葉泰然，馬靈偉，張 虹，趙 爽

（1.中國石油化工股份有限公司西南油氣分公司，四川成都610041；2.中國石油化工股份有限公司石油物探技術研究院，江蘇南京211103）

四川盆地三疊系雷口坡組是重要的海相含氣層位，天然氣資源量接近萬億立方米。2014年在川西彭州地區(qū)部署的PZ1 井在雷四上亞段測試產量為115×104m3/d，實現了天然氣勘探重大發(fā)現，該區(qū)域共落實天然氣儲量超千億方[1-5]。川西彭州地區(qū)雷四段氣藏埋深為5 500～6000 m，與川東普光飛仙關組及元壩長興組、中壩雷三段等海相臺緣礁灘相帶不同，儲層沉積類型為局限—蒸發(fā)臺地潮坪相帶，巖性復雜，優(yōu)質儲層厚度薄，橫向變化極快。薄儲層識別及預測是氣藏描述及開發(fā)部署的重點，亦是難點，利用常規(guī)屬性分析、疊后波阻抗反演及疊前彈性反演等方法預測儲層難度大，精度有限。

薄層地震響應機理分析、基于實際地震資料的識別能力研究及識別模式建立是薄儲層預測基礎性課題。關于地震資料儲層識別能力的研究有很多成果。早 期RICKER[6]、WIDESS[7-8]、KALLWEIT 等[9]、KNAPP[10]基于地震褶積模型和成像理論，認為地震資料分辨率下限為λ/4，視分辨率（識別能力）為λ/8。2007年凌云等[11]結合地震理論與地質概念，提出了基于空間分辨率概念的地震采集、處理、解釋技術，獲得小于λ/4的薄儲層的空間展布信息。川西中淺層地球物理技術應用研究發(fā)現，在儲層與圍巖波阻抗差異明顯的侏羅系河道砂巖中，厚度小于λ/8的儲層依然可以識別，例如川西馬井蓬一氣藏，地震資料主頻在30 Hz左右，地層層速度約3500 m/s，λ/8 識別下限僅為15 m，可實際鉆井揭示，厚度僅5 m 的典型低阻抗河道砂巖儲層依然可識別[12]，大大突破了上述傳統(tǒng)的可識別能力下限認識，極大地增強了地震薄層預測能力。

川西彭州地區(qū)三疊系雷口坡組雷四上亞段氣藏埋藏深度大，所發(fā)育的潮坪相碳酸鹽巖儲層低滲致密，縱向多層疊置，優(yōu)質儲層厚度薄，橫向變化快，非均質性極強；地震資料主頻低且存在上覆強反射的屏蔽作用，薄儲層識別難度很大。本文從潮坪相薄儲層的地質特征及地震反射機理分析入手，建立符合實際地層結構、儲層疊加樣式及巖石物理特征的不同類型薄儲層模型，基于正演模擬技術，剖析了不同主頻下薄儲層的地震響應，通過波形差異化分析，從復合的地震響應中“剝離”出了上、下兩套薄儲層的地震響應特征及變化規(guī)律，建立了不同頻帶范圍內儲層地震識別模式，進而結合實際地震資料預測了兩套薄儲層空間分布特征，指出了提升該區(qū)薄儲層預測精度的攻關方向，為該區(qū)薄儲層的識別及資料評價提供了借鑒。

1 儲層地質特征及識別難點

川西彭州地區(qū)雷口坡組以局限—蒸發(fā)臺地的碳酸鹽巖沉積為主[13-14]。雷口坡組自下而上劃分為雷一至雷四共4個巖性段，其中雷四段由上而下可進一步劃分為上、中、下3 個亞段，PZ1、YaS1、PZ113 和PZ103等已鉆井揭示儲層主要發(fā)育在雷四上亞段（T2l34）。雷四上亞段地層厚約150 m，橫向分布較穩(wěn)定，沉積時期總體處于水體較淺、能量較強、受波浪與潮汐共同作用的潮坪相潮間—潮上帶沉積環(huán)境，儲層優(yōu)勢沉積微相為潮間帶。

