测井约束反演在彬长矿区煤层分叉预测中的应用

2016-10-12刘帆宋玉

西部探矿工程 2016年10期

关键词：波阻抗测井剖面

刘帆，宋玉

（1.陕西省煤田物探测绘有限公司，陕西西安710005；2.长庆油田分公司第一采气厂，陕西靖边718500）

测井约束反演在彬长矿区煤层分叉预测中的应用

刘帆*1，宋玉2

（1.陕西省煤田物探测绘有限公司，陕西西安710005；2.长庆油田分公司第一采气厂，陕西靖边718500）

从反演方法的国内外研究现状入手，以彬长矿区为研究对象，利用测井约束反演技术的原理和方法，开展彬长矿区构造研究，并进行煤层分叉以及煤厚变化趋势研究，总结出一套适用于彬长矿区波阻抗反演的技术方法，为勘探区的开发提供了依据。

波阻抗反演；煤层分叉；煤层；测井

1　概述

大约在20世纪70年代的时候，波阻抗反演技术诞生了，使用这种技术，地层的波阻抗信息能够被地震资料反演出来，因此这种技术主要用于地震资料的有效处理。这项技术在诞生初起时候的使用还是有一定的局限性，它首先通过地震子波与反射系数来获取地震信息，然后建立相应模型，这种技术最初使用的还是一维波阻抗反演的形式，不过20世纪80年代的时候这种技术的应用还是比较广泛。Cooke在1983年的时候创立了一种新的反演法，这种方法主要采用了广义线性原理，它使得波阻抗反演技术得到了很大程度的发展，进入了一个崭新的阶段。20世纪90年代初期的时候，周竹生认为传统的线性反演方法比较单一且存在较大问题，而约束反演能够有效结合地质、地震以及测井资料等相关信息，具有很大优势。李宏在20世纪90年代的时候另辟蹊径，他有效地结合了递推反演和宽带约束反演的精髓。因为采用单道反演法会产生一定的噪音，而波阻抗反演方法能够很好的消除噪音，因此这种方法得到广泛的应用。基于此，很多研究者还采取了无井道以及有井多道的方法进行反演，进而让波阻抗反演技术变得更加成熟。

波阻抗反演技术从20世纪90年代发展至今已经取得了相当丰富的成果，尤其是一维波阻抗反演技术的算法应用推进了许多相关技术的快速发展。20世纪末期的时候，研究者们针对波阻抗反演技术还不成熟的地方给出了很多合理有效的建议。1999年的时候康诺利在发表的论文中针对弹性波阻抗反演方法进行了详细研究，这种方法主要起源于英国石油公司，没过多久就有4篇文章同时出现在21世纪初期的SEG年会上，它们都是针对弹性波阻抗技术的研究，其中ARCO公司把自己已经获得专利的方法介绍给了大家，而且觉得这种方法优于康诺利的方法，尤其是在计算反射系数的时候具有更高的稳定性，同时EI与AI的计算有相同的评判标准。这次会议中英国石油公司还对扩充弹性波阻抗方法进行了讲解，这种方法能够预测流体以及岩性。另外，弹性波阻抗反演功能有关模块还出现在了Paradigm地球物理公司的商业软件Vanguard里面。与此同时，杰森（Jason）公司推行的Rock Trace也是对弹性波阻抗反演技术的应用，而这里的波阻抗和以前的软件有所区别，它们主要使用的是纵波阻抗以及横波阻抗的概念。以上研究充分展现了弹性波阻抗反演技术的重要性，而且地震反演技术的研究重心将会转移到AI与EI的结合以及AI与AVO的结合上面。

2　测井约束反演的原理

作为岩性地震勘探的核心技术之一，地震波阻抗反演技术结合了很多学科的技术知识。它有效地利用了地表观测获得的数据，参考现有地质构造与钻井的特点，进而求出岩层物理特性以及空间结构，因此它是一种反演地层波阻抗的特殊处理技术。地震反演方法其物理意义非常明确，是岩性预测的可靠方法，在煤油气勘探中取得了准确、丰富的地下地质信息。

测井约束地震反演首先要完成地质模型的建立，通过模型优选迭代扰动算法来实时修正地质模型，进而使得地震资料与实际地震数据之间的误差最小，这样反演得到的结果就是需要的模型数据信息。因为这里的反演数据是通过地质模型获得，所以不存在直接反演地震资料带来的问题，很大程度地提高了地震分辨率，使精确解释的时候有据可依。

