楊子川，陶磊，李海英，于光明，張紅英

（1.中國石化 西北油田分公司 勘探開發(fā)研究院，烏魯木齊 830011；2.中國地質(zhì)大學(xué) 地球物理與信息技術(shù)學(xué)院，北京 100083；3.北京多分量地震技術(shù)研究院，北京 100029；4.中國石油集團(tuán) 東方地球物理勘探有限責(zé)任公司 物探技術(shù)研究中心，河北 涿州 072751）

目前，中國碳酸鹽巖儲(chǔ)集層流體識(shí)別技術(shù)以縱波（P波）輔以測井為主[1-4]，包括測井約束的地震資料反演提取各種地震屬性參數(shù)[5]、地震頻譜分析[6-7]與振幅隨偏移距的變化（AVO）分析[8-10]等，存在識(shí)別精度有限、復(fù)雜儲(chǔ)集層識(shí)別精度低等問題。由于碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)集層的非均質(zhì)性強(qiáng)，僅僅依靠常規(guī)縱波難以滿足油氣勘探的需求，而多分量地震能夠提供橫波信息，可用來檢測儲(chǔ)集層含油氣性[11]，縱波與橫波聯(lián)合應(yīng)用具有很大的前景。

多分量地震技術(shù)發(fā)展很快，首先在海洋油氣勘探領(lǐng)域取得了突破[12]；在陸上油氣復(fù)雜巖性油氣藏流體識(shí)別方面也進(jìn)行了一些有意義的嘗試[13-17]，但在碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)集層的流體識(shí)別上研究較少。近年來，多波方位AVO技術(shù)在碳酸鹽巖儲(chǔ)集層流體識(shí)別上取得良好進(jìn)展[18]，但也存在一些問題，比如，依據(jù)的方程仍然為兩個(gè)半空間界面的反射假設(shè)下的Zoeppritz方程及其近似，沒有考慮衰減、檢波器方位特性等影響，存在多解性和不確定因素，在解釋中需要人工判斷。

近年來，以高空間采樣率為顯著特征的高密度、高精度地震勘探技術(shù)取得了重大進(jìn)展[19-20]。在此期間，塔河油田也經(jīng)過了多輪的地震數(shù)據(jù)采集和高分辨率儲(chǔ)集層預(yù)測。尤其在2006年底，S48井區(qū)采集了高密度（15 m×15 m）三維縱波模擬檢波器的地震數(shù)據(jù)和一束單點(diǎn)高密度三分量數(shù)字檢波器的地震數(shù)據(jù)，開展了常規(guī)三維地震數(shù)據(jù)與單點(diǎn)三維三分量地震數(shù)據(jù)的綜合處理、對(duì)比分析試驗(yàn)，為縫洞型儲(chǔ)集層流體預(yù)測提供了數(shù)據(jù)上的支持。本文針對(duì)縫洞型儲(chǔ)集層流體預(yù)測的問題，憑借這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從常規(guī)縱波和多波聯(lián)合預(yù)測對(duì)比的角度分析流體檢測的可行性，與井上實(shí)測數(shù)據(jù)和井類型對(duì)比分析了兩者的預(yù)測精度。

