（地质工程专业论文）地震储层预测技术在渤中1921地区的研究与应用.pdf

摘要 近年来随着地震技术的迅速发展，地震资料所包含的大量信息已经受到了勘探家 的高度重视。随着大面积三维地震资料采集、处理水平的不断提高，地震资料的分辨 率也越来越高，给地震属性的准确提取提供了有利条件，可以用来预测储层的有利区 带，指导井位的钻探。 在新构造运动理论的推动下，渤海海域上第三系陆续发现了一批大型或中型油气 藏，这些油田主要为河流相砂岩油藏，由于断层发育且砂体分布复杂，储层横向变化 很大，如何准确刻画储层分布是油田评价的关键。另外中海油总公司提出油气并举的 勘探战略，今后渤海的大中型潜山勘探日益受到重视，制约潜山勘探的关键因素之一 是潜山储层的发育程度。 文中介绍了众多地震储层预测技术的方法、原理，包括合成地震记录标定、地震 反演、地震属性、频谱分解及吸收系数等技术，并对每种技术的关键点、应用领域进 行了分析研究。 本论文结合生产实践，在渤中1 9 - 2 1 地区系统的开展了地震储层预测技术在渤海 中部地区不同目的层系勘探中的应用，并对技术加以总结，以期指导今后相类似构造 的储层研究工作。 关键词：储层预测，地震属性，频谱分解 s t u d ya n da p p l i c a t i o no fr e s e r v o i rp r e d i c t i o n t e c h n i q u ef r o ms e i s m i cd a t ai nt h eb z l 9 2 1a r e a l ic a i ( g e o l o g i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f d uq i z h e n a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n t so fs e i s m i ct e c h n o l o g y , t h ee x p l o r a t i o n i s t s h a v ea t t a c h e dm u c hi m p o r t a n c et ot h ep l e n t yo fu s e f u li n f o r m a t i o nw h i c hc o n t a i n e di nt h e s e i s m i cd a t a i nt h em e a n t i m et h ei n c r e a s i n gi m p r o v e m e n to ft h el e v e lo fl a r g ea r e a3 d s e i s m i cd a t aa c q u i s i t i o n ，p r o c e s s i n gw i l lm a k et h es e i s m i cr e s o l u t i o nt ob eg e t t i n gh i g h e r a n dh i g h e r a p p a r e n t l y , i tw i l lb e n e f i te x t r a c t i n gs e i s m i ca t t r i b u t e ss oa st op r e d i c a t et h e d i s t r i b u t i o no ft h em o s tf a v o r a b l er e s e r v o i rz o n e sa n da c h i e v et h ea i mo fg u i d i n gt h e d r i l l i n ge v e n t u a l l y w i t ht h en e o t e c t o n i cm o v e m e n tt h e o r y se f f o r t s ，s e v e r a ll a r g ea n dm i d d l ef l u v i a l f a c i e ss a n d s t o n e so i l f i e l d sh a v eb e e nd i s c o v e r e di nn e o g e n eo fb o h a is e aa r e a t h e s e o i l f i e l d sa r em a i n l yf l u v i a lf a c i e ss a n d s t o n e si nn e o g e n e s i n c ef a u l t sd e v e l o p e dw e l la n d t h es a n d s t o n e sd i s t r i b u t e dc o m p l e x l y , t h el a t e r a lc h a n g eo ft h er e s e r v o i ri sf a s t ，t h e r e f o r e h o wt od e s c r i b i n gt h er e s e r v o i rd i s t r i b u t i o ne f f e c t i