巖性反演及其在N871三角洲發育區應用

鈕學民，李海濤，張 洪

(中國石化勝利油田有限公司 物探研究院，山東 東營 257022)

波阻抗反演技術在油田勘探開發中的作用日益顯著，作為儲層描述和巖性預測的一種重要手段，通過反演可以提高儲層的縱橫向分辨率，識別儲層尖滅點，對于儲層描述和井位部署可以發揮重要作用。然而受地質沉積的影響以及巖性配置的關系，一些地區儲層與圍巖存在速度重疊，從而在波阻抗上同樣存在較大的重疊區，導致通過波阻抗反演結果進行儲層解釋很大程度上存在一定的多解性，因此儲層解釋受此影響同樣無法進行做到準確描述。同樣在一些砂泥巖地層中由于存在灰質砂和灰質泥，受灰質的影響，其速度與砂巖速度比較接近，地震反射特征也基本類似，地震屬性以及常規波阻抗反演結果已經不能解決此類問題。在一些有橫波測井的地區或者是通過巖石物理橫波估算進行多種巖石物理參數分析，可以通過縱橫波速度比或者泊松比等進行區分，這樣就需要通過疊前反演進行區分，有的地區受資料限制，疊前道集資料品質問題或者沒有疊前道集資料因而無法通過疊前反演進行該類儲層識別。本文提出了地質統計學巖性指示反演方法，在波阻抗準確反演的基礎上，通過波阻抗巖性概率信息以及測井巖性解釋結論輸入進行統計約束，最后可以直接反演出巖性數據體，因而可以進行儲層與非儲層的識別，直接進行儲層描述與解釋，解決了阻抗巖性解釋多解性問題。在N871三角洲發育地區采取了有針對性的實際反演處理和效果驗證，取得了良好的效果。

1 巖性指示反演

1.1 方法原理

該方法以地質統計學分析為基礎，以已知的測井巖性數據、地質模型為基礎，通過對測井數據分析為基礎，以波阻抗反演結果處理得到的波阻抗巖性概率體為趨勢，以地質模型框架模型、每種巖性阻抗變差函數和巖性指示變差函數為約束，應用馬爾科夫鏈蒙特卡洛算法，得到多個等概率的波阻抗數據體和巖性數據體，經過分析篩選及處理，得到反映空間地層巖性變化的巖性數據體。該方法綜合了地震、地質和測井數據，生成的儲層模型非常詳細，提供更符合實際的油藏模型；有井約束或無井約束條件下都能刻畫出超過地震帶寬限制的模型細節。該方法可以同時進行巖相、彈性和油藏工程屬性的反演。這是一種反演離散型變量如巖性的方法，其關鍵是準確計算波阻抗巖性概率體和變差函數，可以進行不確定性評估。

地質統計學巖性指示反演以地質統計分析為基礎，進行隨機模擬和反演，通過模擬算法、參數和反演方法優選，得到較高分辨率的阻抗和巖性數據體。測井巖性數據一般可以通過伽馬曲線、自然電位曲線劃分或通過綜合錄井解釋數字化得到。

1.2 地質統計直方和變差函數分析

進行地質統計學反演時，首先需要分巖性統計阻抗的直方分布，用以描述沉積體阻抗的分布范圍和區間。每種巖性直方分析后通過擬合得到工區中每種巖性波阻抗的空間分布概率。

變差函數是區域化變量空間變異性的一種度量，從三維空間定量描述地質規律變化造成的儲層參數在空間中的相關性，反映了空間變異程度隨距離變化的特征。變異程度(變程)的大小反映了空間相關性的程度?；_值代表了儲層參數在空間中的總變異性的大小。塊金值相當于變量純隨機性的部分，可以由測量誤差引起，也可來自礦化現象的微觀變異性[1]。

通過分巖性阻抗變差函數分析，確定分巖性沉積體的空間變化特征，分析沉積體的平面展布特征?？梢酝ㄟ^測井資料進行變差函數分析得到，也可以通過前期的稀疏脈沖反演波阻抗體分析得到，進行變差函數擬合可以得到阻抗變量和巖性變量在x和y方向上的變程，另外可以通過地質分析中獲得地質體的范圍也可以間接確定x和y方向上的變程。

