波阻抗反演技术与砂体理论模型的对比

周大森，苏云，罗鑫，李贺，周卿 （成都理工大学地球物理学院，四川成都610059）

波阻抗反演方法的主要目标是获得岩石声波速度、密度数值。在反演开始之前，必须准确建立井震关系，精细标定储层位置，吸收构造格架信息，分析层序地层解除关系。然后，根据目标层序的地质目标及沉积特点，选择相应的反演算法，结合地质、油藏及测井声波特点实现专项地震反演，获得声阻抗反演剖面或速度、密度反演剖面［1］。

1 波阻抗反演基本原理

波阻抗反演是指从地震道数据求波阻抗（声阻抗）数据道的整个过程。波阻抗是地震波传播速度与介质密度的乘积，当已知密度信息时，就可以把所得到的波阻抗数据道转成速度信息道，因此波阻抗反演又有伪速度测井之称［2］。

波阻抗反演的基本原理就是利用地表观测，以测井资料，钻井和地质规律为约束，求解地下岩层的物理性质和空间结构的过程。

1.1 波阻抗反演具有的优势

目前波阻抗反演常用的方法基本是建立在线性褶积模型的基础上，波阻抗反演是基于线性褶积模型理论，波阻抗是岩石密度和纵波速度的乘积，波阻抗数据的独到之处在于它是一种岩石特性，而不同于地震反射数据具有代表界面特性。波阻抗数据的优点可以总结如下［3－4］：

1）波阻抗值是由多种数据综合计算得到，其中包括地震资料、测井资料和速度资料，因此一个高质量的波阻抗模型较地震资料不仅包含了地震资料所能提供的一切信息，同时也没有子波所带来的复杂性，而且还从测井资料中增加了重要信息。

2）波阻抗代表了一种岩石特征。波阻抗是密度和速度的乘积，这2个参数可由测井资料直接获得。而地震数据代表一种界面特征，其近似等于子波和反射系数序列的褶积，反演波阻抗的相对变化。由此看来，波阻抗是连接地震和测井的天然纽带和桥梁。

3）波阻抗与岩性、孔隙度、填隙物等因素有着密切的关系。通常，可以找出波阻抗与一个或多个岩石特征参数之间的经验公式。此外，波阻抗模型为进一步建立三维模式和三维岩石物理特征模型打下良好的基础。而这些结果可以直接输出到油藏模拟软件中，以便进行后续的流体分析。

4）波阻抗反映了地层特征，而地震振幅则代表了地层边界属性，因此用波阻抗作层序地层分析就更直接、更具有优势。

5）波阻抗有利于三维资料的解释，它支持基于目标体解释技术，从而可以对目标体作快速而准确的圈定。

6）波阻抗概念易于推广到用角度或偏移距叠加数据反演弹性波阻抗（或弹性参数）。根据AVO信息获得弹性波阻抗、再结合波阻抗资料，可以改善解释精度，提高识别岩性和流体的能力。

波阻抗反演是以地震数据为基础，综合应用测井、地质等数据进行的反演。根据其方法原理和性质，可将波阻抗反演分2大类：①确定性反演。即阻抗参数和地震响应建立确定性的函数关系，该方法准确度高但抗噪能力低，受地震数据带限的影响，分辨率较低。②统计性反演。在地震数据和测井、地质等数据之间建立一种统计性关系，反演波阻抗值，如地质、测井约束反演，大多属于这一类型，该方法表现出分辨率高、抗噪能力强等优势，但横向预测能力有限［5］。

