融頻反演技術在J 31塊薄儲層預測中的應用

馬成龍

中國石油遼河油田公司勘探開發研究院,遼寧 盤錦 124010

0 前言

薄儲層預測一直是地震勘探領域的熱點問題[1],根據Widess模型,在沒有噪音的情況下,地震上時間厚度小于1/8波長的薄層是無法分辨的[2]。目前遼河油田研究對象大多是厚度小于10 m的薄層,而地震資料極限分辨率在12.5 m(1/8波長)左右,且全數字三維和三維VSP等高分辨率地震資料極為稀少,所以探索應用常規三維地震資料進行薄儲層的識別和預測技術具有較大的實際意義。目前,國內外基于常規三維地震資料進行薄儲層預測的方法主要有以下三類:一是地震沉積學,它是以地震屬性分析技術、90°相位轉換技術以及地層切片技術為核心的新興邊緣學科,主要依靠地震資料橫向分辨率來進行薄層的識別[3-5],但是就目前的發展狀況來看,盡管該技術解決了一些薄儲層預測的問題,但其關鍵技術仍然存在爭議,有待深入完善[6];二是基于模型的地震反演技術,該技術從地質模型出發,采用模型優選迭代擾動算法,通過不斷修改地質模型,使模型正演結果與實際地震數據達到最佳吻合,最終的反演結果理論上與測井資料的分辨率相同[7],但該技術存在多解性,難以優選最符合地下情況的地質模型,應用受到限制[8];三是地質統計學反演,該技術基于地質統計學理論,通過變差函數進行插值以獲得高頻分量來提高分辨率進行薄儲層預測,但該插值方法僅為數學算法而不包含地質概念,反演結果往往與實際地質情況差別較大,使該技術的推廣受到了局限[9-12]。為此,在對提高分辨率原理及各反演算法進行分析的基礎上,以地震波形特征指示反演技術和譜模擬反演技術為核心,提出了優勢頻率融合的思路,將各反演技術中的優勢頻率提取出來進行融合,以拓寬資料頻帶寬度，提高分辨率,進而達到預測薄儲層的目的。該技術通過在J 31塊的實際應用,實現了8 m砂巖儲層分布的預測,并通過鉆井證實了預測結果的可靠性。

1 地質背景

J 31塊位于遼河坳陷東部凹陷黃金帶油田南部,整體上為一個依托駕掌寺斷裂而形成的斷裂背斜構造,內部被北東向小斷層切割復雜化,面積約20 km2。鉆井資料揭示新生代地層自下而上依次為房身泡組、沙河街組沙三段、沙一段、東營組、館陶組、明化鎮組以及第四系,整體缺失沙四段和沙二段。主要含油層系為沙一段,沙一段沉積時期,盆地構造活動較弱,駕掌寺等主干斷裂活動強度降低,為裂陷衰減期,此時研究區為淺水湖盆環境,來自西北方向董家崗斜坡的沉積物在湖盆四周堆積形成扇三角洲[13-15],研究區儲層主要為水下分流河道、席狀砂以及湖底扇等巖性體,單層厚度均小于8 m。

2 J 31塊薄儲層反演預測

波阻抗反演的頻譜主要由低頻、中頻和高頻三部分組成,其中低頻成分一般分布在0～9 Hz之間,變化較緩慢,橫向分布穩定,可利用井插值模型獲得;中頻成分一般在9～45 Hz之間,可利用地震數據求取波阻抗獲得;高頻成分一般大于45 Hz,可通過井間模擬獲得,但不夠準確,因此可采用地震波形特征指示反演(SMI)方法加以解決。本文提出的優勢頻率融合研究思路,首先聯合開展譜模擬反演和地震波形指示特征反演,再提取各反演結果的優勢頻率成分進行融合,由此來拓寬反演結果的頻帶寬度,提高反演結果的分辨率,以達到預測該薄儲層分布的目的。

2.1 譜模擬反演

譜模擬反演技術是一種頻率域的測井約束波阻抗反演方法,其核心是用地震資料的頻譜和井資料的頻譜相匹配來完成反演過程,具有不需要初始模型約束的優點,而且對井的依賴程度小,可以實現全局優化,在很大程度上減少了人為因素對反演結果的影響,可以客觀地反映儲層的展布特征。缺點是譜模擬反演結果與地震數據具有相同的頻帶寬度,缺少低頻成分和高頻成分,分辨率低[16]。譜模擬反演技術雖然無法直接對薄儲層分布進行預測,但是可以客觀地反映出包含目的層在內的具有一定厚度地層的整體變化趨勢。在本次研究中譜模擬反演主要有兩方面作用:作為低頻趨勢約束估算的高頻成分向正確的方向收斂;將其優勢頻率成分作為最終反演結果的中低頻成分。

