劉 玲,沃玉進(jìn),張 濤,孫 煒

(中國(guó)石化 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083)

中國(guó)石化近期在川東北及川東南二疊系等新層系及新領(lǐng)域取得油氣重大突破，展現(xiàn)出其良好的勘探前景。川東南涪陵地區(qū)已鉆勘探井14口，工業(yè)氣流9口，其中鉆達(dá)茅口組勘探井9口，工業(yè)氣流4口(FS1，TL2，JS1和TL6)，川東高陡褶皺帶拔山寺向斜南部的TL6井解釋氣層6層23.1 m，其中二類(lèi)氣層2層3.1 m，三類(lèi)氣層4層20 m，在5 485.5～5 510.5 m井段進(jìn)行射孔酸壓測(cè)試，獲11.08×104m3/d的工業(yè)氣流，拓展了上組合油氣勘探領(lǐng)域，勘探潛力巨大。但涪陵地區(qū)茅口組儲(chǔ)層受熱液白云巖化作用影響，非均質(zhì)性強(qiáng)，儲(chǔ)層較致密、厚度薄，地震響應(yīng)特征不明顯，同時(shí)茅口組上覆吳家坪組底部低速、低密度炭質(zhì)泥巖沉積，與茅口組碳酸鹽巖形成強(qiáng)烈的波阻抗差，在地震剖面上表現(xiàn)為連續(xù)、低頻、強(qiáng)反射特征(TP2界面)，掩蓋了茅口組白云巖反射的有效信號(hào)，且茅口組內(nèi)部白云巖與灰?guī)r縱波阻抗差異小，疊后縱波阻抗不可進(jìn)行巖性有效識(shí)別，需利用疊前資料尋找有效的巖性識(shí)別因子，但原始CRP道集近道能量弱、信噪比低、有效角度僅20°，大角度信息缺失，不利于疊前彈性參數(shù)求取，因此，剔除上覆吳家坪底部炭質(zhì)泥巖的強(qiáng)軸屏蔽，突顯白云巖儲(chǔ)層的地震反射特征，尋找敏感參數(shù)有效預(yù)測(cè)白云巖儲(chǔ)層分布規(guī)律，促進(jìn)高效勘探開(kāi)發(fā)是目前亟待解決的問(wèn)題。

目前，對(duì)研究區(qū)茅口組白云巖儲(chǔ)層的地震預(yù)測(cè)研究較少，王良軍等為降低單參數(shù)識(shí)別誤差，通過(guò)縱橫波速度比(vp/vs)與縱波阻抗(AI)降維處理獲得新參數(shù)來(lái)進(jìn)行識(shí)別[1]，但vp/vs反演需要3個(gè)不同角度的疊加數(shù)據(jù)體，且要求疊前道集含有豐富的橫波信息，但研究區(qū)窄道集的資料特點(diǎn)限制了疊前彈性參數(shù)vp/vs的求取。針對(duì)以上問(wèn)題，本文在疊前道集優(yōu)化處理基礎(chǔ)上，根據(jù)資料特點(diǎn)疊加了近、中兩個(gè)角度的分角度疊加數(shù)據(jù)體，并通過(guò)多子波分解與重構(gòu)技術(shù)，對(duì)各個(gè)分角度疊加數(shù)據(jù)體的TP2強(qiáng)軸進(jìn)行了壓制，提高了地震的縱橫向分辨率，突顯了茅口組白云巖儲(chǔ)層的地震響應(yīng)；通過(guò)貝葉斯稀疏脈沖反演求解了近、中兩個(gè)不同角度疊加數(shù)據(jù)體的射線(xiàn)彈性阻抗，以此為基礎(chǔ)，通過(guò)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)技術(shù)構(gòu)建了巖性因子，有效識(shí)別了白云巖儲(chǔ)層，避免了疊前CRP道集有效角度窄、疊前彈性參數(shù)求取困難的問(wèn)題[2]。地震預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)鉆井吻合度較高，該技術(shù)方法適用于本區(qū)白云巖儲(chǔ)層的識(shí)別預(yù)測(cè)，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

