唐金炎，劉 舒

地震正演模型在西湖油氣田中的應(yīng)用

唐金炎，劉 舒

（中國(guó)石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司勘探開發(fā)研究院，上海 200120）

地震正演的射線追蹤法是將地震波波動(dòng)理論簡(jiǎn)化為射線理論，它屬于幾何地震學(xué)方法，其方法運(yùn)算方便，適用性強(qiáng)。西湖M油氣田主力儲(chǔ)層H3砂層組內(nèi)部砂體橫向變化快，砂體薄，從鉆后的結(jié)果分析A井與B井之間H3層內(nèi)部砂體存在不連通的可能性，為了明確砂體間的變化關(guān)系建立了多個(gè)地質(zhì)模型，并運(yùn)用射線追蹤法進(jìn)行正演模擬，通過正演后的地震剖面和真實(shí)的地震剖面對(duì)比可知H3a，H3b，H3c砂體在A和B井之間連通的可能性比較小，H3d砂體的連通可能性大。

地震正演；射線追蹤；砂體連通性

在油氣田的開發(fā)中，由于井與井之間的地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以直接從地震剖面上判別。而地震正演模擬可以將地質(zhì)模型和地震響應(yīng)有機(jī)地聯(lián)系起來，使地震反射特征具有雙重含義，既具有地球物理意義，又具有明確的地質(zhì)含義。通過正演模擬，可以對(duì)地震波在復(fù)雜介質(zhì)中傳播的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征有更為清晰的認(rèn)識(shí)，準(zhǔn)確分析地下地質(zhì)構(gòu)造所產(chǎn)生的地震反射波的波場(chǎng)特征。根據(jù)正演模擬，可以增強(qiáng)人們對(duì)地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，減少多解性，從而為實(shí)際的地質(zhì)和油藏問題提供一定的指導(dǎo)作用。

二維地震正演從地震資料的性質(zhì)可分為疊前（AVA）地震正演和疊后地震正演，疊前地震正演可以幫助從地震數(shù)據(jù)上直接識(shí)別油氣，疊后地震正演則有益于解釋人員通過不同正演結(jié)果與地震剖面的對(duì)比幫助解釋人員分析復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)。疊后地震正演按照原理主要可分為兩大類方法：①基于射線理論的射線追蹤方法；②基于波動(dòng)理論的波動(dòng)方程正演。射線追蹤法屬于幾何地震學(xué)方法，主要考慮了波的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。射線追蹤法顯示直觀，運(yùn)算速度快，適應(yīng)性強(qiáng)。

1 工區(qū)概況

西湖M氣田位于中央背斜帶蘇堤構(gòu)造帶的北部?jī)A末端，主要受到早期拉張應(yīng)力和擠壓應(yīng)力的作用，形成的低幅背斜、斷背斜和斷塊構(gòu)造群，其主力儲(chǔ)層H3砂層組為三角洲前緣沉積，劃分為H3a、H3b、H3c、H3d四套儲(chǔ)層， 四個(gè)小層均有井鉆遇氣層，該層為氣田的主要目的層，H3層垂向上表現(xiàn)為由下至上砂體厚度逐漸減薄，粒度變細(xì)。根據(jù)開發(fā)井的鉆探情況，H3層內(nèi)部砂體橫向變化快，從過井地震剖面上（圖1），A井與B井之間，H3層內(nèi)部地震反射同相軸的波形、振幅、相位均發(fā)生明顯變化，其中H3d砂體厚度最大，砂厚約84.3～32.9m，砂體橫向發(fā)育最穩(wěn)定，但往B井砂體厚度減薄，上部氣砂尖滅。H3c砂體在3口井上均發(fā)育，砂體厚度中等，砂厚約16～11.6m，結(jié)合地震資料綜合分析認(rèn)為，C井及A井H3c砂體與B井H3c砂體不連通的可能性較大。H3b砂體橫向變化大，在C井上砂體厚度最大，砂厚為30.3m，氣層厚度為16.2m，該層往A井（距離C井約296m）方向砂體厚度減薄至5.5m，且氣砂尖滅，B井上H3b砂體厚度為4.4m，分析認(rèn)為H3b砂體與H3c砂體一致，存在C井和A井與B井砂體不連通的可能性。H3a砂體厚度薄，砂體厚度約8.2～3.5m，砂體橫向變化快，與H3c與H3b一致，存在C井和A井與B井砂體不連通的可能性。綜合以上信息，為了分析A井與B井之間砂體合理的地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)，我們建立了多個(gè)地質(zhì)模型，選取快速高效的射線追蹤正演方法，對(duì)四套砂體的連通性進(jìn)行了分析。

