王麗萍，鈕振宇

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 地球物理與空間信息學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.中國(guó)石化勝利油田分公司 河口采油廠，山東 東營(yíng) 257200)

1 引 言

地震反演基于所使用的地震數(shù)據(jù)可以分為疊后地震反演和疊前地震反演。疊后地震反演計(jì)算效率高，其反演獲得的聲波阻抗分布能夠在一定程度上反映地球介質(zhì)的內(nèi)部變化。但疊后地震資料是疊前數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)全角度多次疊加后得到，導(dǎo)致疊前數(shù)據(jù)中豐富的振幅和旅行時(shí)信息遺失，而這些損失的信息在某種程度上恰恰能夠反映儲(chǔ)層的特征[1]?；赯oeppritz方程或其近似方程的疊前AVO(Amplitude Variation with Offset,AVO)反演具有原理簡(jiǎn)單、效率高、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適用于巖性復(fù)雜、儲(chǔ)層識(shí)別難度大的油氣勘探開(kāi)發(fā)，在實(shí)際生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用[2]。

圖1 灰質(zhì)濁積巖地震地質(zhì)模型Fig.1 The seismic geological model for calcareous turbidite

地震地質(zhì)基礎(chǔ)資料、反演方法及反演過(guò)程等都會(huì)直接影響到地震反演的可靠性[3,4]。地震按照反演思路進(jìn)行分類(lèi)，可分為地震數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)反演和模型驅(qū)動(dòng)反演兩大類(lèi)。地震數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)反演主要以地震信息為主，測(cè)井資料在反演中的作用有限，傳統(tǒng)的反演方法包括道積分反演、遞推反演、稀疏脈沖反演等[5,6]。近年來(lái)，基于稀疏表示、正則化等方法技術(shù)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)疊前AVO反演取得成功應(yīng)用[7-9]。模型驅(qū)動(dòng)地震反演主要是指從巖石物理出發(fā)來(lái)構(gòu)建反演初始模型或反演參數(shù)[10,11]，如張世鑫等[12]、任麗丹等[13]基于巖石物理模型進(jìn)行了疊前AVO三參數(shù)反演；王振濤等[14]提出了模型驅(qū)動(dòng)的高精度疊前地震反演方法；李坤等[15,16]通過(guò)構(gòu)建碎屑巖地震巖石物理高階近似模型緩解了模型反演中的不穩(wěn)定現(xiàn)象；劉金水等[17]考慮常規(guī)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)或模型驅(qū)動(dòng)地震預(yù)測(cè)方法對(duì)薄層砂體識(shí)別精度較低，提出了基于空變目標(biāo)函數(shù)的模型-數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)地震AVO反演方法。

測(cè)井約束地震反演是目前刻畫(huà)儲(chǔ)層能力較強(qiáng)的一種基于模型的地震反演技術(shù)，本文以灰質(zhì)濁積巖儲(chǔ)層為例，通過(guò)建立地震地質(zhì)模型，從基于不同測(cè)井?dāng)?shù)量、是否使用層位解釋資料兩方面出發(fā)建立疊前AVO反演初始模型，探討了初始模型對(duì)反演結(jié)果的影響，并對(duì)實(shí)際工區(qū)灰質(zhì)濁積巖儲(chǔ)層進(jìn)行了應(yīng)用研究。

2 灰質(zhì)濁積巖儲(chǔ)層地震地質(zhì)模型的建立及正演模擬

通過(guò)收集與研究區(qū)相關(guān)的鉆井、測(cè)井、測(cè)試等資料，統(tǒng)計(jì)巖石物理參數(shù)，如速度、密度、孔隙度等。建立地質(zhì)地震模型時(shí)，需注意濁積巖與物源距離的變化而導(dǎo)致的數(shù)量與延伸長(zhǎng)度的不同及灰質(zhì)泥巖與濁積巖的同期沉積等問(wèn)題。建立的灰質(zhì)濁積巖模型局部如圖1所示[18]，目的層段為沙三下段-沙四上段，其中發(fā)育灰質(zhì)泥巖與濁積砂巖，厚度5～15 m，巖性參數(shù)如表1所示。

