波阻抗反演技術與砂體理論模型的對比

周大森，蘇云，羅鑫，李賀，周卿 （成都理工大學地球物理學院，四川成都610059）

波阻抗反演方法的主要目標是獲得巖石聲波速度、密度數值。在反演開始之前，必須準確建立井震關系，精細標定儲層位置，吸收構造格架信息，分析層序地層解除關系。然后，根據目標層序的地質目標及沉積特點，選擇相應的反演算法，結合地質、油藏及測井聲波特點實現專項地震反演，獲得聲阻抗反演剖面或速度、密度反演剖面［1］。

1 波阻抗反演基本原理

波阻抗反演是指從地震道數據求波阻抗（聲阻抗）數據道的整個過程。波阻抗是地震波傳播速度與介質密度的乘積，當已知密度信息時，就可以把所得到的波阻抗數據道轉成速度信息道，因此波阻抗反演又有偽速度測井之稱［2］。

波阻抗反演的基本原理就是利用地表觀測，以測井資料，鉆井和地質規律為約束，求解地下巖層的物理性質和空間結構的過程。

1.1 波阻抗反演具有的優勢

目前波阻抗反演常用的方法基本是建立在線性褶積模型的基礎上，波阻抗反演是基于線性褶積模型理論，波阻抗是巖石密度和縱波速度的乘積，波阻抗數據的獨到之處在于它是一種巖石特性，而不同于地震反射數據具有代表界面特性。波阻抗數據的優點可以總結如下［3－4］：

1）波阻抗值是由多種數據綜合計算得到，其中包括地震資料、測井資料和速度資料，因此一個高質量的波阻抗模型較地震資料不僅包含了地震資料所能提供的一切信息，同時也沒有子波所帶來的復雜性，而且還從測井資料中增加了重要信息。

2）波阻抗代表了一種巖石特征。波阻抗是密度和速度的乘積，這2個參數可由測井資料直接獲得。而地震數據代表一種界面特征，其近似等于子波和反射系數序列的褶積，反演波阻抗的相對變化。由此看來，波阻抗是連接地震和測井的天然紐帶和橋梁。

3）波阻抗與巖性、孔隙度、填隙物等因素有著密切的關系。通常，可以找出波阻抗與一個或多個巖石特征參數之間的經驗公式。此外，波阻抗模型為進一步建立三維模式和三維巖石物理特征模型打下良好的基礎。而這些結果可以直接輸出到油藏模擬軟件中，以便進行后續的流體分析。

4）波阻抗反映了地層特征，而地震振幅則代表了地層邊界屬性，因此用波阻抗作層序地層分析就更直接、更具有優勢。

5）波阻抗有利于三維資料的解釋，它支持基于目標體解釋技術，從而可以對目標體作快速而準確的圈定。

6）波阻抗概念易于推廣到用角度或偏移距疊加數據反演彈性波阻抗（或彈性參數）。根據AVO信息獲得彈性波阻抗、再結合波阻抗資料，可以改善解釋精度，提高識別巖性和流體的能力。

波阻抗反演是以地震數據為基礎，綜合應用測井、地質等數據進行的反演。根據其方法原理和性質，可將波阻抗反演分2大類：①確定性反演。即阻抗參數和地震響應建立確定性的函數關系，該方法準確度高但抗噪能力低，受地震數據帶限的影響，分辨率較低。②統計性反演。在地震數據和測井、地質等數據之間建立一種統計性關系，反演波阻抗值，如地質、測井約束反演，大多屬于這一類型，該方法表現出分辨率高、抗噪能力強等優勢，但橫向預測能力有限［5］。

1.2 波阻抗反演的工作流程

當前應用最廣的是基于褶積模型的波阻抗反演，相對于波動方程模型而言，實現起來相對比較簡單，方法也比較成熟。波阻抗反演一般包括下列工序［6］：

1）測井數據的預處理和處理，包括測井信息的質量評估，這項工作是不可缺少的；

2）地震數據的目標，主要用于精加工目的層，以獲得一個“三高”的數據；

3）根據反演精度的要求，若需要時對數據進行重采樣，并對信號的極性、子波的相位特性等進行檢查；

4）層位精細標定，并對相應的同相軸進行追蹤對比，同時要細化解釋層位；

5）子波提取及相位信息的研究，確定應用實際提取子波的可行性，還是選擇理論子波；

6）低頻分量信息提取與分析以及確定；

7）多井的插值方法，并應用多井信息；

8）建立初始模型；

9）確定反演方法類型，進行反演處理；

10）對反演成果進行分析、評估與解釋。實際上，最主要的要進行2部分工作：①要得到一個反射系數剖面；②要將反射系數剖面轉換成波阻抗數據剖面。因此，應對著2個具體實施的流程，若按其工作量及其難度系數而言，還是前一個流程要大，是波阻抗轉換前的地震數據的準備，或稱波阻抗轉換的前期處理［7］。