v e l yi st h ek e yt ot h eo i l f i e l d se v a l u a t i o n a l o n gw i mt h ei n c r e a s i n ge x p l o r a t i o ni nb o h a ib a ya n de f f e c t i v ei m p l e m e n to fp r o je c to f c n o o c so i la n dg a se x p l o r a t i o na n dd e v e l o p m e n t ，e x p l o r a t i o no fl a r g ea n dm i d d l eb o h a i b a yb a s i nw i l lb ep a i dm o r ea n dm o r ea t t e n t i o ni nt h en e a rf u t u r e 。b u t ，s o m ea m b i g u o u s u n d e r s t a n d i n g so fd e v e l o p m e n te x t e n to fr e s e r v o i r sa r et h ek e yf a c t o rt od e a lw i t ht h e p r o b l e m so fe x p l o r a t i o no fb o h a ib a yb a s i n i nt h i sp a p e r , 1w i l la p p l yr e s e r v o i rp r e d i c t i o nt e c h n i q u et ob zl9 - 21a r e ai nt h ew e s t e r n o fb o h a ib a y , a i m i n ga te x p l o r a t i o no fd i f f e r e n tr e s e r v o i r sv a r i e s t h r o u g hs u m m a r i z i n g c o m p r e h e n s i v et h i st e c h n i q u e ，i tg u i d e su st od or e s e r v o i rr e s e a r c ho nc o m p a r a b l es t r u c t u r e t h er e s e r v o i rt e c h n i q u eu s e dh e r ei n c l u d er e s e r v o i ri n v e r s e ，s e i s m i ca t t r i b u t i o n ，m u l t i p l e a t t r i b u t i o nc l u s t e r i n ga n a l y s e sa n ds p e c t r a ld e c o m p o s i t i o n k e yw o r d s ：s e i s m i ca t t r i b u t i o n ，s p e c t r a ld e c o m p o s i t i o n ，r e s e r v o i rp r e d i c t i o n 1 l 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国石油大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 签名： 砌乡年6 月争日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 细2 年6 只西b 庐7 年 石月甲日 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第一章绪论 1 1 引言 利用地震资料进行储层横向预测是8 0 年代发展起来的地震资料解释技术。在油 气田勘探、评价和开发的不同阶段，以地震资料为基础，结合钻井、测井及油藏工 程等地质资料对储层进行预测和描述，包括储集体的分布范围、几何形态、岩性及 物性变化、含油气性及所含流体的性质等。这些研究成果是提高油田勘探和开发效 益的基础，在油田的发现、储量估算、油田开发井网的调整，提高采收率等方面都 是至关重要的。 在我国东部渤海湾盆地上第三系发育着大量的河流相沉积砂体，它们在中国东 部的油气储量和产量中占据着十分重要的地位，但由于河流相沉积砂体单层厚度薄、 砂泥岩交替频繁，横向上变化大，给进一步的勘探和开发带来了很大的困难。例如， 渤海海域相继发现了秦皇岛3 2 6 、渤中2 5 1 南、蓬莱1 9 3 、南堡3 5 2 、曹妃甸1 1 1 等大型海上上第三系河流相油田，这些油田大都具有储层横向变化快等特点。目前， 这些油田已经相继进入油田开发阶段。由于海上相比陆地油田作业成本高，海上钻 井的数量有限，不可能象陆地油田那样钻探许多评价井和开发井，海上油f f l 滚动勘 探开发的能力受平台位置和钻井控制范围的限制。一般地讲，在勘探评价阶段，一 个亿吨级的油田其预探及评价井在1 0 口井左右。