零入射角地震資料在HX地區(qū)薄儲層預測中的應用

伍澤云

(中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

0 引 言

東部凹陷是遼河油田陸上資源探明程度最低的凹陷，探明率僅為35.8%，具有較大的勘探潛力[1]。HX地區(qū)位于東部凹陷中南段，地處黃金帶油田南側，屬于北東方向展布的黃金構造帶東部邊緣的一個次級構造[2]。以往研究證實，該區(qū)最有利的層系是烴源巖發(fā)育的沙三段，其中沙三上亞段的有利儲層為與火成巖互層的碎屑巖儲層，沙三中下亞段有利儲層為火成巖儲層。近年在該區(qū)火成巖勘探已取得了比較好的效果，成功部署了多口探井，并已形成了一系列針對火成巖勘探的技術方法。但是由于火成巖的屏蔽作用，對于與火成巖互層的碎屑巖薄儲層，地震剖面上難以識別，成為下一步勘探部署急需解決的問題。

為了明確薄儲層的空間分布規(guī)律，提高地震薄儲層的預測精度，國內(nèi)外學者做了大量研究，王延光等[3]立足砂泥巖薄互層地質背景，提出了一種薄層和薄互層的地震預測方法，其結果不但與地層厚度具有比較好的線性關系，而且還可以對薄儲層砂體的累計厚度進行定量預測；那曉勛等[4]為了提高薄儲層的預測精度，采用井震結合的統(tǒng)計學反演方法，通過對反演過程的關鍵環(huán)節(jié)進行嚴格質控，實現(xiàn)了陸相薄儲層的精細描述；杜昕等[5]將多層感知深度學習技術引入薄儲層預測中，將其與多屬性回歸方法相結合，提高了預測結果的分辨率，增強了模型泛化的能力，有效地識別了砂巖薄儲層。目前，薄儲層預測方法仍受到很多因素影響，如地震數(shù)據(jù)的分辨率有限、橫向隨機性強、過于模型化、井資料要求高等[3-11]，這些方法都是利用常規(guī)水平疊加之后的地震純波資料來開展工作，經(jīng)過長期的實踐應用，逐漸發(fā)現(xiàn)水平疊加技術的固有缺陷越來越突出[12-14]，歸納起來主要有如下3點：①疊加結果只是零炮檢距記錄的一種近似；②疊加會損失高頻信息；③疊加得到的振幅是各個炮檢距振幅的平均。由于零入射角地震記錄信噪比低，因此地震勘探工作不經(jīng)常直接采集零炮檢距地震記錄，而是通過后續(xù)的處理手段來獲取[12-17]，但其工業(yè)化應用的實例仍較為少見。文中從地震解釋及儲層預測的應用角度出發(fā)，在測井曲線預處理、橫波速度預測、疊前CRP道集優(yōu)化及分析的基礎上，開展了零入射角地震資料提取與分析，并利用該數(shù)據(jù)有效預測了遼河油田HX地區(qū)沙三上亞段的砂泥巖儲層的分布特征，開展井位部署取得了較好的應用效果。

1 基本原理

通常使用疊加地震數(shù)據(jù)進行地震構造解釋、地震屬性提取、地震反演等，疊加地震數(shù)據(jù)的計算公式一般如下：

(1)

式中：YA為疊加地震數(shù)據(jù)，即地震道集Ypp的平均；n為道集數(shù)量；i為角道集序號；φ為入射角度，°；Ypp為地震道集。

由式(1)可以看出，疊加地震數(shù)據(jù)具有一定的平均效應，盡管可以提高地震資料的信噪比，但會降低垂直入射時地震數(shù)據(jù)的分辨率，即疊加資料并不是真正意義上的零入射角地震資料，從而會影響后續(xù)地震解釋和儲層預測的準確性和可信度[17]。

完整的Zoeppritz方程給出了入射縱波和橫波產(chǎn)生的透射、反射縱波和橫波振幅的全部解，這是AVO技術的理論基礎[18]。與復雜的Zoeppritz方程相比，其簡化形式的物理意義比較明確且便于應用[19-21]，因此，基于平面波的理論可以將Zoeppritz方程進行簡化，具體公式如下：

