測井約束反演在彬長礦區(qū)煤層分叉預測中的應用

劉帆，宋玉

（1.陜西省煤田物探測繪有限公司，陜西西安710005；2.長慶油田分公司第一采氣廠，陜西靖邊718500）

測井約束反演在彬長礦區(qū)煤層分叉預測中的應用

劉帆*1，宋玉2

（1.陜西省煤田物探測繪有限公司，陜西西安710005；2.長慶油田分公司第一采氣廠，陜西靖邊718500）

從反演方法的國內外研究現(xiàn)狀入手，以彬長礦區(qū)為研究對象，利用測井約束反演技術的原理和方法，開展彬長礦區(qū)構造研究，并進行煤層分叉以及煤厚變化趨勢研究，總結出一套適用于彬長礦區(qū)波阻抗反演的技術方法，為勘探區(qū)的開發(fā)提供了依據(jù)。

波阻抗反演；煤層分叉；煤層；測井

1　概述

大約在20世紀70年代的時候，波阻抗反演技術誕生了，使用這種技術，地層的波阻抗信息能夠被地震資料反演出來，因此這種技術主要用于地震資料的有效處理。這項技術在誕生初起時候的使用還是有一定的局限性，它首先通過地震子波與反射系數(shù)來獲取地震信息，然后建立相應模型，這種技術最初使用的還是一維波阻抗反演的形式，不過20世紀80年代的時候這種技術的應用還是比較廣泛。Cooke在1983年的時候創(chuàng)立了一種新的反演法，這種方法主要采用了廣義線性原理，它使得波阻抗反演技術得到了很大程度的發(fā)展，進入了一個嶄新的階段。20世紀90年代初期的時候，周竹生認為傳統(tǒng)的線性反演方法比較單一且存在較大問題，而約束反演能夠有效結合地質、地震以及測井資料等相關信息，具有很大優(yōu)勢。李宏在20世紀90年代的時候另辟蹊徑，他有效地結合了遞推反演和寬帶約束反演的精髓。因為采用單道反演法會產生一定的噪音，而波阻抗反演方法能夠很好的消除噪音，因此這種方法得到廣泛的應用。基于此，很多研究者還采取了無井道以及有井多道的方法進行反演，進而讓波阻抗反演技術變得更加成熟。

波阻抗反演技術從20世紀90年代發(fā)展至今已經(jīng)取得了相當豐富的成果，尤其是一維波阻抗反演技術的算法應用推進了許多相關技術的快速發(fā)展。20世紀末期的時候，研究者們針對波阻抗反演技術還不成熟的地方給出了很多合理有效的建議。1999年的時候康諾利在發(fā)表的論文中針對彈性波阻抗反演方法進行了詳細研究，這種方法主要起源于英國石油公司，沒過多久就有4篇文章同時出現(xiàn)在21世紀初期的SEG年會上，它們都是針對彈性波阻抗技術的研究，其中ARCO公司把自己已經(jīng)獲得專利的方法介紹給了大家，而且覺得這種方法優(yōu)于康諾利的方法，尤其是在計算反射系數(shù)的時候具有更高的穩(wěn)定性，同時EI與AI的計算有相同的評判標準。這次會議中英國石油公司還對擴充彈性波阻抗方法進行了講解，這種方法能夠預測流體以及巖性。另外，彈性波阻抗反演功能有關模塊還出現(xiàn)在了Paradigm地球物理公司的商業(yè)軟件Vanguard里面。與此同時，杰森（Jason）公司推行的Rock Trace也是對彈性波阻抗反演技術的應用，而這里的波阻抗和以前的軟件有所區(qū)別，它們主要使用的是縱波阻抗以及橫波阻抗的概念。以上研究充分展現(xiàn)了彈性波阻抗反演技術的重要性，而且地震反演技術的研究重心將會轉移到AI與EI的結合以及AI與AVO的結合上面。

2　測井約束反演的原理

作為巖性地震勘探的核心技術之一，地震波阻抗反演技術結合了很多學科的技術知識。它有效地利用了地表觀測獲得的數(shù)據(jù)，參考現(xiàn)有地質構造與鉆井的特點，進而求出巖層物理特性以及空間結構，因此它是一種反演地層波阻抗的特殊處理技術。地震反演方法其物理意義非常明確，是巖性預測的可靠方法，在煤油氣勘探中取得了準確、豐富的地下地質信息。

測井約束地震反演首先要完成地質模型的建立，通過模型優(yōu)選迭代擾動算法來實時修正地質模型，進而使得地震資料與實際地震數(shù)據(jù)之間的誤差最小，這樣反演得到的結果就是需要的模型數(shù)據(jù)信息。因為這里的反演數(shù)據(jù)是通過地質模型獲得，所以不存在直接反演地震資料帶來的問題，很大程度地提高了地震分辨率，使精確解釋的時候有據(jù)可依。

如上所述，這種方法是建立在地質模型的基礎之上。采用測井資料，且約束條件選擇地震解釋層位，然后由孔位開始內插和外推，完成波阻抗模型的構建。獲得基本方程的時候參照共軛梯度法，然后實時修正初始模型，最大限度地使得合成地震資料和地震實際數(shù)據(jù)之間的誤差最小化，尤其是在薄儲層地質的時候，由于地震頻寬的影響，一般的直接反演方法根本不能很好地保證反演結果的分辨率和精度。然而測井約束這種方法卻能夠有效利用測井資料來解決上述困難，約束條件選擇現(xiàn)有的地質信息以及測井資料，進而獲取的地層反演資料擁有較高的分辨率，使得儲層深度、厚度以及物性的詳細描述能夠得以實現(xiàn)。

