傾角導(dǎo)向體約束下的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)

白雪峰，霍進(jìn)杰，朱 明，陳 揚(yáng)，胡婷婷，任軍民

（新疆油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院地球物理研究所，烏魯木齊 830013）

0 前言

鮑金根地塹位于哈薩克斯坦南圖爾蓋盆地東南部，該區(qū)西斜坡侏羅系油氣藏以構(gòu)造－巖性和地層－巖性油氣藏為主，目的層沉積厚度變化大，地層接觸關(guān)系以削截和超覆為主，沉積現(xiàn)象豐富，因此地層劃分和砂體解釋的等時(shí)性在研究工作中變得十分關(guān)鍵。此外，從研究區(qū)已完鉆井的出油情況來(lái)看，本區(qū)儲(chǔ)層以小于10m的薄砂層為主，井間砂體縱向疊置，橫向變化快，這給儲(chǔ)層預(yù)測(cè)帶來(lái)較大困難。因此對(duì)研究區(qū)侏羅系油氣藏開(kāi)展傾角導(dǎo)向體約束下的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究，刻畫(huà)目標(biāo)砂體的展布特征，進(jìn)而尋找?guī)r性圈閉具有重要意義。

1 傾角導(dǎo)向體處理與計(jì)算

地質(zhì)體在構(gòu)造地質(zhì)學(xué)上有走向和傾向兩個(gè)屬性，如果地震解釋工作不能合理地考慮這兩個(gè)方向?qū)傩裕敲吹玫降慕忉尳Y(jié)果會(huì)與實(shí)際地質(zhì)情況不符［1］。通常只有沿傾角方向追蹤目標(biāo)地質(zhì)體并進(jìn)行分析研究，才能得到地質(zhì)體的真實(shí)信息。傾角導(dǎo)向就是沿傾角方向從一個(gè)地震道到另一個(gè)地震道的處理與計(jì)算過(guò)程，處理新生成的地震數(shù)據(jù)體就稱作傾角導(dǎo)向體。

傾角導(dǎo)向體是一種三維地震數(shù)據(jù)體，它包含了原始地震資料每個(gè)采樣點(diǎn)處地震同相軸的傾角和方位角信息，可以沿線、道、水平時(shí)間軸三個(gè)方向來(lái)顯示（圖1）。傾角導(dǎo)向體本身就是一種地震屬性，是OpendTect軟件所特有的地震數(shù)據(jù)體。

傾角導(dǎo)向體計(jì)算是一種遵循局部?jī)A角和方位角變化進(jìn)行多道屬性處理和數(shù)據(jù)濾波計(jì)算的技術(shù)，該技術(shù)可以自動(dòng)計(jì)算地震數(shù)據(jù)每個(gè)采樣點(diǎn)的傾角和方位角，它可以提高地質(zhì)目標(biāo)體檢測(cè)的精度，改善地震屬性的分辨率。傾角導(dǎo)向體處理技術(shù)通過(guò)掃描并計(jì)算地震數(shù)據(jù)所有采樣點(diǎn)三維空間的傾角和方位角，最終獲得每個(gè)采樣點(diǎn)處帶有傾角和方位角信息的導(dǎo)向體，該項(xiàng)工作是應(yīng)用OpendTect軟件來(lái)完成的。在計(jì)算傾角導(dǎo)向體時(shí)，目前有Event、BG Fast和FFT三種算法，在計(jì)算時(shí)既考慮了運(yùn)算速度，又兼顧了運(yùn)算精度，可以根據(jù)研究需要選擇使用。

圖1 研究區(qū)傾角導(dǎo)向體Fig.1 The dip steering cube in the research area

（1）Event是一種比較新的傾角導(dǎo)向體處理算法，它是基于對(duì)地震道相位匹配分析來(lái)求取傾角的。為了計(jì)算一個(gè)地震道的傾角，Event算法要沿著該道交替地尋找相位最大和最小的兩個(gè)地震道，這樣便形成了諸如：最大相位道、最小相位道、最大相位道、最小相位道等一系列地震道的排列。在地震數(shù)據(jù)inline方向，這樣排列的最大相位道或最小相位道，都有兩個(gè)相鄰的地震道與之匹配，且這兩個(gè)相鄰道之間的距離由計(jì)算步長(zhǎng)決定。用與最大（或最小）相位道相鄰的兩個(gè)地震道的時(shí)差，除以這兩個(gè)相鄰道之間的水平距離，便可以得到inline方向的傾角（圖2）。在地震數(shù)據(jù)crossline方向，也可以采用相同的方法得到該方向的傾角。Event算法計(jì)算效率高，但計(jì)算精度較低。

