黃超平

(中石化華東分公司物探研究院，江蘇 210007)

地震屬性在延川南煤層氣勘探中的應(yīng)用

黃超平

(中石化華東分公司物探研究院，江蘇 210007)

從延川南地區(qū)地震資料中提取各種地震振幅、頻率、相位等地震屬性，比較分析地震屬性與反射結(jié)構(gòu)、煤層氣儲(chǔ)層中的煤層、含水層、含氣層的關(guān)系，結(jié)果表明地震屬性分析可以精細(xì)地描述煤層氣儲(chǔ)層的構(gòu)造、地層和巖性特征，可以判別儲(chǔ)層中強(qiáng)含水、含氣層。結(jié)合鉆井地質(zhì)資料與測(cè)井資料，三瞬剖面解釋可以進(jìn)行煤層厚度估計(jì)與質(zhì)量評(píng)價(jià)，為煤層氣鉆井設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

地震屬性 儲(chǔ)層 煤層氣 延川南

Abstract:Various seismic attributes，like amplitude，frequency，phase，etc．a(chǎn)re drawn from seismic data of Yanchuan south area．By comparing the relationship between seismic attributes and reflection configuration，and coal seam，aquifers，gas-bearing layers in CBM reservoir，the authors found that seismic attributes could be used to describe elelaborately the tectonics，ground strata and lithologic characteristics of CBM reservoir，and they can be used to discriminate strong water-bearing and gas-bearing layers in the reservoir．Using geological data and logging data obtained in drilling，the three transient section interpretations can be used to estimate seam thickness，and to evaluate quality，so as to provide criteria for design of CBM well design．

Keywords:Seismic attribute;reservoir;CBM;Yanchuan south

1 概況

延川南煤層氣勘探區(qū)塊位于鄂爾多斯盆地的東南緣，是我國(guó)煤層氣勘探開發(fā)的熱點(diǎn)地區(qū)之一，現(xiàn)有二維測(cè)線長(zhǎng)464km，約2km2三維面積的地震資料。地震構(gòu)造解釋結(jié)果表明整體構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，地層由南東向北西傾斜，局部小斷層發(fā)育。地質(zhì)與鉆井資料研究表明從石炭系太原組到二疊系石盒子組為主要含煤地層，即煤層氣儲(chǔ)集層，總厚度超過(guò)300m，深度普遍在600～1300m之間。2#與l0#煤全區(qū)分布穩(wěn)定，其余煤層橫向穩(wěn)定性較差，厚度變化大。2#煤層賦存于山西組下部，為全區(qū)穩(wěn)定可采煤層，煤層厚度為2．09～8．65m，平均厚度5．97m。煤層在區(qū)塊內(nèi)總體呈東南厚西北薄的變化趨勢(shì)，東南部厚度達(dá)到8m，西北部厚度2．5m。10#煤層賦存于太原組下部，煤層層位穩(wěn)定，但厚度相對(duì)較薄，煤層厚0．79～6．50m，平均厚2．57m。區(qū)塊煤層埋深總體由西北向東南逐漸變淺。

地震勘探的主要目的層為二疊系山西組2#煤層與石炭系太原組10#煤層。地震解釋編制構(gòu)造圖的有TP2sh～TO2m8個(gè)地震波。也就是說(shuō)，地震構(gòu)造層位解釋僅提供煤層氣儲(chǔ)層空間分布信息。

本文基于延川南區(qū)塊鉆井地質(zhì)資料、測(cè)井資料以及地震層位解釋結(jié)果綜合分析煤層氣儲(chǔ)集地層的地震屬性，是提高地震屬性解釋可信度的一個(gè)實(shí)例。

2 地震屬性綜合分析流程

地震屬性綜合分析大體上分為四步:①首先根據(jù)合成記錄與層位解釋合理地選擇分析時(shí)窗;②提取地震屬性;③根據(jù)已知鉆井地質(zhì)資料分析各種地震屬性的物理與地質(zhì)意義，建立地震屬性與地質(zhì)含義關(guān)系;④由各種地震屬性預(yù)測(cè)未知區(qū)域的地質(zhì)屬性。圖1是延川南煤層氣儲(chǔ)層分析流程圖，相比單一屬性分析，它更體現(xiàn)的是宏觀層位劃分與微觀屬性變化分析的結(jié)合。

