叠前地质统计学反演在松辽盆地徐家围子断陷X 区块火山岩储层预测中的应用

向阳臣

（中国石油大庆油田有限责任公司采气分公司，黑龙江大庆 163458）

0 引 言

火山岩油气藏作为一种复杂而特殊的油气藏，其地质结构、成藏模式及形成机理复杂，岩相分布和成储机制与沉积岩有较大差异。受多种因素的控制，多期次的火山岩相互叠置，岩性种类多、岩相变化快，导致火山岩地震响应特征也十分复杂，储层预测难度大［1］。

在松辽盆地徐家围子火山岩气藏勘探开发实践中，许多学者在火山岩储层预测方面进行了大量的研究。张殿成等［2］在松辽盆地汪家屯地区火山岩储层预测中，根据火山岩的地震反射特征，通过地震岩性模拟和地震相解释，应用三维可视化、属性聚类分析和瞬时振幅等地震技术，识别高波阻抗火山岩相。陈建文等［3］对松辽盆地徐家围子断陷营城组火山岩相和火山机构进行了分析，识别出5 种火山岩相和3 种火山机构。唐华风等［4］根据火山机构的内部结构和构造不随火山锥体形状变化而变化的特征，利用倾角和相干属性识别遭受严重剥蚀的隐伏火山机构。姜传金等［5‐6］建立了火山岩地震特征识别和提取方法，形成了适合火山岩复杂结构的、基于小波分频和广义S变换的频谱成像火山岩预测技术，进而根据井震联合储层反演和地震衰减属性进行含气性检测。张尔华等［7］通过徐家围子6 000 km2三维地震资料连片叠前时间偏移处理解释，系统开展了盆地演化、深大断裂作用和火山岩时空分布关系研究，根据火山活动特征和火山机构的叠置关系，实现了火山口叠合发育区单个火山机构的地震识别。陈树民等［8］依托中国石油物探技术攻关项目，针对徐家围子火山岩地震储层预测的难题和需求，从岩石物理建模、地震处理和解释等方面进行了系统的研究，应用岩石物理解释模版对地震叠前反演结果进行定量解释，预测了火山岩有利含气储层的空间展布。

上述研究成果的应用，为徐深气田的快速探明发挥了关键作用。但由于这些研究范围是整体徐家围子断陷，考虑的是整个断陷的区域构造格局和火山岩储层宏观展布特征、分布规律，对火山岩储层局部火山岩体特征、轮廓、火山通道、内部期次界面及火山岩体之间的接触关系等细节的处理效果较差，难以满足深层储层目标精细刻画的需要。随着徐深气田开发的不断精细，对火山岩气藏描述提出了更高的要求，火山岩储层预测仍是需要不断探索的课题。

本文针对X 区块火山岩储层特点，通过岩石物理分析，引入岩性阻抗参数，得到预测火山岩有效储层的敏感岩石物理参数；通过优化地震道集叠加方案、精细构建初始模型等途径，改进叠前地质统计学反演技术流程，提高反演精度，形成了一套基于叠前地质统计学反演的火山岩有利储层综合预测方法，实际应用取得了良好的效果。

1 研究区概况

研究区位于松辽盆地北部徐家围子断陷的东北部，中部横跨徐东凹陷，东部伸入徐东斜坡带。气藏受构造、火山岩体、岩相、断层及火山喷发期次多种因素控制，气藏类型多为构造−岩性、断层−岩性气藏［9‐10］；发育营城组一段火山岩和营城组四段砾岩2 套储层，主要产气层为营城组一段火山岩储层，细分为3 个期次（期次Ⅰ、期次Ⅱ和期次Ⅲ）。

营城组一段沉积时期，火山活动活跃，火山多源—多期次喷发，形成火山岩全区连片发育，加之火山岩岩性复杂多变，造成横向速度变化大，导致地震资料成像困难；同时深层地层倾角大，断裂分布复杂，储层类型种类多，厚度变化大，火山岩埋藏深度大，储层孔隙结构复杂，孔、洞和裂缝并存，深层地层沉积压实作用强，不同岩性之间波阻抗差小，地震波反射能量弱、结构特征不明显。研究区这些特有的地震地质条件，增加了火山岩储层预测难度。

