丁博釗 孫贊東 蔡加銘 王亞靜 朱興卉 徐麗軍

（①東方地球物理公司研究院，河北涿州072750；②東方地球物理公司海洋物探處，天津300457；③東方地球物理公司采集技術(shù)研究中心，河北涿州072750）

0 引言

髙石梯地區(qū)震旦系燈影組四段（簡(jiǎn)稱“燈四段”）白云巖儲(chǔ)集層溶蝕孔、洞發(fā)育，上覆蓋層為寒武系筇竹寺組碎屑巖，橫向速度變化大，導(dǎo)致儲(chǔ)集層地震響應(yīng)特征多解性強(qiáng)，內(nèi)部層序難以準(zhǔn)確刻畫(huà)。常規(guī)疊加資料由于受AVO效應(yīng)以及動(dòng)校拉伸的影響，振幅信息的準(zhǔn)確性不夠高，且分辨率較低，難以滿足研究需求。

在二十世紀(jì)八十年代，俞壽朋等［1］通過(guò)多項(xiàng)式擬合、Radon變換等處理手段提取零入射角道信息，克服了常規(guī)疊加地震資料缺陷。但這些擬合方法在提高資料分辨率的同時(shí)又降低了信噪比，并且多次波干擾嚴(yán)重。二十世紀(jì)九十年代，李慶忠［2］通過(guò)剔除擬合法，擬合出不含動(dòng)校拉伸、不含多次波的縱波剖面，但需要對(duì)剔除量、擬合方次等參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，計(jì)算周期較長(zhǎng)，在實(shí)際生產(chǎn)中并未大范圍推廣。隨著AVO反演技術(shù)的推廣，純縱波資料更多的是作為求取波阻抗的過(guò)程產(chǎn)物，其本身在實(shí)際勘探中的應(yīng)用并未受到足夠重視，特別是在復(fù)雜碳酸鹽巖油氣藏勘探開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用鮮有文獻(xiàn)提及。

為了提高髙石梯地區(qū)燈四段地震資料反射品質(zhì)，消除上覆層速度變化帶來(lái)的影響，落實(shí)層序界面和儲(chǔ)層厚度，本文基于疊前彈性反演方法，開(kāi)展了純縱波資料的提取及應(yīng)用，取得了很好的效果。

1 研究區(qū)概況

髙石梯地區(qū)位于四川盆地中部（簡(jiǎn)稱“川中”）古隆起的東高點(diǎn)，是震旦紀(jì)以來(lái)的疊隆區(qū)［3］。震旦系白云巖巖溶儲(chǔ)層為臺(tái)地邊緣丘灘相沉積，經(jīng)歷了復(fù)雜的沉積及改造過(guò)程。

桐灣運(yùn)動(dòng)和加里東運(yùn)動(dòng)在髙石梯地區(qū)形成多組北西向及北東向直立斷層，為大氣淡水下滲及深層熱液上移提供了良好通道，也使髙石梯地區(qū)在震旦紀(jì)─二疊紀(jì)處于古地貌高部位［3］。在燈影組沉積時(shí)期，高石梯地區(qū)經(jīng)歷了桐灣一幕、二幕構(gòu)造活動(dòng)（分別對(duì)應(yīng)燈影組二段、四段沉積末期），先后遭受抬升、剝蝕和淡水淋濾作用［4-7］，形成大面積風(fēng)化殼巖溶儲(chǔ)層。此外，在燈四段沉積過(guò)程中出現(xiàn)短期沉降事件，將燈四段分為上、下亞段兩個(gè)四級(jí)層序。其中，燈四段上亞段受到短期同生/準(zhǔn)同生成巖─巖溶作用、長(zhǎng)期的風(fēng)化淋濾作用以及多期的熱液溶蝕作用的多重改造［6，8］，是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育層段。

燈四段埋深超過(guò)5000m，巖性為灰色藻疊層、藻凝塊白云巖。燈影組上覆寒武系筇竹寺組碎屑巖蓋層厚度為30～100m。蓋層泥質(zhì)含量橫向變化大，相變頻繁。

