胡 偉，孫永壯，張 巖，尹文筍，劉慶文

（中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200335）

地震反演通常分為疊后和疊前反演兩大類，經(jīng)過多年的發(fā)展，疊后地震反演在油氣勘探的不同階段都取得了不錯的應用效果。疊后反演方法基于的是疊后地震數(shù)據(jù)，共反射點道集的疊加壓制了能夠反映巖性和流體的AVO信息，應用疊后反演方法很難獲得孔隙度、流體、巖性等關(guān)鍵參數(shù)，難以滿足儲層定量描述的要求[1]。隨著勘探開發(fā)需求的提高，疊前反演技術(shù)得到了快速發(fā)展。1999年Connolly[2]首次提出了彈性波阻抗(Elastic Impedance)的概念，該方法利用的是部分角度疊加數(shù)據(jù)，保留了地震振幅隨偏移距的變化信息，比聲阻抗包含了更多的巖性及流體特征。但是彈性阻抗的數(shù)值和量綱存在隨著入射角增大而劇烈變化的問題，使得該方法不能完全滿足儲層識別及流體檢測的需求。2002年Whitcombe[3]對彈性阻抗公式進行了改進，通過歸一化處理后，解決了量綱的問題。之后，Whitcombe[4]再次改進了歸一化的彈性阻抗公式，提出了擴展彈性阻抗（EEI）的概念，限制反射系數(shù)在[-1,1]之間，使地震記錄與實際情況一致，使之更適用于巖性、物性和流體的預測。擴展彈性阻抗反演技術(shù)很好地融合了疊后反演和AVO反演的優(yōu)點，很大程度上提高了利用反演技術(shù)進行儲層預測和儲層描述的能力，是地震反演技術(shù)的主要發(fā)展方向。國內(nèi)的專家學者對擴展彈性阻抗也進行了大量的研究，孫月成等[5]、李國平等[6]、牛聰?shù)萚7]應用擴展彈性阻抗進行了巖性的識別，張秉銘等[8]、謝清惠等[9]、時磊等[10]應用其進行了儲層含油氣性的研究，唐湘蓉等[11]、苑春方等[12]對反演的方法進行了優(yōu)化或者改進，提高了擴展彈性阻抗的計算精度。

經(jīng)過多年的勘探，東海T氣田已經(jīng)由常規(guī)構(gòu)造勘探轉(zhuǎn)向巖性油氣藏勘探，對于巖性的精準刻畫尤為重要，而在主要目的層HG組，常規(guī)的聲波阻抗和縱橫波速度比參數(shù)（圖1），都不能很好地識別巖性。因此本文從擴展彈性阻抗理論入手，詳細介紹擴展彈性阻抗反演關(guān)鍵步驟，重點分析最優(yōu)巖性角與地震資料的結(jié)合過程，最終反演結(jié)果對砂巖儲層進行預測，取得了不錯的應用效果。

圖1 聲波阻抗與縱橫波速度比交匯分析Fig.1 Intersection analysis of acoustic impedance and velocity ratio of compressional wave to shear wave

1 擴展彈性阻抗反演理論

彈性阻抗的理論基礎是Zoeppritz方程，其概念是建立在Aki-Richards[13]簡化方程基礎之上，當入射角在臨界角范圍內(nèi)，則有：

其中：R為反射系數(shù)，θ為入射角，A為截距，B為梯度，VP為縱波速度，VS為橫波速度，ρ為密度；VˉP、VˉS和ρˉ分別代表相鄰地層的縱波速度、橫波速度和密度的平均值。ΔP、ΔVS和Δρ分別代表相鄰地層的縱波速度、橫波速度和密度的差值。

根據(jù)公式（1），Connolly構(gòu)建了一個與聲阻抗類似的方程：

式中，EI為彈性阻抗。

結(jié)合式（1）和式（2），通過計算就可以得到彈性阻抗表達式：

式中：θ為入射角，。

由式可以看到隨著入射角的增大求取的彈性阻抗值發(fā)生劇烈變化，使得不同偏移距彈性阻抗值進行對比分析的時候，會掩蓋巖性、物性或者流體引起的彈性阻抗變化差異的信息。為了解決彈性阻抗不穩(wěn)定性這個問題，Whitcombe對式（3）進行歸一化處理，得到新的彈性阻抗表達式如下：

