叠前有色反演技术在地震岩性学研究中的应用

刘力辉，陈 珊，倪长宽

（1.北京诺克斯达石油科技有限公司，北京100192；2.中国地质大学（北京），北京100083；3.中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院西北分院，甘肃兰州730020）

曾洪流等［1］提出地震沉积学是利用地震资料来研究沉积及其形成过程的一门学科。地震地貌学和地震岩性学是地震沉积学的两个重要分支学科［2］。地震地貌学是利用地层切片技术，对地震数据体进行平面沉积成像，研究沉积体的平面展布特征［3－6］。地震岩性学技术是采用合适的地震处理技术，如相位调整、AVO分析、波阻抗反演等方法，将地震数据体转变为一个岩性体，从而调整振幅，使一个地震道可以看做一条岩性曲线［2］。

国内外许多专家、学者对地震地貌学的方法技术及应用进行了大量研究［7－21］，如：地震地貌学用于河道、下切谷、深海水道、深水扇和礁体等方面的研究。但是，对于地震岩性学的方法技术的研究及其应用，目前还不是非常成熟，很少有文献进行系统的归纳和阐述。

1 地震岩性体的概念及其求取技术

1.1 地震岩性体的概念

目前，可用于地震岩性学的方法技术根据所采用的地震资料可以分为叠后和叠前两大类，叠后方法包括叠后属性和叠后反演，叠前方法包括叠前属性和叠前反演。

1）叠后属性。用得较多的是根据曾洪流等［2］提出的90°相位化技术，将地震数据体进行90°相位化处理，再利用地层切片技术提取振幅及其它叠后属性进行平面沉积成像研究。另外，一些时频属性也可以用于平面成像的刻画。叠后属性主要是利用平面形态的“形”来揭示沉积体，但属性值与岩性关系复杂，尤其是在岩石物理特征不明显、相关岩性波阻抗差异不大的情况下，叠后属性往往不能很好地表征沉积体的平面展布。

2）叠后反演。主要是利用平面形态的“态”即数值来揭示沉积体，因为反演后的数值与岩性对应关系比较明确。但由于反演模型的加入，会模糊沉积体的边界，不利于平面沉积体展布的刻画。

3）叠前属性。可以采用三项式AVO公式计算截距P和梯度G属性数据体，再结合地层切片技术提取平面属性，进行地震地貌研究。P，G数据体含有横波信息，与岩性关系密切，且数值是相对值，保持了地震数据体的横向变化关系，有利于沉积边界的刻画。

4）叠前反演。主要是进行弹性参数反演，弹性参数与岩性关系密切，但求解复杂，横向振幅相对关系难以保持，且需要时变和空变的门槛值，所以这种方法基本被用于储层预测，而很少被用于大面积沉积成像研究。

为了方便筛选与地层切片匹配的技术，用于地震地貌的刻画，我们在大量实践的基础上，认为有必要提出地震岩性体的概念，地震岩性体需要满足3个方面的要求：①数据体的幅值与岩性相关；②数据体的横向振幅相对保持，有利于刻画沉积体的边界；③数据体的值最好为相对值，可以通过捕捉空间相位的变化来表征地震地貌。

叠前P，G属性和叠前反演的方法是获得地震岩性体的两个重要方向。我们主要对叠前反演方法进行研究。由于常规叠前反演的初始模型会模糊边界信息，因此需要选择一种半属性半反演的方法，既能保持反演振幅的横向相对关系，同时又使反演数据体数值与井资料靠近。为此，我们开发研究了一种叠前弹性阻抗有色反演技术。

1.2 有色反演技术

有色反演技术是一种不依赖于井资料的反演方法。该方法在频率域定义反演算子，井资料只起到反演算子估算中希望输出的定义作用，反演只是一个反褶积过程，因此反演结果为阻抗，且振幅横向变化保持较好。图1为有色反演的原理图解。

有色反演的流程可以概括为：①对井资料的波阻抗做谱分析；②对地震资料做谱分析；③设计匹配算子使地震资料的谱和井资料的波阻抗谱匹配；④施加匹配算子到地震资料完成反演。

该技术具有以下特点：①不需要初始模型约束；②没有明显的子波提取过程；③能保持振幅横向变化，有利于平面沉积成像。

因此，有色反演的结果尊重地震资料，数值量级整体与井资料靠近，可以看作是一种具有反演意义的属性，满足地震岩性体的要求。

图1 有色反演原理图解

1.3 叠前射线弹性阻抗

在实际工作中，我们经常遇到砂岩、泥岩的波阻抗差异不大的情况，叠后属性和反演都不能很好地区分岩性，而横波信息与岩性关系非常密切，因此含有横波信息的叠前弹性阻抗反演，有利于解决这个难题。但常规弹性阻抗与入射角关系较大，不能直接用于岩性标定，因此我们选择射线弹性阻抗（ⅠREI）的方法。

