黃玉 郭娟娟 卞保力 王彥君 劉海磊

摘? ? 要：準(zhǔn)噶爾盆地瑪東斜坡區(qū)深層石炭系溢流相火山巖是主要儲(chǔ)層之一。由于火山巖儲(chǔ)層埋藏深、巖性巖相變化快、縱橫向非均質(zhì)性強(qiáng)、深層探井少等特征，導(dǎo)致常規(guī)火山巖巖相預(yù)測識(shí)別難度大，精度不高。為更精確預(yù)測溢流相火山巖的分布，首次在深層火山巖領(lǐng)域應(yīng)用地震波形指示反演技術(shù)進(jìn)行巖相預(yù)測。采用井震結(jié)合，挖掘相似波形對(duì)應(yīng)的測井曲線的共性結(jié)構(gòu)信息，充分利用地震波形的橫向變化，開展高頻成分估計(jì)，獲得對(duì)儲(chǔ)層巖性、物性反映較敏感的高分辨率反演數(shù)據(jù)體。經(jīng)鉆井證實(shí)，該方法解決了研究區(qū)資料反演結(jié)果不理想、模型化嚴(yán)重、精確度不高的問題。提高了高頻成分的確定性，準(zhǔn)確性更高，使反演結(jié)果從完全隨機(jī)走向逐步確定，為井位部署和儲(chǔ)量提交提供可靠依據(jù)。

關(guān)鍵詞：地震波形指示反演;深層火山巖;溢流相;巖相預(yù)測;瑪東斜坡區(qū)

準(zhǔn)噶爾盆地石炭系深層火山巖分布廣泛，緊鄰多個(gè)生烴中心，整體勘探潛力大，是盆地深層油氣發(fā)現(xiàn)的潛在領(lǐng)域[1]。前人通過多年研究，主要在盆地邊緣、中淺層領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)多個(gè)大中型火山巖油氣田[2-3]。受地震采集處理、儲(chǔ)層預(yù)測技術(shù)等條件限制，深層火山巖領(lǐng)域勘探程度較低，鉆井少且分布不均。火山巖本身巖性復(fù)雜，火山巖巖性識(shí)別困難，多解性強(qiáng)、精度不高。

前人對(duì)深層火山巖巖相進(jìn)行了稀疏脈沖反演，地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演等一系列反演工作[4-7]，反演結(jié)果不理想、模型化嚴(yán)重、精確度不高。究其原因，常規(guī)反演方法具有一定的適用條件。稀疏脈沖反演方法以地震為主，分辨率低，僅能反演波阻抗，無法對(duì)地質(zhì)形態(tài)復(fù)雜的火山巖進(jìn)行有效預(yù)測[4-7]。地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演方法反演結(jié)果隨機(jī)性較強(qiáng)、橫向分辨率較低[8-10]，對(duì)井的數(shù)量及井點(diǎn)分布均勻要求較高，適應(yīng)于評(píng)價(jià)-開發(fā)階段，對(duì)勘探程度低、井點(diǎn)少且分布不均的研究區(qū)反演效果差。地震波形指示反演為新興的地震儲(chǔ)層預(yù)測方法，該方法的特點(diǎn)在于利用地震波形橫向變化表征儲(chǔ)層空間的變異性，對(duì)井點(diǎn)分布不做要求，并充分結(jié)合地震波形的橫向變化開展高頻成分估計(jì)，建立的插值模型更符合地質(zhì)沉積規(guī)律。杜偉維、高君、韓長城等在薄砂層、灘壩砂、砂礫巖儲(chǔ)層預(yù)測中運(yùn)用該方法[11-15]，提高了縱向識(shí)別精度，降低了反演結(jié)果的隨機(jī)性。本次研究首次在深層溢流相火山巖領(lǐng)域應(yīng)用該反演技術(shù)，進(jìn)行巖相預(yù)測，期望提高深層溢流相火山巖預(yù)測精度，為井位部署和儲(chǔ)量提交提供可靠依據(jù)。

