倾角导向体约束下的储层预测技术

2014-10-29白雪峰霍进杰胡婷婷任军民

物探化探计算技术 2014年1期

白雪峰，霍进杰，朱明，陈扬，胡婷婷，任军民

（新疆油田分公司勘探开发研究院地球物理研究所，乌鲁木齐 830013）

0 前言

鲍金根地堑位于哈萨克斯坦南图尔盖盆地东南部，该区西斜坡侏罗系油气藏以构造－岩性和地层－岩性油气藏为主，目的层沉积厚度变化大，地层接触关系以削截和超覆为主，沉积现象丰富，因此地层划分和砂体解释的等时性在研究工作中变得十分关键。此外，从研究区已完钻井的出油情况来看，本区储层以小于10m的薄砂层为主，井间砂体纵向叠置，横向变化快，这给储层预测带来较大困难。因此对研究区侏罗系油气藏开展倾角导向体约束下的储层预测研究，刻画目标砂体的展布特征，进而寻找岩性圈闭具有重要意义。

1 倾角导向体处理与计算

地质体在构造地质学上有走向和倾向两个属性，如果地震解释工作不能合理地考虑这两个方向属性，那么得到的解释结果会与实际地质情况不符［1］。通常只有沿倾角方向追踪目标地质体并进行分析研究，才能得到地质体的真实信息。倾角导向就是沿倾角方向从一个地震道到另一个地震道的处理与计算过程，处理新生成的地震数据体就称作倾角导向体。

倾角导向体是一种三维地震数据体，它包含了原始地震资料每个采样点处地震同相轴的倾角和方位角信息，可以沿线、道、水平时间轴三个方向来显示（图1）。倾角导向体本身就是一种地震属性，是OpendTect软件所特有的地震数据体。

倾角导向体计算是一种遵循局部倾角和方位角变化进行多道属性处理和数据滤波计算的技术，该技术可以自动计算地震数据每个采样点的倾角和方位角，它可以提高地质目标体检测的精度，改善地震属性的分辨率。倾角导向体处理技术通过扫描并计算地震数据所有采样点三维空间的倾角和方位角，最终获得每个采样点处带有倾角和方位角信息的导向体，该项工作是应用OpendTect软件来完成的。在计算倾角导向体时，目前有Event、BG Fast和FFT三种算法，在计算时既考虑了运算速度，又兼顾了运算精度，可以根据研究需要选择使用。

图1 研究区倾角导向体Fig.1 The dip steering cube in the research area

（1）Event是一种比较新的倾角导向体处理算法，它是基于对地震道相位匹配分析来求取倾角的。为了计算一个地震道的倾角，Event算法要沿着该道交替地寻找相位最大和最小的两个地震道，这样便形成了诸如：最大相位道、最小相位道、最大相位道、最小相位道等一系列地震道的排列。在地震数据inline方向，这样排列的最大相位道或最小相位道，都有两个相邻的地震道与之匹配，且这两个相邻道之间的距离由计算步长决定。用与最大（或最小）相位道相邻的两个地震道的时差，除以这两个相邻道之间的水平距离，便可以得到inline方向的倾角（图2）。在地震数据crossline方向，也可以采用相同的方法得到该方向的倾角。Event算法计算效率高，但计算精度较低。

图2 Event算法原理Fig.2 The algorithm principle of Event

（2）BG Fast是由BG研发的一种快速算法，该算法是基于对地震振幅数据的时间梯度值，做垂直方向和水平方向的分析来计算倾角的。在地震数据中，倾角定义为水平时间梯度与垂直时间梯度平方和的均方根值，而方位角定义为垂直时间梯度与水平时间梯度的比值的反正切值（见公式（1）和公式（2））［2］。

BG Fast算法沿地震数据的inline方向和crossline方向分别检测时间梯度，并由这两个方向的时间梯度值计算得到采样点的倾角和方位角。BG Fast算法可以满足大多数地震资料的要求。

（3）FFT是一种基于快速傅立叶变换的算法，适用于反射杂乱、信噪比低的地震资料，该算法又包括FFT Standard、FFT Combined和FFT Precise三种方法。FFT算法首先应用快速傅立叶变换将地震数据由时间域变换为频率域，然后检测采样点的频率最大值，这个最大频率值就认为是该采样点inline方向和crossline方向的倾角，同时检测时的方向性就作为方位角信息被存储下来。在三种方法中，①FFT Standard是最常用的计算方法；②FFT Precise是计算最精确的方法，但其耗费的运算时间很长；③FFT Combined通常采用和FFT Standard一样的计算方法，只有当该方法不能提供一个稳定解时，FFT Combined才会去采用和FFT Precise一样的方法。