区内钻遇营城组的井16 口，试气井14 口，产气层主要在营一段，储层类型为火山岩，其中7 口井获工业气流，4 口井低产气流，产水井3 口。

研究区2004—2007 年进行过三维地震勘探，为提高成像精度，本次研究对200 km2三维地震资料开展了保幅叠前时间偏移处理，形成高信噪比的CRP 道集，以满足叠前反演的需要。

2 火山岩储层岩石物理

岩石物理分析是储层反演的基础。岩石物理分析的目的旨在找出对储层敏感的测井参数及其变化规律，建立储层属性（岩性、孔隙度、流体饱和度等）与弹性参数或地震响应之间的联系，取得最佳、最合理的岩石物理模型解释结果，并建立它们之间的解释图版，为选择储层预测方法提供依据。

对研究区内的19 口井进行了测井环境校正、横波曲线重构等预处理，继而开展岩石物理分析，确定储层预测和含气识别的敏感参数。

统计分析纵波阻抗、横波阻抗、密度、纵横波速度比（vp/vs）以及自然伽马、电阻率6 种岩石物理参数储层特征分布（图1）。从图1 可以看出，纵波阻抗、横波阻抗、自然伽马3 种岩石物理参数储层与非储层特征有重叠，区分储层与非储层特征不明显；密度、纵横波速度比和电阻率对储层有明显反映，其中密度对储层响应最明显。火山岩含气后，密度降低明显，变化敏感，所以密度能有效区分储层与非储层，可以利用密度预测火山岩储层。火山岩储层密度临界值为2.5 g/cm3，即密度小于等于2.5 g/cm3为储层，大于2.5 g/cm3为非储层。

图1 火山岩储层岩石物理响应Fig.1 Petrophysical response of volcanic reservoirs

进一步分析火山岩储层的含气特征，研究区火山岩含气储层纵波阻抗和横波阻抗交会虽然有重叠，但有一定规律，若通过适当的坐标变换，就可以区分含气储层和非储层。将纵横波阻抗交会坐标系旋转某个角度，得到一个新的弹性属性，即岩性阻抗I［11‐12］，公式为

式中：I——岩性阻抗，Gg/（m2·s）；Ip——纵波阻抗，Gg/（m2·s）；Is——横波阻抗，Gg/（m2·s）；θ——旋转轴夹角，（°）。

岩性阻抗是纵波阻抗和横波阻抗的综合反映，它不仅反映了储层岩性的差异，而且对储层内流体和骨架孔隙有一定程度的响应，可以用于含油气储层检测。

通过研究区实验认为，旋转角为95°时，岩性阻抗与含气储层的相关性最好（图2），岩性阻抗小于4.2 Gg/（m2·s）的区域主要对应含气储层，所以可以利用岩性阻抗识别储层含气性，岩性阻抗值4.2 Gg/（m2·s）是区分含气储层和非含气储层的临界值。

图2 岩性阻抗与纵波阻抗交会Fig.2 Crossplot of lithologic impedance vs.P-wave impedance

3 叠前地质统计学反演及流程改进

叠前弹性参数反演技术通过利用不同炮检距（角度）道集以及横波、纵波和密度等测井资料，联合反演出与岩性和含油气性相关的多种弹性参数（纵波阻抗、横波阻抗、密度、泊松比等），是目前综合判别储层物性及含油气性的有效技术［13‐14］。

地质统计学反演技术将地震反演方法与随机模拟理论充分结合，能够有效地综合运用地质、测井和地震信息对地下储层进行研究，在充分发挥地震资料横向分辨率优势的同时，具有更高的纵向分辨能力［15‐16］。

叠前弹性参数同步反演方法得到的结果横向变化自然，地质信息丰富，缺点是纵向分辨率较低；地质统计反演方法的优点是纵向分辨率高，缺点是横向上受井约束过多，地震信息相对较少，横向变化不够自然。叠前地质统计学反演将随机模拟与叠前反演相结合，不仅可以反演各种储层弹性参数，还提高了反演结果的分辨率。

本文在常规叠前地质统计学反演流程基础上，对部分叠加道集选取、初始模型建立等关键环节进行了改进，提高了反演精度。

3.1 地震道集叠加方案优化

叠前弹性反演的本质是利用叠前地震道的AVO 信息，对不同角度或者偏移距叠加后的多个地震数据体同时进行联立求解，获得纵波阻抗、横波阻抗和密度等岩石弹性参数，因此叠前道集的角度叠加个数对叠前反演结果影响很大。目前一般的叠加方式是将道集进行均分，划分出小、中、大3 个角度进行部分叠加。