1? 方法原理

1.1? 原理及優(yōu)勢性分析

地震數(shù)據(jù)體反映沉積環(huán)境和巖性組合的空間變化，地震波形包含的振幅、相位、頻率等信息可較為全面的代表儲(chǔ)層特征。波形指示反演充分利用地震數(shù)據(jù)與測井?dāng)?shù)據(jù)建立初始地質(zhì)模型，通過相關(guān)參數(shù)優(yōu)選，不斷地進(jìn)行波形指示反演，將反演結(jié)果QC質(zhì)控與實(shí)際地震結(jié)果不斷對(duì)比，直至獲得最優(yōu)的反演結(jié)果[15]，特別適用于高精度預(yù)測非均質(zhì)性強(qiáng)的火山巖儲(chǔ)層。公示為：

[Yx0= k=1nλkYxk]…（1）

式中：[Yx0]——未知點(diǎn)的值;

[Yxk]——波形優(yōu)選的已知樣本點(diǎn)的值;

[λk]——第k個(gè)已知樣本點(diǎn)對(duì)未知樣點(diǎn)的

權(quán)重;

[k]——優(yōu)選樣本點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

反演過程中反演參數(shù)的選擇直接影響反演結(jié)果，主要參數(shù)包括：有效樣本數(shù)、最佳截止頻率。有效樣本數(shù)表征地震波形空間變化對(duì)儲(chǔ)層的影響程度，該參數(shù)的確定參照對(duì)已知井的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。隨著樣本數(shù)增加，相關(guān)指數(shù)逐漸增大，在相關(guān)指數(shù)不再增大時(shí)所對(duì)應(yīng)的樣本數(shù)即為確定的有效樣本數(shù)。實(shí)際應(yīng)用中，有效樣本數(shù)的優(yōu)選除參考質(zhì)控窗口的統(tǒng)計(jì)結(jié)果外，還要考慮沉積環(huán)境、井?dāng)?shù)的影響。如儲(chǔ)層橫向變化快，可適當(dāng)減小有效樣本數(shù)，如井?dāng)?shù)少應(yīng)適當(dāng)減小樣本數(shù)。

最佳截止頻率值不同，反演結(jié)果分辨率不同。隨著最佳截止頻率的增加，反演結(jié)果的分辨率逐漸增大，剖面的隨機(jī)性也逐漸增強(qiáng)。該參數(shù)與有效樣本數(shù)相關(guān)，在相關(guān)指數(shù)不再增大時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率即為最大有效頻率，頻率成分以外的都是隨機(jī)的。其值的確定除了參考質(zhì)控結(jié)果，還應(yīng)考慮兩方面內(nèi)容：一是如偏向于反演的確定性，可適當(dāng)減小該參數(shù)值;若偏向反演的分辨率，可適當(dāng)增大該參數(shù)值;二是參考目標(biāo)體厚度，目標(biāo)體厚度薄，應(yīng)設(shè)置較高的截止頻率，如目標(biāo)體厚度小，可適當(dāng)減小該參數(shù)。

地震波形指示反演是一種基于相控模型的高精度反演方法，在地震波形特征指導(dǎo)下對(duì)反射系數(shù)組合尋優(yōu)，反演結(jié)果具“低頻確定、高頻隨機(jī)”特點(diǎn)[5]。該反演方法的優(yōu)勢體現(xiàn)：一是加入了地震波形作為先驗(yàn)信息，更好地體現(xiàn)了相控的思想;二是針對(duì)深層火山巖地震資料成像信噪比低、分辨率低的特點(diǎn)，利用高頻測井曲線，建立地震波形結(jié)構(gòu)與高頻測井曲線結(jié)構(gòu)的映射關(guān)系，提高了反演結(jié)果的縱向分辨率和橫向分辨率，使反演結(jié)果從完全隨機(jī)到逐步確定;三是對(duì)井位分布均勻性的要求遠(yuǎn)低于常規(guī)的地震統(tǒng)計(jì)學(xué)反演，很大程度上提高了儲(chǔ)層預(yù)測的精度和適用領(lǐng)域。

