胡 偉，俞偉哲，張 巖，劉慶文，黃 鋆

（中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200335）

地震振幅解釋主要分為兩個階段，亮點技術的應用為地震振幅解釋的第一個階段。1984年，Ostrander通過研究認為，儲層含氣后，疊前振幅會隨炮檢距發(fā)生變化，并且這種振幅變化與儲層含氣引起的泊松比變化有關[1]，AVO技術由此誕生，地震振幅解釋進入了第二個階段，即振幅隨炮檢距變化（AVO）的分析。AVO分析的理論基礎源于佐普里茲（Zoeppritz）方程的Aki-Richards近似式[2]，Shuey在Aki-Richards近似公式的基礎上，進一步研究了泊松比對反射系數(shù)的影響[3]，得到的近似式將反射系數(shù)與巖石特性聯(lián)系了起來。國內(nèi)外許多學者也提出了不同的表達式，如鄭曉東提出了以級數(shù)形式表示的近似公式[4]，Kelly給出了用密度和橫波速度表示的近似方程[5]，Donati等利用二項式展開方法給出了僅利用P-P波入射角和反射角表示的近似公式[6]，邱益福等給出了適用于小角度范圍內(nèi)的近似公式[7]。這些近似式均具有明確的物理意義，能夠指導通過地震振幅或者反演來進行地層巖性的研究。對這些佐普里茲方程的近似表達式進行計算，能得到不同的AVO屬性，均可用于地震振幅對地層的解釋。近年來，地震采集、處理技術在不斷進步和完善,基于AVO分析的地震振幅解釋在儲層預測中也得到了廣泛的應用。

隨著東海盆地西湖凹陷勘探的不斷深入，簡單構(gòu)造油氣藏的勘探已接近尾聲，對巖性油氣藏的研究越來越多，該油氣藏的儲層往往具有巖性組合復雜，砂體薄，巖相變化快，橫向變化大等特點。西湖凹陷西斜坡地質(zhì)條件更加復雜，平湖組廣泛發(fā)育煤層，薄而多的煤層夾雜在砂、泥巖之中，極大地干擾了對于儲層地震響應的認識，常規(guī)的疊后地震及波阻抗反演均不能滿足儲層預測的要求[8]。本文通過對煤、砂、泥的典型組合樣式進行疊前正演模擬，從疊前屬性上分析總結(jié)了儲層的地震振幅規(guī)律，發(fā)現(xiàn)AVO梯度屬性能夠較好的表征儲層，再結(jié)合90°相移技術來對儲層進行更直觀的刻畫，預測結(jié)果與實鉆井吻合較好，為含煤地層的儲層預測提供一種新的思路，以支持西湖凹陷巖性油氣藏的勘探。

1 原理與方法

1.1 AVO技術原理

AVO技術的理論基礎是Zoeppritz方程，其全面考慮了平面縱波和橫波入射在水平界面兩側(cè)產(chǎn)生的縱橫波反射和透射能量之間的關系，并解析地表述了平面波反射系數(shù)與入射角的關系，但方程過于復雜，難于直接分析介質(zhì)參數(shù)對反射系數(shù)的影響。Aki對Zoeppritz方程進行了簡化，當相鄰的兩層介質(zhì)的彈性參數(shù)變化很小，并且入射角在臨界角范圍內(nèi)，則有Aki-Richards簡化方程[2]：

其中：R為反射系數(shù)，θ為入射角，VP為縱波速度，VS為橫波速度，ρ為密度；VˉP、VˉS和ρˉ分別代表相鄰地層的縱波速度、橫波速度和密度的平均值。ΔVP、ΔVS和Δρ分別代表相鄰地層的縱波速度、橫波速度和密度的差值。

Aki-Richards簡化方程強調(diào)的是巖性參數(shù)變化量ΔVP/VˉP、ΔVS/VˉS、Δρ/對反射系數(shù)的影響，常用于定性巖性分析。

