地震分频段反演方法及其在薄互储层预测中的应用

地震分频段反演方法及其在薄互储层预测中的应用韩 喜中国地质大学 (100083)email:hanxihb@摘要：在地震波阻抗反演中采用低频、中频、高频频段分别处理，最终求和的方法，其中用地震处理中的叠加速度计算波阻抗低频成份，以约束稀疏脉冲反演方法求取波阻抗中频成份，高频成分用地质统计方法随机模拟，所求结果在遵循了地震的中低频成份基础上，增加了具有地质统计意义的高频成份。

并在此基础上，结合钻井、测井和油田的生产资料,对砂泥岩薄互层进行了储层横向预测。

并对有利储层呈现低阻抗特征进行了分析，取得了理想的效果，对油田的开发有较好的借鉴价值。

关键词：高分辨率，砂泥岩薄互层，地震反演，储层预测，地质统计1． 引言砂泥岩薄互层储层在我国陆相含油气盆地中占据着相当重要的地位[1]。

近年来，例如象松辽盆地中的老油田，其主要工作之一就是在老油田的外围寻找新增储量和扩建油气产能，而其含油储层却多为小于5米的薄窄砂岩储层，根据开发的需要，单砂体追踪成为地质人员追求的目标[2]。

因而利用地震资料预测储层的分布规律成为唯一途径。

这些砂泥岩薄互层空间的连续性以及非均质性就成为储层地质研究的核心问题。

而小于5米的砂岩储层用地震方法预测，由于受分辨率的限制，在多数情况下乃力所不及[3]。

2． 地震分频反演波阻抗的物理基础2.1地震分辨率分析沿目标层作沿层地震切片是三维地震储层预测中常用的手段。

根据沃尔索沉积相序递变规律：只有在横向上（平面上）成因相接近且紧密临接的相和相区，才能在垂向上依次叠覆而没有间断。

由于受地震分辨率的制约，沉积厚度在小于5米以下的岩层在垂向上很难分辨；而在横向上，通常较小的沉积体也会有200米以上的宽度[4]，在地震资料上可以占据10道以上的范围，加之固有的沉积横向连续性和沉积几何形态，以及地质家头脑中已有的沉积模式，解释起来相比在垂向上具有更高的分辨能力，利用沿层地震切片开展储层横向预测是一种有效的方法。

2.2地震资料与波阻抗在储层预测中的对比地震波是地下岩石层的反射系数序列与带有旁瓣的子波褶积的结果，在地震资料处理过程中，子波旁瓣的影响有时还会加强，因此地震沿层切片中势必包含了前一反射界面对于子波旁瓣的延时响应，存在或多或少的反射假象[5]。

在波阻抗反演过程中（如稀疏脉冲反演），通常要求所求得的子波为一个主波峰和两个旁瓣的子波，根据这样的子波所求得的反褶积算子，在进行反褶积运算时，才可以消除子波旁瓣效应，避免一些地质假象的出现。

因此在常规的波阻抗反演剖面上，由于消除了子波旁瓣在剖面中响应的地质假象，视频率比地震剖面会有所降低，但如果反演结果正确，波阻抗剖面会反映相对地震更真实的地下地层信息。

此外，地震同相轴代表地层界面反射，而波阻抗值反映的是岩石内部特性，空间位置也与真实地下地层可对应。

因此，波阻抗资料可以利用测井资料在相同深度对应解释。

2.3 波阻抗反演的频段划分方法波阻抗的低频使得反演的波阻抗值接近岩石特性，更利于岩性预测, 高频可以反映薄层，对地下岩层边界精确定位。

在早期勘探中,利用波阻抗信息进行储层岩性预测，由于在地震资料采集和处理过程中，往往截掉了8Hz 以下的低频成份，因此在地震反演的中频段波阻抗基础上,一定要想法从其它来源（如测井、地震速度谱等）来补足低频成分。

而在油气开发阶段，针对砂泥薄互层储层（如小于5米厚砂岩）来讲，在目标层段已确定的前提下，除了关心储层岩石内部特性外，有时更关心砂泥的分界（有利于单砂体追踪），突出并拓展高频可以使得砂泥地层的边界定位更精准。