对于河流相储层分布而言，仅凭少 量几口评价井很难控制储层的分布，因此相比陆上油田，利用地震方法进行滚动储 层横向预测更彰显出其重要性和紧迫性。 另外，随着渤海勘探程度的不断提高，今后渤海的大中型潜山勘探日益受到重视。 潜山储层的发育程度受多种因素控制，其中岩石的矿物组成、颗粒粗细、结晶或胶结 程度以及内部结构因素是产生潜山储层的主要内在控制因素；古岩溶地貌、古气候条 件，褶皱、断裂、淋滤和溶蚀作用是产生潜山储层的主要外在控制因素，古岩溶斜坡、 古岩溶高地边缘及断层裂缝发育区是储层发育的最有利地区。 在潜山内部，当储层内幕有比较发育的缝洞时( 往往会填充油、水或其他物质) ， 会使波阻抗相对降低，与周围介质的波阻抗差异明显增大，即形成相对强反射特征。 岩溶的分布和形状是杂乱无章的，当空间某一区域的裂缝、孔洞比较集中时，带来相 邻地震道反射的无序性( 即地震道的相异性) ，裂缝越发育，这种相异性的表现越强烈， 第一章绪论 裂缝、溶蚀孔洞有了流体的充填，也会使频率降低。根据这些特征，就能利用地球物 理的各种方法进行对岩溶储层的预测研究。 为了整体提高勘探开发效益，以最少和最佳的井位，获得最大的勘探和开发效 果，本文结合渤中1 9 2 1 地区的勘探、评价过程，开展了以地震方法为主的储层预测 研究工作，取得较好的效果。 1 2 地震储层预测技术发展现状 地震储层预测技术经过多年的快速发展，目前已形成一套较为有效的技术系列组 合，包括地震属性提取、地震反演及频谱成像等技术。 从地震数据中形成地震属性的过程称为属性提取。地震属性包括剖面属性、层位 属性及体属性，它们的提取方式各有异同。 剖面属性的提取主要通过特殊处理过程来完成，如复地震道分析、道积分、地震 反演等。层位属性的提取方式有：瞬时提取、单道时窗提取与多道时窗提取；瞬时层 位属性是由复地震道分析等特殊处理手段导出的在层位处提取的属性；单道时窗层位 属性是沿着一个可变的时窗内提取的。在拾取的过程中，可变的时窗既可以由两个层 位加两个偏移量来定义，它形成六个不同的界面，共有九种变化时窗，此时当时窗在 道间滑动时，时窗的位置和长度都是可变的；也可以由一个层位、偏移距和时窗长度 来定义，此时当时窗在道问滑动时，时窗的位置是可变的，而时窗的长度是不变的。 属性提取的结果一般赋于时窗的中点，当拾取时窗在道间滑动而改变时，要尽量注意 避免对地震属性使用平均这一算法，以保证可以在道问做有意义的比较。 多道时窗拾取法与单道时窗拾取法相似，它除了定义提取时窗的上、下界外，还 要定义横向上提取的道数和模式，常用的模式有：i n l i n e 方向、c r o s s l l n e 方向、 左对角线方向、右对角线方向、三角形、十字形、全对角线、矩形。并把地震属性提 取结果赋于中间道，在每个中间道位置，重复上述拾取过程，可以获得一个新的属性 平面。作为一个特例，时间切片可以被看作是一个无物理意义的等时层位。 基于数据体的地震属性将产生一个完整的属性体，其最大优点是能产生相关型的 数据，从而提供逐道之间地震信号相似性和连续性的有用信息。将固定的三维数据体 转化为能反映一定地球物理特征的新三维数据体，最常见的是相干数据体。 地震反演是利用地表观测地震资料，以已知地质规律和钻井、测井资料为约束， 对地下岩层空间结构和物理性质进行成像( 求解) 的过程，广义的地震反演包含了地震 2 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 处理解释的整个内容。按照地震资料数字处理流程，地震反演可分为两大类，一类是 叠前反演，另一类是叠后反演。叠前反演主要包括基于旅行时的层析成像技术和基于 振幅的a v 0 分析技术、弹性波阻抗反演等。叠后反演技术概括起来，无外乎两大类： 基于反射系数逆公式的直接反演方法和基于模型正演的迭代反演方法。近二十年来， 叠后地震反演取得了很大进展，己形成了多种成熟方法和技术。通常地震反演往往是 特指叠后地震波阻抗反演，目前广泛采用的波阻抗反演方法是测井约束反演。 约束稀疏脉冲反演采用一个快速的、趋势约束的脉冲反演算法，用解释层位和井 约束控制波阻抗的趋势和范围，脉冲算法产生宽带结果，恢复缺失的高频成份和低频 成份。同时，再加入根据井的波阻抗曲线做的趋势和约束。约束稀疏脉冲波阻抗反演 的目标函数是：j = ( 1 ) p + 2 q ( d ，一只) 4 + 口2 - - z 。) 2 。其中，n 是反射系数，a 是数据匹配加权因子，西是地震道，s ，是合成地震道，t i 是用户定义的波阻抗趋势，勿 是介于最小、最大约束之间的波阻抗，p 和g 是三模因子。 约束稀疏脉冲反演结果是声波阻抗或声波速度，分辨率较常规剖面有提高。适用 于勘探各个阶段，至少要有1 口井，且声波测井曲线要贯穿目的层。井越多，效果越 好，叠后2 d 、3 d 地震数据都适用。在薄储层地质条件下，由于地震频带宽度的限制， 基于普通地震分辨率的直接反演方法，其精度和分辨率都不能满足油田开发的要求。 测井约束地震反演技术以测井资料丰富的高频信息和完整的低频成分补充地震有限 带宽的不足，用已知地质信息和测井资料作为约束条件，推算出高分辨率的地层波阻 抗资料，为储层深度、厚度、物性等精细描述提供可靠的依据。 