狄貴東 陳 康 冉 崎 龍 隆 梁 瀚 張 晨

中國(guó)石油西南油氣田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院

0 引言

四川盆地樂(lè)山—龍女寺古隆起是一個(gè)受基底控制的巨型裙邊狀隆起，經(jīng)歷了多期的構(gòu)造演化變形。其中在海西期泥盆紀(jì)至石炭紀(jì)，加里東古隆起整體處于隆升剝蝕狀態(tài)，導(dǎo)致古隆起區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組灘相白云巖廣泛分布[1-4]。近年來(lái)，在川中—川西地區(qū)的樂(lè)山—龍女寺古隆起斜坡區(qū)多口井在棲霞組發(fā)現(xiàn)薄層孔隙型白云巖氣層，測(cè)試多井獲得高產(chǎn)氣流。其中，川西北部雙魚(yú)石構(gòu)造風(fēng)險(xiǎn)探井雙探1井，在棲霞組孔隙型白云巖氣層測(cè)試獲氣87.6 104m3/d；川中高磨地區(qū)龍女寺構(gòu)造磨溪31X1井棲霞組白云巖儲(chǔ)層測(cè)試獲氣36.69 104m3/d；高石 18井在棲霞組白云巖層段測(cè)試獲氣41.74 104m3/d，展示出盆地中西部地區(qū)中二疊統(tǒng)良好的勘探前景，因此對(duì)中二疊統(tǒng)棲霞組儲(chǔ)層的地震預(yù)測(cè)研究十分必要。但由于棲霞組灘相白云巖儲(chǔ)層具有埋藏深、儲(chǔ)層薄、地震反射受子波干涉調(diào)諧等特點(diǎn)，使得地震預(yù)測(cè)難度大。傳統(tǒng)薄儲(chǔ)層識(shí)別方法以頻譜分析方法及譜反演方法為主要代表，其中，頻譜分析方法在地震頻帶寬度不足以清晰識(shí)別譜峰和陷頻變化規(guī)律時(shí)，對(duì)于分辨薄層仍存在困難，譜反演能夠解決在小于調(diào)諧厚度時(shí)的薄層預(yù)測(cè)問(wèn)題，同時(shí)具有不需要任何先驗(yàn)?zāi)Ｐ?、反射系?shù)的數(shù)學(xué)假設(shè)、層位約束，可用來(lái)分辨小于調(diào)諧厚度的薄層[5-11]， 但其時(shí)間尋優(yōu)對(duì)設(shè)定的反射系數(shù)的個(gè)數(shù)具有很大的依賴性。而匹配追蹤算法相對(duì)于常規(guī)譜反演算法，具有優(yōu)越的自適應(yīng)特征，對(duì)于薄層調(diào)諧效應(yīng)更加敏感，可以大大提高求解反射系數(shù)的精度，并且抗噪能力也較強(qiáng)[12-15]。

本次研究成果形成一種壓制子波旁瓣的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)方法，即首先通過(guò)匹配追蹤旁瓣壓制算法有效分解地震信號(hào)，得到地震反射系數(shù)，然后將地震反射系數(shù)與尖脈沖子波褶積，去除子波旁瓣的影響，得到反映棲霞組儲(chǔ)層真實(shí)地震響應(yīng)的地球物理資料，并將該方法成功應(yīng)用于四川盆地深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中，刻畫(huà)了環(huán)古隆起帶棲霞組有利儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)，為下一步勘探開(kāi)發(fā)奠定了良好的基礎(chǔ)。