雷四上亞段發(fā)育上、下兩套儲層，如圖1所示，上儲層段以灰?guī)r類為主，夾白云巖；下儲層段以白云巖類為主，上、下儲層段之間存在一個由（含）白云質灰?guī)r、（含）藻砂屑灰?guī)r等組成的相對穩(wěn)定的隔層段，厚約20～25 m。受潮坪相沉積特點及雷口坡組頂（簡稱雷頂）不整合面成巖作用差異等多種因素影響，巖性頻繁變化，儲層呈薄夾層分布，縱向多層疊置，物性差異明顯。上儲層段以1～2 m 薄儲層為主，累計厚度15～20 m，一般不超過15 m，下儲層段儲層單層厚度一般在1～5 m，累計厚度30～45 m。從儲層縱向疊加樣式上看，上、下儲層段存在差異，上儲層段各井累計厚度相當，但薄儲層的結構差異較大，縱向連續(xù)性及疊加關系變化更明顯；下儲層段縱向連續(xù)性相對較好，但物性及厚度橫向差異更明顯。從儲層類型上看，雷四上亞段儲層屬低滲致密儲層，以Ⅱ、Ⅲ類儲層為主，上儲層段儲層孔隙度為2.01%～23.70%，有效儲層孔隙度平均值為8.76%，滲透率主要為0.001～8.950 m D（1 m D≈0.987×10－3μm2）；下儲層段孔隙度為2.00%～20.21%，有效儲層孔隙度平均值為5.14%，滲透率為0.003～186.000 mD。

圖1 川西雷口坡組雷四上亞段地層結構及薄儲層特征

從地震反射特征上看，雷口坡組上覆地層為馬鞍塘組一段厚度約40 m 的灰?guī)r，之上為馬二段厚約100 m 的泥頁巖沉積。由于雷口坡組及馬一段碳酸鹽巖與馬二段泥頁巖波阻抗差異大，馬一段灰?guī)r頂在地震剖面上形成強反射（T6），該強反射具有極強的屏蔽作用，加劇了下伏雷口坡組薄儲層識別難度；另一方面，實際資料主頻在25 Hz左右，雷四上亞段的地層厚度約150 m，約半個波長，從井震標定結果（圖2）來看，雷四上亞段上、下儲層段主要位于強反射界面下“一谷一峰”半個波長內，即半個波長內既包含了地層結構信息又包含了兩套薄儲層的信息；此外，儲層致密，儲層與圍巖波阻抗差異小也是地震響應不明顯的另一個重要原因。如何從復合的地震響應中區(qū)分并識別雷四上亞段上、下儲層段薄儲層的信息，尤其是上儲層段的信息是亟待解決的重要難題。

圖2 YaS1井雷四上亞段合成地震記錄井震標定結果

2 薄儲層辨識機理研究

正演模擬技術是正確識別、解釋地震特征與地質現象（異常）之間關系的橋梁，是認識地震波場特征的一種重要手段[15]。建立符合研究靶區(qū)實際地層結構及儲層巖石物理特征的地震地質模型是薄儲層辨識機理研究的關鍵。

基于已鉆井資料，開展研究靶區(qū)目的層段地層結構及不同類型儲層巖石物理特征統(tǒng)計分析，確定研究靶區(qū)實際的地層結構、厚度及不同類型儲層的巖石物理參數（表1），為建立符合研究靶區(qū)實際地層結構及儲層巖石物理特征的地震地質模型提供基礎數據。在此基礎上，通過改變儲層發(fā)育特征，開展薄儲層辨識機理研究，明確儲層變化與地震波場響應特征變化之間的關系及其規(guī)律，充分挖掘地震波場信息中所蘊含的薄儲層信息，為實際資料中針對薄儲層的預測提供依據和指導。

2.1 基于薄層疊加樣式的模型正演

據前文所述，彭州地區(qū)雷四上、下段儲層縱向疊加樣式存在差異，這為不同儲層結構的模型正演提供了依據，因為不同結構地震響應機理只有采用針對性的模型設計，才能更好地模擬薄層地震響應特征。

2.1.1 上儲層段——基于薄層縱向聚散類型的模型正演

彭州地區(qū)雷四段上儲層段薄儲層大致分為3類：①薄儲層局部聚集類型；②薄儲層相對分散；③薄儲層均勻分布在上儲層段。不同情況下的薄儲層模型如圖3所示。薄儲層累加厚度15 m，單層厚度為1～2 m，考慮儲層發(fā)育類型為Ⅱ類儲層，地層結構、厚度及儲層巖石物理參數見表1。以不考慮儲層發(fā)育時的地層結構模型（圖3a）的正演模擬結果為參照標準，對比分析上儲層段在不同薄儲層發(fā)育情況下的地震響應特征。