在薄储层地质条件下，由于地震频带宽度的限制，基于普通地震分辨率的直接反 演方法，其精度和分辨率都不能满足油田开发的要求。测井约束地震反演技术以测井 资料丰富的高频信息和完整的低频成分补充地震有限带宽的不足，用已知地质信息和 测井资料作为约束条件，推算出高分辨率的地层波阻抗资料，为储层深度、厚度、物 性等精细描述提供可靠的依据。 频谱成像技术的应用改变了过去以地震子波主频定义的调谐厚度的概念，因为分 频技术运行在任意频率的分析地震反射的变化，就没有以地震子波定义的单一调谐厚 度的概念，我们可以用给定储层的调谐频率为解决问题的出发点，而不是以给定地震 资料的调谐厚度，分频技术提供了利用三维地震资料的多尺度信息对储层进行高分辨 率成像，并刻画储层的时间厚度变化的工具。该技术可应用于描述沉积相和沉积环境， 3 第一章绪论 如检测河道砂体和成像侵蚀充填的砂体的空间分布。 地震波能量的吸收主要是由岩石中存在非理想弹性介质引起【l 】在碳酸盐岩和花 岗岩地区，目的层振动能量的吸收主要与物性、储层类型有关，因此可以利用吸收特 性来研究储层的空间变化。吸收的强弱反映了储层总体发育规律。不论孔洞层，还是 裂缝层皆有响应。 1 3 本论文主要研究内容 本论文针对沙东南构造带持续勘探过程中遇到的问题，采取多种地球物理手段进 行了研究，并分析应用效果。主要内容包括： ( 1 ) 对所用到的新近系各种储层预测技术进行了系统分析研究，包括合成地震记 录标定技术、井约束地震反演技术、地震属性分析技术、多属性聚类分析技术、方差 体分析技术、频谱成像技术等。文中结合生产实践，总结出一套适合渤中地区类似河 流相油田高效勘探的工作方法和流程。 ( 2 ) 对潜山开展地层岩性确认，并描述出不同岩性在潜山顶面上的分布范围，为 进一步开展储层研究奠定基础。对潜山储层预测，尝试了一些新方法、新技术，包括 利用古岩溶地貌恢复技术建立古岩溶地质模式，确定潜山溶蚀类型；利用吸收系数 f 3 、融合相干技术及分频处理技术，开展储层研究，为渤中2 1 潜山勘探寻找最佳井 点奠定基础。 ( 3 ) 通过多年的储层预测实践，形成适合渤中1 9 2 1 地区不同目的层系储层预测 的技术系列及工作模式，为渤海湾盆地类似河流相油田的高效勘探和开发提供借鉴。 4 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第二章地震储层预测技术 地震储层预测技术是以地震信息为主，结合测井、地质、测试等资料研究含油气 储层范围，预测油气藏模型的综合分析技术，它以现代石油地质学、构造地质学和层 序地层学为理论基础，以现代信号理论为工具，对高信噪比、高分辨率、高保真的地 震资料和其它地质资料进行综合分析。 目前广泛应用的地震储层预测技术主要包括合成地震记录标定技术、地震反演技 术、地震属性分析技术、多属性聚类分析技术、方差体技术、频谱成像技术及吸收技 术等。 2 1 合成地震记录标定技术 合成地震记录是对地震剖面作相应的地质解释时确定反射波组地质属性不可缺 少的资料，是把测井资料和地震资料联系起来确定地质层位的有效工具，是构造解释 和岩性储层地震解释的基础，它是地震与地质相结合的一个纽带【2 3 】。它不仅可以用 于精确层位标定，而且还广泛应用于储层预测中的参数外推、地震资料宽带约束反演、 深时转换等技术。合成地震记录的精度直接影响到地震地质层位的准确标定。用于高 分辨率地震的发展需要对岩性做出精确解释，而岩性预测的基础是对油层的精确标 定。 通过合成地震记录的研究，可以赋予地震剖面上反射波同相轴确切的地质意义。 在长期的生产实践中，地球物理研究人员发现在利用测井资料对井旁地震道进行标定 时往往出现两种资料不一致的现象。主要表现在如下两个方面：( 1 ) 有些地层分界面 在测井资料上有明显的响应，但在合成地震记录上却没有反射波与之对应；( 2 ) 在井 旁地震道中看到了明显地震反射，但测井曲线上没有地层电性特征的变化。对于第一 种情况，相邻两个地层的声波测井资料和密度测井资料有明显的差异，但二者的乘积， 也就是波阻抗可能相等。根据弹性波理论可知，这种分界面的反射系数为零，不能在 地震剖面上产生明显的反射波。对于第二种情况，则相对复杂许多，又可以分为两种 情况。一种可能情况是浅层的多次波未能消除干净，形成多次波同相轴，这时只能利 用v s p 资料进行识别。还有一种情况也能出现地震记录上有反射而测井电性曲线没有 反应的现象。在水槽实验中，每间隔一段时间( 一周或更长时间) 向水槽中放入一定 量的砂子【4 】。尽管每次放入的砂子是完全一样的。但由于放入的时间不同，砂子压实 5 第二章地震储层预测技术 具有差异，从而引起弹性的差异，进行地震观测时可以观测到不同时间放入的砂层之 间产生反射波。而对其进行电性测量，则观测不到电性的差异。因此在合成地震记录 的制作中，地球物理人员往往根据地质背景对测井资料进行相应整理，通过曲线平移 拉伸、子波提取等手段，使得合成地震记录与井旁地震道具有较好的相似性和一致性。 在常规地震资料的解释中获得了巨大成功。人们发现由于高分辨率地震资料视频率较 高，标准反射层特征不明显，失去了标志作用，给精细层位标定带来一定的难度。通 过制作高精度合成地震记录，可以为其提供准确的层位信息，提高层位标定的精度和 准确性。