Shuey在Aki-Richards近似公式的基礎上，進一步研究了泊松比對反射系數(shù)的影響，證明了相對反射系數(shù)隨入射角(或炮檢距)的變化梯度主要由泊松比的變化來決定，并給出了用不同角度項表示的反射系數(shù)近似公式，即Shuey 公式[3]：

其中：

式中：σ為地層的泊松比，Δσ為界面兩側(cè)泊松比的差。

公式中把反射系數(shù)視為小角度項（第一項）、中等角度項（第二項）和大角度項（第三項）之和，在實際應用中經(jīng)常忽略大角度項，即當入射角較小時，且ΔVP/VˉP也比較小時，第三項C可以忽略，反射系數(shù)與sin2θ呈線性關系，方程可以退化成兩項截距和梯度方程：

式中：P為垂直入射零偏移距縱波的反射系數(shù)，稱為AVO的截距。截距值與介質(zhì)上下波阻抗有密切的關系，上下介質(zhì)波阻抗差越大，截距值就越大；而當上下介質(zhì)波阻抗相等時，截距值為零；在截距剖面上波峰表示由低阻抗到高阻抗的正反射界面，波谷則表示由高阻抗到低阻抗的負反射界面，截距剖面是嚴格意義上的零偏移距的地震剖面。G代表巖性橫波速度、縱波速度和密度變化的綜合響應，也是振幅隨入射角(或炮檢距)的變化率，稱為AVO的梯度。梯度主要由泊松比的變化決定，在上、下兩層介質(zhì)的波阻抗一定時，泊松比差對梯度影響很大，下伏介質(zhì)的泊松比越大或上覆介質(zhì)的泊松比越小，梯度值就越大，而上下介質(zhì)的泊松比差值不變時，泊松比越大，梯度值就越大。

在疊前CRP道集上，對每個樣點作振幅和sin2θ的線性擬合，即可獲得截距和梯度剖面。圖1顯示了反射系數(shù)和sin2θ之間的線性關系，當截距為正值時，正梯度代表反射波振幅隨著入射角增大而增大，負梯度代表反射波振幅隨著入射角增大而減??；當截距為負值時，正梯度代表反射波振幅隨著入射角增大而減小，負梯度代表反射波振幅隨著入射角增大而增大。

圖1 截距和梯度示意圖Fig.1 Schematic diagram of intercept and gradient

1.2 90°相移技術

在常規(guī)的0°相位地震剖面上，地震反射同相軸一般對應地層的頂、底界面，雖然可以通過同相軸的追蹤來進行地層的解釋，但其表征的是地層的界面信息，不夠直觀。曾洪流等于2005年提出90°相移技術[9]，通過將地震相位旋轉(zhuǎn)90°，使得轉(zhuǎn)換后的地震反射同相軸的峰或者谷對應于薄地層（厚度小于1/4波長）的中心，而不是對應于地層的頂、底界面，這使得地震反射同相軸與地質(zhì)巖層相對應，地震相位也就具有了巖性地層意義[10]。

如圖2，運用不同相位的子波對具有調(diào)諧厚度的地層進行正演模擬?？梢钥吹?，0°相位子波反射波形相對于地層中心是反對稱的，30°和60°相位子波反射波形均不對稱，而90°相位子波反射波形是對稱的，波谷對應于地層中心，可以較直觀地來進行儲層的表征。

圖2 不同相位子波反射波形Fig.2 Reflected waveforms of different phase wavelets

如圖3a，為楔狀地層對應的基于0°相位子波的合成記錄，地層頂、底對應于波谷和波峰，厚度小于1/4波長的薄地層對應的地震反射同相軸相對于楔狀地層中心是反對稱的，與0°相位子波波形相似，通過90°相移后得到圖3b的地震同相軸，可以看到厚度小于1/4波長的薄地層中心與波谷對應，能夠很直觀地應用波形來指示地層。

