秦貞超，繆志偉，魏建新，狄?guī)妥?/p>

[1.中國石油大學(xué)(北京) 油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；2.中國石油大學(xué)(北京) 中國石油天然氣集團(tuán)公司 物探重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；3.中國石化 勘探分公司，四川 成都 610041]

四川盆地元壩地區(qū)茅口組為海相碳酸鹽巖沉積地層，前期研究認(rèn)為其構(gòu)造穩(wěn)定，為開闊臺地或碳酸鹽巖緩坡沉積[1-2]，儲層類型以構(gòu)造裂縫型或不整合巖溶縫洞型儲層為主[3-5]。而近期元壩7井鉆遇茅口組臺緣淺灘相儲層，并獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流，實(shí)現(xiàn)了四川盆地茅口組深層-超深層臺緣高能相帶油氣勘探的重大突破[6-7]。茅口組發(fā)育上下2套碳酸鹽巖臺緣淺灘儲層，橫向分布主要受臺緣相帶展布控制，儲層類型主要為上儲層灰色灰質(zhì)白云巖和白云質(zhì)灰?guī)r，下儲層泥晶含云灰?guī)r和泥晶生屑灰?guī)r。與元壩及普光生物礁儲層相比，儲層致密、非均質(zhì)強(qiáng)且厚度薄，地震響應(yīng)類型復(fù)雜多樣，這些因素給儲層識別帶來了很大困難[8-9]。

近年來，針對礁灘儲集體地震響應(yīng)特征開展了許多正演模擬研究。凡睿和敬朋貴等[10-11]采用褶積的方法，在川東北礁灘相儲集體地震解釋中應(yīng)用正演模擬結(jié)果，確定儲集體地震響應(yīng)特征，結(jié)合地質(zhì)和測井資料，實(shí)現(xiàn)了儲集體預(yù)測與描述；龔洪林[12]設(shè)計(jì)了4個礁灘體儲層模型，研究了塔里木盆地上奧陶統(tǒng)臺地-陸棚邊緣礁灘復(fù)合儲集體地震響應(yīng)特征，有效減少了礁灘儲層的預(yù)測多解性；劉軍迎等[13]針對礁體等碳酸鹽儲層地震解釋多解性問題，使用標(biāo)量波動方程，研究了不同類型碳酸鹽儲層地震響應(yīng)特征及存在的解釋誤區(qū)，給出了正確的解釋方法和依據(jù)；李三福和李香華等[14-15]采用有限差分彈性波動方程對深水礁灘儲集體地震響應(yīng)特征，如振幅、頻率和相位等進(jìn)行了模擬和分析；但志偉等[16]針對礁灘儲集體非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，使用粘彈性波動方程模擬了其地震響應(yīng)特征，對比分析了時(shí)間域與深度域剖面地震響應(yīng)特征的差別；熊曉軍和黃繼偉等[17-20]采用頻率-波數(shù)域波動方程數(shù)值模擬方法，借助波動方程延拓，在二維模擬的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了三維礁灘儲層的數(shù)值模擬，為正確認(rèn)識生物礁結(jié)構(gòu)等的影響提供了依據(jù)。實(shí)驗(yàn)室地震物理模型正演相對于數(shù)值模擬，在三維正演模擬時(shí)具有時(shí)效高、易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)[21]。對于碳酸鹽儲層物理模擬，主要集中在斷裂、裂縫與溶蝕孔洞的物理模擬與地震響應(yīng)特征分析[22-25]。相對地，有關(guān)礁灘儲集體的地震物理模擬較少。

本文依據(jù)四川盆地元壩地區(qū)茅口組臺緣淺灘相儲層地質(zhì)地震資料，構(gòu)建了一個與研究區(qū)實(shí)際地層參數(shù)相近的三維臺緣淺灘儲層物理模型，按照野外三維地震資料采集與處理參數(shù)對實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的物理模型進(jìn)行采集與處理，在物理模擬疊前偏移數(shù)據(jù)上對儲層地震響應(yīng)特征及其識別方法進(jìn)行了分析。

