馬成龍

中國(guó)石油遼河油田公司勘探開發(fā)研究院,遼寧 盤錦 124010

0 前言

薄儲(chǔ)層預(yù)測(cè)一直是地震勘探領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題[1],根據(jù)Widess模型,在沒有噪音的情況下,地震上時(shí)間厚度小于1/8波長(zhǎng)的薄層是無法分辨的[2]。目前遼河油田研究對(duì)象大多是厚度小于10 m的薄層,而地震資料極限分辨率在12.5 m(1/8波長(zhǎng))左右,且全數(shù)字三維和三維VSP等高分辨率地震資料極為稀少,所以探索應(yīng)用常規(guī)三維地震資料進(jìn)行薄儲(chǔ)層的識(shí)別和預(yù)測(cè)技術(shù)具有較大的實(shí)際意義。目前,國(guó)內(nèi)外基于常規(guī)三維地震資料進(jìn)行薄儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的方法主要有以下三類:一是地震沉積學(xué),它是以地震屬性分析技術(shù)、90°相位轉(zhuǎn)換技術(shù)以及地層切片技術(shù)為核心的新興邊緣學(xué)科,主要依靠地震資料橫向分辨率來進(jìn)行薄層的識(shí)別[3-5],但是就目前的發(fā)展?fàn)顩r來看,盡管該技術(shù)解決了一些薄儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的問題,但其關(guān)鍵技術(shù)仍然存在爭(zhēng)議,有待深入完善[6];二是基于模型的地震反演技術(shù),該技術(shù)從地質(zhì)模型出發(fā),采用模型優(yōu)選迭代擾動(dòng)算法,通過不斷修改地質(zhì)模型,使模型正演結(jié)果與實(shí)際地震數(shù)據(jù)達(dá)到最佳吻合,最終的反演結(jié)果理論上與測(cè)井資料的分辨率相同[7],但該技術(shù)存在多解性,難以優(yōu)選最符合地下情況的地質(zhì)模型,應(yīng)用受到限制[8];三是地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演,該技術(shù)基于地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論,通過變差函數(shù)進(jìn)行插值以獲得高頻分量來提高分辨率進(jìn)行薄儲(chǔ)層預(yù)測(cè),但該插值方法僅為數(shù)學(xué)算法而不包含地質(zhì)概念,反演結(jié)果往往與實(shí)際地質(zhì)情況差別較大,使該技術(shù)的推廣受到了局限[9-12]。為此,在對(duì)提高分辨率原理及各反演算法進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,以地震波形特征指示反演技術(shù)和譜模擬反演技術(shù)為核心,提出了優(yōu)勢(shì)頻率融合的思路,將各反演技術(shù)中的優(yōu)勢(shì)頻率提取出來進(jìn)行融合,以拓寬資料頻帶寬度，提高分辨率,進(jìn)而達(dá)到預(yù)測(cè)薄儲(chǔ)層的目的。該技術(shù)通過在J 31塊的實(shí)際應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了8 m砂巖儲(chǔ)層分布的預(yù)測(cè),并通過鉆井證實(shí)了預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性。

1 地質(zhì)背景

J 31塊位于遼河坳陷東部凹陷黃金帶油田南部,整體上為一個(gè)依托駕掌寺斷裂而形成的斷裂背斜構(gòu)造,內(nèi)部被北東向小斷層切割復(fù)雜化,面積約20 km2。鉆井資料揭示新生代地層自下而上依次為房身泡組、沙河街組沙三段、沙一段、東營(yíng)組、館陶組、明化鎮(zhèn)組以及第四系,整體缺失沙四段和沙二段。主要含油層系為沙一段,沙一段沉積時(shí)期,盆地構(gòu)造活動(dòng)較弱,駕掌寺等主干斷裂活動(dòng)強(qiáng)度降低,為裂陷衰減期,此時(shí)研究區(qū)為淺水湖盆環(huán)境,來自西北方向董家崗斜坡的沉積物在湖盆四周堆積形成扇三角洲[13-15],研究區(qū)儲(chǔ)層主要為水下分流河道、席狀砂以及湖底扇等巖性體,單層厚度均小于8 m。