1 測(cè)井及地震響應(yīng)特征

四川盆地中部地區(qū)棲霞組發(fā)育一套泥晶－亮晶生物（屑）灰?guī)r夾晶粒白云巖，白云巖儲(chǔ)層主要位于在棲霞組中下部，厚度5～30 m，測(cè)井響應(yīng)特征表現(xiàn)為低自然伽馬、低縱波速度、高密度特征（圖1）。地震響應(yīng)特征主要表現(xiàn)為“亮點(diǎn)反射”特征（圖2）。伴隨樂(lè)山—龍女寺古隆起的形成過(guò)程，棲霞組下伏地層速度結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出一定的差異性（圖1）：在古隆起主體區(qū)，棲霞組下伏接觸梁山組薄層泥巖及寒武系高速碳酸鹽巖地層（以mx108井為代表），在古隆起外圍區(qū)域，棲霞組下伏發(fā)育梁山組薄層泥巖及50～80 m奧陶系湄潭組頁(yè)巖低降速帶(以gs001-x28井、gs001-x32井為代表)，同處于該低降速帶的gs001-H20井，在棲霞組未鉆遇到白云巖儲(chǔ)層，但在疊前時(shí)間偏移剖面上棲霞組仍能夠表現(xiàn)出“亮點(diǎn)反射”的特征（圖2）。研究表明，這類(lèi)“假亮點(diǎn)反射”的形成與棲霞組下伏地層產(chǎn)生的子波旁瓣有關(guān)，在地震資料中如何有效去除該類(lèi)反射，對(duì)于深層碳酸鹽巖薄儲(chǔ)層預(yù)測(cè)顯得尤為重要。

2 模型正演

與棲霞組圍巖相比，棲霞組白云巖儲(chǔ)層具有相對(duì)較低的波阻抗，可以形成“亮點(diǎn)反射”，同時(shí)，由于棲霞組底部、梁山組及棲霞組下伏地層不同的速度結(jié)構(gòu)，所產(chǎn)生的子波旁瓣也可能會(huì)對(duì)棲霞組儲(chǔ)層的地震響應(yīng)產(chǎn)生一定的影響。利用波動(dòng)方程正演模擬方法，設(shè)計(jì)4個(gè)不同接觸關(guān)系的楔狀模型（圖3），開(kāi)展基于楔狀模型的地震響應(yīng)理論模型分析：模型1和模型2棲霞組白云巖儲(chǔ)層發(fā)育段厚度由0～20 m逐漸增大，儲(chǔ)層底界距棲霞組頂界距離分別為30 m和60 m，棲霞組底部只發(fā)育棲一段泥晶灰?guī)r和梁山組泥頁(yè)巖（圖3a），模型3和模型4在模型2的基礎(chǔ)上，梁山組下伏地層分別發(fā)育寒武系灰?guī)r和奧陶系湄潭組頁(yè)巖（圖3a）。

模型中地層速度及密度參數(shù)設(shè)計(jì)如下：茅口組平均地層速度為5 100 m/s，密度為2.50 g/cm3；棲二段平均地層速度為6 400 m/s，密度為2.71 g/cm3；儲(chǔ)層速度為5 800 m/s，密度為2.73 g/cm3；棲一段泥晶灰?guī)r平均地層速度為5 500 m/s，密度為2.57 g/cm3；梁山組平均地層速度為4 000 m/s，密度為2.47 g/cm3；下伏寒武系石灰?guī)r段速度為6 400 m/s，密度為2.71 g/cm3；奧陶系湄潭組頁(yè)巖段平均地層速度為3 600 m/s，密度為2.47 g/cm3，褶積過(guò)程中選用30 Hz雷克子波。

1）若僅考慮圖3a所設(shè)計(jì)的地層結(jié)構(gòu)，模型中不發(fā)育儲(chǔ)層，圖3b為該地層結(jié)構(gòu)不含儲(chǔ)層的正演模型，可以看出，當(dāng)發(fā)育棲一段15 m泥晶灰?guī)r和梁山組10 m泥頁(yè)巖時(shí)，在棲霞組內(nèi)部可以形成“亮點(diǎn)反射”，說(shuō)明棲霞組內(nèi)部反射受到下部泥晶灰?guī)r及梁山組低速層子波旁瓣的影響，同時(shí)，若如圖3b所示的模型4，在梁山組下伏發(fā)育奧陶系湄潭組頁(yè)巖時(shí)，棲霞組內(nèi)部“亮點(diǎn)反射”相比模型1和模型2振幅能量加強(qiáng)，說(shuō)明當(dāng)奧陶系湄潭組頁(yè)巖存在時(shí)，棲霞組內(nèi)部反射也會(huì)受到湄潭組頁(yè)巖子波旁瓣的影響產(chǎn)生中—強(qiáng)振幅。當(dāng)梁山組下伏發(fā)育寒武系高速地層時(shí)（圖3b模型3），由于高速地層的存在，反而使得棲一段和梁山組形成的子波旁瓣（圖3b模型2）振幅能量削弱。

