AVO疊前反演在中等阻抗儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

2012-01-12 01:39:40顏學(xué)梅張哨楠蘇錦義

物探化探計(jì)算技術(shù) 2012年1期

顏學(xué)梅，張哨楠，蘇錦義

（1.成都理工大學(xué) “油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610059；2.中石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院德陽分院，四川德陽 618000）

0 前言

新場氣田須四下亞段為辮狀河三角洲沉積，目的層為一套砂礫巖體，砂體具有巖相、巖性變化快，物性差，非均質(zhì)性強(qiáng)等特點(diǎn)。前期勘探證實(shí)，砂巖為有效儲(chǔ)層，然而礫巖阻抗明顯高于圍巖，砂巖儲(chǔ)層阻抗與泥巖接近，屬于典型中等波阻抗儲(chǔ)層（地球物理界的隱蔽儲(chǔ)層），所以常規(guī)波阻抗反演難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)砂巖分布。AVO疊前反演能有效地利用疊前地震資料，可以通過多個(gè)部份角度疊加體，同時(shí)反演出縱波、橫波阻抗和縱波、橫波速度比等更敏感更有效的彈性參數(shù)，獲得的儲(chǔ)層信息多，精度高，更有利于氣藏的勘探。作者將AVO疊前反演法應(yīng)用于須四下亞段砂巖預(yù)測(cè)，取得了較好的應(yīng)用效果。

1 基本原理

1.1 AVO疊前反演的理論基礎(chǔ)

當(dāng)?shù)卣鸩ㄒ苑橇闳肷浣侨肷涞椒瓷浣缑嫔蠒r(shí)，會(huì)產(chǎn)生四個(gè)波。以P波入射為例，產(chǎn)生的四個(gè)波分別是：反射縱波、反射橫波、透射縱波和透射橫波。

在非垂直入射（炮檢距不為零）時(shí)，縱波、橫波的反射和透射系數(shù)，是以佐布里茲（Zoeppritz）方程的矩陣形式表示的，見式（1）。其中 Rpp和Rps分別為縱波反射系數(shù)及橫波反射系數(shù)；Tpp和Tps分別為縱、橫波透射系數(shù)；ρ1、ρ2對(duì)應(yīng)為上、下介質(zhì)密度；V1、V2分別為上、下層介質(zhì)的縱波速度。

但式（1）并未直觀地表述出縱波及橫波速度，以及密度對(duì)反射系數(shù)的貢獻(xiàn)。

由Zoeppritz方程給出的反射和透射系數(shù)公式的精確表達(dá)式，不但形式復(fù)雜，而且很難直接看出其物理意義，不便使用，所以有不少學(xué)者給出了其近似公式。Aki和Richard注意到反射界面二邊六個(gè)彈性參數(shù)Vp1、Vs1、ρ1、Vp2、Vs2和ρ2，在這六個(gè)彈性參數(shù)中，只有四個(gè)獨(dú)立變量，它們?cè)诩僭O(shè)界面二邊的彈性參數(shù)變化不大。從Zoeppritz方程出發(fā)，略去高階項(xiàng)可以得到縱波反射系數(shù)表示為

公式（2）不適用于反射界面二邊巖石屬性變化較大，以及入射角較大的情況，但因?yàn)樗哂忻鞔_的物理意義，可以清楚地描述各彈性參數(shù)的變化量與反射系數(shù)之間的關(guān)系，而且其形式簡單，便于使用，因此它是目前適用最為普遍的一種近似公式。

對(duì)不同地震角道集進(jìn)行反演，即可獲得不同角度的彈性波阻抗，然后根據(jù)式（2）對(duì)不同角度的彈性波阻抗進(jìn)行最小二乘擬合，即可計(jì)算出反演縱波、橫波阻抗和密度。進(jìn)而計(jì)算出拉梅系數(shù)和巖石密度的乘積剖面λρ、剪切模量和巖石密度的乘積剖面μρ，以及泊松比等彈性參數(shù)。

1.2 AVO疊前反演原理

就AVO反演而言，基本過程如下：首先自動(dòng)生成一個(gè)地質(zhì)模型，然后采用一些特定的算法，使之產(chǎn)生合成記錄，并且通過迭代該合成記錄，使之在一定誤差范圍內(nèi)與真實(shí)的地震記錄相擬合。

AVO反演的算法具有以下特征：

（1）迭代性。該算法從一個(gè)初始模型開始，通過逐步迭代，使初始模型與實(shí)際模型的差別趨于最小。

（2）AVO反演是個(gè)線性化的過程，這意味著存在一個(gè)值可以使目標(biāo)函數(shù)最小化。

（3）與別的反演一樣，AVO反演存在著多解性，這是由我們所用的地震資料的特性，即帶限P波地震數(shù)據(jù)所決定的。

（4）必須要有約束條件。

2 AVO疊前反演在中等阻抗砂巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

2.1 常規(guī)地震屬性儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的難點(diǎn)

研究區(qū)目的層為一套砂礫巖組合。該套砂礫巖組合本身在橫向分布穩(wěn)定，但只有其中的砂巖為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，其礫巖～砂巖縱向巖性組合則較為復(fù)雜。

圖1 新場氣田CX565井TX49砂組綜合柱狀圖Fig.1 TX49sand of well CX565in XC gas field

根據(jù)模型正演（見圖2），在礫巖厚度不變的情況下，隨著低阻抗砂巖變厚，會(huì)導(dǎo)致振幅變?nèi)?，而且振幅?qiáng)弱將隨著砂礫比的增大而減?。ㄒ妶D3）。

