渤海西南部地區(qū)地震多參數(shù)綜合含油氣性檢測(cè)

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司渤海石油研究院 天津 300459）

20世紀(jì)70年代，“亮點(diǎn)”技術(shù)風(fēng)靡一時(shí)，標(biāo)志著地震油氣檢測(cè)技術(shù)的誕生，引入我國(guó)后，實(shí)踐表明中國(guó)東部陸相斷陷盆地地層中的油氣地震反射特征多為暗點(diǎn)。1986年，梁遺貴給出了判斷暗點(diǎn)的詳細(xì)步驟[1]。1982年，Ostrander提出利用反射系數(shù)隨入射角的變化來(lái)判識(shí)含氣砂巖，標(biāo)志著實(shí)用AVO技術(shù)的出現(xiàn)。1985年，Shuey提出兩項(xiàng)Shuey近似公式，AVO屬性分析技術(shù)成為含油氣檢測(cè)的主流方法[2]。1987年，Smith＆Gidlow提出流體因子的概念，用來(lái)判別含烴異常，在此基礎(chǔ)上發(fā)展了泊松阻抗和LMR技術(shù)等[3]。近年來(lái)，含油氣檢測(cè)方法應(yīng)用進(jìn)展快速，主要基于疊后地震蘊(yùn)含的特殊屬性，如：能量衰減梯度、低頻增強(qiáng)、高頻衰減梯度、能量比值、強(qiáng)振幅累加油氣指示因子、高頻亮點(diǎn)加權(quán)、極值能量、時(shí)頻相位、流體流度等屬性[4]。亮點(diǎn)技術(shù)、AVO技術(shù)各自存在局限性，各類(lèi)參數(shù)與屬性含油氣檢測(cè)方法對(duì)地質(zhì)條件要求高，皆表明單一方法與屬性適應(yīng)性較差且多解性較強(qiáng)。因此本文建立了地震多參數(shù)綜合含油氣檢測(cè)的技術(shù)流程，并在渤海西南部地區(qū)進(jìn)行了成功應(yīng)用，助推了該地區(qū)獲得重大油氣發(fā)現(xiàn)。

1 地震多參數(shù)綜合含油氣性檢測(cè)技術(shù)流程的建立

針對(duì)研究區(qū)面臨難點(diǎn)，充分剖析其形成原因，從疊前CRP道集資料出發(fā)，多方位挖掘地震資料隱含的流體信息，提取疊前AVO屬性，獲取地震彈性參數(shù)，計(jì)算與流體信息相關(guān)的巖石物理參數(shù)，綜合分析所獲得的各類(lèi)參數(shù)，預(yù)測(cè)研究區(qū)目的層段含油氣性。

1.1 疊前地震AVO屬性分析

AVO技術(shù)的核心是從彈性波理論出發(fā)研究地震反射振幅隨入射角變化的規(guī)律以及與地層巖性、含流體性質(zhì)的關(guān)系。1955年Koefoed在簡(jiǎn)化了Zoeppritz方程的基礎(chǔ)上，設(shè)定界面兩邊泊松比不同，所得縱波反射系數(shù)隨入射角的改變而變化的范圍大大增加，有利地促進(jìn)了AVO技術(shù)的向前發(fā)展[5-6]。Aki和Richards在前人研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了泊松比對(duì)反射系數(shù)的影響，給出了反射系數(shù)隨縱波、橫波及入射角變化的公式。最具代表性和應(yīng)用性的是1985年Shuey等人的簡(jiǎn)化近似公式，即Shuey二項(xiàng)式（1）[7-8]

式（1）中：P為垂直入射反射系數(shù)；G為該方程的斜率或梯度；θ為入射角。該方程表明反射振幅與sin2θ近似呈直線關(guān)系，并賦予了各參數(shù)明確的物理意義。

