傾角導(dǎo)向體約束下的儲層預(yù)測技術(shù)

白雪峰，霍進杰，朱 明，陳 揚，胡婷婷，任軍民

（新疆油田分公司 勘探開發(fā)研究院地球物理研究所，烏魯木齊 830013）

0 前言

鮑金根地塹位于哈薩克斯坦南圖爾蓋盆地東南部，該區(qū)西斜坡侏羅系油氣藏以構(gòu)造－巖性和地層－巖性油氣藏為主，目的層沉積厚度變化大，地層接觸關(guān)系以削截和超覆為主，沉積現(xiàn)象豐富，因此地層劃分和砂體解釋的等時性在研究工作中變得十分關(guān)鍵。此外，從研究區(qū)已完鉆井的出油情況來看，本區(qū)儲層以小于10m的薄砂層為主，井間砂體縱向疊置，橫向變化快，這給儲層預(yù)測帶來較大困難。因此對研究區(qū)侏羅系油氣藏開展傾角導(dǎo)向體約束下的儲層預(yù)測研究，刻畫目標(biāo)砂體的展布特征，進而尋找?guī)r性圈閉具有重要意義。

1 傾角導(dǎo)向體處理與計算

地質(zhì)體在構(gòu)造地質(zhì)學(xué)上有走向和傾向兩個屬性，如果地震解釋工作不能合理地考慮這兩個方向?qū)傩?，那么得到的解釋結(jié)果會與實際地質(zhì)情況不符［1］。通常只有沿傾角方向追蹤目標(biāo)地質(zhì)體并進行分析研究，才能得到地質(zhì)體的真實信息。傾角導(dǎo)向就是沿傾角方向從一個地震道到另一個地震道的處理與計算過程，處理新生成的地震數(shù)據(jù)體就稱作傾角導(dǎo)向體。

傾角導(dǎo)向體是一種三維地震數(shù)據(jù)體，它包含了原始地震資料每個采樣點處地震同相軸的傾角和方位角信息，可以沿線、道、水平時間軸三個方向來顯示（圖1）。傾角導(dǎo)向體本身就是一種地震屬性，是OpendTect軟件所特有的地震數(shù)據(jù)體。

傾角導(dǎo)向體計算是一種遵循局部傾角和方位角變化進行多道屬性處理和數(shù)據(jù)濾波計算的技術(shù)，該技術(shù)可以自動計算地震數(shù)據(jù)每個采樣點的傾角和方位角，它可以提高地質(zhì)目標(biāo)體檢測的精度，改善地震屬性的分辨率。傾角導(dǎo)向體處理技術(shù)通過掃描并計算地震數(shù)據(jù)所有采樣點三維空間的傾角和方位角，最終獲得每個采樣點處帶有傾角和方位角信息的導(dǎo)向體，該項工作是應(yīng)用OpendTect軟件來完成的。在計算傾角導(dǎo)向體時，目前有Event、BG Fast和FFT三種算法，在計算時既考慮了運算速度，又兼顧了運算精度，可以根據(jù)研究需要選擇使用。

圖1 研究區(qū)傾角導(dǎo)向體Fig.1 The dip steering cube in the research area

（1）Event是一種比較新的傾角導(dǎo)向體處理算法，它是基于對地震道相位匹配分析來求取傾角的。為了計算一個地震道的傾角，Event算法要沿著該道交替地尋找相位最大和最小的兩個地震道，這樣便形成了諸如：最大相位道、最小相位道、最大相位道、最小相位道等一系列地震道的排列。在地震數(shù)據(jù)inline方向，這樣排列的最大相位道或最小相位道，都有兩個相鄰的地震道與之匹配，且這兩個相鄰道之間的距離由計算步長決定。用與最大（或最?。┫辔坏老噜彽膬蓚€地震道的時差，除以這兩個相鄰道之間的水平距離，便可以得到inline方向的傾角（圖2）。在地震數(shù)據(jù)crossline方向，也可以采用相同的方法得到該方向的傾角。Event算法計算效率高，但計算精度較低。

圖2 Event算法原理Fig.2 The algorithm principle of Event

（2）BG Fast是由BG研發(fā)的一種快速算法，該算法是基于對地震振幅數(shù)據(jù)的時間梯度值，做垂直方向和水平方向的分析來計算傾角的。在地震數(shù)據(jù)中，傾角定義為水平時間梯度與垂直時間梯度平方和的均方根值，而方位角定義為垂直時間梯度與水平時間梯度的比值的反正切值（見公式（1）和公式（2））［2］。

