2. 国家能源页岩油研发中心, 北京 100083;
3. 中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院, 北京 100083
2. National Energy Shale Oil Research and Development Center, Beijing 100083, China;
3. Sinopec Petroleum Exploration and Production Research Institute, Beijing 100083, China
随着地震技术在石油工业界的广泛应用,加上油气勘探开发进程对地下地质情况提出的量化研究需求,油气地震地质日益成为地质学中定量化研究程度较高的一个领域。模型作为定量化研究的切入点和落脚点,是油气地震地质定量化研究的具体体现。因应于油气地震地质学相关领域的研究进展及应用实践,相关油气地震地质模型也层出不穷。在多年研究及实践应用基础上,从研究成果展现形式的角度,对油气地震地质研究中涉及到的模型进行梳理,明晰相关概念,划分主要的地震地质模型类型,并对相关地震地质模型的特点和构建途径以及实践应用价值等进行阐述,以期更好地开展相关领域的研究工作。
1 油气地震地质模型概述 1.1 模型方法在科学研究中的重要性模型是人们为了达到某种特定目的而对研究对象所作的一种简化描述。这种描述可以是定性的,也可以是定量的;可以借助于具体的实物,也可以通过抽象的形式[1]。通过研究模型来揭示原型(研究对象)的形态、特征、本质及发展规律的方法称为模型方法。模型方法是科学研究中的一种重要方法和有效手段,是联系科学理论(主观认识)与客体(现实世界)的桥梁,是创造性思维升华的载体,是科学研究深化的可控途径。模型是对实际情况的一种近似,但又比现实世界更为简单、更易操控,它为开展科学研究提供了可行性。即便是传统意义上的精密学科(物理学等)的研究者,也是在同各种各样的模型打交道。在传统的描述性学科(生物学、地质学等)领域,与模型相关的研究起步较晚,始于20世纪50年代[2]。
1.2 油气地震地质学研究的主要内容油气地震地质模型与油气地震地质学关系密切。20世纪80年代,袁秉衡等[3]提出了“石油地震地质学”的概念,并对其内涵进行了阐述。20世纪90年代以来,随着地球物理技术的发展,应用地震技术开展的油气地质研究中,包含了生、储、盖、圈、运、保等成藏要素以及油气勘探开发的方方面面[4]。与技术的发展和研究内容的拓展及丰富相适应,出现了储层地震地层学[5]、地震沉积学[6-7]、储层地球物理学[8]、地震成藏学[9]、地震储层学[10]等一系列的学术概念或研究方法体系。这反映了地震技术在解决油气地质问题方面具有很强的应用价值[11]。概括而言,油气地震地质学的主要研究内容包括油气构造研究、沉积体系分析、地层-岩性圈闭识别、烃源岩评价、有效储层预测、含油气性评价等6个方面。
1.3 模型在油气地震地质综合研究中的重要性模型在地震地质综合研究中具有重要作用,不同类型的模型承担了包括研究出发点、研究手段和研究成果的最终表现形式等在内的诸多功用,并贯穿于地震地质学研究的不同领域、不同方面。这些不同的研究领域涉及到大量的模型,如速度模型、构造-地层模型、沉积相模型、储层参数模型、岩石物理模型、裂缝等效介质模型等。褶积模型和层状介质模型是地震勘探技术诞生的重要支点。在研究微观岩石结构与其可能造成的宏观地震响应之间的关系时,各式各样的岩石物理等效介质模型发挥了重要作用。在地震成像及地震构造解释中,不同的断层组合样式及模型决定了偏移成像质量和解释方案的合理性。在沉积地层综合解释和地震沉积学研究过程中,不同的地质沉积单元组合模型及其正演结果对确定地震资料的分辨率和推断古沉积环境的变迁史不可或缺。在进行储层预测及含油气性评价时,要想对AVO响应类型及特征进行准确的分析、详细的判断与合理的解释,不同的储层结构模型及几何样式模型的正演分析必不可少。