在作AVO正演模型時(shí)，反射系數(shù)是根據(jù)Zoeppritz方程或其簡(jiǎn)化式計(jì)算出來(lái)的，包含了射線入射角的影響，所以我們?cè)谔幚頃r(shí)，近似認(rèn)為振幅的計(jì)算僅與反射系數(shù)有關(guān)。根據(jù)Shuey公式，在已知角度θ和對(duì)應(yīng)反射系數(shù)R（θ）的情況下，可用最小二乘法擬合或其他準(zhǔn)則求出截距P和斜率G，把P和G進(jìn)行組合運(yùn)算，就可得到具有不同意義的AVO屬性剖面。本文主要計(jì)算了5種AVO屬性參數(shù)剖面，包括：①P剖面（垂直入射P波反射系數(shù)，截距剖面）；②G剖面（梯度剖面）；③S剖面（P-G剖面，垂直入射S波反射系數(shù)）；④RP/RS剖面（P+G剖面，P波和S波反射系數(shù)差異剖面）；⑤P×G剖面或P×|G|剖面（AVO異常指示因子）。

1.2 疊前地震彈性參數(shù)獲取

本次利用疊前地震同時(shí)反演方法獲得了縱波阻抗、橫波阻抗、縱波速度、橫波速度、縱橫波速度比、拉梅常數(shù)等。疊前地震資料同時(shí)反演是目前疊前反演的一項(xiàng)重要技術(shù)，它能夠同時(shí)得到縱、橫波速度、密度數(shù)據(jù)體，在此基礎(chǔ)上可以推出縱橫波速度比、泊松比等有用的巖石彈性參數(shù)與含流體參數(shù)信息。

疊前地震資料同時(shí)反演的原理基于Fatti對(duì)Zoeppritz方程的如下簡(jiǎn)化[9]：

其中

對(duì)于垂直入射的縱波反射系數(shù)，可以寫(xiě)成

定義：

同理：

地震記錄T是地震子波W和反射系數(shù)RP的褶積，F(xiàn)atti方程可以寫(xiě)成：

式（4）中：W（θ）為不同角度道集的子波。

利用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，可以得到縱橫波波阻抗和密度，進(jìn)行交匯可以得到如下關(guān)系：

式（5）、（6）中：k和m是斜率；kc和mc是直線截距；ΔLS和ΔLD是油氣散點(diǎn)的偏離距離。

為便于實(shí)際應(yīng)用，F(xiàn)atti方程進(jìn)一步寫(xiě)成：

其中

最后可以得到解[10]

疊前地震同時(shí)反演計(jì)算步驟如下：

1）給定一組角度道集和對(duì)應(yīng)每個(gè)角度道集的地震子波；

2）利用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)最優(yōu)擬合出k和m值；

3）給定初始解：[LPΔLSΔLD]T=[LP0 0]T；

4）利用共扼梯度法求解方程；

5）反演得到ZP、ZS和ρ。

1.3 電阻率與含水飽和度體計(jì)算

電阻率與含水飽和度可以直接判別地層含油氣性，通過(guò)建立地震資料與二者的聯(lián)系，獲得這兩種參數(shù)數(shù)據(jù)體?？紤]疊前中角度道集數(shù)據(jù)既避免了多次波，又具有較高信噪比，因此基于疊前中角度部分道集疊加數(shù)據(jù)，采用基于模型的反演方法反演出電阻率數(shù)據(jù)體。聯(lián)合多元線性相關(guān)與RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，建立了與流體息息相關(guān)的地震內(nèi)部屬性、外部屬性及轉(zhuǎn)換屬性等上百類(lèi)數(shù)據(jù)與含水飽和度的復(fù)雜關(guān)系，計(jì)算了含水飽和度體。