圖1 延川南煤層氣儲(chǔ)層分析流程圖

3 儲(chǔ)集層縱向分層

3.1 測(cè)井解釋

測(cè)井是探測(cè)地層物性的一種有效方法，能夠測(cè)出井孔處巖石的各種物理性質(zhì)，如聲波時(shí)差、電阻率、密度、伽馬值等。測(cè)井方法通過(guò)儲(chǔ)集層的縱向物理性質(zhì)變化劃分層位與判定地質(zhì)含義(如巖性、孔隙度、泥質(zhì)含量、水和氣的飽和度等地質(zhì)信息)，這是地震資料無(wú)法相比的。地震資料的縱向分層受制于地震波的固有分辨率(1/4波長(zhǎng))，相比測(cè)井資料，縱向分層只能說(shuō)是粗略結(jié)構(gòu)上的劃分，地震資料的優(yōu)勢(shì)在于能全區(qū)追蹤。二者結(jié)合是深化地震資料解釋最為有效的手段。

測(cè)井分層的基本原則除了煤層之外與油氣勘探相同。煤層的測(cè)井曲線響應(yīng)特征是大聲波時(shí)差、高補(bǔ)償中子、高-中電阻率、低補(bǔ)償密度與中-低自然伽馬，相對(duì)而言砂巖則表現(xiàn)為小聲波時(shí)差、低補(bǔ)償中子、高電阻率、高補(bǔ)償密度與低自然伽馬，也就是說(shuō)砂巖與煤層的時(shí)差、中子與密度特征相反，是區(qū)分煤層與砂層的主要特征曲線。煤層電阻率值的變化受含水量、煤階、灰分量影響，自然伽馬值受灰分含量差異變化明顯，因此，電阻率與自然伽馬值是區(qū)分煤層與砂層的次要特征曲線。

延川南區(qū)塊測(cè)井分層與解釋結(jié)果表明，區(qū)塊內(nèi)煤層氣儲(chǔ)層縱向上差異很大，井位不同不僅分層數(shù)量與累計(jì)厚度的差異明顯，而且解釋氣、水層數(shù)也不盡一樣(見(jiàn)表1)。儲(chǔ)層的這類縱橫向差異變化僅用地震層位解釋是難以得到的。測(cè)井分層結(jié)果是地震屬性解釋的基本單元，我們可以利用這些基本單元來(lái)統(tǒng)計(jì)分析地震屬性與地質(zhì)意義的相關(guān)性。

表1 延川南區(qū)塊儲(chǔ)層部分井測(cè)井分層與解釋

3.2 地震層位解釋

地震層位解釋是煤層氣勘探的基礎(chǔ)，主要用于確定煤層氣儲(chǔ)層的埋深、厚度以及斷層構(gòu)造的發(fā)育程度。圖2展示以下地震波:

圖2 過(guò)延1井地震剖面與合成地震記錄(雷克子波的主頻率為35Hz)

TP2sh波——二疊系上統(tǒng)石千峰組底部的反射，振幅能量弱-中等，連續(xù)性較差。

TP2s波——二疊系上統(tǒng)上石盒子組底的反射，振幅能量弱，連續(xù)性較好。

TP1x波——二疊系下統(tǒng)下石盒子組底的反射，振幅能量中-弱，連續(xù)性較好。

Tm2波——二疊系下統(tǒng)山西組2#煤層頂?shù)姆瓷?，波組特征表現(xiàn)為1個(gè)強(qiáng)相位，全區(qū)可連續(xù)追蹤。

TP1s波——二疊系下統(tǒng)山西組底部的反射，振幅能量強(qiáng)，全區(qū)可連續(xù)追蹤。

Tm10波——石炭系上統(tǒng)太原組10#煤層頂?shù)姆瓷洌ńM特征表現(xiàn)為1個(gè)強(qiáng)相位，全區(qū)可連續(xù)追蹤。

