擬聲波寬帶約束反演技術(shù)在儲層預(yù)測中的應(yīng)用
——以北部灣盆地潿西南凹陷為例

張 毅,何麗娟

（中海石油＜中國〉有限公司湛江分公司，廣東湛江524057）

擬聲波寬帶約束反演技術(shù)興起于21世紀(jì)初，是一種以擬聲波曲線作為約束條件，建立具有實際地質(zhì)情況的初始模型，高分辨率，抗噪能力強(qiáng)的波阻抗反演方法[1]。常規(guī)的寬帶約束反演技術(shù)一般采用聲波測井曲線作為約束條件，然而在儲集體含流體的情況下，儲集體與圍巖的速度差別較小，聲波測井曲線難以反映巖性的變化，從而不能對儲層的分布情況進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測。因此，前人尋找出了一種新的方法，將能較好的識別巖性變化的自然電位、自然伽馬、電阻率等測井曲線的高頻信息融合到聲波測井曲線的低頻信息中，稱為擬聲波測井曲線，使得該曲線既具有識別巖性變化的高頻信息，又具備反映地層速度差異的低頻信息，在陸相和海相沉積盆地中已有應(yīng)用[2-4]。北部灣盆地潿西南凹陷1號斷層下降盤東段流沙港組地層蘊藏大量油氣資源，是重點勘探領(lǐng)域之一。由于該區(qū)橫向上沉積相變化快，巖石組合類型多樣，砂泥薄互層混雜，常規(guī)波阻抗反演方法不能滿足儲層預(yù)測的要求，亟需探索縱橫相巖性變化大、薄互層發(fā)育條件下儲層預(yù)測的新技術(shù)來降低潿西南凹陷油氣勘探風(fēng)險。擬聲波寬帶約束反演方法可以解決這類問題。為此，筆者采用擬聲波寬帶約束反演技術(shù)對北部灣盆地潿西南凹陷1號斷層下降盤東段待鉆W5-9和W5-10構(gòu)造進(jìn)行了儲層預(yù)測，預(yù)測的儲層厚度與實鉆結(jié)果基本一致，相對誤差小于5%，證實了擬聲波寬帶約束反演及時在北部灣盆地潿西南凹陷勘探目標(biāo)儲層預(yù)測方面的可行性。

1 擬聲波寬帶約束反演技術(shù)

擬聲波寬帶約束反演技術(shù)的核心是擬聲波曲線的構(gòu)建和初始模型的建立。

1.1 擬聲波曲線構(gòu)建方法

常用的擬聲波構(gòu)建方法有2種：（1）傳統(tǒng)的統(tǒng)計回歸法，該方法針對目的層段，在統(tǒng)計、回歸出聲波曲線與源曲線的關(guān)系模型的基礎(chǔ)上，加入聲波曲線的低頻信息；（2）EPSTMReservoir反演軟件中特有的Satistics-Base Generation模塊[5]，利用小波多分辨率分解和信息融合技術(shù)，能將聲波曲線中代表地層背景速度低頻的信息與體現(xiàn)地層巖性變化比較敏感的非聲波曲線的高頻信息融合成擬聲波曲線[6]。第二種方法在多個地區(qū)已有應(yīng)用，效果良好，本文采用該方法獲取擬聲波曲線，具體實現(xiàn)步驟如下：

（1）標(biāo)準(zhǔn)化處理：為了盡可能消除由于不同時間、不同儀器及不同測井環(huán)境等因素對測井資料的影響，先將研究區(qū)內(nèi)測井曲線采用頻率折線圖法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，主要包括聲波曲線和對地層巖性變化比較敏感的自然伽馬曲線；

（2）統(tǒng)一量綱：將自然伽馬曲線轉(zhuǎn)換為具有聲波曲線量綱的新測井曲線；

（3）信息提取：采用小波多分辨率分解方法對原始聲波曲線進(jìn)行分解，提取出能夠反映地層背景速度的低頻信息；

（4）擬聲波曲線生成：采用統(tǒng)計法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對具有聲波量綱的新測井曲線建立統(tǒng)計模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并計算與反映地層背景速度的低頻信息的匹配度；之后，將匹配度高的低頻信息融合至具有聲波量綱的新曲線中，最終形成擬聲波曲線。

1.2 寬帶約束反演理論

寬帶約束地震反演的基本思想是要尋找一個最佳的地球物理模型，使得該模型的響應(yīng)與觀測數(shù)據(jù)（地震道）的殘差在最小二乘意義下達(dá)到最小[7-8]。寬帶約束反演方法與以往的廣義線性方法（GLI）方法有本質(zhì)上的不同：首先，它是嚴(yán)格意義上的非線性反演；其次，在反演過程中，它受地質(zhì)、測井先驗知識的約束。

