薄层勘探的难点与对策

薄层勘探的难点与对策油气勘探发展至今，越来越多用于勘探开发油气储层的先进技术被提出。过去用简单的方法就可以发现的油气田随着勘探开发的不断深入已经不复存在了，如今薄层、隐蔽性较强的圈闭已经成为油气勘探的主要目标。针对这些难题，各种各样的解决之道应运而生。本文将介绍薄层勘探存在的难题难点和目前地球物理学家们提出的一些对策，旨在了解先进的学科技术前沿以及前辈们的成果。现阶段石油勘探主要以薄层勘探为主，而薄层勘探的关键就是薄储层的厚度的确定，首先概述一下薄层理论[2]。在反射地震学中可以从不同的角度对薄层进行定义，但是大多数文献中都是从分辨率的观点来划分薄层和厚层的，也可从其复合反射波的特征参数来对薄层进行定义。薄层和厚层的划分与所用的观点和方法有很大的关系，并没有一个统一的划分界限，但目前多数人仍以/4为界来划分。当薄层厚度小于/4时，反射波波形为入射波的微分形式，于是我们把这个厚度定为薄层垂向分辨率的极限。当薄层厚度等于/4时，反射波振幅最大，称/4为薄层调谐厚度。当薄层厚度大于/4时，顶底反射可以分辨，薄层厚度与顶底反射时差成正比；当薄层厚度小于/4时，顶底反射不能分辨，成为一个复合波形，其薄层厚度与反射波振幅近似成正比。薄层勘探的难点：当今我国油气资源富足而广阔的油田越来越少，剩余油资源的质量越来越差。已开发数十老油田中，夹层、薄油层、低压低渗透低产储层、难产储层、非均质储层越来越多，勘探开发难度大、效率低、成本高而且往往产量也低，成为制约我国油田勘探开发的瓶颈[11]。近50年来，地球物理学家在单一薄层地震响应特征研究方面取得了许多重要成果，为地层中单一薄层定性解释和厚度定量预测奠定了良好的基础。而作为地层中更为常见的地质结构——薄互层，由于其内部结构特征多样、组合关系多、时频响应特征复杂，很难探究其内在的响应机理和时频变化规律，这制约了薄互层的研究与发展。地层岩性和厚度横向变化大，薄层厚度大多处于常规地震勘探分辨率之下，超薄薄互层（总厚度小于/4）定性识别与厚度定量预测已成为长期困扰地球物理学家的一个技术难题[9]。因此，如何准确描述薄互层的时频特征响应规律，阐述其与地层结构之间的内在联系，进而确定薄互层的互层数、厚度及分布范围，建立单层厚度的定量预测关系，这是勘探地球物理研究的难点与热点。目前薄互层油气藏研究的重点集中在如何提高地震资料分辨率以及薄层的反演精度，以实现薄互层油气藏的精确刻画与描述[8]，定量解释储层的横向展布和厚度分布。薄层勘探的对策：面对薄层勘探的技术难题，地球物理学家们提出了很多行之有效的解决方法。在地震勘探的三个阶段采集、处理和解释中，都能够找到相应的解决薄层勘探难点的方法。此外，地质、测井以及钻井等多方面的综合对策也对薄层勘探起到了不可忽视的帮助。1、采集：精确刻画与描述薄层、薄互层的厚度，归根结底就是要提高分辨率，而拓宽频带、提高频率可以提高薄层分辨率。所以，在采集这一地震勘探的首要环节，采用宽频地震技术可以取得显著的效果。宽频地震技术是指针对特殊的勘探条件和要求而采用相应的采集技术，使得观测数据中既包含低频成分又包含高频成分。就海上宽频地震技术而言，现在能够采用的佳采集方式为多船多缆，并且结合双检波器技术，并进行双环形全方位的数据采集。而陆上宽频地震技术的一般工作流程，关键的技术集中在观测系统的设计，加密激发源与检波器，以及设计适当的空间采样率[10]。宽频地震技术的优势关键在于数据采集阶段就获得了宽频的原始数据，这无疑为之后以原始数据为依据的处理和解释过程奠定了可靠的基础。近几年，宽频地震技术的研究在国外不断升温，但是国内还没有一个系统的认知。宽频地震技术被认为开启了地震勘探新纪元，因此研发出一整套属于我国自己的宽频地震技术迫在眉睫。2、处理：（1）宽频地震技术是一系列技术有机结合在一起的一项地震勘探技术。