約束稀疏脈沖反演在杜坡油田核三段中的應(yīng)用

張　義，尹艷樹

（長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，武漢430100）

約束稀疏脈沖反演在杜坡油田核三段中的應(yīng)用

張義，尹艷樹

（長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，武漢430100）

杜坡油田儲(chǔ)層受構(gòu)造和河道砂體的雙重控制，斷裂極為發(fā)育，儲(chǔ)層橫向變化快，阻礙了油田后期的開發(fā)生產(chǎn)。為了更加清楚地認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層平面展布特征，亟需通過地震反演技術(shù)來刻畫儲(chǔ)層砂體的發(fā)育和分布情況。通過分析研究區(qū)地質(zhì)、地震及測(cè)井等資料，對(duì)核三段Ⅱ—Ⅵ油組進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。根據(jù)約束稀疏脈沖反演的基本原理，首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可行性分析；其次進(jìn)行井震聯(lián)合標(biāo)定、子波提?。蝗缓罄媒忉尩膶游?、斷層構(gòu)建框架模型；最后在低頻模型基礎(chǔ)上通過設(shè)置重要的反演參數(shù)完成約束稀疏脈沖反演研究。利用反演成果分析了杜坡油田核三段砂體的發(fā)育和分布情況，這在一定程度上刻畫了儲(chǔ)層的展布特征，為杜坡油田下一步開發(fā)調(diào)整提供了參考依據(jù)。

約束稀疏脈沖反演；子波提??；低頻模型；核三段；儲(chǔ)層預(yù)測(cè)；杜坡油田；

0　引言

杜坡油田位于泌陽凹陷的中部深凹區(qū)，構(gòu)造位置位于泌陽凹陷古城油田南部，北部與泌123斷塊相距400 m，西部與東部分別為井樓油田和江河油田［1］（圖1）。杜坡油田整體北西高、南東低，以寬緩近東西走向的鼻狀構(gòu)造為主；斷裂發(fā)育，斷層主要為北北東向；其砂體處于古城與雙河平氏砂體交會(huì)帶，受北部古城砂體自北向南延伸的影響，儲(chǔ)層非均質(zhì)性較嚴(yán)重，砂體空間變化快［2］。由于在開發(fā)過程中對(duì)儲(chǔ)層平面分布認(rèn)識(shí)不夠明確，嚴(yán)重阻礙了后期的油氣勘探開發(fā)工作，亟需通過地震反演技術(shù)來刻畫砂體的發(fā)育和分布情況。

圖1　杜坡油田地理位置Fig.1　The location of Dupo Oilfield

地震反演技術(shù)是在地震資料基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項(xiàng)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)［3］，它充分發(fā)揮了地震數(shù)據(jù)的高橫向分辨率和測(cè)井資料的高縱向分辨率優(yōu)勢(shì)，把界面反射型地震資料反演成巖層單元型波阻抗地層物性參數(shù)。波阻抗反演是地震反演的重要組成部分，它是聯(lián)系地質(zhì)、地震和測(cè)井的媒介［4］。作為遞推反演方法的一種，約束稀疏脈沖反演方法在實(shí)際應(yīng)用中取得了較好的效果［5］，已成為目前使用較多的一種反演方法。

筆者通過反演方法的優(yōu)選，確定以約束稀疏反演為核心的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法對(duì)核三段Ⅱ—Ⅵ油組進(jìn)行預(yù)測(cè)，明確其砂體的發(fā)育和分布情況［6］，從一定角度展示有利的挖潛區(qū)域，以期為杜坡油田下一步油氣勘探開發(fā)指明方向。

1　反演方法優(yōu)選

地震反演方法在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中起著關(guān)鍵性作用，不同地區(qū)、不同類型的儲(chǔ)層使用的反演方法不同。根據(jù)杜坡油田鉆井、測(cè)井及地震資料的品質(zhì)和儲(chǔ)層特征等來選擇合適的反演方法［7］。

1.1不同反演方法對(duì)比

模擬退火反演是應(yīng)用最大后驗(yàn)概率準(zhǔn)則，采用模擬退火算法尋找全局最優(yōu)解的反演方法，其結(jié)果能較好地保留地震的反射特征。由于原始地震資料的質(zhì)量直接決定著反演結(jié)果的好壞，因此，應(yīng)用此方法的前提是地震資料應(yīng)是保幅的，并且具有寬頻、低噪聲等特征［8］。