川東南涪陵地區(qū)位于四川盆地川東高陡褶皺帶萬(wàn)縣復(fù)向斜南部茍家場(chǎng)高陡構(gòu)造及兩側(cè)向斜帶，北西側(cè)為云安廠(chǎng)-大天池高陡構(gòu)造，南東向?yàn)楦叻鍒?chǎng)-大池干井高陡構(gòu)造，構(gòu)造呈北東向展布。區(qū)域上茅口組為緩坡型碳酸鹽巖沉積，沉積厚度在200～300 m，自下而上分為四段，沉積初期繼承了棲霞組的海侵原貌，沉積了1套風(fēng)暴眼球狀灰?guī)r或低能泥灰?guī)r，沉積中后期海水逐漸減退，為碳酸鹽巖內(nèi)緩坡相沉積，生屑灰?guī)r發(fā)育。涪陵地區(qū)為碳酸鹽巖內(nèi)緩坡相沉積，可進(jìn)一步劃分為臺(tái)內(nèi)淺灘及灘間海亞相(圖1)。中二疊統(tǒng)茅口組沉積末期，受東吳運(yùn)動(dòng)抬升剝蝕影響，大部分地區(qū)缺失茅口組四段(茅四段)，因此，本區(qū)茅口組自下而上細(xì)分為茅一段、茅二段及茅三段。茅一段主要為一套黑色泥質(zhì)灰?guī)r、含砂屑泥晶灰?guī)r、含泥質(zhì)的泥晶藻屑灰?guī)r，普遍含泥質(zhì)，發(fā)育眼球構(gòu)造、硅質(zhì)條帶，為海侵較深水沉積環(huán)境，伽馬曲線(xiàn)表現(xiàn)為向上變高的漏斗狀特征；茅二段為灰色厚層塊狀泥晶灰?guī)r、含生屑泥晶灰?guī)r、豹斑灰?guī)r等，主要為海退淺水沉積環(huán)境；茅三段是主力產(chǎn)氣層，也是本次研究目的層，下部以灰-深灰色灰?guī)r為主，夾薄層含泥灰?guī)r，中部為塊狀深灰色白云巖與薄層硅質(zhì)白云巖、硅質(zhì)巖互層，上部為灰色灰?guī)r，白云巖為主要儲(chǔ)層，鏡下總體晶形較好，以細(xì)晶為主，局部可見(jiàn)中晶、粗晶，晶間縫較發(fā)育，巖心上常見(jiàn)不規(guī)則狀溶蝕擴(kuò)大縫和溶洞充填白云巖，局部含燧石結(jié)核和團(tuán)塊。儲(chǔ)集空間類(lèi)型多樣，包括溶蝕孔洞、裂縫、晶間(溶)孔、粒間(溶)孔，為裂縫-孔隙及裂縫-孔洞型，儲(chǔ)層致密、物性差，經(jīng)孔洞縫改造后物性明顯變好，如TL6井茅口組白云巖基質(zhì)孔隙度為0.3°%～2.23%，滲透率小于0.62×10-3μm2，但裂縫孔隙度為1.10%～4.34%，滲透率在1.08×10-3～3.59×10-3μm2。

茅口組頂與上覆吳家坪組呈平行不整合接觸，吳家坪組整體為低能沉積環(huán)境，底部為灰黑色-黑色炭質(zhì)泥巖，測(cè)井上呈明顯的高伽馬、高聲波時(shí)差和低密度特征，地震上為低頻、連續(xù)、強(qiáng)振幅反射(圖2)。炭質(zhì)泥巖的強(qiáng)反射干涉和屏蔽作用使茅口組白云巖儲(chǔ)層的地震響應(yīng)特征不明顯，儲(chǔ)層預(yù)測(cè)面臨巨大挑戰(zhàn)。

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 數(shù)據(jù)品質(zhì)

涪陵地區(qū)三維地震面積1 144.5 km2，疊后地震資料主頻38 Hz，有效頻寬為10～60 Hz，層速度為6 211 m/s。根據(jù)李慶忠的極限分辨率公式[3]，可識(shí)別的地層厚度為35 m，但研究區(qū)白云巖儲(chǔ)層單層厚度一般小于5 m，最大單層厚度8.9 m，TL6井茅三段鉆遇的多套白云巖總厚23.1 m，也低于地震分辨率。白云巖儲(chǔ)層的地震相外形及結(jié)構(gòu)難以刻畫(huà)，且白云巖與灰?guī)r縱波阻抗差異小，巖石物理特征復(fù)雜，因此本次主要使用疊前道集，結(jié)合測(cè)井進(jìn)行白云巖儲(chǔ)層識(shí)別。

圖1 涪陵地區(qū)茅三段沉積相(據(jù)中石化江漢研究院修改)Fig.1 Sedimentary facies of the Mao 3 member in Fuling area (modified after the data of Jianghan Research Institute，SINOPEC)

研究區(qū)原始CRP道集具以下特點(diǎn)：①信噪比低、多次波干擾嚴(yán)重；②近道能量弱，保真度差；③道集角度窄，最大有效角度僅20°，不可直接用于疊前彈性參數(shù)反演，需進(jìn)行疊前道集優(yōu)化處理。研究區(qū)目前有6口鉆井，資料齊全的僅TL6和YX1兩口井。

2.2 技術(shù)方法

涪陵地區(qū)茅口組白云巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)主要有以下幾個(gè)難點(diǎn)：①吳家坪組底部低速、低密度炭質(zhì)泥巖的低頻強(qiáng)反射降低了地震縱、橫向分辨率，屏蔽了白云巖儲(chǔ)層的地震反射特征，嚴(yán)重干擾了儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，有效壓制強(qiáng)軸反射，突出下伏白云巖的地震響應(yīng)是精細(xì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的關(guān)鍵；②白云巖及灰?guī)r縱波阻抗疊置嚴(yán)重，疊后地震難以進(jìn)行巖性區(qū)分，疊前道集有效角度僅20°，大角度信息缺失，不利于疊前彈性參數(shù)求取，尋找?guī)r性識(shí)別因子是儲(chǔ)層有效預(yù)測(cè)的核心。