因此合成地震记录制作在整个层位标定过程中起着至关重要的作用，其精度 直接影响到地震地质层位标定的精度，也就最终决定高分辨率地震勘探的解释精度。 合成地震记录制作是一个系统工程，主要包括计算反射系数、提取子波和匹配调整等 环节，制作过程中要求做到“两个精确 ( 反射系数和子波) 和“五个匹配”( 波组特 征、波形特征、振幅特征、频率特征、相位特征) 。如何对合成地震记录制作过程中 的精准度进行有效的质量控制，成为决定最终精度的关键。 合成地震记录原理：合成地震记录是根据r o b i n s o n 褶积定义来计算的，即 s ( t ) = 形o ) 幸r o ) 宰【g o ) 幸口o ) 宰f i t ) 】+ 刀o ) ( 2 1 ) 式中，s ( t ) 表示地震记录，w ( t ) 表示震源子波，g ( t ) 表示反射系数，g ( t ) 为检波 器响应，a ( t ) 为检波器排列，砸) 为接受装置，胛( f ) 为噪声。对于叠后资料，可认为 噪声刀( f ) 干扰已被压制，g ( t ) 幸a ( t ) 宰i ( t ) 项可在子波w ( t ) 内考虑，因此，上式可写成： s ( t ) = ( f ) 木r ( t ) ( 2 2 ) 其中地层反射系数r ( t ) 可以表示为： 脚) ：如些越 ( 2 3 ) 、7 口“k + l + 肛k 式中，p 表示地层密度，y 为地震波在地层中的传播速度。 合成地震记录制作过程中包含了一些非常重要的假设：( 1 ) 地震波以平面波的形 式垂直向下入射到界面，所有界面的反射子波与入射子波波形相同，只是振幅及极性 不同；( 2 ) 透射能量损失不予考虑；( 3 ) 不考虑多次波。在实际地震勘探中，地震波 从震源出发，是以球面波的形式传播的。地震波的能量会随着波前面的扩大而减小， 这就是人们常说的球面扩散问题。同时我们还应考虑到实际地球介质不是完全弹性 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 的。地震子波在传播过程中不同频率成分的分量其衰减是不一样的。也就是说地震子 波的频谱在地震波的传播过程中会不断发生变化，对于这个过程的研究，目前一般采 用粘弹性理论或弹性后效理论来进行解释。需要注意的是，无论是球面扩散，还是地 震波的吸收，均会影响地震波的波形特征。此外当地震波能量入射到地层分界面上时， 会在反射波、透射波和转换波之间进行能量分配，必然引起地震波能量的复杂变化。 而层间多次波则会严重改变地震子波的形态。在合成地震记录的制作中，可以考虑这 些因素的影响。然而在地震资料数字处理中，地球物理人员已经利用处理系统对这些 因素做了校正。解释人员用于解释的地震资料是根据野外观测资料获得的模拟自激自 收情况下的地震资料。这种地震资料已经考虑了由于波前扩散等引起的波形差异。而 能量的变化引起的波形变化是一个复杂的过程。在地震资料解释时，一般不加以考虑。 但如果要利用地震波形研究地层岩性，例如用地震资料提取反映地层岩性变化的地震 属性时，对地震子波的变化进行考虑是十分关键的。因此地球物理人员提出了时变子 波和空变子波的概念。也就是说一方面我们认可地震记录与反射系数的关系是后者与 地震子波褶积形成前者，另一方面我们也注意到这种关系是局部的，而不是全局的。 不同空间位置和不同记录时段应采用不同的地震子波。这里主要讨论的是局部合成地 震记录制作的情况。 合成地震记录制作的一般流程是：由速度和密度测井曲线计算得到反射系数，将 反射系数与提取的地震子波进行褶积得到初始合成地震记录。根据较精确的速度场对 初始合成地震记录进行校正，再与过井地震道匹配调整，得到最终合成地震记录。 在地层不变的情况下，地震记录只与地震子波( 即震源信号) 有关。零相位尖脉冲“1 是理想子波，但在实际情况中不可能得到，通常人工震源所产生的子波可以近似地看 成雷克子波。 2 2 地震反演 地震反演通常分为叠前反演和叠后反演两大类，从反演的方法上可将地震反演划 分为基于波动理论的波动方程反演和基于褶积模型的反演两大类。以波动方程为基础 的地震反演由于算法结构复杂，对地震噪声敏感等因素，要得到一个稳定的解是比较 困难的，因此，这类方法还没得到广泛的实际应用。但以褶积模型为基础的地震反演， 由于算法简单，对噪声敏感性小，一般情况下都能得到一个稳定的解，从而在生产中 得到广泛的应用。基于褶积模型的叠后地震反演，大体上又可分为以反褶积法为基础 7 第二章地震储层预测技术 的直接反演、以模型为基础的反演和约束反演，通常所说的地震资料波阻抗反演指的 是基于褶积模型的叠后地震资料反演【5 ，6 】。 由于在实际的生产工作中，利用常规叠后波阻抗反演通常不能得到可靠的波阻抗 和其他岩性，为了克服叠后反演的缺点，采用能反映地震反射振幅随炮检距变化的叠 前资料进行叠前反演。我们知道，近炮检距振幅与波阻抗的变化有关系，可以把这种 近炮检距振幅与测井联系起来，这就是基于声波阻抗( a i ) 的反演。对于远炮检距，则 需通过弹性波阻抗函数( e i ) 来恢复，可以这样说，弹性波阻抗是声波阻抗的推广，它 是纵波和横波速度、密度以及入射角的函数。弹性波阻抗反演克服了常规叠后波阻抗 反演的基础假设条件，巧妙的将a v o 问题和地震道反演相结合。将地震反演技术向 前推进了一大步。