2 油气地震地质模型及其构建方法如前所述,油气地震地质学的研究内容涵盖了油气构造研究、沉积体系分析、地层-岩性圈闭识别、储层识别及描述等诸多方面。与研究内容相对应,油气地震地质学的研究过程涉及到的模型也多种多样。借鉴一般情况下石油地质学的研究脉络,从研究成果的承载形式出发,可以将油气地震地质模型分为地质构造模型、地层沉积模型、储层地质模型和流体分布模型等几大类。因此,本次研究从相关地震地质模型构建方法及其地震地质研究手段出发,对不同模型的尺度差异及研究中需要加以注意的问题等进行了分析。
2.1 地质构造模型与地震偏移成像地质构造是组成地壳的岩层和岩体在内、外地质动力作用下发生的变形变位。地质构造分析是含油气盆地分析及石油地质学中重要的基础研究内容之一。实际工作中往往须要针对不同研究阶段、不同尺度的地质对象建立构造模型,并随着认识程度的深入而对构造模型不断进行更新。先期构建的地质构造模型(概念模型或尺度模型)往往是地震勘探部署的重要依据,且地质构造模型与地震成像关系密切。一般意义下的地震成像是指地震波偏移成像[12]。地震波偏移成像是在假设偏移速度场已知的情况下,利用在该速度场中计算的波场反向外推算子,把地表记录的波场外推到绕射点上,再用适当的成像条件提取成像值,最终目标是定量地定位出反射系数出现的空间位置,并定性地保持反射系数的相对强度,尤其是角度反射系数的相对强度[13-15]。地震偏移成像技术及紧随其后的地震解释是获取地质构造认识、建立地质构造概念模型及定量模型的最可靠的现实途径(图 1)。
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下载eps/tif图 图 1 地震成像刻画的下伏盐岩层与上覆地层断裂 Fig. 1 Salt rocks and overlying strata fractures described by seismic imaging |
地震偏移成像技术是现代地震勘探数据处理的三大核心技术之一,是反映地震勘探技术水平的标志性技术,其发展大致可以划分为初期手工制图(20世纪60年代之前)、早期计算机偏移成像(20世纪60年代~70年代)与波动方程偏移成像(20世纪70年代至今)等3个阶段。波动方程偏移成像发展阶段也是地震偏移成像技术不断发展、完善的阶段。目前,地震偏移成像技术的分类标准有很多种:按照所依据的理论基础,可以分为射线类偏移成像和波动方程类偏移成像;按照输入数据类型,可以分为叠前偏移和叠后偏移;按照实现的时空域,可以分为时间偏移和深度偏移;按照维数,可以分为二维偏移和三维偏移等;按照地表情况,可以分为起伏地表偏移和非起伏地表偏移;按照介质的复杂程度,可以分为声介质偏移、弹性介质偏移以及各向异性偏移等[13]。作为一门在油气勘探实践过程中不断发展的技术,不同的地震偏移成像方法都以其赖以成立的构造地质模型为基础[12]。
2.2 地层沉积模型与地震沉积学分析石油、天然气作为沉积矿产,其所赋存的地层在地质历史时期经历的沉积和成岩演变过程很大程度上决定了油气藏的形成要素、要素之间的配置关系以及成藏过程。对地层沉积过程及结果的研究涉及大量的沉积模型。地震技术,特别是三维地震技术的发展,为在三维空间进行沉积模式、沉积模型及沉积演变过程等研究提供了操作性极强的技术手段(图 2)。从图 2中可以看出,利用三维地震切片可以清晰地获取深水峡谷中浊流沉积的分布图像。目前,在利用地震资料进行地层沉积学研究和进行定性或定量的沉积模型研究方面,出现的主要学科或概念有:地震地层学[16-17]、层序地层学[18]、地震地貌学[19]、地震沉积学[7, 20]、地震岩性学[21]等。地震地层学是以地震反射资料为基础,进行地层划分对比、沉积环境判断、岩相岩性预测的地层学分支学科。在国外相关文献中,地震地层学更为常见的说法是“seismic stratigraphy analysis”(地震地层分析),泛指从地震资料中提取非构造信息的相关工作。地震地层学的主要研究内容包括地震层序分析(划分时间沉积单元)、地震相划分(推断沉积环境)、地震反射特征分析(推断岩性)、烃类指示物检测(分析含油气性)等4个方面。20世纪80年代国内跟踪研究地震地层学的高峰期,多数研究者仅将研究内容局限于地震层序分析和地震相划分等2个方面。