針對(duì)以上問(wèn)題，主要采取以下技術(shù)對(duì)策：①在疊前道集優(yōu)化處理基礎(chǔ)上，構(gòu)建近、中兩個(gè)分角度疊加數(shù)據(jù)體，并通過(guò)多子波分解與重構(gòu)技術(shù)去除TP2強(qiáng)軸屏蔽，突出白云巖地震反射；②在強(qiáng)軸屏蔽處理基礎(chǔ)上，通過(guò)貝葉斯稀疏脈沖反演求取近、中角度疊加數(shù)據(jù)體的射線(xiàn)彈性阻抗，并通過(guò)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)技術(shù)構(gòu)建巖性因子，進(jìn)行白云巖儲(chǔ)層的有效刻畫(huà)，以避免研究區(qū)CRP道集角度窄、疊前彈性參數(shù)不易求取的問(wèn)題。

3 巖性因子預(yù)測(cè)白云巖儲(chǔ)層

3.1 疊前優(yōu)化處理提高道集信噪比及保真度

疊前時(shí)間偏移的常規(guī)化處理已日益普及，使基于CRP道集的AVO分析和疊前彈性參數(shù)反演成為可能[3-5]。CRP道集質(zhì)量的高低決定著反演結(jié)果的可信度及效果，改善提高疊前資料品質(zhì)是巖性解釋和開(kāi)發(fā)研究的關(guān)鍵。但研究區(qū)原始CRP道集品質(zhì)差，不可直接用于疊前反演。為了提高道集資料品質(zhì)，進(jìn)行了針對(duì)性處理：①預(yù)測(cè)剔除去噪。針對(duì)疊前道集數(shù)據(jù)中的隨機(jī)噪聲，利用噪聲剔除法衰減隨機(jī)噪聲、異常振幅及線(xiàn)性干擾等，改善道集信噪比，提高有效反射連續(xù)性；②剔除擬合振幅補(bǔ)償。以Zoeppritz彈性波動(dòng)學(xué)理論為基礎(chǔ)，按照拋物線(xiàn)形式的信號(hào)特點(diǎn)，對(duì)地震數(shù)據(jù)按一定的剔除百分比進(jìn)行剔除-擬合，對(duì)目標(biāo)道地震數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償校正，同時(shí)保留未處理道的有效信息，并引入加權(quán)誤差函數(shù)，去除多次波，這種基于AVO特征的振幅補(bǔ)償方法，嚴(yán)格遵循了振幅隨炮檢距變化的關(guān)系，具有較高的保真度。

圖2 涪陵地區(qū)TL6井地層綜合柱狀圖Fig.2 The composite stratigraphic column for Well TL6 in Fuling area

通過(guò)一系列處理后，疊前道集的信噪比大幅度提高，近道能量弱的現(xiàn)象消失，資料品質(zhì)得到極大改善，與正演道集對(duì)比可見(jiàn)，相比于原始CRP道集，優(yōu)化道集與正演道集的波組特征及AVO規(guī)律更類(lèi)似，說(shuō)明疊前道集優(yōu)化處理是合理可靠的，可用于后期的疊前反演(圖3)。

在疊前道集優(yōu)化處理基礎(chǔ)上，考慮疊前道集大角度信息缺失的特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際研究需要，確定了道集的疊加范圍，并通過(guò)直線(xiàn)追蹤法將偏移距道集轉(zhuǎn)化成入射角道集，最終得到兩個(gè)分角度疊加數(shù)據(jù)體，分別為近角度(0°～12°)和中角度(8°～20°)。

3.2 多子波分解與重構(gòu)去除炭質(zhì)泥巖強(qiáng)軸屏蔽突出白云巖反射

根據(jù)測(cè)井資料，吳家坪底部沉積一套厚約3～10 m的泥巖、炭質(zhì)泥巖，具“低密度、高聲波時(shí)差”特征，速度、密度和波阻抗的平均值分別為4 260 m/s，2.69 g/cm3和11 459 g/cm3·m/s；茅口組頂部為灰?guī)r，速度、密度和波阻抗的平均值分別為6 377 m/s，2.71 g/cm3和17 281 g/cm3·m/s，其與吳家坪底部炭質(zhì)泥巖形成較強(qiáng)的波阻抗差，形成低頻、連續(xù)、強(qiáng)振幅的TP2反射界面。受TP2強(qiáng)軸屏蔽影響，茅口組碳酸鹽巖尤其是生屑灘白云巖儲(chǔ)層在地震剖面上無(wú)明顯響應(yīng)特征，僅利用常規(guī)地震難以預(yù)測(cè)白云巖儲(chǔ)層，制約了下一步的勘探進(jìn)程。有效壓制TP2強(qiáng)反射，削弱其對(duì)下伏白云巖儲(chǔ)層反射的屏蔽作用，是精細(xì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的關(guān)鍵，本次采用多子波分解與重構(gòu)技術(shù)去除強(qiáng)軸屏蔽。