1 臺緣淺灘相儲層物理模型構(gòu)建

物理模型的構(gòu)建包括2個方面：①儲層物理模型的幾何形態(tài)與物性參數(shù)設(shè)計(jì)，結(jié)合地震物理模型技術(shù)方法，設(shè)計(jì)模型的大小(比例因子)，模擬地質(zhì)構(gòu)造的形態(tài)和層數(shù)，以及模擬層的地震參數(shù)；②模擬區(qū)物理模型制作，包括模型材料的選擇、模具加工、模型制作和形態(tài)測量等。物理模型設(shè)計(jì)中模型形態(tài)、物性參數(shù)以及比例因子的確定，主要是依據(jù)研究區(qū)地質(zhì)情況、地震特征與實(shí)驗(yàn)研究目的等因素。四川盆地元壩地區(qū)茅口組三段二期臺緣淺灘相儲層是本文的主要研究對象，通過元壩7井測井分析，茅三段二期臺緣淺灘相儲層厚20 m左右，埋深超過7 000 m，巖性為泥晶含云灰?guī)r、泥晶生屑灰?guī)r，可以發(fā)現(xiàn)其特點(diǎn)是埋深大、儲層薄。通過元壩淺灘儲層沉積相劃分(圖1a)與地震響應(yīng)特征分析(圖1b)可知，在茅三段上部儲層發(fā)育段，地震響應(yīng)復(fù)雜多變，儲層預(yù)測難度大，地震相的解釋結(jié)果需要模型正演來指導(dǎo)與驗(yàn)證。

圖1 四川盆地元壩地區(qū)臺緣淺灘儲層地震資料Fig.1 Seismic data of the shoal reservoirs at the platform margins in Yuanba area,Sichuan Basina.沉積相平面；b.地震剖面

綜合分析地質(zhì)地震解釋成果，可以發(fā)現(xiàn)元壩臺緣淺灘儲層物理模型設(shè)計(jì)需要關(guān)注其兩大特點(diǎn)：一是儲層厚度薄、埋藏深及圍巖速度大。因此結(jié)合實(shí)驗(yàn)室物理模型地震技術(shù)[26]，為了模擬更高速度的圍巖，其速度比例因子確定為1 ∶2；空間比例因子選取主要考慮儲層的厚度與埋深，為了精確模擬更薄的儲層，空間比例因子不能太小，而為了模擬儲層的埋藏深度，空間比例因子不能太大。綜合考慮儲層埋深和厚度等因素，空間比例因子確定為1 ∶10 000，即物理模型尺寸為1 mm，轉(zhuǎn)化為野外實(shí)際尺寸為10 m，可以滿足實(shí)驗(yàn)室模擬儲層厚度與埋深的要求。二是儲層段地震響應(yīng)復(fù)雜，需要設(shè)計(jì)多種不同類型儲層發(fā)育模式。對于不同地震響應(yīng)特征，通過改變元壩7井二期灘儲層發(fā)育程度，共建立了10種不同參數(shù)儲層發(fā)育樣式。

圖2a為茅三段二期灘儲層發(fā)育平面設(shè)計(jì)圖，其中除了儲層平面分布外，還顯示了茅三段厚度圖；圖2b為物理模型垂向剖面設(shè)計(jì)圖，其中包含模擬的各個地層及其接觸關(guān)系。茅三段儲層發(fā)育區(qū)為臺緣淺灘相沉積，沉積明顯加厚，模型設(shè)計(jì)要求突出臺緣區(qū)厚度變化，因此為了便于模擬茅三段厚度變化，降低模型制作難度，模型將茅三段底界面作為平層處理，茅三段頂界面起伏為其厚度變化。茅三段頂部及上部發(fā)育4套薄層，即長興組、吳家坪、茅三段三期灘以及茅三段灘間泥，影響茅三段二期灘儲層地震響應(yīng)特征，因此模型設(shè)計(jì)考慮了這4套薄層的影響，由于其沉積厚度薄，且橫向變化小，因此作為等厚層，地層起伏與茅三段頂界面起伏相同。模型設(shè)計(jì)共有8層(圖2b)，表1為實(shí)際地層的密度和速度參數(shù)。圖2b草綠色儲層為茅三段三期灘發(fā)育的一套較差儲層，其分布范圍與茅三段二期灘儲層一致，速度為5 900 m/s。圖2a中不同顏色代表茅三段二期灘儲層的速度不同，紫色代表差儲層，速度5 500 m/s；紅色代表較差儲層，速度5 100 m/s；藍(lán)色代表好儲層，速度4 350 m/s。相同顏色不同標(biāo)號代表儲層厚度不同，標(biāo)號1-1到1-4和2-1到2-4代表其中心厚度由10 m增加到40 m；標(biāo)號3-1厚度30 m，標(biāo)號3-2厚度40 m。物理模型模擬的區(qū)域范圍為10 km×8 km，臺緣區(qū)位于模型的中心區(qū)，滿足三維滿覆蓋的要求，儲層位于7 100 m附近，與實(shí)際野外儲層埋深一致。