表1 灰質(zhì)濁積巖模型巖性

采用與實(shí)際野外相近的參數(shù)，對(duì)所設(shè)計(jì)的灰質(zhì)濁積巖地震地質(zhì)模型進(jìn)行彈性波動(dòng)方程正演模擬，通過(guò)對(duì)正演模擬地震記錄進(jìn)行處理后，得到時(shí)間域疊前CRP(Common Reflection Point,CRP)道集利用正演模型的層速度對(duì)疊前CRP道集進(jìn)行計(jì)算，得到角度為2°、6°、 10°、 14°、 18°、 22° 、 26° 、 30° 、 34° 、 38°共10個(gè)角度的疊前角道集數(shù)據(jù)(圖2)。

圖2 正演疊前角道集Fig.2 Forward prestack angle gathers

3 初始模型對(duì)疊前AVO反演結(jié)果的影響研究

Fatii[19]在Aki-Richards近似方程的基礎(chǔ)上稍作修改，得到縱波反射系數(shù)一個(gè)新的表達(dá)式：

R(θ)=c1(θ)RP+c2(θ)RS+c3(θ)RD

(1)

其中：

(2)

上式中，VP表示上下層縱波速度的平均值，m/s；VS表示上下層橫波速度的平均值，m/s；ρ表示上下層密度的平均值，g/cm3；ΔVP、ΔVS、Δρ分別表示上下層縱波速度(m/s)、橫波速度(m/s)及密度(g/cm3)的差異；θ表示入射角;c1、c2、c3為與入射角θ相關(guān)的系數(shù)。

Geoview軟件Strata模塊中的AVO同步反演，假設(shè)橫波阻抗、密度與縱波阻抗之間的關(guān)系如下[20]：

lnZS=klnZP+kc+ΔLS

(9)

lnρ=mlnZP+mc+ΔLD

(10)

其中：k、kc、m、mc為反演系數(shù)，可通過(guò)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的相關(guān)性分析得到；ΔLS和ΔLD為噪聲擾動(dòng)值。

通過(guò)反演可同時(shí)得到縱波阻抗、橫波阻抗及密度反演結(jié)果，進(jìn)而通過(guò)彈性參數(shù)之間的相互關(guān)系，可計(jì)算出泊松比、Lambda、體積模量、剪切模量等更多的彈性參數(shù)進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。

3.1 基于模型理論縱波、橫波及密度建立反演初始模型的AVO反演

疊前AVO反演需要建立縱波阻抗、橫波阻抗及密度三個(gè)參數(shù)的初始模型，利用模型的縱波速度、橫波速度及密度直接構(gòu)建初始模型，AVO反演的結(jié)果主要包括縱波阻抗、橫波阻抗、密度，如圖3所示，縱波阻抗、橫波阻抗及密度反演結(jié)果對(duì)濁積巖儲(chǔ)層中的地質(zhì)體均有較好的刻畫(huà)，基本反演出地震地質(zhì)模型中的地質(zhì)體，縱波阻抗及橫波阻抗對(duì)地質(zhì)體的刻畫(huà)略好于密度。四口井的反演合成記錄與理論模型的地震記錄相關(guān)系數(shù)分別為：0.993、0.979、0.981、0.933，相關(guān)系數(shù)越高，反演精確度越高。

圖3 疊前AVO反演結(jié)果Fig.3 Prestack AVO inversion results

3.2 基于不同井?dāng)?shù)建立反演初始模型的AVO反演

一般情況下難以獲得整個(gè)二維或三維空間的縱波阻抗、橫波阻抗及密度，所以疊前AVO反演初始模型通常是通過(guò)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)沿著層位進(jìn)行井間插值建立的，為了研究不同井?dāng)?shù)量建立初始模型對(duì)反演結(jié)果的影響，采用所有10口井(圖4)、與實(shí)際井對(duì)應(yīng)的4口井(Lj7500、Lj8500、Lj9000、Lj9500)、2口井(Lj6000、Lj9500)及1口井(Lj8500)這四種情況建立低頻平滑初始模型進(jìn)行疊前AVO反演研究。