1.3.1 基于模型的電阻率反演

基于模型的反演方法的基本思路是：先建立一個(gè)初始地層波阻抗模型，然后由此模型進(jìn)行地震正演，求得合成地震記錄；將合成地震記錄與實(shí)際地震記錄相比較，根據(jù)比較結(jié)果，修改地層波阻抗模型的速度、密度、深度值及子波；再正演求取合成地震記錄，與實(shí)際地震記錄比較后，繼續(xù)修改波阻抗模型。如此多次反復(fù)，從而不斷地通過(guò)迭代修改，直至合成地震記錄與實(shí)際地震記錄最接近，最終得到地下的波阻抗模型?；谀Ｐ偷碾娮杪史囱菁赐ㄟ^(guò)井的電阻率曲線建立電阻率模型，建立電阻率與波阻抗的關(guān)系，通過(guò)不斷修改電阻率模型，實(shí)現(xiàn)上述過(guò)程最終輸出電阻率反演結(jié)果。

1.3.2 含水飽和度求取

我們已經(jīng)得到了所需的內(nèi)部屬性與外部屬性（本文內(nèi)部屬性指地震振幅、頻率、相位等來(lái)源于地震數(shù)據(jù)的直接屬性，外部屬性指通過(guò)地震反演或復(fù)雜計(jì)算得到的密度、速度、阻抗等間接屬性），通過(guò)單屬性分析建立目標(biāo)屬性與這些屬性的關(guān)系，優(yōu)選出相關(guān)度較高的屬性；通過(guò)多屬性分析建立目標(biāo)屬性與優(yōu)選屬性組合之間的關(guān)系，優(yōu)選出相關(guān)度較高的屬性組合，聯(lián)合多元線性相關(guān)與基于徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RBFN），建立含水飽和度與地震內(nèi)部屬性、外部屬性及轉(zhuǎn)換屬性等上百類(lèi)數(shù)據(jù)的復(fù)雜關(guān)系，預(yù)測(cè)含水飽和度體（圖1）。

圖1 含水飽和度計(jì)算流程Fig.1 Water saturation calculation process

單屬性分析用于建立目標(biāo)屬性與樣本屬性之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的關(guān)系，多屬性分析用于建立目標(biāo)屬性與樣本屬性組合之間的關(guān)系，RBFN則是在上述屬性分析后進(jìn)一步優(yōu)化樣本屬性組合，進(jìn)行迭代運(yùn)算。RBFN與概率性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（PNN）非常相似，每個(gè)訓(xùn)練點(diǎn)也有一個(gè)加權(quán)系數(shù)，并且這些加權(quán)系數(shù)都要乘以一個(gè)屬性點(diǎn)間距離的高斯函數(shù)，這個(gè)函數(shù)是由σ參數(shù)控制的。RBFN與PNN不同之處是，RBFN的加權(quán)系數(shù)是提前計(jì)算出來(lái)后被采用的，而PNN的加權(quán)系數(shù)是計(jì)算目標(biāo)值時(shí)同時(shí)計(jì)算的，也就是說(shuō)RBFN的σ參數(shù)是固定值，PNN的參數(shù)是變化的，這樣使得RBFN的迭代運(yùn)算更加高效。

RBFN的擬合方程為

其中

σ值的確定對(duì)RBFN運(yùn)算起到了決定性作用，使用交互驗(yàn)證來(lái)確定正確的σ值，即遺留已知的值并對(duì)它進(jìn)行預(yù)測(cè)。如：抽取5個(gè)樣本點(diǎn)，其中3個(gè)用作訓(xùn)練（實(shí)心），2個(gè)用作驗(yàn)證（空心），所得到的曲線與驗(yàn)證樣本點(diǎn)誤差最小時(shí)對(duì)應(yīng)的σ值即為最合適的，顯然σ=1時(shí)最合適（圖2）。

圖2 RBFN驗(yàn)證結(jié)果Fig.2 RBFN validation results

RBFN加權(quán)系數(shù)求取可以通過(guò)如下矩陣方程來(lái)實(shí)現(xiàn)：

其中

1.4 技術(shù)流程

以實(shí)際井資料為基礎(chǔ)，結(jié)合前人研究成果[11-16]，開(kāi)展大量巖石物理分析與正演模擬，對(duì)方法適用性進(jìn)行了論證。結(jié)合實(shí)際井資料研究成果，從疊前道集資料出發(fā)，充分挖掘了地震反射中隱含的流體敏感信息，包括振幅、頻率、相位、地震AVO屬性、彈性參數(shù)、電阻率等，聯(lián)合多元線性相關(guān)與RBFN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，建立與流體息息相關(guān)的地震內(nèi)部屬性、外部屬性及轉(zhuǎn)換屬性等數(shù)據(jù)與含水飽和度的復(fù)雜關(guān)系，預(yù)測(cè)含水飽和度體，最終優(yōu)選出流體高敏感參數(shù)進(jìn)行研究區(qū)含油氣性檢測(cè)（圖3）。