圖1 過(guò)gs001-x28井 mx108井連井對(duì)比圖

圖2 過(guò)gs001-x28井 mx108井疊前時(shí)間偏移剖面圖

2）圖3c為考慮了楔狀儲(chǔ)層生成的正演模型，可以看出，當(dāng)儲(chǔ)層底部位置距棲霞組頂部10～30 m范圍，棲一段及梁山組低速層能夠?qū)?chǔ)層的地震響應(yīng)形成調(diào)諧干涉，造成棲霞組內(nèi)部亮點(diǎn)反射相對(duì)于圖3b調(diào)諧增強(qiáng)，且儲(chǔ)層響應(yīng)相對(duì)于子波旁瓣位置偏上，同時(shí)茅口組底界波峰能量較圖3b減弱。當(dāng)儲(chǔ)層底部位置距棲霞組頂部40～60 m范圍，相對(duì)于模型1，棲一段及梁山組低速層形成的子波旁瓣與儲(chǔ)層的地震響應(yīng)疊加，造成振幅能量增強(qiáng)。

圖3 基于模型的正演理論模型圖

當(dāng)梁山組下伏地層為奧陶系湄潭組頁(yè)巖低速層時(shí)（圖3c模型4），相對(duì)于模型2，地震振幅增強(qiáng)，棲一段泥晶灰?guī)r、梁山組泥頁(yè)巖、奧陶系頁(yè)巖共同產(chǎn)生干涉，造成棲霞組儲(chǔ)層地震響應(yīng)調(diào)諧增強(qiáng)。而當(dāng)梁山組下伏地層為寒武系石灰?guī)r高速地層時(shí)（圖3c模型3），相對(duì)于模型2和模型4，棲霞組內(nèi)部反射受下伏地層子波旁瓣影響相對(duì)較小，且陽(yáng)新統(tǒng)底波谷沒(méi)有模型2和模型4波谷寬緩。

3 基于匹配追蹤旁瓣壓制技術(shù)

綜上所述，由于棲一段泥晶灰?guī)r、梁山組泥頁(yè)巖、奧陶系頁(yè)巖共同作用形成子波旁瓣調(diào)諧作用，通過(guò)“亮點(diǎn)反射”特征識(shí)別棲霞組儲(chǔ)層存在很大的困難，而地震信號(hào)是一種復(fù)合諧波，通過(guò)壓縮地震子波，或者去除地震波在地下傳播過(guò)程中干涉、調(diào)諧等效應(yīng)對(duì)地下地層的影響，拓寬有效地震信號(hào)的頻帶可以達(dá)到重組地震信號(hào)的目的[16-20]，在地震反Q濾波基礎(chǔ)上，利用匹配追蹤算法準(zhǔn)確求取地震反射系數(shù)，高分辨率的反射系數(shù)可以區(qū)分儲(chǔ)層和巖性界面，針對(duì)性地衰減巖性界面引起的強(qiáng)反射系數(shù)，并與弱旁瓣子波進(jìn)行褶積就可得到消除界面強(qiáng)反射子波旁瓣干擾的高分辨率地震數(shù)據(jù)。這一過(guò)程中應(yīng)加入基于修正巖性界面干擾測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的正演地震作為質(zhì)控依據(jù)，避免進(jìn)入地震處理儲(chǔ)層識(shí)別誤區(qū)，基本流程如圖4所示：

圖4 匹配追蹤旁瓣壓制技術(shù)流程圖

3.1 匹配追蹤的反射系數(shù)求取

匹配追蹤是一種信號(hào)稀疏分解技術(shù)，它是將地震信號(hào)分解為與局部結(jié)構(gòu)特征最相似的基元函數(shù)的線性組合，在此基元函數(shù)集合上進(jìn)行稀疏分解，達(dá)到地震反射系數(shù)反演的目的。

地震信號(hào)的稀疏表達(dá)為：

其中 為第n次分解厚度殘余量； 為基元函數(shù)。由式（1）對(duì)地震記錄進(jìn)行分解展開(kāi)，用展開(kāi)次數(shù)m或殘余量 控制對(duì)f稀疏分解的迭代終止，最終 對(duì)應(yīng)的單位脈沖信號(hào)的時(shí)刻即是反射系數(shù)的時(shí)間位置， 為反射系數(shù)的幅值。

