地震反演和分频技术在深水油气勘探中的应用

张勇刚，吕福亮，范国章，邵大力，徐志诚

(中国石油杭州地质研究院，浙江杭州 310023）

地震反演和分频技术在深水油气勘探中的应用

张勇刚，吕福亮，范国章，邵大力，徐志诚

(中国石油杭州地质研究院，浙江杭州 310023）

对于深水沉积盆地，由于高投入、高风险、高技术因素，有些区域内勘探程度低或无钻井，在此条件下如何更好地寻找有利区带，提高勘探成功率是最迫切的问题。为此，运用无井反演和地震分频技术对西非某深水盆地进行了研究。地震分频技术实现了在频率域内通过调谐振幅属性的对应关系来研究储层横向变化规律，经分频处理后的地震数据其解释分辨率高于常规地震主频所能达到的分辨能力，有利于确定含油气储集层边界、估算地层厚度。在无井地区开展波阻抗反演，和地震分频技术结果进行相互印证，预测了西非某深水盆地有利相带和储层的发育区带。

无井反演;波阻抗;地震分频;深水勘探

目前，海洋已成为世界未来油气勘探的重要领域，且有向着更深水域和更深地层领域发展的趋势。但从全球来看，深水勘探还是个未成熟勘探新区，这主要由于深水勘探的高投入、高风险、高技术因素所决定。许多深水沉积盆地仅进行过少量勘探，区域内仅有部分地震资料，无井或仅有少量的钻井，在此条件下，如何更好地寻找有利区带，降低勘探风险，提高勘探的成功率是当前最迫切的问题。地震资料横向信息丰富，具有较高的横向分辨率，而测井资料纵向分辨率高，能够提供地震数据所缺乏的低频和高频成分［1］，在勘探区无井的情况下，可以通过无井波阻抗反演和地震分频技术来提高地震资料的分辨率，从地震记录中获取更真实地质意义的地层参数，从而指导勘探生产。

1 无井波阻抗反演和地震分频技术

1.1 无井波阻抗反演

地震反演技术就是综合运用地震、测井、地质等资料以揭示地下目标层(储层、油气层）的空间几何形态(包括目标层厚度、顶底构造形态、延伸方向、延伸范围、尖灭位置等）和目标层微观特征，它是将大面积的连续分布的地震资料与具有高分辨率的井点测井资料进行匹配、转换和结合的过程。经过地震反演，可以把地震波信息转化为岩石信息，使其能与钻井、测井直接对比，以岩层为单元进行地质解释，在目前岩性圈闭识别中，地震数据反演已经成为寻找岩性油气藏最有效的方法之一。

由于地震资料在采集和处理过程中，往往截掉了8 Hz以下的低频成份，因此在地震反演的中频段波阻抗基础上，一定要想法从其它来源(如声波测井、地震速度谱等）来补足低频成分。在勘探区无井或邻区没有可参考井的情况下，可以用地震资料处理中的叠加速度谱资料来补充研究工区波阻抗低频部分。由地震处理中的叠加速度谱解释结果，根据所构建的地层解释框架，进行空间插值，形成叠加速度体，再转换成层速度体，根据速度与密度换算公式(Gardener公式），得到密度体，两者相乘得到波阻抗体，即为波阻抗的低频成分。这样做既可以补充因无测井资料而损失的波阻抗低频成分，同时避免了由于测井资料的横向稀疏性而导致的在远离井位置处波阻抗值的不准确性。

1.2 地震分频技术

频谱分解技术 (SpecDecomp）是一项基于频率的储层解释技术，它展现给我们的是一种新的地震解释方法，使解释人员能快速而有效地描述储层特征的空间变化。在地震勘探中，由于储层厚度与对其检测的反射波频率的调谐厚度 (即厚度等于检测波波长的四分之一）相等或相近时，地震反射波波峰与波峰、波谷与波谷相叠加而出现调谐作用使反射波能量变大而存在异常［2］。分频处理技术就是针对这种现象，通过离散傅立叶变换(DFT）将地震数据由时间域转换到频率域，将地震数据分解成不同频率域的调谐体，转后产生的振幅谱可以识别地层的时间厚度变化，相位谱可以检测地质体横向上的地质不连续性。利用调谐频率振幅数据体切片，可以确定异常体时空分布;利用调谐频率瞬时相位数据体切片，可以确定异常体边界［3］。通常上，不同频率可检测沉积砂体厚度的相对变化，高频对薄层有调谐响应，可分辨出薄层沉积砂体，低频对厚层有调谐响应，可分辨厚层沉积砂体 (图1）。利用不同频率体属性的平面分布检测不同厚度沉积体边界的变化，可为沉积相演化和储层评价提供准确依据。

