肖張波，雷永昌，于駿清，吳瓊玲，楊超群

(中海石油(中國)有限公司 深圳分公司，廣東 深圳 518054)

0 引言

陸豐22洼為東沙隆起上受巖漿改造的殘留洼陷，早期受限于二維地震資料的品質(zhì)，認(rèn)為文昌組沉積時(shí)水體相對較淺，主要以濱淺湖、扇三角洲及三角洲沉積為主，生烴能力有限。2018年加大勘探開發(fā)力度，對該區(qū)采集部署了三維地震資料，基于新三維資料良好的成像品質(zhì)，深入解剖洼陷結(jié)構(gòu)，綜合地球化學(xué)模擬分析，認(rèn)為陸豐22洼陷中心文昌組具有明顯平行—亞平行地震相反射特征，具備中深湖相烴源巖發(fā)育條件，但由于該洼陷鉆井少，地質(zhì)資料缺乏，僅依靠地質(zhì)分析來確定不同演化階段沉積充填特征具有較強(qiáng)的不確定性。因此，如何在無井—少井區(qū)利用地震數(shù)據(jù)開展烴源巖及有利砂體預(yù)測對低勘探區(qū)具有重要意義。

地震反演技術(shù)是油氣勘探開發(fā)過程中刻畫地下巖性特征及分布范圍的重要手段之一，其精度受地震資料主頻、頻帶范圍、低頻模型精度和反演方法等多種因素控制[1]。對于海上勘探，一方面，海洋地震資料受鬼波影響，造成地震資料陷頻現(xiàn)象，壓制了地震資料低頻和高頻信息，尤其是低頻成分的壓制減小了原始地震信號的有效頻寬，降低反演結(jié)果的保真度和精度，給后續(xù)地震資料解釋和反演帶來假象和干擾[2-4]。為豐富頻帶信息，使反演結(jié)果包含更多地質(zhì)構(gòu)造和巖性變化的信息，近幾年，寬頻地震采集處理技術(shù)得到了快速的發(fā)展及應(yīng)用[5-7]。寬頻地震資料不僅可以改善復(fù)雜區(qū)成像精度，提供更多的地層結(jié)構(gòu)信息，而且其豐富的低頻和高頻信息大幅提升地震反演結(jié)果的準(zhǔn)確性。另一方面，低頻模型是構(gòu)成反演結(jié)果信息的重要組合部分。在井網(wǎng)較密地區(qū)，利用測井資料可以彌補(bǔ)地震資料所缺失的頻率信息[8-11]，反演的預(yù)測結(jié)果也相對可靠。但對于無井—少井區(qū)，難以利用測井先驗(yàn)信息得到初始低頻模型將嚴(yán)重影響反演結(jié)果對巖性和含油氣性的準(zhǔn)確識別，降低反演的可靠性。目前對于無井—少井區(qū)的低頻模型構(gòu)建研究相對較少。

從反演方法上，針對深部地層巖石物理關(guān)系復(fù)雜，地震資料信噪比低，利用常規(guī)疊后波阻抗反演難以得到反映正確巖性的信息。隨著AVO技術(shù)的快速發(fā)展，利用不同入射角的疊前地震資料直接估計(jì)地下彈性參數(shù)已經(jīng)成為儲層描述的主要方法[12-14]。但基于Zoeppritz方程或其近似式的疊前反演對道集資料質(zhì)量要求較高，限制了其在復(fù)雜地質(zhì)背景下儲層研究的應(yīng)用。Connolly提出的彈性阻抗反演使用不同偏移距的部分疊加資料[15]，與AVO反演方法相比，具有抗噪聲能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)[16]。一方面，可以避免由于忽略小波變換而引起的累積誤差。另一方面，彈性阻抗包含了比疊后阻抗更豐富的地球物理信息。Whitcombe進(jìn)一步對Connolly 的彈性阻抗公式進(jìn)行歸一化和優(yōu)化，提出直接用于巖性、物性和流體預(yù)測的擴(kuò)展彈性阻抗，明確了量綱，為提高儲層彈性參數(shù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性提供了新的解決方案[17-18]。近幾年，國內(nèi)諸多學(xué)者針對彈性阻抗理論及應(yīng)用展開了大量研究，彈性阻抗技術(shù)逐步成熟并在實(shí)際生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，成為巖性、儲層預(yù)測的有效手段[19-21]。