利用弱振幅特征，可以預(yù)測(cè)砂巖相對(duì)發(fā)育區(qū)，但實(shí)際工作中依然存在兩個(gè)問題：①砂巖厚度的預(yù)測(cè)；②“弱振幅陷阱”。厚層塊狀礫巖由于地震波的干涉效應(yīng)，同樣會(huì)產(chǎn)生弱振幅。如圖4所示，頂部礫巖形成的強(qiáng)波峰反射，被底部礫巖所形成的強(qiáng)波谷屏蔽了。

常規(guī)地震屬性及疊后反演，很難準(zhǔn)確預(yù)測(cè)砂巖分布，而利用AVO疊前反演，可以對(duì)砂巖進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

2.2 AVO疊前反演

2.2.1 地震數(shù)據(jù)分析

新場三維資料的炮線排列達(dá)到8km，疊前時(shí)間偏移道集的最大偏移距達(dá)到7 200m。增加部份疊加子道集的數(shù)量，AVO疊前反演的算法穩(wěn)定性可以增強(qiáng)。但與此矛盾的是，增加疊加子道集額數(shù)量，就降低了單個(gè)部份疊加數(shù)據(jù)體的覆蓋次數(shù)，即降低了部份疊加數(shù)據(jù)體的信噪比。

根據(jù)實(shí)際的資料情況，作者設(shè)計(jì)了兩種部份疊加方案，即三個(gè)子疊加的方案和五個(gè)子疊加的方案。在后續(xù)的反演參數(shù)測(cè)試中，作者最終選用的是五個(gè)子疊加的方案作為疊前同時(shí)反演的輸入。

2.2.2 巖石物理分析

巖石物理分析的方法是，對(duì)測(cè)井資料進(jìn)行預(yù)處理，主要包括單井曲線校正、多井一致性檢查和標(biāo)準(zhǔn)化處理?；诖耍髡哌M(jìn)行了精細(xì)地層評(píng)價(jià)、儲(chǔ)層敏感參數(shù)分析，建立研究區(qū)的體積物理模型，計(jì)算孔隙度、飽和度等參數(shù)，并建立巖石物理定量解釋模板（見下頁圖5）。有了此解釋模板，就可以對(duì)反演結(jié)果進(jìn)行定量解釋。

2.2.3 地震子波提取

AVO疊前反演需要在不同角度疊加的數(shù)據(jù)體上提取子波。圖6（見下頁）是自該區(qū)某口井處所提取的近、中、遠(yuǎn)、超遠(yuǎn)道集的子波，可以看出，子波是有差異的，這種差異體現(xiàn)了各種角道集之間振幅、頻率和相位的變化。在反演時(shí)，這些子波在各疊加數(shù)據(jù)體之間可以起到了均衡作用，對(duì)反演結(jié)果進(jìn)行與角度有關(guān)的帶寬、振幅和衰減等補(bǔ)償。

2.2.4 低頻趨勢(shì)模型

在地震數(shù)據(jù)中，頻率低于6Hz～8Hz的信息基本缺失。因此構(gòu)建的低頻模型主要針對(duì)反演絕對(duì)波阻抗模型中頻率為0Hz～8Hz部份的信息。

由于測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)一般提供的是大于1Hz的信息，而地震疊加速度數(shù)據(jù)提供的是0Hz～1Hz的信息，因此聯(lián)合應(yīng)用測(cè)井曲線和地震疊加速度，可以創(chuàng)建精確的低頻模型。在分別創(chuàng)建測(cè)井曲線和地震速度的低頻模型后，將二個(gè)模型合并，以創(chuàng)建最終的低頻模型。

3 反演效果分析

AVO疊前反演得到了縱波阻抗、橫波阻抗、密度等參數(shù)，通過測(cè)井資料分析和基于流體替換建立的巖石物理解釋模板，通過各種巖性在縱波阻抗和縱波、橫波速度比的交會(huì)圖上的分布區(qū)域差異，來建立巖性概率密度分布圖板（見下頁圖7），分別刻畫泥巖、孔隙砂巖、致密砂巖與鈣在巖石物理模板中不同區(qū)域的分布概率，并將該概率模板應(yīng)用于AVO疊前同時(shí)反演得到的彈性數(shù)據(jù)體中，最終得到了基于確定性反演結(jié)果的孔隙砂巖（有利儲(chǔ)層）和致密砂巖、泥巖與鈣的概率分布。同時(shí)，通過對(duì)各種巖性的概率分布綜合比較，得出了基于彈性參數(shù)體計(jì)算的巖性反演剖面（見圖8、圖9，以及下頁圖10、圖11）。

利用未參加反演約束的井，對(duì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。圖12（見后面）是過某井的地震剖面（A）巖性反演剖面（B），該井在地震剖面上，同向軸具有“弱振幅”特征，預(yù)測(cè)砂巖發(fā)育。但從實(shí)鉆情況看，該井砂組礫巖發(fā)育，而砂巖并不發(fā)育，產(chǎn)生弱振幅的原因主要是厚層礫巖形成的干涉效應(yīng)。而從巖性反演剖面看，該井在主要發(fā)育大套礫巖，與實(shí)鉆結(jié)果吻合。

將反演得到的砂巖時(shí)間厚度乘以速度，就可以得到工區(qū)內(nèi)砂巖的分布（見后面圖13）。從圖13中可以看出，砂巖主要沉積在工區(qū)的中部及南部，以CX568—X11—X201—X206為界，北邊砂體厚度較薄，基本小于20m，說明沉積時(shí)水動(dòng)力能量強(qiáng)，主要沉積的是厚層的礫巖。向南砂巖逐漸厚度變大，砂體平均厚度在20m～45m之間。