式中：VP0、VS0、ρ0為常數(shù)，分別為縱波速度、橫波速度以及密度的平均值。這一改進消除了彈性阻抗隨入射角劇烈變化的問題，但是依然不夠完善，由式（4）計算得到的反射系數(shù)值可能大于1，這需要彈性阻抗值為負數(shù)，顯然與實際地震記錄不符。為此，Whitcombe再次修改了歸一化方程，令tanx=sin2θ,并把原反射系數(shù)乘以一個因子cosx，得到：

最終求得擴展彈性阻抗(EEI)的表達式為：

式（6）不但解決了彈性阻抗值不穩(wěn)定的問題，而且比例化的反射系數(shù)RS=Rcosx數(shù)值控制在[-1,1]之間，與實際地震記錄相符，可以直接用來進行巖性、物性和流體的預測。當x=0°時，EEI(0°)=AI為聲波阻抗，當x=90°時，EEI(90°)值對應反射系數(shù)域中的梯度B，把EEI(90°)叫做梯度阻抗GI。擴展彈性阻抗可以表示為：

擴展彈性阻抗反演就是把聲波阻抗和梯度阻抗按最優(yōu)化角度進行結(jié)合，來進行巖性、物性和流體的預測（圖2）。

圖2 巖性角 流體角分析示意Fig.2 Schematic diagram of lithology angle and fluid angle analysis

2 具體實施步驟

根據(jù)反演理論結(jié)合實際生產(chǎn)中的探索和應用，制定了應用擴展彈性阻抗反演進行巖性預測的流程（圖3），具體實施步驟如下：

圖3 擴展彈性阻抗反演流程Fig.3 Extended elastic impedance inversion process

2.1 地震資料和測井曲線的優(yōu)化處理

儲層預測結(jié)果的精確度取決于基礎資料的質(zhì)量，首先對疊前偏移道集進行去噪以及保真、保幅的處理。擴展彈性阻抗反演要求的地震資料必須具有AVA特征，所以在道集優(yōu)化處理后，結(jié)合速度資料，將偏移距數(shù)據(jù)體轉(zhuǎn)化為角道集。井曲線的優(yōu)化也非常重要，質(zhì)量不好的井曲線會降低擴展彈性阻抗曲線與目標曲線的相關(guān)性，會導致最優(yōu)角度求取不準，需對測井曲線進行井壁垮塌等優(yōu)化處理，再進行多井一致性的標準化處理，從而提高單井求取最優(yōu)角度的準確性以及多井求取最優(yōu)角度的穩(wěn)定性。

2.2 AVO反演求取截距和梯度

由步驟1計算得到的地震角道集，結(jié)合公式（1）進行AVO反演求取截距和梯度的三維地震數(shù)據(jù)體。反演過程中，注意選取合適的地震道集角度范圍，規(guī)避可能存在剩余多次波的近道以及動校不平的遠道，盡量保證截距和梯度結(jié)果的準確性。截距和梯度反演體分別為下一步計算聲波阻抗（AI）和梯度阻抗(GI)的地震反射系數(shù)體。

2.3 反演聲波阻抗和梯度阻抗

梯度阻抗的反演跟聲波阻抗一樣，都是采取的常規(guī)疊后反演流程。應用步驟二求取的截距和梯度分別當做疊后地震數(shù)據(jù)，結(jié)合井上求取的AI、GI曲線，進行井震標定、子波提取、低頻建模等一系列流程，最后反演得到聲波阻抗（AI）和梯度阻抗（GI）的地震三維數(shù)據(jù)體。

