零入射角地震资料在HX地区薄储层预测中的应用

伍泽云

(中国石油辽河油田分公司，辽宁 盘锦 124010)

东部凹陷是辽河油田陆上资源探明程度最低的凹陷，探明率仅为35.8%，具有较大的勘探潜力[1]。HX地区位于东部凹陷中南段，地处黄金带油田南侧，属于北东方向展布的黄金构造带东部边缘的一个次级构造[2]。以往研究证实，该区最有利的层系是烃源岩发育的沙三段，其中沙三上亚段的有利储层为与火成岩互层的碎屑岩储层，沙三中下亚段有利储层为火成岩储层。近年在该区火成岩勘探已取得了比较好的效果，成功部署了多口探井，并已形成了一系列针对火成岩勘探的技术方法。但是由于火成岩的屏蔽作用，对于与火成岩互层的碎屑岩薄储层，地震剖面上难以识别，成为下一步勘探部署急需解决的问题。

为了明确薄储层的空间分布规律，提高地震薄储层的预测精度，国内外学者做了大量研究，王延光等[3]立足砂泥岩薄互层地质背景，提出了一种薄层和薄互层的地震预测方法，其结果不但与地层厚度具有比较好的线性关系，而且还可以对薄储层砂体的累计厚度进行定量预测；
那晓勋等[4]为了提高薄储层的预测精度，采用井震结合的统计学反演方法，通过对反演过程的关键环节进行严格质控，实现了陆相薄储层的精细描述；
杜昕等[5]将多层感知深度学习技术引入薄储层预测中，将其与多属性回归方法相结合，提高了预测结果的分辨率，增强了模型泛化的能力，有效地识别了砂岩薄储层。目前，薄储层预测方法仍受到很多因素影响，如地震数据的分辨率有限、横向随机性强、过于模型化、井资料要求高等[3-11]，这些方法都是利用常规水平叠加之后的地震纯波资料来开展工作，经过长期的实践应用，逐渐发现水平叠加技术的固有缺陷越来越突出[12-14]，归纳起来主要有如下3点：①叠加结果只是零炮检距记录的一种近似；
②叠加会损失高频信息；
③叠加得到的振幅是各个炮检距振幅的平均。由于零入射角地震记录信噪比低，因此地震勘探工作不经常直接采集零炮检距地震记录，而是通过后续的处理手段来获取[12-17]，但其工业化应用的实例仍较为少见。文中从地震解释及储层预测的应用角度出发，在测井曲线预处理、横波速度预测、叠前CRP道集优化及分析的基础上，开展了零入射角地震资料提取与分析，并利用该数据有效预测了辽河油田HX地区沙三上亚段的砂泥岩储层的分布特征，开展井位部署取得了较好的应用效果。

通常使用叠加地震数据进行地震构造解释、地震属性提取、地震反演等，叠加地震数据的计算公式一般如下：

(1)

式中：YA为叠加地震数据，即地震道集Ypp的平均；
n为道集数量；
i为角道集序号；
φ为入射角度，°；
Ypp为地震道集。

由式(1)可以看出，叠加地震数据具有一定的平均效应，尽管可以提高地震资料的信噪比，但会降低垂直入射时地震数据的分辨率，即叠加资料并不是真正意义上的零入射角地震资料，从而会影响后续地震解释和储层预测的准确性和可信度[17]。

完整的Zoeppritz方程给出了入射纵波和横波产生的透射、反射纵波和横波振幅的全部解，这是AVO技术的理论基础[18]。与复杂的Zoeppritz方程相比，其简化形式的物理意义比较明确且便于应用[19-21]，因此，基于平面波的理论可以将Zoeppritz方程进行简化，具体公式如下：

(2)

(3)

(4)

(5)

式中：Rpp为纵波反射系数；
Rp为零入射角的纵波反射系数；
vs为界面上下介质的平均横波速度，m/s；
vp为界面上下介质的平均纵波速度，m/s；
Rs为零入射角的横波反射系数；
RD为零入射角的密度梯度；
Δρ为界面上下介质的密度差值，g/cm3；
ρ为界面上下介质的平均密度，g/cm3；
Δvp为界面上下介质的纵波速度差值，m/s；
Δvs为界面上下介质的横波速度差值，m/s。

地震资料是反射系数和子波的褶积，将叠前CRP道集资料作为式(2)的输入。为进一步压制随机噪音和短程多次波且求解方便，采用分角度叠加的思路，即通过入射角扫描遴选出角度范围，开展分角度叠加提高地震资料信噪比，确定出中心角度，进而求取零入射角地震数据。式(2)改为：