1 研究區(qū)概況

塔河油田地處新疆輪臺(tái)與庫車交界處，位于塔里木盆地沙雅隆起阿克庫勒凸起南部。研究區(qū)為塔河油田S48井區(qū)，在天山南麓的荒漠地區(qū)，地勢較平緩，平均海拔936 m.研究區(qū)為縫洞型儲(chǔ)集層，形成原因與阿克庫勒凸起有關(guān)。鉆井揭示，缺失志留系—泥盆系、上石炭統(tǒng)、中—上侏羅統(tǒng)，部分地區(qū)缺失二疊系，三疊系直接覆蓋于奧陶系之上。研究區(qū)油氣藏產(chǎn)層為奧陶系鷹山組，蓋層為厚30～50 m質(zhì)純致密的下石炭統(tǒng)巴楚組泥巖。塔河油田S48井區(qū)奧陶系頂界面的埋藏深度為5 300～5 510 m，整體構(gòu)造為東北高西南低，中部高四周低，斷裂較為發(fā)育，且均為逆斷層（圖1）。S48井區(qū)鷹山組主要為低幅度的碳酸鹽巖風(fēng)蝕殘丘，受斷裂及多期巖溶作用影響，形成縫洞型儲(chǔ)集層，縫洞間裂縫連通?？p洞發(fā)育具有分塊性和分區(qū)性，其尺度大小具有差異性，儲(chǔ)集層非均質(zhì)性極強(qiáng)，儲(chǔ)集層預(yù)測難度較大[21]。研究區(qū)表層地震地質(zhì)條件較為復(fù)雜，使得地震資料信噪比低，分辨率亦較低。研究區(qū)有多個(gè)良好的波阻抗界面，具振幅強(qiáng)、連續(xù)性好的標(biāo)志性特征。本文主要研究中—下奧陶統(tǒng)頂部反射界面，該界面為一不整合面，具削截、超覆特征。由于奧陶系頂面碳酸鹽巖受巖溶、構(gòu)造裂縫的影響，使該反射波振幅在橫向上具有較大的變化。研究區(qū)有15口井，其中TK214井、TK323井和TK259井有實(shí)測橫波資料，目的層深度為5 363～5 508 m，目的層厚度約150 m，最大完鉆井深為6 155 m，在地震剖面上中—下奧陶統(tǒng)頂部反射界面波組時(shí)間為5 219～5 421 ms.塔河油田S48井區(qū)的勘探開發(fā)實(shí)踐表明[22-24]，目前的儲(chǔ)集層研究重點(diǎn)是在識(shí)別小規(guī)?？p洞體的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步預(yù)測縫洞體的流體性質(zhì)，因此本文重點(diǎn)分析常規(guī)縱波與多波屬性聯(lián)合預(yù)測儲(chǔ)集層流體性質(zhì)的差異。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置

2 多波聯(lián)合預(yù)測技術(shù)

2.1 縱橫波速度比預(yù)測流體

利用三分量地震數(shù)據(jù)的一個(gè)明顯優(yōu)勢是可以獲得真實(shí)可靠的多波數(shù)據(jù)，從而獲得可靠的縱波速度、橫波速度及其波阻抗[25-26]。在地震反演中，為消除密度和速度估算的誤差傳遞，一般用縱橫波的波阻抗比來計(jì)算縱橫波速度比。提取了S48井區(qū)中—下奧陶統(tǒng)頂部反射界面向下30 ms時(shí)窗內(nèi)目的層段的縱橫波速度比（圖2，圖3a），縱橫波速度比集中分布在1.900～2.000，這與前人研究得出的含流體石灰?guī)r的縱橫波速度比（1.800～2.000）基本一致[27-28]。研究區(qū)15口井，TK437井為差油井，TK423井為干井，其他13口井均為油井，后文以此作為依據(jù)，將預(yù)測結(jié)果與其進(jìn)行對(duì)比。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，將縱橫波速度比大于2.000的井定義為干井，小于2.000的井定義為油井。從圖3a中可以看出，井上縱橫波速度比為1.771～2.075，油井的縱橫波速度比明顯小于差油井及干井，預(yù)測結(jié)果除了TK437井和TK423井為干井外，其他13口井均為油井。

圖2 研究區(qū)目的層段縱橫波速度比頻率分布直方圖

2.2 泊松比預(yù)測流體

通過研究區(qū)目的層段縱橫波速度比計(jì)算泊松比（圖3b），15口井的泊松比為0.276～0.351，通過跟實(shí)際鉆井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，油井的泊松比要小于差油井和干井。本次預(yù)測時(shí)將泊松比大于0.330的井定義為干井，小于0.330的井定義為油井，例如TK437井油氣顯示較差，泊松比為0.351，預(yù)測為干井，側(cè)鉆了TK437CH井，油氣顯示明顯變好，泊松比明顯下降，為0.320，預(yù)測為油井。對(duì)比可得，除TK437井外，其他14口井的預(yù)測結(jié)果和實(shí)際井類型是相符的，所以通過泊松比能夠很好地預(yù)測流體性質(zhì)。