測(cè)井約束反演是一種基于模型的地震反演技術(shù)，它通過反復(fù)修改更新地質(zhì)模型，使正演合成的地震記錄與原始地震數(shù)據(jù)達(dá)到最佳匹配。由于初始模型與實(shí)際地質(zhì)情況不完全一致，因此，反演結(jié)果存在多解性。在同樣的地質(zhì)條件下，鉆井越多，結(jié)果越可靠，基于以上原因，測(cè)井約束反演通常適用于鉆井?dāng)?shù)量較多的地區(qū)［9］。

約束稀疏脈沖反演是基于脈沖反褶積基礎(chǔ)上的聲阻抗反演方法。反演過程中利用地質(zhì)和測(cè)井資料作為空間軟約束，低頻模型補(bǔ)充了井上的低頻信息，在一定程度上拓寬了反演頻帶。該方法對(duì)初始模型依賴較小，反演結(jié)果準(zhǔn)確度較高，唯一性較好［10］（反演精度取決于原始數(shù)據(jù)特征）。

1.2研究區(qū)反演方法選擇

杜坡油田鉆井資料較少，斷裂極為發(fā)育，砂體相變快。由于地震資料品質(zhì)較差（低頻帶、高噪聲），儲(chǔ)層預(yù)測(cè)難度較大，不適于應(yīng)用模擬退火反演方法。測(cè)井約束反演方法對(duì)初始模型要求較高，難以適用于此類復(fù)雜斷塊，而約束稀疏脈沖反演不依賴模型，其反演精度取決于原始數(shù)據(jù)特征。因此，運(yùn)用以約束稀疏反演為核心的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法對(duì)研究區(qū)核三段Ⅱ—Ⅵ油組進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2　約束稀疏脈沖反演基本原理

約束稀疏脈沖反演是基于脈沖反褶積的遞推反演方法，其思想是假設(shè)地層波阻抗模型對(duì)應(yīng)的反射系數(shù)序列是由一系列服從高斯分布的大反射系數(shù)和小反射系數(shù)背景疊加而成的［11］。從地質(zhì)意義上講，大反射系數(shù)相當(dāng)于地下不連續(xù)界面和巖性分界面［12］，通過對(duì)每一道逐點(diǎn)增加脈沖，反射系數(shù)被逐漸改變，直至該反射系數(shù)序列合成的地震道和原始地震道達(dá)到最佳匹配，得到最終的反射系數(shù)序列。在此基礎(chǔ)上求得相對(duì)波阻抗，加上井的低頻約束就可以得到約束稀疏脈沖的絕對(duì)波阻抗［13］。目標(biāo)函數(shù)如下：

式中：F為反演目標(biāo)函數(shù)；i為反演的道數(shù)；ri為反射系數(shù)樣點(diǎn)；di為地震道樣點(diǎn)［14］；si為合成道樣點(diǎn)；ti為趨勢(shì)約束；zi為自定義控制范圍內(nèi)的波阻抗，g/cm3· m/s；λ為數(shù)據(jù)匹配因子；p和q均為優(yōu)化因子；α為趨勢(shì)匹配因子。

約束稀疏脈沖反演是基于地震道的反演，它的實(shí)質(zhì)就是在波阻趨勢(shì)的約束下，用最少數(shù)目的反射系數(shù)脈沖達(dá)到合成記錄與地震道的最佳匹配［15-16］。

3　主要技術(shù)步驟

約束稀疏脈沖反演包括以下步驟：①數(shù)據(jù)可行性分析；②井震聯(lián)合標(biāo)定和子波提?。虎劾媒忉尩膶游?、斷層構(gòu)建框架模型；④建立低頻模型；⑤設(shè)置反演參數(shù)并得到最終阻抗體。

3.1數(shù)據(jù)可行性分析

數(shù)據(jù)可行性分析主要包括測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)可行性分析和地震數(shù)據(jù)可行性分析，其目的是確保測(cè)井曲線均為標(biāo)準(zhǔn)化之后的，且地震數(shù)據(jù)不受“采集腳印”的影響。利用測(cè)井儲(chǔ)層評(píng)價(jià)與巖石物理正演技術(shù)研究儲(chǔ)層的彈性響應(yīng)特征（對(duì)于疊后反演主要指的是縱波波阻抗），在波阻抗能夠指示并區(qū)分巖性的前提下進(jìn)行下一步的研究。在研究中主要是評(píng)估用于反演數(shù)據(jù)輸入的地震、層位和井?dāng)?shù)據(jù)，保證資料齊全、品質(zhì)好，對(duì)于資料品質(zhì)達(dá)不到要求的可以做一些簡單處理等。