海上無井—少井區(qū)勘探存在的現(xiàn)實(shí)問題，嚴(yán)重制約了低勘探區(qū)烴源巖和儲層的預(yù)測工作。 本文從寬頻處理和低頻融合建模兩個(gè)方面，補(bǔ)償?shù)卣鹳Y料缺失的低頻信息，豐富頻帶信息，降低地震反演對測井資料的依賴，提高預(yù)測的可靠性，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用擴(kuò)展彈性阻抗反演方法充分挖掘疊前道集資料，提升反演對巖性的分辨能力及可信度。

1 基于寬頻資料的擴(kuò)展彈性阻抗反演

1.1 技術(shù)流程

無井—少井條件下的寬頻地震反演技術(shù)以寬頻處理地震資料為基礎(chǔ)，利用層析速度與有色反演結(jié)合建立反演低頻模型，最后通過擴(kuò)展彈性阻抗反演，獲得反映巖性的彈性信息，開展古近系低勘探區(qū)巖性預(yù)測研究，反演技術(shù)流程如圖1所示。

圖1 寬頻地震無井反演技術(shù)流程Fig.1 Technical flowchart of well-free broadband seismic inversion

1.2 寬頻地震處理技術(shù)

模型分析表明，地震數(shù)據(jù)低頻波場成分能夠有效降低反演結(jié)果的多解性，低頻分量的增加可減少子波旁瓣的影響，提高巖性預(yù)測的可靠性和解釋的精度。在海洋地震勘探中，受鬼波陷波影響，地震資料頻帶窄，低頻成分被壓制，給地震資料的解釋和反演造成了一定的困難。為了避免鬼波陷波影響，拓寬地震資料頻帶寬度，減少子波旁瓣的影響對資料的影響，本文應(yīng)用自適應(yīng)鬼波壓制技術(shù)消除鬼波影響，經(jīng)過反Q濾波、時(shí)空變振幅譜補(bǔ)償拓頻等一系列處理，補(bǔ)償高低頻段地震信息，拓寬地震數(shù)據(jù)頻帶，突出地震資料主頻，為后續(xù)反演奠定資料基礎(chǔ)。

從圖2常規(guī)處理資料和寬頻處理資料對比可知：常規(guī)資料頻帶窄，反射軸無法有效區(qū)分弱紅軸—強(qiáng)紅軸，分辨率較低(圖2a)。而寬頻資料頻帶信息豐富，反射軸能明顯區(qū)分弱紅軸—強(qiáng)紅軸(藍(lán)圈處)，反射特征清晰(圖2b)。從頻譜分析結(jié)果來看(圖3)，寬頻處理資料頻帶范圍可達(dá)4～70 Hz，其中4～10 Hz低頻成分保持較好，整體頻帶較寬。常規(guī)處理資料頻帶范圍9～60 Hz，高低頻信息被限制，頻帶較窄。

圖2 常規(guī)處理地震資料(a)與寬頻處理地震資料(b)對比Fig.2 Comparison of seismic section processed by conventional(a) and broadband processing(b) methods

圖3 常規(guī)處理資料與寬頻處理資料頻譜分析對比Fig.3 Comparison between amplitude spectrum of conventional seismic data and broadband seismic data

對比寬頻處理資料與常規(guī)處理資料的反演結(jié)果可知(圖4)，寬頻地震資料低頻信息豐富飽滿，頻帶寬，反演結(jié)果和鉆井的吻合度高，灰?guī)r和厚層砂巖均能夠精確識別(圖4b)。而缺少低頻信息的地震資料保真度明顯降低，厚層砂巖特征變差，泥巖隔層偏厚，與實(shí)際井吻合度低(圖4a)。由此說明，低頻成分的保持對反演結(jié)果的保真度起到關(guān)鍵作用。另外，拓寬地震資料頻帶范圍不僅可以改善地下復(fù)雜結(jié)構(gòu)成像精度，而且大幅提升地震反演結(jié)果準(zhǔn)確性，使得沉積層序解釋結(jié)果更可靠，其豐富的高頻和低頻信息可以充分發(fā)揮地震反演的技術(shù)優(yōu)勢，為地質(zhì)研究提供可靠依據(jù)。