定義目標(biāo)函數(shù)：

式中：D、F——實際地震記錄和合成記錄；

MI——波阻抗模型參數(shù)；

?X——橫向梯度；

WI、WC——波阻抗模型先驗值以及波阻抗橫向連續(xù)性的約束權(quán)系數(shù)；

‖·‖P——LP模。

在目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式中：第一項表示記錄殘差，即要使反演結(jié)果的模型響應(yīng)(F)盡可能逼近實際記錄(D)；第二項表示先驗約束，即反演解不能偏離先驗值太遠(yuǎn)；第三項是要保證反演結(jié)果具有一定的橫向連續(xù)性，使解更合理。采用模擬退火方法解上述約束最優(yōu)化問題，使得無論在勘探初期只有少量鉆井，或在開發(fā)階段有很多鉆井的情況下，都可以得到穩(wěn)定的反演結(jié)果。

2 實例分析

2.1 研究區(qū)地質(zhì)概況

潿西南凹陷位于南海西部北部灣盆地北部坳陷東北部[9]，是在前古近系基巖上發(fā)育起來的新生代斷陷盆地，具有北斷南超的特點，可劃分為北部隆起帶、一號斷裂帶、二號走滑斷裂帶、三號斷裂帶、潿西南低凸起和東南斜坡帶等6個構(gòu)造帶。坳陷以新生代沉積為主，古近系沉積受一號斷層控制，沉積層序完整[10],自下而上發(fā)育古新世長流組、始新世流沙港組、漸新世潿洲組、下中新世下洋組、中中新世角尾組、上中新世燈樓角組、上新世望樓港組、更新世-全新世地層。一號斷裂帶為潿西南凹陷生烴總量較大的A洼，一號斷層持續(xù)活動溝通烴源。

研究區(qū)位于一號斷裂帶中段下降盤，烴源充足，溝源斷裂發(fā)育，是潿西南凹陷有利勘探潛力區(qū)。該研究區(qū)面積約40km2（圖1），已發(fā)現(xiàn)并落實了W5-5、W5-7、W5-9、5-10、W6-1、W6-1W和W6-1S構(gòu)造等多個有利目標(biāo)，主要目的層為中始新世流沙港組二段扇三角洲、沖積扇砂巖和上始新世流沙港組一段扇三角洲砂巖、水下扇濁積砂。W5-5、W5-7、W6-1、W6-1W和W6-1S構(gòu)造均有鉆探探井，分別為W5-5-1、W5-7-1、W6-1-1、W6-1-2、W6-1-3、W6-1W-1和W6-1S-1，除W5-5-1井為干井以外，其他6口井均為油井（圖1）。

2.2 擬聲波寬帶約束反演有效性驗證

研究區(qū)內(nèi)，W5-7-1在主要目的層流沙港組一段鉆遇2套水下扇濁積砂，為L1X_Sand1砂體和L1X_Sand2砂體（圖2），厚度分別為142m和23.6m。以W5-7-1、W5-5-1、W6-1S-1、W6-1W-1、W6-1-1、W6-1-2和W6-1-3井的擬聲波曲線作為約束條件建立反演初始模型，采用寬帶約束反演對已鉆W5-7構(gòu)造進(jìn)行儲層預(yù)測，對比預(yù)測結(jié)果與實鉆錄井巖性數(shù)據(jù)，證明擬聲波寬帶約束反演技術(shù)的有效性，并總結(jié)出劃分儲層發(fā)育區(qū)的波阻抗經(jīng)驗值，以此預(yù)測W5-9和W5-10構(gòu)造的儲層厚度。

圖1 研究區(qū)井點位置圖

為驗證擬聲波寬帶約束反演技術(shù)在研究區(qū)內(nèi)應(yīng)用效果的有效性，采用實鉆W5-7-1、W5-5-1、W6-1S-1、W6-1W-1、W6-1-1、W6-1-2和W6-1-3井作為約束條件進(jìn)行初始模型建立及寬帶約束反演。在建立初始模型和進(jìn)行反演之前，對實鉆W5-7-1進(jìn)行巖石物理分析。分析發(fā)現(xiàn)，砂巖具有低速、低阻抗特征，粉砂巖粒級以上砂巖的波阻抗值范圍為8016～11066g/cm3·m/s，以此作為砂巖厚度追蹤解釋的門檻值。圖2為以W5-7-1井砂巖波阻抗為門檻值，在擬聲波反演體上獲取的巖性解釋剖面（圖2），圖中可知，W5-7構(gòu)造流一段下層序L1X_Sand2砂巖邊界清晰可見（圖2中黑色箭頭處），有利于巖性解釋。閉合解釋擴(kuò)展至全區(qū)，提取流一段下層序L1X_Sand2砂巖厚度預(yù)測圖，得出井點處砂巖厚度為24.4m。同時，以W5-7-1井砂巖波阻抗為門檻值在原始聲波反演體進(jìn)行巖性，并提取流一段下層序L1X_Sand2砂巖厚度。對比分析發(fā)現(xiàn)，擬聲波波阻抗反演預(yù)測結(jié)果與實鉆井基本一致，預(yù)測誤差小于1m；而采用原始聲波曲線作為約束條件的波阻抗反演的預(yù)測結(jié)果誤差相對較大，相對誤差大于5%，不能滿足砂巖厚度預(yù)測的精度要求（表1）。