如上所述，这种方法是建立在地质模型的基础之上。采用测井资料，且约束条件选择地震解释层位，然后由孔位开始内插和外推，完成波阻抗模型的构建。获得基本方程的时候参照共轭梯度法，然后实时修正初始模型，最大限度地使得合成地震资料和地震实际数据之间的误差最小化，尤其是在薄储层地质的时候，由于地震频宽的影响，一般的直接反演方法根本不能很好地保证反演结果的分辨率和精度。然而测井约束这种方法却能够有效利用测井资料来解决上述困难，约束条件选择现有的地质信息以及测井资料，进而获取的地层反演资料拥有较高的分辨率，使得储层深度、厚度以及物性的详细描述能够得以实现。

测井约束地震反演技术把地震资料与测井资料相关联，这样不仅提高了地震资料的分辨率，还能够使得到的分辨率与测井资料的分辨率之间的误差最小化，这对勘探前期描述储层的时候有着相当重要的作用。这种反演方式还具有多解的特征，如果地质条件一样，原始地质模型和实际地质之间的差别大小直接影响反演结果的准确性，同时钻井数量也会对反演结果产生一定影响，钻井越多反演误差就越小。

3　煤层分叉的预测实例

彬长矿区位于鄂尔多斯盆地南部的渭北挠褶带北缘庙彬凹陷区。地表大面积被黄土层所覆盖，沟谷中出露的白垩系地层产状较为平缓，其深部侏罗系隐伏构造总体走向为N50°～70°E，倾向NW-NNW的单斜构造。其上发育一组宽缓的褶曲，自南向北依次为彬县背斜、大佛寺向斜、路家—小灵台背斜、文家坡向斜、七里铺—西坡背斜。研究区构造相对比较简单，是孟村向斜区的东部延伸地段，可称文家坡向斜，南北两翼地层倾角平缓（3°～6°），为研究区主要聚煤区。通过对研究区进行测井约束反演对相应地层进行标定，结合钻孔资料对研究区的煤层分叉位置进行预测。

3.1反射波的识别及地质层位的标定

地震反射波地质属性的标定是地质构造解释的基础，充分利用区内钻孔资料，通过钻孔资料与实际时间剖面对比，确定反射波的地质属性。对本次获得的T1、T3、T4反射波组进行了地层属性标定。见图1。

图1　4-5号孔人工合成记录

测井约束反演中实际子波提取及合成记录制作尤为重要，因为实际子波的提取是测井约束反演的基础条件，它能确定地震反射波与地质界面的互相对应的关系，这样就帮助我们充分掌握研究区的各主要波组特征。结合上述测井资料对研究区内煤层的主要波组（一煤层、三煤层、四煤层反射波）进行追踪分析研究，选取与地震剖面频率最为接近的子波，进行合成地震记录的制作，进而对煤系地层进行标定。为了使测井约束反演得效果最为接近实际的地质情况，必须充分利用研究区钻井资料，采用多井约束的方法，对研究区内过井剖面逐一进行了层位标定。

3.2煤层分叉

为了更准确地解释煤层的分叉边界，充分掌握煤层分叉边界在地震时间剖面上的反映情况，在解释前，我们进行了理论模型的建立，通过正演模拟来分析煤层分叉边界在时间剖面上的反映情况以及地震波的分辨率问题。

（1）建立煤层分叉理论地质模型。详见图2煤层分叉理论地质模型。

图2　煤层分叉理论地质模型

（2）正演结果分析。当频率选择40Hz时，煤层间距大于等于15m时才能形成单独的煤层反射波。当频率选择60Hz时，当煤层间距大于等于9m时才能形成单独的煤层反射波。

（3）结论。因为研究区位于鄂尔多斯盆地南部的渭北挠褶带北缘庙彬凹陷区隶属于黄土高原地区，煤层反射波的主频范围在40～60Hz之间，通过上述正演模拟结果结合分析本区已知钻孔资料，可以得到四煤与四煤下的平均间距为6.26m，所以四煤与四煤下煤的分叉边界很难在时间剖面被识别，我们通过测井约束反演方法以及地震属性分析，并结合钻孔资料，较好的解决了这一问题。图3为过井的时间剖面与波阻抗反演剖面的对比，从图中可以看出，在时间剖面上很难区分出四煤与四煤下煤层的分叉部位，是以复合波的形式出现，但是，通过测井约束反演后，四煤与四煤下煤层就可以在刚开始产生分叉的地方被识别出来，分叉点明显。通过测井约束反演方法结合钻孔资料可以得到四煤分叉边界如图4所示。