由于从c r p 道集转换形成的角道集资料能够保留和突出识别储集 层流体和岩性方面的a v o ( 或a v a ) 特征，因此，弹性波阻抗反演可得到一系列反映岩 石物理特征的属性成果和振幅随炮检距变化的流体信息，如纵波阻抗、横波阻抗、纵 波速度、横波速度、纵横波速度比、密度和泊松比等多种属性参数。比常规叠后反演 具有明显的优越性，其结果能更可靠地揭示地下储层的展布、物性变化和含油气情况。 在弹性波阻抗反演的基础上，研究人员建立了适合常规叠后资料的、非零炮检距纵波 资料的广义弹性波阻抗( g e l ) ，不仅包含波阻抗，还包含纵横波速度等岩性信息。 我们通常在地震解释中所求得的地震道积分剖面，准确的说就是相对广义弹性波阻抗 剖面，而不是相对波阻抗剖面。目前的波阻抗反演，是采用低频的波阻抗背景与高频 的广义弹性波阻抗相加的结果。不同于常规的人工合成地震记录。 2 2 1 测井约束地震反演 测井约束反演是一种基于模型的波阻抗反演技术，其基本思路是用测井资料和地 震构造、断层、地层解释成果，建立初始地质模型，采用模型优选迭代扰动算法，通 过不断修改更新地质模型，使模型正演合成地震资料与实际地震数据最佳吻合，最终 的模型数据便是反演结果。测井约束反演的主要技术环节包括层位标定、子波估计、 建立地质模型和波阻抗反演。 ( 1 ) 层位标定 时域地层波阻抗模型的建立，是通过声波测井深时转换实现的。由于声波测井与 地震资料固有的不匹配性、测井及层位解释误差等原因，转换后测井曲线的时间厚度 与井旁道对比会存在误差。消除误差的方法是依据合成地震记录与井旁道对比，准确 8 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 找出二者主要波组的对应关系，然后以地震记录的时间厚度为标准，对测井资料进行 压缩或拉伸校正：或者是对地震层位解释结果进行修正，从而改善合成记录与井旁道 的相似性，求准深时转换关系，精确标定各岩性界面在地震剖面上的反射位置。通常 情况下测井环境影响造成的误差很大，用于反演的测井资料必须作环境校正盯1 。 ( 2 ) 子波提取 地震子波提取是否合理直接影响波阻抗反演的质量，从子波的波形、相位、频带 宽、长度及起跳时间来评价子波，在估计时根据目标层调解估计子波的时窗长度、位 置。一个好的子波应该是波形稳定，能量主要集中在子波中央的主瓣上，并且向两边 的旁瓣迅速衰减。子波的振幅谱宽度应与地震资料的谱宽一致。 ( 3 ) 建立地质模型 从地震资料出发，以测井资料和钻井数据为基础，建立基本反映地质特征的初始 模型。具体做法是根据地震解释层位，按沉积体的沉积规律在大层之间内插出很多小 层，建立一个地质框架结构，在这个地质框架结构的控制下，根据一定的插值方式对 测井数据沿层进行内插和外推，产生一个平滑、闭合的实体模型。 建立波阻抗模型的过程实际上就是把地震界面信息与测井波阻抗正确结合起来 的过程。对地震而言，即是正确解释起控制作用的波阻抗界面；对测井而言，是为波 阻抗界面间的地层赋予合适的波阻抗信息。初始模型的横向分辨率取决于地震层位解 释的精细程度，纵向分辨率受地震采样率的限制。为了能较多地保存测井的高频成份， 反映薄层的细节变化，通常对地震数据进行加密采样。测井资料，尤其是声波和密度， 是建立初始模型的基础资料和地质解释的根本依据。通常情况下，声波资料受到井孔 环境( 如井壁垮塌、泥浆浸泡等) 的影响而产生误差，同一口井的不同层段，不同井 的同一层段误差大小也不相同。因此，用于制做初始波阻抗模型的测井资料必须经过 环境校正。 时域地层波阻抗模型的建立，是通过通过声波测井的深时转换实现的。由于声波 测井的误差，转换后的时域测井曲线的时间厚度也会存在误差。消除这种速度误差的 方法，是依据合成地震记录与井旁地震道对比，准确找出二者主要波组( 油层附近的 每个同相轴) 的对应关系，然后，以地震记录的时间厚度为标准，对测井资料进行压 缩或拉伸校正，从而改善合成记录与井旁道的相似性，求准深时转换关系，精确标定 各岩性界面在地震剖面上的反射位置。 ( 4 ) 波阻抗反演 9 第二章地震储层预测技术 将初始波阻抗模型用离散的反射率和延迟时间参数化，使得反演后得到的全通带 序列能代表真实的地下反射记录。把由初始波阻抗模型得到的合成地震道与实际地震 道相比较得到剩余误差值，通过某种迭代扰动算法在噪音、模型协方差估计值和测井 的约束条件下修改模型，直至获得一个可以接受的低剩余误差为止，最终的模型便是 反演结果。反演流程如图2 1 。 测井数据 原始地震资料地震解释层位 ll j 1 提取子波 7 l 。”。“ 上 合成记录 弋1 一 上 初始模型 上、r l 地震数据子波 测井数据 层位数据初始波阻抗 ili 提 上 供 井约束反演 低 频 上 相对波阻抗 上 绝对波阻抗 图2 - 1 测井约束地震反演的工作流程 目前常用的测井约束反演方法是j a s o n 软件中的约束稀疏脉冲反演，其基本原理 是：假设地下反射界面不是连续的而是稀疏分布的，反射系数是由一系列大的反射系 数叠加在高斯分布的小反射系数的背景上构成。从地震道中根据稀疏的原则抽取反射 系数，与子波褶积后生成合成地震记录，利用合成地震记录与原始地震道残差修改反 射系数，得到新的更密一些的反射系数序列，再做合成地震记录，如此迭代，最终得 到一个能最佳逼近原始地震道的反射系数序列。 