為了能夠獲得更加符合實際的地震波場傳播規(guī)律，采用有限差分波動方程正演模擬方式，正演模擬網格為1 m×1 m，正演模擬觀測系統(tǒng)及子波選取參照該區(qū)實際野外采集參數及子波特征，采用炮間距50 m、道間距50 m、排列長度4500 m、采樣間隔1 ms和雷克子波進行正演模擬，獲得不同儲層發(fā)育情況下的正演模擬炮集記錄，并利用Kirchhoff疊前深度偏移成像方法進行數據處理得到偏移剖面。圖4為上儲層段在不同薄儲層結構及不同主頻下正演模擬得到的偏移剖面（文中只給出了目的層段的記錄，并將目的層段第一個點標記為0，地震記錄顯示的為相對時間，下同），當激發(fā)子波主頻低于30 Hz時，圖4a所示地震剖面上馬一段頂（圖中綠色線）和雷四段頂（圖中紅色線）不能分開，綜合表現為強波谷反射特征（T6），當激發(fā)子波主頻大于40 Hz時，馬一段頂和雷四段頂在地震剖面上能夠分開；圖4b到圖4d為考慮上儲層段發(fā)育不同特征薄儲層時的正演模擬結果，與不同子波主頻下地層結構的正演模擬結果相比，考慮

上儲層發(fā)育時，在常規(guī)頻帶（25～30 Hz）下T6 界面下的波谷特征變化為波谷—弱峰反射特征，隨著主頻增加（40～60 Hz）T6界面下波谷—波峰特征及能量變化更加明顯。在相同子波主頻下，不同薄儲層結構所引起的T6界面下波谷—波峰能量不同，T6 界面下波谷—波峰能量強弱依次為薄儲層聚集型、分散型和均勻分布型，如圖5所示。

表1 川西雷口坡組目的層段地層結構及巖石物理參數

圖3 上儲層段不同情況下薄儲層模型

圖4 上儲層段在不同薄儲層結構及不同主頻下的地震響應特征

圖5 上儲層段在不同薄儲層結構及不同主頻下的地震響應波形疊合顯示

圖6 主頻25 Hz時上儲層段不同類型薄儲層在不同厚度情況下的地震響應波形疊合顯示

圖6給出了在主頻25 Hz情況下，上儲層段不同類型薄儲層厚度變化時對應的波形特征。由圖6可以看出，相同類型儲層越厚、相同厚度儲層物性越好，T6界面下波谷—波峰特征越明顯、能量越強。基于上儲層段正演模擬結果可知，上儲層段儲層發(fā)育主要引起T6界面下波谷—波峰反射特征，其波形特征變化的明顯程度受上儲層段發(fā)育的薄儲層結構、厚度和儲層發(fā)育類型的綜合影響。

2.1.2 下儲層段——基于薄層物性、厚度空間變化的模型正演

依據已鉆井下儲層段薄儲層發(fā)育特征建立模型（圖7），在橫向上考慮下儲層段物性變化（粉色為Ⅱ類儲層、藍色為Ⅲ類儲層）、厚度變化及空間組合特征變化，分為18種情況，如圖7a所示。圖7b為同時考慮上儲層段與下儲層段薄儲層發(fā)育模型，基于不同主頻正演模擬結果開展下儲層段儲層發(fā)育及上、下儲層段薄儲層同時發(fā)育時的地震響應特征研究。