可以把波阻抗反演工作在频率上分成低频、中频和高频三部分（如图1），开展分频反演求取。

低频成分来源于地震处理中的叠加速度，中频成份来源于地震数据体，这两部分都来源地震，是相对可靠的，而地震资料有效频带之外的高频信息往往不可靠，高频部分的补充是关键性问题，可以采用地质统计方法进行随机模拟，反演工作中应尽量利用约束条件，减少多解性，从而达到补充高频成份的目的。

图1，地震反演处理的频率分段方法3． 分频反演方法实际应用3.1 分频反演的地震地质基础以松辽盆地的葡萄花油层为例，葡I 组油层的顶底都有明显的地震反射界面，为沉积的准层序组，根据该段地层有2到3个地震同相轴，可以在剖面上进一步细分为三个砂层组，分别代表葡I 的上、中、下段，再根据钻井和测井资料所反映的沉积旋回细分成11个沉积单元，每一个沉积单元都代表一个水进或水退的沉积周期(如图2)。

用来约束不同频段的波阻抗反演的地层框架划分的方法是：低频部分用油层组的顶底约束；中频部分用砂层组解释的层位作为边界；高频部分用细分的沉积单元为约束框架。

这样划分是一个由宏观到微观的过程，既符合地震的分辨率，又符合地层沉积规律，反演过程也是一个由低分辨到高分辨的过程。

3.1.1 波阻抗低频部分用地震资料处理中的叠加速度计算由地震处理中的叠加速度谱解释结果，根据所构建的地层解释框架，进行空间差值，形成叠加速度体，再转换成层速度体，根据速度与密度换算公式，得到密度体，两者相乘得到波阻抗体，即为波阻抗的低频成分。

这样做的好处是，相比由测井所求波阻抗进行空间内差的方法，避免了由于测井资料的横向稀疏性而导致的在远离井位置处波阻抗值的不准确；而相比直接由地震道振幅值转换成为速度曲线方法，也改善了由于在同一目的层不同深度的地震道振幅在横向上相同时，而换算的速度也相同的缺陷。

低频反演的目的就是寻找低频背景值，这样做可以达到此目的。

3.1.2 中频部分用测井约束稀疏脉冲反演方法求取约束稀疏脉冲反演是用地震道的振幅产生声阻抗模型,可以运用地质和测井曲线作为约束条件来进行反演。

约束稀疏脉冲反演方法对每一道都依据下列算法式中, Ri 表示反射系数采样; Si 表示地震道采样;Di 表示合成道采样; λ表示权重因子。

控制稀疏脉冲反褶积输出结果精确的门限参数λ,它是反射参数序列中反射系数的频次。

λ值的大小反映波阻抗值和子波褶积产生的合成地震道与实际地震道匹配程度的好坏。

低的λ值着重强调反射系数之和最小,即强调稀疏性,CSSI 剖面细节少,分辨率低,残差大。

但是λ值太大,过分强调地震残差最小,一味地使合成记录与原始地震道吻合,结果使一些噪音也加到了反演剖面中;同时忽略了反射系数的稀疏,即忽略了波阻抗变化的低频成分,这时重要的一步工作就是寻找一个合适的λ值,使得反演剖面既保持细节又不损失低频背景,这个工作是通过控制井旁合成记录与原始地震道吻合程度来完成的。

因此,约束稀疏脉冲反演λ值的确定至关重要。

3.1.3 高频部分以地质统计反演方法实现由于真实的地层反射系数并非稀疏而是稠密的，受地震分辨率的限制，稀疏脉冲反演只能得到较强（主要）的反射系数的波阻抗值。

而其间相对稠密的弱的反射（符合高斯分布），只能在具有相对高分辨率的测井资料中有所反应（深度方向采样率为8个采样/米）。

同一时期沉积作用下的任一相带内的岩性分布附和地质统计规律（针对薄层），根据这个原则可以用随机的方法模拟出在某一沉积区域内的任一时期的沉积岩石概率分布，其结果的高频部分会有效地表征岩性分布的细微特性。