圖1 西湖M油氣田過北區(qū)3口井連井地震剖面

2 射線追蹤法

射線追蹤法是對(duì)地震波在介質(zhì)中的傳播路徑的一種追蹤，它屬于幾何地震學(xué)方法，由于它將地震波波動(dòng)理論簡(jiǎn)化為射線理論，主要考慮的是地震波傳播的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。在地震勘探中，有兩類地震射線追蹤問題：①初值射線追蹤問題，是指一點(diǎn)射線追蹤，已知射線初始點(diǎn)源點(diǎn)和初始出射方向，求地震波的傳播路徑。②兩點(diǎn)射線追蹤，已知射線初始點(diǎn)源點(diǎn)和另一觀察點(diǎn)接收點(diǎn)的位置，不知射線初始出射方向，求兩點(diǎn)之間的射線路徑。

射線追蹤法求取線路和旅行時(shí)的基本方程：

射線追蹤方法概括起來分為三大類，分別是試射法、彎曲法、波前法。試射法或稱打靶法，在激發(fā)點(diǎn)，給定一系列射線參數(shù)初始值，根據(jù)Snell定理追蹤并不斷調(diào)整初始射線的出射角，使地面接收到的反射射線與既定接收點(diǎn)之間不斷接近，直到滿足假定的邊界條件，此時(shí)得到的射線路徑即是我們所要求取的。彎曲法在數(shù)學(xué)上屬于兩點(diǎn)邊值問題的范疇，是基于Fermat原理的一種方法，在進(jìn)行計(jì)算之前要求先固定激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)，再假定兩點(diǎn)間有一個(gè)初始的路徑，滿足射線運(yùn)動(dòng)方程或射線最小走時(shí)的Fermat原理，通過反復(fù)迭代計(jì)算使最初假想的射線路徑逐漸收斂到正確的射線路徑上來，從而計(jì)算得到激發(fā)點(diǎn)到接收點(diǎn)的走時(shí)及兩點(diǎn)間的射線軌跡。波前法是基于Huygens原理，震源產(chǎn)生振動(dòng)，通過介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)向四周傳播，波動(dòng)中的任何一點(diǎn)都可以看作一個(gè)新的震源，而地震波在傳播過程中由各個(gè)震源點(diǎn)組成了一個(gè)波陣面，波陣面上的每一個(gè)點(diǎn)又可以作為新的震源，通過介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)繼續(xù)傳播，疊加形成新的波前面，在接收點(diǎn)與震源點(diǎn)之間可以形成若干個(gè)這樣的次級(jí)震源[1-6]。射線追蹤法主要優(yōu)點(diǎn)有顯示直觀，運(yùn)算方便，速度快，效率高，適應(yīng)性強(qiáng)。

3 西湖油氣田實(shí)例應(yīng)用

正演模擬的流程（圖2）：本文地震正演的子波采用了28Hz的雷克子波，地質(zhì)和地球物理模型建立了地下地層的反射面，也就建立起來了地下地層的反射系數(shù)，通過子波和反射系數(shù)的褶積，并運(yùn)用射線追蹤方法計(jì)算沿時(shí)間軸方向的路徑，最后得到地震合成記錄，如果地震合成記錄與實(shí)際的地震剖面不吻合，繼續(xù)修改地質(zhì)地球物理模型。

圖2 地震正演模型技術(shù)圖

地質(zhì)模型中的物性參數(shù)（砂泥巖速度、密度）來自3口井上，建立了四個(gè)地質(zhì)模型，具體模型如下：

地質(zhì)模型一（圖3）：假設(shè)三口井之間的砂體和泥巖都是連通的，模型中砂層和泥巖層的密度和速度如表1所示。通過正演的剖面（圖4）與實(shí)際地震剖面（圖1）對(duì)比可知，模型一不能反映出實(shí)鉆H3砂層內(nèi)砂體間的變化關(guān)系。

地質(zhì)模型二（圖5）：三口井之間的H3a砂體連通，H3b砂體也是連通，H3c砂體不連通，H3c1砂體在距離A 井350m處尖滅，H3c2砂體尖滅點(diǎn)離B井330m，H3d砂體也連通的。模型中的泥巖之間也連通。模型中砂層和泥巖層的密度和速度如表2所示。通過正演的剖面（圖6）與實(shí)際地震剖面（圖1）對(duì)比可知，模型二不能代表地下的真實(shí)地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

