地震波形指示反演技术的应用及效果

黄玉 郭娟娟 卞保力 王彦君 刘海磊

摘    要：准噶尔盆地玛东斜坡区深层石炭系溢流相火山岩是主要储层之一。由于火山岩储层埋藏深、岩性岩相变化快、纵横向非均质性强、深层探井少等特征，导致常规火山岩岩相预测识别难度大，精度不高。为更精确预测溢流相火山岩的分布，首次在深层火山岩领域应用地震波形指示反演技术进行岩相预测。采用井震结合，挖掘相似波形對应的测井曲线的共性结构信息，充分利用地震波形的横向变化，开展高频成分估计，获得对储层岩性、物性反映较敏感的高分辨率反演数据体。经钻井证实，该方法解决了研究区资料反演结果不理想、模型化严重、精确度不高的问题。提高了高频成分的确定性，准确性更高，使反演结果从完全随机走向逐步确定，为井位部署和储量提交提供可靠依据。

关键词：地震波形指示反演;深层火山岩;溢流相;岩相预测;玛东斜坡区

准噶尔盆地石炭系深层火山岩分布广泛，紧邻多个生烃中心，整体勘探潜力大，是盆地深层油气发现的潜在领域[1]。前人通过多年研究，主要在盆地边缘、中浅层领域发现多个大中型火山岩油气田[2-3]。受地震采集处理、储层预测技术等条件限制，深层火山岩领域勘探程度较低，钻井少且分布不均。火山岩本身岩性复杂，火山岩岩性识别困难，多解性强、精度不高。

前人对深层火山岩岩相进行了稀疏脉冲反演，地质统计学反演等一系列反演工作[4-7]，反演结果不理想、模型化严重、精确度不高。究其原因，常规反演方法具有一定的适用条件。稀疏脉冲反演方法以地震为主，分辨率低，仅能反演波阻抗，无法对地质形态复杂的火山岩进行有效预测[4-7]。地质统计学反演方法反演结果随机性较强、横向分辨率较低[8-10]，对井的数量及井点分布均匀要求较高，适应于评价-开发阶段，对勘探程度低、井点少且分布不均的研究区反演效果差。地震波形指示反演为新兴的地震储层预测方法，该方法的特点在于利用地震波形横向变化表征储层空间的变异性，对井点分布不做要求，并充分结合地震波形的横向变化开展高频成分估计，建立的插值模型更符合地质沉积规律。杜伟维、高君、韩长城等在薄砂层、滩坝砂、砂砾岩储层预测中运用该方法[11-15]，提高了纵向识别精度，降低了反演结果的随机性。本次研究首次在深层溢流相火山岩领域应用该反演技术，进行岩相预测，期望提高深层溢流相火山岩预测精度，为井位部署和储量提交提供可靠依据。

1  方法原理

1.1  原理及优势性分析

地震数据体反映沉积环境和岩性组合的空间变化，地震波形包含的振幅、相位、频率等信息可较为全面的代表储层特征。波形指示反演充分利用地震数据与测井数据建立初始地质模型，通过相关参数优选，不断地进行波形指示反演，将反演结果QC质控与实际地震结果不断对比，直至获得最优的反演结果[15]，特别适用于高精度预测非均质性强的火山岩储层。公示为：

[Yx0= k=1nλkYxk]…（1）

式中：[Yx0]——未知点的值;

[Yxk]——波形优选的已知样本点的值;

[λk]——第k个已知样本点对未知样点的

权重;

[k]——优选样本点的个数。

反演过程中反演参数的选择直接影响反演结果，主要参数包括：有效样本数、最佳截止频率。有效样本数表征地震波形空间变化对储层的影响程度，该参数的确定参照对已知井的统计结果。随着样本数增加，相关指数逐渐增大，在相关指数不再增大时所对应的样本数即为确定的有效样本数。实际应用中，有效样本数的优选除参考质控窗口的统计结果外，还要考虑沉积环境、井数的影响。如储层横向变化快，可适当减小有效样本数，如井数少应适当减小样本数。

最佳截止频率值不同，反演结果分辨率不同。随着最佳截止频率的增加，反演结果的分辨率逐渐增大，剖面的随机性也逐渐增强。该参数与有效样本数相关，在相关指数不再增大时所对应的频率即为最大有效频率，频率成分以外的都是随机的。其值的确定除了参考质控结果，还应考虑两方面内容：一是如偏向于反演的确定性，可适当减小该参数值;若偏向反演的分辨率，可适当增大该参数值;二是参考目标体厚度，目标体厚度薄，应设置较高的截止频率，如目标体厚度小，可适当减小该参数。

地震波形指示反演是一种基于相控模型的高精度反演方法，在地震波形特征指导下对反射系数组合寻优，反演结果具“低频确定、高频随机”特点[5]。该反演方法的优势体现：一是加入了地震波形作为先验信息，更好地体现了相控的思想;二是针对深层火山岩地震资料成像信噪比低、分辨率低的特点，利用高频测井曲线，建立地震波形结构与高频测井曲线结构的映射关系，提高了反演结果的纵向分辨率和横向分辨率，使反演结果从完全随机到逐步确定;三是对井位分布均匀性的要求远低于常规的地震统计学反演，很大程度上提高了储层预测的精度和适用领域。