1.2? 實(shí)現(xiàn)流程

結(jié)合前人地震波形指示反演在其他領(lǐng)域的研究思路及流程[14-15]，據(jù)地震波形指示反演原理方法，考慮深層溢流相火山巖儲(chǔ)層巖性以玄武巖、安山巖、流紋巖為主，電阻率較爆發(fā)相、火山沉積相高，地震反射外形呈楔狀、丘狀、席狀和透鏡狀，內(nèi)部反射特征是傾斜層狀反射，連續(xù)性好，強(qiáng)-中振幅，平行-亞平行反射結(jié)構(gòu)等特征。本文制定了針對(duì)深層溢流相火山巖波形指示反演技術(shù)流程（圖1）。關(guān)鍵技術(shù)步驟有4步：第一，據(jù)地震波形特征對(duì)已知井進(jìn)行分析，與待判別道地震波形進(jìn)行類比并排序，優(yōu)選出波形相似的井作為樣本井建立初始模型;第二，據(jù)不同火山巖巖性巖相測井曲線的差異性，對(duì)樣本井曲線進(jìn)行分頻分析，統(tǒng)計(jì)溢流相火山巖測井曲線結(jié)構(gòu)特征;第三，利用樣本井波阻抗結(jié)構(gòu)特征建立初始模型，參照鄰井對(duì)確定性以外的高頻成分進(jìn)行模擬，使模擬結(jié)果的結(jié)構(gòu)關(guān)系既符合地震中頻阻抗特征又符合井曲線結(jié)構(gòu)特征;第四，以地震中頻為依據(jù)，在貝葉斯框架下將初始模型的高頻成分予以保留，不符合的進(jìn)行過濾，通過反復(fù)隨機(jī)模擬，確保隨機(jī)模擬中頻成分與地震一致，同時(shí)保留各井樣本的確定性結(jié)果成分，輸出最終模擬結(jié)果。

2? 應(yīng)用實(shí)例

2.1? 實(shí)例區(qū)概況

瑪東斜坡區(qū)石炭—二疊系發(fā)育繼承性古隆起，形成一系列構(gòu)造鼻?。▓D2）?，敽枷菔桥璧赜蜌飧患潭茸罡叩纳鸁N凹陷，具有充足的油氣源供應(yīng)[17-18]，同時(shí)溝通有緣的深部斷裂的發(fā)育，使實(shí)例區(qū)鼻隆成為油氣藏聚集成藏有利區(qū)。但實(shí)例區(qū)目前現(xiàn)狀是勘探目的層深，一般超過5 000 m，石炭系三維地震資料主頻為28 Hz，有效頻寬4～52 Hz?；鹕綆r輪廓明顯，構(gòu)造特征清楚，頂界及內(nèi)部層序界面清晰。研究區(qū)內(nèi)井的測井項(xiàng)目有雙側(cè)向、自然伽馬、巖石密度、補(bǔ)償中子、聲波等，采集及應(yīng)用質(zhì)量為優(yōu)，基本達(dá)到儲(chǔ)層預(yù)測要求。已鉆井11口，其中僅1口井獲工業(yè)油流，勘探程度極低。結(jié)合前人研究成果[19]，分析石炭系新鉆井巖心、孔滲數(shù)據(jù)，認(rèn)為實(shí)例區(qū)石炭系火山巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層為溢流相安山巖，次為爆發(fā)相火山角礫巖和凝灰?guī)r、溢流相流紋巖。

2.2? 關(guān)鍵技術(shù)步驟

利用已鉆井巖心、分析化驗(yàn)、測井、地震波形特征等資料，據(jù)不同巖性對(duì)應(yīng)的不同測井響應(yīng)值，建立不同巖性測井曲線交匯圖，分析各類巖性所對(duì)應(yīng)的敏感曲線特征，溢流相的測井響應(yīng)表現(xiàn)為明顯的高電阻率特征。在此基礎(chǔ)上，優(yōu)選能區(qū)分溢流相火山巖的敏感測井參數(shù)。通過精細(xì)時(shí)深標(biāo)定，分析溢流相火山巖地震波形特征。通過反演參數(shù)優(yōu)選，進(jìn)行地震波形指示反演，預(yù)測深層溢流相火山巖。