3.2井震標(biāo)定和子波提取

合成地震記錄是進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)，是連接地震、地質(zhì)和測(cè)井工作的橋梁。其目的是利用測(cè)井資料的高分辨率精細(xì)標(biāo)定各巖性界面在地震剖面上的反射位置［17］，它擔(dān)負(fù)著井震標(biāo)定和子波提取兩大任務(wù)。井震標(biāo)定和子波提取是一個(gè)不斷迭代的過程，兩大部分內(nèi)容相輔相成。筆者針對(duì)杜坡油田測(cè)井資料的品質(zhì)，選取了14口井分別制作了合成地震記錄：首先用聲波時(shí)差和密度數(shù)據(jù)生成波阻抗和反射系數(shù)曲線，使之與初始Ricker子波進(jìn)行褶積得到合成地震記錄，調(diào)整合成記錄使其與井旁地震道吻合良好；其次進(jìn)行多輪子波提取，本次研究采取了四輪子波提取方法，即提取振幅譜子波、相位譜子波、振幅-相位譜子波和多井綜合子波（圖2）；然后分別用提取的這一系列子波制作合成記錄，調(diào)整時(shí)深關(guān)系使相關(guān)系數(shù)達(dá)到最高，井上分層與解釋層位盡量對(duì)齊，如此反復(fù)，直至得到理想效果［合成地震記錄與地震波形具有良好的相似性（相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.7以上），相對(duì)能量關(guān)系以及頻率和相位都與地震道較為匹配（圖3）］。

圖2　子波估算及提取Fig.2　Wavelet estimation and extraction

圖3　B208井合成地震記錄Fig.3　Synthetic seismogram of B208 well

3.3低頻模型的建立

利用Jason軟件中的Earth Model FT模塊，將地震解釋的層位和斷層等數(shù)據(jù)導(dǎo)入后，建立地質(zhì)框架模型，在框架模型控制下，用快速克里金插值將波阻抗數(shù)據(jù)沿層進(jìn)行內(nèi)插和外推，進(jìn)而生成低頻模型。低頻模型的建立是為了給出反演的低頻趨勢(shì)，減少反演的不確定性，從而揭示波阻抗的空間變化趨勢(shì)。杜坡油田儲(chǔ)層復(fù)雜，斷層發(fā)育，但斷距比較小，而約束稀疏脈沖反演的分辨率比較低，使得斷層對(duì)反演影響較小，因此在低頻模型的建立中沒有加入斷層數(shù)據(jù)（圖4）。

圖4　低頻模型Fig.4　Low frequency model

3.4反演重要參數(shù)設(shè)置

在反演過程中，稀疏性約束因子、地震信噪比、合并頻率及子波刻度因子等質(zhì)量控制參數(shù)比較重要。其中，稀疏性約束因子反映的是反射系數(shù)序列的稀疏性，其值越小，反射系數(shù)序列越稀疏；地震信噪比反映約束反演結(jié)果與地震數(shù)據(jù)的相似性，信噪比越高，表示從反演結(jié)果中轉(zhuǎn)換的合成記錄與地震道相關(guān)性越好；合并頻率就是地震與模型合并的低頻點(diǎn)，從幾赫茲開始由模型中的低頻替換掉反演的低頻成分；子波刻度因子通常直接按默認(rèn)值1進(jìn)行反演是沒有問題的，但由于提取子波的時(shí)窗與反演時(shí)窗通常不一致，所以有必要進(jìn)行調(diào)試子波刻度因子。由于地震數(shù)據(jù)缺少低頻成分，反演得到的縱波波阻抗的低頻成分是不穩(wěn)定的，因此，約束稀疏脈沖反演時(shí)不用這部分低頻，而是用模型中的低頻成分替代。對(duì)以上4個(gè)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，用General QC功能，選取拐點(diǎn)處的值即可。