圖4 基于全部10口井建立初始模型Fig.4 Establish initial model based on all 10 wells

基于上述4種井?dāng)?shù)據(jù)建立不同初始模型，得到的反演縱波阻抗結(jié)果如圖5所示。反演結(jié)果顯示，基于不同井?dāng)?shù)量建立初始模型的反演結(jié)果均基本能準(zhǔn)確地刻畫(huà)出地震地質(zhì)模型中的砂巖及灰質(zhì)泥巖。采用未參與建模及反演的Lj8750井作為驗(yàn)證井，圖6為L(zhǎng)j8750井處4種建模情況下的ZP反演結(jié)果與理論測(cè)井曲線(xiàn)的對(duì)比，圖7為ZP反演結(jié)果相對(duì)誤差。圖6和圖7均顯示出當(dāng)只有一口井建模時(shí)，反演結(jié)果誤差最大，但隨著建模所用井?dāng)?shù)從4口增加到10口，反演誤差的變化逐漸趨于平緩，說(shuō)明當(dāng)建立初始模型所用井達(dá)到一定數(shù)量后，井?dāng)?shù)量的繼續(xù)增加對(duì)反演精確度的提高有限。

圖5 疊前AVO縱波阻抗反演結(jié)果Fig.5 Prestack AVO ZP inversion results

圖6 Lj8750井ZP反演結(jié)果曲線(xiàn)對(duì)比Fig.6 Comparison of ZP inversion result curves of well Lj8750

3.3 不使用層位建立反演初始模型的AVO反演

為進(jìn)一步驗(yàn)證初始模型對(duì)反演結(jié)果的影響，仍然選用與實(shí)際井對(duì)應(yīng)的4口井，但不使用層位來(lái)建立反演初始模型，從圖8可以看出，在不使用層位的情況下，所建的初始模型基本為水平層狀模型。

基于上述初始模型進(jìn)行疊前AVO反演，縱波阻抗反演結(jié)果如圖9所示。和有層位建模的反演結(jié)果(圖5)對(duì)比，無(wú)層位建模時(shí)反演結(jié)果對(duì)地震地質(zhì)模型的刻畫(huà)相差較大。對(duì)Lj8750井處有無(wú)層位建模的反演結(jié)果與理論測(cè)井曲線(xiàn)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖10所示。從圖中可以看出，使用層位建模時(shí)，在層位變化處的反演誤差比不用層位建模的反演誤差小。兩種建模情況下反演結(jié)果的相對(duì)誤差如表2所示。從表2可知，層位的準(zhǔn)確拾取對(duì)疊前AVO反演具有較大的影響。

表2 Lj8750井有無(wú)層位建模時(shí)反演結(jié)果相對(duì)誤差

圖8 不使用層位建立初始模型Fig.8 Establish initial model without using horizon

圖9 不使用層位建模反演結(jié)果Fig.9 Inversion results when building model without using horizons

圖10 反演結(jié)果與井曲線(xiàn)對(duì)比Fig.10 Comparison between inversion results and well curves

4 實(shí)際數(shù)據(jù)疊前AVO反演

為提高實(shí)際地震資料的信噪比，增加疊前AVO反演的準(zhǔn)確性，對(duì)疊前地震數(shù)據(jù)(圖11a)求取超道集(圖11b)，超道集的求取有效地改善了地震數(shù)據(jù)同相軸的連續(xù)性(紅色方框所示)，提高了信噪比。通過(guò)均方根速度體可得到角道集數(shù)據(jù)體，研究工區(qū)最大入射角為48°左右，由于地震數(shù)據(jù)的質(zhì)量隨著角度的增加而下降，為了保證反演的準(zhǔn)確性，選取疊前AVO反演最大角度為36°，生成的角道集如圖11(c)所示。