圖3 研究區(qū)目的層段地震屬性平面分布

2.3 弱度比預(yù)測流體

文獻(xiàn)［29］研究了WJT氣田的侏羅系氣藏儲(chǔ)集層，認(rèn)為弱度與裂縫和孔隙中的流體性質(zhì)有關(guān)，得出了弱度比隨縱橫波速度比變化的曲線（圖4），在一定縱橫波速度比范圍中，很小的縱橫波速度比變化會(huì)引起很大的弱度比變化，特別是當(dāng)縱橫波速度比小于0.5時(shí)，弱度比的變化幅度是縱橫波速度比變化幅度的幾十倍，弱度比對(duì)縱橫波速度比極為敏感，所以，可以通過求取弱度比來鑒別含流體情況。

圖4 弱度比隨縱橫波速度比的變化（援引自文獻(xiàn)［29］）

在各向同性介質(zhì)中，弱度比的求取公式如下：

式中 r=vs/vp.

研究區(qū)15口井弱度比為11.10～14.30，與實(shí)際鉆井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)油井的弱度比要小于差油井和干井（圖3c）。本次預(yù)測時(shí)將弱度比大于13.00的井定義為干井，小于13.00的井定義為油井，例如TK437井油氣顯示較差，弱度比為14.30，預(yù)測為干井，側(cè)鉆了TK437CH井，油氣顯示明顯變好，弱度比明顯下降，將其預(yù)測為油井。對(duì)15口井進(jìn)行對(duì)比，除TK437井外，其他14口井的預(yù)測結(jié)果和實(shí)際井類型相符，通過弱度比預(yù)測流體性質(zhì)精確度較高。

2.4 拉梅常數(shù)和密度預(yù)測流體

拉梅常數(shù)乘以密度（λρ）是與縱波速度和橫波速度相關(guān)的參數(shù)，而剪切模量乘以密度（μρ）只與橫波速度相關(guān)。儲(chǔ)集層含氣時(shí)，縱波速度會(huì)明顯下降，而橫波速度基本不變或者是呈緩慢下降趨勢[30]。因此，λρ能很好地反映縱波速度變化情況，儲(chǔ)集層含氣時(shí)λρ會(huì)表現(xiàn)為低值，而μρ則不會(huì)有明顯的變化。也可以簡單地認(rèn)為，λρ是孔隙流體指示因子，烴類化合物顯示為低值，而μρ是巖性指示因子。因此，儲(chǔ)集層在含氣時(shí)λ/μ也會(huì)表現(xiàn)為低值，其變化的情況與縱橫波速度比相似，且比縱橫波速度比的變化率大，對(duì)流體更為敏感，更利于氣藏的識(shí)別[31-32]。

研究中通過井約束疊后地震反演獲得縱波阻抗和橫波阻抗，利用下式計(jì)算λρ和μρ：

從圖3d中可以看出，研究區(qū)λρ為0.66×108～1.74×108，通過跟已鉆井實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，油井的λρ明顯小于差油井及干井。本文預(yù)測時(shí)將λρ大于1.50×108的井定義為干井，小于1.50×108的井定義為油井，例如TK437井油氣顯示較差，λρ為1.74×108，預(yù)測結(jié)果為干井，TK437CH井λρ明顯下降，預(yù)測結(jié)果為油井，預(yù)測結(jié)果與實(shí)際井類型吻合。除了TK437井外，其他14口井的預(yù)測結(jié)果和實(shí)際井類型相符，所以通過λρ能夠很好地預(yù)測流體性質(zhì)。此外，通過λ和μ計(jì)算出了目的層的λ/μ（圖3e），λ/μ為1.15～2.33，跟已鉆井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，油井的λ/μ明顯小于差油井及干井。預(yù)測時(shí)將λ/μ大于2.00的井定義為干井，小于2.00的井定義為油井。除了TK437井外，其他14口井的預(yù)測結(jié)果和實(shí)際井類型吻合，利用λ/μ預(yù)測流體性質(zhì)的精確度較高。

多波聯(lián)合預(yù)測是通過以上5種多波屬性預(yù)測結(jié)果來相互驗(yàn)證綜合分析的，最終預(yù)測結(jié)果，除了TK437井外，其他14口井的預(yù)測結(jié)果都符合實(shí)際井類型，預(yù)測精度為93.3%.

