劉帆，宋玉

（1.陜西省煤田物探測繪有限公司，陜西西安710005；2.長慶油田分公司第一采氣廠，陜西靖邊718500）

測井約束反演在彬長礦區(qū)煤層分叉預(yù)測中的應(yīng)用

劉帆*1，宋玉2

（1.陜西省煤田物探測繪有限公司，陜西西安710005；2.長慶油田分公司第一采氣廠，陜西靖邊718500）

從反演方法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀入手，以彬長礦區(qū)為研究對(duì)象，利用測井約束反演技術(shù)的原理和方法，開展彬長礦區(qū)構(gòu)造研究，并進(jìn)行煤層分叉以及煤厚變化趨勢(shì)研究，總結(jié)出一套適用于彬長礦區(qū)波阻抗反演的技術(shù)方法，為勘探區(qū)的開發(fā)提供了依據(jù)。

波阻抗反演；煤層分叉；煤層；測井

1　概述

大約在20世紀(jì)70年代的時(shí)候，波阻抗反演技術(shù)誕生了，使用這種技術(shù)，地層的波阻抗信息能夠被地震資料反演出來，因此這種技術(shù)主要用于地震資料的有效處理。這項(xiàng)技術(shù)在誕生初起時(shí)候的使用還是有一定的局限性，它首先通過地震子波與反射系數(shù)來獲取地震信息，然后建立相應(yīng)模型，這種技術(shù)最初使用的還是一維波阻抗反演的形式，不過20世紀(jì)80年代的時(shí)候這種技術(shù)的應(yīng)用還是比較廣泛。Cooke在1983年的時(shí)候創(chuàng)立了一種新的反演法，這種方法主要采用了廣義線性原理，它使得波阻抗反演技術(shù)得到了很大程度的發(fā)展，進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。20世紀(jì)90年代初期的時(shí)候，周竹生認(rèn)為傳統(tǒng)的線性反演方法比較單一且存在較大問題，而約束反演能夠有效結(jié)合地質(zhì)、地震以及測井資料等相關(guān)信息，具有很大優(yōu)勢(shì)。李宏在20世紀(jì)90年代的時(shí)候另辟蹊徑，他有效地結(jié)合了遞推反演和寬帶約束反演的精髓。因?yàn)椴捎脝蔚婪囱莘〞?huì)產(chǎn)生一定的噪音，而波阻抗反演方法能夠很好的消除噪音，因此這種方法得到廣泛的應(yīng)用?；诖耍芏嘌芯空哌€采取了無井道以及有井多道的方法進(jìn)行反演，進(jìn)而讓波阻抗反演技術(shù)變得更加成熟。

波阻抗反演技術(shù)從20世紀(jì)90年代發(fā)展至今已經(jīng)取得了相當(dāng)豐富的成果，尤其是一維波阻抗反演技術(shù)的算法應(yīng)用推進(jìn)了許多相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展。20世紀(jì)末期的時(shí)候，研究者們針對(duì)波阻抗反演技術(shù)還不成熟的地方給出了很多合理有效的建議。1999年的時(shí)候康諾利在發(fā)表的論文中針對(duì)彈性波阻抗反演方法進(jìn)行了詳細(xì)研究，這種方法主要起源于英國石油公司，沒過多久就有4篇文章同時(shí)出現(xiàn)在21世紀(jì)初期的SEG年會(huì)上，它們都是針對(duì)彈性波阻抗技術(shù)的研究，其中ARCO公司把自己已經(jīng)獲得專利的方法介紹給了大家，而且覺得這種方法優(yōu)于康諾利的方法，尤其是在計(jì)算反射系數(shù)的時(shí)候具有更高的穩(wěn)定性，同時(shí)EI與AI的計(jì)算有相同的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。這次會(huì)議中英國石油公司還對(duì)擴(kuò)充彈性波阻抗方法進(jìn)行了講解，這種方法能夠預(yù)測流體以及巖性。另外，彈性波阻抗反演功能有關(guān)模塊還出現(xiàn)在了Paradigm地球物理公司的商業(yè)軟件Vanguard里面。與此同時(shí)，杰森（Jason）公司推行的Rock Trace也是對(duì)彈性波阻抗反演技術(shù)的應(yīng)用，而這里的波阻抗和以前的軟件有所區(qū)別，它們主要使用的是縱波阻抗以及橫波阻抗的概念。以上研究充分展現(xiàn)了彈性波阻抗反演技術(shù)的重要性，而且地震反演技術(shù)的研究重心將會(huì)轉(zhuǎn)移到AI與EI的結(jié)合以及AI與AVO的結(jié)合上面。