1.3 馬爾可夫鏈蒙特卡羅(MCMC)算法

蒙特卡洛馬爾科夫鏈算法是地質統計學反演過程中常用的一種隨機模擬過程。蒙特卡羅指的是該算法依賴隨機數和重復隨機繪制。鏈部分意味著通過進行局部移動包含一個“隨機游走”。換句話說，該算法在狀態空間上構造一個鏈，并使用“本地”信息進行采樣。具體實現過程：1)從一個任意的三維模型開始，并在數據體中隨機選擇一個位置。2)隨機生成一個建議的修改實現。3)對該位置的值正演計算合成地震，并計算出給定地震觀測數據條件下的建議模型的似然函數；4)評價建議模型的先驗分布，這反映了變差函數和相鄰屬性值計算出的橫向和縱向的連續性。先驗分布描述了給定變差函數的情況下，建議的屬性修改是否導致可能性增大或減??；5)應用貝葉斯推論，先驗分布乘以似然函數得到給定輸入信息(統計學參數、井數據、地震數據等)的后驗概率，比較后驗概率與該位置處的屬性值；6)如果建議的儲層模型具有較高的后驗概率值，則該處的值被修改，然后轉到體中的另一個不同位置處。

貝葉斯推論后驗有條件概率分布函數表達式為：

(1)

式中：P(θ|D)為后驗有條件概率分布函數；θ為模型參數；D為觀測數據；P(θ)為先驗概率函數；P(D|θ)為似然函數；P(D)為模型化常量[2-3]。

1.4 方法特點

地質統計學巖性反演分辨率高，與測井解釋結果吻合好，對于厚層和薄層可以同時得到較好的反映，同時可以直接模擬出巖性儲層與非儲層的分布和空間變化，可以直接進行儲層解釋，避免了儲層與非儲層由于阻抗重疊帶來的多解性。該方法適用于勘探開發程度較高、鉆井較多、且測井資料較全的三維工區，運算量大，缺點是井較少地區會因統計規律不強而出現假象。

2 N871地區應用實例

2.1 基本地質概況

N871井區位于牛莊生油洼陷的主體部位，具有豐富的油源。從沉積上講，沙三中、下時期，受東部東營三角洲向西推進及東南水道入湖的影響，該區濁積扇、濁積砂體廣泛分布發育。主要含油層系為第三系沙河街組地層，沙三中、下主要的油藏類型為透鏡狀砂巖油藏，砂巖儲集體分布在巨厚的泥巖之中，是一套深湖—三角洲沉積體系。

2.2 地震反射特征分析

牛莊三角洲為大型的河控三角洲，地層明顯地向湖推進，形成了明顯的三層結構：頂積層、前積層、底積層。在此過程中，伴隨水流的強弱變化，形成了一個個明顯的三角洲扇體。

因為三角洲期次內部呈非平行反射結構，在目的層段的地震剖面上可以清晰地看到三層結構，地震反射軸明顯向西傾斜，呈“S”型展布，上下均為頂超點和下超點限制。

底積層對應T6波組，為強振幅、高連續性、平行反射結構，相當于沙三下段油頁巖段對應的響應，為深湖-半深湖沉積。

頂積層對應T4以上波組，為中振幅、中連續性、亞平行/波狀地震相，相當于三角洲平原亞相，巖性以砂巖為主，夾有泥巖和炭質頁巖。其內部前積層的變化較多，既有弱-中振幅、高頻、斷續-中連續反射，又有強-中振幅、連續、平行-亞平行反射，分別對應砂質泥巖發育的三角洲前緣亞相和大套泥巖夾少量薄層砂巖的前三角洲前緣斜坡亞相(見圖1)。

2.3 砂體分析

本區的濁積砂體一般厚度較薄，平均單個砂體厚度5 m。而且薄層砂體(小于5 m)所占的比例大于50%，目的層地震資料主頻30 Hz，設層速度為3 000 m/s，按照四分之一波長計算，可分辨厚度25 m，要針對此特點采取相應的反演措施，解決大量存在的薄儲層反演問題。

本區67%的砂巖速度相對圍巖速度高，但有33%的相對圍巖速度不明顯，特別是灰質泥巖速度接近砂巖速度，重疊區較大(見圖2)，單靠一般的波阻抗反演方法已難以解決這一問題[4]。

2.4 精細合成記錄標定

合成記錄標定是將深度域的測井資料與時間域的地震資料相結合的一種重要手段，也是地震層位解釋、儲層與地震反射特征分析和反演的重要基礎。

參考東營時深關系，根據地震波組關系以及井旁合成記錄道的情況進行合理調整，在保證合成記錄與井旁地震道保持良好相關性的同時，對各套儲層進行了精細標定[5-6]。

多數儲層頂界對應波峰，少數儲層頂界對應波谷與波峰之間。結合沉積研究，將單井合成記錄進行橫向對比，合理調整時深關系，使得橫向上測井曲線的標定符合三角洲地質變化規律，而且標定時深關系符合該地區的地質變化規律，精細標定為構造層位解釋和反演打下了良好的基礎。