层序地层学是地震地层学的发展,在地震剖面上观察到的一些地震反射特征,均可在野外露头、测井资料和古生物资料中得到验证,研究证据及手段的综合促成了层序地层学的出现[18]。“地震地貌学(seismic geomorphology)”一词由Posamentier[19]提出,该学科着眼于古沉积地貌及古侵蚀地貌的地震综合分析。“地震沉积学(seismic sedimentology)”最早出现时,主要着眼于讨论地层切片的使用[7, 22],随着学科后来的发展,逐渐囊括了地震地貌学的研究内容,曾洪流[23]将之定义为“通过地震岩性学(主要研究地层的岩性、厚度、物性和流体等特征)、地震地貌学(主要研究古沉积地貌、古侵蚀地貌、地貌单元间的相互关系和演变以及其它岩类形态等)的综合分析,最终实现研究地层岩性、沉积成因、沉积体系和盆地充填历史等的学科”。
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下载eps/tif图 图 2 地震揭示深水峡谷中的浊流沉积(据文献[19]修改) Fig. 2 Turbidite deposit at the base of deep-water canyon described by seismic slice |
由以上术语或概念的提出背景及其相应的研究内容可以看出,利用地震资料开展与地层沉积方面相关的研究时,大致可以划分为2个层次:第一个层次是地层学的研究范畴,如地震地层学中的地震层序分析与地震沉积学中运用地层切片对薄层进行的研究;第二个层次是沉积学的研究范畴,如地震地层学中的地震相划分、地震地貌学中的地貌单元相互关系研究和演变分析以及地震沉积学中关于地震岩性学方面的研究(岩性、厚度和流体等)。就研究尺度而言,地震地层学的相关研究内容跨越了盆地尺度和储层尺度,而地震沉积学研究内容中的地震地貌和地震岩性等2个方面分别对应于盆地尺度和储层尺度。就研究手段而言,地震地层学的研究手段主要包括反射界面的接触型式分析、地震反射特征集合体分析、地震反射单轴分析、特殊的地震反射现象分析(亮点、平点等)等,地震沉积学(包含地震地貌学和地震岩性学)的研究手段主要包括地层切片和90度相位转换等。在实际应用当中,地震沉积学的提出者曾洪流[23]则希望不囿于僵硬条框的限制,并建议将地震地层学中的地震相分析也纳入到地震沉积学的研究框架之中。可见,相关术语或者概念不宜严格、生硬地加以区分。从目前在石油工业界的实际应用情况及学科技术的发展趋势来看,可以将地震沉积学视为地震地层学的发展和研究尺度的细化,也可以将地震沉积学视为利用狭义的地震属性研究不同尺度的沉积地层结构型式及不同尺度的沉积单元的分析方法或技术的集合,其根本目的是利用多种地震属性提取手段从三维地震数据体中得到定性的、包含不同尺度的沉积地层结构型式及沉积单元的地层沉积模型。
2.3 储层地质模型与地震储层预测储层地质模型是储层属性(离散型或连续型)的三维分布模型,亦可称之为储层模型,是油气(藏)地质模型的核心[24-26]。储层地质模型的形式(定性/定量)、建立途径和方法多种多样,具体视油气藏复杂程度、资料拥有情况及勘探开发阶段的需求等而定。随着油气藏勘探开发的主体类型由构造转向岩性,甚至转向页岩油气等连续型成藏类型,储层(或油气目标)分布的非均质性越来越强,仅仅依靠钻井信息和简单的数学连续性插值手段往往难以满足储层精细描述的需要,地震储层预测越来越成为储层地质模型构建中不可或缺的技术手段[27-30]。另一方面,主要的技术服务商,如CGG,Schlumberger,Paradigm等,目前所推出的地震储层预测软件产品和储层建模软件产品如JASON,HRS,Petrel,ES360等,越来越向综合化、同质化方向发展。在诸多研究中,储层地质模型已成为地震储层预测工作成果的直接表现形式[31-33](图 3)。
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下载eps/tif图 图 3 某致密油田三维储层地质模型 Fig. 3 3D reservoir geological model in a tight oil field |