2　測井約束反演的原理

作為巖性地震勘探的核心技術(shù)之一，地震波阻抗反演技術(shù)結(jié)合了很多學(xué)科的技術(shù)知識(shí)。它有效地利用了地表觀測獲得的數(shù)據(jù)，參考現(xiàn)有地質(zhì)構(gòu)造與鉆井的特點(diǎn)，進(jìn)而求出巖層物理特性以及空間結(jié)構(gòu)，因此它是一種反演地層波阻抗的特殊處理技術(shù)。地震反演方法其物理意義非常明確，是巖性預(yù)測的可靠方法，在煤油氣勘探中取得了準(zhǔn)確、豐富的地下地質(zhì)信息。

測井約束地震反演首先要完成地質(zhì)模型的建立，通過模型優(yōu)選迭代擾動(dòng)算法來實(shí)時(shí)修正地質(zhì)模型，進(jìn)而使得地震資料與實(shí)際地震數(shù)據(jù)之間的誤差最小，這樣反演得到的結(jié)果就是需要的模型數(shù)據(jù)信息。因?yàn)檫@里的反演數(shù)據(jù)是通過地質(zhì)模型獲得，所以不存在直接反演地震資料帶來的問題，很大程度地提高了地震分辨率，使精確解釋的時(shí)候有據(jù)可依。

如上所述，這種方法是建立在地質(zhì)模型的基礎(chǔ)之上。采用測井資料，且約束條件選擇地震解釋層位，然后由孔位開始內(nèi)插和外推，完成波阻抗模型的構(gòu)建。獲得基本方程的時(shí)候參照共軛梯度法，然后實(shí)時(shí)修正初始模型，最大限度地使得合成地震資料和地震實(shí)際數(shù)據(jù)之間的誤差最小化，尤其是在薄儲(chǔ)層地質(zhì)的時(shí)候，由于地震頻寬的影響，一般的直接反演方法根本不能很好地保證反演結(jié)果的分辨率和精度。然而測井約束這種方法卻能夠有效利用測井資料來解決上述困難，約束條件選擇現(xiàn)有的地質(zhì)信息以及測井資料，進(jìn)而獲取的地層反演資料擁有較高的分辨率，使得儲(chǔ)層深度、厚度以及物性的詳細(xì)描述能夠得以實(shí)現(xiàn)。

測井約束地震反演技術(shù)把地震資料與測井資料相關(guān)聯(lián)，這樣不僅提高了地震資料的分辨率，還能夠使得到的分辨率與測井資料的分辨率之間的誤差最小化，這對(duì)勘探前期描述儲(chǔ)層的時(shí)候有著相當(dāng)重要的作用。這種反演方式還具有多解的特征，如果地質(zhì)條件一樣，原始地質(zhì)模型和實(shí)際地質(zhì)之間的差別大小直接影響反演結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時(shí)鉆井?dāng)?shù)量也會(huì)對(duì)反演結(jié)果產(chǎn)生一定影響，鉆井越多反演誤差就越小。

3　煤層分叉的預(yù)測實(shí)例

彬長礦區(qū)位于鄂爾多斯盆地南部的渭北撓褶帶北緣廟彬凹陷區(qū)。地表大面積被黃土層所覆蓋，溝谷中出露的白堊系地層產(chǎn)狀較為平緩，其深部侏羅系隱伏構(gòu)造總體走向?yàn)镹50°～70°E，傾向NW-NNW的單斜構(gòu)造。其上發(fā)育一組寬緩的褶曲，自南向北依次為彬縣背斜、大佛寺向斜、路家—小靈臺(tái)背斜、文家坡向斜、七里鋪—西坡背斜。研究區(qū)構(gòu)造相對(duì)比較簡單，是孟村向斜區(qū)的東部延伸地段，可稱文家坡向斜，南北兩翼地層傾角平緩（3°～6°），為研究區(qū)主要聚煤區(qū)。通過對(duì)研究區(qū)進(jìn)行測井約束反演對(duì)相應(yīng)地層進(jìn)行標(biāo)定，結(jié)合鉆孔資料對(duì)研究區(qū)的煤層分叉位置進(jìn)行預(yù)測。

