伍澤云

(中國(guó)石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

0 引 言

東部凹陷是遼河油田陸上資源探明程度最低的凹陷，探明率僅為35.8%，具有較大的勘探潛力[1]。HX地區(qū)位于東部凹陷中南段，地處黃金帶油田南側(cè)，屬于北東方向展布的黃金構(gòu)造帶東部邊緣的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造[2]。以往研究證實(shí)，該區(qū)最有利的層系是烴源巖發(fā)育的沙三段，其中沙三上亞段的有利儲(chǔ)層為與火成巖互層的碎屑巖儲(chǔ)層，沙三中下亞段有利儲(chǔ)層為火成巖儲(chǔ)層。近年在該區(qū)火成巖勘探已取得了比較好的效果，成功部署了多口探井，并已形成了一系列針對(duì)火成巖勘探的技術(shù)方法。但是由于火成巖的屏蔽作用，對(duì)于與火成巖互層的碎屑巖薄儲(chǔ)層，地震剖面上難以識(shí)別，成為下一步勘探部署急需解決的問(wèn)題。

為了明確薄儲(chǔ)層的空間分布規(guī)律，提高地震薄儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)精度，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量研究，王延光等[3]立足砂泥巖薄互層地質(zhì)背景，提出了一種薄層和薄互層的地震預(yù)測(cè)方法，其結(jié)果不但與地層厚度具有比較好的線性關(guān)系，而且還可以對(duì)薄儲(chǔ)層砂體的累計(jì)厚度進(jìn)行定量預(yù)測(cè)；那曉勛等[4]為了提高薄儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)精度，采用井震結(jié)合的統(tǒng)計(jì)學(xué)反演方法，通過(guò)對(duì)反演過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格質(zhì)控，實(shí)現(xiàn)了陸相薄儲(chǔ)層的精細(xì)描述；杜昕等[5]將多層感知深度學(xué)習(xí)技術(shù)引入薄儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中，將其與多屬性回歸方法相結(jié)合，提高了預(yù)測(cè)結(jié)果的分辨率，增強(qiáng)了模型泛化的能力，有效地識(shí)別了砂巖薄儲(chǔ)層。目前，薄儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法仍受到很多因素影響，如地震數(shù)據(jù)的分辨率有限、橫向隨機(jī)性強(qiáng)、過(guò)于模型化、井資料要求高等[3-11]，這些方法都是利用常規(guī)水平疊加之后的地震純波資料來(lái)開(kāi)展工作，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐應(yīng)用，逐漸發(fā)現(xiàn)水平疊加技術(shù)的固有缺陷越來(lái)越突出[12-14]，歸納起來(lái)主要有如下3點(diǎn)：①疊加結(jié)果只是零炮檢距記錄的一種近似；②疊加會(huì)損失高頻信息；③疊加得到的振幅是各個(gè)炮檢距振幅的平均。由于零入射角地震記錄信噪比低，因此地震勘探工作不經(jīng)常直接采集零炮檢距地震記錄，而是通過(guò)后續(xù)的處理手段來(lái)獲取[12-17]，但其工業(yè)化應(yīng)用的實(shí)例仍較為少見(jiàn)。文中從地震解釋及儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的應(yīng)用角度出發(fā)，在測(cè)井曲線預(yù)處理、橫波速度預(yù)測(cè)、疊前CRP道集優(yōu)化及分析的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了零入射角地震資料提取與分析，并利用該數(shù)據(jù)有效預(yù)測(cè)了遼河油田HX地區(qū)沙三上亞段的砂泥巖儲(chǔ)層的分布特征，開(kāi)展井位部署取得了較好的應(yīng)用效果。

1 基本原理

通常使用疊加地震數(shù)據(jù)進(jìn)行地震構(gòu)造解釋、地震屬性提取、地震反演等，疊加地震數(shù)據(jù)的計(jì)算公式一般如下：

(1)

式中：YA為疊加地震數(shù)據(jù)，即地震道集Ypp的平均；n為道集數(shù)量；i為角道集序號(hào)；φ為入射角度，°；Ypp為地震道集。

由式(1)可以看出，疊加地震數(shù)據(jù)具有一定的平均效應(yīng)，盡管可以提高地震資料的信噪比，但會(huì)降低垂直入射時(shí)地震數(shù)據(jù)的分辨率，即疊加資料并不是真正意義上的零入射角地震資料，從而會(huì)影響后續(xù)地震解釋和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和可信度[17]。

完整的Zoeppritz方程給出了入射縱波和橫波產(chǎn)生的透射、反射縱波和橫波振幅的全部解，這是AVO技術(shù)的理論基礎(chǔ)[18]。與復(fù)雜的Zoeppritz方程相比，其簡(jiǎn)化形式的物理意義比較明確且便于應(yīng)用[19-21]，因此，基于平面波的理論可以將Zoeppritz方程進(jìn)行簡(jiǎn)化，具體公式如下：

