駱帥兵, 張 莉, 趙裕輝, 鄧 煒, 雷振宇, 帥慶偉

(1.自然資源部海底礦產(chǎn)資源重點實驗室，廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣州 510075；2.英得賽斯科技(北京)有限公司，北京 100000)

0 引言

目前國外油氣公司在北康盆地已有數(shù)口鉆井，且發(fā)現(xiàn)油氣田。根據(jù)前人對該盆地的油氣資源評價可知，北康盆地具有很好的油氣地質(zhì)條件[1-5]，初步估算該盆地油氣資源潛力巨大。

海上油氣勘探具有高成本、高風險性，因此，精準預測儲層及含油氣層具有重要的勘探開發(fā)實際意義。然而，利用地震資料來開展優(yōu)質(zhì)儲層預測及含油氣性檢測是一項綜合性強、與實際資料聯(lián)系緊密的工作[6-7]，隨著地震反演技術(shù)的發(fā)展，加入巖石物性參數(shù)進行儲層預測與含流體檢測成為油氣勘探中儲層品質(zhì)及含油氣性判別的主要研究方向。對此，前人做了各方面大量研究，Zoeppritz提出了反射系數(shù)公式，在此基礎上國內(nèi)、外眾多學者提出了其簡化式[8-9]；Fatti[10-14]提出了利用縱橫波阻抗表示的縱波反射系數(shù)方程，該方程廣泛運用于油氣勘探階段；Russell[15-19]基于Gassmann模型提出了反映孔隙流體類型的指示因子，并推導了基于該指示因子的反射系數(shù)方程；Zong等[12-14]基于縱波反射系數(shù)顯示方程，實施了界面兩側(cè)縱橫波速度、密度等六參數(shù)非線性直接反演；印興耀等[6-7,20]提出了基于流體彈性阻抗方程的孔隙流體參數(shù)疊前反演方法；印興耀等[6-7]提出利用Connolly彈性阻抗方程從三個角度反演結(jié)果中提取縱、橫波速度和密度參數(shù)的方法，并得到縱、橫波阻抗、拉梅常數(shù)、泊松比等巖性參數(shù)，從而對地下儲層的分布情況以及含油性做出預測[6-7,10-11,13,15-17,20]。在實際油氣勘探過程中，前人的研究主要基于測井以及巖石物理進行反演預測，而對于無測井資料的情況，一般采用高精度速度層析獲取低頻模型，由于速度精度有限，難以達到高精度含油氣性預測的要求，或是考慮了不同巖性以及流體的影響，構(gòu)建了虛擬井，虛擬井與實際觀測數(shù)據(jù)吻合良好，可用于AVO反演。但現(xiàn)有的地震反演方法，對最大地震數(shù)據(jù)入射角以及測井數(shù)據(jù)完備性具有較高要求，因此，筆者采用不同于前人無井反演的研究思路，根據(jù)研究區(qū)內(nèi)地震數(shù)據(jù)與測井資料均較為匱乏的情況，提出了針對南海南部北康海域的儲層預測與流體檢測方法。

鑒于常規(guī)方法針對性不足，儲層預測與流體識別精度不高的問題，提出利用彈性參數(shù)重構(gòu)的方法，引入彈性參數(shù)旋轉(zhuǎn)角，構(gòu)建了新的儲層與流體指示因子，指示因子對測井以及地震數(shù)據(jù)的依賴度較低，測井資料分析表明本文構(gòu)建的指示因子，可以較好地區(qū)分有利儲層與含油氣層。結(jié)合地震反演開展南海北康海域儲層預測與含油氣性檢測，實際數(shù)據(jù)反演檢測結(jié)果與鉆井結(jié)果吻合，表明提出的方法具有一定的實用性。該方法首次在北康盆地應用，有望對以后南海南部油氣預測起到一定的幫助。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 Location of study area