图1 不同频率地震资料可识别砂体时间厚度对比图(引用于Landmark）Fig.1 Time-thickness correlation in seismic data with different frequency(modified from Landmark）

2 应用实例

2.1 研究区地质背景

研究区位于西非某盆地最西侧的深水海域，区块面积2 703 km2，水深1 700～2 260 m，属于海上超深水勘探区块。区内勘探程度低，属于西非海域勘探空白区，目前尚无钻井，因此研究区层位的标定只能通过邻区钻井的标定来实现。该区断裂系统相对单一，主要发育北东—南西向走滑断裂。通过周边区的研究资料及该区三维地震剖面分析表明，该区为深水海底扇碎屑岩沉积，主要发育有水道、天然堤—越岸沉积、朵叶体/席状砂等多种沉积体系结构单元(图2）。

图2 研究区地震剖面(第四系沉积，水道复合体）Fig.2 Seismic profile in the survey(Quaternary deposition，complex channel）

2.2 无井波阻抗反演的实现

无井波阻抗反演的实现主要通过如下几步(图3）。(1）速度转换:首先剔除三维速度谱资料中的奇异值，然后建立本区的速度场模型，转换为层速度体［4］;(2）伪井曲线的提取:依据计算的层速度体来提取伪井，伪井井点坐标选择的原则为:井点所处的线道为过原始的采样点，该区速度谱数据点原始间距为40道×40道，尽量避免井位处提取的层速度数据不是通过原始速度谱点插值出来的数据值，提高数据的准确性;提取多口伪井时，井点分布在研究区的不同构造区带上，能反映不同构造带上的曲线特征进行反演;(3）子波的提取［5］:通过伪井提取的声波曲线与地震道进行合成记录标定，提取子波，同时从多口井提取的子波中，挑选波形较好、相对较平稳的子波取平均值作为反演的子波;(4）初始波阻抗模型和稀疏脉冲反演:初始波阻抗模型是补偿低频成分，依据已建立的地质框架模型，对伪井数据沿层内插外推，产生一个平滑的初始波阻抗模型。约束稀疏反演的关键参数λ反映波阻抗值和子波褶积产生的合成地震道与实际地震道匹配程度的好坏［6］，λ值太大，过分强调地震残差最小，一味地使合成记录与原始地震道吻合，会使一些噪音也加到了反演剖面中，同时也忽略了反射系数的稀疏，即忽略了波阻抗变化的低频成分，本区λ取值为9，使得反演剖面既保持细节又不损失低频背景。

图3 无井波阻抗反演流程图Fig.3 Flow diagram of no-well wave impedance inversion

通过对反演结果分析，可知该反演效果较好，能反映本区沉积储层特征。图4为井点波阻抗与伪井曲线计算波阻抗值对比，可看到二者能较好的匹配。图5为地震剖面与反演波阻抗剖面对比，由于波阻抗反演剖面中合并叠加速度的低频部分及地震有限带宽部分，因此波阻抗反演剖面对深水沉积的砂体分布表现清晰，能指示层段内砂岩的分布特征，较好地反映岩性变化特征，相比地震剖面分辨率更高。

图4 井点波阻抗(蓝线）与伪井计算波阻抗值对比(红线）Fig.4 Impedance value correlation between seismic(blue line）and pseudo well(red line）

图5 地震剖面(左）与反演波阻抗剖面(右）对比图Fig.5 Correlation of seismic(left）and inversion impedance profile(right）

2.3 地震分频的实现

地震分频的实现运用Paradigm软件模块，通过扫描本区三维地震数据体的频带分布范围，该区频带约为5～40 Hz，取步长为5，可以在原始地震数据体基础上，得到8个不同频带范围的调谐体。图6为该区发育的典型分流水道，在地震剖面上表现为短截状、强振幅反射特征。针对不同频率的调谐体沿目的层进行分频体属性的提取(图7），可以发现不同频率的地震均方根振幅属性能反映出不同的砂体范围，与常规地震道提取的属性相比，更能刻划出目的层储层厚度和范围的空间变化规律，具体表现为:频率为30 Hz的数据体上，水道规模与常规地震属性基本一致，其边界模糊不清晰;在频率为20 Hz的数据体上，水道规模略有减小，但其边界变得清晰;在频率为10 Hz的数据体上，水道规模大幅减小，两侧中等振幅值被过滤，使其边界变得更清晰。由此可见，该水道主体部位为厚层沉积，由主体部位向两侧呈现逐渐减薄趋势。研究证明10 Hz分频数据体来刻画厚层砂体最理想，沉积边界最清晰。该区速度范围大致在2 000～4 000 m/s，对应10 Hz分频数据体，可刻画的地层厚度可达50～100 m。如果说砂岩单层厚度可达50 m以上，那么即使是在深海环境下，也是非常有利的储层，因此以下的研究基于10 Hz分频数据体属性提取展开研究。

