謝玉洪 鄧 勇 李 芳* 李洋森 潘光超

(①中國(guó)海洋石油集團(tuán)有限公司，北京 100000； ②中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057)

0 引言

目前油氣勘探正由構(gòu)造向構(gòu)造-巖性復(fù)合型或者隱蔽型油氣藏轉(zhuǎn)變。統(tǒng)計(jì)資料表明，全球隱蔽型油氣藏的儲(chǔ)量占比達(dá)到35%[1]。其中，具有Ⅱ類AVO異常特征的“暗點(diǎn)”型油氣藏具有良好的勘探前景。Brown[2-3]認(rèn)為“亮點(diǎn)”型與“暗點(diǎn)”型油藏在數(shù)量上是相當(dāng)?shù)?，但目前發(fā)現(xiàn)的“暗點(diǎn)”油氣藏?cái)?shù)量或許還不及前者的千分之一，因此 “暗點(diǎn)”型油氣藏的勘探潛力非常巨大。

鶯歌海盆地“暗點(diǎn)”型油氣藏難以識(shí)別主要是因?yàn)椋?①相比淺層，深層地震資料信噪比低、分辨率更低、保真性差，難以滿足識(shí)別需求； ②“暗點(diǎn)”型油氣藏振幅特征與背景泥巖接近，呈弱反射，而弱振幅地震反射多解性強(qiáng)，存在不確定性； ③“暗點(diǎn)”型油氣藏缺乏針對(duì)性的儲(chǔ)層和流體預(yù)測(cè)技術(shù)，而巖性預(yù)測(cè)和流體識(shí)別是“暗點(diǎn)”型油氣藏評(píng)價(jià)的關(guān)鍵。

基于疊前地震資料的儲(chǔ)層和流體識(shí)別技術(shù)始于20世紀(jì)80年代。Ostrander[4]首次通過(guò)AVO技術(shù)預(yù)測(cè)儲(chǔ)層流體含量，奠定了流體識(shí)別基礎(chǔ)。隨后Smith等[5]提出流體因子的概念，利用縱、橫波的加權(quán)差預(yù)測(cè)儲(chǔ)層流體。Gidlow等[6]和Fatti等[7]進(jìn)一步將其表示成縱、橫波阻抗反射系數(shù)的加權(quán)差預(yù)測(cè)儲(chǔ)層流體。Goodway等[8]將流體識(shí)別從反射系數(shù)擴(kuò)展到了阻抗域，其中拉梅系數(shù)與密度的乘積屬性是阻抗域應(yīng)用最廣的流體識(shí)別因子，當(dāng)巖石骨架性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，結(jié)合拉梅系數(shù)交會(huì)分析，對(duì)含氣砂巖和含水砂巖有更好的識(shí)別能力。Quakenbush等[9]研究泊松阻抗屬性，通過(guò)旋轉(zhuǎn)縱、橫波阻抗交會(huì)圖的軸以達(dá)到最佳區(qū)分任意兩巖性流體類型的目的。但當(dāng)巖石具有較低的泊松比、很高的密度時(shí)，泊松阻抗就不再適用。陳學(xué)華等[10]發(fā)現(xiàn)時(shí)頻域中低頻陰影可以很好地用于油氣檢測(cè)。