(2)

(3)

(4)

(5)

式中：Rpp為縱波反射系數(shù)；Rp為零入射角的縱波反射系數(shù)；vs為界面上下介質(zhì)的平均橫波速度，m/s；vp為界面上下介質(zhì)的平均縱波速度，m/s；Rs為零入射角的橫波反射系數(shù)；RD為零入射角的密度梯度；Δρ為界面上下介質(zhì)的密度差值，g/cm3；ρ為界面上下介質(zhì)的平均密度，g/cm3；Δvp為界面上下介質(zhì)的縱波速度差值，m/s；Δvs為界面上下介質(zhì)的橫波速度差值，m/s。

地震資料是反射系數(shù)和子波的褶積，將疊前CRP道集資料作為式(2)的輸入。為進(jìn)一步壓制隨機(jī)噪音和短程多次波且求解方便，采用分角度疊加的思路，即通過(guò)入射角掃描遴選出角度范圍，開(kāi)展分角度疊加提高地震資料信噪比，確定出中心角度，進(jìn)而求取零入射角地震數(shù)據(jù)。式(2)改為：

(6)

式中：Spp為分角度疊加數(shù)據(jù)；θi為分角度疊加的中心角度，°；Sp為零入射角縱波地震數(shù)據(jù)；Ss為零入射角橫波地震數(shù)據(jù)；SD為零入射角密度數(shù)據(jù)。

當(dāng)分角度疊加數(shù)據(jù)不小于3時(shí)，可以滿足式(6)的求解要求，獲取零入射角的地震數(shù)據(jù)。由于求解過(guò)程充分利用了AVO的變化關(guān)系，消除了疊加資料受AVO調(diào)諧效應(yīng)的制約，是理論層面上地層界面垂直反射。

2 模型測(cè)試

常規(guī)地震數(shù)據(jù)疊加處理具有明顯的平均效應(yīng)，獲得的地震數(shù)據(jù)并不是真正意義上的零入射角地震資料，會(huì)降低地震數(shù)據(jù)的分辨率，并會(huì)影響后續(xù)地震解釋和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的精度和可靠性[22-23]。零入射角地震數(shù)據(jù)為近似于自激自收的縱波信息，可以有效消除AVO的調(diào)諧效應(yīng)，進(jìn)而避免了常規(guī)疊加所導(dǎo)致的振幅失真以及地震分辨率降低的影響。為了驗(yàn)證零入射角地震數(shù)據(jù)的有效性，文中利用wedge模型進(jìn)行了波動(dòng)方程正演，并且提取了近、中、遠(yuǎn)道的疊加數(shù)據(jù)，再利用零入射角地震資料提取技術(shù)獲得零入射角地震數(shù)據(jù)。圖1為常規(guī)疊加數(shù)據(jù)剖面和零入射角地震數(shù)據(jù)(振幅經(jīng)過(guò)歸一化處理，下同)，由圖1可知：零入射角地震數(shù)據(jù)的頻帶寬度明顯變大，分辨率也得到顯著提高；另外，通過(guò)與wedge模型比較可以發(fā)現(xiàn)，常規(guī)疊加數(shù)據(jù)上很難識(shí)別的尖滅點(diǎn)(紅色箭頭處)，在零入射角地震數(shù)據(jù)上可以有效地識(shí)別，同時(shí)其剖面上也展現(xiàn)了更多的構(gòu)造細(xì)節(jié)。

3 實(shí)際應(yīng)用

HX地區(qū)2014年采集了一塊“兩寬一高”(寬頻寬方位高密度)地震資料，面元為12.5 m×12.5 m，覆蓋次數(shù)為396次，橫縱比為0.82，面積為150 km2。以此為基礎(chǔ)，用零入射角地震數(shù)據(jù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的疊加資料進(jìn)行地震解釋和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。研究思路如圖2所示，具體涵蓋4部分內(nèi)容：①測(cè)井曲線預(yù)處理，包括深度校正、擴(kuò)徑校正、環(huán)境校正、標(biāo)準(zhǔn)化校正等；②橫波速度預(yù)測(cè)，包括橫波曲線提取與分析、巖石物理建模、橫波速度預(yù)測(cè)等；③疊前CRP道集優(yōu)化及分析，包括資料品質(zhì)分析、隨機(jī)噪音和多次波壓制、道集拉平、道集AVO分析等；④零入射角地震資料提取；⑤地震解釋及儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。