圖2 Event算法原理Fig.2 The algorithm principle of Event

（2）BG Fast是由BG研發(fā)的一種快速算法，該算法是基于對(duì)地震振幅數(shù)據(jù)的時(shí)間梯度值，做垂直方向和水平方向的分析來(lái)計(jì)算傾角的。在地震數(shù)據(jù)中，傾角定義為水平時(shí)間梯度與垂直時(shí)間梯度平方和的均方根值，而方位角定義為垂直時(shí)間梯度與水平時(shí)間梯度的比值的反正切值（見(jiàn)公式（1）和公式（2））［2］。

BG Fast算法沿地震數(shù)據(jù)的inline方向和crossline方向分別檢測(cè)時(shí)間梯度，并由這兩個(gè)方向的時(shí)間梯度值計(jì)算得到采樣點(diǎn)的傾角和方位角。BG Fast算法可以滿足大多數(shù)地震資料的要求。

（3）FFT是一種基于快速傅立葉變換的算法，適用于反射雜亂、信噪比低的地震資料，該算法又包括FFT Standard、FFT Combined和FFT Precise三種方法。FFT算法首先應(yīng)用快速傅立葉變換將地震數(shù)據(jù)由時(shí)間域變換為頻率域，然后檢測(cè)采樣點(diǎn)的頻率最大值，這個(gè)最大頻率值就認(rèn)為是該采樣點(diǎn)inline方向和crossline方向的傾角，同時(shí)檢測(cè)時(shí)的方向性就作為方位角信息被存儲(chǔ)下來(lái)。在三種方法中，①FFT Standard是最常用的計(jì)算方法；②FFT Precise是計(jì)算最精確的方法，但其耗費(fèi)的運(yùn)算時(shí)間很長(zhǎng)；③FFT Combined通常采用和FFT Standard一樣的計(jì)算方法，只有當(dāng)該方法不能提供一個(gè)穩(wěn)定解時(shí)，F(xiàn)FT Combined才會(huì)去采用和FFT Precise一樣的方法。

要想獲得質(zhì)量較高的傾角導(dǎo)向體就需要認(rèn)真分析地震資料，選取合適的導(dǎo)向體處理算法和計(jì)算步長(zhǎng)，并選擇搭配使用數(shù)據(jù)中值濾波等功能。算法類型、計(jì)算步長(zhǎng)和中值濾波器的使用，對(duì)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)年代地層計(jì)算結(jié)果有很大的影響。通常FFT Standard和BG Fast是計(jì)算年代地層的常用算法。為了獲得合適的傾角導(dǎo)向體，建議首先利用提供的重點(diǎn)靶區(qū)，計(jì)算一條地震測(cè)線的多個(gè)傾角導(dǎo)向體，然后評(píng)價(jià)由該傾角導(dǎo)向體計(jì)算獲得的年代地層剖面：當(dāng)年代地層的層位過(guò)于光滑時(shí)，應(yīng)減小計(jì)算步長(zhǎng)或中值濾波器步長(zhǎng)；當(dāng)年代地層的層位過(guò)于抖動(dòng)時(shí)，需增加計(jì)算步長(zhǎng)或中值濾波器步長(zhǎng)。在研究區(qū)測(cè)試了多種傾角導(dǎo)向體處理算法，分別采用了Event33－222、FFT333－222、BG333－222、BG661－222等方法，并應(yīng)用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式，用生成的各個(gè)傾角導(dǎo)向體分別對(duì)地震數(shù)據(jù)加以控制，自動(dòng)追蹤沉積體內(nèi)部的年代地層同相軸，并將其排列到地層的層序中，從而制作成年代地層剖面。采用Event33－222方法剖面連續(xù)性較差，F(xiàn)FT333－222方法剖面過(guò)于光滑，BG333－222方法剖面又有些抖動(dòng)，而采用BG661－222方法剖面較為自然流暢（圖3）。通過(guò)比較，選擇了適合該區(qū)的方法是BG661－222方法。