为提高反演稳定性和反演结果分辨率，在有效入射角范围内，设计了3 个角度（3°～13°、13°～23°、23°～33°）叠加和5 个角度（3°～9°、9°～15°、15°～21°、21°～27°、27°～33°）叠加的2 套角度叠加方案进行试验。

从2 种叠加方案数据体的密度反演试验结果来看（图3），5 个角度叠加数据的叠前密度反演分辨率更高，横向展布自然，为此本次储层预测叠前反演采用5 个角度叠加数据方案。

图3 3个角度和5个角度叠加数据体叠前反演密度剖面对比Fig.3 Correlation of prestack inversion density section for three-angle and five-angle stack data bodies

3.2 反演初始模型构建

初始模型的建立是测井约束地震反演的基础。通常的初始模型建立方法是根据地震解释的层位和断层，按沉积规律在大层之间内插出很多小层，建立地质框架结构；在这个地质框架结构控制下，按照一定的插值方式对测井数据沿层进行内插、外推，形成反演初始地质模型。

初始模型受层位断层解释精度、已知井数量及分布和地震、测井资料品质等诸多因素影响。该研究区火山岩地层厚度大、产状变化大、非均质性强，且断裂分布复杂。为提高初始模型精度，在层位断层精细解释基础上，沿各层序提取地震均方根振幅属性作为一个地质约束条件，在测井数据和沿层均方根振幅属性共同约束下进行内插和外推，产生一个平滑、闭合的低频实体模型，提高了初始地质模型精度和反演精度。

4 实际应用及效果

应用上述技术流程，对研究区200 km2三维地震资料进行了叠前地质统计学反演，得到三维纵横波阻抗体和密度体，对反演数据体进行解释，进行储层参数预测与含气性检测。

4.1 应用密度反演预测储层参数

首先通过岩石物理建模得到的岩石物理解释图版，对反演密度体定量解释，得到火山岩储层厚度分布；进一步在测井储层参数解释的基础上，结合各种实验分析数据、区域地质特征和测试分析结果，通过统计分析，得到该区密度与孔隙度、密度与饱和度的定量关系式，进而可以将密度体换算成孔隙度体、饱和度体，提取不同期次火山岩储层的物性数据体，从而得到储层孔隙度和饱和度的分布。

图4 是孔隙度反演连井剖面，可以看出，叠前地质统计密度反演具有较高的分辨率，剖面上储层横向展布自然，尖灭、变化点清晰，与钻井吻合度良好，预测符合率达到85%。

图4 叠前地质统计学反演孔隙度剖面Fig.4 Porosity section by prestack geostatistics inversion

4.2 应用岩性阻抗检测储层含气性

对反演纵横波阻抗体进行变换，得到岩性阻抗体，利用岩性阻抗体检测含气储层。表1 是不同期次火山岩储层2 种方法含气储层预测符合率统计。图5 是叠前岩性阻抗与叠后衰减属性含气储层检测效果对比。

图5 叠前岩性阻抗与叠后衰减属性含气储层检测效果对比Fig.5 Correlation of detected effects of prestack lithologic impedance and poststack attenuation attribute for gas-bearing reservoirs detection

从表1 看出，叠前岩性阻抗属性预测各目的层段的含油气性的符合率均高于叠后高频吸收衰减方法，表明叠前岩性阻抗是预测火山岩含气储层的有效方法。

表1 叠前、叠后含气检测符合率对比Table 1 Comparisons of coincidence rate between prestack and poststack gas detections

应用上述储层预测成果，在研究区开展气藏综合描述、预测有利井位目标，为X 区块后续开发评价提供了有效技术支撑。

5 结 论

（1）研究区密度、纵横波速度比和电阻率是火山岩储层的敏感岩石物理参数，其中密度最敏感，可以利用密度反演预测火山岩储层。

（2）纵波阻抗和横波阻抗通过适当的坐标变换，可以得到一个新的弹性属性，即岩性阻抗，岩性阻抗对含气储层最敏感，能有效地预测火山岩有效储层。

（3）叠前道集的角度叠加个数对叠前反演结果影响很大，5 个角度部分叠加通常比3 个角度部分叠加反演精度更高。

（4）通过叠前地质统计学反演，利用密度预测储层参数、岩性阻抗识别储层含气性，是预测火山岩有利储层的有效方法，在类似地区可以推广应用。