圖3 楔狀地層地震振幅分析Fig.3 Seismic amplitude analysis of wedge-shaped strata

90°相移技術無需井參與計算，因此適合西湖凹陷這種海上少井地區(qū)，最大程度以原始地震資料為依據(jù)，計算速度快，結(jié)果真實客觀，人為影響因素小[11]。本文通過梯度屬性結(jié)合90°相移技術對含煤地層的儲層進行預測，取得了較好的應用效果。

2 應用實例

2.1 工區(qū)概況

西湖凹陷為東海陸架盆地主要的含油氣凹陷，西斜坡是西湖凹陷巖性油氣藏勘探的主要區(qū)域[12]。目的層平湖組地層埋深3500~4700 m，主要發(fā)育三角洲及潮坪相（圖4），沉積環(huán)境復雜[13-15]。平湖組長期受河流、潮汐等多種水動力的影響，儲層以河道砂、潮道砂、砂坪等為主，砂巖厚度薄、巖相變化快、橫向變化大，并且整個層段都發(fā)育煤層，尤其是平湖組中下段潮坪相煤層富集，與砂泥巖頻繁互層，煤層厚度較薄，平均約為1m，具有層數(shù)多、范圍廣的特點[16]。相比于砂、泥巖，煤層具有低速、低密度的特征，阻抗大大的低于砂、泥巖，在地震上產(chǎn)生的強振幅會嚴重干擾砂、泥間的地震響應特征。并且煤與砂、泥組合樣式復雜，更導致了儲層的地震響應規(guī)律認識不清，因此開展含煤地層的儲層振幅研究很有必要。通過對西湖凹陷西斜坡平湖組地層地震資料分析，地震主頻約為25 Hz，井上統(tǒng)計平湖組的砂巖速度約為4000 m/s，計算得到1/4波長砂巖厚度約為31.2 m。從實鉆井統(tǒng)計平湖組地層砂巖厚度主要分布在2~30 m之間，均小于31.2 m，屬于調(diào)諧厚度以內(nèi)的薄層，滿足90°相移技術應用的要求。

圖4 地層連井圖Fig.4 Linked well diagram of the stratum

2.2 含煤儲層地震響應特征

工區(qū)內(nèi)有五口探井，通過分析井上彈性參數(shù)曲線，統(tǒng)計出煤、泥、砂（氣砂、水砂、干層）三種巖性在目的層的巖石物理參數(shù)（表1）。可以看到，在平湖組，泥巖的阻抗為10349 m/s*g/cc，含水砂巖的阻抗為10260 m/s*g/cc，阻抗值相當，砂、泥巖組合在地震上應為近0的弱振幅響應；當砂巖含氣后，阻抗值減小為9600 m/s*g/cc，砂、泥巖組合的砂頂在地震上應該為負振幅響應；而當砂巖為干層時，阻抗值增大為11776 m/s*g/cc，砂、泥組合的砂頂在地震上應為正振幅響應。因此儲層內(nèi)流體的變化會導致產(chǎn)生不同的地震響應特征，常規(guī)的疊后地震不能進行儲層的表征。

表1 典型巖石物理參數(shù)Table 1 Typical petrophysical parameters

本文應用典型巖性組合模式，結(jié)合巖石物理參數(shù)進行疊前正演模擬，分析儲層地震響應特征，從疊前地震上尋找能穩(wěn)定表征儲層的屬性。通過實際鉆、測井資料進行分析，歸納總結(jié)了11種典型巖性組合模式（圖5），以泥巖為背景，煤層為1m或者2m的薄層，砂巖厚度為30m；主要分析煤泥組合的地震響應、單煤對砂頂或砂底地震振幅的影響、多煤對砂頂或砂底地震振幅的影響、煤砂之間泥巖隔層厚度變化對砂頂或砂底地震振幅的影響。