3.2.1 多子波分解與重構(gòu)原理

多子波分解與重構(gòu)技術(shù)是基于地層不同巖性、物性及含流體性對(duì)應(yīng)不同的地震反射頻率特征而出現(xiàn)的[6-8]，由多子波變換[9]發(fā)展而來(lái)，是把單道地震數(shù)據(jù)分解為一系列具有不同振幅、不同頻率的子波，稱(chēng)之為原子，再根據(jù)研究區(qū)的地質(zhì)特征及巖性組合關(guān)系，剔除影響儲(chǔ)層反射特征的原子，再將剩余原子按能量級(jí)別或頻率成分進(jìn)行重構(gòu)，達(dá)到剔除強(qiáng)干擾信號(hào)，增強(qiáng)弱有效信號(hào)的目的[10]。如果該集合的所有原子都用于重構(gòu)，重構(gòu)的地震道與原始地震道基本相同。目前，多子波分解方法較多，包括短時(shí)傅里葉變換、小波變換、S變換、Hilbert變換和匹配追蹤等[11]，本次采用的是匹配追蹤，其核心思想是將信號(hào)表示為一系列與信號(hào)局部結(jié)構(gòu)特征最佳匹配的時(shí)頻原子的線(xiàn)性組合，它較其他算法具較高的時(shí)頻分辨率及局部自適應(yīng)性，不受測(cè)不準(zhǔn)原理的影響，具體算法如下。

圖3 涪陵地區(qū)TL6井疊前CRP道集優(yōu)化Fig.3 The CRP gather optimization for Well TL6 in Fuling areaa.原始道集；b.預(yù)測(cè)剔除去噪；c.剔除擬合振幅補(bǔ)償；d.正演道集；e.AVO交匯圖(線(xiàn)號(hào)：1079；道號(hào)：1179)

1)將地震記錄表示成不同到時(shí)、不同頻率、不同能量、不同相位的子波線(xiàn)性組合，稀疏表達(dá)式如下：

(1)

式中:s(t)為帶限地震信號(hào)，無(wú)量綱；w為原子，無(wú)量綱；Rsm(t)是匹配后的殘余信號(hào)，無(wú)量綱；m是迭代的原子個(gè)數(shù)，通過(guò)設(shè)置的閥值來(lái)判斷迭代的終止條件，進(jìn)而確定迭代的原子個(gè)數(shù)；tj為延遲時(shí)間，ms；fj為主頻，Hz；aj為相關(guān)系數(shù)，無(wú)量綱；φj為相位，(°)。

2)原子用Ricker子波來(lái)描述，并用三瞬約束的單參數(shù)掃描方式快速準(zhǔn)確確定原子的延遲時(shí)間、主頻、振幅及相位,表達(dá)式如下:

(2)

式中:wR為用Ricker子波表示的原子，無(wú)量綱；t為時(shí)間，ms。

3)計(jì)算地震記錄的瞬時(shí)頻率，并根據(jù)瞬時(shí)頻率給定一個(gè)搜索范圍，建立原子庫(kù)D={wk,k=1,2,2K},且滿(mǎn)足‖wk=1‖，這些向量可以擴(kuò)展成N維Hilbert空間。對(duì)于任意信號(hào)s(t)，從D中尋找與其最佳匹配的原子wkr，滿(mǎn)足如下匹配條件：

(3)

式中:〈s,wkr〉是原始信號(hào)s與最佳匹配原子wkr的內(nèi)積，無(wú)量綱；wk表示第k個(gè)原子，無(wú)量綱。

4)第一次迭代后，原始信號(hào)可表示成

s(t)=〈s,wk0〉wk0+Rs(1)(t)

(4)

式中:wr0為初始原子，無(wú)量綱；〈s,wk0〉wk0是s在wr0上的投影或分量，無(wú)量綱；Rs(1)(t)為投影值和信號(hào)的差值，即第一次迭代的殘余信號(hào)，無(wú)量綱。

逐次迭代逼近最優(yōu)化，必然使得殘差Rs(t)的能量最小化，使投影〈s,wr0〉極大化。經(jīng)過(guò)n次迭代后，

Rsn(t)=anwn+Rs(n+1)(t)

(5)

(6)

式中:an為迭代n次后的相關(guān)系數(shù)，無(wú)量綱；wn為迭代n次后的原子，無(wú)量綱；Rs(n+1)(t)為迭代n次后的殘余信號(hào)，無(wú)量綱。

信號(hào)被分解為

(7)

式中:‖wkr‖2=1。

此方法通過(guò)地震記錄瞬時(shí)屬性計(jì)算約束掃描，快速準(zhǔn)確定位原子，省略了龐大原子庫(kù)的構(gòu)造，提高了計(jì)算效率，同時(shí)在一個(gè)子波時(shí)窗范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，保證沿層分解的穩(wěn)定性和連續(xù)性。

3.2.2 多子波分解與重構(gòu)應(yīng)用效果

模型正演可建立儲(chǔ)層巖性的地震響應(yīng)，為了明確吳家坪組底部碳質(zhì)泥巖對(duì)茅口組白云巖的影響程度，進(jìn)行了正演模擬研究。首先根據(jù)川東南涪陵地區(qū)茅口組及上覆吳家坪組實(shí)際的地層結(jié)構(gòu)，參考鉆井巖心測(cè)試數(shù)據(jù)，建立涪陵地區(qū)吳家坪底及茅三段的巖性組合模型(圖4a)；然后采用Zeoppritz方程褶積模型，通過(guò)30 Hz零相位Ricker子波褶積得到模型正演地震剖面。正演結(jié)果表明，由于吳家坪底部炭質(zhì)泥巖與茅口組碳酸鹽巖波阻抗差較大，產(chǎn)生了強(qiáng)反射信號(hào)，導(dǎo)致茅口組白云巖儲(chǔ)層的信號(hào)完全被屏蔽，淹沒(méi)在波谷中(圖4b，橘色線(xiàn)位置為茅三段頂)。