北康盆地位于南海南部的南沙地塊上，屬于南沙中部海域，北以斷裂帶、低隆起以及3 000 m等厚線與南薇西、南薇東盆地相隔，西南以廷賈斷裂與曾母盆地相鄰，東部以南沙海槽西北緣斷裂為界[21-24]。盆地總面積約63 000 km2，主體位于1 000 m水深范圍內(nèi)(圖1)，盆地基底為前新生代變質(zhì)巖及酸性-基性火成巖，沉積了始新統(tǒng)以來的所有地層，最大沉積厚度超過12 000 m，是南沙中部海域具有良好油氣潛力的新生代沉積盆地[22]。盆地形成至今，隨南沙地塊經(jīng)歷了從華南陸緣裂離、漂移以及與曾母地塊拼接的過程，其中形成的T3界面為早中新世和中中新世的分界，是全區(qū)特征最為明顯的不整合界面，響應于南沙運動，為南沙地塊與婆羅洲地塊碰撞作用的結(jié)果[25-27]。T3界面之下晚漸新世-早中新世時，盆地整體處于淺海-半深海的環(huán)境，由于婆羅洲提供充足的沉積物源以及受海平面升降影響，盆地內(nèi)發(fā)育多套縱向疊置的三角洲-深水扇砂巖儲層，儲層厚度大，分布范圍廣，部分受海水沖刷作用，具有較高的孔滲性。該時期所發(fā)育的砂巖儲層是盆地油氣勘探的主要目的層[22,25-27]。

2 理論與方法

2.1 基礎反演算法

不同的巖石具有不同的物理性質(zhì)，該性質(zhì)與地震響應有著直接的關(guān)系，巖石物理分析是連接地震特征與巖石物性之間的有效橋梁。利用多種測井曲線和彈性參數(shù)繪制交會圖量版，可以優(yōu)選出對優(yōu)質(zhì)儲層、含油氣層敏感的彈性參數(shù)關(guān)系。

通過疊前同步反演[28-31]，獲得縱波阻抗(Zp)、橫波阻抗(Zs)和密度(Den)三維數(shù)據(jù)體，根據(jù)彈性參數(shù)之間的相互關(guān)系(廣義胡克定律)和巖石物理分析成果，計算出泊松比、剪切模量、指示因子等眾多巖性物性流體敏感彈性參數(shù)，形成巖性數(shù)據(jù)體、流體數(shù)據(jù)體。

疊前同步反演是從疊前CRP道集中同時反演出縱波阻抗(Zp)、橫波阻抗(Zs)和密度(Den)，是目前應用效果最好的疊前波阻抗反演技術(shù)。

Aki-Richards方程可以寫成Fatti方程[10，13-14]的形式：

RPP(θ)=c1RP+c2RS+c3RD

(1)

Δρ=ρ2-ρ1；ΔVP=VP2-VP1；

其中：ρ1、ρ2、VP1、VP2、VS1、VS2分別為上下界面的密度(Den)、縱、橫波速度，該方程存在一個很大的問題，就是這些系數(shù)在數(shù)量級上是不同的，這導致了在小角度時求解RS和RD不穩(wěn)定。

由于ZP、ZS和ρ三者之間存在著相關(guān)性[8-9,15-19]，因此利用這種關(guān)系消除上述問題。在背景為含水巖層的情況下，有如下趨勢關(guān)系：

ln(ZS)=ln(ZP)+ln(γ)

(2)

(3)

由上述關(guān)系，可以得到更一般的背景趨勢關(guān)系：

ln(ZS)=kln(ZP)+kC+ΔLS

(4)

ln(ρ)=mln(ZP)+mC+ΔLD

(5)

這樣Fatti方程可以寫成如下形式：

(6)

該方程比原來的Fatti方程有如下優(yōu)點：

1)各變量之間不關(guān)聯(lián)。

2)建立了含水巖層背景下各變量之間的區(qū)域巖石物理特征關(guān)系。

對變量ΔLS和ΔLD應用預白化處理，來控制反演的噪音水平。在實際處理過程中，不同子波可均衡不同角度部分疊加數(shù)據(jù)體之間振幅、頻率和相位差異，使反演結(jié)果更加準確。

