AVO叠前反演在中等阻抗储层预测中的应用

2012-01-12颜学梅张哨楠苏锦义

物探化探计算技术 2012年1期

颜学梅，张哨楠，苏锦义

（1.成都理工大学 “油气藏地质及开发工程”国家重点实验室，成都 610059；2.中石化西南油气分公司勘探开发研究院德阳分院，四川德阳 618000）

0 前言

新场气田须四下亚段为辫状河三角洲沉积，目的层为一套砂砾岩体，砂体具有岩相、岩性变化快，物性差，非均质性强等特点。前期勘探证实，砂岩为有效储层，然而砾岩阻抗明显高于围岩，砂岩储层阻抗与泥岩接近，属于典型中等波阻抗储层（地球物理界的隐蔽储层），所以常规波阻抗反演难以准确预测砂岩分布。AVO叠前反演能有效地利用叠前地震资料，可以通过多个部份角度叠加体，同时反演出纵波、横波阻抗和纵波、横波速度比等更敏感更有效的弹性参数，获得的储层信息多，精度高，更有利于气藏的勘探。作者将AVO叠前反演法应用于须四下亚段砂岩预测，取得了较好的应用效果。

1 基本原理

1.1 AVO叠前反演的理论基础

当地震波以非零入射角入射到反射界面上时，会产生四个波。以P波入射为例，产生的四个波分别是：反射纵波、反射横波、透射纵波和透射横波。

在非垂直入射（炮检距不为零）时，纵波、横波的反射和透射系数，是以佐布里兹（Zoeppritz）方程的矩阵形式表示的，见式（1）。其中 Rpp和Rps分别为纵波反射系数及横波反射系数；Tpp和Tps分别为纵、横波透射系数；ρ1、ρ2对应为上、下介质密度；V1、V2分别为上、下层介质的纵波速度。

但式（1）并未直观地表述出纵波及横波速度，以及密度对反射系数的贡献。

由Zoeppritz方程给出的反射和透射系数公式的精确表达式，不但形式复杂，而且很难直接看出其物理意义，不便使用，所以有不少学者给出了其近似公式。Aki和Richard注意到反射界面二边六个弹性参数Vp1、Vs1、ρ1、Vp2、Vs2和ρ2，在这六个弹性参数中，只有四个独立变量，它们在假设界面二边的弹性参数变化不大。从Zoeppritz方程出发，略去高阶项可以得到纵波反射系数表示为

公式（2）不适用于反射界面二边岩石属性变化较大，以及入射角较大的情况，但因为它具有明确的物理意义，可以清楚地描述各弹性参数的变化量与反射系数之间的关系，而且其形式简单，便于使用，因此它是目前适用最为普遍的一种近似公式。

对不同地震角道集进行反演，即可获得不同角度的弹性波阻抗，然后根据式（2）对不同角度的弹性波阻抗进行最小二乘拟合，即可计算出反演纵波、横波阻抗和密度。进而计算出拉梅系数和岩石密度的乘积剖面λρ、剪切模量和岩石密度的乘积剖面μρ，以及泊松比等弹性参数。

1.2 AVO叠前反演原理

就AVO反演而言，基本过程如下：首先自动生成一个地质模型，然后采用一些特定的算法，使之产生合成记录，并且通过迭代该合成记录，使之在一定误差范围内与真实的地震记录相拟合。

AVO反演的算法具有以下特征：

（1）迭代性。该算法从一个初始模型开始，通过逐步迭代，使初始模型与实际模型的差别趋于最小。

（2）AVO反演是个线性化的过程，这意味着存在一个值可以使目标函数最小化。

（3）与别的反演一样，AVO反演存在着多解性，这是由我们所用的地震资料的特性，即带限P波地震数据所决定的。

（4）必须要有约束条件。

2 AVO叠前反演在中等阻抗砂岩储层预测中的应用

2.1 常规地震属性储层预测的难点

研究区目的层为一套砂砾岩组合。该套砂砾岩组合本身在横向分布稳定，但只有其中的砂岩为优质储层，其砾岩～砂岩纵向岩性组合则较为复杂。

图1 新场气田CX565井TX49砂组综合柱状图Fig.1 TX49sand of well CX565in XC gas field

根据模型正演（见图2），在砾岩厚度不变的情况下，随着低阻抗砂岩变厚，会导致振幅变弱，而且振幅强弱将随着砂砾比的增大而减小（见图3）。

利用弱振幅特征，可以预测砂岩相对发育区，但实际工作中依然存在两个问题：①砂岩厚度的预测；②“弱振幅陷阱”。厚层块状砾岩由于地震波的干涉效应，同样会产生弱振幅。如图4所示，顶部砾岩形成的强波峰反射，被底部砾岩所形成的强波谷屏蔽了。