BG Fast算法沿地震數(shù)據(jù)的inline方向和crossline方向分別檢測時間梯度，并由這兩個方向的時間梯度值計算得到采樣點的傾角和方位角。BG Fast算法可以滿足大多數(shù)地震資料的要求。

（3）FFT是一種基于快速傅立葉變換的算法，適用于反射雜亂、信噪比低的地震資料，該算法又包括FFT Standard、FFT Combined和FFT Precise三種方法。FFT算法首先應(yīng)用快速傅立葉變換將地震數(shù)據(jù)由時間域變換為頻率域，然后檢測采樣點的頻率最大值，這個最大頻率值就認(rèn)為是該采樣點inline方向和crossline方向的傾角，同時檢測時的方向性就作為方位角信息被存儲下來。在三種方法中，①FFT Standard是最常用的計算方法；②FFT Precise是計算最精確的方法，但其耗費的運算時間很長；③FFT Combined通常采用和FFT Standard一樣的計算方法，只有當(dāng)該方法不能提供一個穩(wěn)定解時，F(xiàn)FT Combined才會去采用和FFT Precise一樣的方法。

要想獲得質(zhì)量較高的傾角導(dǎo)向體就需要認(rèn)真分析地震資料，選取合適的導(dǎo)向體處理算法和計算步長，并選擇搭配使用數(shù)據(jù)中值濾波等功能。算法類型、計算步長和中值濾波器的使用，對數(shù)據(jù)驅(qū)動年代地層計算結(jié)果有很大的影響。通常FFT Standard和BG Fast是計算年代地層的常用算法。為了獲得合適的傾角導(dǎo)向體，建議首先利用提供的重點靶區(qū)，計算一條地震測線的多個傾角導(dǎo)向體，然后評價由該傾角導(dǎo)向體計算獲得的年代地層剖面：當(dāng)年代地層的層位過于光滑時，應(yīng)減小計算步長或中值濾波器步長；當(dāng)年代地層的層位過于抖動時，需增加計算步長或中值濾波器步長。在研究區(qū)測試了多種傾角導(dǎo)向體處理算法，分別采用了Event33－222、FFT333－222、BG333－222、BG661－222等方法，并應(yīng)用數(shù)據(jù)驅(qū)動的方式，用生成的各個傾角導(dǎo)向體分別對地震數(shù)據(jù)加以控制，自動追蹤沉積體內(nèi)部的年代地層同相軸，并將其排列到地層的層序中，從而制作成年代地層剖面。采用Event33－222方法剖面連續(xù)性較差，F(xiàn)FT333－222方法剖面過于光滑，BG333－222方法剖面又有些抖動，而采用BG661－222方法剖面較為自然流暢（圖3）。通過比較，選擇了適合該區(qū)的方法是BG661－222方法。

計算所獲得的傾角導(dǎo)向體，一方面可以為開展后續(xù)的層序地層解釋工作提供必要的數(shù)據(jù)支持；另一方面可以與中值濾波、相似性等疊后處理環(huán)節(jié)搭配使用，對地震資料進行中值濾波和斷層加強，減少地震資料的隨機噪聲，增強斷面反射，從而達到提高地震資料辨識能力的目的。

2 全三維層序地層解釋

傾角導(dǎo)向體約束下的全三維層序地層解釋技術(shù)，是一種通過地震資料開展層序地層學(xué)研究的地震解釋方法，它通過對沉積旋回體的全三維自動追蹤、Wheeler域（即年代地層域）自動轉(zhuǎn)換、沿任一層面提取及分析地震屬性等方法，實現(xiàn)了在低勘探區(qū)塊及復(fù)雜地質(zhì)區(qū)塊層序地層學(xué)研究的工業(yè)化應(yīng)用，突破了傳統(tǒng)地震層序劃分只能劃分到三級層序的界限。全三維層序地層學(xué)解釋流程包括四個步驟：①利用地震資料劃分三級層序界面；②采用數(shù)據(jù)驅(qū)動模式，用傾角導(dǎo)向體約束三維地震數(shù)據(jù)體，并應(yīng)用層序地層解釋系統(tǒng)自動追蹤這些層序界面之間的多個年代地層同相軸；③將地震數(shù)據(jù)沿年代地層同相軸拉平，即對地震數(shù)據(jù)進行Wheeler域變換；④將層序再細(xì)分為沉積體系域，然后在沉積體系域和Wheeler域中同時研究地震數(shù)據(jù)和地震屬性。