僅考慮下儲層段發(fā)育不同類型薄儲層模型的正演模擬結果如圖8所示。與地層結構正演模擬結果相比，常規(guī)頻帶（25～30 Hz）下下儲層段儲層響應綜合表現為T6界面下明顯的波谷—強波峰特征（圖中綠色線所示，層位T2l34），提取T2l34上、下10 ms時窗范圍內最大波峰振幅曲線，如圖9所示。從圖9可以看出，波峰振幅的大小與下儲層段薄儲層發(fā)育厚度、儲層發(fā)育類型、薄儲層結構具有很好的相關性，總的來看儲層厚度越大、薄層越密集、儲層物性越好，對應T2l34波峰振幅越大（圖9a、圖9b）。因此，實際資料中可以借助T2l34波峰振幅的強弱變化對下儲層段進行定性識別。隨著激發(fā)子波主頻增加，薄儲層內部發(fā)育結構的地震響應特征逐漸凸顯出來，下儲層段由波峰綜合響應特征變化為復合波的地震響應特征，復合波的特征代表不同的薄儲層結構，此時波峰能量變化特征與常規(guī)頻帶下波峰能量不同，如圖9d至圖9e所示。當主頻達到50 Hz時，可以在地震剖面上對下儲層段儲層的頂、底進行有效識別，圖8d中紅色線為下儲層段的頂界面、綠色線為下儲層段的底界面；當主頻達到60 Hz時，可以對下儲層段薄儲層的內幕結構進行一定的判識，如圖8e中藍色線所示。

圖7 考慮上、下儲層段發(fā)育不同薄儲層情況的模型

圖8 不同子波主頻激發(fā)下不同類型薄儲層模型正演模擬結果（僅考慮下儲層段）

圖9 僅考慮下儲層段發(fā)育時不同主頻正演模擬結果T2 l34 波峰能量變化曲線

圖10 不同子波主頻激發(fā)下不同類型薄儲層模型正演模擬結果（上、下儲層段同時發(fā)育）

圖10為上、下儲層段儲層同時發(fā)育時不同子波主頻下的正演模擬結果。與僅考慮下儲層段儲層發(fā)育時的正演模擬結果對比可知，常規(guī)頻帶（25～30 Hz）下，兩者波形特征十分相似，這也是實際資料中上、下儲層段薄儲層識別的難點所在，此種頻帶范圍內很難從波形特征上對上、下儲層段進行識別，通過波形的疊合顯示和波形特征差異化分析可知，二者在能量上存在細微差別，如圖11a、圖11b 所示，在T6界面下0～15 ms范圍內，僅考慮上儲層段儲層發(fā)育時波形能量低于地層結構的波形能量，僅考慮下儲層段儲層發(fā)育時波形能量高于地層結構的波形能量（圖11a中25 Hz和30 Hz波形曲線），可見，下儲層段的存在弱化了上儲層段發(fā)育時的振幅異常。上、下儲層段儲層同時發(fā)育時T6界面下0～15 ms范圍內波形能量介于地層結構與僅考慮上儲層段儲層發(fā)育時波形能量之間（圖11b 中25 Hz和30 Hz波形曲線），將上、下儲層段同時發(fā)育與僅下儲層段發(fā)育時正演結果進行相減，可以看出，在T6界面下0～15 ms范圍內存在一個明顯的波谷異常（圖11c），這就是隱含在綜合地震響應中上儲層段儲層的信息。分析時窗過小振幅異常變化不明顯，時窗過大就會包含下儲層段儲層的信息，因此，實際資料中上儲層段主要借助于T6界面下0～15 ms時窗范圍內波谷能量異常進行定性識別。

圖11 不同子波主頻激發(fā)下不同類型薄儲層模型正演模擬結果波形特征對比

當子波主頻為40 Hz時，從地震剖面上可以明顯看出上儲層段與下儲層段儲層的地震反射特征（圖10c），此時下儲層段的發(fā)育仍然對上儲層段的反射特征存在較大影響（圖11b中40 Hz曲線），隨著地震子波主頻進一步增加，上、下儲層段在地震剖面上的反射特征更加明顯，上、下儲層段之間的相互干涉作用進一步減弱，當子波主頻達到60 Hz時，上、下儲層段的地震響應徹底分開（圖11b中60 Hz曲線，T6界面下0～15 ms時窗范圍內藍色線與紫色線完全重合），此時上、下儲層段能夠完全分辨，且可以對下儲層段的內幕結構進行定性—半定量識別。

2.2 薄儲層地震識別模式

綜合不同儲層發(fā)育情況下不同主頻正演模擬結果，可將雷四上亞段上、下儲層段的地震響應及變化規(guī)律按照常規(guī)頻帶和高頻帶歸納總結，從而建立雷四上亞段薄儲層在不同頻帶范圍內的地震識別模式（表2），為薄儲層在不同頻帶范圍內的精準識別提供依據和指導。