計(jì)算所獲得的傾角導(dǎo)向體，一方面可以為開(kāi)展后續(xù)的層序地層解釋工作提供必要的數(shù)據(jù)支持；另一方面可以與中值濾波、相似性等疊后處理環(huán)節(jié)搭配使用，對(duì)地震資料進(jìn)行中值濾波和斷層加強(qiáng)，減少地震資料的隨機(jī)噪聲，增強(qiáng)斷面反射，從而達(dá)到提高地震資料辨識(shí)能力的目的。

2 全三維層序地層解釋

傾角導(dǎo)向體約束下的全三維層序地層解釋技術(shù)，是一種通過(guò)地震資料開(kāi)展層序地層學(xué)研究的地震解釋方法，它通過(guò)對(duì)沉積旋回體的全三維自動(dòng)追蹤、Wheeler域（即年代地層域）自動(dòng)轉(zhuǎn)換、沿任一層面提取及分析地震屬性等方法，實(shí)現(xiàn)了在低勘探區(qū)塊及復(fù)雜地質(zhì)區(qū)塊層序地層學(xué)研究的工業(yè)化應(yīng)用，突破了傳統(tǒng)地震層序劃分只能劃分到三級(jí)層序的界限。全三維層序地層學(xué)解釋流程包括四個(gè)步驟：①利用地震資料劃分三級(jí)層序界面；②采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模式，用傾角導(dǎo)向體約束三維地震數(shù)據(jù)體，并應(yīng)用層序地層解釋系統(tǒng)自動(dòng)追蹤這些層序界面之間的多個(gè)年代地層同相軸；③將地震數(shù)據(jù)沿年代地層同相軸拉平，即對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行Wheeler域變換；④將層序再細(xì)分為沉積體系域，然后在沉積體系域和Wheeler域中同時(shí)研究地震數(shù)據(jù)和地震屬性。

作者是用OpendTect軟件的SSIS模塊，來(lái)完成全三維層序地層分析與解釋工作的。目的層侏羅系層序地層解釋成果在地震剖面上進(jìn)行顯示，這些層序界面在三維空間是閉合的（圖4）。在研究中，首先根據(jù)目標(biāo)區(qū)實(shí)際的地震、地質(zhì)、測(cè)井等資料，通過(guò)巖心分析、單井層序劃分、地震層位標(biāo)定、地震層序界面識(shí)別及追蹤等方法，建立目標(biāo)區(qū)井震統(tǒng)一的三級(jí)層序地層格架；然后采用BG661－222方法處理生成傾角導(dǎo)向體，在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模式下，用傾角導(dǎo)向體對(duì)地震資料加以約束，根據(jù)起始點(diǎn)的地層傾角和方位角信息，搜尋下一個(gè)控制點(diǎn)，依次類推，在三級(jí)層序界面的限制范圍內(nèi)，自動(dòng)等時(shí)追蹤目標(biāo)沉積體內(nèi)部的小層，為這些小層指定相對(duì)地質(zhì)時(shí)間，并將它們排列到地層層序中，從而生成比常規(guī)地震解釋層位更精細(xì)的年代地層界面；開(kāi)展全三維層序地層分析，包括體系域內(nèi)部層序界面識(shí)別、Wheeler域變換、沉積體系域解釋和標(biāo)注等；最后，根據(jù)層序地層解釋結(jié)果刻畫(huà)了目標(biāo)體系域內(nèi)部砂體的空間展布和演化過(guò)程，進(jìn)而預(yù)測(cè)了目標(biāo)砂體的分布。