地震储层预测的方法种类繁多,大致可以分为地震属性分析和储层地震反演两大类[34-35],广义而言,这些方法都可以称为储层地震反演。在进行沉积盆地充填模拟和地层沉积模型模拟时,通常采用2种方法:一种是基于过程的模拟方法(process based modeling),一种是基于结构的模拟方法(stochastic structure-imitating modeling)。与此类似,地震储层预测方法(或广义的储层地震反演)也可以划分为两大类:一类是物理模型驱动下的储层预测方法,一类是数据模型驱动下的储层预测方法。物理模型驱动下的储层预测方法是指基于地震数据与地震属性(参数)关系的地震波传播物理理论、地震属性(参数)与储层参数(岩性、形态、物性等)之间关系的岩石物理理论等进行的储层反演,这类储层预测方法的优势是数据之间的物理关系清晰,缺陷是地震数据与储层参数之间的关系往往不能用物理关系进行精确的描述[36-38]。物理模型驱动下的储层预测方法有频谱分解、叠后阻抗反演、AVO分析、同时反演等。数据模型驱动下的储层预测方法则是指利用观测数据建立地震数据与地震属性(参数)、地震属性(参数)与储层参数(岩性、形态、物性)之间的数学关系(线性或非线性),然后利用这些数据之间的数学关系模型开展储层反演预测,这类储层预测方法回避了物理关系描述的不确定性,也是油气勘探实践中较为常用的一种方法。数据模型驱动下的储层预测方法有人工神经网络多属性优化(反演)、地质统计学反演和贝叶斯框架下的储层参数反演等[39-41]。
地震储层预测与储层地质模型的结合越来越紧密。相应的,叠后储层预测方法、叠前地震反演方法愈来愈多地跨越了岩石物理参数,直接将储层参数作为预测(反演)目标。由于目前地震储层预测中所使用的地震数据,即便是叠前反演所使用的叠前地震数据(CRP道集、CMP道集),也只是地震波在地下介质传播后的累积效应,因此利用地震数据进行储层反演预测时所得到的往往是地下介质参数平滑后的变化结果[14, 42-43]。这种平滑结果无法准确刻画强非均质性储层,更无法建立相应储层地质模型。目前,以逆时偏移成像技术(Reverse Time Migration,RTM)为标志、以刻画复杂构造界面形状为目的的偏移成像技术已经有了长足的发展[13]。地震成像技术很快会转到以地下介质弹性参数为目标的反演成像上来,各种层析成像技术(估计参数背景变化)和最小二乘偏移成像技术(估计波阻抗扰动)将会成为核心技术[44-46]。地震反演成像技术的发展势必会对储层地质模型的认知和地震储层预测技术本身带来深远影响,并促使油气(藏)综合地震地质(学)研究真正走向采集、处理、解释一体化的发展之路。
2.4 流体分布模型与地震流体识别反映流体类型及分布状况的流体分布模型是油气(藏)评价的重要依据,也是油气地震地质(学)研究的终极目标。地震流体识别就是利用地震资料对储层(或地质目标)含流体特征进行识别与描述[36]。地震流体识别技术的发展大致经历了“亮点”等地震反射特征烃类识别、振幅随偏移距变化(Amplitude Variation with Offset,AVO)流体识别、叠前地震反演流体识别等3个阶段。在早期地震地质综合研究中,流体识别方面的研究与尝试主要体现在地震地层分析中的“烃类指示物检测”,即利用“亮点”、“暗点”、“相位反转”和“平点[47]”等反射振幅的异常特征对含油气性进行判识[48-50]。由于“亮点”技术在实践中存在局限性和多解性,促使研究者又开展了利用AVO特征进行流体识别的研究与应用,AVO交会分析与AVO烃类检测因子从而成为业内常用的流体识别技术方法[51-53]。近年来,隐蔽岩性油气藏以及非常规致密油气目标的勘探开发需求促使叠前地震反演逐渐成为地震流体识别技术研究的主流方向[36, 39, 54-56]。