2.2 指示因子構(gòu)建

Goodway[32]研究得出，一些常用的彈性參數(shù)(如體積模量、剪切模量和拉梅常數(shù))的相對變化可以用A與B的組合公式進行估計，從而用于區(qū)分巖性或流體。Whitcombe[33]指出不同彈性參數(shù)的坐標旋轉(zhuǎn)可以得到與流體高度相關(guān)參數(shù)，其對應的屬性能夠很好地擬合拉梅常數(shù)、體積模量等巖石彈性參數(shù)或者泥質(zhì)含量、孔隙度等儲層物性參數(shù)。Connolly[34]同樣指出，利用縱波阻抗(AI)，橫波阻抗(SI)替代logAI和logGI，也一樣可以擬合不同的彈性參數(shù),且相關(guān)性接近為1。

在常規(guī)方法僅使用縱橫波阻抗(Zp、Zs)組合的基礎上，我們引入旋轉(zhuǎn)角度的概念，構(gòu)建了新的指示因子，其數(shù)學表達式為：Y=Zp*cos(θ)+Zs*sin(θ)。

研究發(fā)現(xiàn)，新的指示因子隨著θ角度的改變而變化，且在不同的角度上可以與傳統(tǒng)的儲層或彈性參數(shù)均有較高的相關(guān)性(圖2)。換言之，常規(guī)的彈性參數(shù)均可以看作縱波阻抗(Zp)和橫波阻抗(Zs)經(jīng)過坐標旋轉(zhuǎn)的結(jié)果，只是不同的參數(shù)所旋轉(zhuǎn)的角度不同，以致區(qū)分巖性、物性或流體的能力也不同。

圖2 縱橫波阻抗與目標曲線相關(guān)方法Fig.2 Method of correlation between impedance of P-and S-wave and target curve

圖3 Mulu-1井測井曲線序列和Mulu-1井數(shù)字化測井曲線Fig.3 Logging sequence of well Mulu-1 and digital logging of well Mulu-1(a)Mulu-1井測井曲線序列;(b)Mulu-1井數(shù)字化測井曲線

圖4 Mulu-1井巖性指示因子-橫波阻抗-泥質(zhì)含量交會圖巖性指示因子最大相關(guān)角Fig.4 Crossplot of lithology indicator-S-wave impedance-mud content in Mulu-1 well and maximum correlation angle of lithology indicator factor(a)Mulu-1井LI-Zs-Vsh交會圖;(b)巖性指示因子最大相關(guān)角

由以上方法通過計算不同的角度與目標相關(guān)線的最大相關(guān)角，由此相關(guān)角可以得到巖性指示因子，利用自然伽瑪或者泥質(zhì)含量計算出的最大相關(guān)角度，可以較好區(qū)分砂泥巖巖性。利用流體替換對儲層進行巖石物理分析，確定流體指示因子在研究區(qū)內(nèi)的敏感彈性參數(shù)，為識別儲層的流體性質(zhì)提供理論基礎。

3 實際數(shù)據(jù)應用

通過收集國外公開發(fā)表的文獻資料，在研究區(qū)內(nèi)存在Mulu-1井和Talang-1井，Mulu-1井儲層品質(zhì)一般，僅具有少量氣顯[35]；Talang-1井儲層品質(zhì)較好，且發(fā)現(xiàn)油氣。首先以Mulu-1井為應用模型，分析指示因子在研究區(qū)內(nèi)是否能起到評價儲層巖性及流體性質(zhì)的作用，而后在Talang-1井處進行實際應用驗證。

3.1 Mulu-1井處的應用模型分析

通過Mulu-1井的測井數(shù)據(jù)，可以得到橫波速度、密度、泥質(zhì)含量和孔隙度(圖3)。經(jīng)過巖石物理分析認為，該井位處的泥巖具有低速、低密、低電阻率的特征，砂巖具有高速、較高密度、高電阻率的測井響應特征。

根據(jù)Mulu-1井測井資料，編制巖性指示因子-橫波阻抗-泥質(zhì)含量交會圖(圖4)，圖版以泥質(zhì)含量為色標，紅、黃色為砂巖。由圖4可以看出巖性指示因子是指示巖性的有效參數(shù)，砂巖的巖性指示因子為低值，泥巖為高值。