由于高石梯地區(qū)燈四段特有的儲(chǔ)、蓋層形成條件，在儲(chǔ)層研究過(guò)程中主要面臨下述三個(gè)問(wèn)題。

（1）常規(guī)疊加地震資料難以準(zhǔn)確反映儲(chǔ)、蓋層之間阻抗差異。致密白云巖具有較高的速度和密度，若溶蝕孔、洞發(fā)育，則其波阻抗值下降，從而與上覆蓋層之間的波阻抗差減小，導(dǎo)致反射波能量相對(duì)變?nèi)酢睦碚撋现v，根據(jù)燈四段上亞段頂面地震反射振幅的強(qiáng)弱即可預(yù)測(cè)其物性，但實(shí)際上：①該區(qū)為典型的白云巖巖溶儲(chǔ)層，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層多發(fā)育溶洞、溶蝕孔及晶間孔，并依靠裂縫溝通形成溶蝕縫洞體，溶蝕縫洞體的規(guī)模遠(yuǎn)小于灰?guī)r巖溶儲(chǔ)層，其地震響應(yīng)特征并不明顯，難以形成類(lèi)似于塔里木盆地奧陶系灰?guī)r巖溶的“串珠”狀地震強(qiáng)反射［9-10］；②大面積的風(fēng)化淋濾作用使白云巖巖溶儲(chǔ)層在研究區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育，但優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層與一般儲(chǔ)層的物性差異并不明顯。因此，現(xiàn)有的疊加資料由于受AVO效應(yīng)的影響而振幅失真，不能很好地反映儲(chǔ)層物性之間的細(xì)微差異，難以滿足研究區(qū)儲(chǔ)層精細(xì)研究的需要。

（2）蓋層巖性的橫向變化增加了儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的難度。由于構(gòu)造變動(dòng)頻繁，研究區(qū)內(nèi)筇竹寺組碎屑巖蓋層泥質(zhì)含量橫向差異較大，速度橫向變化大，導(dǎo)致儲(chǔ)層與蓋層之間存在不同的波阻抗差異，即形成不同的振幅反射（圖1）。如果按照統(tǒng)一的地震反射特征判斷儲(chǔ)層物性，則容易誤判。因此，蓋層的準(zhǔn)確分區(qū)對(duì)其下伏儲(chǔ)層的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)至關(guān)重要。

圖1 蓋層速度變化導(dǎo)致下伏儲(chǔ)層頂界面不同反射特征

（3）常規(guī)地震資料不能滿足該區(qū)燈四段層序劃分需求。由于高石梯地區(qū)燈影組為臺(tái)地邊緣丘灘相沉積，層序研究對(duì)認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層的宏觀發(fā)育規(guī)律至關(guān)重要。受資料條件的限制，前期未對(duì)燈四段內(nèi)部層序開(kāi)展深入研究，特別是不清楚燈四段上亞段的展布特征，直接影響了高產(chǎn)井地震—地質(zhì)模式的建立以及開(kāi)發(fā)鉆井工藝的選擇。如何開(kāi)展高精度層序研究，特別是在全區(qū)準(zhǔn)確識(shí)別燈四段上、下亞段層序界面顯得尤為重要。疊加資料受動(dòng)校拉伸的影響，分辨率低，難以滿足這一需求。

王靖等［11］、孫秀華等［12］的研究 表明，相對(duì) 于常規(guī)疊加地震資料，純縱波地震資料具有分辨率高、保幅性好等優(yōu)勢(shì)。為此，本文利用純縱波地震資料解決上述問(wèn)題，以期為高石梯地區(qū)復(fù)雜碳酸鹽巖儲(chǔ)層研究提供了新的思路，獲得新的認(rèn)識(shí)。

2 純縱波的提取

2.1 方法原理

Zoeppritz方程解近似為

式中：RPP代表不同入射角θ對(duì)應(yīng)的縱波反射系數(shù)；VP、VS和ρ分別為平均縱波速度、橫波速度和密度；ΔVP、ΔVS和Δρ分別為界面上、下的縱波速度、橫波速度和密度的差值。

假定VP1、VS1和ρ1為第一層介質(zhì)的縱波速度、橫波速度和密度，VP2、VS2和ρ2為第二層介質(zhì)的縱波速度、橫波速度和密度，則

式（1）描述了地震波反射系數(shù)與入射角、彈性參數(shù)（密度、速度等）的關(guān)系。當(dāng)入射角小于30°且ΔVP/VP也較小時(shí)，可省略式（1）等號(hào)右邊第三項(xiàng)，改寫(xiě)成關(guān)于sin2θ的線性方程，即

工業(yè)界通常使用式（3）求取純縱波信息。將地震數(shù)據(jù)每個(gè)采樣點(diǎn)振幅與sin2θ擬合，即可獲得AVO截距P，可近似為純縱波RP。但是由于式（3）省略了式（1）等號(hào)右邊的第三項(xiàng)，因此只適合θ小于30°的情況。隨著θ增加，RP求解精度降低。

本文采用的純縱波提取方法是將式（1）進(jìn)行重組、調(diào)整后形成新的方程［13-14］，再通過(guò)奇異值分解法求解新方程，得到純縱波信息。具體求解過(guò)程如下。

