测井约束地震反演解决地质问题能力的探讨_沈财余
?经验交流?
测井约束地震反演解决地质问题能力的探讨
沈财余X
(同济大学海洋地质与地球物理系)
江 洁 赵 华 李九生
(胜利物探研究院)
摘 要
沈财余,江洁,赵华,李九生.测井约束地震反演解决地质问题能力的探讨.石油地球物理勘探,2002,37(4): 372～376
本文首先从地震勘探的基本原理出发,分析地震反演解决地质问题的本质;然后从基础资料的品质、测井约束地震反演方法及反演参数的选择、地层格架模型建立和外推控制三个方面,分析、探讨测井约束地震反演解决地质问题的能力;最后认为,测井约束地震反演解决地质问题的能力是有限的,并提出了提高测井约束地震反演解决地质问题能力应重视的几个因素。
关键词 测井约束 地震反演 波阻抗 反演方法 地层格架模型
ABSTRAC T
Shen C aiyu,Jiang Jie,Zhao Hua and Li Jiusheng.Approaching ability of using well-log-constrained inversion to solve geologic problems.O GP,2002,37(4):372～376
T he paper beg an w ith the basic theo ries of seismic ex plor ation,analyzed the natur e of so lving g eolog ic problems using seismic inv ersion.T hen w e analy zed and discussed the impact on ability of using w ell-log-constrained inversion to solve geolog ic pro blems from thr ee aspects:quality of basic data,the method of well-lo g-co nstrained inversio n and the selection of inv ersion par am eter and building up the model of stratigraphic framew ork and ex trapolation co ntro l.Finally,w e conclude that the ability of using well-lo g-co nstrained inversio n to solve geolo gic pr oblem s is limited and propose several aspects we should pay attention to in order to improve the ability of using w ell-log-constrained inv ersion to solv e geolog ic pro blems.
Key words:w ell-log-co nstr aint,seismic inversion,wav e impedance,inv er sion method,m odel of stratig raphic fr am ew o rk
引 言
近几年来,测井约束地震反演技术被广泛应用于储层解释和油藏描述,已有不少成功的应用实例[1,2],但测井约束反演解决地质问题受多种因素制约。叠后地震资料经过约束反演后,解决地质问题的能力主要取决于以下3个因素:1资料品质、测井约束地震反演方法和反演参数的选择;o地层格架模型的建立;?地层格架模型外推控制。一般认为,经过约束反演的叠后地震资料是波阻抗,仅仅反映地下地层波阻抗一个特征。波阻抗剖面与地下岩性剖面之间还有一定差异。地下的波阻抗特征与储层特征是否存在着良好的对应关系,是测井约束地震反演解决地质问题的先天条件。
了解地震反演的本质,分析测井约束地震反演解决地质问题的潜力和局限性,对合理应用反演技术,提高对反演资料的地质解释的认识,都是很有必要的。地震反演的本质
一般认为[3,4],经过处理的叠后地震资料是垂直
2002年8月 石油地球物理勘探 第37卷 第4期
X S hen Caiyu,Depar tm ent of M arine Geolog y and Geophysics,T ongji University,Sh angh ai City,200092,China 本文于2001年12月27日收到。
入射反射系数序列与子波的褶积,即
S t =r t *W t