表2 川西雷口坡組雷四上亞段薄儲層地震識別模式

3 基于地震識別模式的薄儲層預測

圖12 基于儲層識別模式的上（a）、下（b）儲層段薄儲層預測結果

依據正演模擬結果建立的上、下儲層段薄儲層的地震識別模式，對彭州地區(qū)雷四上亞段上、下儲層進行了定性識別和預測，結果如圖12所示。圖12a為基于T6界面下0～15 ms時窗范圍內的最大波谷振幅對上儲層段薄儲層的識別結果，從平面上來看，上儲層主要分布在PZ113井和PZ1井附近，該時窗內波谷振幅由大至小的井依次為PZ113、PZ1、YaS1和PZ103井，從4口鉆井得到的儲層特征來看，各井鉆遇儲層的累計厚度相當，但薄儲層的結構差異較大，PZ113井薄儲層發(fā)育最為集中，平面上對應波谷振幅也最強，PZ103井薄儲層最分散，對應的波谷振幅最弱，與正演模擬結果認識一致，正演結果與實際資料的特征相互印證，進一步表明了利用T6界面下0～15 ms時窗范圍內的最大波谷振幅預測上儲層段的有效性。

圖12b為提取的T2l34上、下10 ms范圍內最大波峰振幅屬性切片。由圖12b可見，波峰振幅由強至弱的井依次為YaS1、PZ1、PZ113 和PZ103 井，下儲層段鉆遇儲層累計厚度由大至小的井依次為PZ103（42.9 m/19 層）、YaS1（38.9 m/24 層）、PZ1（34.6 m/15層）和PZ113井（26.8 m/19層），除了PZ103井累計厚度相對大但波峰振幅不是最強外，其余3口井的薄儲層累計厚度與波峰振幅大小正相關，與正演結果一致。PZ103井厚度最大但振幅屬性不是最強，分析可能有兩種原因：一是PZ103井下儲層為氣水同層，流體對振幅可能產生影響；二是PZ103 井下儲層段薄儲層相對較分散，使得T2l34界面波峰振幅較弱，與正演結果并不矛盾。因此，可以利用T2l34上、下10 ms范圍內的波峰振幅大小對下儲層段的發(fā)育情況進行定性預測。

地震波形是一系列薄層組合調諧的結果，本文基于薄層在波形中的位置分析屬性差異僅是薄層預測的初步方法之一，伴隨該區(qū)鉆井的不斷實施，以多個鉆井儲層段波形樣本為約束，基于波形差異的地震反演應是下一步該區(qū)薄層定量預測的重要研究方向[16-17]，基于上述辨識機理研究結論，在彭州地區(qū)針對雷口坡組薄儲層開展的波形指示反演取得了較好效果，受篇幅所限不予闡述。

4 結論

1）采用“先分后合、分段剝離”的辨識機理分析思路，從復合的地震響應中“剝離”出兩套儲層的地球物理響應特征差異，建立地震識別標志和識別方法；解決了存在地層結構強反射界面干擾且兩套薄儲層反射特征相互干涉情況下的薄儲層識別的技術難題，夯實了兩套薄儲層精準預測的基礎。

2）探討了不同主頻情況下兩套薄儲層的地震識別能力。當主頻小于30 Hz時，上、下儲層表現為“一谷一峰”復合波反射特征，可以根據波形特征的變化對兩套儲層段進行定性識別；當主頻達到40 Hz時，從波形上可以實現上、下兩套儲層地震響應特征的區(qū)分和定性識別；當主頻達到60 Hz時，上、下儲層段的地震響應徹底分開，從波形特征上可以實現對上、下儲層及儲層的內部結構進行定性-半定量的識別。

3）基于不同主頻情況下兩套薄儲層的地震識別能力的探討，為該區(qū)基礎資料品質提升指明了攻關方向，高分辨率三維重采集、高分辨率疊前及疊后處理是提高薄儲層識別能力的關鍵；同時，基于辨識機理的分析可知，地震波形蘊含豐富的薄層信息，以井旁波形樣本為約束，開展基于地震波形差異的地震反演應是下一步該區(qū)薄層定量預測的重要方向。