1 0 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 约束稀疏脉冲反演采用一个快速的、趋势约束的脉冲反演算法，用解释层位和井 约束控制波阻抗的趋势和范围，脉冲算法产生宽带结果，恢复缺失的高频成份和低频 成份。同时，再加入根据井的波阻抗曲线做的趋势和约束。约束稀疏脉冲波阻抗反演 的目标函数是： j = ( ) p + 刀( 盔一s + 口2 ( ，- - z ，) 2 ( 2 4 ) 其中，n 是反射系数，a 是数据匹配加权因子，西是地震道，s ，是合成地震道，t j 是用户定义的波阻抗趋势，勿是介于最小、最大约束之间的波阻抗，p 和g 是三模因 子。 约束稀疏脉冲反演结果是声波阻抗或声波速度，分辨率较常规剖面有提高。适用 于勘探各个阶段，至少要有1 口井，且声波测井曲线要贯穿目的层。井越多，效果越 好，叠后2 d 、3 d 地震数据都适用。 在薄储层地质条件下，由于地震频带宽度的限制，基于普通地震分辨率的直接反 演方法，其精度和分辨率都不能满足油田开发的要求。测井约束地震反演技术以测井 资料丰富的高频信息和完整的低频成分补充地震有限带宽的不足，用己知地质信息和 测井资料作为约束条件，推算出高分辨率的地层波阻抗资料，为储层深度、厚度、物 性等精细描述提供可靠的依据。 2 2 2 叠前反演技术 叠前反演技术主要指a v o 反演，我们知道速度是地震横向预测的关键信息，地 震反演速度与声波测井都具有相同的特性，都是随着孔隙度的增大而降低。在纯砂岩 中，地震反演纵波速度可以反映孔隙度的变化，但是当泥质含量增加时，同样也会引 起纵波速度的降低，具有与孔隙度增加相同的响应，而自然界中大部分储集砂体都会 含有泥质夹层，不管是层间还是层内，甚至在砂岩孔隙内都会有泥质存在，只是不同 类型砂体内泥质含量不同而已【8 】o 在这种条件下，单纯依靠地震反演得到的纵波速度 估算储层参数，具有不确定性。a v o 反演可以很好解决这个问题，a v o 反演主要是 从叠前地震信息中分离出纵横波信息，求取纵横波速度，然后根据纵、横波速度同时 与泥质含量孔隙度的关系，解联立方程组。 = a p + b p + c p n ，巧= a s + b s ( i ) + g n ( 2 5 ) 孑l 隙度；n 一泥质含量； 一纵波速度；圪一横波速度；a p 、印、c p 、a s 、b s 、 第二章地震储层预测技术 c ，是与岩性有关的回归系数。根据实际测井圪和k 及实测、n 就可以确定各项回 归系数，然后利用实际地震纵、横波反演速度求出砂体泥质含量和孔隙度，利用a v o 估算的孔隙度比较接近地下实际情况。 尽管a v o 反演从理论上讲可以准确求出岩石孔隙度，并估算渗透率，但是a v o 技术有一个最大的问题，就是它要求地震振幅必须是高保真的。因此如何能做到振幅 保真是很难的，这也是限制了a v o 广泛应用的主要原因。但是在一些地表条件好， 地震资料采集质量高的地区，a v o 地震反演方法对预测储层渗透率平面变化无疑是 一种行之有效的方法。 随着国内外油气勘探的不断深入，勘探目标正在由构造油气藏向构造岩性复合油 气藏、地层岩性油气藏发展，研究方向从构造解释向构造地质综合研究、储层识别与 预测、油气检测快速转变，并带动了油气勘探领域应用技术的诞生与发展，特别是叠 前时间偏移技术及叠前反演技术的推广应用，为油气勘探作出了巨大贡献，成为现阶 段油气勘探较为成熟的关键技术。我们知道，常规叠后波阻抗反演技术建立在地震波 垂直入射假设的基础上。在共中心点道集内小炮检距对应的地震道，地震波近乎垂直 入射反射界面，应用这种常规的地震道反演方法能够收到比较好的效果。但是，实际 的地震资料并非白激自收的地震记录，反射振幅是共中心点道集叠加平均的结果，它 不能够反映地震反射振幅随炮检距或入射角不同而产生的变化，即a v o 现象。尤其 是在炮检距相对较大时，垂直入射的反射系数与实际叠加道的反射系数有很大不同， 二者的独立应用均不能反映真实的反射振幅信息，比如，目前海底的多波多分量地震 勘探，山地地震勘探都是采用较大炮检距方式进行观测的。在这种情况下，反射波振 幅随炮检距变化的现象非常突出，垂直入射假设的理论不成立。而且随着炮检距的变 化，子波的频率和相位变化也在不同程度的变化，常规水平叠加会导致这些信息的丢 失。如果乃然使用常规的叠后的地震反演方法，就会导致错误的反演结果，得到错误 的解释结论。因此，利用常规叠后波阻抗反演通常不能得到可靠的波阻抗和其他岩性 信息。 为了克服叠后反演的缺点，采用能反映地震反射振幅随炮检距变化的叠前资料进 行叠前反演。1 9 9 9 年，b pa m o c o 公司的p a t r i c kc o n n o l l y 发表了有关弹性波阻抗的 论文，掀起了弹性波阻抗反演研究热潮1 9 。我们知道，近炮检距振幅与波阻抗的变化 有关系，可以把这种近炮检距振幅与测井联系起来，这就是基于声波阻抗( a i ) 的反演。 1 2 ! 里至塑奎堂! 兰查! 三堡堡主堂垡笙壅 对于远炮检距，则需通过弹性波阻抗函数( e i ) 来恢复，可以这样说，弹性波阻抗是声 波阻抗的推广，它是纵波和横波速度、密度以及入射角的函数。