图6 研究区典型地震剖面(分流水道）Fig.6 Typical seismic profile in the survey(distributary channel）

2.4 无井反演和地震分频结果的沉积学解释［7］

得到无井反演和地震分频成果后，可以对相关的数据体进行各种属性运算和提取。我们对M阶下部往上开时窗120 ms提取不同频率的分频体均方根振幅和波阻抗均方根振幅，图8左为10 Hz分频体对应的均方根振幅平面图，从属性图上可以看到明显的多期分流水道相互叠置和横向上迁移发育特征，其物源为东南方向，而地震反演图上(图8中）可看到水道前端多个高波阻抗值区的朵叶体沉积。对M阶上部往下开时窗100 ms，10 Hz分频体(图9左）和地震反演图(图9中）二者匹配关系较好，表现为高波阻抗值，为富砂充填的分流水道沉积，其物源方向东西向和东北向。M阶沉积环境总体上表现为水体变浅的过程，在其沉积演化过程中，下部沉积时期位于中扇下部，以分流水道和朵叶体沉积为主，上部沉积时期位于中扇上部，以分流水道沉积为主。

图7 常规地震和分频体沿层属性提取平面图Fig.7 Attribute maps along horizon from conventional and spectrum decomposition volumes

图8 M阶下部沉积相解释成果图Fig.8 Distribution of sedimentary facies in the lower M Fm.

图9 M阶上部沉积相解释成果图Fig.9 Distribution of sedimentary facies in the upper M Fm.

3 结论

在深水油气勘探中，面对低勘探程度区，在缺乏钻井、测井和其他资料可借鉴的基础上，运用地震反演和分频技术不失为深水储层砂体研究的较好方法和手段，可以为沉积演化和储层评价提供基础资料。

分频解释技术实现了在频率域内通过调谐振幅属性的对应关系来研究储层横向变化规律，经分频处理后的地震数据其解释分辨率高于常规地震主频所能达到的分辨能力，该项技术在确定含油气储集层边界、估算地层厚度方面比传统地震属性研究方法具有更大的优势。

在无井地区开展波阻抗反演，可和地震分频技术结果进行相互印证，预测有利相带和储层的发育区带，能在一定程度上解决勘探中的部分问题，为油气勘探提供支持。

［1］张兴岩，潘冬明，张华，等.波阻抗反演在提高煤层分辨率上的应用［J］.煤炭科学技术，2009，37(1）:96－98.

［2］赵爽，李仲，许红梅.分频解释技术及其在陆相砂岩地层地震勘探中的应用分析［J］.矿物岩石，2006，16(2）:106－110.

［3］刘喜武，宁俊瑞，刘培体，等.地震时频分析与分频解释及频谱分解技术在地震沉积学与储层成像中的应用［J］.地球物理学进展，2009，24(5）:1679－1688.

［4］郑晓东.地震岩石物理学基础［M］.北京:石油工业出版社，2004.

［5］孙学凯，冯世民.地震反演系统中的子波提取方法［J］.物探化探计算技术，2010，32(2）:120－125.

［6］吉艳霞.Jason地震反演技术分析［J］.企业科技与发展，2008(14）:92－93.

［7］杨贵祥，黄捍东，高锐，等.地震反演成果的沉积学解释［J］.石油实验地质，2009，31(4）:415－419.

Application of seismic inversion and spectrum decomposition technology in deepwater exploration

ZHANG Yonggang，LV Fuliang，FAN Guozhang，SHAO Dali，XU Zhicheng
(Petrochina Hangzhou Research Institute of Geology，Hangzhou Zhejiang 310023，China）

Due to high investment，high risk and high technology in deepwater exploration，it is crucial to boost exploration success rate and search for prospects in frontiers or some areas with low degree of exploration or even no wells.In this article，no-well wave impedance inversion and spectrum decomposition were applied to a deepwater basin in West Africa.Spectrum decomposition was employed to research on reservoir lateral distribution through tuning the corresponding relationship of amplitude properties in frequency domain.The seismic resolution after decomposition is higher than conventional seismic.This aids the researchers to delineate reservoir and estimate layer thickness.Moreover，no-well wave impedance inversion in combination with seismic decomposition can be used to predict the beneficial facies tracts and reservoirs.

no-well inversion;wave impedance;spectrum decomposition;deepwater exploration

P631.4

A

10.3969/j.issn.1008－2336.2011.04.011

2011－05－17;改回日期:2011－06－20

张勇刚，男，1977年生，工程师，2005年毕业于中国地质大学(武汉），硕士学位，现主要从事物探方面的工作。E-mail:zhangyg_hz@petrochina.com.cn。

1008－2336(2011）04－0011－04