相位转换技术在岩性解释中的应用

周 晶，朱睿哲，吕 鹏，严曙梅

（中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司勘探开发研究院，上海 200120）

地震数据处理中，常常用到地震子波的小相位或零相位的特性。理论上当地震数据具有零相位子波时地震分辨率最高，可更好地描述地层反射系数特征，减少储层解释的多解性。但实际资料中相当多的部分是不满足小相位或零相位条件的，因此经反褶积等处理后的记录上必然存在剩余相位[1]。随着地震波的传播其频率和相位都会发生变化，造成实际地震子波的相位都是混相位。混相位子波在制作合成记录、井震标定时会带来很多问题，造成对地质现象认知错误或多解。为了解决这个问题，在地震数据处理中，常常利用地震子波的小相位或零相位的特性，结合测井资料，确定初始子波的相位谱；再利用估算出的剩余子波相位信息对记录进行相位校正处理，消除剩余相位的影响，使剩余子波达到或接近零相位，从而提高地震分辨率。但是零相位地震数据的这种优势主要体现在单层反射界面， 如重大的不整合以及厚的板状砂岩体。而对于薄层砂岩的楔形地层， 90°相位转换的地震剖面可将反射主瓣提到砂岩层中心， 提高分辨率， 减少噪音， 使反射轴与测井曲线更加吻合， 使地震反射具有了地层岩性意义[2]。大量文献证实该方法特别适合海上少井条件下的研究。由于90°相位转换技术使原本数据体意义模糊， 不具有严格的等时性[3]，在岩性解释时容易产生困惑。而道积分是一项较好的岩性解释技术，相比混相位剖面在薄储层识别具有一定优势。但根据道积分原理，道积分剖面的分辨率和频率比地震剖面要低很多，这样在岩性解释时难免会带来多解性。依据90°相位剖面和0°相位道积分剖面有相同相位角，且分辨率和频率高这一概念，本文提出了利用0°相位道积分剖面确定砂岩位置，再在90°相位剖面上进行岩性解释的思路。解释效果通过钻井验证，证实了90°相位剖面比混相位剖面和道积分剖面更易于岩性解释，尤其对薄储层展布具有更好的预测效果。

1 研究区概况

研究区块为中国东海陆架盆地某构造，研究层段为新生界地层，主要岩性为砂泥岩（图1）。在研究区内，A层和B层是两个大的洪泛面，为区域不整合面；C、D和E层为次一级沉积旋回界面[4]。研究区已钻7口井，分布在不同构造部位。图1左下图为古地貌图，其中黄色为地貌高区，蓝色为地貌低区。1井、2井和3井均位于低洼区，其它井位于古鼻隆高部位。不同的构造位置造成砂体发育程度不同，油气富集程度差异也很大。鼻隆区为三角洲前缘-潮坪沉积环境，低洼区主要为三角洲前缘沉积环境，具有更好的油气成藏条件，储层与油气层发育程度远远好于鼻隆区，也是本区重点的储量阵地。因此本文重点在低洼区进行了储层解释工作。

图1为穿越洼地并过2井和3井的叠前时间偏移剖面（地貌图中红线为测线方向），图2为2口井的测井解释剖面。3口井虽然同处洼子内，但横纵向岩性变化很大（图2）。在A、B层段砂岩及油气发育程度差异也很大，埋深越大储层油气层越发育（1井只有薄砂岩，发育油层；2井超过20 m的砂只有3套，发育油层、气层；而3井超过20 m的砂有5套，只发育气层）。图2中可见3口井钻遇的油气层多为小于10 m的薄砂层， 由于低洼区范围大，目的层埋深大，钻井资料少，反演多解性太强，该区的储层预测工作难度较大，岩性解释工作缺少有效的资料基础，给勘探工作带来很大难度。目前急需有效的手段来进行岩性解释，识别岩性圈闭。