通過(guò)頻譜分析及對(duì)儲(chǔ)層上覆炭質(zhì)泥巖地震反射特征正演模擬發(fā)現(xiàn)，炭質(zhì)泥巖的地震響應(yīng)與能量最強(qiáng)的原子存在較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此，重構(gòu)方式選擇去除能量最強(qiáng)的原子，再將剩余原子按能量進(jìn)行重構(gòu)。當(dāng)去掉最強(qiáng)原子100%能量時(shí)，灰?guī)r與白云巖間的波峰出現(xiàn)，但泥巖與灰?guī)r間的波峰消失，不符合實(shí)際地質(zhì)模型；去掉最強(qiáng)原子80%及90%的能量時(shí)，泥巖與灰?guī)r間的波峰反射特征保留，且白云巖儲(chǔ)層頂部的波峰出現(xiàn)，但去除最強(qiáng)原子80%的能量時(shí)，泥巖與灰?guī)r間的波峰強(qiáng)于灰?guī)r與白云巖間的波峰，而去除最強(qiáng)原子90%的能量時(shí)，兩個(gè)波峰的反射強(qiáng)度相近。根據(jù)反射系數(shù)公式可知，泥巖與灰?guī)r間的反射系數(shù)為0.2，而灰?guī)r與白云巖間的反射系數(shù)僅為0.07，即泥巖與灰?guī)r間的波峰應(yīng)強(qiáng)于灰?guī)r與白云巖，因此，本次選擇去掉最強(qiáng)原子80%的能量，再進(jìn)行重構(gòu)，以進(jìn)行白云巖儲(chǔ)層的識(shí)別(圖4c—g)。

過(guò)TL6井的全疊加原始地震剖面上，TP2為一強(qiáng)波峰反射，屏蔽了茅三段白云巖的地震反射，灰?guī)r及白云巖整體對(duì)應(yīng)波谷反射，地震剖面無(wú)法表征白云巖的空間展布特征(圖5a)，在多子波分解與重構(gòu)后的全疊加剖面上，TP2界面處的波峰變窄，反射強(qiáng)度減弱，波峰下的波谷中多了一斷續(xù)的波峰反射，即白云巖頂面出現(xiàn)反射，被低頻炭質(zhì)泥巖屏蔽的有效信號(hào)得到恢復(fù)(圖5b)。

為了驗(yàn)證多子波分解與重構(gòu)技術(shù)在后續(xù)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的可靠性與準(zhǔn)確性，對(duì)比了子波分解與重構(gòu)前后均方根振幅的平面分布規(guī)律，并與實(shí)鉆井進(jìn)行對(duì)比。原始地震均方根振幅屬性上(圖6a)，中、強(qiáng)振幅主要沿北東-南西向兩個(gè)條帶大面積連片分布，而涪陵地區(qū)茅口組白云巖儲(chǔ)層的物質(zhì)基礎(chǔ)是生屑灘沉積，區(qū)域沉積背景顯示(圖1)，生屑灘主要沿岸線(xiàn)團(tuán)塊狀分布，因此，原始地震均方根振幅屬性與區(qū)域地質(zhì)沉積特征不符，這主要是因?yàn)槭軈羌移航M底炭質(zhì)泥巖的強(qiáng)軸影響，原始地震上茅三段提取的均方根振幅屬性主要反映茅口組與吳家坪組的界面能量信息，而不是巖性信息；經(jīng)多子波分解與重構(gòu)后，中、強(qiáng)振幅大面積連片現(xiàn)象消失，主要呈團(tuán)塊狀分布，與生屑灘的沉積分布規(guī)律相吻合(圖6b)。由此可見(jiàn)，多子波分解與重構(gòu)能有效壓制吳家坪組底部炭質(zhì)泥巖的強(qiáng)軸屏蔽，突顯白云巖儲(chǔ)層的地震反射，有利于儲(chǔ)層精細(xì)預(yù)測(cè)，因此，先對(duì)近、中角度的疊加數(shù)據(jù)體進(jìn)行多子波分解與重構(gòu)，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行射線(xiàn)彈性阻抗反演及巖性因子求取。

圖4 涪陵地區(qū)茅口組多子波分解與重構(gòu)正演模型Fig.4 The forward model of multi-wavelet decomposition and reconstruction of the Maokou Formation,Fuling areaa.地質(zhì)模型；b.正演模型；c—g.依次為剔除最強(qiáng)原子60%，70%，80%,90%及100%的能量的地震模型

3.3 射線(xiàn)彈性阻抗構(gòu)建巖性因子規(guī)避疊前道集窄角度缺陷

巖石物理是儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)，對(duì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法的遴選及技術(shù)參數(shù)的確定具有重要的指導(dǎo)意義[12]。根據(jù)測(cè)井資料，涪陵地區(qū)二疊系茅口組白云巖具“一低三高”的巖電特征，具體表現(xiàn)為低自然伽馬、高補(bǔ)償中子、高密度和高橫波速度，白云巖密度高于灰?guī)r，但速度略低于灰?guī)r，導(dǎo)致白云巖與灰?guī)r縱波阻抗重疊，用縱波阻抗難以進(jìn)行巖性識(shí)別(表1)。