通过地震流体识别,特别是地震反演流体识别技术,开展的流体分布模型的研究与描述的理论基础是地震岩石物理。通过地震岩石物理研究,可以获取岩性、矿物、孔隙、流体等对岩石弹性性质的影响,分析地震波传播的规律,建立岩性、物性、流体参数与地震速度、密度等弹性参数之间的关系,从而为实现地震信息到岩性、物性和流体信息的转变或者定量化诸多参数之间的不确定性关系提供理论依据。地震岩石物理研究包括岩石物理建模与岩石物理分析。岩石物理建模的目的是为复杂的地下岩石组合建立起一个虽然相对简化但是却能充分反映研究者所关心的岩石物理特性的等效的介质模型。流体作为地震流体识别的目标和岩石的组成部分,其特征及其对岩石整体行为特性的影响是岩石物理模型构建过程中须要重点考虑的内容。地震岩石物理研究是近40年来地球物理学研究的热点和前沿。得益于业内研究者的贡献,目前已有的地震岩石物理模型大致可以分为理论模型、经验模型、探索模型和混合模型等四大类(图 4)。理论模型是地震岩石物理模型中研究成果最为丰硕的一个大类,它又可以进一步细分为包体模型、接触模型、计算模型、界限模型及变换模型等。其中,包体模型多将孔隙、孔洞假定为椭球形或硬币形,也有部分学者将颗粒和孔隙乃至裂隙都视为包体(椭球状或非椭球状),但在实际工作当中,很难找到令人满意的包体参数的选取方式。接触模型是将岩石近似为分开的颗粒集合,但在应用时同样容易受几何形状过于理想化的影响。计算模型(数字岩心技术)由精细的薄片和CT扫描成像确定,不再依赖于理想化的几何形态,这类模型在研究中面临的主要问题是如何在计算能力有限的条件下将极少的微观研究结果与宏观岩石物理行为进行有效地关联。界限模型用来描述岩石弹性行为的极限,如V-R上下限模型、H-S上下限模型等。变换模型用来预测不同流体状态下的岩石物理特征及其参数,如Gassmann方程等。通常,地震岩石物理模型中的经验模型通过假定一些函数形式对实测数据进行校正回归,再确定回归系数,来建立相应的岩石物理参数关系式,如砂岩速度-孔隙度-黏土含量回归关系式[57]、纵横波速度关系式[58]等。地震岩石物理模型中的探索模型多使用一些直观的数学形式或概念来描述岩石物理的特征和行为,如Wyllie时间平均方程等。地震岩石物理模型中所谓的混合模型,则是在面对具体研究对象时,在已有的理论模型、经验模型、探索模型的基础上,进行必要的选择、改进和组合优化,并充分考虑研究目标的矿物组分特征、孔隙结构特征和流体组分特征及各向异性特征等,从而进一步建立更适用的岩石物理模型。
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下载eps/tif图 图 4 主要岩石物理模型分类方案 Fig. 4 Scheme of main types of rock physics models |
构建地震岩石物理模型并对其进行分析,可以获取与孔隙介质中的流体有关的一些异常特征(流体因子);借助这些异常特征,可以识别流体、获取地下流体分布模型。叠前地震反演是目前流体识别的主要技术手段,根据所使用理论方法的不同又可以细分为基于弹性波波动方程的叠前地震反演流体识别方法和基于射线理论的叠前地震反演流体识别方法。目前,基于弹性波波动方程的叠前地震反演流体识别方法在实际应用方面还存在较多困难,因此,基于射线理论的叠前地震反演流体识别方法居于主导地位。从方法计算过程中所使用的地震异常信息来看,基于射线理论的叠前地震反演又可以细分为利用地震振幅信息的AVO反演结合弹性阻抗反演的地震流体识别方法[36, 59-61]、基于速度频散与地震波反射特征的AVF(Amplitude Variation with Frequency)类反演地震流体识别方法[62-64]、利用地震波相位随入射角变化信息的PVA(Phase Variation with incident Angle)类反演地震流体识别方法[65-66]。整体而言,基于地震频变信息和相位信息预测流体的地震流体识别技术在基础理论和技术实现方面还比较薄弱,是当前地震流体识别技术的前沿研究课题。