Russell等[11]以Biot-Gassmann理論為基礎(chǔ)，研究了多孔介質(zhì)中彈性模量參數(shù)與孔隙流體的關(guān)系，利用縱波與橫波速度提出了Russell流體因子(測(cè)井序列中有橫波速度時(shí)可以直接利用； 無(wú)橫波速度測(cè)井資料時(shí)，可由孔隙度、泥質(zhì)含量、含水飽和度與礦物模量等利用經(jīng)驗(yàn)公式或者等效理論模型進(jìn)行估算)。Russell流體因子除了與流體彈性效應(yīng)有關(guān)外，還與干巖石骨架模量、礦物基質(zhì)模量以及孔隙度等巖石固體參數(shù)的綜合影響有關(guān)。對(duì)固結(jié)成熟、孔隙度變化不大的儲(chǔ)層，Russell流體因子具有較高的流體指示敏感性。印興耀等[12]基于Russell多孔流體飽和彈性介質(zhì)的Zoeppritz方程的近似式，提出直接從彈性波阻抗數(shù)據(jù)體中提取流體因子進(jìn)行流體識(shí)別的方法，減少了間接計(jì)算的累積誤差。此后，由于Russell流體因子具有良好的應(yīng)用性，很多學(xué)者開(kāi)展了Russell流體因子的估算方法研究。針對(duì)深層儲(chǔ)層無(wú)法有效獲取大角度入射信息的情況，印興耀等[13]提出兩項(xiàng)彈性阻抗反演與Russell流體因子直接估算方法，可以提高深層儲(chǔ)層流體識(shí)別的可靠性。孫瑞瑩等[14]提出基于隨機(jī)地震反演的Russell流體因子直接估算方法，對(duì)于判識(shí)儲(chǔ)層含流體特征具有較好的指示作用。鄧煒等[15]基于等效介質(zhì)理論，實(shí)現(xiàn)了基于彈性阻抗的等效流體體積模量直接反演，提高了流體識(shí)別準(zhǔn)確度。

此外，多位學(xué)者提出了楊氏模量、泊松比直接反演方法以及含氣飽和度預(yù)測(cè)方法，為流體識(shí)別和預(yù)測(cè)提供了新的手段[16-19]。

一般來(lái)說(shuō)，常規(guī)的流體因子(彈性模量、泊松阻抗、LMR流體因子、Russell流體因子等)均具有一定的流體識(shí)別的能力，但每種流體因子都只是在某些特定的地質(zhì)條件下應(yīng)用效果良好[20]?！鞍迭c(diǎn)”型油氣藏一般具有Ⅱ類AVO異常，常規(guī)的AVO屬性(如P×G屬性)無(wú)法進(jìn)行有效刻畫，而目前針對(duì)性的敏感指示因子構(gòu)建方面的研究很少。鶯歌海盆地勘探揭示，中深層“暗點(diǎn)”型目標(biāo)油氣勘探潛力巨大，傳統(tǒng)流體因子在淺層“亮點(diǎn)”型目標(biāo)的識(shí)別與評(píng)價(jià)中應(yīng)用效果好，而在中深層“暗點(diǎn)”型油氣藏識(shí)別和預(yù)測(cè)中無(wú)能為力。為了解決“暗點(diǎn)”型油氣藏識(shí)別的難題，本文綜合多方面信息，從Zoeppritz方程Fatti近似式出發(fā)，構(gòu)建新的“暗點(diǎn)”識(shí)別因子，達(dá)到預(yù)測(cè)“暗點(diǎn)”型油氣藏目的。

1 算法原理和理論模型實(shí)驗(yàn)

1．1 “暗點(diǎn)”油氣藏指示因子理論推導(dǎo)

Fatti等[7]于1994年重新推導(dǎo)Aki-Richards近似式的表示形式，給出了包含縱波阻抗相對(duì)變化量的近似式，即

(1)

在小角度入射情況下，考慮到密度項(xiàng)的權(quán)重系數(shù)較小，且密度項(xiàng)本身的變化也很小，因此兩項(xiàng)近似即可滿足小角度的近似精度，此時(shí)的反射系數(shù)近似公式可以表示為

(2)

合并角度同類項(xiàng)后，進(jìn)一步可表示為

(3)

圖1 不同近似條件下Ⅱ類AVO誤差對(duì)比

本文主要利用“暗點(diǎn)”型儲(chǔ)層截距較小的特點(diǎn)，將梯度與截距的比值定義為“暗點(diǎn)”型油氣藏指示因子，這樣就可以放大Ⅱ類AVO異常的差異，實(shí)現(xiàn)對(duì)Ⅱ類AVO異常識(shí)別與評(píng)價(jià)的目的。根據(jù)式(3)，“暗點(diǎn)”型油氣藏指示因子可以表示為