2 J 31塊薄儲(chǔ)層反演預(yù)測(cè)

波阻抗反演的頻譜主要由低頻、中頻和高頻三部分組成,其中低頻成分一般分布在0～9 Hz之間,變化較緩慢,橫向分布穩(wěn)定,可利用井插值模型獲得;中頻成分一般在9～45 Hz之間,可利用地震數(shù)據(jù)求取波阻抗獲得;高頻成分一般大于45 Hz,可通過井間模擬獲得,但不夠準(zhǔn)確,因此可采用地震波形特征指示反演(SMI)方法加以解決。本文提出的優(yōu)勢(shì)頻率融合研究思路,首先聯(lián)合開展譜模擬反演和地震波形指示特征反演,再提取各反演結(jié)果的優(yōu)勢(shì)頻率成分進(jìn)行融合,由此來拓寬反演結(jié)果的頻帶寬度,提高反演結(jié)果的分辨率,以達(dá)到預(yù)測(cè)該薄儲(chǔ)層分布的目的。

2.1 譜模擬反演

譜模擬反演技術(shù)是一種頻率域的測(cè)井約束波阻抗反演方法,其核心是用地震資料的頻譜和井資料的頻譜相匹配來完成反演過程,具有不需要初始模型約束的優(yōu)點(diǎn),而且對(duì)井的依賴程度小,可以實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化,在很大程度上減少了人為因素對(duì)反演結(jié)果的影響,可以客觀地反映儲(chǔ)層的展布特征。缺點(diǎn)是譜模擬反演結(jié)果與地震數(shù)據(jù)具有相同的頻帶寬度,缺少低頻成分和高頻成分,分辨率低[16]。譜模擬反演技術(shù)雖然無法直接對(duì)薄儲(chǔ)層分布進(jìn)行預(yù)測(cè),但是可以客觀地反映出包含目的層在內(nèi)的具有一定厚度地層的整體變化趨勢(shì)。在本次研究中譜模擬反演主要有兩方面作用:作為低頻趨勢(shì)約束估算的高頻成分向正確的方向收斂;將其優(yōu)勢(shì)頻率成分作為最終反演結(jié)果的中低頻成分。

圖1為譜模擬反演結(jié)果,時(shí)間分辨率約為20 ms。由圖1可以看出該反演結(jié)果無法直接看出目的層的分布情況,但是可以看出包含目的層在內(nèi)約50 m厚地層的分布特征(圖中虛線范圍),該層在全區(qū)均有分布,西南較厚,向東北逐漸減薄。

圖1 過J 31井譜模擬反演剖面

2.2 地震波形特征指示反演

地震波形特征指示反演(SMI)是以傳統(tǒng)的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)為基礎(chǔ),利用沉積學(xué)原理,按照地震波形的橫向變化特征預(yù)測(cè)分析儲(chǔ)層的相變特征,進(jìn)而研究?jī)?chǔ)層垂向巖性組合高頻結(jié)構(gòu)特征。該方法采用“地震波形指示馬爾科夫鏈蒙特卡洛隨機(jī)模擬(SMCMC)”算法,在空間結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)指導(dǎo)下,參照空間分布距離和地震波形相似性兩個(gè)因素對(duì)所有井按關(guān)聯(lián)度排序,優(yōu)選與預(yù)測(cè)點(diǎn)關(guān)聯(lián)度高的井作為初始模型,對(duì)高頻成分進(jìn)行無偏最優(yōu)估計(jì),并保證最終反演的地震波形與原始地震一致,實(shí)現(xiàn)了空間上受地震相約束的效果,同時(shí)符合沉積規(guī)律[17-20]。該方法在很大程度上提高了反演結(jié)果的確定性,減少了多解性。