2.5 油气地震地质模型的多尺度性特征与油气(藏)地震地质模型相关的构造地质模型、地层沉积模型、储层地质模型和流体分布模型均隐含了油气地质学研究中常涉及到的生、储、盖、圈、运、保等6个方面的成藏要素及其相应的配置耦合关系。完整的、量化的油气(藏)预测与描述必然包含以上4类模型。从模型作为地震地质综合研究成果和量化建模的角度来看,就某一工区而言,不同类型模型的研究尺度由大到小依次为构造地质模型、地层沉积模型、储层地质模型和流体分布模型(不考虑由于对局部非均质性的重点关注而进行的网格细化)。此外,四大类模型之间存在某种形式的嵌套或耦合关系。如构造地质模型、地层沉积模型与裂缝分布模型之间即存在某种形式的关联,前一模型是后一模型构建的基础。就某一类模型而言,由于所研究内容与建模对象的层次差异,同样存在尺度嵌套与耦合的问题,如储层地质模型中,沉积相模型对岩性模型的控制作用、沉积相模型和岩性模型对孔隙度模型的控制作用等。
这种尺度性的差异及不同尺度模型之间的嵌套和耦合,以及某种形式的控制关系,是由地质作用过程所决定的,对油气(藏)完整的研究、描述和评价过程,或者对油气(藏)地质模型的构建方案和流程的设计,必须充分考虑阶段研究对象及其模型的尺度性特征和不同尺度模型之间内在的某种关联,以避免研究过程变为精致的数学游戏。地质研究的核心和指导作用,对不同量化程度的油气(藏)地质模型的构建都具有同等重要的意义,这也是现代油气(藏)地震地质研究和油气地质综合建模工作的特色。
鉴于地质模型的多尺度性特征和不同尺度模型之间存在的内在联系,研究者应对不同的地震地质综合研究方法所使用的地震技术对应何种尺度的地质模型具有清醒的认识,对不同方法技术本身所依据的原理、机制有清晰的了解,从而促进方法技术在实践应用中得到不断发展。
3 油气地震地质模型的研究趋势目前,油气地震地质学及其相关地震地质模型研究的发展趋势主要集中在逆时偏移成像技术逐渐开始工业化应用、地震反演成像技术持续成为研究热点、物理模型和数据模型驱动下的地震储层预测方法不断融合、地震流体检测技术手段和所使用的地震信息种类愈来愈丰富等几个方面。
3.1 逆时偏移成像技术逐渐开始工业化应用由于不存在射线类偏移方法的高频近似假设和单程波偏移传播角度的限制,理论上,逆时偏移成像技术具有更高的成像精度,这对于构建高陡倾角等复杂构造模型来说非常重要。尽管逆时偏移提出时间较早,但由于计算效率低下等问题,一直难以在实践中开展工业化应用。近年来,国内外学者在提高逆时偏移的实用性方面做了大量工作,如在有限差分过程中利用变网格计算以降低存储需求、利用平面波逆时偏移以提高计算效率[67]、利用平方根算子以提高计算效率并减少频散等数值的不稳定性[68]、利用频域外推实现逆时偏移以避开磁盘存储量过大并降低计算成本[69]等,得益于以上学者在推动此类技术的进步以及压制噪音等方面所做的这些努力,逆时偏移成像技术逐渐在生产中走向了工业化应用,如CGG等地球物理服务公司已经形成了相应的技术产品,并在一些油公司开展了实际应用[13, 70]。随着逆时偏移成像技术实用化程度的日益加深,复杂构造地质建模的工作效率和精度将不断被提升。
3.2 地震反演成像技术持续成为研究热点地震波偏移成像的主要目的是定量地估算地震波反射点的位置,定性地估计角度反射系数的大小;地震反演成像的主要目的是定量地估算全波数带的弹性参数场。现代地震勘探成像处理流程正逐步进入以全波形反演(Full Waveform Inversion,FWI)为代表的地震波反演成像阶段[14]。近年来,得益于地震数据采集技术和计算机技术的进步,加上一些研究者所做的铺垫性研究工作[71-73],全波形反演理论与方法再度成为地球物理勘探领域的研究热点。
目前,全波形反演技术面临的主要问题包括叠前数据不完备、正演模拟方法不完善、初始模型不够精确、地震子波易空变等[14]。从理论发展趋势看,全波形反演技术的终极目标是把地震数据采集、反演成像和储层描述等工作有机地融合在一起,此举将会大大提升储层地震地质模型的研究精度、有力提高隐蔽岩性油气藏和页岩油气藏的勘探开发水平。随着地震采集技术和计算机计算能力不断被提升,全波形反演技术将推动地震反演成像方法技术研究持续成为油气地球物理领域的热点问题。
