傾角導向體約束下的儲層預測技術

白雪峰，霍進杰，朱 明，陳 揚，胡婷婷，任軍民

（新疆油田分公司 勘探開發研究院地球物理研究所，烏魯木齊 830013）

0 前言

鮑金根地塹位于哈薩克斯坦南圖爾蓋盆地東南部，該區西斜坡侏羅系油氣藏以構造－巖性和地層－巖性油氣藏為主，目的層沉積厚度變化大，地層接觸關系以削截和超覆為主，沉積現象豐富，因此地層劃分和砂體解釋的等時性在研究工作中變得十分關鍵。此外，從研究區已完鉆井的出油情況來看，本區儲層以小于10m的薄砂層為主，井間砂體縱向疊置，橫向變化快，這給儲層預測帶來較大困難。因此對研究區侏羅系油氣藏開展傾角導向體約束下的儲層預測研究，刻畫目標砂體的展布特征，進而尋找巖性圈閉具有重要意義。

1 傾角導向體處理與計算

地質體在構造地質學上有走向和傾向兩個屬性，如果地震解釋工作不能合理地考慮這兩個方向屬性，那么得到的解釋結果會與實際地質情況不符［1］。通常只有沿傾角方向追蹤目標地質體并進行分析研究，才能得到地質體的真實信息。傾角導向就是沿傾角方向從一個地震道到另一個地震道的處理與計算過程，處理新生成的地震數據體就稱作傾角導向體。

傾角導向體是一種三維地震數據體，它包含了原始地震資料每個采樣點處地震同相軸的傾角和方位角信息，可以沿線、道、水平時間軸三個方向來顯示（圖1）。傾角導向體本身就是一種地震屬性，是OpendTect軟件所特有的地震數據體。

傾角導向體計算是一種遵循局部傾角和方位角變化進行多道屬性處理和數據濾波計算的技術，該技術可以自動計算地震數據每個采樣點的傾角和方位角，它可以提高地質目標體檢測的精度，改善地震屬性的分辨率。傾角導向體處理技術通過掃描并計算地震數據所有采樣點三維空間的傾角和方位角，最終獲得每個采樣點處帶有傾角和方位角信息的導向體，該項工作是應用OpendTect軟件來完成的。在計算傾角導向體時，目前有Event、BG Fast和FFT三種算法，在計算時既考慮了運算速度，又兼顧了運算精度，可以根據研究需要選擇使用。

圖1 研究區傾角導向體Fig.1 The dip steering cube in the research area

（1）Event是一種比較新的傾角導向體處理算法，它是基于對地震道相位匹配分析來求取傾角的。為了計算一個地震道的傾角，Event算法要沿著該道交替地尋找相位最大和最小的兩個地震道，這樣便形成了諸如：最大相位道、最小相位道、最大相位道、最小相位道等一系列地震道的排列。在地震數據inline方向，這樣排列的最大相位道或最小相位道，都有兩個相鄰的地震道與之匹配，且這兩個相鄰道之間的距離由計算步長決定。用與最大（或最小）相位道相鄰的兩個地震道的時差，除以這兩個相鄰道之間的水平距離，便可以得到inline方向的傾角（圖2）。在地震數據crossline方向，也可以采用相同的方法得到該方向的傾角。Event算法計算效率高，但計算精度較低。

圖2 Event算法原理Fig.2 The algorithm principle of Event

（2）BG Fast是由BG研發的一種快速算法，該算法是基于對地震振幅數據的時間梯度值，做垂直方向和水平方向的分析來計算傾角的。在地震數據中，傾角定義為水平時間梯度與垂直時間梯度平方和的均方根值，而方位角定義為垂直時間梯度與水平時間梯度的比值的反正切值（見公式（1）和公式（2））［2］。

BG Fast算法沿地震數據的inline方向和crossline方向分別檢測時間梯度，并由這兩個方向的時間梯度值計算得到采樣點的傾角和方位角。BG Fast算法可以滿足大多數地震資料的要求。

（3）FFT是一種基于快速傅立葉變換的算法，適用于反射雜亂、信噪比低的地震資料，該算法又包括FFT Standard、FFT Combined和FFT Precise三種方法。FFT算法首先應用快速傅立葉變換將地震數據由時間域變換為頻率域，然后檢測采樣點的頻率最大值，這個最大頻率值就認為是該采樣點inline方向和crossline方向的傾角，同時檢測時的方向性就作為方位角信息被存儲下來。在三種方法中，①FFT Standard是最常用的計算方法；②FFT Precise是計算最精確的方法，但其耗費的運算時間很長；③FFT Combined通常采用和FFT Standard一樣的計算方法，只有當該方法不能提供一個穩定解時，FFT Combined才會去采用和FFT Precise一樣的方法。