圖3 傾角導(dǎo)向體處理算法比較Fig.3 Comparison of dip steering cube processing algorithms

3 雙域地層切片分析

地層切片是以解釋的兩個(gè)等時(shí)沉積界面為頂、底界面，在地層的頂、底界面之間按照厚度等比例內(nèi)插出一系列的層面，沿這些內(nèi)插生成的層面逐一進(jìn)行切片顯示，這種切片比時(shí)間切片和沿層切片更接近于等時(shí)沉積界面［3］。地層切片能更好地反映地震資料的振幅、頻率、能量等屬性的變化，從而能更準(zhǔn)確地刻畫(huà)出不同沉積時(shí)期的砂體發(fā)育情況，有力地指導(dǎo)了沉積相的分析和研究。Wheeler域等時(shí)地層切片技術(shù)就是在精細(xì)等時(shí)層序格架控制下，選擇傾角導(dǎo)向體約束，將地震數(shù)據(jù)體轉(zhuǎn)換到Wheeler域，在等時(shí)地層單元內(nèi)進(jìn)行地層切片分析［4］。

為了保證地層切片的等時(shí)性和全面性，作者針對(duì)研究區(qū)已經(jīng)出油的侏羅系湖侵體系域退覆上超砂體采用了沿最大湖泛面拉平，常規(guī)時(shí)間域和Wheeler域相結(jié)合的雙域地層切片分析技術(shù)提取等時(shí)地層切片，對(duì)退覆上超砂體的平面及空間展布特征進(jìn)行研究，提高了識(shí)別砂體的效率和精度。在Wheeler域提取的等時(shí)地層切片，K15井區(qū)的目標(biāo)砂體呈朵葉狀向K33井區(qū)延伸開(kāi)來(lái)（圖5），能夠進(jìn)一步識(shí)別砂體的空間展布，還能夠反映沉積相帶的平面變化，與實(shí)際鉆井資料較吻合。

圖4 研究區(qū)全三維層序地層解釋成果圖Fig.4 Full 3Dsequence stratigraphic interpretation plot in the research area

圖5 研究區(qū)Wheeler域等時(shí)地層切片F(xiàn)ig.5 The isochronous strata slice of Wheeler domain in the research area

4 傾角導(dǎo)向體約束下的儲(chǔ)層反演

傾角導(dǎo)向體約束下的儲(chǔ)層反演是在精細(xì)等時(shí)地層格架的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)層序單元內(nèi)地震波阻抗特征的綜合解釋，完成目標(biāo)砂體刻畫(huà)及其平面展布特征預(yù)測(cè)的一種儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)。該技術(shù)首先采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)追蹤模式，以傾角導(dǎo)向體為導(dǎo)向，對(duì)三維地震資料加以約束，在三級(jí)層序地層格架控制范圍內(nèi)完成目的層的沉積過(guò)程恢復(fù)，進(jìn)而等時(shí)追蹤各層序單元內(nèi)部的地震小層，并給這些小層指定地質(zhì)時(shí)間，從而生成年代地層剖面。綜合各種資料對(duì)生成的年代地層進(jìn)行解釋，這些年代地層相當(dāng)于等時(shí)的地震解釋層位。在此基礎(chǔ)上，分批次將各級(jí)年代地層界面加入到反演軟件中，用層序界面約束井間地震波阻抗的內(nèi)插外推，逐步建立與地下實(shí)際地質(zhì)形態(tài)相符合的精細(xì)低頻模型進(jìn)而進(jìn)行反演。

子波是反演中的關(guān)鍵因素，子波主要分為時(shí)間域和頻率域兩類進(jìn)行，子波的主頻、振幅和相位根據(jù)井旁地震道的主頻、增益變化而變化，不對(duì)子波作任何假設(shè)。在子波分析中，提供了子波形態(tài)、子波振幅譜和相位譜、反射系數(shù)譜、合成記錄和地震記錄頻譜的匹配等一系列QC控制手段。本次反演通過(guò)對(duì)K15井、K20井等二十多口井進(jìn)行子波估算及反復(fù)標(biāo)定，最終選取了K25井子波作為反演子波。

