近年来, 随着松辽盆地北部整体勘探程度的提高, 油气勘探主要目标逐步从构造油气藏转向岩性油气藏或构造-岩性复合油气藏。薄储层勘探面对的问题依然是地震分辨率问题^[1-3], 即当地震分辨率小于1/4波长时, 在地震剖面上难以分辨出薄储层, 使得测井与地震数据标定困难。正演分析表明, 强屏蔽主要是地震分辨率较低, 强反射系数界面在调谐过程中“淹没”薄层弱反射系数形成的。为了克服地震数据成像分辨率不足的问题, LEVY等^[4]提出了稀疏脉冲地震反演方法, 但该反演方法受干涉作用影响, 地震信息与薄储层没有直接对应关系, 无法对薄层横向变化做出有效预测^[5-8]。由于储层井间变化大, 井间薄储层仍存在很大不确定性。已有的各种叠后反演、叠前反演以及振幅、频率、相位、波形等地震属性分析技术虽然在储层预测和油气识别中取得了一定效果, 但是在薄储层研究方面的应用还存在各自的局限性。叠后波阻抗反演是一种比较成熟的技术, 但其反演结果的分辨能力依赖于反射波主频高低和频带宽度。同样地, 振幅、频率、相位、波形等地震属性的分辨率也受到反射波主频和带宽的限制, 不能满足薄储层预测的要求^[9-10]。HAAS等^[11]于20世纪90年代引入了地质统计学反演方法, 该方法基于空间域样点分布, 对井均匀分布的要求较高。此外, 变差函数的统计尤其是变程的确定往往不能精细反映储层空间沉积相的变化, 导致模拟结果平面地质规律性差、随机性强^[12-15]。

松辽盆地三肇凹陷扶余油层以浅水三角洲沉积体系为主，单砂体厚度大多在2.0m左右，非均质性强、横向变化较大，受上覆T2界面强反射干涉影响，储层无明显地震反射特征。强屏蔽下薄互层砂体的精细刻画成为制约该地区有利岩性圈闭识别以及水平井部署的主要瓶颈，需要建立一套针对薄互层储层及河道砂体的储层预测方法。本文采用井震联合的地震波形指示反演方法有效拓宽地震频带，降低强阻抗界面的屏蔽影响，有效解决了研究区强屏蔽薄储层预测难题。

三肇凹陷肇35井区F11油层组属于致密薄砂岩储层，由于青一段泥岩与泉四段存在较大的波阻抗差异，在上覆T2界面形成了强反射，受其干涉作用影响，F11油层表现为T2下伏横向不连续的弱波峰反射，地层内部为单一波谷反射，储层无明显地震反射特征(图 1)。

图 1(Fig. 1)

图 1 过井地震剖面

由测井声波曲线分析可知，青山口组地震层速度为2500m/s，泉四段地震层速度为3280m/s，上下两层速度差异较大，形成了一个较强的波阻抗界面。由于地震分辨率低，泉四段内部地层形成的若干较小的反射与该界面发生干涉作用时，主要体现了较大反射系数的影响，小的反射系数作用不明显。由此可见，强阻抗界面对下伏地层的屏蔽作用主要是由存在较大反射系数时地震主频低、分辨率不够造成的。如果能够提高地震分辨率，就可以有效避免强阻抗界面屏蔽作用的影响。

进一步通过正演模拟来分析强阻抗界面的屏蔽作用。首先制作Zhao43井合成地震记录，子波采用标准零相位雷克子波，主频为40Hz，T2反射界面表现为强波峰反射(图 2)；然后采用一系列不同频率的子波进行正演实验，子波主频从40Hz逐步提高到100Hz(图 3)，随着分辨率的提高，强反射界面的屏蔽作用逐渐减小，下伏弱反射层逐渐显现，说明强屏蔽现象主要是由层间干涉作用造成的。如果信号频带足够宽，各反射系数不发生干涉，就可以有效解决强阻抗界面的屏蔽问题。因此，解决强屏蔽问题的关键在于拓宽频带，增加高频成分。

图 2(Fig. 2)

图 2 Zhao43井合成地震记录

图 3(Fig. 3)

图 3 强屏蔽作用与地震分辨率关系分析

提高信号分辨率一般通过地震资料高分辨率处理来实现, 但受采集手段的制约, 处理方法仅能在一定程度上提高分辨率, 提高幅度一般局限在15%左右, 很难获取50Hz以上的高频成分。本文采用井震联合反演的方法, 利用井资料补充高频成分, 去除强屏蔽作用的影响, 实现强屏蔽下的薄储层精细预测。