圖3 地震多參數(shù)綜合含油氣性檢測(cè)技術(shù)流程Fig.3 Flow for seismic multi-parameter detection technology of oil and gas

2 在渤海西南部地區(qū)中的應(yīng)用

2.1 研究區(qū)概況

渤海西南部A構(gòu)造夾持在渤中凹陷主洼和西南次洼之間，成藏條件優(yōu)越。由于鉆前含油氣性指示不明，影響井位部署，導(dǎo)致該區(qū)勘探進(jìn)展緩慢。目的層段原油密度為900 kg/m3，黏度為70 mPa·s，整體密度與黏度較低；平均孔隙度為30%，平均滲透率為843.2 mD，儲(chǔ)層以高孔、高滲儲(chǔ)層為主，有利于開(kāi)展含油氣檢測(cè)工作。

2.2 巖石物理分析

測(cè)井資料不僅影響了各類(lèi)參數(shù)求取的準(zhǔn)確性，還決定了含油氣檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用的可行性，測(cè)井曲線校正與巖石物理分析顯得尤為重要。研究區(qū)部分井井壁垮塌嚴(yán)重，影響了密度數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)質(zhì)量，因此進(jìn)行了密度曲線的校正，校正后巖石物理特征更加明顯、可靠，砂巖表現(xiàn)為低阻抗、低密度，聲波差異不明顯，整體區(qū)分性較好。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了各參數(shù)流體敏感性分析，優(yōu)選出了對(duì)含油氣性較為敏感的參數(shù)，按敏感性由高至低排序?yàn)椋弘娮杪?、λρ、密度、縱波阻抗、縱波速度（圖4）。

圖4 渤海西南部A構(gòu)造測(cè)井計(jì)算彈性參數(shù)的含油氣性敏感分析Fig.4 Oil and gas sensitivity analysis of logging calculation elastic parameters in A structure，southwestern Bohai sea

2.3 含油氣性檢測(cè)效果

在疊前道集資料基礎(chǔ)上進(jìn)行了AVO屬性分析，分析結(jié)果表明AVO屬性對(duì)油氣響應(yīng)較為敏感。w3井位于構(gòu)造相對(duì)低部位，該井未鉆遇油氣，AVO截距與梯度屬性皆無(wú)異常響應(yīng)；w2井位于構(gòu)造高部位，該井在館陶組鉆遇多套油層，這些油層在AVO截距與梯度剖面上表現(xiàn)為低振幅異常，總體吻合率達(dá)到了80%（圖5）。依據(jù)巖石物理分析結(jié)果，密度、阻抗等屬性對(duì)油氣較為敏感，采用疊前同時(shí)反演方法獲得了密度、阻抗、λρ地震數(shù)據(jù)體。然而儲(chǔ)層厚度、物性及含油氣性等都會(huì)導(dǎo)致這3類(lèi)屬性低振幅響應(yīng)，難以把含油氣響應(yīng)信息單獨(dú)剝離出來(lái)，因此不能通過(guò)這些屬性來(lái)直接進(jìn)行含油氣性檢測(cè)，但儲(chǔ)層含油氣后會(huì)加劇這三類(lèi)屬性的低振幅特性，于是可以借用這三類(lèi)屬性振幅分布規(guī)律初步篩選含油氣儲(chǔ)層的范圍，同時(shí)為后續(xù)進(jìn)一步開(kāi)展儲(chǔ)層含油氣性檢測(cè)提供基礎(chǔ)參數(shù)。剖面上，三類(lèi)屬性反演結(jié)果與已鉆井吻合較好；提取館陶組內(nèi)部一套儲(chǔ)層平面屬性，3口井均處于三類(lèi)屬性低振幅區(qū)，其中w2井鉆遇油層，w1、w3井鉆遇水層，初步認(rèn)為含油氣儲(chǔ)層分布于三類(lèi)屬性低振幅區(qū)（圖6）。電阻率通常作為測(cè)井判別儲(chǔ)層含油氣的重要參數(shù)，此次采用基于模型的地震反演方法求取了電阻率地震數(shù)據(jù)體，反演結(jié)果與已鉆井吻合較好，其中w2井為約束井，w3井為盲井，井震吻合良好（圖7）。