(4)

相對(duì)于縱、橫波阻抗的變化數(shù)量級(jí)，縱橫波速度比近似為常數(shù)，可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為

(5)

為了驗(yàn)證Fg的有效性與可靠性，分別設(shè)計(jì)包含Ⅰ～Ⅳ類AVO異常的含氣砂巖模型(圖2a)，模型參數(shù)具體見(jiàn)表1，含氣砂巖從上至下分別表現(xiàn)為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類AVO異常響應(yīng)特征。在疊后地震剖面(圖2b)上，相對(duì)于Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ類AVO異常，Ⅱ類AVO異常振幅響應(yīng)與背景泥巖較接近，很難有效識(shí)別； 通過(guò)傳統(tǒng)AVO屬性(P×G)解釋也很難判斷“暗點(diǎn)”型儲(chǔ)層位置(圖2c)，其更適用于截距和梯度都大的Ⅲ類、Ⅳ類AVO異?！傲咙c(diǎn)”型儲(chǔ)層識(shí)別； 對(duì)于流體因子λρ(拉梅系數(shù)與密度的乘積)而言，其對(duì)Ⅲ類、Ⅳ類AVO異常的流體識(shí)別效果明顯，但對(duì)于Ⅱ類AVO異常的“暗點(diǎn)”型儲(chǔ)層識(shí)別效果并不突出(圖2d)； 利用本文構(gòu)建的Fg可以較好識(shí)別Ⅱ類AVO異?！鞍迭c(diǎn)”的響應(yīng)特征(圖2e)。

表1 不同AVO類型模型參數(shù)及AVO屬性

圖2 不同AVO類型屬性對(duì)比(a)砂巖模型； (b)模擬疊后地震剖面； (c)P×G； (d)λρ； (e)Fg

1．2 “暗點(diǎn)”道集修飾性處理

根據(jù)前文“暗點(diǎn)”型指示因子的理論推導(dǎo)，F(xiàn)g可表示為縱、橫波阻抗均值及其差值的關(guān)系式，其中縱、橫波阻抗通?？梢岳茂B前同時(shí)反演獲得。在進(jìn)行疊前同時(shí)反演之前，對(duì)Ⅱ類AVO疊前道集的保護(hù)尤為關(guān)鍵，其質(zhì)量直接影響著“暗點(diǎn)”型儲(chǔ)層縱、橫波阻抗反演結(jié)果。而在勘探開(kāi)發(fā)的實(shí)際應(yīng)用中，疊前地震道集質(zhì)量通常較差，動(dòng)校正道集不平往往是一個(gè)重要原因，尤其對(duì)于具有極性反轉(zhuǎn)特征的“暗點(diǎn)”道集，由于參考道表現(xiàn)為弱振幅的地震反射特征，容易受隨機(jī)噪聲的影響，“暗點(diǎn)”道集的動(dòng)校正存在一定的不確定性。

為了有效解決這一問(wèn)題，本文在常規(guī)速度分析動(dòng)校正的基礎(chǔ)上，利用絕對(duì)值互相關(guān)道集拉平的方法，可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)Ⅱ類AVO異常“暗點(diǎn)”道集的保護(hù)。絕對(duì)值互相關(guān)道集拉平方法，即計(jì)算每個(gè)地震道與參考道在給定時(shí)窗內(nèi)的最大絕對(duì)值互相關(guān)系數(shù)Coefmax(τshift)及所對(duì)應(yīng)的初步時(shí)移量τshift，具體表達(dá)式為

(6)

式中：“*”代表互相關(guān)運(yùn)算；R(t)表示選擇信噪比較高疊前道集通過(guò)部分疊加形成的參考道；f(t)表示實(shí)際地震道；t1、t2分別為滑動(dòng)時(shí)窗的起點(diǎn)、終點(diǎn)