作者是用OpendTect軟件的SSIS模塊，來完成全三維層序地層分析與解釋工作的。目的層侏羅系層序地層解釋成果在地震剖面上進行顯示，這些層序界面在三維空間是閉合的（圖4）。在研究中，首先根據(jù)目標(biāo)區(qū)實際的地震、地質(zhì)、測井等資料，通過巖心分析、單井層序劃分、地震層位標(biāo)定、地震層序界面識別及追蹤等方法，建立目標(biāo)區(qū)井震統(tǒng)一的三級層序地層格架；然后采用BG661－222方法處理生成傾角導(dǎo)向體，在數(shù)據(jù)驅(qū)動模式下，用傾角導(dǎo)向體對地震資料加以約束，根據(jù)起始點的地層傾角和方位角信息，搜尋下一個控制點，依次類推，在三級層序界面的限制范圍內(nèi)，自動等時追蹤目標(biāo)沉積體內(nèi)部的小層，為這些小層指定相對地質(zhì)時間，并將它們排列到地層層序中，從而生成比常規(guī)地震解釋層位更精細(xì)的年代地層界面；開展全三維層序地層分析，包括體系域內(nèi)部層序界面識別、Wheeler域變換、沉積體系域解釋和標(biāo)注等；最后，根據(jù)層序地層解釋結(jié)果刻畫了目標(biāo)體系域內(nèi)部砂體的空間展布和演化過程，進而預(yù)測了目標(biāo)砂體的分布。

圖3 傾角導(dǎo)向體處理算法比較Fig.3 Comparison of dip steering cube processing algorithms

3 雙域地層切片分析

地層切片是以解釋的兩個等時沉積界面為頂、底界面，在地層的頂、底界面之間按照厚度等比例內(nèi)插出一系列的層面，沿這些內(nèi)插生成的層面逐一進行切片顯示，這種切片比時間切片和沿層切片更接近于等時沉積界面［3］。地層切片能更好地反映地震資料的振幅、頻率、能量等屬性的變化，從而能更準(zhǔn)確地刻畫出不同沉積時期的砂體發(fā)育情況，有力地指導(dǎo)了沉積相的分析和研究。Wheeler域等時地層切片技術(shù)就是在精細(xì)等時層序格架控制下，選擇傾角導(dǎo)向體約束，將地震數(shù)據(jù)體轉(zhuǎn)換到Wheeler域，在等時地層單元內(nèi)進行地層切片分析［4］。

為了保證地層切片的等時性和全面性，作者針對研究區(qū)已經(jīng)出油的侏羅系湖侵體系域退覆上超砂體采用了沿最大湖泛面拉平，常規(guī)時間域和Wheeler域相結(jié)合的雙域地層切片分析技術(shù)提取等時地層切片，對退覆上超砂體的平面及空間展布特征進行研究，提高了識別砂體的效率和精度。在Wheeler域提取的等時地層切片，K15井區(qū)的目標(biāo)砂體呈朵葉狀向K33井區(qū)延伸開來（圖5），能夠進一步識別砂體的空間展布，還能夠反映沉積相帶的平面變化，與實際鉆井資料較吻合。

圖4 研究區(qū)全三維層序地層解釋成果圖Fig.4 Full 3Dsequence stratigraphic interpretation plot in the research area

圖5 研究區(qū)Wheeler域等時地層切片F(xiàn)ig.5 The isochronous strata slice of Wheeler domain in the research area

4 傾角導(dǎo)向體約束下的儲層反演

傾角導(dǎo)向體約束下的儲層反演是在精細(xì)等時地層格架的基礎(chǔ)上，通過對層序單元內(nèi)地震波阻抗特征的綜合解釋，完成目標(biāo)砂體刻畫及其平面展布特征預(yù)測的一種儲層預(yù)測技術(shù)。該技術(shù)首先采用數(shù)據(jù)驅(qū)動追蹤模式，以傾角導(dǎo)向體為導(dǎo)向，對三維地震資料加以約束，在三級層序地層格架控制范圍內(nèi)完成目的層的沉積過程恢復(fù)，進而等時追蹤各層序單元內(nèi)部的地震小層，并給這些小層指定地質(zhì)時間，從而生成年代地層剖面。綜合各種資料對生成的年代地層進行解釋，這些年代地層相當(dāng)于等時的地震解釋層位。在此基礎(chǔ)上，分批次將各級年代地層界面加入到反演軟件中，用層序界面約束井間地震波阻抗的內(nèi)插外推，逐步建立與地下實際地質(zhì)形態(tài)相符合的精細(xì)低頻模型進而進行反演。