4　反演結(jié)果分析

約束稀疏脈沖反演是基于地震道的反演，其垂向分辨率可達(dá)1/8波長。當(dāng)?shù)卣鹳Y料品質(zhì)較差時(shí)，該方法難以分辨薄層。圖5為杜坡油田反演得到的波阻抗剖面，圖中砂巖表現(xiàn)為高阻抗特征。從圖5可看出：核三段Ⅱ，Ⅲ和Ⅵ油組砂體明顯比其他油組發(fā)育，砂體縱向變化較大，其間發(fā)育薄層泥質(zhì)沉積，這與地質(zhì)研究成果較為符合，10 m以上的砂層基本得以分辨。圖6為核三段Ⅵ油組波阻抗平面分布圖，色標(biāo)從藍(lán)綠色到紅黃色反映波阻抗值從低到高的特征。由此看出：Ⅵ油組砂體橫向變化大，整體連續(xù)性較差，西部地區(qū)砂體較為發(fā)育，東部地區(qū)泥巖較為發(fā)育。在西北地區(qū)鉆遇的井中，如B232井和B370井，均有很好的油氣顯示，證實(shí)了反演結(jié)果的準(zhǔn)確性，但是約束稀疏脈沖反演對(duì)于薄層預(yù)測(cè)不甚理想，薄層在反演剖面上分辨不清，垂向分辨率有待提高。由于該方法較好地保留了地震數(shù)據(jù)的原始特征，能在空間上反映波阻抗的總體變化趨勢(shì)，如果資料允許，可以對(duì)反演結(jié)果求取橫向變差函數(shù)，采用先進(jìn)的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行薄層識(shí)別和預(yù)測(cè)。

圖5　核三段Ⅱ—Ⅵ油組波阻抗反演剖面Fig.5　The section of P-impedance inversion ofⅡ-Ⅵoil groups of the third member of Hetaoyuan Formation

圖6　核三段Ⅵ油組波阻抗平面分布Fig.6　The plane distribution of P-impedance inversion ofⅥoil group of the third member of Hetaoyuan Formation

5　結(jié)論

（1）約束稀疏脈沖反演較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)了杜坡油田儲(chǔ)層砂體的縱向和橫向展布規(guī)律，為后期油氣勘探開發(fā)提供了參考依據(jù)。

（2）杜坡油田核三段砂體縱向變化較快、橫向連續(xù)性差，Ⅱ，Ⅲ和Ⅵ油組砂體明顯比其他油組發(fā)育，Ⅵ油組西部地區(qū)砂巖較發(fā)育，東部地區(qū)泥巖較發(fā)育，B232井區(qū)和B370井區(qū)是Ⅵ油組下一步油氣勘探的重點(diǎn)區(qū)域。

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（本文編輯：楊琦）

Application of constrained sparse spike inversion in the third member of Hetaoyuan Formation in Dupo Oilfield

ZHANG Yi，YIN Yanshu
（College of Geosciences，Yangtze University，Wuhan 430100，China）

The reservoir in Dupo Oilfield is controlled by structure and channel sand body，and has fast lateral variation andwell developedfracture，whichrestrictsthedevelopment ofoilfieldinthelateproduction.Inorder to make clear the reservoir distribution characteristics，we need to depict the development and distribution of sand body through seismic inversion technique.Based on the geologic，seismic and logging data，this paper carried out reservoir prediction ofⅡ-Ⅵoil groups of the third member of Hetaoyuan Formation.According to the basic principle of constrained sparse spike inversion，carried out feasibility analysis，well-to-seismic calibration and wavelet extraction，formed frame model by using interpreted formation and fault，then established low frequency model，and finally completed the study on constrainedsparse spike inversion by setting important parameters.Through analyzing inversion results，the development and distribution of sand body of the third member of Hetaoyuan Formation in Dupo Oilfield are clear，which depicts the distribution characteristics of reservoir to a certain extent and provides a reference for the next development and adjustment ofDupoOilfield.

constrained sparse spike inversion；wavelet extraction；lowfrequencymodel；the third member ofHetaoyuan Formation；reservioir prediction；DupoOilfield

P631.4

A

1673-8926（2015）03-0103-05

2014-12-22；

2015-02-28

國家重大科技專項(xiàng)“精細(xì)油藏描述技術(shù)及剩余油賦存方式研究”（編號(hào)：2011ZX05011-001）資助

張義（1990-），男，長江大學(xué)在讀碩士研究生，研究方向?yàn)榫?xì)油藏描述。地址：（430100）湖北省武漢市蔡甸區(qū)大學(xué)路長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院。E-mail：1551269385@qq.com

尹艷樹（1978-），男，博士，教授，主要從事儲(chǔ)層地質(zhì)建模和油藏描述方面的教學(xué)與科研工作。E-mail：yys@yangtzeu.edu.cn。