圖5 涪陵地區(qū)茅口組原始地震剖面(a)與多子波分解與重構(gòu)剖面(b)Fig.5 Original seismic section (a) and multi-wavelet decomposition and reconstruction section (b) of the Maokou Formation in Fuling area

圖6 涪陵地區(qū)茅口組原始地震(a)與多子波分解重構(gòu)(b)的均方根振幅屬性圖Fig.6 A diagram showing the root mean square amplitude attributes of the original seismic data (a) and after multi-wavelet decomposition and reconstruction (b) of the Maokou Formation in Fuling area

表1 涪陵地區(qū)茅口組測(cè)井特征
Table 1 Logging characteristics of the Maokou Formation in Fuling area

巖性自然伽馬/API補(bǔ)償中子密度/(g·cm-3)縱波速度/(m·s-1)橫波速度/(m·s-1)縱波阻抗/(g·cm-3·m·s-1)白云巖18.05～19.49(18.77)0.022～0.024(0.023)2.718～2.761(2.745)5 968～6 424(6 227)3 225～3 395(3 325)16 222～17 323(17 086)灰?guī)r19.39～37.21(29.78)-0.004～0(-0.000 8)2.678～2.706(2.699)6 131～6 372(6 277)3 186～3 269(3 240)16 419～17 248(16 938)含泥灰?guī)r62.60～64.67(63.64)0.004～0.020(0.012)2.654～2.698(2.676)5 754～6 069(5 912)3 206～3 224(3 215)15 271～16 375(15 823)

注：數(shù)據(jù)格式為最小值～最大值(平均值)。

多參數(shù)交匯分析表明，雖然單一參數(shù)不可有效區(qū)分灰?guī)r及白云巖，但同時(shí)使用兩個(gè)敏感參數(shù)則可進(jìn)行巖性區(qū)分，其分界線(xiàn)近平行于各類(lèi)巖性，如縱橫波速度比與縱波阻抗的交匯圖中，沿45°方向可有效地區(qū)分灰?guī)r及白云巖。為了使不同巖性間的分界線(xiàn)更加清楚，按照泊松阻抗[13]的研究思路，提出了巖性因子的概念，即在敏感彈性參數(shù)交匯圖的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同巖性的分布特征尋找一條合適的趨勢(shì)線(xiàn)，沿著這條趨勢(shì)線(xiàn)通過(guò)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)技術(shù)按照一個(gè)合適的角度旋轉(zhuǎn)，形成一個(gè)新的坐標(biāo)系統(tǒng)，在新的坐標(biāo)系統(tǒng)中，縱坐標(biāo)仍為原來(lái)的參數(shù)，橫坐標(biāo)為兩個(gè)敏感參數(shù)通過(guò)計(jì)算形成的巖性因子，其表達(dá)式為：巖性因子=A×參數(shù)1+B×參數(shù)2+C(A,B,C為參數(shù)1和參數(shù)2擬合關(guān)系式的系數(shù))。值得注意的是，為了使巖性因子的計(jì)算更為準(zhǔn)確，最好選用量綱相同的兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

孔隙度與密度、縱橫波速度比(vp/vs)與縱波阻抗(AI)的交匯圖均說(shuō)明，將孔隙度與密度或vp/vs與AI按一定角度旋轉(zhuǎn)降維處理后，生成的巖性因子都可較好地進(jìn)行巖性識(shí)別(圖7a，b)。但密度及vp/vs等彈性參數(shù)的求取至少需要3個(gè)不同角度的疊加數(shù)據(jù)體，而原始CRP道集最大有效角度僅到20°，缺乏大角度信息，不適于疊加3個(gè)不同角度的數(shù)據(jù)體，同時(shí)，密度及vp/vs的計(jì)算需要在不同疊加數(shù)據(jù)體彈性阻抗求取的基礎(chǔ)上再經(jīng)過(guò)非線(xiàn)性計(jì)算才可獲得，多次反演過(guò)程易造成反演誤差，而孔隙度的預(yù)測(cè)通常是通過(guò)與其它彈性參數(shù)的映射關(guān)系計(jì)算得來(lái)，很難直接從地震資料中計(jì)算[14-17]，同樣存在多次反演誤差。另外，這3個(gè)參數(shù)的值域范圍較小，識(shí)別誤差大，且vp/vs與縱波阻抗不屬于同一個(gè)量綱，也不適用于巖性因子的計(jì)算。因此，本次研究不采用疊前彈性參數(shù)(如vp/vs、密度、孔隙度等)構(gòu)建巖性因子，而是直接利用近、中兩個(gè)不同角度的射線(xiàn)彈性阻抗體通過(guò)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)技術(shù)直接構(gòu)建巖性識(shí)別因子。