TC3t波——石炭系上統(tǒng)太原組底部的反射，能量強(qiáng)，全區(qū)可連續(xù)追蹤。

3.3 儲(chǔ)層物理性質(zhì)分析

煤層氣儲(chǔ)層有異于油氣儲(chǔ)層，前人研究表明構(gòu)造、水文和煤層頂?shù)装鍡l件對(duì)煤層氣成藏影響甚大，最為關(guān)鍵的因素是儲(chǔ)層壓力，一般情況下，壓力越大煤層的吸附能力就越強(qiáng)，煤層氣就可能富集成藏。煤系地層儲(chǔ)集性能的好壞與煤層氣成藏呈正相關(guān)，煤層含氣量的高低預(yù)示著煤層氣藏的富集程度。目前煤層氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)主要考慮的有構(gòu)造保存條件、水文特征、煤層特征、頂板封蓋條件等，能否利用疊后屬性資料進(jìn)一步評(píng)價(jià)儲(chǔ)層中的煤、氣、水層，這是地震勘探工作者面臨的難題。表2是利用Y1-26-18井測(cè)井資料換算的煤層附近地層的彈性參數(shù)，從中可以看到煤層的剪切模量、體積模量、楊氏模量與圍巖有顯著差異，表現(xiàn)為相對(duì)弱值。同時(shí)也能看出地層彈性參數(shù)與巖性關(guān)聯(lián)性極強(qiáng)。雖然這些參數(shù)的絕對(duì)值與巖樣實(shí)驗(yàn)室測(cè)量可能存在差異，但是其相對(duì)變化應(yīng)當(dāng)可以反映地層彈性參數(shù)的變化特征。

表2 Y1－26－18井主力煤層及頂?shù)装鍙椥詤?shù)

根據(jù)表2參數(shù)利用Gassmann方程可以計(jì)算縱橫波速度。通過(guò)Gassmann方程計(jì)算的縱波速度與聲波速度的比較，發(fā)現(xiàn)前者數(shù)值偏大，但相對(duì)變化是一致的。因?yàn)橹髁γ簩蛹绊數(shù)装鍙椥詤?shù)表是在地層尺度統(tǒng)計(jì)，由此認(rèn)為煤層界面附近的物理性質(zhì)變化可以引起地震波的某些屬性差異。

4 地震屬性分析

地震屬性是地震資料的幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及統(tǒng)計(jì)學(xué)特征的一種量度，如何利用地震屬性描述煤層氣儲(chǔ)存，目前仍處于探索階段。不同地區(qū)、不同深度、不同儲(chǔ)集地層在物性、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、孔隙結(jié)構(gòu)、孔隙流體等地層構(gòu)成因素方面存在著差異，靈敏的地震屬性可以展示這些差異，建立儲(chǔ)層參數(shù)與地震屬性間的關(guān)系是“地震屬性解釋”的關(guān)鍵。

4.1 合理選擇屬性提取窗口

在地震屬性分析中，時(shí)窗過(guò)大包含不必要的信息，過(guò)小則丟失有效信息。延川南區(qū)塊的目的層埋藏相對(duì)較淺，目的層頂?shù)酌媲宄?，因此在?chǔ)層屬性提取時(shí)直接使用儲(chǔ)層頂?shù)酌孀鳛闀r(shí)窗(頂面為上石河子組底反射，底面為10#煤層底反射)。界面屬性提取則以2#煤層頂反射正負(fù)2毫秒為時(shí)窗。

4.2 振幅屬性

由于區(qū)塊內(nèi)煤層的密度與縱橫波速度始終小于上面泥巖或灰?guī)r，因此在CMP疊加剖面上保持顯示“亮點(diǎn)”，即利用疊后地震資料能識(shí)別煤層。但是，從測(cè)井資料揭示的煤層情況看，三維地震區(qū)塊煤層厚度與空間分布并非地震剖面所示，大多以互層形式出現(xiàn)，煤層累計(jì)厚度在6．4～11．9m之間變化，層數(shù)在3～10層之間，也就是說(shuō)反映煤層的地震波是薄層效應(yīng)產(chǎn)生的復(fù)合波，反射振幅屬性應(yīng)當(dāng)與煤層結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)，與煤層的累計(jì)厚度不存在明顯的相關(guān)關(guān)系(見(jiàn)圖3)。

圖3 延川南區(qū)塊鉆井煤層累計(jì)厚度與頂面反射系數(shù)對(duì)比

測(cè)井分層的儲(chǔ)層內(nèi)反射系數(shù)計(jì)算展示最大反射系數(shù)為延7井山西組2#煤層與底板的0．542，最小反射系數(shù)為延1井山西組2#煤層頂板與煤層的-0．588，總體上煤層頂面之上反射系數(shù)絕對(duì)值小于0．1，之下普遍在0．1～0．5之間。