模型制作在室溫下進(jìn)行，材料主要為環(huán)氧樹脂和硅橡膠混合物。采用逐層澆筑的方式，主要是依據(jù)地層起伏制作模具并逐層進(jìn)行澆筑，然后對模型各層進(jìn)行形態(tài)測量，用于物理模型數(shù)據(jù)的對比分析。由于儲層空間上為不連續(xù)分布，因此不同厚度與速度的儲層需要單獨(dú)制作，然后放置到茅三段二期灘內(nèi)。為了便于放置儲層，其澆筑流程分為兩部分。首先與地層沉積次序相反，反向澆筑茅三段二期灘及其下部地層，在澆筑茅三段二期灘頂部時(shí)將事先制作完成的儲層放入地層中。然后正向澆筑茅三段二期灘上部地層，由于上部地層厚度很薄，采用涂抹方式澆注而不是模具澆筑，用角磨機(jī)進(jìn)行表面加工，再用砂紙精磨，保證澆筑精度。

2 物理模型地震數(shù)據(jù)采集與處理

物理模型三維數(shù)據(jù)采集觀測系統(tǒng)與野外實(shí)際三維數(shù)據(jù)采集觀測系統(tǒng)保持一致，具體參數(shù)為：12線、48排炮和240道，測線距400 m，排炮距50 m，道距50 m，最小非縱距25 m，最大非縱距3 375 m，工區(qū)總測線共30條，工區(qū)總炮線共17條，炮線間距500 m，縱向滾動每次滾動1炮線，滾動距500 m，橫向滾動每次滾動6測線，滾動距2 400 m，面元大小為縱向25 m×橫向25 m，覆蓋次數(shù)為12(縱向)×6(橫向)，縱橫比為0.428 9，依據(jù)實(shí)際地震資料，物理模型震源主頻為35 Hz，采樣率為1 ms(圖3)。

實(shí)驗(yàn)室物理模型數(shù)據(jù)采集使用超聲脈沖反射法(圖4)。模型放置到水箱中，依據(jù)儲層反射到達(dá)時(shí)與水層速度，通過調(diào)節(jié)模型下部墊塊的高度，來模擬儲層的不同埋深。根據(jù)模型儲層設(shè)計(jì)深度，其水層高度為420 mm。地震波的激發(fā)與接收采用單發(fā)單收方式，即一個換能器激發(fā)，一個換能器接收。通過保持激發(fā)換能器位置，移動接收換能器，來模擬單炮多道采集。這種方式效率較低，但可以盡可能保持能量激發(fā)與接收的一致性。換能器移動與激發(fā)通過電腦程序控制，在程序中載入設(shè)計(jì)好的三維觀測系統(tǒng)，即可進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與存儲。

圖4 四川盆地元壩地區(qū)地震物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Fig.4 Schematic diagram showing the seismic physical modeling experiment device for Yuanba area,Sichuan Basin

物理模型數(shù)據(jù)處理與野外實(shí)際地震數(shù)據(jù)處理相似，圖5是某一單炮記錄，可以發(fā)現(xiàn)模型地震記錄信噪比高，各層反射界面清晰。但是由于模型層數(shù)較多，層厚較薄，模型內(nèi)部界面間多次波較強(qiáng)，因此噪聲壓制的重難點(diǎn)是去除多次波。為了有效去除多次波的干擾，提高信噪比，處理時(shí)采用多種去多次波的方法，包括預(yù)測反褶積、高精度Radon變換濾波及統(tǒng)計(jì)子波反褶積等方法。

圖5 四川盆地元壩地區(qū)物理模型單炮記錄Fig.5 Single shot records of physical model in Yuanba area,Sichuan Basin

3 物理模型地震數(shù)據(jù)分析

地震響應(yīng)特征分析技術(shù)在相控型礁灘儲層和深層白云巖儲層的分布預(yù)測得到廣泛應(yīng)用，包括反射振幅、反射頻率和反射結(jié)構(gòu)等[27-29]。因此針對臺緣淺灘儲層物理模型，開展了實(shí)驗(yàn)室地震響應(yīng)特征分析。

地震反射振幅的變化與儲層形態(tài)和物性相關(guān)，實(shí)驗(yàn)室物理模型的優(yōu)勢是可以得到精確的儲層幾何形態(tài)和物性等信息，用于定性和定量的分析振幅與儲層的關(guān)系。因此首先通過模型地震剖面與形態(tài)剖面的對比來定性分析振幅變化。圖6所示為過模型臺緣區(qū)不同儲層的橫向(主測線)地震剖面與地層形態(tài)剖面的對比圖。由圖可見，模型地震剖面與實(shí)際野外地震剖面反射特征具有很好的相似性，同時(shí)地震剖面與地層形態(tài)剖面相符，說明模型設(shè)計(jì)、制作、數(shù)據(jù)采集與處理等流程合理可靠；臺緣區(qū)茅口組二期灘上覆3個薄層在地震剖面上不可分辨，其地震響應(yīng)特征為強(qiáng)波峰；茅口組二期灘儲層作為研究目標(biāo)，其響應(yīng)特征為強(qiáng)波峰下10～20 ms處的地震響應(yīng)。圖6a為不同速度茅三段二期灘儲層地震剖面與形態(tài)剖面對比，同一厚度，儲層速度越小，波峰振幅越強(qiáng)。圖6b為不同厚度茅三段二期灘儲層地震剖面與形態(tài)剖面對比，同一速度，儲層厚度大，波峰振幅越強(qiáng)。對比儲層厚度、物性與地震反射特征，可以發(fā)現(xiàn)茅三段二期灘儲層發(fā)育，對應(yīng)位置出現(xiàn)波峰，當(dāng)儲層厚度增加、物性變好時(shí)，波峰變強(qiáng)。