要想获得质量较高的倾角导向体就需要认真分析地震资料，选取合适的导向体处理算法和计算步长，并选择搭配使用数据中值滤波等功能。算法类型、计算步长和中值滤波器的使用，对数据驱动年代地层计算结果有很大的影响。通常FFT Standard和BG Fast是计算年代地层的常用算法。为了获得合适的倾角导向体，建议首先利用提供的重点靶区，计算一条地震测线的多个倾角导向体，然后评价由该倾角导向体计算获得的年代地层剖面：当年代地层的层位过于光滑时，应减小计算步长或中值滤波器步长；当年代地层的层位过于抖动时，需增加计算步长或中值滤波器步长。在研究区测试了多种倾角导向体处理算法，分别采用了Event33－222、FFT333－222、BG333－222、BG661－222等方法，并应用数据驱动的方式，用生成的各个倾角导向体分别对地震数据加以控制，自动追踪沉积体内部的年代地层同相轴，并将其排列到地层的层序中，从而制作成年代地层剖面。采用Event33－222方法剖面连续性较差，FFT333－222方法剖面过于光滑，BG333－222方法剖面又有些抖动，而采用BG661－222方法剖面较为自然流畅（图3）。通过比较，选择了适合该区的方法是BG661－222方法。

计算所获得的倾角导向体，一方面可以为开展后续的层序地层解释工作提供必要的数据支持；另一方面可以与中值滤波、相似性等叠后处理环节搭配使用，对地震资料进行中值滤波和断层加强，减少地震资料的随机噪声，增强断面反射，从而达到提高地震资料辨识能力的目的。

2 全三维层序地层解释

倾角导向体约束下的全三维层序地层解释技术，是一种通过地震资料开展层序地层学研究的地震解释方法，它通过对沉积旋回体的全三维自动追踪、Wheeler域（即年代地层域）自动转换、沿任一层面提取及分析地震属性等方法，实现了在低勘探区块及复杂地质区块层序地层学研究的工业化应用，突破了传统地震层序划分只能划分到三级层序的界限。全三维层序地层学解释流程包括四个步骤：①利用地震资料划分三级层序界面；②采用数据驱动模式，用倾角导向体约束三维地震数据体，并应用层序地层解释系统自动追踪这些层序界面之间的多个年代地层同相轴；③将地震数据沿年代地层同相轴拉平，即对地震数据进行Wheeler域变换；④将层序再细分为沉积体系域，然后在沉积体系域和Wheeler域中同时研究地震数据和地震属性。

作者是用OpendTect软件的SSIS模块，来完成全三维层序地层分析与解释工作的。目的层侏罗系层序地层解释成果在地震剖面上进行显示，这些层序界面在三维空间是闭合的（图4）。在研究中，首先根据目标区实际的地震、地质、测井等资料，通过岩心分析、单井层序划分、地震层位标定、地震层序界面识别及追踪等方法，建立目标区井震统一的三级层序地层格架；然后采用BG661－222方法处理生成倾角导向体，在数据驱动模式下，用倾角导向体对地震资料加以约束，根据起始点的地层倾角和方位角信息，搜寻下一个控制点，依次类推，在三级层序界面的限制范围内，自动等时追踪目标沉积体内部的小层，为这些小层指定相对地质时间，并将它们排列到地层层序中，从而生成比常规地震解释层位更精细的年代地层界面；开展全三维层序地层分析，包括体系域内部层序界面识别、Wheeler域变换、沉积体系域解释和标注等；最后，根据层序地层解释结果刻画了目标体系域内部砂体的空间展布和演化过程，进而预测了目标砂体的分布。