(6)

式中：Spp为分角度叠加数据；
θi为分角度叠加的中心角度，°；
Sp为零入射角纵波地震数据；
Ss为零入射角横波地震数据；
SD为零入射角密度数据。

当分角度叠加数据不小于3时，可以满足式(6)的求解要求，获取零入射角的地震数据。由于求解过程充分利用了AVO的变化关系，消除了叠加资料受AVO调谐效应的制约，是理论层面上地层界面垂直反射。

常规地震数据叠加处理具有明显的平均效应，获得的地震数据并不是真正意义上的零入射角地震资料，会降低地震数据的分辨率，并会影响后续地震解释和储层预测的精度和可靠性[22-23]。零入射角地震数据为近似于自激自收的纵波信息，可以有效消除AVO的调谐效应，进而避免了常规叠加所导致的振幅失真以及地震分辨率降低的影响。为了验证零入射角地震数据的有效性，文中利用wedge模型进行了波动方程正演，并且提取了近、中、远道的叠加数据，再利用零入射角地震资料提取技术获得零入射角地震数据。图1为常规叠加数据剖面和零入射角地震数据(振幅经过归一化处理，下同)，由图1可知：零入射角地震数据的频带宽度明显变大，分辨率也得到显著提高；
另外，通过与wedge模型比较可以发现，常规叠加数据上很难识别的尖灭点(红色箭头处)，在零入射角地震数据上可以有效地识别，同时其剖面上也展现了更多的构造细节。

HX地区2014年采集了一块“两宽一高”(宽频宽方位高密度)地震资料，面元为12.5 m×12.5 m，覆盖次数为396次，横纵比为0.82，面积为150 km2。以此为基础，用零入射角地震数据代替传统的叠加资料进行地震解释和储层预测。研究思路如图2所示，具体涵盖4部分内容：①测井曲线预处理，包括深度校正、扩径校正、环境校正、标准化校正等；
②横波速度预测，包括横波曲线提取与分析、岩石物理建模、横波速度预测等；
③叠前CRP道集优化及分析，包括资料品质分析、随机噪音和多次波压制、道集拉平、道集AVO分析等；
④零入射角地震资料提取；
⑤地震解释及储层预测。

图2 零入射角地震资料提取及应用流程

3.1 测井曲线预处理

岩石物理模型研究最重要的方面就是将岩性、泥质含量、孔隙度、饱和度等测井解释成果信息转化为整个饱和岩石的弹性信息。因此，为得到高准确度的岩石弹性信息，精确的测井解释是最基本的前提。然而测井时往往会受到环境、仪器、地层等因素的影响，需要对测井曲线进行预处理(包括深度校正、扩径校正、环境校正、标准化校正等)，从而保证原始数据的准确性，这也是测井解释结果可靠的前提。图3为工区多口井的密度曲线标准化前后概率分布，由图3可知，标准化之前密度曲线的概率分布图正态分布性比较差，而经过标准化之后，概率分布基本上均呈正态分布，标准化效果好。测井曲线预处理可以为后面的横波速度预测、地震解释及储层反演提供良好的数据基础。

图3 密度曲线概率分布

3.2 横波速度预测

岩石物理参数作为连接储层和地震数据特征的桥梁，其在测井分析、地震反演、油藏检测等勘探开发的各个环节都起着重要的理论基础作用。其中非常重要的方面就是如何准确地预测纵横波速度。生产中由于诸多原因通常缺乏横波资料，为此必须进行横波预测。目前横波预测方法主要有经验公式法、统计法、直接测定法及岩石物理模型法等。岩石物理模型法考虑了影响岩石速度的各类型因素，其预测的横波速度更为准确，加之HX地区沙三上亚段主要为砂、泥岩的碎屑岩沉积，在测井资料预处理的基础之上，选取DEM-Gassmann岩石物理模型法进行横波速度预测。图4为J31井横波预测结果，可以看出预测的纵波、横波、密度曲线与实测曲线吻合程度较高。

图4 J31井横波速度预测结果

3.3 叠前CRP道集优化及分析

零入射角地震数据的提取是基于叠前CRP道集及分角度叠加数据体完成，因此叠前CRP道集的优化及其品质改善是影响提取结果的关键步骤。针对工区原始叠前CRP道集存在噪音严重、多次波干扰、道集间时差不平等问题，制订了相应的工作思路，并对参数逐一进行测试，其中主要的处理环节包括：线性噪声消除、多次波消除、随机噪音衰减、道集拉平。其次，利用井资料监控整个处理流程的保幅性，主要是AVO曲线拟合及误差分析。图5为目的层段道集优化前后的道集AVO曲线拟合对比，由图5可知，道集优化之后的拟合曲线更加接近实际AVO正演的结果，可以正确反应AVO的信息，说明保幅性较好，从而确保了零入射角数据提取的准确性。