圖1為譜模擬反演結果,時間分辨率約為20 ms。由圖1可以看出該反演結果無法直接看出目的層的分布情況,但是可以看出包含目的層在內約50 m厚地層的分布特征(圖中虛線范圍),該層在全區均有分布,西南較厚,向東北逐漸減薄。

圖1 過J 31井譜模擬反演剖面

2.2 地震波形特征指示反演

地震波形特征指示反演(SMI)是以傳統的地質統計學為基礎,利用沉積學原理,按照地震波形的橫向變化特征預測分析儲層的相變特征,進而研究儲層垂向巖性組合高頻結構特征。該方法采用“地震波形指示馬爾科夫鏈蒙特卡洛隨機模擬(SMCMC)”算法,在空間結構化數據指導下,參照空間分布距離和地震波形相似性兩個因素對所有井按關聯度排序,優選與預測點關聯度高的井作為初始模型,對高頻成分進行無偏最優估計,并保證最終反演的地震波形與原始地震一致,實現了空間上受地震相約束的效果,同時符合沉積規律[17-20]。該方法在很大程度上提高了反演結果的確定性,減少了多解性。

地震波形特征指示反演在本研究中的作用是在相控約束下提供識別薄儲層所必須而地震資料中不具備的高頻成分。但由于高頻成分具有隨機性,而且隨著頻率的提高,隨機性也隨之增強,所以最高截止頻率在滿足薄儲層預測需要的前提下越低則預測結果越可靠。根據研究區8 m薄儲層預測的需要確定高頻端為120 Hz。圖2為地震波形特征指示反演結果,虛線所標注的層位即厚度為8 m的目的層,由圖2可以看出該層已經有了明顯的阻抗異常,由此證明該波阻抗數據體的分辨率完全滿足該薄儲層預測研究的需要。

圖2 過J 31井地震波形特征指示反演剖面

2.3 優勢頻率融合

由于譜模擬反演結果中與地震資料頻帶寬度(9～45 Hz)一致的頻率成分比地震波形特征指示反演更為可靠,而地震波形特征指示反演可以在沉積約束的基礎上估算譜模擬反演結果中所不具備的45～120 Hz頻率成分,低頻模型可以根據井資料提供0～9 Hz的低頻成分,將上述各部分的優勢頻率成分進行融合,則最終反演結果的各個頻段的頻率成分都是最優的。

圖3是頻率融合之后的最終反演結果,虛線所標注的位置為目的層,由圖3可以清晰地看出目的層的分布范圍。目的層之上的高阻地層根據井資料分析為2～4 m的細砂巖與泥巖互層,由于最終反演結果的頻帶寬度不滿足識別4 m薄層的要求,所以呈現出低阻背景下具有一定厚度的高阻特征,而目的層以下根據鉆井資料揭示為大段泥巖夾粉砂巖和泥質粉砂巖,反演結果也呈現出大段的低阻特征,可見兩者吻合程度較高,證實了該研究結果的可靠性。

圖3 優勢頻率融合后全頻帶波阻抗剖面

2.4 效果分析

圖4為基于優勢頻率合并數據體沿著目的層提取的沿層波阻抗切片,反映了薄儲層的空間展布特征,其西北邊界為一條走滑斷層,虛線范圍為預測薄儲層分布區域。由圖4可以看出J 31塊薄儲層沿著斷層向東南方向呈扇形展布,面積為1.2 km2,通過區內新完鉆井鉆遇情況對上述預測結果進行驗證,結果表明:在預測儲層分布區內新完鉆的J 34井鉆遇該套儲層,巖性與J 31井一致,均為砂礫巖體,厚度為8 m;而周邊H 35、H 42、H 64、H 95、J 602等井均不發育該薄儲層。通過上述分析可見,本研究結果與鉆井資料顯示一致,證實了本次預測結果的可靠性,也證實了該預測方法的可操作性。

圖4 J 31塊薄儲層反演預測平面圖

3 結論

1)綜合巖心及測井資料開展巖石物理分析是薄儲層反演預測的基礎和關鍵,只有當波阻抗可以對薄儲層與圍巖進行區分時才可以逐步開展高分辨率儲層反演研究。

2)基于優勢頻率融合的思路,聯合開展譜模擬反演和地震波形特征指示反演,提取譜模擬反演結果中與地震資料頻帶寬度(9～45 Hz)一致的頻率成分、地震波形特征指示反演中地震頻帶寬度范圍之外的高頻成分(45～120 Hz)、以及低頻模型中的低頻成分(0～9 Hz),三者融合后形成的全頻帶波阻抗數據體可以實現8 m薄儲層的分布預測,為類似區塊勘探開發提供借鑒。