常规地震属性及叠后反演，很难准确预测砂岩分布，而利用AVO叠前反演，可以对砂岩进行准确预测。

2.2 AVO叠前反演

2.2.1 地震数据分析

新场三维资料的炮线排列达到8km，叠前时间偏移道集的最大偏移距达到7 200m。增加部份叠加子道集的数量，AVO叠前反演的算法稳定性可以增强。但与此矛盾的是，增加叠加子道集额数量，就降低了单个部份叠加数据体的覆盖次数，即降低了部份叠加数据体的信噪比。

根据实际的资料情况，作者设计了两种部份叠加方案，即三个子叠加的方案和五个子叠加的方案。在后续的反演参数测试中，作者最终选用的是五个子叠加的方案作为叠前同时反演的输入。

2.2.2 岩石物理分析

岩石物理分析的方法是，对测井资料进行预处理，主要包括单井曲线校正、多井一致性检查和标准化处理。基于此，作者进行了精细地层评价、储层敏感参数分析，建立研究区的体积物理模型，计算孔隙度、饱和度等参数，并建立岩石物理定量解释模板（见下页图5）。有了此解释模板，就可以对反演结果进行定量解释。

2.2.3 地震子波提取

AVO叠前反演需要在不同角度叠加的数据体上提取子波。图6（见下页）是自该区某口井处所提取的近、中、远、超远道集的子波，可以看出，子波是有差异的，这种差异体现了各种角道集之间振幅、频率和相位的变化。在反演时，这些子波在各叠加数据体之间可以起到了均衡作用，对反演结果进行与角度有关的带宽、振幅和衰减等补偿。

2.2.4 低频趋势模型

在地震数据中，频率低于6Hz～8Hz的信息基本缺失。因此构建的低频模型主要针对反演绝对波阻抗模型中频率为0Hz～8Hz部份的信息。

由于测井数据一般提供的是大于1Hz的信息，而地震叠加速度数据提供的是0Hz～1Hz的信息，因此联合应用测井曲线和地震叠加速度，可以创建精确的低频模型。在分别创建测井曲线和地震速度的低频模型后，将二个模型合并，以创建最终的低频模型。

3 反演效果分析

AVO叠前反演得到了纵波阻抗、横波阻抗、密度等参数，通过测井资料分析和基于流体替换建立的岩石物理解释模板，通过各种岩性在纵波阻抗和纵波、横波速度比的交会图上的分布区域差异，来建立岩性概率密度分布图板（见下页图7），分别刻画泥岩、孔隙砂岩、致密砂岩与钙在岩石物理模板中不同区域的分布概率，并将该概率模板应用于AVO叠前同时反演得到的弹性数据体中，最终得到了基于确定性反演结果的孔隙砂岩（有利储层）和致密砂岩、泥岩与钙的概率分布。同时，通过对各种岩性的概率分布综合比较，得出了基于弹性参数体计算的岩性反演剖面（见图8、图9，以及下页图10、图11）。

利用未参加反演约束的井，对结果进行验证。图12（见后面）是过某井的地震剖面（A）岩性反演剖面（B），该井在地震剖面上，同向轴具有“弱振幅”特征，预测砂岩发育。但从实钻情况看，该井砂组砾岩发育，而砂岩并不发育，产生弱振幅的原因主要是厚层砾岩形成的干涉效应。而从岩性反演剖面看，该井在主要发育大套砾岩，与实钻结果吻合。

将反演得到的砂岩时间厚度乘以速度，就可以得到工区内砂岩的分布（见后面图13）。从图13中可以看出，砂岩主要沉积在工区的中部及南部，以CX568—X11—X201—X206为界，北边砂体厚度较薄，基本小于20m，说明沉积时水动力能量强，主要沉积的是厚层的砾岩。向南砂岩逐渐厚度变大，砂体平均厚度在20m～45m之间。