根據(jù)巖石物理分析結(jié)果，巖性指示因子對砂泥巖巖性敏感，砂巖越純，指示因子數(shù)值越低。根據(jù)性指示因子剖面，可以直接將地震剖面轉(zhuǎn)化為巖性剖面，直觀地反映砂泥巖(圖5)。

圖5 過Mulu-1井的地震測線巖性指示因子(LI)剖面Fig.5 Lithological indicator factor (LI) profile of seismic line passing through well Mulu-1

圖6 Mulu-1井流體指示因子-縱橫波速度比-含水飽各度交會圖和流體指示因子最大相關(guān)角Fig.6 Crossplot of fluid indicator-P- and S-wave velocity ratio-water saturation in Mulu-1 well and maximum correlation angle of fluid indicator factor(a)Mulu-1井流體指示因子-縱橫波速度比-含水飽各度交會圖;(b)流體指示因子最大相關(guān)角

圖7 Mulu-1井流體指示因子-拉梅系數(shù)-含水飽各度交會圖和流體指示因子最大相關(guān)角Fig.7 Crossplot of fluid indicator-lame coefficient-water saturation in Mulu-1 well and maximum correlation angle of fluid indicator factor(a)Mulu-1井流體指示因子-拉梅系數(shù)-含水飽各度交會圖;(b)流體指示因子最大相關(guān)角

圖8 過Mulu-1井的地震測線流體指示因子(FI)剖面Fig.8 Fluid indicator (FI) profile of seismic line passing through well Mulu-1

圖9 過Talang-1井的地震測線巖性指示因子(LI)剖面和流體指示因子(FI)剖面Fig.9 Lithological indicator factor (LI) profile and fluid indicator (FI) profile of seismic line passing through well Talang-1(a)過Talang-1井的地震測線巖性指示因子(LI)剖面;(b)流體指示因子(FI)剖面

將Mulu-1井的測井數(shù)據(jù)進行流體替換后，可得出不同彈性參數(shù)(縱橫波速度比和拉梅系數(shù))與流體指示因子之間的關(guān)系(圖6、圖7)，流體指示因子是識別儲層所含流體性質(zhì)的最敏感參數(shù)，縱橫波速比(Vp/Vs)次之，拉梅常數(shù)(λ)不敏感。當旋轉(zhuǎn)角度為302° 時，流體指示因子檢測流體能力最強，相關(guān)度達0.62。

通過Mulu-1井的流體指示因子剖面可以看出，在T3層位附近的含水飽和度曲線與反演結(jié)果吻合較好(圖8)。說明在研究區(qū)內(nèi)流體指示因子具有較好的實際應用價值。

3.2 Talang-1井處的實際應用驗證

圖9為Talang-1井處的巖性指示因子及流體指示因子剖面。由圖9可以看出，巖性指示因子剖面與鉆井結(jié)果吻合度較高，能夠較好分辨砂泥巖層，通過流體指示因子剖面可以直觀地反應儲層的含油氣異常，且與實際測井結(jié)果吻合。

4 結(jié)論

1)通過旋轉(zhuǎn)彈性參數(shù)，重構(gòu)了巖性指示因子與含油氣性指示因子，較常規(guī)參數(shù)有更高的敏感性，可以有效區(qū)分北康海域優(yōu)質(zhì)儲層與含油氣層。

2)利用去相關(guān)性后的Fatti公式進行反演，獲取了巖性指示因子與含油氣性指示因子，實際資料應用表明，利用測井數(shù)據(jù)得出的指示因子，能夠較好地反應研究區(qū)內(nèi)儲層品質(zhì)與含油氣性，且在Talang-1井處得到的反演結(jié)果與鉆井結(jié)果吻合。

3)本方法適用于地震數(shù)據(jù)以及測井資料匱乏的區(qū)域，且提出的技術(shù)流程與方法可以有效地識別儲層與含油氣層，在南海南部油氣勘探開發(fā)上具有一定的工業(yè)生產(chǎn)價值。