郭 慶，余小雷，孫 衛(wèi)，周義軍，王 妍

(1.大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710069;2.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069;3東方地球物理勘探公司研究院長慶分院，陜西 西安710021)

近年來，隨著鄂爾多斯盆地下古生界奧陶系馬家溝組中上組合一批高產(chǎn)井的相繼發(fā)現(xiàn)，揭示盆地巖溶斜坡區(qū)白云巖儲層具有廣闊的勘探領(lǐng)域和巨大的勘探前景。通過系統(tǒng)的研究工作，我們明確了下古生界白云巖儲層的分布主要受巖溶古地貌、白云巖化程度的控制;其中，白云巖儲層具有含氣層系多、平面分布廣、縱向上相互疊置的分布特點(diǎn)[1]。目前，鄂爾多斯盆地AVO含氣性預(yù)測技術(shù)主要應(yīng)用于砂泥巖地層，碳酸鹽巖特別是白云巖儲層AVO含氣性預(yù)測還處于探索階段，白云巖儲層AVO異常尚待進(jìn)一步理清[2-4]。本文嘗試應(yīng)用理論正演模型、實(shí)測井?dāng)?shù)據(jù)和地震數(shù)據(jù)進(jìn)行白云巖儲層AVO異常初步研究。

模型研究有助于了解已知地層的AVO響應(yīng)，有了地層模型的AVO正演模型作參考，才有可能對復(fù)雜的實(shí)際地震資料中AVO特征做出正確的解釋。在理論基礎(chǔ)分析、測井巖石物理分析和理論模型建立的基礎(chǔ)上，我們開展實(shí)際測井?dāng)?shù)據(jù)的AVO正演模型分析，在地震道集數(shù)據(jù)驗(yàn)證其在目的層具有AVO特征情況下，最終從不同流體飽和度、不同厚度氣層與兩方面進(jìn)行了更深一步的研究。

1 地層學(xué)特征

鄂爾多斯盆地下古生界地層平緩，今構(gòu)造為一西傾單斜，整體東高西低，坡度小于1°。奧陶紀(jì)末期的加里東運(yùn)動，導(dǎo)致本區(qū)整體抬升，使該區(qū)缺失奧陶系中上統(tǒng)、志留系、泥盆系及下石炭統(tǒng)，奧陶系碳酸鹽巖經(jīng)歷了長期的風(fēng)化剝蝕和大氣淡水的淋濾[5]。剝蝕強(qiáng)度從盆地西部向東部逐漸減弱，致使本區(qū)下奧陶統(tǒng)，由中西部地區(qū)向東依次出露馬四、馬五、馬六地層。從而在準(zhǔn)平原化的背景上伴隨古風(fēng)化殼的形成，發(fā)育了喀斯特地貌和巖溶體系，為碳酸鹽巖孔、洞、縫儲層和巖性—地層圈閉奠定了基礎(chǔ)。

盆地下古生界主要產(chǎn)氣層段馬五段各小層在整個巖溶斜坡區(qū)均有沉積，由于表層巖溶、層間巖溶和白云巖化共同作用形成溶蝕孔洞和晶間孔隙層段。白云巖儲層具有厚度薄、非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)。通過對盆地下古生界52口井的統(tǒng)計，結(jié)果表明雖然各井間的縱橫波速度和密度由于白云石、方解石及泥質(zhì)含量的不同有所差異，但對每口井而言，含氣白云巖的縱波速度、密度、縱波阻抗略低于圍巖，整體表現(xiàn)為儲層和圍巖阻抗差異小，由此造成含氣性預(yù)測困難。

2 AVO正演模型特征研究

鄂爾多斯盆地本部地區(qū)最明顯的地震反射標(biāo)志層是石巖系底部附近的煤層反射，由于煤層的地震速度明顯低于上覆砂巖層的速度，其頂部反射應(yīng)是一個負(fù)極性的波谷反射。通常，由于我們的地震資料采用負(fù)極性顯示，即所謂的SEG Normal Standard(SEG正常極性標(biāo)準(zhǔn))，地震反射振幅的極性與實(shí)際地層的反射極性恰恰相反，即負(fù)極性顯示成波峰，正極性顯示成波谷。因此，合成地震記錄的負(fù)極性顯示應(yīng)與實(shí)際地震資料得到最好的對比。

