向陽(yáng)臣

（中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司采氣分公司，黑龍江大慶 163458）

0 引 言

火山巖油氣藏作為一種復(fù)雜而特殊的油氣藏，其地質(zhì)結(jié)構(gòu)、成藏模式及形成機(jī)理復(fù)雜，巖相分布和成儲(chǔ)機(jī)制與沉積巖有較大差異。受多種因素的控制，多期次的火山巖相互疊置，巖性種類多、巖相變化快，導(dǎo)致火山巖地震響應(yīng)特征也十分復(fù)雜，儲(chǔ)層預(yù)測(cè)難度大［1］。

在松遼盆地徐家圍子火山巖氣藏勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐中，許多學(xué)者在火山巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方面進(jìn)行了大量的研究。張殿成等［2］在松遼盆地汪家屯地區(qū)火山巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中，根據(jù)火山巖的地震反射特征，通過(guò)地震巖性模擬和地震相解釋，應(yīng)用三維可視化、屬性聚類分析和瞬時(shí)振幅等地震技術(shù)，識(shí)別高波阻抗火山巖相。陳建文等［3］對(duì)松遼盆地徐家圍子斷陷營(yíng)城組火山巖相和火山機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析，識(shí)別出5 種火山巖相和3 種火山機(jī)構(gòu)。唐華風(fēng)等［4］根據(jù)火山機(jī)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和構(gòu)造不隨火山錐體形狀變化而變化的特征，利用傾角和相干屬性識(shí)別遭受嚴(yán)重剝蝕的隱伏火山機(jī)構(gòu)。姜傳金等［5‐6］建立了火山巖地震特征識(shí)別和提取方法，形成了適合火山巖復(fù)雜結(jié)構(gòu)的、基于小波分頻和廣義S變換的頻譜成像火山巖預(yù)測(cè)技術(shù)，進(jìn)而根據(jù)井震聯(lián)合儲(chǔ)層反演和地震衰減屬性進(jìn)行含氣性檢測(cè)。張爾華等［7］通過(guò)徐家圍子6 000 km2三維地震資料連片疊前時(shí)間偏移處理解釋，系統(tǒng)開(kāi)展了盆地演化、深大斷裂作用和火山巖時(shí)空分布關(guān)系研究，根據(jù)火山活動(dòng)特征和火山機(jī)構(gòu)的疊置關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了火山口疊合發(fā)育區(qū)單個(gè)火山機(jī)構(gòu)的地震識(shí)別。陳樹(shù)民等［8］依托中國(guó)石油物探技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目，針對(duì)徐家圍子火山巖地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的難題和需求，從巖石物理建模、地震處理和解釋等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，應(yīng)用巖石物理解釋模版對(duì)地震疊前反演結(jié)果進(jìn)行定量解釋，預(yù)測(cè)了火山巖有利含氣儲(chǔ)層的空間展布。

上述研究成果的應(yīng)用，為徐深氣田的快速探明發(fā)揮了關(guān)鍵作用。但由于這些研究范圍是整體徐家圍子斷陷，考慮的是整個(gè)斷陷的區(qū)域構(gòu)造格局和火山巖儲(chǔ)層宏觀展布特征、分布規(guī)律，對(duì)火山巖儲(chǔ)層局部火山巖體特征、輪廓、火山通道、內(nèi)部期次界面及火山巖體之間的接觸關(guān)系等細(xì)節(jié)的處理效果較差，難以滿足深層儲(chǔ)層目標(biāo)精細(xì)刻畫的需要。隨著徐深氣田開(kāi)發(fā)的不斷精細(xì)，對(duì)火山巖氣藏描述提出了更高的要求，火山巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)仍是需要不斷探索的課題。