圖5 渤海西南部A構(gòu)造疊前AVO截距與梯度屬性井震吻合度分析Fig.5 Analysis of coincidence degree between pre-stack AVO intercept and gradient attribute in A structure，southwestern Bohai sea

圖6 渤海西南部A構(gòu)造敏感性彈性參數(shù)平面與對(duì)應(yīng)剖面展布特征Fig.6 Sensitivity elastic parameter plane and section spread characteristics in A structure，southwestern Bohai sea

為了直接獲得儲(chǔ)層含油氣性信息，以地震外部屬性（密度、阻抗、λρ、電阻率等）、地震內(nèi)部屬性（振幅、頻率、相位等）以及由這些屬性計(jì)算的地震轉(zhuǎn)換屬性為輸入，采用基于徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法對(duì)大量屬性進(jìn)行綜合運(yùn)算，獲得了含水飽和度數(shù)據(jù)體，該屬性進(jìn)一步降低了單一屬性帶來(lái)的多解性，其預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)鉆具有更好的吻合效果，吻合率高達(dá)90%，w2井多套含油儲(chǔ)層對(duì)應(yīng)于含水飽和度剖面的低振幅響應(yīng)，w3井未鉆遇油氣，含水飽和度對(duì)應(yīng)高振幅值（圖8）。

AVO屬性分析結(jié)果僅來(lái)源于地震資料，沒(méi)有井的參與，能更為客觀地對(duì)儲(chǔ)層含油氣性進(jìn)行預(yù)測(cè)，含水飽和度與電阻率屬性來(lái)源于井震結(jié)合的結(jié)果，具有更高的精度，綜合分析優(yōu)選出的這三類(lèi)屬性，降低了儲(chǔ)層含油氣性預(yù)測(cè)的多解性。通過(guò)提取研究區(qū)館陶組三油組頂面這三類(lèi)參數(shù)的平面屬性，總體井震吻合率較高，其中w2、w4井該層含油，處在三類(lèi)屬性異常區(qū)內(nèi)，w1井含水，處在三類(lèi)屬性異常區(qū)外，w3井含水，處在三類(lèi)屬性異常區(qū)邊部，而且鉆后含油面積范圍與平面屬性分布范圍一致（圖9）。

圖8 渤海西南部A構(gòu)造含水飽和度預(yù)測(cè)效果分析Fig.8 Analysis of water saturation prediction effect in A structure，southwestern Bohai sea

圖9 渤海西南部A構(gòu)造地震多參數(shù)綜合含油氣性檢測(cè)效果分析Fig.9 Analysis of seismic multi-parameter comprehensive hydrocarbon detection in A structure，southwestern Bohai sea

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)單一屬性預(yù)測(cè)儲(chǔ)層含油氣性多解性較強(qiáng)，本次從疊前道集資料出發(fā)，充分挖掘了地震反射中隱含的多種流體敏感信息，最終優(yōu)選出AVO截距、含水飽和度、電阻率三類(lèi)儲(chǔ)層含油氣敏感參數(shù)，對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行綜合分析，降低了多解性，實(shí)現(xiàn)了渤海海域西南部A構(gòu)造館陶組含油氣性預(yù)測(cè)，應(yīng)用效果較好。