要想獲得質量較高的傾角導向體就需要認真分析地震資料，選取合適的導向體處理算法和計算步長，并選擇搭配使用數據中值濾波等功能。算法類型、計算步長和中值濾波器的使用，對數據驅動年代地層計算結果有很大的影響。通常FFT Standard和BG Fast是計算年代地層的常用算法。為了獲得合適的傾角導向體，建議首先利用提供的重點靶區，計算一條地震測線的多個傾角導向體，然后評價由該傾角導向體計算獲得的年代地層剖面：當年代地層的層位過于光滑時，應減小計算步長或中值濾波器步長；當年代地層的層位過于抖動時，需增加計算步長或中值濾波器步長。在研究區測試了多種傾角導向體處理算法，分別采用了Event33－222、FFT333－222、BG333－222、BG661－222等方法，并應用數據驅動的方式，用生成的各個傾角導向體分別對地震數據加以控制，自動追蹤沉積體內部的年代地層同相軸，并將其排列到地層的層序中，從而制作成年代地層剖面。采用Event33－222方法剖面連續性較差，FFT333－222方法剖面過于光滑，BG333－222方法剖面又有些抖動，而采用BG661－222方法剖面較為自然流暢（圖3）。通過比較，選擇了適合該區的方法是BG661－222方法。

計算所獲得的傾角導向體，一方面可以為開展后續的層序地層解釋工作提供必要的數據支持；另一方面可以與中值濾波、相似性等疊后處理環節搭配使用，對地震資料進行中值濾波和斷層加強，減少地震資料的隨機噪聲，增強斷面反射，從而達到提高地震資料辨識能力的目的。

2 全三維層序地層解釋

傾角導向體約束下的全三維層序地層解釋技術，是一種通過地震資料開展層序地層學研究的地震解釋方法，它通過對沉積旋回體的全三維自動追蹤、Wheeler域（即年代地層域）自動轉換、沿任一層面提取及分析地震屬性等方法，實現了在低勘探區塊及復雜地質區塊層序地層學研究的工業化應用，突破了傳統地震層序劃分只能劃分到三級層序的界限。全三維層序地層學解釋流程包括四個步驟：①利用地震資料劃分三級層序界面；②采用數據驅動模式，用傾角導向體約束三維地震數據體，并應用層序地層解釋系統自動追蹤這些層序界面之間的多個年代地層同相軸；③將地震數據沿年代地層同相軸拉平，即對地震數據進行Wheeler域變換；④將層序再細分為沉積體系域，然后在沉積體系域和Wheeler域中同時研究地震數據和地震屬性。

作者是用OpendTect軟件的SSIS模塊，來完成全三維層序地層分析與解釋工作的。目的層侏羅系層序地層解釋成果在地震剖面上進行顯示，這些層序界面在三維空間是閉合的（圖4）。在研究中，首先根據目標區實際的地震、地質、測井等資料，通過巖心分析、單井層序劃分、地震層位標定、地震層序界面識別及追蹤等方法，建立目標區井震統一的三級層序地層格架；然后采用BG661－222方法處理生成傾角導向體，在數據驅動模式下，用傾角導向體對地震資料加以約束，根據起始點的地層傾角和方位角信息，搜尋下一個控制點，依次類推，在三級層序界面的限制范圍內，自動等時追蹤目標沉積體內部的小層，為這些小層指定相對地質時間，并將它們排列到地層層序中，從而生成比常規地震解釋層位更精細的年代地層界面；開展全三維層序地層分析，包括體系域內部層序界面識別、Wheeler域變換、沉積體系域解釋和標注等；最后，根據層序地層解釋結果刻畫了目標體系域內部砂體的空間展布和演化過程，進而預測了目標砂體的分布。

圖3 傾角導向體處理算法比較Fig.3 Comparison of dip steering cube processing algorithms

3 雙域地層切片分析

地層切片是以解釋的兩個等時沉積界面為頂、底界面，在地層的頂、底界面之間按照厚度等比例內插出一系列的層面，沿這些內插生成的層面逐一進行切片顯示，這種切片比時間切片和沿層切片更接近于等時沉積界面［3］。地層切片能更好地反映地震資料的振幅、頻率、能量等屬性的變化，從而能更準確地刻畫出不同沉積時期的砂體發育情況，有力地指導了沉積相的分析和研究。Wheeler域等時地層切片技術就是在精細等時層序格架控制下，選擇傾角導向體約束，將地震數據體轉換到Wheeler域，在等時地層單元內進行地層切片分析［4］。

為了保證地層切片的等時性和全面性，作者針對研究區已經出油的侏羅系湖侵體系域退覆上超砂體采用了沿最大湖泛面拉平，常規時間域和Wheeler域相結合的雙域地層切片分析技術提取等時地層切片，對退覆上超砂體的平面及空間展布特征進行研究，提高了識別砂體的效率和精度。在Wheeler域提取的等時地層切片，K15井區的目標砂體呈朵葉狀向K33井區延伸開來（圖5），能夠進一步識別砂體的空間展布，還能夠反映沉積相帶的平面變化，與實際鉆井資料較吻合。

圖4 研究區全三維層序地層解釋成果圖Fig.4 Full 3Dsequence stratigraphic interpretation plot in the research area

圖5 研究區Wheeler域等時地層切片Fig.5 The isochronous strata slice of Wheeler domain in the research area

