基于常規(guī)地震解釋與反演方法對志丹群新認識的探討

張 昭，陳中山，楊 彪

（1.河北省煤田地質(zhì)局 物測地質(zhì)隊，河北 邢臺 054000；2.河北省煤田地質(zhì)局，河北 石家莊 050085）

0 引 言

在內(nèi)蒙古塔然高勒礦區(qū)油房壕煤礦先期三維地震勘探工作的基礎(chǔ)上，對比以往成果報告，18 口鉆孔成果數(shù)據(jù)一致，12 口鉆孔成果數(shù)據(jù)不一致，成果報告中部分成果圖件對該區(qū)地層志丹群層位認識有偏差。經(jīng)過數(shù)據(jù)篩選，以相同數(shù)據(jù)，利用測井約束波阻抗反演方法對地震數(shù)據(jù)進行反演工作，對志丹群層位進行了重新厘定。

1 概 況

白堊系下統(tǒng)志丹群（K1zh） 在勘探區(qū)西部和北部沖溝內(nèi)局部出露，其上部為深紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖夾細粒砂巖，下部以灰綠色，淺紅色礫巖為主。志丹群與下伏地層侏羅系中統(tǒng)（J2） 不整合接觸，接觸面為紫紅色、雜色砂質(zhì)泥巖、泥巖與灰綠色、黃綠色粉砂巖[1-2]。該地層與圍巖波阻抗差異大，可形成反射波（TK1zh），該反射波能量強，連續(xù)性好，可全區(qū)追蹤。

2 資料整理

對勘探區(qū)30 口鉆孔（圖1） 資料進行了統(tǒng)計整理。其中鉆孔柱狀數(shù)據(jù)由該區(qū)鉆孔柱狀成果圖統(tǒng)計而來，地質(zhì)剖面數(shù)據(jù)由以往成果報告中的勘探線剖面圖統(tǒng)計而來，地震反演解釋數(shù)據(jù)為工作站提取解釋層位數(shù)據(jù)結(jié)合鉆孔資料進行反演工作的成果。依據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，3 種統(tǒng)計方法鉆孔成果數(shù)據(jù)一致為18 口，不一致的為12 口。以往成果報告中勘探線剖面圖和鉆孔柱狀中志丹群地層層位存在偏差。

圖1 鉆孔分布Fig.1 Borehole distribution

3 常規(guī)地震解釋方法

地震解釋前選取鉆孔柱狀統(tǒng)計和地質(zhì)剖面線統(tǒng)計一致的鉆孔作為基準孔。依據(jù)基準鉆孔的測井曲線進行人工合成記錄對志丹群反射波的地質(zhì)層位進行標定。通過聯(lián)井剖面的反射波進行層位追蹤、網(wǎng)格對反射波層位進行對比追蹤以及利用工作站的自動追蹤拾取功能，由粗網(wǎng)格40 m×40 m 到細網(wǎng)格10 m×10 m，局部加密至5 m×5 m 網(wǎng)格解釋。利用三維數(shù)據(jù)體任意切取剖面，即切取縱向剖面、橫向剖面和水平切片。根據(jù)聯(lián)井剖面及任意方向剖面的特點，綜合利用各種資料，進行檢查，由粗到細使解釋逐步深化，最終確定志丹群賦存形態(tài)。

4 反演工作

4.1 反演原理

地震勘探長期以來是利用巖層的聲學(xué)特征確定巖性的分界面，這樣造成地震資料與煤田地質(zhì)的結(jié)合發(fā)生困難。為了使地震資料能與鉆井資料直接連接對比，需要將界面型的反射剖面轉(zhuǎn)換成巖層型的測井剖面，地震資料變成可與鉆井直接對比的形式。實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的處理過程就是地震反演技術(shù)[3]。

反演方法主要分為疊前反演和疊后反演（圖2）。目前在生產(chǎn)中用的較多的是疊后振幅反演。較 為 流 行 的 軟 件 有 Jason、 STRATA、 ISIS、VanGurad 等。該方法以一維褶積模型為理論基礎(chǔ)，僅使用指定的地質(zhì)界面的振幅信息，而不是其反射時間。基本反演方法包括有遞歸反演、稀疏脈沖反演和基于模型的反演等。

圖2 地震反演方法流程Fig.2 Fiowchart of seismic inversion method

模型反演是基于地震正演模型技術(shù)發(fā)展而來的一種反演技術(shù)。首先要使用測井和地震解釋成果建立對礦藏地質(zhì)模型的初始猜測，即初始模型（用速度、密度表示）。利用正演算法合成地震剖面，即地質(zhì)模型[4-6]。其次將地震模型與實際地震剖面對比，反復(fù)修正初始模型，實現(xiàn)地震模型最優(yōu)化。即反演的最終結(jié)果為震模型與地震資料對比誤差足夠小且能夠滿足期望的邊界條件時的礦藏地質(zhì)模型。