近年来, 井震联合的反演技术取得了迅速发展, 其大体可以分为两类。一类是以地震为主的经典反演方法, 例如稀疏脉冲等确定性反演方法。这种反演方法从地震资料出发, 利用相关公式计算阻抗, 不能有效突破地震分辨率的限制, 无法获取薄层信息。另一类是以井模拟为主的广义反演方法, 例如地质统计学随机反演。基于协克里金、序贯高斯、模拟退火等地质统计学算法的随机反演, 其本质是利用储层参数的空间分布特征实现测井参数模拟, 获得一组等概率的储层参数模型。

地震波形指示反演^[16-18]与地质统计学反演一样, 利用井的信息补充高频成分。早期这种模拟方法一般是用井信息插值模型(克里金、自然邻域等算法), 后期人们采用地质统计学进行随机模拟。由于统计学模拟的方法基于变差函数表征储层空间结构特征, 模拟时样本井的优选参照变程控制, 高频信息完全来自于井, 没有考虑地震信息, 地震信息只是起到对随机模拟结果进行优选的作用。基于褶积理论的正演实践表明, 地震波的干涉特征与反射系数结构和分布具有密切的关系, 反射系数的垂向分布, 包括反射系数的间距、大小、个数, 决定了地震波形干涉样式。在相似的地质条件下, 反射波波形与反射系数结构能形成良好的匹配关系, 可以根据波形的干涉特征优化反射系数的分布。因此, 地震波形指示反演可以看作广义的反演过程, 是在传统地质统计学反演基础上发展起来的一种高精度模拟表征的方法。

地震波形指示反演的主要思想是在等时地层格架约束下, 将地震波形的薄层干涉特征作为判别、优化反射系数结构的控制条件代替变差函数, 优选有效样本井, 模拟砂体纵向分布结构, 将井约束地震反演与地震指示的井模拟相结合, 实现井震联合反演。变差函数能够表征区域化变量的空间结构性和随机性, 反映了区域化变量在某个方向上某一距离范围内的变化程度, 但由于地质结构的非均质性, 变差函数所描述的空间变异性不能精确表征空间沉积环境的变化。而地震波形的横向变化与沉积作用有关, 并且地震具有空间密集分布的优势, 能够较好地体现沉积环境的变化及其对储层组合结构的控制作用。因此, 利用地震波形横向变化特征来表征储层空间变化规律, 能更好地体现沉积要素的影响, 实现相控随机反演。在进行随机模拟时, 传统变差函数是根据所有井统计出的变程优选统计样本进行模拟, 考虑的是空间变化程度, 和距离相关(图 4a)。波形指示反演主要是根据波形相似性优选统计样本, 通过将预测道地震波形与所有已知井旁道地震波形进行对比, 优选出最相似的若干井样本(图 4b), 再对这些井进行不同频段下的曲线滤波比较, 寻找共性结构特征并建立初始模型, 最后在贝叶斯框架下根据样本井的分布特征进行克里金概率模拟, 得到每一个样点值的概率分布。模拟过程充分利用了空间密集分布的地震数据并体现了相控模拟的思想, 其频率成分是一个由低到高逐步确定的过程, 高频成分的整体确定性相比传统随机模拟得到大幅提高。与传统随机模拟不同的是, 地震波形指示模拟建立初始模型的过程不是采用序贯的方式进行, 即待模拟点的模拟数据并不参与下一个未知点的模拟过程。这样做使得模拟过程更加符合地震波形相似的样本优选原则, 使模拟结果的中频(地震频带)符合地震反演结果, 超出地震频带的高频成分与样本井结构特征一致, 得到宽频带阻抗输出。

图 4(Fig. 4)

图 4 统计样本优选 a 按照变差函数变程优选统计样本; b 按照地震波形相似性优选统计样本

地震波形指示反演是在空间结构化数据指导下不断寻优的过程, 即参照空间分布距离和地震波形相似性两个因素对所有井按关联度排序, 优选与预测点关联度高的井作为初始模型, 对高频成分进行无偏最优估计, 并保证最终反演的地震波形与原始地震波形一致。

地震波形指示反演的流程如图 5所示，具体步骤为:

图 5(Fig. 5)