圖11 工區(qū)實(shí)際地震數(shù)據(jù)Fig.11 Seismic data of the work area

工區(qū)灰質(zhì)濁積巖連井剖面中包含的井有：Li981、Li983、Li988、Lishen101、Lishen102、XinLishen1共6口井，使用全部6口井的井資料及層位建立初始模型，疊前AVO反演結(jié)果如圖12所示。圖12(a)中紅色線(xiàn)框處存在的大片異常與Lishen101井的實(shí)際測(cè)井結(jié)果不吻合，考慮可能是由于Lishen101井測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的不準(zhǔn)確導(dǎo)致建立的反演初始模型不準(zhǔn)，從而造成反演結(jié)果誤差較大。

圖12 6口井建模疊前AVO反演結(jié)果Fig.12 Prestack AVO inversion results of building models with using six wells

為驗(yàn)證Lishen101井對(duì)反演結(jié)果的影響，在不使用Lishen101井的情況下用其他5口井建立反演初始模型，反演結(jié)果如圖13所示。對(duì)比兩種初始模型下的反演結(jié)果(圖12和圖13)，可以看出是否利用Lishen101井建立模型，反演結(jié)果的差異主要存在于圖中紅色虛線(xiàn)方框中，當(dāng)不使用Lishen101井時(shí)，反演結(jié)果具有更高的分辨率，且砂巖高值異常與測(cè)井中的含油氣解釋結(jié)果更加吻合(圖14)，說(shuō)明當(dāng)井資料不準(zhǔn)確，建立的初始模型與真實(shí)情況差異較大時(shí)，難以獲得準(zhǔn)確的反演結(jié)果。同時(shí)還驗(yàn)證了只用Li988和Lishen102兩口井來(lái)建立反演初始模型，反演結(jié)果與5口井建模相似，但分辨率更低，對(duì)儲(chǔ)層的刻畫(huà)效果更差。

圖13 不含Lishen101井建模疊前AVO反演結(jié)果Fig.13 Prestack AVO inversion results when building models without using well Lishen101

圖14 疊前AVO反演結(jié)果橫波阻抗放大顯示圖Fig.14 Amplified display of ZS of prestack AVO inversion results

5 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)灰質(zhì)濁積巖儲(chǔ)層建立符合實(shí)際工區(qū)情況的地震地質(zhì)模型，從正反演相結(jié)合出發(fā)，對(duì)理論模型及實(shí)際數(shù)據(jù)探討了基于測(cè)井資料及層位解釋資料所建立的反演初始模型對(duì)疊前AVO反演結(jié)果的影響，可得出如下結(jié)論：

1)由于反演的多解性，即使使用準(zhǔn)確的縱橫波阻抗及密度建立的反演初始模型進(jìn)行疊前AVO反演，得到的反演結(jié)果與理論模型也存在誤差；

2)基于測(cè)井資料建立的初始模型對(duì)疊前AVO反演結(jié)果具有直接的影響，建模所用井越多，疊前AVO反演精度越高，但當(dāng)井達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，反演結(jié)果精度的提高有限。

3)層位的準(zhǔn)確拾取對(duì)疊前AVO反演具有較大的影響，尤其在層位變化處，沒(méi)有使用層位建模比使用層位建模的反演結(jié)果誤差更大。

4)實(shí)際工區(qū)灰質(zhì)濁積巖儲(chǔ)層的反演，當(dāng)使用不準(zhǔn)確的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)建立初始模型，導(dǎo)致反演結(jié)果與實(shí)際測(cè)井解釋不吻合，進(jìn)一步驗(yàn)證了初始模型對(duì)疊前AVO反演的影響。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的質(zhì)量需要嚴(yán)格把關(guān)。