雖然單一角度射線(xiàn)彈性阻抗不可區(qū)分白云巖，但聯(lián)合使用2個(gè)不同角度的射線(xiàn)彈性阻抗可進(jìn)行巖性區(qū)分，分界線(xiàn)大致為45°方向(圖7c)，因此可考慮利用2個(gè)不同角度的射線(xiàn)彈性阻抗體通過(guò)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)技術(shù)生成新的巖性因子以進(jìn)行白云巖儲(chǔ)層的有效識(shí)別。根據(jù)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)計(jì)算結(jié)果，巖性因子公式為：巖性因子=0.722 621×REI6-0.691 244×REI14-3 757.35(圖7d)。該方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：①采用的是劉力輝改進(jìn)的射線(xiàn)彈性阻抗公式[18]，能充分保留Ma[19]射線(xiàn)彈性阻抗的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)能克服其抗噪能力差的缺點(diǎn)；②2個(gè)不同角度的射線(xiàn)彈性阻抗體均屬于同一量綱，且值域較大，識(shí)別誤差??；③巖性因子求取只需利用2個(gè)不同角度射線(xiàn)彈性阻抗體通過(guò)簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)運(yùn)算即可求取巖性因子，無(wú)多次反演誤差的弊端。

3.4 巖性因子有效識(shí)別白云巖儲(chǔ)層

根據(jù)巖石物理分析，巖性因子是茅口組白云巖儲(chǔ)層識(shí)別的敏感參數(shù)，但巖性因子的構(gòu)建首先需要2個(gè)不同角度的射線(xiàn)彈性阻抗體，目前彈性阻抗反演方法較多，本次采用的是貝葉斯稀疏脈沖反演[20]，該方法用貝葉斯公式將地震褶積模型的似然函數(shù)與反射系數(shù)的柯西先驗(yàn)分布結(jié)合起來(lái)進(jìn)行反演，簡(jiǎn)化稀疏脈沖反演的過(guò)程，且將井上波阻抗模型加入目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行約束，補(bǔ)償反演結(jié)果的低頻和高頻成分，與常規(guī)稀疏脈沖反演相比，這種方法預(yù)測(cè)精度高、收斂速度快、計(jì)算結(jié)果穩(wěn)定。

根據(jù)巖石物理分析，白云巖雖與灰?guī)r縱波阻抗有重疊，但整體為高阻抗特征，因此，射線(xiàn)彈性阻抗反演剖面上的高阻抗區(qū)大致表征白云巖發(fā)育，根據(jù)高阻抗分布特征，茅三段沉積時(shí)主要發(fā)育上部和下部?jī)善诎自茙r，但實(shí)鉆井顯示，茅三段的白云巖主要發(fā)育于中上部，下部白云巖不發(fā)育，地震預(yù)測(cè)結(jié)果與鉆井不吻合；同時(shí)，與鉆井解釋結(jié)論對(duì)比發(fā)現(xiàn)，白云巖氣層段及含泥灰?guī)r干層段都對(duì)應(yīng)射線(xiàn)彈性阻抗剖面的高值區(qū)，射線(xiàn)彈性阻抗不可有效區(qū)分白云巖及灰?guī)r(圖8a,b)。

圖7 涪陵地區(qū)茅口組巖石物理交匯分析Fig.7 The petrophysical analysis of the Maokou Formation in Fuling areaa.孔隙度與密度交匯圖；b.縱、橫波速度比與縱波阻抗交匯圖；c.近、中角度射線(xiàn)彈性阻抗交匯圖；d.中角度射線(xiàn)彈性阻抗與巖性因子交匯圖

巖性因子大于0表征白云巖儲(chǔ)層發(fā)育。巖性因子剖面顯示，涪陵地區(qū)茅口組沉積時(shí)，白云巖主要發(fā)育于茅三段中上部，橫向上，白云巖連續(xù)性較差，與TL6井的鉆井結(jié)果對(duì)比也表明，巖性因子于0的區(qū)域，對(duì)應(yīng)TL6井白云巖裂縫型氣層段，而TL6井的含泥灰?guī)r干層段，則對(duì)應(yīng)巖性因子小于0的區(qū)域，表征白云巖儲(chǔ)層不發(fā)育，說(shuō)明地震巖性因子預(yù)測(cè)結(jié)果較準(zhǔn)確，可用于研究區(qū)的精細(xì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)(圖9)。