圖4 常規(guī)處理資料(a)與寬頻處理資料(b)反演剖面對比Fig.4 Comparison of seismic data inversion section processed by conventional(a) and broadband(b) processing methods

1.3 高精度低頻模型構(gòu)建技術(shù)

目前地震資料反演大多基于模型反演，精確的低頻模型是反演成功的關(guān)鍵因素。常規(guī)地震數(shù)據(jù)中缺少低頻信息，只能從測井資料中提取低頻分量，然后與地震資料反演的相對波阻抗融合，得到絕對波阻抗。針對本區(qū)無井—少井的問題，充分依托處理解釋一體化的優(yōu)勢，利用高精度層析反演速度和有色反演相結(jié)合，建立研究區(qū)反演約束模型，解決常規(guī)地震反演利用測井對初始模型精度過度依賴問題。

模型建立步驟(圖5)如下：①將層析成像得到的背景速度，利用區(qū)域經(jīng)驗(yàn)公式轉(zhuǎn)換為反演所需的初始阻抗模型。初始阻抗模型雖然在空間分布趨勢上比較準(zhǔn)確，但細(xì)節(jié)表現(xiàn)較差(圖5a)；②利用疊后有色反演計(jì)算相對波阻抗。該反演方法不依賴子波，避免了空間上子波變化造成的影響，對井和初始模型依賴度小，反演人為影響因素小，全局優(yōu)化可以高精度地求取較大時(shí)窗內(nèi)的相對波阻抗，縱向分辨率比約束稀疏脈沖反演高，客觀反映地質(zhì)現(xiàn)象(圖5b)。③在頻率域，將上述兩步得到的初始低頻模型和有色反演相對約束模型合并，獲得趨勢準(zhǔn)確、細(xì)節(jié)清楚的最終低頻約束模型(圖5c)。利用高精度層析反演速度和有色反演相結(jié)合的低頻模型精度較高，在缺少測井等先驗(yàn)信息的情況下也能夠滿足反演要求。

a—初始低頻約束模型;b—相對低頻約束模型;c—最終低頻約束模型a—initial low frequency constraint model;b—relative low frequency constraint model;c—final low frequency constraint model圖5 低頻約束模型構(gòu)建流程Fig.5 Construction flowchart of low frequency constraint model

1.4 擴(kuò)展彈性阻抗反演

在反演低頻模型建立的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步提升反演對巖性的分辨能力及可信度，充分挖掘疊前道集資料，避免疊后資料反演提供的信息有限。2002年Whitcombe等在Connolly彈性波阻抗(EI)概念[15]研究基礎(chǔ)上繼續(xù)發(fā)展改進(jìn),提出了相對于常規(guī)疊前反演結(jié)果具有較高的信噪比及穩(wěn)定性的擴(kuò)展彈性阻抗反演方法(EEI)[17-18]。擴(kuò)展彈性阻抗反演(EEI)是將聲阻抗和梯度阻抗在極坐標(biāo)中進(jìn)行角度旋轉(zhuǎn)，從而擬合巖石的彈性參數(shù)(如橫波阻抗、縱橫波速度比等)或儲層物性參數(shù)等。

Whitcombe基于彈性波阻抗理論提出的直接用于巖性、物性和流體預(yù)測的擴(kuò)展彈性阻抗反演方法，其理論基礎(chǔ)是振幅隨偏移距變化的AVO理論。

擴(kuò)展彈性阻抗簡單的推導(dǎo)過程如下：

1)經(jīng)典的彈性阻抗理論為簡化的Zeoppritz方程，當(dāng)入射角小于30°時(shí)，反射系數(shù)可以表示為Aki-Richards的簡化公式：