圖2 零入射角地震資料提取及應(yīng)用流程

3.1 測(cè)井曲線預(yù)處理

巖石物理模型研究最重要的方面就是將巖性、泥質(zhì)含量、孔隙度、飽和度等測(cè)井解釋成果信息轉(zhuǎn)化為整個(gè)飽和巖石的彈性信息。因此，為得到高準(zhǔn)確度的巖石彈性信息，精確的測(cè)井解釋是最基本的前提。然而測(cè)井時(shí)往往會(huì)受到環(huán)境、儀器、地層等因素的影響，需要對(duì)測(cè)井曲線進(jìn)行預(yù)處理(包括深度校正、擴(kuò)徑校正、環(huán)境校正、標(biāo)準(zhǔn)化校正等)，從而保證原始數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，這也是測(cè)井解釋結(jié)果可靠的前提。圖3為工區(qū)多口井的密度曲線標(biāo)準(zhǔn)化前后概率分布，由圖3可知，標(biāo)準(zhǔn)化之前密度曲線的概率分布圖正態(tài)分布性比較差，而經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化之后，概率分布基本上均呈正態(tài)分布，標(biāo)準(zhǔn)化效果好。測(cè)井曲線預(yù)處理可以為后面的橫波速度預(yù)測(cè)、地震解釋及儲(chǔ)層反演提供良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

圖3 密度曲線概率分布

3.2 橫波速度預(yù)測(cè)

巖石物理參數(shù)作為連接儲(chǔ)層和地震數(shù)據(jù)特征的橋梁，其在測(cè)井分析、地震反演、油藏檢測(cè)等勘探開(kāi)發(fā)的各個(gè)環(huán)節(jié)都起著重要的理論基礎(chǔ)作用。其中非常重要的方面就是如何準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)縱橫波速度。生產(chǎn)中由于諸多原因通常缺乏橫波資料，為此必須進(jìn)行橫波預(yù)測(cè)。目前橫波預(yù)測(cè)方法主要有經(jīng)驗(yàn)公式法、統(tǒng)計(jì)法、直接測(cè)定法及巖石物理模型法等。巖石物理模型法考慮了影響巖石速度的各類型因素，其預(yù)測(cè)的橫波速度更為準(zhǔn)確，加之HX地區(qū)沙三上亞段主要為砂、泥巖的碎屑巖沉積，在測(cè)井資料預(yù)處理的基礎(chǔ)之上，選取DEM-Gassmann巖石物理模型法進(jìn)行橫波速度預(yù)測(cè)。圖4為J31井橫波預(yù)測(cè)結(jié)果，可以看出預(yù)測(cè)的縱波、橫波、密度曲線與實(shí)測(cè)曲線吻合程度較高。

圖4 J31井橫波速度預(yù)測(cè)結(jié)果

3.3 疊前CRP道集優(yōu)化及分析

零入射角地震數(shù)據(jù)的提取是基于疊前CRP道集及分角度疊加數(shù)據(jù)體完成，因此疊前CRP道集的優(yōu)化及其品質(zhì)改善是影響提取結(jié)果的關(guān)鍵步驟。針對(duì)工區(qū)原始疊前CRP道集存在噪音嚴(yán)重、多次波干擾、道集間時(shí)差不平等問(wèn)題，制訂了相應(yīng)的工作思路，并對(duì)參數(shù)逐一進(jìn)行測(cè)試，其中主要的處理環(huán)節(jié)包括：線性噪聲消除、多次波消除、隨機(jī)噪音衰減、道集拉平。其次，利用井資料監(jiān)控整個(gè)處理流程的保幅性，主要是AVO曲線擬合及誤差分析。圖5為目的層段道集優(yōu)化前后的道集AVO曲線擬合對(duì)比，由圖5可知，道集優(yōu)化之后的擬合曲線更加接近實(shí)際AVO正演的結(jié)果，可以正確反應(yīng)AVO的信息，說(shuō)明保幅性較好，從而確保了零入射角數(shù)據(jù)提取的準(zhǔn)確性。

圖5 道集優(yōu)化前后道集AVO曲線擬合對(duì)比

3.4 零入射角地震數(shù)據(jù)提取與分析

對(duì)優(yōu)化之后的疊前CRP道集進(jìn)行角度劃分，方案為4～14 °、14～24 °、24～34 °、34～44 °，然后利用零入射角地震資料提取技術(shù)對(duì)4個(gè)角度的疊加道集進(jìn)行處理，得到零入射角地震資料。圖6a為經(jīng)過(guò)保幅保真處理后的常規(guī)疊加數(shù)據(jù)剖面，圖6b為提取的零入射角地震數(shù)據(jù)剖面，二者對(duì)比不難發(fā)現(xiàn)，零入射角地震資料有以下3個(gè)特點(diǎn)：①疊加剖面與零入射角剖面結(jié)構(gòu)一致，波組關(guān)系清晰處地層產(chǎn)狀相同；②零入射角剖面分辨率更高，部分復(fù)合波得以展開(kāi)，對(duì)薄層刻畫更加清晰(箭頭處所示)；③零入射角剖面斷點(diǎn)更加清晰，斷層上下盤接觸關(guān)系更加明顯。上述對(duì)比表明，零入射角資料消除了常規(guī)疊加因大射角(大偏移距)低頻信息的影響，恢復(fù)了地震資料采集處理中包含的高頻信息。另外，從頻譜分析的結(jié)果可以看出，零入射角數(shù)據(jù)的頻譜得到有效展寬，分辨率更高(圖7)。