2 波阻抗反演的重要性

為了說明波阻抗反演的重要性，設計如圖1的砂體理論模型。

圖1 砂體理論模型

圖1從右向左，巖性逐漸變細，為一個地下完整砂巖體砂層分布的剖面。其中每道的基線為泥巖基線，速度為3000m／s，砂巖的速度在3400～3900m／s變化。3000m／s的地層平均速度，1ms采樣率，每個采樣點厚1.5m。

剖面的時間厚度為200ms，相當于300m厚地層，右方單砂體厚度達33m，左邊單砂體最薄有1.5m（正好一個采樣點）。

利用簡單的褶積模型，子波采用10～80Hz的零相位帶通子波（主頻約為45Hz），得到如下合成的地震道（見圖2）。從圖2中可以看出，振幅強的地方是砂巖存在的地方，而模型中有些砂巖在正演剖面中并沒有反映（空白打叉的地方）。

圖2 正演疊加剖面

接下來將上述疊加剖面進行道積分（相當于做了一次最簡單的反演），得到如下相對波阻抗剖面（見圖3）。從圖3可以看出，相對于疊加剖面而言，相對波阻抗剖面效果要好很多，基本上所有厚的砂巖都有反映，只是有些薄砂層沒有反映出來，這是由于地震資料垂向分辨率所決定的。

圖3 相對波阻抗剖面

接下來在上述高分辨率模型的基礎上，地震子波采用10～160Hz的零相位帶通子波（主頻約為90Hz），得到如下疊加剖面（見圖4）。

圖4 正演疊加剖面（子波主頻90Hz）

從圖4中可以看出，疊加剖面上的反射波的寬窄與子波的寬窄大體相同，高分辨率疊加偏移剖面只能反映出薄砂層，而厚砂層不能直接反映出來，只能說其更加接近理論模型的反射系數剖面，為此，對其進行積分運算，獲得相對波阻抗體（見圖5）。

從圖5可以看出，相對波阻抗剖面與實際地質模型非常相似，厚度大于2～3m的砂體基本上能反映出來，在剖面的右邊甚至可以看出厚砂巖下粗上細的正旋回。從該實例可看出，分辨率越高，疊加偏移剖面越難解釋，更加應通過反演獲得波阻抗剖面。

圖5 相對波阻抗%剖面（子波主頻90Hz）

3 結論

地震波阻抗反演技術是一種在地震資料特殊處理的重要環節，其應用在很多方面，波阻抗反演結果對儲層預測和油氣橫向預測變得越來越重要，即使是復雜儲層的特性預測，也把它列入主要的工作方法和手段。

［1］ 趙政璋，趙賢正，王英民，等 .儲層地震預測理論與實踐 ［M］.北京：科學出版社，2005.

［2］ 周竹生，周熙襄 .寬帶約束反演方法 ［J］.石油地球物理勘探，1993，28（5）：523－536.

［3］ 邱兆泰，鮑五堂，張愛印 .用STRATA進行地震數據的反演 ［J］.中國煤田地質，2006，18（S）：45－48.

［4］ 崔成軍，龔姚進，申大媛 .波阻抗反演在儲層預測研究中的應用 ［J］.地球物理學進展，2010，25（1）：9－15.

［5］ 徐宏斌，熊翥 .底層、巖性油氣藏地震勘探方法與技術 ［M］.北京：石油工業出版社，2012：249－251.

［6］ 熊翥.21世紀初中期油氣地球物理技術展望 ［M］.北京：石油工業出版社，2006：326－328.

［7］ Kidd G D.Fundamentals of 3－D Seismic volume visualization ［J］.The leading Edge，1999（18）：702－709.