圖3 動(dòng)校正拉伸處理前(a)、后(b)的地震反射特征對(duì)比

時(shí)間。根據(jù)上式計(jì)算的地震道集的時(shí)移量，設(shè)立最大校正時(shí)移量和最小絕對(duì)值相關(guān)系數(shù)門檻值，剔除異常時(shí)移量得到校正時(shí)移量場(chǎng)，并應(yīng)用于整個(gè)地震數(shù)據(jù)體實(shí)現(xiàn)道集拉平。

為了取得較好的拉平效果，通常先應(yīng)用大時(shí)窗進(jìn)行初步拉平，再應(yīng)用小時(shí)窗進(jìn)行精細(xì)處理。圖3為動(dòng)校正拉伸處理前、后的地震反射特征，由于Ⅱ類AVO異常極性反轉(zhuǎn)導(dǎo)致部分疊加道振幅較弱，雖然容易受隨機(jī)噪聲影響，但利用絕對(duì)值互相關(guān)道集拉平可以有效拉平“暗點(diǎn)”型道集，拉平前、后道集的波形特征未發(fā)生改變，保證相位反轉(zhuǎn)的地震道集與低信噪比區(qū)域道集處理前、后的相位一致，為后續(xù)疊前同時(shí)反演提供更可靠的部分疊加數(shù)據(jù)體。

2 應(yīng)用實(shí)例

鶯歌海盆地樂(lè)東區(qū)中深層油氣勘探揭示，儲(chǔ)層為低孔、低滲型，相比泥巖表現(xiàn)為高縱波速度、高橫波速度、低密度特征，在疊后地震剖面上表現(xiàn)為強(qiáng)波峰反射。

研究區(qū)巖性油氣儲(chǔ)層為黃流組二段河道砂體，埋深為4000～4500m。地震資料顯示(圖4)，振幅能量縱、橫向變化大(水道高部位波峰為強(qiáng)振幅，低部位波峰為弱振幅)，地震振幅的快速變化給儲(chǔ)層評(píng)價(jià)帶來(lái)很大挑戰(zhàn)，S-3井位于該水道高部位，鉆遇了上百米含氣砂巖，水道低部位是否具有發(fā)育有利砂巖儲(chǔ)層成為制約該區(qū)油氣勘探的關(guān)鍵問(wèn)題。為進(jìn)一步分析縱、橫向振幅能量變化大的原因以及水道的地層組合特征，根據(jù)已鉆井砂、泥巖參數(shù)統(tǒng)計(jì)，分別建立不同厚度砂—泥巖組合的地質(zhì)模型，并進(jìn)行地震正演模擬。表2為本區(qū)已鉆遇三口井的縱波、橫波速度及密度參數(shù)，數(shù)值大小顯示，三口井的砂、泥巖的速度、密度變化規(guī)律一致。本次模擬選取過(guò)S-3井的地震剖面，根據(jù)S-3井的參數(shù)，設(shè)定富砂、富泥等多種情況進(jìn)行模擬。模擬結(jié)果(圖5)表明，不論是富砂模型，還是富泥模型，A氣組頂面低部位振幅都會(huì)減弱，與實(shí)際地震剖面特征比較接近，說(shuō)明兩種地層組合都有可能。

圖4 樂(lè)東區(qū)黃流組水道地震剖面

圖5 樂(lè)東區(qū)黃流組水道地震正演模擬 左為地質(zhì)模型，右為正演地震剖面； 上為富砂型，下為富泥型。紅色為砂巖儲(chǔ)層，綠色為泥巖夾層

表2 樂(lè)東區(qū)黃流組砂、泥巖參數(shù)統(tǒng)計(jì)