3.3 物理和数据模型驱动下的储层预测方法不断融合近年来,地震储层预测越来越成为储层地质模型构建过程中不可或缺的技术手段,并呈现出预测结果地质模型化的趋势。在以往地震储层预测过程中,使用较多的是物理模型驱动之类的方法,如褶积模型、AVO正反演等,而在传统储层地质建模领域,使用较多的是数据模型驱动之类的方法,如人工神经网络、地质统计学、多点地质统计学等[27-28, 35]。随着研究目标非均质性的不断增强,单一的物理模型和数据模型往往难以适应储层预测精度的需要,也满足不了研究者对储层预测过程中不确定性评估的要求。这些需求不断推动物理模型驱动下的地震储层预测方法和数据模型驱动下的地震储层预测方法进行相互融合。物理模型用来研究地震响应机理,进而确定反演方法和待反演参数;数据模型用于数据、信息的融合及定量分析预测过程和预测结果的不确定性。物理模型和数据模型的相互融合不仅体现在地震反演环节,也延伸到岩石物理正演与分析环节,作为在贝叶斯框架下获取先验概率分布模型和确定似然函数的主要手段。得益于物理模型和数据模型的融合,沉积学中“相”的概念及相控预测的思路也在致密复杂油气藏的地震预测中得到了一定的应用,并成为减少预测多解性、评估预测不确定性程度的有效技术手段。
3.4 地震流体检测所使用的地震信息日益丰富无论是早期的“亮点”、“平点”技术,还是后来的AVO属性分析及地震反演流体识别技术,大多是利用地震数据中的振幅信息来进行流体识别的。储层中流体的存在形式、特性及分布特征等均对地震波具有较强的改造作用,这种作用不仅仅体现在振幅的变化上,也体现在频率和相位的变化上,如与油气藏有关的“低频阴影”现象[74-76]、相位随入射角的变化(Phase Variation with incident angle,PVA)等[65]。20世纪70年代以来,基于振幅信息的地震流体检测在方法技术研究和油气勘探实践中均取得了巨大的进展,且不乏成功实例。随着隐蔽岩性油气藏和非常规油气藏在油气勘探开发中所占比重的日益增加,研究目标变得更加小型化、复杂化,这就要求地球物理工作者应该对流体分布非均质性所衍生的地震响应异常进行多方位的研究,以增加地震流体检测的途径、减少由于依靠单一的地震流体响应特征进行流体预测所带来的多解性问题。近年来,在含流体储层介质的地震岩石物理研究和地震响应异常的提取与分析方面,业内学者围绕地震波的衰减与频散、频变AVO、PVA反演等开展了诸多有益的探索[62, 66, 77-78],有望对地震流体检测技术体系及其所使用的地震信息进行相应的丰富和发展。
4 结论(1) 油气地震地质模型是油气地震地质综合研究的重要工具,也是研究成果的重要表现形式。出于共同服务于油气勘探开发实践这一目的,地震技术与油气地质学的结合愈来愈紧密,地震地质模型的重要性日益凸显。
(2) 从研究成果的承载形式出发,油气地震地质模型可分为地质构造模型、地层沉积模型、储层地质模型和流体分布模型等四大类。地震波偏移成像的主要目的是定量地估算地震波反射点的位置,该技术与构建地质构造模型关系密切。在利用地震资料进行地层沉积研究以及进行定性或定量的地层沉积模型研究时,地震沉积学的研究手段非常重要。地震储层预测结果通常用来作为储层地质模型的约束条件,随着相关技术的发展,越来越多的地震储层预测技术直接将储层地质模型作为预测成果的最终表现形式。在流体分布模型的构建过程中,地震岩石物理模型及相应的以振幅作为主要信息来源的地震流体检测技术发挥了重要作用。在油气地震地质模型构建过程中,不同地震地质模型的尺度差异及其嵌套与耦合关系是研究者必须要重视的问题。
(3) 就油气地震地质学未来的发展趋势而言,逆时偏移成像技术将会进一步提高复杂构造地震地质建模的精度,全波形反演技术将有力地促进地层沉积模型、储层地质模型等方面的研究水平。在地震储层预测和储层地质模型研究方面,物理模型驱动的地震储层预测方法将会和数据模型驱动的地震储层预测方法发生更深度的融合。随着地震岩石物理学对频率、相位等地震波传播特征及机理认识的加深,频率和相位的变化特征将会和振幅变化特征一起应用于地震流体检测和流体分布模型的构建,以减少流体预测模型的多解性。
致谢中国石化石油勘探开发研究院的陈业全教授、张金强博士、陈天胜博士、中国石化物探技术研究院关达教授、中国石油大学(华东)张广智教授等给予了悉心帮助并提供了部分资料,在此表示感谢!
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