3 利用縱波譜分解方法進(jìn)行流體預(yù)測

分頻解釋技術(shù)是一項(xiàng)基于縱波時(shí)頻變化的流體檢測技術(shù)[33-35]。分頻解釋技術(shù)能夠排除時(shí)間域內(nèi)不同頻率成分的相互干擾，具有在橫向上分辨率高的特點(diǎn)，能更客觀地刻畫地質(zhì)體[36-38]，在此基礎(chǔ)上，利用三維隨機(jī)模型的波場特征，通過譜分解技術(shù)，發(fā)揮譜分解在橫向不均勻儲(chǔ)集層，尤其是碳酸鹽巖儲(chǔ)集層預(yù)測中的優(yōu)勢[39]。本次研究利用分頻解釋技術(shù)對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)集層進(jìn)行了預(yù)測，其中譜分解采用了S變換[40-41]。利用匹配追蹤法[42]進(jìn)行譜分解得到0～100 Hz的頻率域地震數(shù)據(jù)體，分析發(fā)現(xiàn)，15～45 Hz的地震數(shù)據(jù)很好地表征了“低頻共振，高頻衰減”的特征。

預(yù)測時(shí)用15 Hz均方根振幅除以45 Hz均方根振幅得到均方根振幅比。均方根振幅比大于1.00的井定義為干井，均方根振幅比小于1.00的井定義為油井。將預(yù)測結(jié)果跟實(shí)際井類型數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比（表1），發(fā)現(xiàn)油井的高頻振幅衰減吸收很明顯，而干井及差油井基本不存在吸收。例如TK437井油氣顯示較差，均方根振幅比為1.10，預(yù)測為干井，TK437CH井均方根振幅比明顯下降，為0.68，預(yù)測為油井。從吸收程度看，除TK437井和TK214井外，其他井的預(yù)測結(jié)果與實(shí)際井類型匹配，流體識(shí)別準(zhǔn)確度為86.7%.

本文關(guān)于油井、干井各個(gè)屬性的邊界值是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)界定的。上述屬性分析方法中存在預(yù)測結(jié)果與實(shí)際情況差異的問題，說明各個(gè)方法有不適用的情況出現(xiàn)，如縱波譜分解預(yù)測結(jié)果和TK214井實(shí)際情況不符，說明了縱波譜分解方法在TK214井這個(gè)小范圍內(nèi)不適用。

表1 研究區(qū)15 Hz均方根振幅與45 Hz均方根振幅比及井類型

4 結(jié)論

（1）油井一般對(duì)應(yīng)較低的縱橫波速度比、泊松比、弱度比、λ/μ與λρ參數(shù)，每一種屬性都有對(duì)應(yīng)的預(yù)測結(jié)果，通過這些多波聯(lián)合預(yù)測結(jié)果的綜合分析，得到最終的預(yù)測結(jié)果。相比常規(guī)縱波而言，多波聯(lián)合預(yù)測方法種類多樣，各種屬性預(yù)測結(jié)果之間可以相互驗(yàn)證和綜合分析，增加了預(yù)測結(jié)果的可靠性。

（2）與多波聯(lián)合預(yù)測技術(shù)相比，基于常規(guī)縱波譜分解的預(yù)測精度稍差些，同時(shí)受時(shí)窗和地震頻帶寬度的限制較嚴(yán)重，預(yù)測的困難較大，從另外一個(gè)角度體現(xiàn)了多波聯(lián)合反演的全面性及準(zhǔn)確性。

（3）對(duì)S48井區(qū)這類特殊地質(zhì)條件的區(qū)域來說，發(fā)展多波聯(lián)合預(yù)測技術(shù)是必要的。由于研究區(qū)內(nèi)橫波測井資料有限，同時(shí)未能收集到水井信息，本文未能給出水井和油井的多波地震屬性差異，使得油水預(yù)測問題尚未得到更有效的解答。

符號(hào)注釋

EN——法向弱度，無量綱；

ET——切向弱度，無量綱；

vp——縱波速度，m/s；

vs——橫波速度，m/s；

Zp——縱波阻抗，g/（m2·s）；

Zs——橫波阻抗，g/（m2·s）；

λ——拉梅常數(shù)，N/cm2；

ρ——密度，g/cm3；

μ——剪切模量，N/cm2；

σ——泊松比，無量綱。