圖5 典型巖性組合模式Fig.5 Model of typical lithologic association

以氣砂為例來說明對儲層地震響應特征的分析。對模型填充煤、泥、氣砂的典型巖石物理參數(shù)，結(jié)合25Hz雷克子波正演計算得到了疊前道集，對其進行計算，得到疊后地震剖面（圖6）、AVO屬性截距P剖面（圖7）及梯度G剖面（圖8）。為了統(tǒng)計方便，定義了4個界面，a為多煤組合的頂，b為多煤組合的底，c為氣砂的頂，d為氣砂的底。結(jié)合圖6~圖8分析，可以看到，氣砂的頂c和底d在疊后地震和截距P屬性剖面上，隨著巖性組合的變化，振幅值會發(fā)生變化，而且極性也會發(fā)生變化，較不穩(wěn)定。而在梯度G屬性剖面上，振幅值的大小雖然會隨著巖性組合的變化而變化，但是極性不會變化，較穩(wěn)定，表現(xiàn)為頂負底正，能夠指示氣砂的響應。煤泥組合在疊后地震和截距P屬性剖面上，頂a都表現(xiàn)為穩(wěn)定的強負相位的特征，底c都表現(xiàn)為穩(wěn)定的強正相位的特征，應用該規(guī)律可以進行煤層的識別；但是在梯度G屬性剖面上煤泥組合表現(xiàn)為頂正底負的特征，與氣砂的地震響應剛好相反，該特征不會影響氣砂的識別。把氣砂替換為水砂或者干層，重復以上的正演模擬及分析過程，砂巖在梯度G剖面上頂負底正的規(guī)律均固定存在，該規(guī)律符合90°相移技術的使用條件。

圖6 正演模擬疊后地震響應Fig.6 Post stack seismic response of forward simulation

圖7 正演模擬AVO截距屬性Fig.7 AVO intercept attribute of forward simulation

圖8 正演模擬AVO梯度屬性Fig.8 AVO gradient attribute of forward simulation

2.3 儲層預測效果分析

通過正演認識到了砂巖在梯度G屬性上表現(xiàn)為頂負底正的規(guī)律，圖9為實際工區(qū)的梯度G屬性連井剖面，井上曲線為GR，向左為低GR值，代表砂巖，可以看到，砂巖的頂部都對應綠色的負同相軸，砂底都對應黃的正同相軸，與正演認識相符。雖然梯度能夠表征儲層的響應，但是不夠直觀，為了更直接的識別儲層，對梯度G屬性進行了90°相移。從圖10可以看出，90°相移后的梯度G屬性剖面，紅色代表低值，與砂巖相對應，青綠色代表高值，與煤層或者泥巖相對應，地震相位具有了巖性地層意義，預測結(jié)果與GR值吻合較好，工區(qū)5口實鉆井儲層預測吻合率達到87%，驗證了此方法的可靠性，預測精度滿足巖性油氣藏對儲層刻畫的需求。圖11為應用90°相移梯度G屬性對P5砂體進行的平面預測，清晰的刻畫了潮坪沉積背景下自北西向南東方向展布的河道砂體，符合現(xiàn)有地質(zhì)認識。

圖9 梯度剖面Fig.9 Gradient profile

圖10 梯度90°相移剖面Fig.10 90° phase shift profile of the gradient

圖11 P5層砂體預測平面展布Fig.11 The predicted plane distribution of the sand body in the P5 layer

3 結(jié)論與建議

（1）西湖凹陷西斜坡平湖組地層沉積環(huán)境復雜，巖性組合樣式多樣，煤層廣泛發(fā)育，導致了儲層的地震響應規(guī)律認識不清。通過地震正演分析發(fā)現(xiàn)，在不同巖性組合樣式下，儲層在AVO梯度剖面上均表現(xiàn)為頂負底正的穩(wěn)定規(guī)律，為含煤地層儲層預測的基礎。

（2）通過90°相移轉(zhuǎn)換使得地震反射同相軸與地質(zhì)上的薄砂層中心對應，讓地震相位具有了巖性地層意義，地震同相軸與巖性的對應關系更加明確，地震數(shù)據(jù)能夠更加直觀地表征地層，提高了地震資料對儲層的識別能力。

（3）90°相移的梯度屬性對含煤地層中的儲層預測效果較好，為西湖凹陷巖性油氣藏的勘探提供了有力支持，可進一步在其他地區(qū)推廣應用。