子波是反演中的關(guān)鍵因素，子波主要分為時間域和頻率域兩類進行，子波的主頻、振幅和相位根據(jù)井旁地震道的主頻、增益變化而變化，不對子波作任何假設(shè)。在子波分析中，提供了子波形態(tài)、子波振幅譜和相位譜、反射系數(shù)譜、合成記錄和地震記錄頻譜的匹配等一系列QC控制手段。本次反演通過對K15井、K20井等二十多口井進行子波估算及反復(fù)標(biāo)定，最終選取了K25井子波作為反演子波。

低頻模型建立的合理性直接關(guān)系到反演結(jié)果與實際地質(zhì)形態(tài)的符合程度，合理的低頻模型可以減少波阻抗反演的多解性。作者在研究中，選用標(biāo)定后井的波阻抗值，結(jié)合地震解釋層位內(nèi)插和外推出一個低頻模型，為了解決井間內(nèi)插時低頻模型的產(chǎn)狀控制問題，用層速度體、層序場對阻抗值的橫向變化加權(quán)控制。此外，對兩個大的等時界面之間抽取了用傾角導(dǎo)向體約束生成的具有地質(zhì)含義的層序界面，來約束井間地震波阻抗的內(nèi)插外推，這樣逐步建立的低頻模型就比較合理了。

反演采用全局優(yōu)化和局域優(yōu)化相結(jié)合的非線性模擬退火方法，使誤差函數(shù)能量達到全局最小以估算地下阻抗模型。反演中以信噪比、相干性、與低頻模型的偏差、反射系數(shù)門檻值等四個參數(shù)作為約束條件，聯(lián)合選取一個平滑的最優(yōu)模型，以擺脫高頻隨機噪聲干擾［5］。約束條件需根據(jù)地震資料的品質(zhì)、低頻模型的可信度以及地質(zhì)需求等試驗后來確定。

5 應(yīng)用效果分析

在哈薩克斯坦南圖爾蓋盆地鮑金根地塹K15井區(qū)儲層預(yù)測中，當(dāng)沒用層序界面約束時，反演結(jié)果只能粗略地反應(yīng)J3km砂體的存在（圖6（a））；而加層序界面約束的預(yù)測結(jié)果則較好地將三套目標(biāo)砂體區(qū)分開了（圖6（b）），自下而上三套目標(biāo)砂體隨湖岸線向西遷移。提取的J3km第二套砂體的波阻抗屬性，在K15井區(qū)和K33井區(qū)較為發(fā)育，呈條帶狀分布，與井點也較吻合（圖7）。綜合分析認(rèn)為，傾角導(dǎo)向體約束下的儲層反演明顯地提高了砂體的辨識度，反演結(jié)果能更加清晰地刻畫出目標(biāo)砂體的空間展布特征，更好地反映井間砂體的疊置關(guān)系，預(yù)測結(jié)果與地質(zhì)認(rèn)識更吻合。

圖6 反演方法比較Fig.6 Comparison of inversion methods

圖7 研究區(qū)J3km波阻抗屬性平面圖Fig.7 The plan of impedance properties of J3km in the research area

6 結(jié)論與認(rèn)識

（1）在開展傾角導(dǎo)向體處理工作中，算法和參數(shù)設(shè)置主要取決于具體的地質(zhì)情況、地震資料的品質(zhì)及特點。本次研究初步總結(jié)了算法的適用條件和參數(shù)的選擇標(biāo)準(zhǔn)，Event算法計算效率高，但精度較低；BG Fast算法可以滿足大多數(shù)地震資料的要求；FFT算法適用于反射雜亂、信噪比低的地震資料。

（2）Wheeler域等時地層切片比常規(guī)時間域切片能更好地反映砂體的展布特征，二者結(jié)合提高了識別砂體的效率和精度。經(jīng)鉆探結(jié)果證實，Wheeler域等時地層切片反映的地質(zhì)特征更符合地下實際情況。

（3）傾角導(dǎo)向體約束下的儲層反演技術(shù)在精細(xì)等時地層格架的基礎(chǔ)上，通過等時層序界面的約束有效地提高了目標(biāo)砂體的辨識度，為儲層預(yù)測提供了一項有用的技術(shù)手段。

（4）在鮑金根地塹K15井區(qū)預(yù)測了侏羅系J3km三套目標(biāo)砂體，砂體在平面上呈條帶狀展布。

［1］趙麗婭，傅群，潘海濱.OpendTect軟件傾角控制模塊在地震解釋中的應(yīng)用［J］.海洋地質(zhì)動態(tài)，2008，24（4）：33－34.

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