4 傾角導向體約束下的儲層反演

傾角導向體約束下的儲層反演是在精細等時地層格架的基礎上，通過對層序單元內地震波阻抗特征的綜合解釋，完成目標砂體刻畫及其平面展布特征預測的一種儲層預測技術。該技術首先采用數據驅動追蹤模式，以傾角導向體為導向，對三維地震資料加以約束，在三級層序地層格架控制范圍內完成目的層的沉積過程恢復，進而等時追蹤各層序單元內部的地震小層，并給這些小層指定地質時間，從而生成年代地層剖面。綜合各種資料對生成的年代地層進行解釋，這些年代地層相當于等時的地震解釋層位。在此基礎上，分批次將各級年代地層界面加入到反演軟件中，用層序界面約束井間地震波阻抗的內插外推，逐步建立與地下實際地質形態相符合的精細低頻模型進而進行反演。

子波是反演中的關鍵因素，子波主要分為時間域和頻率域兩類進行，子波的主頻、振幅和相位根據井旁地震道的主頻、增益變化而變化，不對子波作任何假設。在子波分析中，提供了子波形態、子波振幅譜和相位譜、反射系數譜、合成記錄和地震記錄頻譜的匹配等一系列QC控制手段。本次反演通過對K15井、K20井等二十多口井進行子波估算及反復標定，最終選取了K25井子波作為反演子波。

低頻模型建立的合理性直接關系到反演結果與實際地質形態的符合程度，合理的低頻模型可以減少波阻抗反演的多解性。作者在研究中，選用標定后井的波阻抗值，結合地震解釋層位內插和外推出一個低頻模型，為了解決井間內插時低頻模型的產狀控制問題，用層速度體、層序場對阻抗值的橫向變化加權控制。此外，對兩個大的等時界面之間抽取了用傾角導向體約束生成的具有地質含義的層序界面，來約束井間地震波阻抗的內插外推，這樣逐步建立的低頻模型就比較合理了。

反演采用全局優化和局域優化相結合的非線性模擬退火方法，使誤差函數能量達到全局最小以估算地下阻抗模型。反演中以信噪比、相干性、與低頻模型的偏差、反射系數門檻值等四個參數作為約束條件，聯合選取一個平滑的最優模型，以擺脫高頻隨機噪聲干擾［5］。約束條件需根據地震資料的品質、低頻模型的可信度以及地質需求等試驗后來確定。

5 應用效果分析

在哈薩克斯坦南圖爾蓋盆地鮑金根地塹K15井區儲層預測中，當沒用層序界面約束時，反演結果只能粗略地反應J3km砂體的存在（圖6（a））；而加層序界面約束的預測結果則較好地將三套目標砂體區分開了（圖6（b）），自下而上三套目標砂體隨湖岸線向西遷移。提取的J3km第二套砂體的波阻抗屬性，在K15井區和K33井區較為發育，呈條帶狀分布，與井點也較吻合（圖7）。綜合分析認為，傾角導向體約束下的儲層反演明顯地提高了砂體的辨識度，反演結果能更加清晰地刻畫出目標砂體的空間展布特征，更好地反映井間砂體的疊置關系，預測結果與地質認識更吻合。

圖6 反演方法比較Fig.6 Comparison of inversion methods

圖7 研究區J3km波阻抗屬性平面圖Fig.7 The plan of impedance properties of J3km in the research area

6 結論與認識

（1）在開展傾角導向體處理工作中，算法和參數設置主要取決于具體的地質情況、地震資料的品質及特點。本次研究初步總結了算法的適用條件和參數的選擇標準，Event算法計算效率高，但精度較低；BG Fast算法可以滿足大多數地震資料的要求；FFT算法適用于反射雜亂、信噪比低的地震資料。

（2）Wheeler域等時地層切片比常規時間域切片能更好地反映砂體的展布特征，二者結合提高了識別砂體的效率和精度。經鉆探結果證實，Wheeler域等時地層切片反映的地質特征更符合地下實際情況。

（3）傾角導向體約束下的儲層反演技術在精細等時地層格架的基礎上，通過等時層序界面的約束有效地提高了目標砂體的辨識度，為儲層預測提供了一項有用的技術手段。

（4）在鮑金根地塹K15井區預測了侏羅系J3km三套目標砂體，砂體在平面上呈條帶狀展布。

［1］趙麗婭，傅群，潘海濱.OpendTect軟件傾角控制模塊在地震解釋中的應用［J］.海洋地質動態，2008，24（4）：33－34.

［2］張銀兵.相干分析技術優化及應用［J］.科技信息，2012（11）：99－100.

［3］郭海洋，王玉雪，李麗平，等.地層切片技術及應用［J］.鉆采工藝，2010，33（增）：89－90.

［4］宋傳春.地震沉積學在春風油田白堊系儲集層預測中的應用［J］.新疆石油地質，2012，33（3）：348－349.

［5］季紅軍，李中元，夏連軍，等.模擬退火波阻抗反演技術在蘇北盆地高郵凹陷曹莊地區的應用［J］.中國地質，2006，33（6）：1431－1433.