新方程為

式中RP、RS和RD分別代表零入射角縱波、橫波和密度信息。

將保幅偏移后的共成像點(diǎn)道集分角度疊加，分別得到RPP1、RPP2、RPP3三個(gè)地震數(shù)據(jù)體（分別包含近、中、遠(yuǎn)道信息）。將其作為輸入數(shù)據(jù)，可得到矩陣方程

為了得到一個(gè)線性矩陣以便于求解，需要給定該地區(qū)巖石縱橫波速度比值。目前已知地下常見(jiàn)巖石的縱橫波速度比大多為1.8～2.2［15-16］，因此假設(shè)VS/VP＝0.5。在已知入射角θ以及RPP1、RPP2、RPP3（由地震記錄得到）的條件下，即可通過(guò)奇異值分解法求解該矩陣，求得RP。

純縱波RP數(shù)據(jù)為近似于零入射角（自激自收）的縱波信息，因而消除了AVO效應(yīng)，避免了由于疊加造成的振幅失真及分辨率降低的影響。用它代替原有的疊加資料應(yīng)用于地震資料解釋，不僅具有更高的地震視分辨率，同時(shí)具有更好的相對(duì)保幅性，因此在求取純縱波信息過(guò)程中，對(duì)反演道集的保幅性有更高要求。本文采用的純縱波反演道集，均以高分辨率、高保真地震資料處理以及高精度地震偏移為前提［17］，同時(shí)以準(zhǔn)確的巖石物理分析為保障，因此求取的純縱波數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確表征縱波零角度入射時(shí)的反射特征，更好地應(yīng)用于實(shí)際地震資料解釋。

2.2 純縱波地震資料效果

在原有常規(guī)疊加地震剖面（圖2a左）上，鉆井位置存在地震反射特征與實(shí)際速度資料相矛盾的現(xiàn)象。GS6井與GS7井間距離為8km，兩口井的儲(chǔ)層段縱波速度差異不大，分別為6773m/s和6705m/s；但蓋層段由于泥質(zhì)含量差別大，縱波速度差異明顯，分別為4064m/s和5541m/s。因此，GS6井的儲(chǔ)、蓋層之間波阻抗差值比GS7井大。從理論上講，GS6井反射波振幅應(yīng)該更強(qiáng)，但實(shí)際上，GS6井的振幅略弱于GS7井。而純縱波地震剖面（圖2b左）能正確地反映這種關(guān)系。

相較于常規(guī)疊加地震資料，純縱波資料燈四段頂面反射波峰的能量橫向變化更為明顯，更加真實(shí)地反映出蓋層巖性的橫向變化，可更好地用于儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。

另外，純縱波資料避免了動(dòng)校拉伸對(duì)分辨率造成的影響，能夠恢復(fù)地震數(shù)據(jù)原有的分辨率。純縱波資料燈四段主頻達(dá)到43Hz（圖2b右），較常規(guī)資料分辨率（主頻為35 Hz，圖2a右）明顯提高；同相軸增多且連續(xù)性更好，所反映的地質(zhì)細(xì)節(jié)更豐富（圖2藍(lán)色矩形框所示）。

圖2 過(guò)井地震剖面（左）及燈影組燈四段主頻（右）對(duì)比

3 純縱波資料的應(yīng)用

3.1 蓋層分區(qū)及儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

研究區(qū)蓋層泥質(zhì)含量的橫向變化對(duì)下伏儲(chǔ)層地震反射特征影響明顯，因此儲(chǔ)層預(yù)測(cè)需要準(zhǔn)確劃分高、低速蓋層區(qū)。

蓋層筇竹寺組埋藏深度超過(guò)4000m，地震波在傳播過(guò)程中，高頻部分因地層吸收而衰減較多，而低頻信號(hào)具有更強(qiáng)的穿透力，在反映深層大套地層間接觸關(guān)系時(shí)更具優(yōu)勢(shì)［18］。由圖2可知純縱波資料可以更好地反映儲(chǔ)、蓋層之間的阻抗差異，因此本文將純縱波資料作為研究的基礎(chǔ)資料。

通過(guò)頻譜分析，可以確定蓋層段頻譜范圍為5～80Hz。采用8～30Hz的帶通濾波器可得到低—中頻數(shù)據(jù)體。從圖3可以看出，低—中頻體剖面能夠清晰反映筇竹寺組蓋層的橫向變化，并可見(jiàn)地層呈明顯的雙向交錯(cuò)、疊置現(xiàn)象，更加符合該地區(qū)雙向物源供給的沉積背景［19-20］。