1.2  实现流程

结合前人地震波形指示反演在其他领域的研究思路及流程[14-15]，据地震波形指示反演原理方法，考虑深层溢流相火山岩储层岩性以玄武岩、安山岩、流纹岩为主，电阻率较爆发相、火山沉积相高，地震反射外形呈楔状、丘状、席状和透镜状，内部反射特征是倾斜层状反射，连续性好，强-中振幅，平行-亚平行反射结构等特征。本文制定了针对深层溢流相火山岩波形指示反演技术流程（图1）。关键技术步骤有4步：第一，据地震波形特征对已知井进行分析，与待判别道地震波形进行类比并排序，优选出波形相似的井作为样本井建立初始模型;第二，据不同火山岩岩性岩相测井曲线的差异性，对样本井曲线进行分频分析，统计溢流相火山岩测井曲线结构特征;第三，利用样本井波阻抗结构特征建立初始模型，参照邻井对确定性以外的高频成分进行模拟，使模拟结果的结构关系既符合地震中频阻抗特征又符合井曲线结构特征;第四，以地震中频为依据，在贝叶斯框架下将初始模型的高频成分予以保留，不符合的进行过滤，通过反复随机模拟，确保随机模拟中频成分与地震一致，同时保留各井样本的确定性结果成分，输出最终模拟结果。

2  应用实例

2.1  实例区概况

玛东斜坡区石炭—二叠系发育继承性古隆起，形成一系列构造鼻隆（图2）。玛湖凹陷是盆地油气富集程度最高的生烃凹陷，具有充足的油气源供应[17-18]，同时沟通有缘的深部断裂的发育，使实例区鼻隆成为油气藏聚集成藏有利区。但实例区目前现状是勘探目的層深，一般超过5 000 m，石炭系三维地震资料主频为28 Hz，有效频宽4～52 Hz。火山岩轮廓明显，构造特征清楚，顶界及内部层序界面清晰。研究区内井的测井项目有双侧向、自然伽马、岩石密度、补偿中子、声波等，采集及应用质量为优，基本达到储层预测要求。已钻井11口，其中仅1口井获工业油流，勘探程度极低。结合前人研究成果[19]，分析石炭系新钻井岩心、孔渗数据，认为实例区石炭系火山岩优质储层为溢流相安山岩，次为爆发相火山角砾岩和凝灰岩、溢流相流纹岩。

2.2  关键技术步骤

利用已钻井岩心、分析化验、测井、地震波形特征等资料，据不同岩性对应的不同测井响应值，建立不同岩性测井曲线交汇图，分析各类岩性所对应的敏感曲线特征，溢流相的测井响应表现为明显的高电阻率特征。在此基础上，优选能区分溢流相火山岩的敏感测井参数。通过精细时深标定，分析溢流相火山岩地震波形特征。通过反演参数优选，进行地震波形指示反演，预测深层溢流相火山岩。

2.2.1  敏感测井参数优选

测井资料信息丰富，能反映岩性、岩相特征[20-21]。据分析资料较全的已钻井取芯段不同岩性对应测井曲线响应特征，建立石炭系各类岩性声波时差（AC）-密度（DEN）交汇图和波阻抗（IMP）-深侧向电阻率（RT）交汇图（图3），明确不同岩相岩性测井响应特征。由AC-DEN 交汇图可看出，溢流相英安岩、流纹岩、爆发相火山角砾岩、凝灰岩AC数据区间重叠较多，难以区分。从IMP-RT交汇图看出，深侧向电阻率（RT）对不同岩相岩性特征较敏感，溢流相火山岩与上下围岩电阻率差异较大，可较好地区分岩相岩性。RT>100 Ω·m为溢流相安山岩，40 Ω·m

2.2.2  精细时深标定

时深标定是连接钻井、测井和地震资料的桥梁，标定的准确性直接影响预测结果。本次标定主要针对石炭系，以全区最稳定的石炭系顶界为标志层，对溢流相火山岩段进行精细标定。针对实例区，选取具有完整测井曲线的4口井制作合成记录。图4为XY2井和YT1井的合成记录，红色波形为合成记录，黑色波形为地震道，合成记录与地震数据匹配好，相似度高达88%，地质分层与地震层位符合较好。通过各种曲线纵横剖面对比及地震井旁道的对比，认为层位及溢流相火山岩段标定结果准确可靠。

