地震波形相控反演在天草凹陷白垩系薄储层预测中的应用

郭 翔，李付雷，张旭峰，阴学彬，王 兵

(中国石油东方地球物理公司，新疆 乌鲁木齐 830016)

0 引 言

银额盆地天草凹陷东部缓坡带白垩系巴音戈壁组为辫状河三角洲沉积[1]，砂砾岩有效储集层控制了油气的分布。常规地震属性仅能宏观刻画有利相带分布，无法准确识别相带边界及砂体纵向展布特征。随着岩性油气藏勘探的不断深入，对储层预测精度提出了更高的要求，因此，寻找一种有效的薄储层预测方法，对天草地区巴音戈壁组井位部署和增储上产具有重要意义。天草凹陷三维采集具有“两宽一高”特征，即宽方位、宽频带、高密度。这种三维地震能够记录更完整的波场信息，假频少，低频信息丰富，有利于薄互层油气藏的刻画。此次依托该套资料提出了一种基于地震波形相控反演的薄储层预测方法，在短期旋回的层序格架约束下，井震结合，建立沉积相与地震相对应关系，开展地震波形相控下的优势曲线反演，精细刻画了薄储层的范围，有效推动了研究区岩性勘探的进程。

1 研究区概况

研究区位于银额盆地天草凹陷东部缓坡带，白垩系巴音戈壁组现今构造形态为一系列北东向断层分割的断阶带，埋深为1 000～2 500 m，发育有大小不等的断鼻构造。巴音戈壁组的储集砂体主要发育有辫状河三角洲前缘的水下分支河道和湖底扇河道2类[2-3](图1)。辫状河三角洲前缘的水下分支河道砂体平行物源方向连通性较好，延伸距离较远。垂直物源方向，砂体表现为透镜状河道砂沉积，横向连通性差，独立分布，纵向部分叠置。湖底扇主要发育于每一级断阶带上，分别独立分布，其河道砂纵横向延伸范围较前缘砂体小，连通性差，且垂直扇体方向，表现为透镜状，砂体厚度差异大。

图1 T2—T6—T601—T1井连井沉积相剖面

研究区有5口井钻至巴二段，分布不均匀，主力产层湖底扇河道砂的物性及电性特征差异较大，含油储层薄，平均为1～5 m，横向变化快，且储层和非储层的地震响应特征差异模糊，利用常规的地质相控统计的反演难以有效预测薄储层横向变化特征。此次研究在沉积相和地震相研究的基础上，采用地震波形相控反演来预测有利薄储层。

2 地震波形相控反演

常规的波阻抗反演通常是利用测井曲线内插获得的低频阻抗模型与地震频带进行合并，高频部分无法突破地震有效频带，这样得到的结果虽然具有地质意义，但不能从根本上提高反演分辨率，无法识别薄储层。传统的地质统计学反演建立储层空间模型主要是基于空间域变差函数，只能粗略表达空间变异程度，无法体现相变特征，而且对样本分布均匀程度要求比较苛刻，限制了该方法的应用领域[5]。地震波形相控反演是在传统地质统计学基础上发展起来的新的统计学方法[4-5]，该方法基于地震波形指示马尔科夫链蒙特卡洛随机模拟(SMCMC)算法，并针对统计样本的筛选方法进行改进。地震波形相控反演利用地震沉积学基本原理，充分利用地震波形的横向变化来反映储层空间的相变特征，分析储层垂向岩性组合的高频结构特征，对地震波形样本及井样本映射关系按照不同频带特征进行筛选，进而建立合理的空间模型，更好地体现了相控的思想[6]，是一种真正的井震结合高频模拟方法，使反演结果从完全随机到逐步确定，同时对井位分布的均匀性没有严格要求，大大提高了储层反演的精度和适用领域。