針對(duì)2#煤層采用不同窗口提取各種振幅屬性，如振幅峰態(tài)、平均絕對(duì)振幅與平均振幅、最大波峰、波谷振幅與最小波峰、波谷振幅、平均波峰與波谷振幅等，結(jié)果表明區(qū)塊內(nèi)的2#煤層屬性具有一定的規(guī)律性。圖4是提取的2#煤層頂面平均絕對(duì)振幅，藍(lán)色區(qū)域?qū)?yīng)反射系數(shù)在-0．2～-0．3之間，綠色與紅色區(qū)域的反射系數(shù)在-0．3～-0．58區(qū)間內(nèi)變化。平均絕對(duì)振幅值的大小主要取決于煤層頂板的巖性，數(shù)值大則泥質(zhì)成分含量相對(duì)較低，反之則泥質(zhì)成分含量相對(duì)較高。另一方面平均絕對(duì)振幅值的大小也與煤層所含夾矸的多寡相關(guān)，夾矸多而厚則數(shù)值偏低，夾矸少、煤層純度高的平均絕對(duì)振幅值大。

圖4 平均絕對(duì)振幅(窗口為2#煤層頂面正負(fù)2毫秒)

4.3 瞬時(shí)振幅、瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位

信號(hào)瞬時(shí)振幅定義為:

A(t)=［x2(t)+^x2(t)］1/2

瞬時(shí)相位為:φ(t)=tg-1(^x/x(t))

瞬時(shí)頻率為:f(t)=1/2π·dφ(t)/dt

對(duì)于地震資料來(lái)說(shuō)，A(t)是復(fù)數(shù)地震道實(shí)部與虛部平方和的開方，表示復(fù)數(shù)地震道的包絡(luò)振幅。反射波振動(dòng)波形的各個(gè)特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)一定的相位，相鄰波形相似的情況下可以利用瞬時(shí)相位進(jìn)行對(duì)比。瞬時(shí)頻率是瞬時(shí)相位的導(dǎo)數(shù)，可以認(rèn)為是某一時(shí)刻振動(dòng)的各種諧頻的一種綜合結(jié)果，因此瞬時(shí)頻率變化特征與地層反射組合、巖性密切相關(guān)。

基于本區(qū)的客觀地質(zhì)狀況，瞬時(shí)振幅提供波阻抗差信息，橫向變化與巖性有關(guān)，主要用于檢測(cè)煤系地層的薄煤層、夾矸層的調(diào)諧效應(yīng)與局部小斷層。例如，對(duì)比區(qū)內(nèi)的疊加剖面與瞬時(shí)振幅剖面，很容易看到山西組-太原組地層段內(nèi)的層數(shù)明顯差別，這種差異對(duì)煤層厚度估計(jì)與質(zhì)量評(píng)價(jià)來(lái)說(shuō)是十分寶貴的信息。另外，從圖5中不難發(fā)現(xiàn)測(cè)井解釋的含水層表現(xiàn)異常低振幅。但測(cè)井解釋的大多數(shù)含氣層在瞬時(shí)振幅剖面上沒(méi)有異常顯示，這應(yīng)是含氣量不足的原因。

圖5 y1-22-12井含水層地震瞬時(shí)振幅顯示

圖6 y1-24-14井含氣層地震瞬時(shí)頻率顯示

瞬時(shí)頻率一方面提供同相軸的有效頻率吸收信息，另一方面展示局部巖性的變化情況。主要用于儲(chǔ)層巖性解釋，揭示巖性空間變化狀況，檢測(cè)強(qiáng)水、氣聚集帶(圖6)。

瞬時(shí)相位用于弱反射儲(chǔ)層的連續(xù)性追蹤，地層特征的識(shí)別。對(duì)延川南區(qū)塊而言，瞬時(shí)相位幫助儲(chǔ)層中上部的地層與構(gòu)造解釋(圖7)。

圖7 過(guò)y1-24-14井瞬時(shí)相位剖面煤層分叉顯示

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Application of Seismic Attribute to Exploration of CBM in Yanchuan South

Huang Chaoping
(Physical Exploration Research Institute，SINOPEC East China Subsidiary Company，Jiansu 210007)

黃超平，女，1984年畢業(yè)于成都地質(zhì)學(xué)院石油，主要從事地震資料解釋工作。

(責(zé)任編輯 韓甲業(yè))