2.4 最優(yōu)巖性角的求取

首先要確定能夠反映巖性的目標曲線，如實測的GR曲線或者測井解釋得到的泥質(zhì)含量曲線等，應用公式（6）求取[-90°, 90°]范圍內(nèi)不同角度對應的擴展彈性阻抗曲線，并且分別與目標曲線進行相關(guān)性分析，相關(guān)性最高的擴展彈性阻抗曲線對應的角度即為最優(yōu)巖性角。運用擴展彈性阻抗反演進行物性和流體預測時，最優(yōu)物性角、最優(yōu)流體角的求取方法類同。對于同一構(gòu)造以及同一目的層，多井求取的最優(yōu)巖性角應該較穩(wěn)定，變化范圍小，若存在較大偏差，需要檢查測井曲線的質(zhì)量，以及多井一致性處理的情況。

2.5 EEI數(shù)據(jù)體的求取

EEI的求取有兩種途徑，一種是結(jié)合步驟1~4求取的聲波阻抗和梯度阻抗通過最優(yōu)巖性角旋轉(zhuǎn)得到，即EEI(x)=AIcosx+GIsinx；另外一種是結(jié)合步驟2求取的截距和梯度，步驟4求取的最優(yōu)巖性角x，由公式（5）求取擴展彈性阻抗反射系數(shù)體，再結(jié)合井上EEI(x)曲線，按照常規(guī)的疊后聲波阻抗反演流程得到，這是現(xiàn)有擴展彈性阻抗反演常用的途徑。本次研究采取了第一種途徑，因為在實際生產(chǎn)應用中發(fā)現(xiàn)，測井曲線求取的最優(yōu)角度，不一定是地震的最優(yōu)角度。地震缺少低頻，并且還包含噪聲，導致最優(yōu)角度與測井不一致[14]。而在反演聲波阻抗和梯度阻抗的過程中，達到了去噪以及補充低頻的效果，從而能適用井上求取的最優(yōu)巖性角，此途徑計算得到的擴展彈性阻抗結(jié)果才是合理的。

3 應用實例

T氣田位于東海主要含油氣凹陷，臨近良好生烴條件的SX36洼，油氣勘探潛力大，現(xiàn)有鉆探顯示，油氣在HG組H4層至PH組P12層均有分布，埋深2800~3600m。本次研究的目的層HG組為陸相湖泊三角洲沉積體系，以油藏為主，H4層和H6層為氣田區(qū)的主要產(chǎn)油層；其中H6層屬于低位辮狀水道發(fā)育期，沉積了多期厚層砂體，H4層發(fā)生了一次規(guī)模中等的湖泛期，沉積了湖侵和高位域的薄層砂體；H6層測井解釋平均孔隙度20.5%，滲透率141.7mD，H4層測井解釋平均孔隙度20.9%，滲透率491mD，均屬于中孔中滲儲層。隨著氣田探明地質(zhì)儲量已基本動用，剩余未動用地質(zhì)儲量較少，儲量接替不足，并且對于油氣藏的勘探也由構(gòu)造轉(zhuǎn)向巖性，因此，對于H4、H6兩個優(yōu)質(zhì)儲層的準確預測，對T氣田的滾動勘探與開發(fā)開采意義重大。

研究區(qū)為海上地震資料，多次波較發(fā)育，對地震道集進行了多次波的去除以及保真、保幅處理，再結(jié)合地層速度，把地震道集轉(zhuǎn)化為角度道集，通過AVO反演求取了截距和梯度。利用截距和梯度結(jié)合井上求取的AI、GI曲線，通過井震標定、子波提取、低頻建模等一系列流程，最后反演得到聲波阻抗（AI）和梯度阻抗（GI）的地震三維數(shù)據(jù)體?？梢钥吹?，聲波阻抗與梯度阻抗與井上計算得到的曲線吻合較好（圖4），為后面EEI的計算提供了可靠的數(shù)據(jù)基礎。

圖4 聲波阻抗和梯度阻抗反演剖面Fig.4 Inversion profile of acoustic impedance and gradient impedance