图1 过井地震剖面及单井沉积相图

图2 过2井、3井连井测井解释剖面图

2 关键技术手段

2.1 Seiswell子波提取

地震数据在褶积模型假设条件下，可认为是地层反射系数和地震子波的褶积结果。而地震子波又可以用振幅谱和相位谱来描述，振幅谱可通过各种统计方法从地震数据中提取，但子波相位却很难获得，特别是混合相位子波。目前从地震中提取子波的方法很多，其中使用测井曲线与地震数据结合，通过统计求取子波的方法较为常用。该方法理论上能够提取井旁较为精确的子波，但应用条件是测井信息和地震数据具有较好的保真性（张广智）。通过对研究区地震和测井资料评估认为，地震资料品质较好，在研究层段主频能达到30 ～ 40 Hz，纵横向分辨率较高；钻井虽少但测井资料齐全，经过校正后的测井数据能够反映真实的岩性组合（图2）。经合成记录初步标定后区域稳定的几套厚砂岩在地震剖面上对应在相同的同相轴上。因此认为地震和测井资料保真性较高，能够满足本次研究需要。基于landmark软件井旁子波提取法Seiswell方法提取了3口井的井旁道地震子波，进行了质控分析，最终计算出3口井的平均子波，并进行了井震标定。

Seiswell方法是根据已知声波测井和密度测井等信息，求取地层反射系数序列r ( t )，在已知反射系数的情况下，即可由最小平方法求出子波k ( t )。

式中：S ( t )为井旁地震道，m；k ( f )为待求的地震子波，m；r ( f )为地震反射系数。式（1）取最小值，可得到求取子波的方程，求出子波。

研究目的层段为3 500 ～ 4 500 m埋深的砂泥岩地层。研究中提取了1井、2井和3井井旁初始子波（图3a），可见3口井单井子波的极性、振幅谱形态近似，但存在相位差异。将3口井单井子波消除时移后进行平均，得到3口井的平均子波（图 3b）。图3b中绿色的虚线即为3口井的平均子波，平均子波与3口单井子波形态近乎一致，相位有小角度差异。将平均子波时移校正到0相位时，子波向下时移了11°，这个角度就是地震数据的近似相位角。利用平均子波对各井进行了标定。标定结果如图4：在研究层段井旁道地震波组和合成道波组对应关系较好，子波旁瓣对应好，合成道（第2列）中显示标定的相关性为 0.56 ～ 0.81（56% ～ 81%）。标定结果证实了用平均子波标定可大大提高井震对应关系，有利于薄储层的识别。

图3 单井子波及平均子波图谱

图4 平均子波标定后合成记录图

2.2 相位转换

理论上90°相位薄层响应有极好的对称性，可以消除薄层响应的双极性，且分辨率高。通过子波估算，确定地震子波的相位角，利用landmark软件相位转换模块可以得到0°和90°相位剖面。图5为原始地震剖面（图5a）、0°相位剖面（图5b）和90°相位剖面（图5c）对比结果。井上曲线为岩性GR曲线。3个剖面整体差异不大，岩性与地震波组的对应关系基本一致，但在细节上存在明显差异。通过合成记录标定，原始地震剖面（图 5a）中砂岩（GR曲线低值）基本都标定在红色的波谷上，但满足1/4 λ的砂岩顶底面并没有很好对应在波谷顶底面；在0°相位剖面（图5b）较好地解决了这一问题，井点处砂岩顶底面与波谷同相轴顶底对应关系好；剖面图5c与图5b相差90°，因此较厚的砂岩均对应在了黑色的波峰上（如2、3井A界面之上几套厚砂），砂泥岩与波峰、波谷同相轴对应关系较好。同时剖面图5c的分辨率要高于剖面图5a和图5b，在AC段2号薄砂体所对应的同相轴可以清楚识别，并具有明显的向上倾方向尖灭，尖灭点位置清晰。而图5a和图5b剖面中2号砂体虽然可以识别但向上倾方向尖灭点不清晰。试验证明了90°相位剖面在识别砂体方面具有明显优势。

2.3 地震道积分

图5 原始地震剖面、0°相位剖面及90°相位剖面

地震道积分是一项利用转换的相对速度剖面进行岩性分析的技术，与利用波阻抗剖面分析地层效果大致相近，它具有砂层标定方法简单、处理速度快等优点。它不像反演那样依赖于井的资料和地球物理学家的经验。因此道积分剖面是一种很好用的岩性解释工具，而且对于薄层识别非常有利，同时能反映高速砂层的细微变化，且砂层的标定精度高、直观，方法简单。经过标定的地震道积分剖面有时可以替代“连井油藏剖面”[5]。因此道积分剖面至今仍在使用。