2.1 理論基礎(chǔ)及AVO正演模型制作方法

AVO技術(shù)的理論基礎(chǔ)是描述反射系數(shù)隨入射角及地層巖性參數(shù)變化關(guān)系的 Zoeppritz方程[6]。當(dāng)反射波地震勘探使用主要產(chǎn)生縱波的震源，接收的是反射縱波時，Zoeppritz方程可以被大大簡化，即只考慮平面縱波入射產(chǎn)生的反射振幅隨入射角的變化情況。其中Shuey R T給出的簡化公式是目前人們使用最多的 Zoeppritz近似方程，該方程是 AVO資料處理解釋的理論基礎(chǔ)，Shuey[7]方程(1)數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

式中:P是截距，代表地震波垂直入射時的反射系數(shù);G是斜率或者梯度，近似反映界面兩側(cè)介質(zhì)的泊松比差異;θ代表入射角。

根據(jù)以上理論，本文建立了 AVO正演模型[8]，其具體的計算步驟如下:

第一步:根據(jù)設(shè)計的入射角步長(或炮檢距步長)用精確的Zoeppritz方程計算每一分界面反射系數(shù);

第二步:計算每一分界面反射系數(shù)曲線以入射角(或炮檢距)為參數(shù)的反射波旅行時，形成反射系數(shù)道集;

第三步:選擇合理的子波和子波頻率，并與反射系數(shù)道集褶積，形成動校正前的CDP角道集(或道集);

第四步:用平均速度對合成CDP角道集(或道集)進(jìn)行動校正，即可完成時間域顯示的 AVO正演模型(道集或角道集)的制作;

第五步:如需要深度域顯示，則按給定的時深關(guān)系(如VSP時深關(guān)系)進(jìn)行時深轉(zhuǎn)換，得到深度域 AVO正演模型(道集或角道集)。

2.2 理論正演模型

為了弄清楚鄂爾多斯盆地白云巖儲層的AVO異常特征，根據(jù)盆地下古生界52口測井?dāng)?shù)據(jù)的統(tǒng)計，模擬建立了雙界面三層介質(zhì)的地層模型(圖1)，提取模型的AVO響應(yīng)。三層介質(zhì)的頂部和底部圍巖介質(zhì)參數(shù)相同，縱波速度Vp1=6 150 m/s，泊松比 σ1=0.298，密度 ρ1=2.806 g/cm3，中部氣層介質(zhì)厚度為 15 m，縱波速度 Vp2=5 820 m/s，泊松比 σ2=0.271，密度 ρ2=2.713 g/cm3。圖 2 為地層模型的理論正演模型及振幅隨入射角變化曲線。從圖中可以看出，白云巖儲層含氣后氣層頂界表現(xiàn)為振幅隨入射角增大而增強(qiáng)的AVO異常特征。

圖1 雙界面三層介質(zhì)地層模型

圖2 理論正演模型及AVO變化曲線

2.3 實(shí)測井?dāng)?shù)據(jù)正演模型

在合成地震記錄層位標(biāo)定的基礎(chǔ)上，對盆地內(nèi)8口有實(shí)測橫波數(shù)據(jù)的井進(jìn)行了AVO模型正演，我們發(fā)現(xiàn)氣層段和干層的AVO正演模型不同(圖3和圖4)。在正常反射狀況下，由于衰減和頻散作用，隨著入射角(或炮檢距)的增大，非含氣地層的反射振幅不發(fā)生明顯變化或不變，AVO變化曲線的斜率不變(圖3);但是當(dāng)儲層的孔隙中含有氣體時，振幅隨入射角(或炮檢距)的增大而增強(qiáng)，AVO變化曲線的斜率增大(圖4)。雖然實(shí)測測井曲線可能存在誤差，其結(jié)果與完全含氣的結(jié)果是相近的。

圖3 干層AVO正演模型及振幅隨入射角的變化曲線

圖4 氣層AVO正演模型及振幅隨入射角變化曲線

通過對理論正演模型和實(shí)測井?dāng)?shù)據(jù)正演模型的研究，我們認(rèn)為，鄂爾多斯盆地下古生界白云巖儲層含氣后表現(xiàn)為振幅隨入射角增大而增強(qiáng)的異常特征;干層無明顯的AVO異常特征。