當(dāng)?shù)貙雍穸却笥讦?4調(diào)諧厚度時(shí)，反射系數(shù)較好的滿足了稀疏假設(shè)條件,利用常規(guī)匹配追蹤技術(shù)求取的地層反射系數(shù)的位置和幅值是正確的；但當(dāng)?shù)貙雍穸刃∮谡{(diào)諧厚度時(shí)，無(wú)法直接準(zhǔn)確計(jì)算反射系數(shù)位置[21]。針對(duì)這種問(wèn)題，假定薄層效應(yīng)由N個(gè)反射系數(shù)引起 ，在調(diào)諧厚度內(nèi)，假設(shè)在N個(gè)反射系數(shù)的可能位置，每個(gè)單一反射系數(shù)與子波褶積都可以得到一個(gè)時(shí)移波形a1,a2,,aN，將它們組合在一起可以構(gòu)成一個(gè)矩陣A={a1,a2,,aN}，設(shè)這些時(shí)移子波對(duì)應(yīng)的最優(yōu)組合系數(shù)為C=[c1,c2,,cN]T，待逼近的一段地震道為F，C和F都為列向量，則最優(yōu)系數(shù)組合可以由以下公式求取:

地震道F的最佳逼近為F=AC。選取所有擾動(dòng)可能中反射系數(shù)與反射地震道相關(guān)性最好的結(jié)果作為該時(shí)刻真實(shí)反射系數(shù)組合情況，并把此反射系數(shù)組合與子波褶積的結(jié)果作為該時(shí)刻的基元函數(shù)。至此，將不同時(shí)刻的基元函數(shù)組合在一起，建立一個(gè)新的基元函數(shù)集合，應(yīng)用匹配追蹤技術(shù)便可以得到此稀疏假設(shè)條件下的稀疏反褶積結(jié)果（圖5）。

3.2 技術(shù)應(yīng)用

在理論模型研究的基礎(chǔ)上，以四川盆地實(shí)際鉆、測(cè)井資料為基礎(chǔ)，開(kāi)展相同反射系數(shù)、不同子波條件下白云巖儲(chǔ)層的地震響應(yīng)特征研究。從古隆起外圍區(qū)—古隆起主體區(qū)過(guò)gs001-H33到mx19井連井阻抗正演模型。其中，位于古隆起外圍區(qū)的gs001-H33、gs001-H20井在棲霞組分別鉆遇10 m、0 m儲(chǔ)層，古隆起核心部位的mx19、mx110井在棲霞組分別鉆遇7 m、0 m儲(chǔ)層（圖6a）。

圖6b及圖6c分別為30 Hz雷克子波及尖脈沖子波褶積實(shí)際井上反射系數(shù)的結(jié)果，從圖6b可以看出，在gs001-H33井到gs001-H20井所在的古隆起外圍區(qū)，無(wú)論儲(chǔ)層發(fā)育與否，棲霞組均可以產(chǎn)生“亮點(diǎn)反射”，且儲(chǔ)層越發(fā)育，振幅能量越強(qiáng)，顯然，儲(chǔ)層響應(yīng)受到下伏地層子波旁瓣的影響。而在這些區(qū)域加入尖脈沖子波之后（圖6c），子波旁瓣造成的調(diào)諧效應(yīng)能夠予以有效的消除，此時(shí)棲霞區(qū)內(nèi)部的“亮點(diǎn)反射”為儲(chǔ)層真正的反射。同時(shí)，mx110井到mx19井所在的古隆起主體部位，棲霞組下部接觸高速地層，從該正演結(jié)果可以看出，相對(duì)于古隆起外圍區(qū)，這些區(qū)域子波旁瓣對(duì)上伏地層影響相對(duì)較小，與理論模型的結(jié)果較為吻合。而且，該正演模型進(jìn)一步證實(shí)通過(guò)尖脈沖子波褶積實(shí)際反射系數(shù)能夠有效區(qū)分儲(chǔ)層與非儲(chǔ)層。