1.2 波阻抗反演的工作流程

当前应用最广的是基于褶积模型的波阻抗反演，相对于波动方程模型而言，实现起来相对比较简单，方法也比较成熟。波阻抗反演一般包括下列工序［6］：

1）测井数据的预处理和处理，包括测井信息的质量评估，这项工作是不可缺少的；

2）地震数据的目标，主要用于精加工目的层，以获得一个“三高”的数据；

3）根据反演精度的要求，若需要时对数据进行重采样，并对信号的极性、子波的相位特性等进行检查；

4）层位精细标定，并对相应的同相轴进行追踪对比，同时要细化解释层位；

5）子波提取及相位信息的研究，确定应用实际提取子波的可行性，还是选择理论子波；

6）低频分量信息提取与分析以及确定；

7）多井的插值方法，并应用多井信息；

8）建立初始模型；

9）确定反演方法类型，进行反演处理；

10）对反演成果进行分析、评估与解释。实际上，最主要的要进行2部分工作：①要得到一个反射系数剖面；②要将反射系数剖面转换成波阻抗数据剖面。因此，应对着2个具体实施的流程，若按其工作量及其难度系数而言，还是前一个流程要大，是波阻抗转换前的地震数据的准备，或称波阻抗转换的前期处理［7］。

2 波阻抗反演的重要性

为了说明波阻抗反演的重要性，设计如图1的砂体理论模型。

图1 砂体理论模型

图1从右向左，岩性逐渐变细，为一个地下完整砂岩体砂层分布的剖面。其中每道的基线为泥岩基线，速度为3000m／s，砂岩的速度在3400～3900m／s变化。3000m／s的地层平均速度，1ms采样率，每个采样点厚1.5m。

剖面的时间厚度为200ms，相当于300m厚地层，右方单砂体厚度达33m，左边单砂体最薄有1.5m（正好一个采样点）。

利用简单的褶积模型，子波采用10～80Hz的零相位带通子波（主频约为45Hz），得到如下合成的地震道（见图2）。从图2中可以看出，振幅强的地方是砂岩存在的地方，而模型中有些砂岩在正演剖面中并没有反映（空白打叉的地方）。

图2 正演叠加剖面

接下来将上述叠加剖面进行道积分（相当于做了一次最简单的反演），得到如下相对波阻抗剖面（见图3）。从图3可以看出，相对于叠加剖面而言，相对波阻抗剖面效果要好很多，基本上所有厚的砂岩都有反映，只是有些薄砂层没有反映出来，这是由于地震资料垂向分辨率所决定的。

图3 相对波阻抗剖面

接下来在上述高分辨率模型的基础上，地震子波采用10～160Hz的零相位带通子波（主频约为90Hz），得到如下叠加剖面（见图4）。

图4 正演叠加剖面（子波主频90Hz）

从图4中可以看出，叠加剖面上的反射波的宽窄与子波的宽窄大体相同，高分辨率叠加偏移剖面只能反映出薄砂层，而厚砂层不能直接反映出来，只能说其更加接近理论模型的反射系数剖面，为此，对其进行积分运算，获得相对波阻抗体（见图5）。

从图5可以看出，相对波阻抗剖面与实际地质模型非常相似，厚度大于2～3m的砂体基本上能反映出来，在剖面的右边甚至可以看出厚砂岩下粗上细的正旋回。从该实例可看出，分辨率越高，叠加偏移剖面越难解释，更加应通过反演获得波阻抗剖面。

图5 相对波阻抗%剖面（子波主频90Hz）

3 结论

地震波阻抗反演技术是一种在地震资料特殊处理的重要环节，其应用在很多方面，波阻抗反演结果对储层预测和油气横向预测变得越来越重要，即使是复杂储层的特性预测，也把它列入主要的工作方法和手段。

［1］ 赵政璋，赵贤正，王英民，等 .储层地震预测理论与实践 ［M］.北京：科学出版社，2005.

［2］ 周竹生，周熙襄 .宽带约束反演方法 ［J］.石油地球物理勘探，1993，28（5）：523－536.

［3］ 邱兆泰，鲍五堂，张爱印 .用STRATA进行地震数据的反演 ［J］.中国煤田地质，2006，18（S）：45－48.

［4］ 崔成军，龚姚进，申大媛 .波阻抗反演在储层预测研究中的应用 ［J］.地球物理学进展，2010，25（1）：9－15.

［5］ 徐宏斌，熊翥 .底层、岩性油气藏地震勘探方法与技术 ［M］.北京：石油工业出版社，2012：249－251.

［6］ 熊翥.21世纪初中期油气地球物理技术展望 ［M］.北京：石油工业出版社，2006：326－328.

［7］ Kidd G D.Fundamentals of 3－D Seismic volume visualization ［J］.The leading Edge，1999（18）：702－709.