圖6 遼河坳陷HX地區(qū)地震剖面

圖7 遼河坳陷HX地區(qū)地震剖面的頻譜分析

地震疊加對(duì)提升信噪比的貢獻(xiàn)毋庸置疑，但是存在固有弊端：得到的振幅值是各個(gè)(入射角)炮檢距振幅的平均，由于地震振幅是隨偏移距變化而變化的(AVO)，造成疊加資料與實(shí)際的零入射角資料存在偏差。井震標(biāo)定是開(kāi)展構(gòu)造解釋和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中一項(xiàng)重要的工作，聲波測(cè)井僅能反映井周附近的情況，對(duì)應(yīng)的地震資料相當(dāng)于某一反射點(diǎn)處零入射角信息，由于地震資料經(jīng)疊加處理得到的振幅是平均值，勢(shì)必會(huì)造成井震吻合關(guān)系變差。圖8a為H25井利用疊加資料井震標(biāo)定的情況，圖8b為利用零偏移距資料標(biāo)定情況，二者對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，零入射角地震資料波組強(qiáng)弱變化關(guān)系與合成記錄相關(guān)程度更好(暖色調(diào)表示相關(guān)性強(qiáng))，而常規(guī)疊加資料與合成地震記錄要差一些，特別是在箭頭所示部位，出現(xiàn)了明顯的波組關(guān)系不吻合，如果利用該資料開(kāi)展疊后儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，勢(shì)必出現(xiàn)偏差。

圖8 H25井震標(biāo)定對(duì)比

3.5 儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

利用常規(guī)疊加和零入射角資料，采用相同的反演參數(shù)及低頻模型，開(kāi)展了稀疏脈沖反演。圖9a為基于常規(guī)疊加所得到波阻抗反演剖面，圖9b為基于零炮檢距資料得到的波阻抗反演結(jié)果。從反演結(jié)果來(lái)看，圖9b在J21井處反演結(jié)果與井吻合性更好(曲線代表井上波阻抗)，且薄層的分辨能力明顯好于圖9a(箭頭所示處)，說(shuō)明開(kāi)展零入射角提取工作有助于提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的精度，對(duì)于薄儲(chǔ)層的刻畫能力尤為突出。

圖9 遼河坳陷HX地區(qū)反演剖面對(duì)比

圖10為利用零入射角資料預(yù)測(cè)的沙三上亞段的砂泥巖厚度平面圖。由圖10可知：沙三上亞段每口井都有砂泥巖沉積，與實(shí)際的井資料情況符合；越靠近工區(qū)的西北部，沙三上亞段沉積巖越厚。雖然預(yù)測(cè)出較為發(fā)育的砂泥巖地帶，但是厚層的砂泥巖不一定為優(yōu)質(zhì)的儲(chǔ)層，后續(xù)還需要進(jìn)行優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層中含油氣的預(yù)測(cè)，才能找到最優(yōu)的目標(biāo)帶。根據(jù)此次儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的結(jié)果，在HX地區(qū)部署了H34井，鉆遇了預(yù)測(cè)的有利儲(chǔ)層，試油結(jié)果獲得高產(chǎn)，新增地質(zhì)儲(chǔ)量超千萬(wàn)噸，從而進(jìn)一步驗(yàn)證了零入射角地震資料提取在該區(qū)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的準(zhǔn)確性。

圖10 遼河坳陷HX地區(qū)沙三上亞段砂泥巖預(yù)測(cè)厚度

4 結(jié) 論

(1) 疊加處理后的地震資料不等同于自激自收資料，其在提高地震數(shù)據(jù)信噪比方面的貢獻(xiàn)毋庸置疑，但是存在振幅不能保真、壓制高頻信息2方面固有缺陷。

(2) 零入射角地震資料的提取，其核心是利用AVO信息，能夠克服疊加結(jié)果的先天缺陷，是一種獲取地層界面垂直反射保幅保真信息的有效途徑。

(3) 零入射角地震資料在提高剖面分辨率、提升井震吻合關(guān)系以及提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。

(4) 相比于常規(guī)疊加地震資料，基于零入射角地震資料的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)效果較好，有效預(yù)測(cè)了HX地區(qū)沙三上亞段薄砂泥巖儲(chǔ)層的分布特征，為后續(xù)勘探井位部署及儲(chǔ)量上報(bào)提供了有利的依據(jù)。