它不只在采集阶段起作用，获得宽频原始数据后，会再通过特征的数据处理与成像方法来进一步拓宽频带和提高成像品质。在解释阶段，处理后的宽频资料，使用自动化的解释系统和反演技术手段，便可得到地下详细的地质信息。针对海上油气勘探的特殊性与陆上的薄层勘探要求，应运而生的宽频地震技术成为了一项能够解决上述勘探难题的关键技术。宽高频的震源子波是提高薄互层分辨能力的关键，特别是单层厚度较薄的薄互层。为得到可供解释的薄互层结构的最佳反射图像,必须采用高频、高衰减的宽高频入射子波和宽高频滤波[5]，才能使具有多极值的薄互层特征的反射图像具有较高的可分辨性，从而保证有更多反映薄互层内部结构的高频信息得以记录[9]。在数据处理方法上，提出了在叠前或叠后数据里进行的联合反褶积方法、针对多次波衰减提出改进的SRME技术，以及能够依据宽频资料里微弱的信息变化来进行自动追踪的解释系统和基于宽频数据进行反演得到的可靠结果，不但能减少对测井资料的依赖，还能详实地反映出地下的沉积组合及微弱的细节变化[10]。（2）谱分解方法也是一种常用的方法。地震资料的频谱分解不只是地震资料处理中的一个孤立的处理环节，从采集到叠加、偏移等过程都可能歪曲地震信号原始特征中的有用信息。而这些信息对高精度、高可靠性的资料处理和解释是至关重要的。所以，对实际资料进行频谱分析需要结合各种资料并联合使用其他处理方法，才能够提高处理的质量以及解释的可靠性[3]。（3）此外，针对薄互层疏松砂岩油藏特征张金淼、赵伟和李景叶等提出了基于各向异性介质理论的时移地震AVO响应分析方法[6]，结合测井和岩石物理数据分析了油藏含油饱和度和压力变化时的时移地震AVO效应，表明薄互层疏松砂岩对油藏有效压力变化十分敏感。在薄互层条件下，油藏反射界面并不一定与地震反射的波峰或波谷对应，变化规律复杂，追踪薄互层油藏界面的难度很大。因此“针对薄互层油藏界面的AVO分析”应对薄层调谐效应进行补偿，或进行全波形反演[7]。3、解释：预测薄层厚度是当今油气勘探的一项重要研究内容。在油气储层展布以及油气精细开发等方面，薄层定量地震解释均起到重要作用。薄层预测精度一方面取决于实际地震资料的质量，另一方面取决于地震勘探理论分辨能力的发展程度。上述采集和处理过程分别着力于解决这两方面问题，但是在地震资料的分辨率仍旧达不到地质要求的情况下，解释环节在目标储层预测中发挥了重要的作用。通过加强储层特征与地震响应、有效信息提取技术、沉积相和层序等综合性研究，提高解释技术并合理地加以运用，将有效地提高地震资料解决薄层问题的能力。目前薄层厚度定量预测方法繁多，一般来说各种方法有各自的假设前提及其适用范围。（1）直接反演薄层厚度：根据薄层理论推导出直接计算薄层厚度的公式。包括反射波特征点法、复地震道分析法、积分能谱分析法、伪波阻抗剖面、地震道积分法[2]、相对振幅—时间厚度法、间接振幅法、积分振幅与视时差乘积法、窄带滤波法。另外频率域也可以求取薄层厚度，方法有频率域反褶积法，标定曲线法，振幅谱相对能量法[14]。（2）利用地震属性预测技术定量预测储层厚度。包括沉积相带和物源方向预测技术；微相分析预测技术；波形特征定性预测技术；地震属性预测技术。其中利用薄层厚度与反射波波形特征、振幅、能量等地震属性的关系来估算薄层厚度的方法最为常用。地震波的反射特征是由子波和薄层结构共同决定的。从这个意义上讲，地震属性中的确包含着薄层的结构特征信息。地震属性中研究最多的是振幅属性，常用的为振幅分析法：1995年，窦易升提出了不等反射系数条件的薄层厚度定量解释的振幅谱平方比方法；2003年，凌云研究小组应用振幅的调谐作用成功探测了地层厚度小于/4的地质目标；2011年，李国发等人设计了三个薄互层地质模型，考证了振幅属性与砂体累积厚度之间的关系和振幅切片在时间上的变化与砂体沉积演化的关系[12]。