地震波形特征指示反演在本研究中的作用是在相控約束下提供識(shí)別薄儲(chǔ)層所必須而地震資料中不具備的高頻成分。但由于高頻成分具有隨機(jī)性,而且隨著頻率的提高,隨機(jī)性也隨之增強(qiáng),所以最高截止頻率在滿足薄儲(chǔ)層預(yù)測(cè)需要的前提下越低則預(yù)測(cè)結(jié)果越可靠。根據(jù)研究區(qū)8 m薄儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的需要確定高頻端為120 Hz。圖2為地震波形特征指示反演結(jié)果,虛線所標(biāo)注的層位即厚度為8 m的目的層,由圖2可以看出該層已經(jīng)有了明顯的阻抗異常,由此證明該波阻抗數(shù)據(jù)體的分辨率完全滿足該薄儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究的需要。

圖2 過J 31井地震波形特征指示反演剖面

2.3 優(yōu)勢(shì)頻率融合

由于譜模擬反演結(jié)果中與地震資料頻帶寬度(9～45 Hz)一致的頻率成分比地震波形特征指示反演更為可靠,而地震波形特征指示反演可以在沉積約束的基礎(chǔ)上估算譜模擬反演結(jié)果中所不具備的45～120 Hz頻率成分,低頻模型可以根據(jù)井資料提供0～9 Hz的低頻成分,將上述各部分的優(yōu)勢(shì)頻率成分進(jìn)行融合,則最終反演結(jié)果的各個(gè)頻段的頻率成分都是最優(yōu)的。

圖3是頻率融合之后的最終反演結(jié)果,虛線所標(biāo)注的位置為目的層,由圖3可以清晰地看出目的層的分布范圍。目的層之上的高阻地層根據(jù)井資料分析為2～4 m的細(xì)砂巖與泥巖互層,由于最終反演結(jié)果的頻帶寬度不滿足識(shí)別4 m薄層的要求,所以呈現(xiàn)出低阻背景下具有一定厚度的高阻特征,而目的層以下根據(jù)鉆井資料揭示為大段泥巖夾粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖,反演結(jié)果也呈現(xiàn)出大段的低阻特征,可見兩者吻合程度較高,證實(shí)了該研究結(jié)果的可靠性。

圖3 優(yōu)勢(shì)頻率融合后全頻帶波阻抗剖面

2.4 效果分析

圖4為基于優(yōu)勢(shì)頻率合并數(shù)據(jù)體沿著目的層提取的沿層波阻抗切片,反映了薄儲(chǔ)層的空間展布特征,其西北邊界為一條走滑斷層,虛線范圍為預(yù)測(cè)薄儲(chǔ)層分布區(qū)域。由圖4可以看出J 31塊薄儲(chǔ)層沿著斷層向東南方向呈扇形展布,面積為1.2 km2,通過區(qū)內(nèi)新完鉆井鉆遇情況對(duì)上述預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果表明:在預(yù)測(cè)儲(chǔ)層分布區(qū)內(nèi)新完鉆的J 34井鉆遇該套儲(chǔ)層,巖性與J 31井一致,均為砂礫巖體,厚度為8 m;而周邊H 35、H 42、H 64、H 95、J 602等井均不發(fā)育該薄儲(chǔ)層。通過上述分析可見,本研究結(jié)果與鉆井資料顯示一致,證實(shí)了本次預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性,也證實(shí)了該預(yù)測(cè)方法的可操作性。

圖4 J 31塊薄儲(chǔ)層反演預(yù)測(cè)平面圖

3 結(jié)論

1)綜合巖心及測(cè)井資料開展巖石物理分析是薄儲(chǔ)層反演預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵,只有當(dāng)波阻抗可以對(duì)薄儲(chǔ)層與圍巖進(jìn)行區(qū)分時(shí)才可以逐步開展高分辨率儲(chǔ)層反演研究。

2)基于優(yōu)勢(shì)頻率融合的思路,聯(lián)合開展譜模擬反演和地震波形特征指示反演,提取譜模擬反演結(jié)果中與地震資料頻帶寬度(9～45 Hz)一致的頻率成分、地震波形特征指示反演中地震頻帶寬度范圍之外的高頻成分(45～120 Hz)、以及低頻模型中的低頻成分(0～9 Hz),三者融合后形成的全頻帶波阻抗數(shù)據(jù)體可以實(shí)現(xiàn)8 m薄儲(chǔ)層的分布預(yù)測(cè),為類似區(qū)塊勘探開發(fā)提供借鑒。