R(θ)=A+Bsin2θ，

(1)

式中：A為截距，B為梯度，θ為入射角。

2)根據(jù)彈性反射系數(shù)，將彈性阻抗值歸一化到聲波阻抗量綱上，得到了彈性阻抗和聲波阻抗、梯度阻抗相關(guān)的函數(shù)表達(dá)式：

EI=AI+GIsin2θ，

(2)

式中：AI為聲波阻抗，GI為梯度阻抗，θ為入射角。

3)AI×GI空間域內(nèi)的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)，即將式(2)乘以cosα因子，可以獲得一系列的彈性阻抗，將其定義為擴(kuò)展的彈性阻抗(EEI)，其方程表達(dá)式為：

EEI(α)=AIcosα+GIsinα，

(3)

式中，α為旋轉(zhuǎn)角度，其與入射角θ之間存在相互對應(yīng)的等效關(guān)系，公式為：

tanα=sin2θ。

(4)

通過梯度阻抗和聲波阻抗的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)，尋找合適的旋轉(zhuǎn)角度α，可以擬合多種巖石物理彈性參數(shù)(縱橫波速度比、體積模量、泊松比等)或儲層參數(shù)(泥質(zhì)含量，孔隙度等)，且具有很好的相關(guān)性(相關(guān)系數(shù)接近1)。因此，可以利用上述特征，通過擴(kuò)展的彈性阻抗進(jìn)行巖性、物性及流體預(yù)測，關(guān)鍵是尋找最優(yōu)的旋轉(zhuǎn)角度α。

2 應(yīng)用實(shí)例

陸豐22洼為東沙隆起上受巖漿改造的殘留洼陷，由于該洼陷鉆井少、地質(zhì)資料缺乏，烴源巖及優(yōu)質(zhì)儲層如何展布成為該區(qū)勘探評價(jià)的關(guān)鍵問題。本文從周邊洼陷已鉆井分析入手，基于寬頻地震資料，研究應(yīng)用擴(kuò)展彈性阻抗體對新區(qū)烴源巖及有利砂體進(jìn)行平面展布預(yù)測。

2.1 最優(yōu)敏感曲線彈性參數(shù)的計(jì)算

由于本研究區(qū)古近系無鉆井，難以通過巖石物理規(guī)律分析明確巖性和物性的敏感彈性參數(shù)。因此，借鑒具有相同構(gòu)造沉積演化背景的陸豐13洼的已鉆井進(jìn)行最優(yōu)敏感曲線彈性參數(shù)計(jì)算。首先根據(jù)LF-A-1井實(shí)測的縱橫波速度和密度曲線，利用式(3)計(jì)算出不同旋轉(zhuǎn)角度對應(yīng)的擴(kuò)展彈性阻抗曲線，將其分別與TOC曲線、孔隙度作相關(guān)分析，即得到相關(guān)系數(shù)隨旋轉(zhuǎn)角度的變化趨勢。圖6相關(guān)性分析表明:當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度α=25°時(shí)，EEI(25°)與TOC曲線相關(guān)系數(shù)最大(藍(lán)色曲線)，達(dá)到0.87。當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度α=40°時(shí)，EEI(40°)與孔隙度曲線相關(guān)系數(shù)最大(紅色曲線)，達(dá)到0.8。圖7為坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)后構(gòu)建的擴(kuò)展彈性阻抗曲線與TOC、孔隙度的對比圖，可以看出，在烴源巖層段高TOC對應(yīng)低擴(kuò)展彈性阻抗，在儲層段高孔隙度對應(yīng)低擴(kuò)展彈性阻抗，說明擴(kuò)展彈性阻抗能夠較好地反映孔隙度和TOC的變化。

圖6 不同角度EEI與TOC，孔隙度相關(guān)性分析Fig.6 Analysis of the correlation between EEI and TOC，porosity at different rotation angles

圖7 不同旋轉(zhuǎn)角度EEI曲線與TOC曲線，孔隙度曲線的對比Fig.7 Comparison of EEI curve,TOC curve and porosity curve with different rotation angles