2.2.3  地震波形特征分析

火山岩岩性岩相复杂，在地震剖面上表现出不同特征。从已钻井火山岩岩性岩相对应的地震响应特征出发，总结了3类火山岩岩相地震反射特征。爆发相主要以火山角砾岩为主，外形呈盾状或残余盾状，内部结构具杂乱或空白反射特征，中低频，中等振幅，连续性差（图5-a）。溢流相主要以玄武岩、安山岩和英安岩为主，外形为楔状、丘状、席状和透镜状，内部反射特征为倾斜层状反射，连续性好，强-中振幅，平行-亚平行反射结构（图5-b）。火山沉积相以凝灰岩、凝灰质砂砾岩、凝灰质砂岩、凝灰质泥岩为主，外形呈层状或丘状，内部呈中-弱振幅，弱反射，内部平行-亚平行，连续性好-中等（图5-c）。

2.2.4  反演参数优选

反演参数的选择直接影响反演结果。地震波形指示反演参数主要包括有效样本数、最佳截止频率[11]。

有效样本数主要表征地震波形空间变化对储层的影响程度，经多次联井剖面参数测试，结合实际井统计结果及沉积环境，最终确定本次反演有效样本数为4。最佳截止频率是其中一个关键参数，直接影响反演结果的分辨率[11]。该参数由两组数据参数组成，分别为低频参数和高频参数。该反演中，中频信息主要由地震提供，低频信息来源于井数据。高频信息是在地震波形指示反演中随机模拟得到的。实际反演中，先选取联井剖面进行反演参数测试，据反演效果不断调整参数，使反演结果达到最优。据实例区实际情况，本次反演将高通频率、高截频率设置为5 Hz、15 Hz;低截频率、低通频率设置为120 Hz、150 Hz。

2.3  反演结果分析

图6-（a），（b）分别为YT1、XY2、XY26的RT常规测井参数反演剖面和地震波形指示反演剖面。整体看，图6-（a）反演结果模式化严重，图6-（b）较好地刻画了溢流相安山岩的分布范围和展布特征，其边界清晰、横向变化过渡自然。XY2是已知出油井，白色虚线范围为油层段，该段岩性为安山岩，在反演剖面上表现为红黄色高电阻特征，连续性较好;YT1石炭系顶部为爆发相凝灰岩，该井无油气显示，剖面表现为蓝绿色的低电阻特征，连续性差。从剖面垂向上与井的吻合度看，波形指示反演效果更好，结果更真实可靠。通过地震波形指示反演，预测XY2井安山岩油层段厚度为24 m。该井出油层段实测深度为5 240～5 262 m，油层厚22 m，绝对误差2 m，反演结果与已知井实际情况基本一致。总之，运用该方法预测溢流相火山岩，一方面提高了火山岩预测的精度及可靠性，为井位部署和储量提交提供可靠依据;另一方面对相似地区深层火山岩油气藏的研究具指导意义。

3  结论

（1） 实践证明，地震波形指示反演方法能更好地反映深层溢流相火山岩特征，提高预测精度。

（2） 针对岩性、地震响应特征复杂的深层溢流相火山岩，已钻井敏感测井参数优选、精细时深标定、井旁地震波形特征分析是火山岩预测的基础，反演参数优选是火山岩预测的关键。

（3） 针对井少、层深、地质条件复杂的深层溢流相火山岩储层，优选测井敏感参数（RT），以地震相为约束，充分利用高、中、低频信息，对实例区深层溢流相火山岩进行有效识别，为井位部署和储量提交提供可靠依据，对其它地区深层溢流相火山岩预测具有很好的指导作用。

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Application and Effection of Seismic Waveform Indicate Inversion：

A Case Study of Deep Overflow Phase Igneous in Madong Slope

Huang Yu1， Guo Juanjuan1， Bian Baoli2， Wang Yanjun1， Liu Hailei2

（1.Northwest Branch of China Petroleum Exploration and Development Research Institute，Lanzhou，Gansu， 730020，China;2. Exploration and Development Research Institute of Xinjiang Oilfield Company，

PetroChina， Karamay，Xinjiang， 834000，China）

Abstract： The deep Carboniferous overflow facies volcanic rocks in the Madong slope area of Junggar basin are one of the main reservoirs.Due to the characteristics of igneous rock layers buried deeply， lithology and lithofacies change， strong vertical and horizontal heterogeneity， and few deep exploration wells， the conventional igneous rock lithofacies prediction method is difficult and the accuracy is not high. In order to predict the distribution of overflow facies igneous rocks more accurately， it is the first time to apply the seismic waveform indication inversion technology in the field of deep igneous rocks for lithofacies prediction. The combination of well and earthquake is used to mine the common structure information of logging curves corresponding to similar waveforms， make full use of the lateral changes of seismic waveforms， carry out high-frequency component estimation， and obtain high-resolution inversion data volume sensitive to the reflection of reservoir lithology and physical properties. It is proved by drilling that this method solves the problems of unsatisfactory data inversion results， serious modeling and low accuracy in the study area. It improves the certainty and accuracy of high-frequency components， gradually determines the inversion results from a completely random trend， provides a reliable basis for well location deployment and reserve submission， shows a good exploration prospect in this area， and has reference significance for the research of volcanic oil and gas reservoirs in similar areas.

Key works： Seismic waveform indication inversion; Deep igneous; Overflow phase; Lithofacies prediction;  Madong slope area