圖6 四川盆地元壩地區(qū)茅三段二期灘儲層物理模型地震剖面與形態(tài)剖面對比Fig.6 Comparison of physical model seismic section and morphological section of the Phase II shoal reservoirs of Mao 3 Member in Yuanba area,Sichuan Basina.不同速度；b.不同厚度①.儲層速度4 350 m/s，厚度30 m；②.儲層速度5 100 m/s，厚度30 m；③.儲層速度5 500 m/s，厚度30 m；④.儲層速度5 100m/s， 厚度40 m；⑤.儲層速度5 100 m/s，厚度30 m

為了定量分析振幅變化與儲層物性的關(guān)系，在三維數(shù)據(jù)上統(tǒng)計(jì)了儲層發(fā)育段的振幅強(qiáng)度。由于儲層形態(tài)為透鏡狀，因此每種儲層只統(tǒng)計(jì)了其中心處的厚度與振幅(圖7)。由圖可見，當(dāng)儲層速度小于5 500 m/s，厚度大于等于20 m時(shí)，可以看到明顯的正振幅，且隨著儲層厚度增加、速度減小而增大。當(dāng)儲層速度為5 500 m/s，或者厚度小于20 m時(shí)，其正振幅較小，且隨著儲層厚度減小、速度增加而減小，最終由于調(diào)諧效應(yīng)的影響而成為波谷。

圖7 四川盆地元壩地區(qū)茅三段二期灘儲層發(fā)育程度與振幅交匯圖Fig.7 Crossplot of reservoir thickness and amplitude of the Phase Ⅱ shoal reservoirs of Mao 3 Member in Yuanba area,Sichuan Basin

圖8 四川盆地元壩地區(qū)物理模型地震剖面解釋Fig.8 Seismic section interpretation of the physical model in Yuanba area,Sichuan Basin

圖9 四川盆地元壩地區(qū)茅口組二期灘儲層發(fā)育段不同時(shí)窗均方根振幅屬性Fig.9 RMS amplitude properties of different time windows of the Phase II shoal reservoir of Mao 3 Member in Yuanba area,Sichuan Basina.基于常規(guī)解釋；b.基于物理模型形態(tài)解釋

多屬性分析對于識別臺緣淺灘儲層具有很好的效果，因此在振幅屬性基礎(chǔ)上，對聚類分析與頻率屬性識別淺灘儲層的效果進(jìn)行了分析。圖10給出了臺緣儲層發(fā)育區(qū)聚類分析(圖10a)和瞬時(shí)頻率(圖10b)屬性，由圖可以看到聚類分析對于儲層邊界刻畫較差，瞬時(shí)頻率對于區(qū)分儲層邊界具有很好的效果。分析認(rèn)為由于波形受到儲層與上覆層厚度、相對位置的影響，聚類分析對于儲層邊界指示性較差，而瞬時(shí)頻率主要受到儲層發(fā)育影響，對于區(qū)分儲層邊界的能力更強(qiáng)。

圖10 四川盆地元壩地區(qū)茅口組二期灘儲層發(fā)育段地震屬性分析Fig.10 Seismic attribute analysis of the Phase Ⅱ shoal reservoir of Mao 3 Member in Yuanba area,Sichuan Basina.波形聚類分析；b.瞬時(shí)頻率屬性

4 結(jié)論

1) 當(dāng)臺緣淺灘儲層沉積厚度大，儲層物性好時(shí)，地震響應(yīng)特征為中強(qiáng)波峰。隨著儲層厚度減小、物性變差，波峰能量減小，最終由于調(diào)諧效應(yīng)的影響而轉(zhuǎn)變?yōu)椴ü龋?/p>

2) 臺緣淺灘薄儲層基于大時(shí)窗的地震屬性分析技術(shù)不能準(zhǔn)確刻畫沉積微相的變化，依據(jù)地質(zhì)、測井等信息，開展地層精細(xì)解釋，優(yōu)化地震屬性分析窗口，充分發(fā)揮地震資料的分辨能力，能夠更好的刻畫淺灘地震相及儲層的分布；

3) 不同地震屬性分析技術(shù)，需要依據(jù)實(shí)際儲層地質(zhì)、地震特征合理使用。