通過(guò)對(duì)S-3井水道砂體進(jìn)行變孔隙度正演模擬(圖6)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)孔隙度較低時(shí)，砂體頂界面表現(xiàn)為波峰“亮點(diǎn)”反射；隨著孔隙度增加，波峰“亮點(diǎn)”振幅逐漸減弱，逐漸向“暗點(diǎn)”型轉(zhuǎn)變，因此對(duì)于深層砂巖儲(chǔ)層，物性變好也會(huì)導(dǎo)致弱振幅的“暗點(diǎn)”反射特征。

樂(lè)東區(qū)黃流組水道地震正演模擬結(jié)果表明， “暗點(diǎn)”和泥巖具有相似的地震響應(yīng)，即弱振幅反射，因此，利用疊后純波地震資料無(wú)法有效區(qū)分砂、泥巖展布。為此，嘗試開(kāi)展Fg提取與分析。首先，利用部分疊加資料和多井子波標(biāo)定進(jìn)行疊前同時(shí)反演，獲得縱、橫波阻抗、密度等反演數(shù)據(jù)體，可見(jiàn)水道低部位A氣組頂面表現(xiàn)為中等縱、橫波阻抗特征，利用縱、橫波阻抗難以預(yù)測(cè)該阻抗特征是砂巖還是泥巖(圖7a、圖7b)； 由于該區(qū)埋深大，氣、水巖石物理特征差異較小，λρ對(duì)該“暗點(diǎn)”型儲(chǔ)層的識(shí)別也基本失效(圖7c)；Fg屬性在低部位A氣組頂面具有明顯異常(圖7d)，并且在B氣組高部位也具有明顯異常，推測(cè)該水道低部位弱振幅處發(fā)育“暗點(diǎn)”型砂巖，含氣概率較高。

圖6 S-3井含氣砂巖變孔隙度正演模擬

圖7 過(guò)S地區(qū)黃流組水道疊前反演結(jié)果及指示因子分析(a)縱波阻抗； (b)橫波阻抗； (c)λρ； (d)Fg

根據(jù)Fg研究成果，在水道低部位部署S-X井，結(jié)果在A氣組鉆遇細(xì)砂巖56m，孔隙度為12%，為該水道所有鉆遇砂巖中物性最好。這證實(shí)了該技術(shù)方法的有效性，較好地解決了弱振幅“暗點(diǎn)”型目標(biāo)評(píng)價(jià)難的問(wèn)題，有效指導(dǎo)了該區(qū)深層“暗點(diǎn)”型油氣藏預(yù)測(cè)工作。

3 結(jié)論

(1)利用“暗點(diǎn)”型儲(chǔ)層AVO截距相對(duì)較小的特點(diǎn)，構(gòu)建了只與縱、橫波阻抗有關(guān)的“暗點(diǎn)”型油氣藏指示因子，提高了“暗點(diǎn)”型油氣藏識(shí)別的敏感性，數(shù)值模擬證實(shí)了該指示因子對(duì)“暗點(diǎn)”型目標(biāo)較好的檢測(cè)能力。

(2)在實(shí)際資料流體研究中，結(jié)合疊前反演結(jié)果提取“暗點(diǎn)”型指示因子，較好地解決了鶯歌海盆地樂(lè)東區(qū)“暗點(diǎn)”型目標(biāo)預(yù)測(cè)難題，為該區(qū)深層復(fù)雜地質(zhì)情況的巖性預(yù)測(cè)和流體識(shí)別提供了一種新的思路和方法。

本文所述方法仍具有一定局限性，它不適用于“亮點(diǎn)”型目標(biāo)，新構(gòu)建的指示因子是基于“暗點(diǎn)”型油氣藏的特定條件所推導(dǎo)的，適用于具有Ⅱ類AVO異常的“暗點(diǎn)”型目標(biāo)儲(chǔ)層和流體識(shí)別。其次，道集質(zhì)量也十分重要，對(duì)Ⅱ類AVO疊前道集的保護(hù)尤為關(guān)鍵，其質(zhì)量好壞直接影響著本文指示因子的識(shí)別精度。