2.4 實(shí)際地震資料分析

從理論正演模型和實(shí)測井?dāng)?shù)據(jù)兩方面確定了鄂爾多斯盆地下古生界白云巖儲層的AVO異常特征之后，進(jìn)一步從實(shí)際地震資料入手，驗(yàn)證含氣層段在地震道集上是否具有振幅異常特征。圖5為井旁地震道集，含氣層段在地震道集上表現(xiàn)為振幅隨著偏移距的增加而增強(qiáng)的異常特征。

圖5 井旁地震道集

綜合以上認(rèn)識，明確了鄂爾多斯盆地白云巖儲層具有AVO異常特征。下面將從不同流體飽和度、不同厚度儲層與AVO異常特征的關(guān)系兩個方面進(jìn)行分析研究。

2.5 AVO異常特征與不同流體飽和度的關(guān)系

識別鄂爾多斯盆地下古生界白云巖儲層內(nèi)的氣層和水層，需要進(jìn)行流體替換。流體替換的基礎(chǔ)是巖石物理理論[9](圖6)。Greenberg-Castagna模型是一種預(yù)測多孔巖石的方法模型，其假設(shè)在已知縱波、巖性、孔隙和孔隙流體的情況下進(jìn)行橫波速度計算。其初始經(jīng)驗(yàn)公式(2)是在含有砂巖、灰?guī)r、白云巖和泥巖和飽和流體的模型基礎(chǔ)上建立起來的:

如果巖石中充填了不同的流體，就用一個迭代方案把原來的鹽水替換成新的流體，據(jù)此由縱波速度計算出橫波速度，對比不同飽和度的測井響應(yīng)特征。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行不同流體飽和度的正演模擬與分析。

圖6 流體替換原理圖

圖7 為目的層經(jīng)過流體替換后，100%含水到90%含氣測井?dāng)?shù)據(jù)的AVO正演模型及振幅隨入射角變化曲線。通過6條AVO曲線的對比可看出，儲層含氣與100%含水時的AVO變化曲線斜率不同，含水飽和度為100%白云巖儲層比10%的白云巖儲層AVO曲線斜率小，即振幅異常特征有明顯的差異;當(dāng)含氣飽和度從10%增加到90%時，AVO異常特征之間的差異不明顯[10]。因此，可以利用 AVO屬性的斜率來識別儲層內(nèi)是否含氣，但是不能識別高產(chǎn)井和低產(chǎn)井。

2.6 AVO異常特征與氣層厚度的關(guān)系

通過提取高產(chǎn)井目的層段白云巖氣層和圍巖的地球物理參數(shù)，模擬了不同氣層厚度的測井曲線，分析氣層厚度與AVO異常特征之間的關(guān)系。圖8為孔隙度不變、礦物成分含量固定時，入射角為0°～45°時不同厚度氣層的 AVO正演模型及振幅隨入射角變化曲線。由圖可以看出:隨著氣層厚度的增加，振幅異常特征更加明顯，AVO曲線的斜率增大[11-14]。

圖7 不同流體飽和度AVO正演模型及振幅隨入射角變化曲線

圖8 不同厚度氣層AVO正演模型及振幅隨入射角變化曲線

3 結(jié)語

1)鄂爾多斯盆地下古生界白云巖儲層含氣后表現(xiàn)為振幅隨入射角增大而增強(qiáng)的特征，白云巖儲層不含氣時，AVO異常特征不明顯。

2)白云巖儲層AVO異常特征與儲層含氣飽和度有關(guān)，含水飽和度為100%和含氣飽和度為10%的白云巖儲層AVO異常特征有明顯的差異，隨著含氣飽和度的進(jìn)一步增加，AVO異常特征變化不大。

3)白云巖儲層AVO異常特征與氣層厚度有關(guān)，隨著氣層厚度的增加，AVO異常特征更加明顯。

目前，鄂爾多斯盆地下古生界白云巖儲層AVO含氣性預(yù)測方法嘗試應(yīng)用已經(jīng)初見成效，提高了含氣性預(yù)測的符合率。但仍需要進(jìn)一步對盆地巖溶斜坡區(qū)白云巖儲層分區(qū)分帶進(jìn)行更深一步的研究。

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