正演模拟验证叠前弹性阻抗反演在碳酸盐储层预测中的应用

李宗杰

（1.北京大学地球与空间科学学院，北京 100871；2.中国石油化工股份有限公司西北油田分公司勘探开发研究院，新疆乌鲁木齐 830011）

常规叠后声波阻抗反演技术建立在地震波垂直入射假设的基础上，无法反映野外采集所记录资料的振幅随炮检距变化特征，在此基础上得到的叠后声波阻抗与入射角度无关，仅与纵波速度及密度有关。因此，利用常规叠后波阻抗反演获得的地下信息十分有限［1－2］。

为了克服叠后反演存在的不足，Connolly［3］（1999）提出了弹性阻抗的概念，通过纵波反射系数，把振幅信息与地层纵波速度、横波速度、密度及入射角联系起来，充分利用了不同炮检距的地震及测井信息，因此，利用弹性阻抗反演可反映振幅随偏移距变化信息。近年来，国内学者对弹性阻抗反演做了大量的工作，倪逸［4］（2003）提出了一种新的弹性波阻抗算法，甘利灯等［5］（2005）、王宝丽等［6］（2005）、曹孟起等［2］（2006）、彭真明等［7］（2008）、李爱山等［8］（2009）和牛聪等［9］（2011）先后对弹性阻抗反演理论及实际应用做了大量的工作，对中深层砂岩及碳酸盐岩储层流体进行了综合判识，取得了一定效果。

塔中玉北地区位于塔里木盆地西南，构造上处于麦盖堤斜坡东部，该区奥陶系碳酸盐岩分布范围较广，具有较好的油气勘探开发前景，但目标储层埋藏深度大，非均质性强，储层预测难度大［10］。为此，我们从实际地震资料出发，在研究目标储层反射特征的基础上，结合实际的钻井、测井及地质等资料，首先建立符合地下实际的缝洞型储层地震地质模型，采用非均匀介质波动方程正演模拟技术，从正演的角度分析目标储层的地震波场特征，正演模拟的结果与实际地震剖面较好吻合，表明模型建立的准确性；然后对缝洞型储层正演模拟的结果进行弹性阻抗反演，在已知目标储层含流体特性的情况下，分析不同角度弹性阻抗体与储层含流体特性之间的关系，进而对实际地震资料进行叠前弹性阻抗反演。模拟资料的弹性阻抗与实际资料的弹性阻抗相互印证，有效地降低了反演结果解释的多解性，提高了储层预测的精度。

1 弹性阻抗反演的基本原理

叠前弹性阻抗反演是AVO 反演方法的一种，基于Aki－Richards方程有

其中

式中：vP，ΔvP，vS，ΔvS，ρ，Δρ分别为相邻地层的纵、横波速度和密度的平均值及差值。

Connolly［3］（1999）将弹性波阻抗（IE）定义为：

对比（1）式和（3）式，再经过简单的数学运算可以得到

从而可以得到IE最终表达式：

式中：K是的平均值；θ为入射角。从公式（5）可见，IE是叠后声波阻抗（IA）的扩展形式，声波阻抗为弹性阻抗在入射角为0时的情况，即

图1a为利用弹性阻抗公式（5）计算得到的研究区域目标储层段不同角度对应的弹性阻抗曲线，可以看出，不同角度的弹性阻抗曲线表现出对弹性参数的可分辨能力不同，近角度时弹性阻抗曲线叠合在一起，远角度时弹性阻抗曲线相互分开，具有较高的可分辨能力。图1b为目标储层5 593～5 620m段对应的弹性阻抗随入射角变化的剖面，在5 600～5 610m 段，由于目标储层含流体特性不同，使相同角度所对应的弹性阻抗存在明显差异。由此可见，不同角度及不同流体特性的弹性阻抗表现出不同的敏感特性，因此，可以借助于不同角度的弹性波阻抗体来判别地下储层的岩性及含流体性质。

图1 研究区域目标储层段不同角度弹性阻抗

2 缝洞型储层地震地质模型建立及正演模拟

研究区域目标储层为埋藏较深的奥陶系鹰山组储层，W1井钻井及取心资料表明，奥陶系鹰山组主要发育2 段有利储层段：顶部储层位于5 600～5 615m，储层空间主要以高角度裂缝为主，局部裂缝伴随溶蚀孔洞的发育，为Ⅰ类储层（该储层段中途测试，获高产油气流）；中部储层位于5 688～5 750m，该储层段裂缝相对较发育，为不规则裂缝，溶蚀特征发育不理想，以Ⅱ，Ⅲ类储层为主。

针对研究区域奥陶系鹰山组缝洞型储层的特征，以W1井资料为约束，建立符合实际地层条件的过W1井缝洞型储层地震地质模型［11］（图2），模型各地层及目标储层的岩石物理参数见表1。模型中设计3 段储层：第①段储层深度为5 600～5 620m，以高角度裂缝为主，少量的溶蚀孔洞，孔隙度约为10%，为Ⅰ类储层；第②段储层深度为5 660～5 672m，为裂缝型储层，孔隙度约为6%，为Ⅲ类储层；第③段储层深度为5 710～5 740m，为裂缝－孔洞型储层，孔隙度约为8%，为Ⅱ类储层。