射线弹性阻抗［22］是在Zoeppritz方程的基础上推导出来的，为纵波阻抗和纵、横波速度比的函数：

ⅠREI随入射角的变化不大，不需要做归一化处理［23］，且能很好地反映岩性，是沉积成像的有用参数。因此，利用有色反演技术对射线弹性阻抗进行反演，得到的数据体就是满足要求的地震岩性体，再结合地层切片技术，可以很好地用于地震地貌研究。

2 叠前有色反演技术在蠡县斜坡地区的应用

2.1 地质背景及研究难点

蠡县斜坡位于冀中坳陷饶阳凹陷西部，为一古近系继承性发育的台坡型沉积斜坡，结构简单，构造平缓，构造圈闭不发育，因此寻找岩性圈闭是勘探取得新突破的关键。研究区位于蠡县斜坡的北段，物源来自西部和北部，目的层沙二下亚段发育辫状河三角洲平原沉积，辫状河道是该区的主要储层。沙二下亚段为砂岩、泥岩薄互层，且地震资料分辨率较低，沙二下亚段反射同相轴能量较弱且不连续。因此，要从剖面相分析出发解释沉积体有很大困难，只能考虑通过平面地震地貌来表征沉积体的展布。

2.2 地震岩性学分析

通过岩石物理分析（图2）可知，研究区自然伽马（γ）对砂岩较敏感，表现为低值；砂岩、泥岩的纵波阻抗（ⅠP）差别不大，岩石物理特征不明显；但在ⅠREI曲线上，砂岩为高值，泥岩为低值，二者能较好区分。因此，研究区利用叠后属性及叠后反演区分岩性较困难，需要利用含有横波信息的叠前射线弹性阻抗来区分岩性。

为了获得更好的叠前弹性阻抗及参数反演效果，首先对叠前道集资料进行一系列处理，包括去噪、提高分辨率和拉平拉伸校正等，再通过对比各角度叠加剖面，选择优势角度进行叠加。根据前述原理和方法，分别对12°和24°的部分叠加数据进行射线弹性阻抗反演，再利用地层切片技术提取沙二下亚段平面属性（图3a）。可以看到，研究区由北向南至少发育两条规模较大的河道，与物源方向吻合，符合地质背景和沉积模式，与井资料上砂地比（图3b）对应较好。因此，可以将该地震地貌图件（图3a）作为刻画沉积微相的关键图件之一。

图2 单井岩石物理分析

图3 沙二下亚段地震地貌（基于ⅠREI数据体的地层切片）（a）和井点砂地比等值线（b）

2.3 效果分析

比较叠后波阻抗（ⅠP）反演剖面和ⅠREI数据体剖面（图4）可以看出，波阻抗反演剖面对岩性不敏感，而ⅠREI剖面与砂、泥岩对应关系较好，说明在叠后波阻抗反演剖面上不能分开的砂岩、泥岩通过叠前反演可以得到较好的区分。

进一步比较沙二下亚段ⅠREI地层切片（图3a）与相同位置的叠后波阻抗反演切片（图5），可以看出，二者所展示的平面沉积特征有很大差别。叠后波阻抗反演切片显示研究区西南部砂岩最为发育，而北部相对较少，这与越靠近物源砂岩越发育相矛盾，且与井点砂地比（图3b）吻合率较低。而叠前射线弹性阻抗ⅠREI属性既符合地质背景和沉积模式，又与井点吻合较好，说明叠前射线弹性阻抗反演能较好地区分岩性，有利于地震地貌的刻画，适用于波阻抗差异不大的地区。

图4 叠后波阻抗（ⅠP）反演剖面（a）与ⅠREI数据体剖面（b）

3 结束语

1）地震岩性学和地震地貌学是地震沉积学的两大分支学科。地震地貌学是解决如何切切片的问题，强调沉积等时面的解释及平面沉积成像的效果；地震岩性学是解决切什么属性的问题，强调技术方法的选择，为地震地貌研究提供属性数据体。

2）地震岩性体的概念丰富了地震岩性学的概念，为衡量什么样的属性求取技术能作为地震岩性体的处理技术，提供了考核依据。

3）叠前射线弹性阻抗ⅠREI有色反演，既提供了对岩性敏感的横波信息，又利用了有色反演技术保持幅值的横向相对变化的特点，是一种有效的地震岩性体求取技术。但它是一种单一属性，需要进一步研究其组合属性的岩石物理意义和岩性的对应关系，以满足岩性复杂区的地震地貌表征。

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