(2)

(3)

(4)

(5)

式中：Rpp為縱波反射系數(shù)；Rp為零入射角的縱波反射系數(shù)；vs為界面上下介質的平均橫波速度，m/s；vp為界面上下介質的平均縱波速度，m/s；Rs為零入射角的橫波反射系數(shù)；RD為零入射角的密度梯度；Δρ為界面上下介質的密度差值，g/cm3；ρ為界面上下介質的平均密度，g/cm3；Δvp為界面上下介質的縱波速度差值，m/s；Δvs為界面上下介質的橫波速度差值，m/s。

地震資料是反射系數(shù)和子波的褶積，將疊前CRP道集資料作為式(2)的輸入。為進一步壓制隨機噪音和短程多次波且求解方便，采用分角度疊加的思路，即通過入射角掃描遴選出角度范圍，開展分角度疊加提高地震資料信噪比，確定出中心角度，進而求取零入射角地震數(shù)據(jù)。式(2)改為：

(6)

式中：Spp為分角度疊加數(shù)據(jù)；θi為分角度疊加的中心角度，°；Sp為零入射角縱波地震數(shù)據(jù)；Ss為零入射角橫波地震數(shù)據(jù)；SD為零入射角密度數(shù)據(jù)。

當分角度疊加數(shù)據(jù)不小于3時，可以滿足式(6)的求解要求，獲取零入射角的地震數(shù)據(jù)。由于求解過程充分利用了AVO的變化關系，消除了疊加資料受AVO調諧效應的制約，是理論層面上地層界面垂直反射。

2 模型測試

常規(guī)地震數(shù)據(jù)疊加處理具有明顯的平均效應，獲得的地震數(shù)據(jù)并不是真正意義上的零入射角地震資料，會降低地震數(shù)據(jù)的分辨率，并會影響后續(xù)地震解釋和儲層預測的精度和可靠性[22-23]。零入射角地震數(shù)據(jù)為近似于自激自收的縱波信息，可以有效消除AVO的調諧效應，進而避免了常規(guī)疊加所導致的振幅失真以及地震分辨率降低的影響。為了驗證零入射角地震數(shù)據(jù)的有效性，文中利用wedge模型進行了波動方程正演，并且提取了近、中、遠道的疊加數(shù)據(jù)，再利用零入射角地震資料提取技術獲得零入射角地震數(shù)據(jù)。圖1為常規(guī)疊加數(shù)據(jù)剖面和零入射角地震數(shù)據(jù)(振幅經(jīng)過歸一化處理，下同)，由圖1可知：零入射角地震數(shù)據(jù)的頻帶寬度明顯變大，分辨率也得到顯著提高；另外，通過與wedge模型比較可以發(fā)現(xiàn)，常規(guī)疊加數(shù)據(jù)上很難識別的尖滅點(紅色箭頭處)，在零入射角地震數(shù)據(jù)上可以有效地識別，同時其剖面上也展現(xiàn)了更多的構造細節(jié)。

3 實際應用

HX地區(qū)2014年采集了一塊“兩寬一高”(寬頻寬方位高密度)地震資料，面元為12.5 m×12.5 m，覆蓋次數(shù)為396次，橫縱比為0.82，面積為150 km2。以此為基礎，用零入射角地震數(shù)據(jù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的疊加資料進行地震解釋和儲層預測。研究思路如圖2所示，具體涵蓋4部分內(nèi)容：①測井曲線預處理，包括深度校正、擴徑校正、環(huán)境校正、標準化校正等；②橫波速度預測，包括橫波曲線提取與分析、巖石物理建模、橫波速度預測等；③疊前CRP道集優(yōu)化及分析，包括資料品質分析、隨機噪音和多次波壓制、道集拉平、道集AVO分析等；④零入射角地震資料提取；⑤地震解釋及儲層預測。