图 5 地震波形指示反演流程

1) 按照地震波形特征对已知井进行分析, 优选与待判别道波形关联度高的井样本建立初始模型, 并统计其纵波阻抗作为先验概率分布。为了避免大距离范围的样本优选误差, 优选过程增加最大空间距离控制, 在已知井中利用波形相似性和空间距离双变量优选中低频结构相似的井作为空间估值样本。传统变差函数受井位分布的影响, 难以精确表征储层的非均质性, 而分布密集的地震波形则可以精确表征空间结构的低频变化。

2) 将初始模型与地震频带阻抗进行匹配滤波, 计算得到似然函数。如果两口井的地震波形相似, 表明这两口井大的沉积环境相似, 虽然其高频成分可能来自不同的沉积微相差异较大, 但其低频成分具有共性, 且经过测井曲线统计证明, 其共性频带范围大幅度超出了地震有效频带。根据似然函数的定义, 此处通过匹配滤波计算得到的似然函数描述了某一个空间位置取值为某一特定值的概率。匹配滤波将确定性信息(源自有色反演)和逐步确定性信息(源自波形指示模拟)进行融合之后产生了一个新的概率分布空间。利用这一特性可以增强反演结果低频段的确定性, 同时约束了高频的取值范围, 使反演结果确定性更强。

3) 在贝叶斯框架下联合似然函数分布和先验分布得到后验概率分布并将其作为目标函数, 不断扰动模型参数, 将后验概率分布函数最大时的解作为有效的随机实现, 取多次有效实现的均值作为期望值输出。

地震波形指示反演结果在空间上体现了沉积相带的约束, 平面上更符合沉积规律和特点:① 在贝叶斯框架下将地震、地质和测井信息有效结合, 利用地震信息指导井参数高频模拟, 是一种全新的井震结合方式, 较好地减少了地震噪声对反演结果的影响; ② 利用地震波形特征代替变差函数分析储层空间结构变化, 提高了横向分辨率, 且更符合平面地质规律, 具有相控意义; ③ 采用全局优化算法使反演确定性大大增强(从完全随机到逐步确定); ④ 对井位分布没有严格要求, 适用性更广。

肇35井区位于松辽盆地三肇凹陷西部，宋芳屯油田以南，永乐油田以北, 面积约60km²，共有探井12口。地震剖面分析可知，泉头组顶面T2反射同相轴为强波峰，在泉四段内部发育多套砂体，由于单层厚度薄，与围岩之间阻抗差异小，因此, 在地震记录上没有明显的反射界面，受调谐作用影响主要对应强波峰下的波谷反射，砂岩发育的厚度及期次对波形形状有一定影响。图 6是Zhao43井和Zhao48井声波曲线和井旁地震道，其中Zhao43井F11油层组共发育两套砂岩，平均厚度为3.2m，Zhao48井发育3套砂岩，平均厚度为2.3m。两口井泉四段内部砂岩虽然均表现为波谷特征，但地震波形仍存在一定差异，表明波形的横向变化指示了其高频反射结构的变化。分析T2目的层的地质和地球物理响应特征可知，扶余油层为砂泥岩互层，储层特征为高伽马、低声波时差。基于砂岩的这种测井响应特征，可以通过阻抗反演区分砂泥岩。

图 6(Fig. 6)

图 6 Zhao43井(a)和Zhao48井(b)波形差异分析

分析、编辑与校正测井曲线形成高质量的测井资料，是定量化油藏描述研究的基础。测井数据用于地震数据体标定，然而收集到的实测测井曲线通常会有部分数据缺失、质量较差、多井之间缺乏一致性等问题。因此，在与地震资料进行联合应用之前，必须对测井资料进行质量控制，以提供一致性较好、相对完整的测井数据集。针对储层敏感曲线开展多井一致性检查和标准化处理, 以获得纵向质量可靠、横向具有一致性的测井资料。

本文将研究区Zhao43井选为测井评价的标准井，将T2作为标志层(测井曲线形态特征稳定并且全部钻遇的目的层), 采用直方图法对全区12口井进行标准化处理，剔除异常值，消除了测井资料对地震反演结果的影响。由于同一个区块相同的地层沉积环境、沉积年代相近且地层性质相似，在直方图上的分布概型相似，因此可以对不同的测井曲线进行相应调整，进而实现多井曲线标准化的目的。通过分析目的层段测井曲线直方图分布，统计出各井的偏离值并加以校正(图 7)。

图 7(Fig. 7)

图 7 声波曲线标准化前(a)后(b)直方图对比

地震波形指示反演是一种改进的统计学反演方法, 反演结果具有“低频确定、高频随机”的特点。低频主要是受地震频带及地震相的影响, 高频则主要受同沉积结构样本的控制, 频率越高, 随机性就越强。因此, 地震波形指示反演的关键参数为有效样本数和最佳截止频率。