弹性波阻抗反演克服 了常规叠后波阻抗反演的基础假设条件，巧妙的将a v o 问题和地震道反演相结合。 将地震反演技术向前推进了一大步。由于从c r p 道集转换形成的角道集资料能够保 留和突出识别储集层流体和岩行方面的a v o ( 或a v a ) 特征，因此，弹性波阻抗反演可 得到一系列反映岩石物理特征的属性成果和振幅随炮检距变化的流体信息，如纵波阻 抗、横波阻抗、纵波速度、横波速度、纵横波速度比、密度和泊松比等多种属性参数。 比常规叠后反演具有明显的优越性，其结果能更可靠地揭示地下储层的展布、物性变 化和含油气情况。 2 3 地震属性分析技术 地震属性指的是由叠前或叠后地震数据，经过数学变换导出的有关地震波的几何 形态、运动学特征、动力学特征和统计学特征1 0 1 。众所周知，地震信号的特征是由岩 石物理特性及其变异直接引起的，所以，储层岩性、物性及流体成分等相关信息，虽 然可能发生各种畸变，甚至是不可恢复的扭曲，但确实是隐藏于地震数据之中。地震 属性分析的目的就是以地震属性为载体从地震数据中提取隐藏的信息，并把这些信息 转换成与岩性、物性或油藏参数相关的、可以作为地质解释或油藏工程直接服务的信 息。 2 3 1 地震属性分类 目前地震属性还没有公认的统一的分类，也很难建立一个完整的地震属性列表， 但很多地球物理学家在这方面进行了归纳和总结。 t a n e r 等人将地震属性划分为几何属性和物理属性两大类1 1 】。几何属性或反射特 征，用于地震地层学、层序地层学及断层与构造解释。如旅行时、地震反射构形、地 震相单元边界反射结构以及同相轴反射强度与横向连续性等。地震反射构型包括地 震相单元的外形与地震相内部反射结构，它们反映宏观沉积环境与沉积特征。地震相 单元边界反射结构主要反映了沉积过程中所发生的地质事件，如沉积物来源、构造运 动、海平面的相对变化等等。物理属性用于岩性及属性特征解释，本身又可分为两类： ( 1 ) 由解析地震道计算的属性。这是最常用的一些属性，包括：道包络振幅及其一 阶二阶导数、瞬时相位、瞬时频率、瞬时q 值以及它们沿界面在一个时窗中的统计 1 3 第二章地震储层预测技术 量。另外还有地震道的频谱属性、相关系数以及由它们派生出来的属性。( 2 ) 由叠前 资料计算出来的属性。如振幅随炮检距的变化规律、正常时差、纵波及横波层速度等。 从属性的基本定义出发，a r b r o w n ( 1 9 9 6 ) 将地震属性分为四类：即时间属性、 振幅属性、频率属性和吸收衰减属性。其中，源于时间的属性提供构造信息；源于振 幅的属性提供地层和储层信息；源于频率的属性提供其它有用的储层信息 1 2 , 1 3 】；吸收 衰减属性将可能提供渗透率信息。目前大多数地震属性从水平叠加数据和叠后偏移数 据中提取，而叠前地震属性的典型例子是a v o 。b r o w n 还将地震属性细分为叠前、 叠后地震属性，其中叠后属性再分为基于层位和基于时窗的两大类。 q u i n c yc h e n 等人( 1 9 9 7 ) 提出了基于储层特征的分类方法，这种分类方法根据 地震属性对储层特征( 如亮点与暗点、不整合圈闭断块脊、含油气异常、薄储层、地 层不连续性、灰岩储层与碎屑岩储层的差异、构造不连续性和岩性尖灭的预测或识别， 将地震属性分为8 类。这些分类中所包含的地震属性都有6 0 余种之多。这些纷繁的 地震属性对哪些储层特征具有一定的敏感性，在进行属性提取计算之前应当有所了 解，并加以选择。从为储层预测服务的角度出发，普遍认为由q u i n c yc h e n 等人提出 的基于储层特征的分类方法更有实用性。 此外，为便于地震属性计算，可以按属性目标进行分类。这可以分为剖面属性、 层位属性和数据体属性。剖面属性通常是瞬时地震属性或某些特殊处理结果，如速度 或波阻抗反演结果等；层位属性是沿层面求取的，是一种与层位界面有关的地震属性， 它提供了层位界面或两个层位界面之间的变换信息，如沿层或层间瞬时属性、单道时 窗的沿层或层间属性、多道时窗的沿层或层间属性；基于数据体的属性是从3 d 地震 数据体里推导出的整个属性数据体，可提供地震信号相似性和连续性方面的最佳信 息。 2 3 2 地震属性提取方法 从地震数据中形成地震属性的过程称为属性提取。地震属性包括剖面属性、层位 属性及体属性，它们的提取方式各有异同。 剖面属性的提取主要通过特殊处理过程来完成，如复地震道分析、道积分、地震 反演等。 层位属性的提取方式有：瞬时提取、单道时窗提取与多道时窗提取；瞬时层位属 性是由复地震道分析等特殊处理手段导出的在层位处提取的属性；单道时窗层位属性 1 4 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 是沿着一个可变的时窗内提取的。在拾取的过程中，可变的时窗既可以由两个层位加 两个偏移量来定义，它形成六个不同的界面，共有九种变化时窗，此时当时窗在道间 滑动时，时窗的位置和长度都是可变的；也可以由一个层位、偏移距和时窗长度来定 义，此时当时窗在道间滑动时，时窗的位置是可变的，而时窗的长度是不变的。属性 提取的结果一般赋于时窗的中点，当拾取时窗在道间滑动而改变时，要尽量注意避免 对地震属性使用平均这一算法，以保证可以在道间做有意义的比较。 多道时窗拾取法与单道时窗拾取法相似，它除了定义提取时窗的上、下界外，还