替換掉反演的低頻成分；子波刻度因子通常直接按默認值1進行反演是沒有問題的，但由于提取子波的時窗與反演時窗通常不一致，所以有必要進行調試子波刻度因子。由于地震數(shù)據(jù)缺少低頻成分，反演得到的縱波波阻抗的低頻成分是不穩(wěn)定的，因此，約束稀疏脈沖反演時不用這部分低頻，而是用模型中的低頻成分替代。對以上4個參數(shù)進行測試，用General QC功能，選取拐點處的值即可。

4　反演結果分析

約束稀疏脈沖反演是基于地震道的反演，其垂向分辨率可達1/8波長。當?shù)卣鹳Y料品質較差時，該方法難以分辨薄層。圖5為杜坡油田反演得到的波阻抗剖面，圖中砂巖表現(xiàn)為高阻抗特征。從圖5可看出：核三段Ⅱ，Ⅲ和Ⅵ油組砂體明顯比其他油組發(fā)育，砂體縱向變化較大，其間發(fā)育薄層泥質沉積，這與地質研究成果較為符合，10 m以上的砂層基本得以分辨。圖6為核三段Ⅵ油組波阻抗平面分布圖，色標從藍綠色到紅黃色反映波阻抗值從低到高的特征。由此看出：Ⅵ油組砂體橫向變化大，整體連續(xù)性較差，西部地區(qū)砂體較為發(fā)育，東部地區(qū)泥巖較為發(fā)育。在西北地區(qū)鉆遇的井中，如B232井和B370井，均有很好的油氣顯示，證實了反演結果的準確性，但是約束稀疏脈沖反演對于薄層預測不甚理想，薄層在反演剖面上分辨不清，垂向分辨率有待提高。由于該方法較好地保留了地震數(shù)據(jù)的原始特征，能在空間上反映波阻抗的總體變化趨勢，如果資料允許，可以對反演結果求取橫向變差函數(shù)，采用先進的地質統(tǒng)計學方法進行薄層識別和預測。

圖5　核三段Ⅱ—Ⅵ油組波阻抗反演剖面Fig.5　The section of P-impedance inversion ofⅡ-Ⅵoil groups of the third member of Hetaoyuan Formation

圖6　核三段Ⅵ油組波阻抗平面分布Fig.6　The plane distribution of P-impedance inversion ofⅥoil group of the third member of Hetaoyuan Formation

5　結論

（1）約束稀疏脈沖反演較準確地預測了杜坡油田儲層砂體的縱向和橫向展布規(guī)律，為后期油氣勘探開發(fā)提供了參考依據(jù)。

（2）杜坡油田核三段砂體縱向變化較快、橫向連續(xù)性差，Ⅱ，Ⅲ和Ⅵ油組砂體明顯比其他油組發(fā)育，Ⅵ油組西部地區(qū)砂巖較發(fā)育，東部地區(qū)泥巖較發(fā)育，B232井區(qū)和B370井區(qū)是Ⅵ油組下一步油氣勘探的重點區(qū)域。

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（本文編輯：楊琦）

Application of constrained sparse spike inversion in the third member of Hetaoyuan Formation in Dupo Oilfield

ZHANG Yi，YIN Yanshu
（College of Geosciences，Yangtze University，Wuhan 430100，China）

The reservoir in Dupo Oilfield is controlled by structure and channel sand body，and has fast lateral variation andwell developedfracture，whichrestrictsthedevelopment ofoilfieldinthelateproduction.Inorder to make clear the reservoir distribution characteristics，we need to depict the development and distribution of sand body through seismic inversion technique.Based on the geologic，seismic and logging data，this paper carried out reservoir prediction ofⅡ-Ⅵoil groups of the third member of Hetaoyuan Formation.According to the basic principle of constrained sparse spike inversion，carried out feasibility analysis，well-to-seismic calibration and wavelet extraction，formed frame model by using interpreted formation and fault，then established low frequency model，and finally completed the study on constrainedsparse spike inversion by setting important parameters.Through analyzing inversion results，the development and distribution of sand body of the third member of Hetaoyuan Formation in Dupo Oilfield are clear，which depicts the distribution characteristics of reservoir to a certain extent and provides a reference for the next development and adjustment ofDupoOilfield.

constrained sparse spike inversion；wavelet extraction；lowfrequencymodel；the third member ofHetaoyuan Formation；reservioir prediction；DupoOilfield

P631.4

A

1673-8926（2015）03-0103-05

2014-12-22；

2015-02-28

國家重大科技專項“精細油藏描述技術及剩余油賦存方式研究”（編號：2011ZX05011-001）資助

張義（1990-），男，長江大學在讀碩士研究生，研究方向為精細油藏描述。地址：（430100）湖北省武漢市蔡甸區(qū)大學路長江大學地球科學學院。E-mail：1551269385@qq.com

尹艷樹（1978-），男，博士，教授，主要從事儲層地質建模和油藏描述方面的教學與科研工作。E-mail：yys@yangtzeu.edu.cn。