有效样本数是地震波形指示反演中的一个重要参数, 主要表征地震波形空间变化对储层的影响程度, 一般参照已知井的统计结果, 在质控中利用样本数和地震相关性统计分析得到。由相关性曲线可见, 相关性随样本数的增加而逐渐增大, 达到一定程度后不再随样本数增加而增加, 表明更多的样本无助于预测精度的提高, 其相关性最大时的样本数就是最佳有效样本数。该参数也和总样本数有关, 通常较大的样本数表明地层弹性参数变化小, 非均质性弱, 在横向变化快、非均质性强的地区可适当减小样本数。本文根据研究区的样本分析拟合结果, 优选有效样本数为2(图 8)。

图 8(Fig. 8)

图 8 地震波形指示反演有效样本数优选与质控

在确定了有效样本数后, 需进行最佳截止频率的确定。与有效样本数分析方法类似, 计算各井不同频率情况下与其它井的波形相关性, 拟合所有相关性曲线。如果处理的目标偏向于反演的确定性, 该参数不宜设置太高, 反之, 如果处理的目标偏向于反演分辨率, 能够接受随机的结果, 可以设置较高的截止频率。本次为了提高反演高频成分的确定性, 通过参数测试确定最大截止频率为200~250Hz(图 9)。

图 9(Fig. 9)

图 9 地震波形指示反演最佳截止频率优选与质控

对井约束稀疏脉冲、地质统计学随机反演和地震波形指示反演三种方法的反演结果进行了对比分析(图 10~图 13)。图 10为过Zhao43, Zhao48井的井约束稀疏脉冲反演剖面, 图中红、黄色代表高阻抗, 绿、蓝色等代表低阻抗, 可以看出剖面分辨率低, 薄层砂体无法有效识别, 且强阻抗界面影响严重。图 11为叠后地质统计学反演剖面, 垂向分辨率较高, 但横向连续性较差, 这是由于该地区井数较少, 无明显统计学规律, 且块金值较大, 无法拟合准确的变差函数模型(图 12)。因此, 该地区不建议采用地质统计学方法。图 13为利用地震波形指示方法进行的波阻抗反演剖面, 垂向分辨率较高, 横向变化自然, 与沉积规律相符, 反演剖面纵向上大套地层速度结构合理, 砂岩高速异常较为突出。该方法反演结果垂向上由于充分利用了测井信息, 分辨率远高于地震剖面, 在目的层段能够有效反映2m以上的薄层; 横向上, 高阻抗层的展布受地震波形横向变化的影响, 表明该方法能够充分利用地震、测井信息, 有效提高井间薄储层预测能力, 同时可有效避免上覆T2强阻抗层的干扰。

图 10(Fig. 10)

图 10 过Zhao43, Zhao48井的井约稀疏脉冲反演剖面

图 11(Fig. 11)

图 11 过Zhao43, Zhao48井地质统计学反演剖面

图 12(Fig. 12)

图 12 地质统计学变差函数拟合 a 砂岩垂向变差函数; b 泥岩垂向变差函数

图 13(Fig. 13)

图 13 过Zhao43, Zhao48井地震波形指示方法反演剖面

地质统计学反演常用后验井的方法来验证反演结果的可靠性。工区内共有12口井, 选出2口井(Zhao43, F176-19) 作为后验井不参与反演。图 14为所有井参与地震波形指示反演的剖面, 图 15为部分井参与地震波形指示反演的剖面，可以看出, 后验井Zhao43, F176-19与反演剖面吻合度较高, 且两次反演剖面面貌一致, 说明地震波形指示方法反演结果可靠, 兼具描述性与预测性。

图 14(Fig. 14)

图 14 所有井参与的地震波形指示反演剖面

图 15(Fig. 15)

图 15 部分井参与的地震波形指示反演剖面

1) 松辽盆地三肇凹陷普遍发育T2强反射界面, 给扶余油层砂体预测带来较大困难。分析表明, T2强反射界面主要是由于上下地层阻抗差异大, 形成较大的反射系数, 在地震波调谐过程中占据主导作用。

2) 地震波形指示反演利用地震波形的横向变化优选反射结构相似的样本井建立初始模型, 较好地克服了变差函数对井分布要求高、相控性差的缺点, 有效提高了薄储层垂向分辨率和横向识别能力。