2.1 沉积相-地震相分析

地震的横向变化反映了沉积环境的变化，相似的沉积环境具有可类比的沉积组合结构，这些组合结构的变化和波形密切相关，不同沉积相具有不同的地震相和地震波形特征[7]。因此，充分利用地震波形的横向变化开展高频成分研究，进而通过地震波形相控反演识别薄储层。进行单井沉积相分析时，考虑了曲线组合特征、测井相横向变化规律、录井岩性和颜色、标志岩相的取心资料等(图2)。

图2 T6井巴二段沉积相-地震相综合分析

由图2可知，目的层巴二段发育有半深湖、浅湖和湖底扇沉积。其中，半深湖发育有深灰色泥岩、灰色浅湖泥岩，自然伽马曲线呈齿状低幅度，电阻率曲线表现为低幅，为典型的湖相沉积特征；地震反射特征为中弱振幅、中频较连续亚平行特征。湖底扇为互层灰色砂砾岩，电性特征表现为低幅钟形；地震反射特征为强振幅、低频连续丘状反射特征，为典型的深水重力流地震反射特征[8]。针对巴二段典型沉积亚相，井震结合，建立了5口井的沉积相-地震相-地震波形关系，赋予了地震波形丰富的地质含义，为地震波形相控反演奠定了理论基础。

2.2 敏感测井曲线优选与重构

频率域曲线重构的基本原理是将声波曲线作为中低频曲线，岩性敏感曲线作为高频曲线，在地震频带内的中低频段为声波曲线，高于地震频带的曲线取自于对岩性敏感的测井曲线，在频率域最佳截止频率处开展曲线重构[9]。重构后的井震对应关系不变，但其对岩性的敏感性、差异性会有所提高[10]。通过对已钻井分析，自然伽马曲线和声波曲线交会可以有效区分砂泥岩，而密度与电阻率曲线对砂泥的响应特征不明显。因此，利用频率域曲线重构技术，将声波时差作为中低频曲线，自然伽马曲线作为高频曲线进行重构。

在曲线重构过程中最关键的是截止频率的选取，既要保证重构后不影响地震中低频带的资料品质，同时又要增加对岩性的敏感信息[11]。随着截止频率的增加，声波时差曲线作为中低频曲线在重构时参与比例越多，井震标定效果越好，相关系数越高；随着截止频率的增加，自然伽马曲线作为高频曲线在重构时参与比例越少，对岩性的识别效果越差[12]。因此，在截止频率选取时，既要满足较高的相关系数，同时又要对岩性具有很好的区分效果。综上分析可知，曲线重构最佳截止频率为80 Hz，重构后的优势曲线可以有效区分出砂泥岩。在此基础上，利用重构后的优势曲线开展储层精细标定。

2.3 储层精细标定

储层精细标定是联合测井信息与地震信息的桥梁，是地震反演的关键环节之一，其精度直接影响反演的精度[13]。合成地震记录制作主要包括计算反射系数、提取地震子波和匹配调整时深关系3个环节，如何对这3个环节进行有效的质量控制是标定的关键，而子波类型及形态决定着反演精度[14]。因此，重点开展了子波优选分析。目前常用的地震子波主要有雷克子波、带通子波和俞氏子波3类，通过对不同类型子波频谱与实际井旁道地震资料的频谱进行对比可知，该区雷克子波和俞氏子波分别在低频端和高频端与实际地震频谱形态差别较大，带通子波在全频段与实际地震频谱形态及包络更加吻合，并且合成记录与井旁地震道匹配程度最好、相关系数最高。因此，最终选取带通子波开展初始标定。

在确定最佳子波类型的基础上，开展了子波长度对标定精度的分析。研究结果表明，随着子波长度增加，信噪比逐渐提高，子波长度大于144 ms时，信噪比达到最高之后基本趋于稳定；随着子波长度增加，相关系数开始降低随后升高，子波长度为152 ms时，信噪比达到最高之后逐渐降低并趋于稳定。综合考虑合成记录相关系数和信噪比两大重要质控参数，优选最佳子波长度为152 ms。通过子波类型优选和子波长度分析，最终完成了研究区5口井含油储层段的精细标定工作。