通過(guò)地震地質(zhì)層位標(biāo)定發(fā)現(xiàn)，筇竹寺組蓋層的振幅越強(qiáng)，對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)、蓋層阻抗差異越大，蓋層速度越低。因此，可通過(guò)提取中—低頻體中蓋層段均方根振幅以劃分高、低速區(qū)。從圖4a可見(jiàn)，蓋層低速區(qū)（強(qiáng)振幅）與高速區(qū)（弱振幅）均呈片狀分布，反映出物源差異造成的蓋層泥質(zhì)含量的不同［19-20］。

統(tǒng)計(jì)工區(qū)內(nèi)現(xiàn)有11口井的蓋層段伽馬（GR）平均值（圖4b）發(fā)現(xiàn)，自北向南，GR平均值呈遞增趨勢(shì)，與振幅屬性所反映的變化規(guī)律相吻合。

結(jié)合蓋層沉積環(huán)境分析，最終可以確定低速蓋層區(qū)的大致范圍（圖4b）。在這些區(qū)域內(nèi)，地震屬性特別是振幅類(lèi)屬性，可以作為儲(chǔ)層預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)的依據(jù)。

圖3 過(guò)GS6井低—中頻體純縱波地震剖面

圖4 筇竹寺組蓋層區(qū)劃分結(jié)果

以GS6井、GS10井兩口生產(chǎn)井所在的Ⅰ區(qū)為例（圖4b），采用相同時(shí)窗（燈四段頂～下移5ms），從純縱波資料和常規(guī)疊加資料分別提取代表儲(chǔ)層物性的均方根振幅屬性（圖5）。在純縱波資料（圖5b）中顯示為能量團(tuán)塊的部分區(qū)域，在常規(guī)資料（圖5a）上未見(jiàn)顯示或僅見(jiàn)微弱顯示，特別是GS10井所在位置，在常規(guī)資料（圖5a橢圓框內(nèi)）上未顯示出強(qiáng)能量團(tuán)塊，與實(shí)鉆揭示的GS10井的儲(chǔ)層較發(fā)育特征明顯不符。可見(jiàn)在筇竹寺組蓋層巖性變化劇烈的地質(zhì)背景下，利用純縱波資料研究不同蓋層條件（分區(qū)）下的儲(chǔ)層發(fā)育特征，結(jié)果更為合理、可靠。

3.2 燈四段內(nèi)部層序界面識(shí)別

圖6為過(guò)GS2井的一條斜交臺(tái)緣的任意線剖面。常規(guī)疊前時(shí)間偏移剖面燈四段內(nèi)部的同相軸為近平行結(jié)構(gòu)。前人根據(jù)GS2井的標(biāo)定結(jié)果，將燈四段頂之下第一個(gè)波峰確定為燈四段上、下亞段之間的分界面（圖6a）。純縱波剖面（圖6b）分辨率明顯高于常規(guī)疊前時(shí)間偏移剖面（圖6a），能夠更清晰地呈現(xiàn)上超、削截等地層接觸關(guān)系，層序界面更加清晰、易于解釋。

圖5 低速蓋層區(qū)（Ⅰ區(qū)）儲(chǔ)層均方根振幅屬性對(duì)比

圖6 燈四段上、下亞段層序界面不同解釋方案對(duì)比

根據(jù)純縱波地震資料的波組特征，本文認(rèn)為燈四段上、下亞段之間的分界面并非平行于燈四段頂、底的同相軸，而是一個(gè)在燈四段內(nèi)部、傾向盆地方向的、略具階梯狀特征的傾斜界面，對(duì)應(yīng)一組斜交于燈四段頂、底的弱波峰，這與前人劃分方案差異較大。

為了驗(yàn)證本文劃分方案的合理性，利用兩套資料、兩種劃分方案對(duì)研究區(qū)燈四段上、下亞段之間分界面精細(xì)解釋，得到兩張形態(tài)迥異的燈四段上亞段時(shí)間域厚度圖（圖7）。通過(guò)對(duì)比可見(jiàn)，前人劃分方案求得的厚度規(guī)律與臺(tái)緣帶的沉積環(huán)境不吻合（圖7a），而本文劃分方案得到的厚度則具有明顯的由臺(tái)緣向臺(tái)內(nèi)逐漸變薄的特征（圖7b）。