2.5 三角洲區域控制層位解釋

在準確分析地質規律及沉積規律的基礎上，對三角洲內部進行沉積期次剖分，根據地震反射特征，選取反射較強、橫向可較連續追蹤的三角洲的各套前積層以及頂積層和底積層進行解釋，因此在解釋好標準反射層的基礎上，以三角洲側向加積的沉積學理論為指導，對三角洲的的各個沉積期次及“S”型前積層反射軸進行了解釋，從而很好地控制三角洲的形態，為反演提供準確的層位控制信息以此控制三角洲的沉積形態[7]。

2.6 初始三角洲波阻抗約束模型建立

本區具有三角洲沉積的特點，如果僅靠標準反射層底積層和頂積層進行控制，初始波阻抗模型中三角洲內部勢必會內插成水平層，這是不符合實際地震反射特征和地質規律。為了反演出三角洲濁積體，必須在初始約束模型中控制好三角洲的形態和三維斷層，因此在模型的層位約束中加入了三角洲的各套前積層作為層位控制，防止三角洲斜交的前積層內插成水平層，初始約束模型地質概念清楚。

在解釋的基礎上對斷層與各套層位的接觸關系、斷層的空間接觸關系、地質沉積規律進行研究總結，編輯斷層空間變化趨勢面，最終定義合理的地層描述表，選擇合理的內插參數，結合標定合理的井，建立初始三維多斷層約束波阻抗模型。從建立的模型上看，斷層的空間變化以及與地層的接觸關系合理，地層的形態符合地質變化規律，三角洲地質模型也反映得比較清楚(見圖3)。從而為后續的各種反演提供了比較準確的地質模型[8]。

2.7 實際反演處理

采用該三維三角洲初始波阻抗約束模型進行反演，得到的三維波阻抗數據體上三角洲形態清楚，空間展布符合了該地區的三角洲地質沉積規律(見圖4)。通過立體解釋得到的三角洲的各期次前積層空間展布非常直觀。

該地區井分布相對比較均勻，通過地質統計對波阻抗反演結果進行處理，得到該地區波阻抗巖性概率體。通過進行大量的指示變差分析，擬合了儲層與非儲層變差函數，并進行了試驗，最終選擇了合適的變差函數進行了實際處理(見圖5)。

2.8 反演結果應用及效果分析

該方法結果分辨率較高，在有些地方分辨率達到1～2 m，儲層厚度與測井解釋厚度吻合好，空間展布清楚，可以直接進行解釋和預測。N871井各套儲層也得到了很好地反映(見圖6)。該結果消除了波阻抗值范圍大小的多解性[9]。如一些儲層速度與圍巖速度差別不大，在波阻抗剖面上無法得到很好地分辨，有的儲層波阻抗較低，如王78井沙三下的低速儲層，在巖性剖面中得到了更為清晰地反映(見圖7)。

通過立體解釋得到的三角洲的各期次前積層在空間非常直觀，通過立體追蹤得到的N871井和河144井鉆遇的沙三下的濁積砂體儲層展布都非常清楚(見圖8)。通過剖面、切片、三維立體解釋相結合技術，對本區儲層進行解釋，共描述有效砂體儲層47個，面積53 km2。

2.9 反演效果驗證

在該區完成反演后，用未參與反演的N871-斜1、N871-斜2和后續完鉆的N872、N873井進行驗證，其鉆遇儲層均與巖性反演結果相吻合，從一定程度上驗證了反演結果的可靠性，其中N872井試油日產26 t。

3 結束語

在某些地區可能由于儲層非儲層速度上存在較大重疊，從而在波阻抗反演剖面上難以進行描述，在疊前道集資料品質不高不適合開展疊前反演的情況下[10-11]，在這種地區可以先進行波阻抗反演，在此基礎上再進行巖性反演，可以在一定程度上解決該地區儲層描述的問題。另外，在三角洲發育區通過精細合成記錄標定，三角洲前積層控制建立初始三角洲波阻抗模型，反演結果三角洲形態清晰，對于三角洲發育區的反演同樣具有重要的借鑒意義。