為了進(jìn)一步分析白云巖的平面分布規(guī)律，根據(jù)井震標(biāo)定建立的等時(shí)地層格架，以茅三段為屬性提取時(shí)窗統(tǒng)計(jì)了巖性因子大于0的時(shí)間厚度，并根據(jù)測(cè)井統(tǒng)計(jì)，以6 350 m/s為白云巖的速度計(jì)算了茅三段白云巖儲(chǔ)層的厚度。茅三段沉積時(shí)，白云巖儲(chǔ)層主要呈團(tuán)塊狀沿基底斷裂方向發(fā)育，大部分地區(qū)白云巖厚度大于10 m，部分地區(qū)白云巖厚度大于20 m，如TL6井，白云巖的平面分布具較強(qiáng)的非均質(zhì)性，這主要是因?yàn)楦⒘甑貐^(qū)茅口組白云巖儲(chǔ)層受生屑灘、巖溶斜坡和構(gòu)造斷裂3大因素的聯(lián)合控制。生屑灘是儲(chǔ)層形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，茅口組沉積時(shí)期，生屑灘發(fā)育，淺埋藏時(shí)期，顆粒灘粗粒結(jié)構(gòu)固結(jié)成巖后仍殘余大量粒間孔，垂向上構(gòu)成多個(gè)低能細(xì)粒結(jié)構(gòu)的致密層和高能灘相高孔層多旋回疊置特點(diǎn)，白云巖儲(chǔ)層主要發(fā)育于生屑灘地區(qū)，如TL6井鉆遇的白云巖為生屑灘沉積；巖溶改造創(chuàng)造了最直接的孔洞條件，是白云巖儲(chǔ)層形成的關(guān)鍵，茅口組沉積末期，受東吳運(yùn)動(dòng)的影響，地殼快速差異抬升，使上揚(yáng)子地臺(tái)整體抬升暴露，茅口組遭到不同程度的剝蝕，形成“茅口組頂”不整合面，古巖溶高地及斜坡帶均是巖溶儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)，涪陵地區(qū)處于古巖溶發(fā)育區(qū)[21-22]，F(xiàn)MI成像測(cè)井顯示，TL6井5 485.45～5 510.22 m內(nèi)可見(jiàn)大量溶蝕孔洞，TL6井西北方向的TL7井白云巖儲(chǔ)層段溶蝕孔洞也發(fā)育；此外，富鎂流體使生屑灘白云石化，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的斷裂和裂縫為流體提供了通道，改善了儲(chǔ)集性能，如TL6井5 486～5 511.5 m白云巖儲(chǔ)層段裂縫發(fā)育，該井測(cè)試日產(chǎn)氣11.08×104m3，TL7井局部也見(jiàn)中-高角度裂縫。通過(guò)與實(shí)鉆井對(duì)比發(fā)現(xiàn)，TL6井茅三段地震預(yù)測(cè)白云巖厚度18 m，鉆井實(shí)際厚度21.3 m，誤差為3.3 m；TL7為新鉆井，未參與巖性因子反演過(guò)程，可作為驗(yàn)證井，該井地層預(yù)測(cè)白云巖厚度為15 m，實(shí)鉆厚度11.2 m，誤差為3.8 m；TL602為部署井，目前尚未鉆井(圖10)。通過(guò)實(shí)鉆井對(duì)比可見(jiàn)，巖性因子預(yù)測(cè)結(jié)果是較準(zhǔn)確和可靠的，可用于后期的勘探開(kāi)發(fā)工作。

圖8 涪陵地區(qū)茅口組不同角度射線(xiàn)彈性阻抗體反演剖面Fig.8 Ray elastic impedance sections of various angles in the Maokou Formation in Fuling areaa.0°～12°；b.8°～20°

圖9 涪陵地區(qū)茅口組巖性因子剖面Fig.9 The lithology factor section of the Maokou Formation in Fuling area

圖10 涪陵地區(qū)茅三段白云巖儲(chǔ)層厚度Fig.10 Isopach map of the Mao 3 reservoirs in Fuling area

4 結(jié)論

1)川東南涪陵地區(qū)二疊系茅口組疊前道集信噪比低、近道能量弱、角度窄，預(yù)測(cè)剔除去噪法可提高信噪比，剔除擬合振幅補(bǔ)償可補(bǔ)償近道能量，提高振幅保真度，經(jīng)疊前道集優(yōu)化處理后，疊前道集的資料品質(zhì)大幅度提高；

2)二疊系上統(tǒng)吳家坪組底部炭質(zhì)泥巖屏蔽了茅口組白云巖的地震響應(yīng)特征，采用多子波分解與重構(gòu)技術(shù)去除了炭質(zhì)泥巖的低頻強(qiáng)軸屏蔽干擾，提高了地震的縱橫向分辨率，突出了白云巖儲(chǔ)層的地震反射特征，該技術(shù)為含有強(qiáng)反射干擾的復(fù)雜儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提供了新的研究思路和方法；

3)茅口組白云巖與灰?guī)r縱波阻抗疊置，常規(guī)波阻抗反演及地震屬性難以預(yù)測(cè)，疊前道集有效角度窄，疊前彈性參數(shù)準(zhǔn)確求取困難，以多子波分解與重構(gòu)技術(shù)處理的近、中分角度疊加數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)貝葉斯稀疏脈沖反演計(jì)算了兩個(gè)不同角度疊加數(shù)據(jù)體的射線(xiàn)彈性阻抗體，并利用射線(xiàn)彈性阻抗通過(guò)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)技術(shù)構(gòu)建了巖性因子，進(jìn)行白云巖儲(chǔ)層的有效識(shí)別，該技術(shù)避免了窄角度道集疊前彈性參數(shù)求取困難且單一參數(shù)難以有效識(shí)別白云巖儲(chǔ)層的問(wèn)題，地震預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)鉆結(jié)果吻合，預(yù)測(cè)方法準(zhǔn)確和可靠，可用于類(lèi)似區(qū)白云巖儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)，這對(duì)開(kāi)辟川東南涪陵地區(qū)二疊系茅口組天然氣勘探新局面具有重要的指導(dǎo)意義；

4)地震巖性因子預(yù)測(cè)表明，川東南涪陵地區(qū)二疊系下統(tǒng)茅口組白云巖垂向上主要發(fā)育于茅三段中上段，平面分布具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性，主要呈團(tuán)塊狀沿基底斷裂分布，大部分地區(qū)白云巖厚度大于10 m，部分地區(qū)大于20 m。