2.2 擴(kuò)展彈性阻抗轉(zhuǎn)換為物性參數(shù)

基于上述相關(guān)性分析，進(jìn)一步建立擴(kuò)展彈性阻抗和TOC、孔隙度之間的量化關(guān)系(圖8)，實(shí)現(xiàn)由彈性參數(shù)轉(zhuǎn)換為物性參數(shù)。

烴源巖方面，陸豐南地區(qū)多口井鉆遇了文四段烴源巖，巖性主要為暗色—暗灰色厚層泥巖，通過對多口井的巖屑和取心資料進(jìn)行地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)分析(表1)認(rèn)為，文四段烴源巖TOC大于1.70%為中等—很好烴源巖。從圖8a分析可知，當(dāng)擴(kuò)展彈性阻抗EEI(25°)小于9.2×106kg·m-3·m·s-1時(shí)，TOC含量普遍大于1.70%，具有優(yōu)質(zhì)烴源巖特征。利用兩者的擬合關(guān)系：TOC=-7.458×10-7×EEI(25°)+8.8721，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展彈性阻抗轉(zhuǎn)換為烴源巖TOC。

圖8 擴(kuò)展彈性阻抗EEI與TOC(a)、孔隙度(b)交會關(guān)系Fig.8 Extended elastic impedance EEI corresponding to TOC(a) and porosity(b)

表1 陸豐凹陷文四段烴源巖地球化學(xué)參數(shù)特征Table 1 Geochemical parameters of source rocks in WC4 of Lufeng sag

孔隙度方面，結(jié)合儲層巖石學(xué)特征、成巖作用及優(yōu)質(zhì)儲層主控因素研究，陸豐南地區(qū)古近系文昌組巖石類型為巖屑質(zhì)石英砂巖,儲層孔隙主要由原生孔和次生孔構(gòu)成[23]，具有經(jīng)濟(jì)產(chǎn)能的儲層孔隙度普遍大于9.42%。從圖8b可知，當(dāng)擴(kuò)展彈性阻抗EEI(40°)小于9 000 kg·m-3·m·s-1時(shí)，孔隙度普遍大于9.42%，具有優(yōu)質(zhì)儲層特征。通過彈性阻抗和孔隙度的擬合關(guān)系式：φ=-1.009×10-3×EEI(40°)+19.62，實(shí)現(xiàn)儲層物性孔隙度參數(shù)的定量預(yù)測。

2.3 烴源巖預(yù)測及分布特征

圖9為過實(shí)鉆井?dāng)U展彈性阻抗反演獲得的EEI(25°)數(shù)據(jù)體，由反演可以看出陸豐22洼在文三、文四段發(fā)育一套穩(wěn)定且具有明顯低阻特征的地層。從后驗(yàn)井LF-H地球化學(xué)錄井圖(圖10)可知，該井在文三、文四段實(shí)鉆了近250 m中深湖相暗色泥巖，其揭示的巖性特征以及泥巖發(fā)育情況與預(yù)測結(jié)果非常吻合。TOC含量0.64%～3.75%，平均值為2.0%，為中等—好烴源巖。

圖9 擴(kuò)展彈性阻抗EEI(25°)反演剖面Fig.9 Extended elastic impedance EEI(25°) inversion section

圖10 LF-H井地球化學(xué)錄井Fig.10 Geochemical logging map of LF-H well

結(jié)合陸豐地區(qū)的烴源巖特征，陸豐22洼烴源巖門檻值為擴(kuò)展彈性阻抗EEI(25°)小于 9.2×106kg·m-3·m·s-1，由此得到文三、文四段烴源巖厚度分布(圖11a)，由圖11a可知，陸豐22洼在文三、文四段沉積期相對湖平面持續(xù)上升，烴源巖分布廣泛，泥巖厚度大于200 m的面積約為105 km2。從厚度上看陸豐22洼主要存在東西兩個(gè)沉降中心。由擴(kuò)展彈性阻抗轉(zhuǎn)換得到的文三、文四段烴源巖TOC含量分布(圖11b)可知，東次洼TOC含量整體較西次洼高，這也符合東次洼埋藏更深，有機(jī)質(zhì)更容易成熟的認(rèn)識，烴源巖潛力更大。另外與實(shí)鉆井的TOC吻合性較好，說明本方法的可靠性。