此次反演工作采用的是測井約束反演方法。使用地震解釋層位的控制將測井聲阻抗曲線沿層位橫向逐道外推。與此同時，按層序的厚度變化對聲阻抗曲線進行拉伸和壓縮[4]。多井約束時，井間則按井的距離加權(quán)內(nèi)插。初始模型此時保留了測井曲線的高分辨率。但井的外推和線性內(nèi)插仍不能解決礦藏的橫向非均質(zhì)性問題，需要地震資料來修正井外推和線性內(nèi)插的聲阻抗曲線，實現(xiàn)非線性外推和內(nèi)插。具體做法為在給定的約束條件下不斷地在初始模型與地震道之間求解一個反射系數(shù)校正值|Δr(j)|，并用此來修正初始模型的阻抗曲線，制作合成地震道，使其盡可能地與地震道溫和[5-8]。最終修正的模型即為反演得到的波阻抗。

4.2 反演實現(xiàn)過程

測井約束波阻抗反演是一個系統(tǒng)化的處理、解釋過程，每個步驟都會影響最終的結(jié)果。多井約束波阻抗反演的處理過程中，測井資料的標準化處理、層位的精細標定、地震地質(zhì)模型的建立和反演方法的選擇決定著反演的質(zhì)量和精度[9-10]。

4.2.1 資料準備

收集研究區(qū)內(nèi)鉆孔柱狀信息、測井曲線（聲速、密度、自然伽馬、視電阻率等），以及主要目的層的鉆井分層數(shù)據(jù)，加載高保真地震數(shù)據(jù)體。

4.2.2 測井資料標準化處理

測井資料是波阻抗反演的最重要基礎(chǔ)資料之一。反演的關(guān)鍵之一是做好測井資料的標準化和歸一化處理[9-10]。

4.2.3 地震數(shù)據(jù)的應(yīng)用

測井約束波阻抗反演要求在地震資料處理過程中始終保持“三高”的處理流程，從而保證地震煤層反演結(jié)果的真實性。其中，“高保真”是獲得精確地下波阻抗資料的基礎(chǔ)，尤其對測井約束波阻抗反演這種基于地震數(shù)據(jù)的反演方法。地震資料分辨率在很大程度上決定了反演結(jié)果的真實分辨率，其原因就在于利用褶積模型實現(xiàn)的誤差判斷原則，可以使多個模型假設(shè)滿足誤差要求，在地震有限頻帶之外，往往不能實現(xiàn)通過不斷修改模型參數(shù)達到正確反演波阻抗的目的。

三維地震反演技術(shù)可以將地震資料的常規(guī)界面反射型剖面反演與測井資料直接對比的巖層型波阻抗物性剖面進行結(jié)合，最終將地質(zhì)構(gòu)造模型、地震數(shù)據(jù)、井點測井資料有機地結(jié)合為一體。

5 應(yīng)用分析

綜合分析研究區(qū)地質(zhì)資料，以鉆孔綜合成果為基礎(chǔ)，通過常規(guī)地震解釋與反演工作，應(yīng)用地震綜合解釋成果和地震反演成果，對研究區(qū)志丹群地層層位進行了重新厘定，重新掌握了該地層賦存形態(tài)的變化，并詳細分析了各鉆孔修正工作前變化情況（圖3 ～ 圖4）。

由修正后的成果可以看出，志丹群地層底界面的賦存形態(tài)埋藏深度較穩(wěn)定，起伏變化較修正前緩和平穩(wěn)，更接近真實的地質(zhì)形態(tài)，該成果已得礦方認可，指導(dǎo)了區(qū)域地層新的認識。

6 結(jié) 語

經(jīng)認真分析研究該區(qū)地質(zhì)、鉆探、測井資料、地震資料和反演工作成果，并結(jié)合以往成果報告對志丹群地層層位的劃定，以鉆探綜合成果為主，應(yīng)用地震資料與地震反演成果，對研究區(qū)志丹群底界面重新修正、認識。同時通過對波阻抗反演技術(shù)的運用，更多地了解了研究區(qū)的地質(zhì)屬性特征，為全面認識和分析該區(qū)的地質(zhì)情況提供了方便。

圖3 修正前志丹群底板等高線圖Fig.3 Base contour map of Zhidan Group before modification

圖4 修正后志丹群底板等高線圖Fig.4 Modified contour map of Zhidan Group floor