2.2.1? 敏感測井參數(shù)優(yōu)選

測井資料信息豐富，能反映巖性、巖相特征[20-21]。據(jù)分析資料較全的已鉆井取芯段不同巖性對(duì)應(yīng)測井曲線響應(yīng)特征，建立石炭系各類巖性聲波時(shí)差（AC）-密度（DEN）交匯圖和波阻抗（IMP）-深側(cè)向電阻率（RT）交匯圖（圖3），明確不同巖相巖性測井響應(yīng)特征。由AC-DEN 交匯圖可看出，溢流相英安巖、流紋巖、爆發(fā)相火山角礫巖、凝灰?guī)rAC數(shù)據(jù)區(qū)間重疊較多，難以區(qū)分。從IMP-RT交匯圖看出，深側(cè)向電阻率（RT）對(duì)不同巖相巖性特征較敏感，溢流相火山巖與上下圍巖電阻率差異較大，可較好地區(qū)分巖相巖性。RT>100 Ω·m為溢流相安山巖，40 Ω·m

2.2.2? 精細(xì)時(shí)深標(biāo)定

時(shí)深標(biāo)定是連接鉆井、測井和地震資料的橋梁，標(biāo)定的準(zhǔn)確性直接影響預(yù)測結(jié)果。本次標(biāo)定主要針對(duì)石炭系，以全區(qū)最穩(wěn)定的石炭系頂界為標(biāo)志層，對(duì)溢流相火山巖段進(jìn)行精細(xì)標(biāo)定。針對(duì)實(shí)例區(qū)，選取具有完整測井曲線的4口井制作合成記錄。圖4為XY2井和YT1井的合成記錄，紅色波形為合成記錄，黑色波形為地震道，合成記錄與地震數(shù)據(jù)匹配好，相似度高達(dá)88%，地質(zhì)分層與地震層位符合較好。通過各種曲線縱橫剖面對(duì)比及地震井旁道的對(duì)比，認(rèn)為層位及溢流相火山巖段標(biāo)定結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

2.2.3? 地震波形特征分析

火山巖巖性巖相復(fù)雜，在地震剖面上表現(xiàn)出不同特征。從已鉆井火山巖巖性巖相對(duì)應(yīng)的地震響應(yīng)特征出發(fā)，總結(jié)了3類火山巖巖相地震反射特征。爆發(fā)相主要以火山角礫巖為主，外形呈盾狀或殘余盾狀，內(nèi)部結(jié)構(gòu)具雜亂或空白反射特征，中低頻，中等振幅，連續(xù)性差（圖5-a）。溢流相主要以玄武巖、安山巖和英安巖為主，外形為楔狀、丘狀、席狀和透鏡狀，內(nèi)部反射特征為傾斜層狀反射，連續(xù)性好，強(qiáng)-中振幅，平行-亞平行反射結(jié)構(gòu)（圖5-b）?；鹕匠练e相以凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂礫巖、凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)泥巖為主，外形呈層狀或丘狀，內(nèi)部呈中-弱振幅，弱反射，內(nèi)部平行-亞平行，連續(xù)性好-中等（圖5-c）。

2.2.4? 反演參數(shù)優(yōu)選

反演參數(shù)的選擇直接影響反演結(jié)果。地震波形指示反演參數(shù)主要包括有效樣本數(shù)、最佳截止頻率[11]。

有效樣本數(shù)主要表征地震波形空間變化對(duì)儲(chǔ)層的影響程度，經(jīng)多次聯(lián)井剖面參數(shù)測試，結(jié)合實(shí)際井統(tǒng)計(jì)結(jié)果及沉積環(huán)境，最終確定本次反演有效樣本數(shù)為4。最佳截止頻率是其中一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，直接影響反演結(jié)果的分辨率[11]。該參數(shù)由兩組數(shù)據(jù)參數(shù)組成，分別為低頻參數(shù)和高頻參數(shù)。該反演中，中頻信息主要由地震提供，低頻信息來源于井?dāng)?shù)據(jù)。高頻信息是在地震波形指示反演中隨機(jī)模擬得到的。實(shí)際反演中，先選取聯(lián)井剖面進(jìn)行反演參數(shù)測試，據(jù)反演效果不斷調(diào)整參數(shù)，使反演結(jié)果達(dá)到最優(yōu)。據(jù)實(shí)例區(qū)實(shí)際情況，本次反演將高通頻率、高截頻率設(shè)置為5 Hz、15 Hz;低截頻率、低通頻率設(shè)置為120 Hz、150 Hz。