低頻模型建立的合理性直接關(guān)系到反演結(jié)果與實(shí)際地質(zhì)形態(tài)的符合程度，合理的低頻模型可以減少波阻抗反演的多解性。作者在研究中，選用標(biāo)定后井的波阻抗值，結(jié)合地震解釋層位內(nèi)插和外推出一個(gè)低頻模型，為了解決井間內(nèi)插時(shí)低頻模型的產(chǎn)狀控制問(wèn)題，用層速度體、層序場(chǎng)對(duì)阻抗值的橫向變化加權(quán)控制。此外，對(duì)兩個(gè)大的等時(shí)界面之間抽取了用傾角導(dǎo)向體約束生成的具有地質(zhì)含義的層序界面，來(lái)約束井間地震波阻抗的內(nèi)插外推，這樣逐步建立的低頻模型就比較合理了。

反演采用全局優(yōu)化和局域優(yōu)化相結(jié)合的非線性模擬退火方法，使誤差函數(shù)能量達(dá)到全局最小以估算地下阻抗模型。反演中以信噪比、相干性、與低頻模型的偏差、反射系數(shù)門檻值等四個(gè)參數(shù)作為約束條件，聯(lián)合選取一個(gè)平滑的最優(yōu)模型，以擺脫高頻隨機(jī)噪聲干擾［5］。約束條件需根據(jù)地震資料的品質(zhì)、低頻模型的可信度以及地質(zhì)需求等試驗(yàn)后來(lái)確定。

5 應(yīng)用效果分析

在哈薩克斯坦南圖爾蓋盆地鮑金根地塹K15井區(qū)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中，當(dāng)沒(méi)用層序界面約束時(shí)，反演結(jié)果只能粗略地反應(yīng)J3km砂體的存在（圖6（a））；而加層序界面約束的預(yù)測(cè)結(jié)果則較好地將三套目標(biāo)砂體區(qū)分開(kāi)了（圖6（b）），自下而上三套目標(biāo)砂體隨湖岸線向西遷移。提取的J3km第二套砂體的波阻抗屬性，在K15井區(qū)和K33井區(qū)較為發(fā)育，呈條帶狀分布，與井點(diǎn)也較吻合（圖7）。綜合分析認(rèn)為，傾角導(dǎo)向體約束下的儲(chǔ)層反演明顯地提高了砂體的辨識(shí)度，反演結(jié)果能更加清晰地刻畫(huà)出目標(biāo)砂體的空間展布特征，更好地反映井間砂體的疊置關(guān)系，預(yù)測(cè)結(jié)果與地質(zhì)認(rèn)識(shí)更吻合。

圖6 反演方法比較Fig.6 Comparison of inversion methods

圖7 研究區(qū)J3km波阻抗屬性平面圖Fig.7 The plan of impedance properties of J3km in the research area

6 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）在開(kāi)展傾角導(dǎo)向體處理工作中，算法和參數(shù)設(shè)置主要取決于具體的地質(zhì)情況、地震資料的品質(zhì)及特點(diǎn)。本次研究初步總結(jié)了算法的適用條件和參數(shù)的選擇標(biāo)準(zhǔn)，Event算法計(jì)算效率高，但精度較低；BG Fast算法可以滿足大多數(shù)地震資料的要求；FFT算法適用于反射雜亂、信噪比低的地震資料。

（2）Wheeler域等時(shí)地層切片比常規(guī)時(shí)間域切片能更好地反映砂體的展布特征，二者結(jié)合提高了識(shí)別砂體的效率和精度。經(jīng)鉆探結(jié)果證實(shí)，Wheeler域等時(shí)地層切片反映的地質(zhì)特征更符合地下實(shí)際情況。

（3）傾角導(dǎo)向體約束下的儲(chǔ)層反演技術(shù)在精細(xì)等時(shí)地層格架的基礎(chǔ)上，通過(guò)等時(shí)層序界面的約束有效地提高了目標(biāo)砂體的辨識(shí)度，為儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提供了一項(xiàng)有用的技術(shù)手段。

（4）在鮑金根地塹K15井區(qū)預(yù)測(cè)了侏羅系J3km三套目標(biāo)砂體，砂體在平面上呈條帶狀展布。

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