測井約束地震反演技術把地震資料與測井資料相關聯(lián)，這樣不僅提高了地震資料的分辨率，還能夠使得到的分辨率與測井資料的分辨率之間的誤差最小化，這對勘探前期描述儲層的時候有著相當重要的作用。這種反演方式還具有多解的特征，如果地質條件一樣，原始地質模型和實際地質之間的差別大小直接影響反演結果的準確性，同時鉆井數(shù)量也會對反演結果產生一定影響，鉆井越多反演誤差就越小。

3　煤層分叉的預測實例

彬長礦區(qū)位于鄂爾多斯盆地南部的渭北撓褶帶北緣廟彬凹陷區(qū)。地表大面積被黃土層所覆蓋，溝谷中出露的白堊系地層產狀較為平緩，其深部侏羅系隱伏構造總體走向為N50°～70°E，傾向NW-NNW的單斜構造。其上發(fā)育一組寬緩的褶曲，自南向北依次為彬縣背斜、大佛寺向斜、路家—小靈臺背斜、文家坡向斜、七里鋪—西坡背斜。研究區(qū)構造相對比較簡單，是孟村向斜區(qū)的東部延伸地段，可稱文家坡向斜，南北兩翼地層傾角平緩（3°～6°），為研究區(qū)主要聚煤區(qū)。通過對研究區(qū)進行測井約束反演對相應地層進行標定，結合鉆孔資料對研究區(qū)的煤層分叉位置進行預測。

3.1反射波的識別及地質層位的標定

地震反射波地質屬性的標定是地質構造解釋的基礎，充分利用區(qū)內鉆孔資料，通過鉆孔資料與實際時間剖面對比，確定反射波的地質屬性。對本次獲得的T1、T3、T4反射波組進行了地層屬性標定。見圖1。

圖1　4-5號孔人工合成記錄

測井約束反演中實際子波提取及合成記錄制作尤為重要，因為實際子波的提取是測井約束反演的基礎條件，它能確定地震反射波與地質界面的互相對應的關系，這樣就幫助我們充分掌握研究區(qū)的各主要波組特征。結合上述測井資料對研究區(qū)內煤層的主要波組（一煤層、三煤層、四煤層反射波）進行追蹤分析研究，選取與地震剖面頻率最為接近的子波，進行合成地震記錄的制作，進而對煤系地層進行標定。為了使測井約束反演得效果最為接近實際的地質情況，必須充分利用研究區(qū)鉆井資料，采用多井約束的方法，對研究區(qū)內過井剖面逐一進行了層位標定。

3.2煤層分叉

為了更準確地解釋煤層的分叉邊界，充分掌握煤層分叉邊界在地震時間剖面上的反映情況，在解釋前，我們進行了理論模型的建立，通過正演模擬來分析煤層分叉邊界在時間剖面上的反映情況以及地震波的分辨率問題。

（1）建立煤層分叉理論地質模型。詳見圖2煤層分叉理論地質模型。

圖2　煤層分叉理論地質模型

（2）正演結果分析。當頻率選擇40Hz時，煤層間距大于等于15m時才能形成單獨的煤層反射波。當頻率選擇60Hz時，當煤層間距大于等于9m時才能形成單獨的煤層反射波。

（3）結論。因為研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地南部的渭北撓褶帶北緣廟彬凹陷區(qū)隸屬于黃土高原地區(qū)，煤層反射波的主頻范圍在40～60Hz之間，通過上述正演模擬結果結合分析本區(qū)已知鉆孔資料，可以得到四煤與四煤下的平均間距為6.26m，所以四煤與四煤下煤的分叉邊界很難在時間剖面被識別，我們通過測井約束反演方法以及地震屬性分析，并結合鉆孔資料，較好的解決了這一問題。圖3為過井的時間剖面與波阻抗反演剖面的對比，從圖中可以看出，在時間剖面上很難區(qū)分出四煤與四煤下煤層的分叉部位，是以復合波的形式出現(xiàn)，但是，通過測井約束反演后，四煤與四煤下煤層就可以在剛開始產生分叉的地方被識別出來，分叉點明顯。通過測井約束反演方法結合鉆孔資料可以得到四煤分叉邊界如圖4所示。

圖3　過井的時間剖面與波阻抗反演剖面

圖4　四煤分叉邊界在波阻抗反演剖面上的反映

4　結論

本文在認真研究地震反演基礎理論和方法特點后，結合彬長礦區(qū)的地震、測井、鉆井等地質資料，進行了測井約束反演的實際應用，成功地預測了煤層的分叉位置。由于研究區(qū)內地質構造相對簡單，此方法對地質構造簡單地區(qū)適用，而對于地質構造復雜地區(qū)的適用性還需要進一步研究。

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1004-5716（2016）10-0126-03

2016-06-01

2016-06-02

劉帆（1982-），男（漢族），山西臨縣人，工程師，現(xiàn)從事地震勘探工作。