图5 道集优化前后道集AVO曲线拟合对比

3.4 零入射角地震数据提取与分析

对优化之后的叠前CRP道集进行角度划分，方案为4～14 °、14～24 °、24～34 °、34～44 °，然后利用零入射角地震资料提取技术对4个角度的叠加道集进行处理，得到零入射角地震资料。图6a为经过保幅保真处理后的常规叠加数据剖面，图6b为提取的零入射角地震数据剖面，二者对比不难发现，零入射角地震资料有以下3个特点：①叠加剖面与零入射角剖面结构一致，波组关系清晰处地层产状相同；
②零入射角剖面分辨率更高，部分复合波得以展开，对薄层刻画更加清晰(箭头处所示)；
③零入射角剖面断点更加清晰，断层上下盘接触关系更加明显。上述对比表明，零入射角资料消除了常规叠加因大射角(大偏移距)低频信息的影响，恢复了地震资料采集处理中包含的高频信息。另外，从频谱分析的结果可以看出，零入射角数据的频谱得到有效展宽，分辨率更高(图7)。

图6 辽河坳陷HX地区地震剖面

图7 辽河坳陷HX地区地震剖面的频谱分析

地震叠加对提升信噪比的贡献毋庸置疑，但是存在固有弊端：得到的振幅值是各个(入射角)炮检距振幅的平均，由于地震振幅是随偏移距变化而变化的(AVO)，造成叠加资料与实际的零入射角资料存在偏差。井震标定是开展构造解释和储层预测中一项重要的工作，声波测井仅能反映井周附近的情况，对应的地震资料相当于某一反射点处零入射角信息，由于地震资料经叠加处理得到的振幅是平均值，势必会造成井震吻合关系变差。图8a为H25井利用叠加资料井震标定的情况，图8b为利用零偏移距资料标定情况，二者对比可以发现，零入射角地震资料波组强弱变化关系与合成记录相关程度更好(暖色调表示相关性强)，而常规叠加资料与合成地震记录要差一些，特别是在箭头所示部位，出现了明显的波组关系不吻合，如果利用该资料开展叠后储层预测，势必出现偏差。

图8 H25井震标定对比

3.5 储层预测

利用常规叠加和零入射角资料，采用相同的反演参数及低频模型，开展了稀疏脉冲反演。图9a为基于常规叠加所得到波阻抗反演剖面，图9b为基于零炮检距资料得到的波阻抗反演结果。从反演结果来看，图9b在J21井处反演结果与井吻合性更好(曲线代表井上波阻抗)，且薄层的分辨能力明显好于图9a(箭头所示处)，说明开展零入射角提取工作有助于提高储层预测的精度，对于薄储层的刻画能力尤为突出。

图9 辽河坳陷HX地区反演剖面对比

图10为利用零入射角资料预测的沙三上亚段的砂泥岩厚度平面图。由图10可知：沙三上亚段每口井都有砂泥岩沉积，与实际的井资料情况符合；
越靠近工区的西北部，沙三上亚段沉积岩越厚。虽然预测出较为发育的砂泥岩地带，但是厚层的砂泥岩不一定为优质的储层，后续还需要进行优质储层中含油气的预测，才能找到最优的目标带。根据此次储层预测的结果，在HX地区部署了H34井，钻遇了预测的有利储层，试油结果获得高产，新增地质储量超千万吨，从而进一步验证了零入射角地震资料提取在该区储层预测中的准确性。

图10 辽河坳陷HX地区沙三上亚段砂泥岩预测厚度

(1) 叠加处理后的地震资料不等同于自激自收资料，其在提高地震数据信噪比方面的贡献毋庸置疑，但是存在振幅不能保真、压制高频信息2方面固有缺陷。

(2) 零入射角地震资料的提取，其核心是利用AVO信息，能够克服叠加结果的先天缺陷，是一种获取地层界面垂直反射保幅保真信息的有效途径。

(3) 零入射角地震资料在提高剖面分辨率、提升井震吻合关系以及提高储层预测精度方面具有一定的优势。

(4) 相比于常规叠加地震资料，基于零入射角地震资料的储层预测效果较好，有效预测了HX地区沙三上亚段薄砂泥岩储层的分布特征，为后续勘探井位部署及储量上报提供了有利的依据。

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