圖5 匹配追蹤反射系數(shù)反演圖

最后，在模型研究的基礎(chǔ)上，基于實(shí)際反Q濾波地震資料，利用匹配追蹤技術(shù)，得到消除子波旁瓣之后的地震反射系數(shù)，褶積尖脈沖子波，最終獲得消除子波旁瓣之后的地震資料。如圖7所示，為過(guò)gs001-x28到gs1井的原始地震剖面（圖7a）和去子波旁瓣剖面（圖7b）對(duì)比，其中，gs001-x32、gs1井分別在4 199.5～ 4 249.7 m、4 159.5～ 4 208.2 m發(fā)育10.4 m、4.3 m厚儲(chǔ)層，gs001-x3井不發(fā)育儲(chǔ)層。可以看出，由于消除了棲霞組下伏低速層子波旁瓣的影響，工區(qū)帶狀分布的亮點(diǎn)反射明顯減弱，且剖面整體分辨率更高，儲(chǔ)層展布特征更加明顯，在儲(chǔ)層發(fā)育部位，棲霞組白云巖儲(chǔ)層在地震剖面上主要表現(xiàn)為“弱波峰反射”特征，而鉆遇不發(fā)育儲(chǔ)層的gs001-x3井，棲霞組井震對(duì)應(yīng)情況也更加吻合。

圖6 30 Hz雷克子波正演模擬結(jié)果及尖脈沖子波正演模擬結(jié)果圖

4 推廣前景

川中地區(qū)研究表明，在古隆起發(fā)育區(qū)，由于棲霞組下伏低降速帶的存在，容易在棲霞組形成子波旁瓣，對(duì)棲霞組儲(chǔ)層的地震響應(yīng)形成調(diào)諧影響，且古隆起外圍區(qū)影響程度比主體區(qū)嚴(yán)重，造成棲霞組儲(chǔ)層反射存在“假亮點(diǎn)反射”，本研究方法提出的基于匹配追蹤旁瓣壓制技術(shù)能夠有效地消除下伏地層形成的子波旁瓣對(duì)于棲霞組儲(chǔ)層地震響應(yīng)的影響，降低了儲(chǔ)層識(shí)別的多解性，同時(shí)，該方法能夠達(dá)到顯著提高深層儲(chǔ)集體的分辨能力的目的。將該技術(shù)從川中推廣到川西地區(qū)得到的棲霞組儲(chǔ)層平面分布圖（圖8），可以看出，棲霞組白云巖儲(chǔ)層主要沿環(huán)古隆起帶分布，古隆起斜坡帶為棲霞組儲(chǔ)層發(fā)育的有利場(chǎng)所，發(fā)育面積達(dá)5 230 km2，為下一步潛在的勘探開(kāi)發(fā)目標(biāo)區(qū)。本研究為深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提供了一條新的方法，具有廣闊的推廣前景。

圖7 過(guò)gs001-x32 gs001-x3井原始地震剖面和去子波旁瓣剖面圖

圖8 四川盆地棲霞組去子波旁瓣儲(chǔ)層平面分布圖

5 結(jié)論

1）棲霞組內(nèi)部?jī)?chǔ)層地震反射受到下伏地層子波旁瓣疊加的影響，造成地震響應(yīng)存在假象，古隆起外圍區(qū)受到棲一段泥晶灰?guī)r、梁山組泥頁(yè)巖、奧陶系頁(yè)巖共同產(chǎn)生干涉，造成棲霞組儲(chǔ)層地震響應(yīng)調(diào)諧增強(qiáng)，影響程度古隆起外圍區(qū)大于古隆起主體區(qū)?；谄ヅ渥粉櫯园陦褐品椒軌蛴行コ硬ㄅ园陮?duì)儲(chǔ)層識(shí)別的影響，提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的可靠性。

2）基于匹配追蹤旁瓣壓制技術(shù)研究表明古隆起斜坡帶為棲霞組儲(chǔ)層發(fā)育的有利場(chǎng)所，棲霞組白云巖儲(chǔ)層主要沿古隆起帶分布，發(fā)育面積達(dá)5 230 km2，為下一步潛在的勘探開(kāi)發(fā)目標(biāo)區(qū)。