(1)
其中:S t 为地震记录;r t 为反射函数;W t 为地震子波。在垂直入射情况下,反射函数为波阻抗对数微分函数的一半,即
r t
=12d(ln z t )
d t
(2)
其中z t 为波阻抗。由式(1)、式(2)可得到叠后地震资料反演的基本关系式
S t =
12
d(ln z t )
d t
*W t
(3)
由上可知,地层的波阻抗与地震记录的联系建立在反射系数与子波褶积基础上;地震反演把反映
构造形态的地震资料转化为可以反映地层岩性具体特征的波阻抗资料。
地震子波的传播有一定的延续时间,地震波传播过程中的大地滤波及能量衰减的影响,致使地震记录上能解释的反射界面与测井资料所刻画的地下地层波阻抗界面不能一一对应。地震记录上的某个反射同相轴往往是一套地层多个波阻抗界面反射叠加的综合结果。
显然,当密度变化不大时,波阻抗主要反映地层速度的变化。速度受岩石结构和成分、压实作用等因素的影响而发生改变(如泥岩含灰质而速度增高,砂岩含泥质而速度降低等)。
表述地质含义,波阻抗剖面比地震剖面更生动,但与地质剖面相比还有差异。在波阻抗剖面上,只能直观地分析波阻抗值的大小,不能直观地判别岩性,仍然需要通过井柱子才能把波阻抗值与地层岩性联系起来。
反演的地质效果依赖于基础资料的品质
依赖于地震资料的品质
一般认为,经过处理,叠后地震资料是垂直入射反射系数序列与子波的褶积。多大程度上满足这个条件,涉及到地震资料的采集和处理。实际地面观测得到的地震记录受地面环境及地下地震、地质条件等多种因素的影响,是复杂的物理过程,除了记录来自地下有用的反射波之外,还有各种干扰波。地震波
传播过程中波的扩散、大地吸收衰减致使反射能量
变弱。地震子波有一定的延续时间,使地震反射相互
干涉叠加。叠后地震资料的信噪比和分辨率决定了地震资料的品质,采集和处理的大量工作就是为了提高地震资料的信噪比和分辨率。信噪比低的资料不可能得到好的反演结果,因为反演技术本身不能把噪声剔除在外,包含噪声的反演必然要影响地质效果。尤其是在多次波或层间多次波存在时[5]
,把多次反射当作界面反演,将会干扰反演的地质效果,有可能造成假象。
叠后地震约束反演的分辨率受叠后地震资料分辨率制约[6]
,在地震资料有效频带之外,高频信息永远多解,无约束力[7]。图1是某地区地震剖面,图1上部是高分辨率处理剖面,图1下部是常规处理剖面。图2是图1的反演剖面。从图2可明显看出,反演剖面的分辨率依赖于地震剖面的分辨率。可以认
图1 某地区地震剖面
上图:高分辨率处理剖面,有效频带范围15～110Hz;
下图:常规处理剖面,有效频带范围15～75Hz
图2 图1的反演结果
上图:对应高分辨率处理剖面;下图:对应常规处理剖面
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第37卷 第4期 沈财余等:测井约束地震反演解决地质问题能力的探讨
为,地震资料的有效频带范围基本确定了经过反演后可分辨的有效储层厚度。依赖于测井资料的品质
应用于反演的测井资料大都是受井眼环境影响较大的声波数据。不同的井,校正结果可能不同,即使同一口井不同时间所测的同一深度段,其校正也有可能不完全一致。当用这些资料作约束条件时,必须统一校正、标准化,才能用于约束反演(图3)
。
图3 声波曲线的标准化校正前(上)及校正后(下)结果
测井约束地震反演方法及参数选择
对反演结果的影响
由于地层的波阻抗和地震子波一般都是未知的,式(3)为欠定方程,需要引入测井的声阻抗作为约束条件求解波阻抗,即测井约束地震反演。目前测井约束地震反演的方法大致可分3类:1井旁道外推反演;o基于模型反演;?常规地震反演加测井资料内插。
第一类方法是先在井点由声阻抗和井旁道做为初始项,给定子波(通常由合成记录标定,从井旁道提取)作褶积正演,得到的合成道与井旁道相关。若满足相关条件则用相应的子波和井旁道反演求得波阻抗;若不满足相关条件则修改子波或同时给予声阻抗粗化,求得合成道直到满足相关条件为止。然后从井点出发,在构造模型的控制下,把前一道反演结果作为下一道的初始值,进行外推反演(如PARM 反演)。
实际上,该类方法已有明确的应用条件——道与道之间应有良好的相关性。也就是说该类方法比
较适用于地下岩性变化微弱、构造变化不大的
地层。
第二类方法是先解释层位,求出各井的声阻抗,建立声阻抗的初始模型。然后给定子波褶积正演得到合成记录,求其与实际地震道的残差;据此残差,再作摄动,修正声阻抗模型、调整子波,直到误差趋于最小为止(如ST RAT A 反演)。
显然,若要建立比较好的声阻抗初始模型,必须有较多的井资料做为基础条件;其次,构造要相对简单,便于迭代收敛。