（3）谱分解技术/薄层陷频法：是一种能够不受到地震子波垂直极限分辨率限制的反演算法[13]，是在短时窗内通过频谱分解预测储层、研究薄层变化的地震属性解释技术。谱分解技术的主要算法有:短时傅里叶变换、最大熵谱法、连续小波变换、S-变换和匹配追踪法等。随着三维地震勘探的普及，谱分解法老法新用，突破了传统地震分辨率的限制，开辟了地震解释的新局面。它建立在时频分析[15]理论基础上，将地震数据由传统的时间域转换的到频率域，不仅可用于定性储层预测，还可以定量描述储层的空间展布，是储层研究的一种新手段和新方法，具有广阔的前景[1]。（4）波阻抗反演：李庆忠院士指出，“波阻抗反演是高分辨率地震资料处理的最终表达形式。”说明了波阻抗反演在定量地震解释薄层的重要性。薄层主要是在高频信息中得到体现，高频信息却很容易受到噪音等的干扰，很容易产生多解性。为了能准确地预测薄层，必须解决高频信息与噪音的矛盾。李礼、吝新强等人认为最有效的方法是在确保一定的信噪比的前提下，通过压缩子波得到由高频率子波形成的地震记录，从而提高薄层的分辨能力[12]。（5）另外，石油地震勘探中薄层标定的研究，主要方法有垂直地震剖面法、理论合成记录法、平均速度法和多档滤波法也有利于薄层勘探的准确性[14]。综上所述，地震薄层勘探的各个环节都有相应的方法着力解决其勘探难点，但单独的方法不能够取得很好的效果。处理和解释正向一体化方向发展，这也是现阶段地震勘探中解释人员和处理人员正在努力的方向；将构造演化、沉积相、地层层序解释等地质资料融入到目标储层预测解释过程中，可以增强解释结果的稳定性和可靠性[4]；测井薄层解释技术的发展也对薄层勘探有所帮助；地质导向钻井技术的突破将为国内薄油层和难采储层的勘探开发带来一次新的技术革命[11]。所以综合性研究是最佳的研究策略，只有综合各方面的有用信息和方法才能在薄层油气勘探上取得新的突破。参考文献：[1]边立恩,于茜,韩自军,等.基于谱分解技术的储层定量地震解释[J].石油与天然气地质,2011,32(54):718-723.[2]刘建华,刘天放,李德春.薄层厚度定量解释研究[J].物探与化探,1997,1.[3]蒋龙聪.薄互层储层地震响应时频分析研究[D].武汉'中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院,2008.[4]关达,张卫红.提高地震资料解释薄层能力的途径[J].勘探地球物理进展,2002,25(2):19-24.[5]赵晨光.薄互层地震反射波的特征分析[J].石油地球物理勘探,1986,21(1):32-46.[6]张金淼,赵伟,李景叶.薄互层疏松砂岩储层时移地震AVO研究[J].西南石油大学学报ISTIC,2007,29(3).[7]赵伟,陈小宏,李景叶.薄互层调谐效应对AVO的影响[J].石油物探,2006,45(6):570-573.[8]李景叶.薄互层油气藏时移地震反演数据解释[J].石油地球物理勘探,2012,3:016.[9]李雪英,文慧俭,陈树民,等.等厚薄互层时频特征的正演模拟[J].地球物理学报,2013,56(3).[10]宋建国,邓勇.油气勘探中的宽频地震技术[J].中国地球物理2013——第二十八分会场论文集,2013.[11]周明才.地质导向钻井破解薄层勘探开发难题[J].国外测井技术,2007,22(6):76-77.[12]李礼,吝新强.定量地震解释薄层厚度技术概述[J].内蒙古石油化工,2011,22:055.[13]王宇.基于谱分解的薄层反演方法研究[D][D].吉林:吉林大学,2007.[14]张玉芬,熊维纲.石油地震勘探中的薄层解释研究方法综述[J].地质科技情报,1993,4:023.[15]崔凤林,管叶君.时频分析——薄互层结构研究的新途径[J].石油物探,1992,31(2):1-15.