波阻抗反演技術(shù)與砂體理論模型的對(duì)比

周大森，蘇云，羅鑫，李賀，周卿 （成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院，四川成都610059）

波阻抗反演方法的主要目標(biāo)是獲得巖石聲波速度、密度數(shù)值。在反演開始之前，必須準(zhǔn)確建立井震關(guān)系，精細(xì)標(biāo)定儲(chǔ)層位置，吸收構(gòu)造格架信息，分析層序地層解除關(guān)系。然后，根據(jù)目標(biāo)層序的地質(zhì)目標(biāo)及沉積特點(diǎn)，選擇相應(yīng)的反演算法，結(jié)合地質(zhì)、油藏及測(cè)井聲波特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)專項(xiàng)地震反演，獲得聲阻抗反演剖面或速度、密度反演剖面［1］。

1 波阻抗反演基本原理

波阻抗反演是指從地震道數(shù)據(jù)求波阻抗（聲阻抗）數(shù)據(jù)道的整個(gè)過程。波阻抗是地震波傳播速度與介質(zhì)密度的乘積，當(dāng)已知密度信息時(shí)，就可以把所得到的波阻抗數(shù)據(jù)道轉(zhuǎn)成速度信息道，因此波阻抗反演又有偽速度測(cè)井之稱［2］。

波阻抗反演的基本原理就是利用地表觀測(cè)，以測(cè)井資料，鉆井和地質(zhì)規(guī)律為約束，求解地下巖層的物理性質(zhì)和空間結(jié)構(gòu)的過程。

1.1 波阻抗反演具有的優(yōu)勢(shì)

目前波阻抗反演常用的方法基本是建立在線性褶積模型的基礎(chǔ)上，波阻抗反演是基于線性褶積模型理論，波阻抗是巖石密度和縱波速度的乘積，波阻抗數(shù)據(jù)的獨(dú)到之處在于它是一種巖石特性，而不同于地震反射數(shù)據(jù)具有代表界面特性。波阻抗數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)可以總結(jié)如下［3－4］：

1）波阻抗值是由多種數(shù)據(jù)綜合計(jì)算得到，其中包括地震資料、測(cè)井資料和速度資料，因此一個(gè)高質(zhì)量的波阻抗模型較地震資料不僅包含了地震資料所能提供的一切信息，同時(shí)也沒有子波所帶來的復(fù)雜性，而且還從測(cè)井資料中增加了重要信息。

2）波阻抗代表了一種巖石特征。波阻抗是密度和速度的乘積，這2個(gè)參數(shù)可由測(cè)井資料直接獲得。而地震數(shù)據(jù)代表一種界面特征，其近似等于子波和反射系數(shù)序列的褶積，反演波阻抗的相對(duì)變化。由此看來，波阻抗是連接地震和測(cè)井的天然紐帶和橋梁。

3）波阻抗與巖性、孔隙度、填隙物等因素有著密切的關(guān)系。通常，可以找出波阻抗與一個(gè)或多個(gè)巖石特征參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)公式。此外，波阻抗模型為進(jìn)一步建立三維模式和三維巖石物理特征模型打下良好的基礎(chǔ)。而這些結(jié)果可以直接輸出到油藏模擬軟件中，以便進(jìn)行后續(xù)的流體分析。

4）波阻抗反映了地層特征，而地震振幅則代表了地層邊界屬性，因此用波阻抗作層序地層分析就更直接、更具有優(yōu)勢(shì)。

5）波阻抗有利于三維資料的解釋，它支持基于目標(biāo)體解釋技術(shù)，從而可以對(duì)目標(biāo)體作快速而準(zhǔn)確的圈定。

6）波阻抗概念易于推廣到用角度或偏移距疊加數(shù)據(jù)反演彈性波阻抗（或彈性參數(shù)）。根據(jù)AVO信息獲得彈性波阻抗、再結(jié)合波阻抗資料，可以改善解釋精度，提高識(shí)別巖性和流體的能力。

波阻抗反演是以地震數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，綜合應(yīng)用測(cè)井、地質(zhì)等數(shù)據(jù)進(jìn)行的反演。根據(jù)其方法原理和性質(zhì)，可將波阻抗反演分2大類：①確定性反演。即阻抗參數(shù)和地震響應(yīng)建立確定性的函數(shù)關(guān)系，該方法準(zhǔn)確度高但抗噪能力低，受地震數(shù)據(jù)帶限的影響，分辨率較低。②統(tǒng)計(jì)性反演。在地震數(shù)據(jù)和測(cè)井、地質(zhì)等數(shù)據(jù)之間建立一種統(tǒng)計(jì)性關(guān)系，反演波阻抗值，如地質(zhì)、測(cè)井約束反演，大多屬于這一類型，該方法表現(xiàn)出分辨率高、抗噪能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，但橫向預(yù)測(cè)能力有限［5］。

1.2 波阻抗反演的工作流程

當(dāng)前應(yīng)用最廣的是基于褶積模型的波阻抗反演，相對(duì)于波動(dòng)方程模型而言，實(shí)現(xiàn)起來相對(duì)比較簡(jiǎn)單，方法也比較成熟。波阻抗反演一般包括下列工序［6］：

1）測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的預(yù)處理和處理，包括測(cè)井信息的質(zhì)量評(píng)估，這項(xiàng)工作是不可缺少的；