以上两类方法较适用于构造相对简单的海相地层。但对于构造复杂、岩性横向变化大的陆相储层,在应用过程中一定要考虑在不满足条件的情况下,对结果造成的影响。
第三类方法是先直接用叠后地震资料做常规反演,如道积分、稀疏脉冲反演等;然后由各井的声阻抗在解释模型的控制下进行合理内插;最后,把常规反演结果与声阻抗内插模型进行有机合并,补充地震反演所缺少的低频和高频成分,如Jason 反演。但此类方法涉及地震反演后的波阻抗与测井内插声阻
抗之间的成分匹配和衔接问题,同时,面对复杂的陆相储层,很难建立精细的声阻抗内插模型,实际工作中,往往存在不同程度的简化。
不同方法的反演结果会有较大差异(见图4)。当选择同一种反演方法,而选择不同参数时的反演结果也有差异(见图5)。分析、评价反演结果的合理性,必须在了解地下地质情况的基础上进行。
模型的外推控制对反演
结果的影响
从上面三类反演方法可以看到,测井约束地震反演的外推均需地层格架模型的控制。显然,地层格架模型的建立是否符合地下的沉积规律、外推控制是否合理,都将直接影响反演结果的真实性、可靠性。实际上,地层格架模型的建立是相当复杂的,尤其是陆相储层的地震反演更加困难,它包含了地震构造解释的整个过程,层面、断面、三维体等都是要考虑的因素;并且还要分析与确定地震解释的各套构造层位与测井曲线、井资料地质分层的对应关系;根据地震数据体的地震相确定小层的划分和内插方式等。
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石油地球物理勘探2002年
图4 不同的反演方法得到的反演结果
(a)第三类反演方法;(b)
第二种反演方法
图5 同一反演方法、不同参数反演结果的差异
图6为没有断面的地层格架模型,模型建立简单。图7为有断面的构造地层格架模型,模型建立复杂。图8是图6模型控制的反演剖面。图9是图7模型控制的反演剖面。比较图8、图9,可明显看出图9反演剖面过断面处理比较合理。
图10与图11的常规地震反演结果和地层格架模
型相同,只是常规地震反演的波阻抗与测井内插
图6 没有断面的地层格架模型
图7 有断面的构造地层格架模型
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图8 图6模型控制的反演剖面
图9 图7模型控
制的反演剖面图10 第三类反演方法小层内插整合反演剖面
图11 第三类反演方法不同于图10的小层内插
变差函数所得反演剖面
的声阻抗在小层内插整合的方式上,两图所用的变
差函数不一样。对位于cb32井2.75s处的一套地
层,图10反映不明显,而图11反映明显与井吻合较
好。分析认为,采用图11的变差函数较为合理。
结 束 语
通过几年来测井约束地震反演的处理和解释研
究工作,我们体会到,面对复杂的陆相储层,测井约
束地震反演解决地质问题的能力是有限的,应该用
地质学的观点,客观地评价这种反演方法。
为了提高测井约束地震反演解决地质问题的能
力,应该重视以下几个方面的问题。
(1)储层的精细标定,是地震与地质联系的桥
梁,是测井约束地震反演的前提。
(2)叠后地震资料的信噪比直接影响反演的地
质效果,尤其是多次波的存在将有可能以假乱真。叠
后地震资料的分辨率基本上决定了可以可靠地分辨
波阻抗地层的厚度;
(3)用于约束反演的叠后地震资料,应该良好地
保持其振幅相对强、弱关系,以符合地下地层的反射
特征;用于约束反演的测井声阻抗资料应做预处理
和标准化,以确保同一层段约束反演的声阻抗值是
统一的。
(3)构造解释应该精细,小层的内插和地层格架
模型的建立应该从地震相出发,应尽可能地符合地
下沉积规律,减小模型的外推控制对反演结果的
影响。
(4)在反演剖面的储层解释过程中,仍然要结合
其他相关资料,对于不能十分肯定的储层,应该根据
工区内储层的声阻抗特征,进行模型正演。
参考文献
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作 者 介 绍
匡 斌 博士,1966年生;1989年毕业于石油大学物探专业,获学士学位,1998年和2001年分别获同济大学应用地球物理专业硕士学位和博士学位;主要从事地震偏移与成像理论方法的研究和应用、并行技术方法研究及并行软件开发等工作。
辛可锋 博士研究生,1975年生;1997年毕业于石油大学(东营),2000年获工学硕士学位;现在同济大学海洋地质与地球物理系攻读固体地球物理博士学位,研究方向为波动方程偏移速度分析及地震资料处理方法。
宋维琪 副教授,博士,1964年生;现在石油大学(华东)从事地球物理资料解释等领域的教学和科研工作。