地震道积分的公式为：

式 中：bi为 地 震 子 波，m；zi为 波 阻 抗，（g/cm3）·（m/s）；xj为地震记录。

式（2）表明积分地震道近似等于标定对数波阻抗滤波，根据90°相位剖面和0°相位道积分剖面有相同相位角，且分辨率和频率高这一概念[6]，本次研究利用landmark软件中道积分模块将0°相位剖面进行了积分计算，得到道积分剖面并和90°相位剖面进行了对比分析。图6为0°道积分剖面、90°相位剖面及连井岩性剖面，很明显90°相位剖面（图6b）分辨率要明显高于0°道积分剖面（图6a）。在主要储层段AC间90°剖面（图6b）分辨率尤其高于0°道积分剖面（图6a），经标定后较薄的2、3号砂体能分别对应在单独相位上。当然2号砂组由于是很薄的砂泥岩互层（图6c），所对应同相轴实际是叠合效应。综合分析认为90°相位剖面（图6b）更接近实际地层岩性组合特征。因此证实了90°相位剖面比道积分剖面分辨率高并可以识别薄储层。

图6 0°道积分剖面、90°相位剖面及连井岩性剖面

3 应用效果

为了验证90°相位数据体刻画薄层砂体的优势效果，选取了低洼区AC层段的3号砂体进行研究。图7中图7a和图7b分别为过1井、2井和3井AC段0°道积分剖面和90°相位剖面（拉平A界面后），图7c为连井砂岩剖面。3号砂体在这3口井厚度差异较大：1井4 m、2井38 m、3井8 m。沉积上认为AC界面之间在2井和3井之间发育一个规模较大的河道，在图7a、图7b剖面上都能看到河道形态，河道顶底层可以较好识别。但从剖面整体效果看图7b剖面分辨率远高于图7a剖面，剖面上明显可见不同时期在该河道内沉积了多套砂体，并且2井、3井井间同相轴连续性差，说明井间砂体联通性差，与已钻井砂体发育情况吻合（图7c），3号砂体为河道早期发育的。而图7a剖面显示的河道特征不很清楚，横向连续性较差，分辨率也低很多。图8中图8a、图8b和图8c三张图分别是3号砂体原始地震、0°道积分体和90°相位均方根振幅图。3张图都可识别出西北-东南方向展布的河道，但明显图8c比图8a、图8b对河道的整体刻画要清晰。图8c中可以很清楚看出研究区发育4个河道A-D，均为北西向东南展布，2井和3井位于不同河道内。3号砂体在3口井上发育程度与刻画的平面砂体展布特征吻合，3井8 m的3号砂体位于河道B的边缘部位，与实钻井情况一致。河道C（图中白色圆圈内）为一条弯曲河道，形态清晰，河道边界可识别；而图8a、图8b，除了A河道能够清楚识别出来，其余河道都只能看到河道的轮廓， 3井3号薄砂体没有被刻画出。通过该地区新钻井（验证井）进行了效果验证，该井钻在2井和3井之间，钻井钻遇到3号砂体，砂厚20 m。在图8a、图8b中井点落在红蓝色交接区域，识别不出3号砂体形态。而在图8c中，3号砂体位于河道B的边缘部位，与实钻情况吻合。因此综合评价认为90°相位剖面比原始地震剖面和0°道积分剖面对砂体刻画效果好。

图7 拉平后AC段0°道积分剖面、90°相位剖面及连井砂岩对比图

图8 3号砂体原始地震、0°道积分与90°相位振幅图

通过研究取得认识：在本区利用90°相位数据可以进行岩性解释，尤其是对薄储层的解释上具有较好的效果。该方法特别适用于本区井少、井距大、井网稀的情况，同反演结果相结合可以增加岩性判断的可靠性。

3 结论

利用Landmark软件中Seiswell混相位提取法估算了地震数据子波的相位，利用相位转换法将混相位的地震数据转换成0°相位和90°相位，计算了道积分剖面。对比道积分剖面和90°相位剖面效果，提出了利用90°相位剖面代替道积分剖面进行解释岩性的思路，并通过对实际地震数据的应用，证实了90°相位剖面在岩性解释尤其是薄砂层解释中的优势。