圖2 零入射角地震資料提取及應用流程

3.1 測井曲線預處理

巖石物理模型研究最重要的方面就是將巖性、泥質含量、孔隙度、飽和度等測井解釋成果信息轉化為整個飽和巖石的彈性信息。因此，為得到高準確度的巖石彈性信息，精確的測井解釋是最基本的前提。然而測井時往往會受到環(huán)境、儀器、地層等因素的影響，需要對測井曲線進行預處理(包括深度校正、擴徑校正、環(huán)境校正、標準化校正等)，從而保證原始數(shù)據(jù)的準確性，這也是測井解釋結果可靠的前提。圖3為工區(qū)多口井的密度曲線標準化前后概率分布，由圖3可知，標準化之前密度曲線的概率分布圖正態(tài)分布性比較差，而經(jīng)過標準化之后，概率分布基本上均呈正態(tài)分布，標準化效果好。測井曲線預處理可以為后面的橫波速度預測、地震解釋及儲層反演提供良好的數(shù)據(jù)基礎。

圖3 密度曲線概率分布

3.2 橫波速度預測

巖石物理參數(shù)作為連接儲層和地震數(shù)據(jù)特征的橋梁，其在測井分析、地震反演、油藏檢測等勘探開發(fā)的各個環(huán)節(jié)都起著重要的理論基礎作用。其中非常重要的方面就是如何準確地預測縱橫波速度。生產(chǎn)中由于諸多原因通常缺乏橫波資料，為此必須進行橫波預測。目前橫波預測方法主要有經(jīng)驗公式法、統(tǒng)計法、直接測定法及巖石物理模型法等。巖石物理模型法考慮了影響巖石速度的各類型因素，其預測的橫波速度更為準確，加之HX地區(qū)沙三上亞段主要為砂、泥巖的碎屑巖沉積，在測井資料預處理的基礎之上，選取DEM-Gassmann巖石物理模型法進行橫波速度預測。圖4為J31井橫波預測結果，可以看出預測的縱波、橫波、密度曲線與實測曲線吻合程度較高。

圖4 J31井橫波速度預測結果

3.3 疊前CRP道集優(yōu)化及分析

零入射角地震數(shù)據(jù)的提取是基于疊前CRP道集及分角度疊加數(shù)據(jù)體完成，因此疊前CRP道集的優(yōu)化及其品質改善是影響提取結果的關鍵步驟。針對工區(qū)原始疊前CRP道集存在噪音嚴重、多次波干擾、道集間時差不平等問題，制訂了相應的工作思路，并對參數(shù)逐一進行測試，其中主要的處理環(huán)節(jié)包括：線性噪聲消除、多次波消除、隨機噪音衰減、道集拉平。其次，利用井資料監(jiān)控整個處理流程的保幅性，主要是AVO曲線擬合及誤差分析。圖5為目的層段道集優(yōu)化前后的道集AVO曲線擬合對比，由圖5可知，道集優(yōu)化之后的擬合曲線更加接近實際AVO正演的結果，可以正確反應AVO的信息，說明保幅性較好，從而確保了零入射角數(shù)據(jù)提取的準確性。

圖5 道集優(yōu)化前后道集AVO曲線擬合對比

3.4 零入射角地震數(shù)據(jù)提取與分析

對優(yōu)化之后的疊前CRP道集進行角度劃分，方案為4～14 °、14～24 °、24～34 °、34～44 °，然后利用零入射角地震資料提取技術對4個角度的疊加道集進行處理，得到零入射角地震資料。圖6a為經(jīng)過保幅保真處理后的常規(guī)疊加數(shù)據(jù)剖面，圖6b為提取的零入射角地震數(shù)據(jù)剖面，二者對比不難發(fā)現(xiàn)，零入射角地震資料有以下3個特點：①疊加剖面與零入射角剖面結構一致，波組關系清晰處地層產(chǎn)狀相同；②零入射角剖面分辨率更高，部分復合波得以展開，對薄層刻畫更加清晰(箭頭處所示)；③零入射角剖面斷點更加清晰，斷層上下盤接觸關系更加明顯。上述對比表明，零入射角資料消除了常規(guī)疊加因大射角(大偏移距)低頻信息的影響，恢復了地震資料采集處理中包含的高頻信息。另外，從頻譜分析的結果可以看出，零入射角數(shù)據(jù)的頻譜得到有效展寬，分辨率更高(圖7)。