肖建华 教授级高级工程师,1962年生;1982年毕业于中国矿业大学物探专业;曾从事微机现场数据处理、导波地震勘探、地震波各向异性理论等方面的研究;现在中煤第一勘探局主持地震勘探新技术研究,同时在中国矿业大学(北京)做博士后研究。
王西文 高级工程师,1956年生;1982年毕业于西安地质学院,1987年在该校硕士研究生毕业后留校任教,1989年调入西北石油地质研究所,1997年进入中国科学院攻读博士学位;现在中国石油勘探开发研究院西北分院地球物理研究所工作。
张叔伦 教授,1941年生;1964年毕业于大连工学院应用数学专业;1987年参与地震数据方法研究获国家科技进步二等奖,1991年参与波动方程地震偏移成像理论和应用研究获上海市科技进步一等奖,1993年获中科院科技进步二等奖。现在大连理工大学应用数学系从事教学和科研工作。
蒋先艺 高级工程师,1964年生;1986年毕业于长春地质学院物探专业,1989年获成都地质学院物探专业硕士学位;主要从事油藏描述、地震反演、地震野外采集技术等方面的研究工作;现在成都理工大学攻读博士学位。
唐建明 高级工程师,1965年生;1986年毕业于武汉地质学院物探系石油及天然气地球物理勘探专业;现任中国石油学会物探专业委员会委员;长期从事地震资料采集、处理和解释工作,主持过多项国家重点科技攻关课题的研究工作;发表过多篇论文;现任中石化新星石油公司西南石油局第二物探大队总工程师,技术特长是陆相致密砂岩非均质气藏的地震勘探方法。
刘天佑 教授,博士生导师,1945年生;1968年毕业于北京地质学院物探系,1982年毕业于中国地质大学(北京)
研究生院,获硕士学位;长期从事地球物理数据处理、重磁勘探等方面的教学与科研工作。
陈 玲 高级工程师,1956年生;1980年毕业于武汉地质学院石油物探专业;现在广州海洋地质调查局从事地球物理资料解释工作。
沈财余 高级工程师,1960年生;1984年毕业于华东石油学
院物探专业;先后从事过地震勘探的野外采集、数据处理和资料解释工作,近10年主要从事人机联作地震资料解释、油藏描述、叠前深度偏移、地震资料反演等方面工作;曾参与完成部级、局级课题多项;现在同济大学海洋地质与地球物理系攻读硕士学位。
宋建国 讲师,博士,1971年生;现在石油大学(东营)从事地震资料处理、解释的理论与方法的研究和教学工作。张树林 高级工程师,1965年生;1991年毕业于成都地质学院应用地球物理专业,获硕士学位;曾从事地震CT、多波地震资料处理与解释、M P P、油藏描述及开发地震等多项研究工作,参与了多项国家“八五”、“九五”重大课题的研究工作;发表论文和译作30余篇;现从事地球物理、海洋工程与海洋资源、计算机技术与应用等方面的科研工作。
王兴岭 工程师,1962年生;1984年毕业于胜利油田职工大学石油地质专业;现从事油田开发及地质研究工作。
刘晓冬 副教授,1964年生;1989年毕业于大庆石油学院,获石油地质专业硕士学位;发表论文20余篇;现从事油气资源评价和环境质量评价及相关专业的研究与教学工作。
刘成斋 高级工程师,1962年生;1982年毕业于华东石油学院物探专业,1996年获青岛海洋大学硕士学位;一直从事地震采集方法和综合解释研究,先后完成部级和油田科研课题10余项;曾获部级科技成果一等奖,发表数篇专业论文;现在成都理工大学攻读博士学位。
史文东 高级工程师,1963年生;1985年毕业于华东石油学院地质专业,2001年获石油大学(东营)石油地质专业硕士学位;一直从事石油勘探资料综合解释、油气资源评价、井位部署及滚动勘探开发方面的工作;现在胜利油田股份公司东辛采油厂继续从事这些领域的科研和管理工作。
俞国柱 硕士,高级程序员,1978年生;1999年毕业于中国地质大学(武汉)地球物理系,且被保送为本系地球探测与信息技术专业硕士研究生,研究方向为勘探地震数据处理、地震反演、信号分析等;参与过石油物探、工程物探、软件开发等领域10多项科研活动;公开发表文章5篇;曾获得“IET奖学金”及第六届“挑战杯”全国大学生课外科技作品大赛二等奖等多个奖项。
印兴耀 教授,博士生导师,1962年生;1982年在华东石油学院物探专业毕业后留校任教,1989年和1998年分别获兰州大学无线电专业硕士学位和中国科学院地球物理所固体地球物理专业博士学位;先后主讲过“信号分析与处理”、“储层地球物理”等十几门课程,参与或主持完成了多项国家级和省部级科研课题,发表论文30余篇;现任石油大学(东营)地球资源与信息学院副院长,从事科研、教学与管理工作。
2002年8月 石油地球物理勘探 第37卷 第4期