2.4 敏感高频成分优选

地震波形相控反演具有“低频确定、高频随机”的特点，低频主要受地震频带及地震波形的影响，高频则主要受井样本的控制。在地震频带不变的情况下，提高反演分辨率的关键在于确定可靠的高频补充成分[15]。随着高频补充成分增加，反演结果确定性逐渐减少，随机成分逐渐增加，因此，高频截止频率的选取是决定反演结果可靠性和分辨率的关键。

最佳高频截止频率的设置需要考虑2个方面内容：①如果更偏向于反演的确定性，可以适当减小该参数值；反之，如果更偏向于反演的分辨率，追求高分辨率结果，可以设置较高的截止频率；②参考目的层砂体厚度，砂体厚度小，应设置较高的截止频率，砂体厚度大，可适当减小该参数。通过高频最佳截止频率质控分析发现，随着截止频率增加，相关系数逐渐降低，在150～210 Hz时相关系数趋于稳定。通过高频截止频率分别为50、150、200、250 Hz的反演剖面见图3。

图3 天草地区波形相控反演对比剖面

由图3可知，随着高频补偿成分增至200 Hz，反演结果分辨率逐渐提高；高频补偿成分增至250 Hz，反演结果横向连续性增强，砂体尖灭特征刻画不精细，反演不确定性增强。综合反演结果与井间砂体连通性、砂体厚度关系，优选高频截止频率为200 Hz，反演结果更符合实际，与井上信息对应关系最佳。

3 应用效果

通过敏感测井曲线优选与重构、储层精细标定、敏感高频成分优选工作，最终开展研究区地震波形相控反演。根据完钻井资料分析，反演结果比波阻抗反演分辨率明显提高，可以有效刻画出5 m以上的薄砂层。从过T6—T601—T1井反演剖面(图4)可知，反演分辨率高，有效预测了T6井和T601井5 m含油砂体，反演结果与2口井出油层段相吻合。其中，T6井和T601井属于2套独立的含油砂体，纵向叠置、上倾方向尖灭，具有“一砂一藏”的特征。结合区域沉积相研究与反演结果，从反演平面图上可以看出(图5)，研究区东部缓坡带巴二段具有断层控扇的特征，依附于近北东向的控沉积断层自南向北发育3个湖底扇富砂区，预测构造与有利砂体叠合面积为37.6 km2。其中，T6井湖底扇已经获得突破，新发现的T1井北和T7井北湖底扇发育区，成藏条件和T6井构造基本一致，是下一步寻找规模、效益储量的有利区块。目前T1井北扇体上的8口井已完钻并均获高产及工业油流，其中T702井试油获日产油为11.3 m3/d，含油100%，并且落实了近千万吨的储量规模，为下步该区评价建产奠定了资源基础。综上所述，在沉积相-地震相分析基础上进行地震波形相控分析，可以有效解决研究区巴二段湖底扇河道砂预测困难的问题，为该区井位部署提供了有力的技术支撑，成功推动了该区岩性油气藏勘探进程。

图4 过T6-T601-T1井地震波形相控反演剖面

图5 天草地区东部缓坡带巴二段基于地震波形相控反演平面

4 结 论

(1) 地震波形相控反演技术综合利用了地震波形的横向岩相指示优势和敏感曲线垂向分辨率高的特点，有效解决了研究区薄储层预测难题，是实现低勘探程度区薄储层预测的有效方法。

(2) 频率域曲线重构技术的关键在于最佳截止频率的选取，既要保证重构后不影响井震标定，又要突出重构曲线对岩性的敏感度，重构的优势曲线可以有效区分砂泥岩，为后续的波形相控反演提供了数据支撑。

(3) 依据地震资料频带特征进行子波优选，能够充分利用“两宽一高”地震资料的宽频信息，可以有效提高储层标定精度，为进一步提高薄储层反演奠定基础。

(4) 地震波形相控反演具有“低频确定、高频随机”的特点。随着高频补充成分增加，反演结果确定性逐渐减少，随机成分逐渐增加。因此，高频截止频率的选取是决定反演结果可靠性和分辨率的关键。