表1 过W1井各地层及目标储层岩石物理参数

图2 过W1井缝洞型储层模型

我们采用非均匀介质条件下的波动方程进行正演模拟［12］，正演模拟时采用与实际地震资料采集接近的观测系统参数，得到缝洞型储层模型的炮集记录，进行叠前弹性阻抗反演及叠后地震波场特征分析。具体采集参数：道间距为50m，炮间距为100m，最小偏移距为0，最大偏移距为5 950m，接收道数为120，满覆盖次数为30，激发子波采用主频为23 Hz的雷克子波，时间采样间隔为2ms。

图3a为过W1井的实际地震剖面。对正演模拟得到的理论记录进行常规偏移成像处理，得到叠加偏移剖面（图3b）。从图3b 可以看出，界面上储层段相对于非储层段振幅变弱，这是由于储层的存在使上覆地层（巴楚组下泥岩段）与奥陶系鹰山组的波阻抗差异变小造成的，储层越发育，T47界面对应的反射能量越弱。由于第②段储层发育的厚度不大（10m 左右）且与第①段储层段相距较近，其产生的反射特征与第①段储层叠加在一起，在地震剖面上无法识别。位于奥陶系内幕的储层（第③段），在地震剖面上表现为“一谷一峰”的中强振幅反射特征，强振幅代表储层相对较发育，弱振幅代表储层欠发育。正演模拟结果与实际地震剖面（图3a）的反射特征吻合较好，表明基于实际地震资料建立的缝洞型储层模型具有一定的可靠性，在此基础上，对缝洞型储层模型正演模拟结果进行叠前弹性阻抗反演，反演结果对实际地震资料解释有一定的指导意义。

图3 过W1井实际地震剖面（a）与缝洞型储层模型叠加偏移剖面（b）

3 叠前弹性阻抗反演结果分析

3.1 正演模拟资料弹性阻抗反演

在已知目标储层岩石物理参数及含流体特性的前提下，对正演模拟结果进行叠前弹性阻抗反演，一方面来验证叠前弹性阻抗反演在碳酸盐岩缝洞型储层的适用性，另一方面建立目标储层岩石物理参数及含流体特性与不同角度弹性阻抗之间的对应关系，进而指导实际的储层预测。

图4为缝洞型储层模型叠前道集AVO 特征分析结果。从图4可以看出，3段储层的振幅随偏移距的变化表现为不同的AVO 特征，第①段储层AVO 特征表现为振幅随偏移距的增大而增大，而第②段、第③段储层AVO 特征表现为振幅随偏移距的增大而减小。

图4 叠前道集AVO 特征分析结果

基于弹性阻抗反演的一般流程［5，13］，通过对正演模拟结果的道集分析，结合目标储层的深度范围，确定角道集部分叠加的范围为6°～36°，并将其分为近角度（6°～16°）、中角度（16°～26°）和远角度（26°～36°）3个有限角度叠加数据体，分别对其进行弹性阻抗反演，结果如图5所示。从图5可以看出，基于缝洞型储层正演模拟结果的近、中、远3个角度弹性阻抗剖面中在界面附近及鹰山组内幕表现为明显的低阻抗异常，分别对应于缝洞型储层模型中的第①，②段储层和第③段储层，低阻抗区域与模型中缝洞型储层发育处吻合较好，且中、远角度弹性阻抗剖面储层的形态刻画更精细。

图5 缝洞型模型有限角度叠加数据体弹性阻抗反演结果

3.2 实际地震资料弹性阻抗反演

通过对研究区实际地震数据分析，目标储层段最大角度范围约为40°左右，同样抽取近角度（6°～16°）、中角度（16°～26°）和远角度（26°～36°）3个入射角范围进行部分角度道集叠加，结果如图6 所示。从图6 可以看出，W1 井鹰山组顶部（界面）振幅随入射角的增大而先增大后减小，具有明显的AVO 特征。

图6 实际资料有限角度范围叠加道集

图7为过W1井实际地震数据的近、中、远3个角度的弹性阻抗反演结果。从图7 可以看出，在奥陶系鹰山组顶部（界面附近）及鹰山组内幕均存在低阻异常（黑色箭头所指），由缝洞型储层正演模拟结果的不同角度弹性阻抗剖面可知，这种低阻抗异常对应为缝洞型储层的发育，同时低阻抗异常分布区域与W1井测井资料解释的储层发育段吻合。

基于正演模拟结果得到的近、中、远3个角度的弹性阻抗体与实际资料得到的3个角度弹性阻抗体吻合较好，表明缝洞型储层在不同角度弹性阻抗体上对应为低阻抗异常特征。正演模拟结果与弹性阻抗反演结果相互印证，从而可以有效地降低反演结果解释的多解性。

图8为过W1井近、远角度的弹性阻抗反演结果联井剖面，可以看出，在鹰山组内幕（黑色椭圆处）存在横向连续的低阻异常，表明该区域存在较好的缝洞储层发育区。

图7 过W1井不同角度弹性阻抗反演结果

图8 过W1井近角度（a）和远角度（b）弹性阻抗反演结果联井剖面

4 结束语

以实际测井资料为约束建立符合地下实际的缝洞型储层地震地质模型；在已知目标储层岩石物理参数及含流体特性情况下，对正演模拟结果进行叠前弹性阻抗反演，得到不同角度的弹性阻抗体，分析目标储层与弹性阻抗之间的对应关系；同时基于实际叠前地震资料进行弹性阻抗反演，将正演模拟结果与实际地震资料的弹性阻抗反演结果进行对比，达到对目标储层的岩性及含流体特性的综合判识，从而有效提高了储层预测的精度。

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