图3 倾角导向体处理算法比较Fig.3 Comparison of dip steering cube processing algorithms

3 双域地层切片分析

地层切片是以解释的两个等时沉积界面为顶、底界面，在地层的顶、底界面之间按照厚度等比例内插出一系列的层面，沿这些内插生成的层面逐一进行切片显示，这种切片比时间切片和沿层切片更接近于等时沉积界面［3］。地层切片能更好地反映地震资料的振幅、频率、能量等属性的变化，从而能更准确地刻画出不同沉积时期的砂体发育情况，有力地指导了沉积相的分析和研究。Wheeler域等时地层切片技术就是在精细等时层序格架控制下，选择倾角导向体约束，将地震数据体转换到Wheeler域，在等时地层单元内进行地层切片分析［4］。

为了保证地层切片的等时性和全面性，作者针对研究区已经出油的侏罗系湖侵体系域退覆上超砂体采用了沿最大湖泛面拉平，常规时间域和Wheeler域相结合的双域地层切片分析技术提取等时地层切片，对退覆上超砂体的平面及空间展布特征进行研究，提高了识别砂体的效率和精度。在Wheeler域提取的等时地层切片，K15井区的目标砂体呈朵叶状向K33井区延伸开来（图5），能够进一步识别砂体的空间展布，还能够反映沉积相带的平面变化，与实际钻井资料较吻合。

图4 研究区全三维层序地层解释成果图Fig.4 Full 3Dsequence stratigraphic interpretation plot in the research area

图5 研究区Wheeler域等时地层切片Fig.5 The isochronous strata slice of Wheeler domain in the research area

4 倾角导向体约束下的储层反演

倾角导向体约束下的储层反演是在精细等时地层格架的基础上，通过对层序单元内地震波阻抗特征的综合解释，完成目标砂体刻画及其平面展布特征预测的一种储层预测技术。该技术首先采用数据驱动追踪模式，以倾角导向体为导向，对三维地震资料加以约束，在三级层序地层格架控制范围内完成目的层的沉积过程恢复，进而等时追踪各层序单元内部的地震小层，并给这些小层指定地质时间，从而生成年代地层剖面。综合各种资料对生成的年代地层进行解释，这些年代地层相当于等时的地震解释层位。在此基础上，分批次将各级年代地层界面加入到反演软件中，用层序界面约束井间地震波阻抗的内插外推，逐步建立与地下实际地质形态相符合的精细低频模型进而进行反演。

子波是反演中的关键因素，子波主要分为时间域和频率域两类进行，子波的主频、振幅和相位根据井旁地震道的主频、增益变化而变化，不对子波作任何假设。在子波分析中，提供了子波形态、子波振幅谱和相位谱、反射系数谱、合成记录和地震记录频谱的匹配等一系列QC控制手段。本次反演通过对K15井、K20井等二十多口井进行子波估算及反复标定，最终选取了K25井子波作为反演子波。

低频模型建立的合理性直接关系到反演结果与实际地质形态的符合程度，合理的低频模型可以减少波阻抗反演的多解性。作者在研究中，选用标定后井的波阻抗值，结合地震解释层位内插和外推出一个低频模型，为了解决井间内插时低频模型的产状控制问题，用层速度体、层序场对阻抗值的横向变化加权控制。此外，对两个大的等时界面之间抽取了用倾角导向体约束生成的具有地质含义的层序界面，来约束井间地震波阻抗的内插外推，这样逐步建立的低频模型就比较合理了。

反演采用全局优化和局域优化相结合的非线性模拟退火方法，使误差函数能量达到全局最小以估算地下阻抗模型。反演中以信噪比、相干性、与低频模型的偏差、反射系数门槛值等四个参数作为约束条件，联合选取一个平滑的最优模型，以摆脱高频随机噪声干扰［5］。约束条件需根据地震资料的品质、低频模型的可信度以及地质需求等试验后来确定。

5 应用效果分析

在哈萨克斯坦南图尔盖盆地鲍金根地堑K15井区储层预测中，当没用层序界面约束时，反演结果只能粗略地反应J3km砂体的存在（图6（a））；而加层序界面约束的预测结果则较好地将三套目标砂体区分开了（图6（b）），自下而上三套目标砂体随湖岸线向西迁移。提取的J3km第二套砂体的波阻抗属性，在K15井区和K33井区较为发育，呈条带状分布，与井点也较吻合（图7）。综合分析认为，倾角导向体约束下的储层反演明显地提高了砂体的辨识度，反演结果能更加清晰地刻画出目标砂体的空间展布特征，更好地反映井间砂体的叠置关系，预测结果与地质认识更吻合。