2）地震數(shù)據(jù)的目標(biāo)，主要用于精加工目的層，以獲得一個(gè)“三高”的數(shù)據(jù)；

3）根據(jù)反演精度的要求，若需要時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣，并對(duì)信號(hào)的極性、子波的相位特性等進(jìn)行檢查；

4）層位精細(xì)標(biāo)定，并對(duì)相應(yīng)的同相軸進(jìn)行追蹤對(duì)比，同時(shí)要細(xì)化解釋層位；

5）子波提取及相位信息的研究，確定應(yīng)用實(shí)際提取子波的可行性，還是選擇理論子波；

6）低頻分量信息提取與分析以及確定；

7）多井的插值方法，并應(yīng)用多井信息；

8）建立初始模型；

9）確定反演方法類型，進(jìn)行反演處理；

10）對(duì)反演成果進(jìn)行分析、評(píng)估與解釋。實(shí)際上，最主要的要進(jìn)行2部分工作：①要得到一個(gè)反射系數(shù)剖面；②要將反射系數(shù)剖面轉(zhuǎn)換成波阻抗數(shù)據(jù)剖面。因此，應(yīng)對(duì)著2個(gè)具體實(shí)施的流程，若按其工作量及其難度系數(shù)而言，還是前一個(gè)流程要大，是波阻抗轉(zhuǎn)換前的地震數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備，或稱波阻抗轉(zhuǎn)換的前期處理［7］。

2 波阻抗反演的重要性

為了說明波阻抗反演的重要性，設(shè)計(jì)如圖1的砂體理論模型。

圖1 砂體理論模型

圖1從右向左，巖性逐漸變細(xì)，為一個(gè)地下完整砂巖體砂層分布的剖面。其中每道的基線為泥巖基線，速度為3000m／s，砂巖的速度在3400～3900m／s變化。3000m／s的地層平均速度，1ms采樣率，每個(gè)采樣點(diǎn)厚1.5m。

剖面的時(shí)間厚度為200ms，相當(dāng)于300m厚地層，右方單砂體厚度達(dá)33m，左邊單砂體最薄有1.5m（正好一個(gè)采樣點(diǎn)）。

利用簡(jiǎn)單的褶積模型，子波采用10～80Hz的零相位帶通子波（主頻約為45Hz），得到如下合成的地震道（見圖2）。從圖2中可以看出，振幅強(qiáng)的地方是砂巖存在的地方，而模型中有些砂巖在正演剖面中并沒有反映（空白打叉的地方）。

圖2 正演疊加剖面

接下來將上述疊加剖面進(jìn)行道積分（相當(dāng)于做了一次最簡(jiǎn)單的反演），得到如下相對(duì)波阻抗剖面（見圖3）。從圖3可以看出，相對(duì)于疊加剖面而言，相對(duì)波阻抗剖面效果要好很多，基本上所有厚的砂巖都有反映，只是有些薄砂層沒有反映出來，這是由于地震資料垂向分辨率所決定的。

圖3 相對(duì)波阻抗剖面

接下來在上述高分辨率模型的基礎(chǔ)上，地震子波采用10～160Hz的零相位帶通子波（主頻約為90Hz），得到如下疊加剖面（見圖4）。

圖4 正演疊加剖面（子波主頻90Hz）

從圖4中可以看出，疊加剖面上的反射波的寬窄與子波的寬窄大體相同，高分辨率疊加偏移剖面只能反映出薄砂層，而厚砂層不能直接反映出來，只能說其更加接近理論模型的反射系數(shù)剖面，為此，對(duì)其進(jìn)行積分運(yùn)算，獲得相對(duì)波阻抗體（見圖5）。

從圖5可以看出，相對(duì)波阻抗剖面與實(shí)際地質(zhì)模型非常相似，厚度大于2～3m的砂體基本上能反映出來，在剖面的右邊甚至可以看出厚砂巖下粗上細(xì)的正旋回。從該實(shí)例可看出，分辨率越高，疊加偏移剖面越難解釋，更加應(yīng)通過反演獲得波阻抗剖面。

圖5 相對(duì)波阻抗%剖面（子波主頻90Hz）

3 結(jié)論

地震波阻抗反演技術(shù)是一種在地震資料特殊處理的重要環(huán)節(jié)，其應(yīng)用在很多方面，波阻抗反演結(jié)果對(duì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)和油氣橫向預(yù)測(cè)變得越來越重要，即使是復(fù)雜儲(chǔ)層的特性預(yù)測(cè)，也把它列入主要的工作方法和手段。

［1］ 趙政璋，趙賢正，王英民，等 .儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)理論與實(shí)踐 ［M］.北京：科學(xué)出版社，2005.

［2］ 周竹生，周熙襄 .寬帶約束反演方法 ［J］.石油地球物理勘探，1993，28（5）：523－536.

［3］ 邱兆泰，鮑五堂，張愛印 .用STRATA進(jìn)行地震數(shù)據(jù)的反演 ［J］.中國(guó)煤田地質(zhì)，2006，18（S）：45－48.

［4］ 崔成軍，龔姚進(jìn)，申大媛 .波阻抗反演在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究中的應(yīng)用 ［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展，2010，25（1）：9－15.

［5］ 徐宏斌，熊翥 .底層、巖性油氣藏地震勘探方法與技術(shù) ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2012：249－251.

［6］ 熊翥.21世紀(jì)初中期油氣地球物理技術(shù)展望 ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2006：326－328.

［7］ Kidd G D.Fundamentals of 3－D Seismic volume visualization ［J］.The leading Edge，1999（18）：702－709.