研究區(qū)含有四口測井曲線齊全的探井，對測井曲線進行了井壁垮塌校正以及一致性處理，以滿足儲層預測的需求。實測的GR曲線能夠較好的識別砂、泥巖，選取GR作為目標曲線與不同角度的EEI曲線進行相關(guān)性計算，來求取最優(yōu)巖性角，從圖5可以看到，不同顏色曲線代表不同井的分析結(jié)果，單井最優(yōu)巖性角分布在24°~28°之間，分布范圍較小，保證了反演結(jié)果的穩(wěn)定性；綜合4口探井的測井曲線質(zhì)量、相關(guān)性的高低以及單井最優(yōu)巖性角的分布范圍，選取了26°作為研究區(qū)的最優(yōu)巖性角，基于此角度的各井相關(guān)系數(shù)均達到0.8以上。圖6為T2井EEI(26°)曲線與GR曲線對比圖，可以看到，曲線具有很高的相似性，這意味著本區(qū)應用擴展彈性阻抗反演來進行巖性預測是可行的。通過巖石物理交匯也可以看到（圖7），EEI(26°)曲線對巖性具有很好的識別效果，阻抗值小于9300 (g/cm3)*(m/s)為砂巖，否則為泥巖。

圖5 EEI與GR的相關(guān)系數(shù)Fig.5 Correlation coefficient between EEI and GR

圖6 GR與EEI曲線對比Fig.6 Comparison of GR and EEI

圖7 巖石物理交匯分析Fig.7 Petrophysical intersection analysis

利用聲波阻抗和梯度阻抗，結(jié)合最優(yōu)巖性角度，求取了EEI（26°）反演體。圖8為反演連井剖面，剖面上紅色表示為EEI值小于9300(g/cm3)*(m/s)的砂巖，青色代表泥巖，其值大于9300(g/cm3)*(m/s)。井上為GR曲線，向左為低GR值，代表砂巖；可以看到反演結(jié)果與實鉆井吻合率較高，對包含H6層在內(nèi)的厚儲層均能有效預測，并且對于薄砂、薄泥巖隔層預測效果也較好，T1井的H4層對應的7米油層也準確表征，說明擴展彈性阻抗反演對于巖性的預測結(jié)果可靠，能夠滿足T氣田對于巖性油氣藏研究的需求。根據(jù)反演結(jié)果，對H4、H6層的砂體平面展布進行了預測。圖9和圖10中紅色代表預測的砂巖，青色為泥巖，圖9顯示H4層砂體分布范圍較小，指示了典型的“泥包砂”特征，并且砂體呈條帶狀孤立分布，符合H4層的沿岸砂壩沉積認識[15]；圖10顯示H6層砂體分布范圍廣，且三期河道砂體疊置擺動，符合低位辮狀水道的沉積認識。

圖10 H6層砂體預測平面展布Fig.10 The predicted plane distribution of the sand body in the H6 layer

4 結(jié)論與建議

（1）在東海T氣田，常規(guī)彈性參數(shù)都不能很好地識別巖性，應用擴展彈性阻抗公式，求取了巖性敏感的擴展彈性阻抗參數(shù)，并且進行了反演，預測結(jié)果與實鉆井吻合較好，為東海巖性油氣藏勘探的研究提供了新的方法和思路。

（2）地震記錄是巖性、物性及流體等一系列因素的綜合響應，而通過地震資料進行單一因素的預測，擴展彈性阻抗反演不失為一種好方法。對于巖性的預測，通過最優(yōu)巖性角的旋轉(zhuǎn)，壓制了其他因素的地震響應，突出巖性的響應；同樣，擴展彈性阻抗反演還可以以物性、流體敏感的參數(shù)為目標曲線，進行物性和流體的預測，在儲層物性預測及流體識別方面具有廣闊的應用前景。

（3）井震資料的質(zhì)量影響截距、梯度及最優(yōu)角度的計算精度，從而會影響反演的準確性，所以擴展彈性阻抗反演適用于井震資料品質(zhì)較好的地區(qū)。對于不同地層、不同工區(qū)，最優(yōu)角度可能都不同，為了保證預測的精度，每次研究前都需要根據(jù)目標曲線重新計算最優(yōu)角度。針對井震資料差異造成最優(yōu)角度不同的問題，可以通過先反演聲波阻抗、梯度阻抗，再結(jié)合井上最優(yōu)角度的旋轉(zhuǎn)來進行擴展彈性阻抗反演。