圖3 模型一地質(zhì)剖面圖

圖4 模型一正演地震剖面圖

表1 模型一物性參數(shù)數(shù)據(jù)表

地質(zhì)模型三（圖7）：三口井之間的H3a砂體連通，H3b砂體不連通，H3b1砂體在距離A井150m處尖滅，H3b2砂體尖滅點(diǎn)離B井330m，H3c砂體不連通，H3c1砂體在距離A井350m處尖滅，H3c2砂體尖滅點(diǎn)離B井330m，H3d砂體是連通的。模型中的泥巖之間也連通，因此泥巖的密度和速度用的H3a下泥的值。模型中砂層和泥巖層的密度和速度如表3所示。通過正演的剖面（圖8）與實(shí)際地震剖面（圖1）對(duì)比可知，模型三不能代表地下的真實(shí)地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

圖5 模型二地質(zhì)剖面圖

圖6 模型二正演地震剖面圖

表2 模型二物性參數(shù)數(shù)據(jù)表

圖7 模型三地質(zhì)剖面圖

圖8 模型三正演地震剖面圖

表3 模型三物性參數(shù)數(shù)據(jù)表

地質(zhì)模型四（如圖9）：從地質(zhì)模型可知三口井之間的H3a砂體不連通，H3b砂體不連通，H3a1砂體在距離井A井80m處尖滅，H3a2砂體尖滅點(diǎn)離B井530m，H3b1砂體在距離井A井150m處尖滅，H3b2砂體尖滅點(diǎn)離B井530m，H3c砂體不連通，H3c1砂體在距離井A井350m處尖滅，H3c2砂體尖滅點(diǎn)離B井330m，H3d砂體是連通的。模型中的泥巖之間也連通，因此泥巖的密度和速度用的H3a砂巖下的泥巖物性參數(shù)。模型中砂層和泥巖層的密度和速度如表4所示。通過正演的剖面（圖10）與實(shí)際地震剖面（圖11）對(duì)比可知，模型四很接近地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

圖9 模型四地質(zhì)剖面圖

表4 模型四物性參數(shù)數(shù)據(jù)表

圖10 模型四正演地震剖面圖

圖11地質(zhì)模型四正演地震剖面和過A井和B井原始地震剖面對(duì)比圖

圖11 是選定地質(zhì)模型正演剖面和過A井和B井原始地震剖面的對(duì)比，圖中黃色圈定部分為H3砂層頂?shù)?，從圖可知，H3這套砂層正演模型的地震強(qiáng)弱軸和過井地震剖面的強(qiáng)弱軸數(shù)目一致，從原始地震剖面可知，在H3砂層組中有三個(gè)強(qiáng)軸，兩個(gè)弱軸，中間的強(qiáng)軸（紅色圈定部分）在A井和B井之間中斷。地震正演剖面圖中紅色圈定部分同相軸消失的地方和過A井和B井連井剖面H3砂層組中間強(qiáng)軸消失的地方具有一致性，因此正演模型中模擬H3砂層組后的地震剖面和原始地震剖面具有很好一致性。

4 結(jié)論

（1）針對(duì)西湖井間薄砂體連通性問題，基于井資料建立多個(gè)模型，并運(yùn)用射線追蹤方法，從地震正演模擬的二維地震剖面與采集的二維地震剖面對(duì)比后，分析認(rèn)為三口井之間的H3a，H3b，H3c砂體在A井和B井之間連通性比較小，砂體H3d在三口井之間連通性比較大；

（2）射線追蹤地震正演方法顯示直觀及運(yùn)算方便，對(duì)我們認(rèn)識(shí)地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)有一定的幫助。

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[3]李軍峰. 高精度有限差分波場(chǎng)正演模擬方法研究及應(yīng)用[D].成都： 成都理工大學(xué)， 2012.

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Application of Seismic Forward Modeling in Xihu Oil and Gas Field

TANG Jinyan, LIU Shu
（Institute of Exploration and Development, SINOPEC Shanghai Offshore Oil and Gas Company, Shanghai 200120, China）

The Ray tracing method in the seismic forward modeling is to simplify the seismic wave theory into the ray theory,which belongs to a geometry seismology method, with the characteristics of convenient operation and good applicability. The main reservoir H3sand interval in M oil and gas fi eld is thin and rapidly changes in lateral. The post-drilling analysis showed that the interior sand bodies of H3interval were possibly not connected between Well A and Well B. In order to conf i rm the complex geological structure between the wells, the authors built serval geological models,and conducted the seismic forward modelling through ray tracing method.The comparison of seismic prof i les from the forward modeling and the real reveals that the connectivity of sand H3a, H3b, H3c of interval is poor among the wells, but H3d is possibly connective.

Seismic forward modelling; ray tracing; sand body connectivity

P631.1+2

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2017.03.007

1008-2336（2017）03-0007-05

2017-03-17；改回日期：2017-06-27

唐金炎，男，1983年生，工程師，碩士，主要從事地球物理構(gòu)造解釋和地震正演工作。

E-mail：tangjinyan.shhy@sinopec.com。