首先，從區(qū)域沉積特征上看，髙石梯地區(qū)燈影組地層為典型的臺(tái)地邊緣相沉積。在燈四段沉積初期，也就是碳酸鹽巖臺(tái)地形成期，碳酸鹽生長(zhǎng)速率與海平面上升速率一致，表現(xiàn)為海侵體系域，形成加積型臺(tái)地邊緣。這個(gè)時(shí)期沉積環(huán)境相對(duì)不穩(wěn)定，易形成晶粒白云巖、凝塊狀白云巖及砂屑白云巖等貧藻類(lèi)巖石。而在燈四段沉積后期，海平面持續(xù)上升，碳酸鹽生長(zhǎng)速率大于可容納空間增長(zhǎng)速率，地層為向海進(jìn)積沉積，表現(xiàn)為高位體系域特征［21-22］。此時(shí)，沉積環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，易形成層紋狀白云巖、疊層狀白云巖、泡沫狀白云巖等富藻類(lèi)巖石。海侵體系域與高位體系域巖性及物性上的差異，形成了地震剖面上的燈四段上、下亞段之間的反射界面。純縱波資料的剖面解釋模式（圖6b）與Emery等［23］提出的碳酸鹽臺(tái)地模式形態(tài)（圖8）相吻合。

其次，從已鉆井成果看，位于臺(tái)緣附近的GS3井、GS9井以及GS6井燈四段上亞段厚度明顯較大，而臺(tái)內(nèi)的GS8井、GS10井以及GS2井燈四段上亞段厚度則較?。▓D7b）。

再次，可以根據(jù)6口井的測(cè)井曲線（圖9）分析合理性?？紤]GR曲線對(duì)巖性的敏感性以及層序分析的需要，本文首先對(duì)GR曲線進(jìn)行低通濾波處理，并將各井曲線沿?zé)粲敖M頂部拉平、對(duì)齊（圖9）?？梢钥闯?，位于臺(tái)地內(nèi)的三口井（GS8井、GS10井、GS2井）GR曲線形態(tài)較為相似，具代表加積特征的箱型—鐘型，對(duì)應(yīng)為海侵體系域。分布在臺(tái)緣附近的三口井（GS3井、GS9井、GS6井）GR曲線特征更為相似，具代表前積特征的漏斗型，對(duì)應(yīng)為高位體系域。將各井GR較高值位置作為海侵體系域與高位體系域之間的界面，即為燈四段上、下亞段之間的分界面。

圖7 不同劃分方案求取的燈四段上亞段時(shí)間厚度對(duì)比

圖8 碳酸鹽巖臺(tái)地邊緣沉積模式（據(jù)Emery等［23］修改）

圖9 部分鉆井自然伽馬曲線連井對(duì)比

從層序界面劃分結(jié)果可以看出，在燈四段地層整體厚度變化不大的前提下，海侵體系域地層厚度由臺(tái)緣向臺(tái)內(nèi)呈明顯增大趨勢(shì)，而高位體系域地層厚度則明顯減小，最大海泛面逐漸抬升，這也與經(jīng)典的碳酸鹽臺(tái)地邊緣沉積模式（圖8）相吻合。

由上述可見(jiàn)，無(wú)論沉積特征分析，還是測(cè)井曲線對(duì)比，都可以證明層序新劃分方案的合理性。

資料品質(zhì)直接影響地質(zhì)認(rèn)識(shí)，純縱波資料的應(yīng)用，對(duì)重新認(rèn)識(shí)燈四段上、下亞段的沉積與儲(chǔ)層特征具有重要意義，并為該區(qū)開(kāi)發(fā)方案的優(yōu)化提供參考。根據(jù)本文研究成果，建議在臺(tái)緣帶燈四段上亞段沉積厚度較大地區(qū)，可實(shí)施大斜度鉆井，以較低的成本鉆遇更多的儲(chǔ)層；在臺(tái)內(nèi)燈四段上亞段較薄區(qū)，可在儲(chǔ)層優(yōu)選的基礎(chǔ)上采用水平井工藝，以提高單井產(chǎn)量［24］。

4 結(jié)論

（1）純縱波資料能夠消除AVO效應(yīng)、有效避免疊加造成的振幅失真，正確反映儲(chǔ)、蓋層的阻抗差異，儲(chǔ)層預(yù)測(cè)更加準(zhǔn)確。

（2）純縱波資料揭示了高石梯地區(qū)筇竹寺組蓋層雙向交錯(cuò)沉積特征以及蓋層巖性的橫向變化。利用純縱波資料分區(qū)研究不同蓋層條件下的儲(chǔ)層發(fā)育特征是更為合理、可靠的方案。

（3）純縱波資料能夠減小動(dòng)校拉伸造成的影響，恢復(fù)地震資料本身固有的分辨率，清晰反映了燈四段上、下亞段之間分界面及燈四段內(nèi)部沉積層序，本文新的界面劃分方案可為開(kāi)發(fā)井部署提供參考。