应用地质统计理论估计岩性分布的基本路线是：在一定相带范围的，根据同一小层单元的多口测井的波阻抗值，求出其实验变异函数，利用实验变异函数对该区这一沉积单元的波阻抗值进行空间结构分析，找出其空间分布特征，确定相应的变异函数的理论模型，其表征了波阻抗值空间的变化特点，然后根据无偏性和最小估计方差原则作出非井点处波阻抗值的最优估计。

在估计时，采用随机模拟方法（也可称为条件模拟），它是一种利用Monte Carlo法整合观测数据的技术。

该方法的特点是可以保持与实际测井值一致的统计直方图和空间变异模型，并能评估油藏模型的不确定性。

随机模拟的基本思路是对一个波阻抗估计值Z（x）可以获得多个可能的实现，是可供选择的、等概率的、高分辨率的实现。

在井点处，其值无偏，在非井点处，值受地震约束，并且符合该区域统计规律下的概率分布。

可以对模拟出的多个结果的实现求取其平均值，增加了结果数据的统计性，更接近数据分布真实性。

随机模拟突出了数据在空间上的变化，这正适合用来研究薄窄砂岩储层的空间变化规律。

3.2 不同频段波阻抗合并和使用可以先把低频数据与中频数据合并，然后再把合并后的低中频数据与高频合并，最终得到全频段的波阻抗数据体(如图3)。

在应用全频段波阻抗数据进行储层预测时，可以根据研究目的的不同而对其分频应用，比如要研究2-5米厚的薄储层，应用频率段可以选取50-200HZ的范围，会更有效地突出目的层。

3.3 分频反演波阻抗数据的可信度分析由于地震资料的低截频通常是6-12HZ，因此对低频部分的波阻抗数据也只是要求可以反映油层组的速度变化趋势，三维地震速度谱解释结果可以控制地下地层速度在空间上变化的趋势，与由不规则分布的测井得到速度，更具有合理的空间变化特征，故应用地震速度谱计算低频段波阻抗是正确的方法。

约束稀疏脉冲反演所得到的中频段波阻抗数据是带限的，频宽与地震一致，用于反演运算的反褶积算子是经过精细标定并制作合成记录来得到，精细标定的方法是让井旁地震道与由测井声波曲线所制作的合成记录包持相位一致，地震子波的质量可以通过合成纪录与井旁地震道的残差来控制，其中自然受到地震资料和测井资料本身质量的影响。

对于中频段波阻抗数据，由于消除了子波旁瓣的影响，在反映岩石内部特性时，与地震数据相比，其真实性有所提高。

由概率模拟得到的波阻抗高频成分，符合该区域的地质统计规律。

每一个小层段反映的是某一时期相同的沉积环境作用下的沉积结果，所以求取统计分布函数和变异函数时要求限制在小层段内进行，使统计结果更准确，在反演处理中还应用了地震振幅等信息横向上变化趋势的约束，加之最终要对多个等概率结果取平均值，可使模拟结果更逼近真实。

图2，a:地震频段内的合成记录对比，分别为地震及波阻抗图版，合成记录图版，测井曲线标定图版；b:为第10和第11小层放大的测井曲线（黑色层为油层段）图3，a:地震剖面,b:底层(深色)是常规波阻抗道,表层(浅色)是高分辨率波阻抗道3.4 储层反演结果的地质解释分频反演得到的全频段地震波阻抗数据体，其中包含了丰富的地下岩石信息。

针对全频段阻抗数据，可以根据不同的研究目的开展从定性到定量的储层预测工作。

如图4所示，把葡萄花油层的共分成11个小层砂组，分别求取每一段小层砂组在平面上的波阻抗均方根值，可以指示小层内砂岩的分布特征。

其中图4a为稀疏脉冲反演的结果，从图中可以看到，除条带状的断层比较明显外，其它信息没有规律性。

由于分辨率不够，井点处的值不易解释；图4b为分频反演的结果，从图中可以看到，反映储层横向变化的信息具有了规律性。

波阻抗均方根值异常区在平面上呈条带状分布，近南北走向，与该区物源方向一致。