圖6 遼河坳陷HX地區(qū)地震剖面

圖7 遼河坳陷HX地區(qū)地震剖面的頻譜分析

地震疊加對提升信噪比的貢獻毋庸置疑，但是存在固有弊端：得到的振幅值是各個(入射角)炮檢距振幅的平均，由于地震振幅是隨偏移距變化而變化的(AVO)，造成疊加資料與實際的零入射角資料存在偏差。井震標定是開展構造解釋和儲層預測中一項重要的工作，聲波測井僅能反映井周附近的情況，對應的地震資料相當于某一反射點處零入射角信息，由于地震資料經(jīng)疊加處理得到的振幅是平均值，勢必會造成井震吻合關系變差。圖8a為H25井利用疊加資料井震標定的情況，圖8b為利用零偏移距資料標定情況，二者對比可以發(fā)現(xiàn)，零入射角地震資料波組強弱變化關系與合成記錄相關程度更好(暖色調表示相關性強)，而常規(guī)疊加資料與合成地震記錄要差一些，特別是在箭頭所示部位，出現(xiàn)了明顯的波組關系不吻合，如果利用該資料開展疊后儲層預測，勢必出現(xiàn)偏差。

圖8 H25井震標定對比

3.5 儲層預測

利用常規(guī)疊加和零入射角資料，采用相同的反演參數(shù)及低頻模型，開展了稀疏脈沖反演。圖9a為基于常規(guī)疊加所得到波阻抗反演剖面，圖9b為基于零炮檢距資料得到的波阻抗反演結果。從反演結果來看，圖9b在J21井處反演結果與井吻合性更好(曲線代表井上波阻抗)，且薄層的分辨能力明顯好于圖9a(箭頭所示處)，說明開展零入射角提取工作有助于提高儲層預測的精度，對于薄儲層的刻畫能力尤為突出。

圖9 遼河坳陷HX地區(qū)反演剖面對比

圖10為利用零入射角資料預測的沙三上亞段的砂泥巖厚度平面圖。由圖10可知：沙三上亞段每口井都有砂泥巖沉積，與實際的井資料情況符合；越靠近工區(qū)的西北部，沙三上亞段沉積巖越厚。雖然預測出較為發(fā)育的砂泥巖地帶，但是厚層的砂泥巖不一定為優(yōu)質的儲層，后續(xù)還需要進行優(yōu)質儲層中含油氣的預測，才能找到最優(yōu)的目標帶。根據(jù)此次儲層預測的結果，在HX地區(qū)部署了H34井，鉆遇了預測的有利儲層，試油結果獲得高產(chǎn)，新增地質儲量超千萬噸，從而進一步驗證了零入射角地震資料提取在該區(qū)儲層預測中的準確性。

圖10 遼河坳陷HX地區(qū)沙三上亞段砂泥巖預測厚度

4 結 論

(1) 疊加處理后的地震資料不等同于自激自收資料，其在提高地震數(shù)據(jù)信噪比方面的貢獻毋庸置疑，但是存在振幅不能保真、壓制高頻信息2方面固有缺陷。

(2) 零入射角地震資料的提取，其核心是利用AVO信息，能夠克服疊加結果的先天缺陷，是一種獲取地層界面垂直反射保幅保真信息的有效途徑。

(3) 零入射角地震資料在提高剖面分辨率、提升井震吻合關系以及提高儲層預測精度方面具有一定的優(yōu)勢。

(4) 相比于常規(guī)疊加地震資料，基于零入射角地震資料的儲層預測效果較好，有效預測了HX地區(qū)沙三上亞段薄砂泥巖儲層的分布特征，為后續(xù)勘探井位部署及儲量上報提供了有利的依據(jù)。