2.3 目標(biāo)區(qū)儲層預(yù)測

圖2 W5-7-1井流一段下部砂巖解釋剖面

研究區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的W5-7、W5-9和W5-10構(gòu)造均為發(fā)育在一號斷裂帶下降盤上始新世流一段的陡坡扇，沉積環(huán)境相似，均為湖相，且構(gòu)造類型均為鼻狀構(gòu)造圈閉。其中，W5-7構(gòu)造已證實成藏，由此推測W5-9和W5-10構(gòu)造成藏可能性較大。

以 W5-7-1、W5-5-1、W6-1S-1、W6-1W-1、W6-1-1、W6-1-2和W6-1-3井?dāng)M聲波曲線作為約束條件，采用寬帶約束反演對W5-9和W5-10構(gòu)造進(jìn)行儲層預(yù)測。從過W5-9和W5-10構(gòu)造的反演剖面中可以看出（圖3），該構(gòu)造低阻抗特征明顯，與圍巖之間的邊界清晰，縱向上分辨率較高。由于W5-9、W5-10構(gòu)造與W5-7構(gòu)造沉積環(huán)境和沉積背景相似，且相隔較近，推測兩者物性相似，以W5-7-1井?dāng)M聲波波阻抗門檻值8016～11066g/cm3·m/s為巖性分界點提取流一段下部砂巖的深度厚度圖（圖5），并結(jié)合圖4優(yōu)選出探井W-5-9-1井和W5-10-1井（圖4），預(yù)測這2個井點處上始新世流沙港組一段下層序砂巖L1X_Sand1的厚度分別為145m和115m。

表1 W5-7-1流一段下層序L1X_Sand2砂巖厚度預(yù)測誤差統(tǒng)計表

圖3 過W5-7、W5-9和W5-10構(gòu)造波阻抗剖面

圖4 W5-9和W5-10構(gòu)造流一段下層序L1X_Sand1砂巖深度厚度圖

鉆探結(jié)果表明，W5-9和W5-10構(gòu)造均為被一號斷層封堵的鼻狀構(gòu)造圈閉，其中，W5-9-1井在上始新世流沙港組一段下層序鉆遇水下扇，沉積微相為水道砂，巖性主要以鈣質(zhì)中砂巖、粗砂巖和鈣質(zhì)粗砂巖為主，井點處砂巖厚度為150m，與預(yù)測砂巖厚度基本一致，相對誤差為3.33%；W5-10-1井在上始新世流沙港組一段下層序鉆遇濁積砂體，巖性以泥質(zhì)粉砂巖、鈣質(zhì)粉砂巖和泥灰?guī)r為主，井點處砂巖厚度為110m，與預(yù)測砂巖厚度基本一致，相對誤差為4.54%。由此表明，基于擬聲波曲線的寬帶約束反演技術(shù)在W5-9和W5-10構(gòu)造的儲層預(yù)測中具有可行性。

3 結(jié)論與認(rèn)識

（1）擬聲波寬帶約束反演技術(shù)在北部灣盆地潿西南凹陷1號斷層下降盤東段已成藏的W5-7構(gòu)造儲層預(yù)測中的應(yīng)用，驗證了該方法在A研究區(qū)內(nèi)應(yīng)用效果的有效性，并總結(jié)出了該區(qū)內(nèi)儲層發(fā)育區(qū)的波阻抗經(jīng)驗值。

（2）擬聲波寬帶約束反演技術(shù)對研究區(qū)內(nèi)W5-9和W5-10構(gòu)造儲層的成功預(yù)測，證明了該技術(shù)在北部灣盆地潿西南凹陷勘探目標(biāo)儲層預(yù)測方面具有較高的可行性。

（3）擬聲波寬帶約束反演在北部灣盆地潿西南凹陷的應(yīng)用為初步探討，在其他區(qū)域、不同沉積環(huán)境的可行性有待進(jìn)一步的研究。

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