2.3? 反演結(jié)果分析

圖6-（a），（b）分別為YT1、XY2、XY26的RT常規(guī)測井參數(shù)反演剖面和地震波形指示反演剖面。整體看，圖6-（a）反演結(jié)果模式化嚴(yán)重，圖6-（b）較好地刻畫了溢流相安山巖的分布范圍和展布特征，其邊界清晰、橫向變化過渡自然。XY2是已知出油井，白色虛線范圍為油層段，該段巖性為安山巖，在反演剖面上表現(xiàn)為紅黃色高電阻特征，連續(xù)性較好;YT1石炭系頂部為爆發(fā)相凝灰?guī)r，該井無油氣顯示，剖面表現(xiàn)為藍(lán)綠色的低電阻特征，連續(xù)性差。從剖面垂向上與井的吻合度看，波形指示反演效果更好，結(jié)果更真實(shí)可靠。通過地震波形指示反演，預(yù)測XY2井安山巖油層段厚度為24 m。該井出油層段實(shí)測深度為5 240～5 262 m，油層厚22 m，絕對(duì)誤差2 m，反演結(jié)果與已知井實(shí)際情況基本一致?？傊?，運(yùn)用該方法預(yù)測溢流相火山巖，一方面提高了火山巖預(yù)測的精度及可靠性，為井位部署和儲(chǔ)量提交提供可靠依據(jù);另一方面對(duì)相似地區(qū)深層火山巖油氣藏的研究具指導(dǎo)意義。

3? 結(jié)論

（1） 實(shí)踐證明，地震波形指示反演方法能更好地反映深層溢流相火山巖特征，提高預(yù)測精度。

（2） 針對(duì)巖性、地震響應(yīng)特征復(fù)雜的深層溢流相火山巖，已鉆井敏感測井參數(shù)優(yōu)選、精細(xì)時(shí)深標(biāo)定、井旁地震波形特征分析是火山巖預(yù)測的基礎(chǔ)，反演參數(shù)優(yōu)選是火山巖預(yù)測的關(guān)鍵。

（3） 針對(duì)井少、層深、地質(zhì)條件復(fù)雜的深層溢流相火山巖儲(chǔ)層，優(yōu)選測井敏感參數(shù)（RT），以地震相為約束，充分利用高、中、低頻信息，對(duì)實(shí)例區(qū)深層溢流相火山巖進(jìn)行有效識(shí)別，為井位部署和儲(chǔ)量提交提供可靠依據(jù)，對(duì)其它地區(qū)深層溢流相火山巖預(yù)測具有很好的指導(dǎo)作用。

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Application and Effection of Seismic Waveform Indicate Inversion：

A Case Study of Deep Overflow Phase Igneous in Madong Slope

Huang Yu1， Guo Juanjuan1， Bian Baoli2， Wang Yanjun1， Liu Hailei2

（1.Northwest Branch of China Petroleum Exploration and Development Research Institute，Lanzhou，Gansu， 730020，China;2. Exploration and Development Research Institute of Xinjiang Oilfield Company，

PetroChina， Karamay，Xinjiang， 834000，China）

Abstract： The deep Carboniferous overflow facies volcanic rocks in the Madong slope area of Junggar basin are one of the main reservoirs.Due to the characteristics of igneous rock layers buried deeply， lithology and lithofacies change， strong vertical and horizontal heterogeneity， and few deep exploration wells， the conventional igneous rock lithofacies prediction method is difficult and the accuracy is not high. In order to predict the distribution of overflow facies igneous rocks more accurately， it is the first time to apply the seismic waveform indication inversion technology in the field of deep igneous rocks for lithofacies prediction. The combination of well and earthquake is used to mine the common structure information of logging curves corresponding to similar waveforms， make full use of the lateral changes of seismic waveforms， carry out high-frequency component estimation， and obtain high-resolution inversion data volume sensitive to the reflection of reservoir lithology and physical properties. It is proved by drilling that this method solves the problems of unsatisfactory data inversion results， serious modeling and low accuracy in the study area. It improves the certainty and accuracy of high-frequency components， gradually determines the inversion results from a completely random trend， provides a reliable basis for well location deployment and reserve submission， shows a good exploration prospect in this area， and has reference significance for the research of volcanic oil and gas reservoirs in similar areas.

Key works： Seismic waveform indication inversion; Deep igneous; Overflow phase; Lithofacies prediction;? Madong slope area