a—文三段+文四段烴源巖厚度;b—文三段+文四段烴源巖TOC含量分布a—source rock thickness map of WC3+WC4;b—TOC content distribution of source rocks in WC3+WC4圖11 文三段+文四段烴源巖分布Fig.11 Distrbution map of source rock in WC3+WC4

2.4 有利砂體預(yù)測

圖12為擴(kuò)展彈性阻抗反演EEI(40°)獲得的砂體預(yù)測剖面，從反演結(jié)果可以看出在1號和2號位置(黑圈)存在相對低阻特征的砂體，橫向發(fā)育較穩(wěn)定，而3號位置(黑圈)砂體阻抗較高，連續(xù)性較差。從砂體平面屬性(圖13a)及孔隙度分布(圖13b)可以看出，陸豐22洼陷南部緩坡帶砂體發(fā)育，其屬性特征表現(xiàn)為低阻抗(擴(kuò)展彈性阻抗小于9 000 kg·m-3·m·s-1)、高孔隙度(孔隙度大于9.42%)，綜合沉積分析及陸豐其他地區(qū)優(yōu)質(zhì)儲層特征認(rèn)為南部緩坡帶主要發(fā)育辮狀河三角洲沉積體系，砂體搬運(yùn)距離長，分選磨圓好，儲層物性好。而北側(cè)近控洼斷裂陡坡帶平面屬性表現(xiàn)為高阻抗(擴(kuò)展彈性阻抗大于10 000 kg·m-3·m·s-1)、低孔隙度(孔隙度小于8%)特征，沉積分析認(rèn)為北側(cè)為陡坡扇體沉積體系，近物源快速堆積，分選磨圓較差，優(yōu)質(zhì)儲層不發(fā)育。該方法預(yù)測的平面特征與沉積認(rèn)識相符合，南部緩坡帶辮狀河三角洲優(yōu)質(zhì)儲層具有較大勘探潛力。

圖12 擴(kuò)展彈性阻抗EEI(40°)反演剖面Fig.12 Extended elastic impedance EEI(40°) inversion section

a—砂體均方根屬性;b—砂體孔隙度平面分布a—the root mean square attribute of sandstone;b—plane distribution of sandstone porosity圖13 砂體平面分布特征Fig.13 Plane distribution characteristics of sandstone

3 結(jié)論

基于寬頻處理的地震資料，拓寬了地震資料頻帶范圍，豐富了高頻和低頻信息，不僅改善了地下復(fù)雜結(jié)構(gòu)成像精度，而且大幅提升地震反演結(jié)果的準(zhǔn)確性。

針對無井—少井低勘探區(qū)中深層反演，低頻模型構(gòu)建難度大且中深層地震資料照明不足，缺乏大偏移距信息，使得巖性預(yù)測多解性強(qiáng)。本文利用高精度層析速度與有色反演相結(jié)合構(gòu)建低頻模型，引入擴(kuò)展彈性阻抗反演技術(shù)， 通過坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)構(gòu)建TOC、孔隙度敏感參數(shù)，寬頻資料豐富的低頻信息增加了反演結(jié)果的可靠性。實(shí)際應(yīng)用表明擴(kuò)展彈性阻抗和TOC、孔隙度具有較好的相關(guān)性，反演成果與鉆探認(rèn)識、地質(zhì)認(rèn)識吻合較好，有效識別了優(yōu)質(zhì)烴源巖和優(yōu)質(zhì)儲層的分布，為低勘探區(qū)中深層巖性預(yù)測提供了技術(shù)支持。該方法能夠充分利用疊前信息，同時(shí)降低了低信噪比區(qū)對地震道集的苛刻要求，對深層巖性研究具有一定的借鑒意義。