3.1反射波的識(shí)別及地質(zhì)層位的標(biāo)定

地震反射波地質(zhì)屬性的標(biāo)定是地質(zhì)構(gòu)造解釋的基礎(chǔ)，充分利用區(qū)內(nèi)鉆孔資料，通過鉆孔資料與實(shí)際時(shí)間剖面對(duì)比，確定反射波的地質(zhì)屬性。對(duì)本次獲得的T1、T3、T4反射波組進(jìn)行了地層屬性標(biāo)定。見圖1。

圖1　4-5號(hào)孔人工合成記錄

測井約束反演中實(shí)際子波提取及合成記錄制作尤為重要，因?yàn)閷?shí)際子波的提取是測井約束反演的基礎(chǔ)條件，它能確定地震反射波與地質(zhì)界面的互相對(duì)應(yīng)的關(guān)系，這樣就幫助我們充分掌握研究區(qū)的各主要波組特征。結(jié)合上述測井資料對(duì)研究區(qū)內(nèi)煤層的主要波組（一煤層、三煤層、四煤層反射波）進(jìn)行追蹤分析研究，選取與地震剖面頻率最為接近的子波，進(jìn)行合成地震記錄的制作，進(jìn)而對(duì)煤系地層進(jìn)行標(biāo)定。為了使測井約束反演得效果最為接近實(shí)際的地質(zhì)情況，必須充分利用研究區(qū)鉆井資料，采用多井約束的方法，對(duì)研究區(qū)內(nèi)過井剖面逐一進(jìn)行了層位標(biāo)定。

3.2煤層分叉

為了更準(zhǔn)確地解釋煤層的分叉邊界，充分掌握煤層分叉邊界在地震時(shí)間剖面上的反映情況，在解釋前，我們進(jìn)行了理論模型的建立，通過正演模擬來分析煤層分叉邊界在時(shí)間剖面上的反映情況以及地震波的分辨率問題。

（1）建立煤層分叉理論地質(zhì)模型。詳見圖2煤層分叉理論地質(zhì)模型。

圖2　煤層分叉理論地質(zhì)模型

（2）正演結(jié)果分析。當(dāng)頻率選擇40Hz時(shí)，煤層間距大于等于15m時(shí)才能形成單獨(dú)的煤層反射波。當(dāng)頻率選擇60Hz時(shí)，當(dāng)煤層間距大于等于9m時(shí)才能形成單獨(dú)的煤層反射波。

（3）結(jié)論。因?yàn)檠芯繀^(qū)位于鄂爾多斯盆地南部的渭北撓褶帶北緣廟彬凹陷區(qū)隸屬于黃土高原地區(qū)，煤層反射波的主頻范圍在40～60Hz之間，通過上述正演模擬結(jié)果結(jié)合分析本區(qū)已知鉆孔資料，可以得到四煤與四煤下的平均間距為6.26m，所以四煤與四煤下煤的分叉邊界很難在時(shí)間剖面被識(shí)別，我們通過測井約束反演方法以及地震屬性分析，并結(jié)合鉆孔資料，較好的解決了這一問題。圖3為過井的時(shí)間剖面與波阻抗反演剖面的對(duì)比，從圖中可以看出，在時(shí)間剖面上很難區(qū)分出四煤與四煤下煤層的分叉部位，是以復(fù)合波的形式出現(xiàn)，但是，通過測井約束反演后，四煤與四煤下煤層就可以在剛開始產(chǎn)生分叉的地方被識(shí)別出來，分叉點(diǎn)明顯。通過測井約束反演方法結(jié)合鉆孔資料可以得到四煤分叉邊界如圖4所示。

圖3　過井的時(shí)間剖面與波阻抗反演剖面

圖4　四煤分叉邊界在波阻抗反演剖面上的反映

4　結(jié)論

本文在認(rèn)真研究地震反演基礎(chǔ)理論和方法特點(diǎn)后，結(jié)合彬長礦區(qū)的地震、測井、鉆井等地質(zhì)資料，進(jìn)行了測井約束反演的實(shí)際應(yīng)用，成功地預(yù)測了煤層的分叉位置。由于研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)簡單，此方法對(duì)地質(zhì)構(gòu)造簡單地區(qū)適用，而對(duì)于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)的適用性還需要進(jìn)一步研究。

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1004-5716（2016）10-0126-03

2016-06-01

2016-06-02

劉帆（1982-），男（漢族），山西臨縣人，工程師，現(xiàn)從事地震勘探工作。