本文針對(duì)X 區(qū)塊火山巖儲(chǔ)層特點(diǎn)，通過(guò)巖石物理分析，引入巖性阻抗參數(shù)，得到預(yù)測(cè)火山巖有效儲(chǔ)層的敏感巖石物理參數(shù)；通過(guò)優(yōu)化地震道集疊加方案、精細(xì)構(gòu)建初始模型等途徑，改進(jìn)疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演技術(shù)流程，提高反演精度，形成了一套基于疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演的火山巖有利儲(chǔ)層綜合預(yù)測(cè)方法，實(shí)際應(yīng)用取得了良好的效果。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于松遼盆地北部徐家圍子斷陷的東北部，中部橫跨徐東凹陷，東部伸入徐東斜坡帶。氣藏受構(gòu)造、火山巖體、巖相、斷層及火山噴發(fā)期次多種因素控制，氣藏類型多為構(gòu)造?巖性、斷層?巖性氣藏［9‐10］；發(fā)育營(yíng)城組一段火山巖和營(yíng)城組四段礫巖2 套儲(chǔ)層，主要產(chǎn)氣層為營(yíng)城組一段火山巖儲(chǔ)層，細(xì)分為3 個(gè)期次（期次Ⅰ、期次Ⅱ和期次Ⅲ）。

營(yíng)城組一段沉積時(shí)期，火山活動(dòng)活躍，火山多源—多期次噴發(fā)，形成火山巖全區(qū)連片發(fā)育，加之火山巖巖性復(fù)雜多變，造成橫向速度變化大，導(dǎo)致地震資料成像困難；同時(shí)深層地層傾角大，斷裂分布復(fù)雜，儲(chǔ)層類型種類多，厚度變化大，火山巖埋藏深度大，儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，孔、洞和裂縫并存，深層地層沉積壓實(shí)作用強(qiáng)，不同巖性之間波阻抗差小，地震波反射能量弱、結(jié)構(gòu)特征不明顯。研究區(qū)這些特有的地震地質(zhì)條件，增加了火山巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)難度。

區(qū)內(nèi)鉆遇營(yíng)城組的井16 口，試氣井14 口，產(chǎn)氣層主要在營(yíng)一段，儲(chǔ)層類型為火山巖，其中7 口井獲工業(yè)氣流，4 口井低產(chǎn)氣流，產(chǎn)水井3 口。

研究區(qū)2004—2007 年進(jìn)行過(guò)三維地震勘探，為提高成像精度，本次研究對(duì)200 km2三維地震資料開(kāi)展了保幅疊前時(shí)間偏移處理，形成高信噪比的CRP 道集，以滿足疊前反演的需要。

2 火山巖儲(chǔ)層巖石物理

巖石物理分析是儲(chǔ)層反演的基礎(chǔ)。巖石物理分析的目的旨在找出對(duì)儲(chǔ)層敏感的測(cè)井參數(shù)及其變化規(guī)律，建立儲(chǔ)層屬性（巖性、孔隙度、流體飽和度等）與彈性參數(shù)或地震響應(yīng)之間的聯(lián)系，取得最佳、最合理的巖石物理模型解釋結(jié)果，并建立它們之間的解釋圖版，為選擇儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法提供依據(jù)。

對(duì)研究區(qū)內(nèi)的19 口井進(jìn)行了測(cè)井環(huán)境校正、橫波曲線重構(gòu)等預(yù)處理，繼而開(kāi)展巖石物理分析，確定儲(chǔ)層預(yù)測(cè)和含氣識(shí)別的敏感參數(shù)。

統(tǒng)計(jì)分析縱波阻抗、橫波阻抗、密度、縱橫波速度比（vp/vs）以及自然伽馬、電阻率6 種巖石物理參數(shù)儲(chǔ)層特征分布（圖1）。從圖1 可以看出，縱波阻抗、橫波阻抗、自然伽馬3 種巖石物理參數(shù)儲(chǔ)層與非儲(chǔ)層特征有重疊，區(qū)分儲(chǔ)層與非儲(chǔ)層特征不明顯；密度、縱橫波速度比和電阻率對(duì)儲(chǔ)層有明顯反映，其中密度對(duì)儲(chǔ)層響應(yīng)最明顯?；鹕綆r含氣后，密度降低明顯，變化敏感，所以密度能有效區(qū)分儲(chǔ)層與非儲(chǔ)層，可以利用密度預(yù)測(cè)火山巖儲(chǔ)層。火山巖儲(chǔ)層密度臨界值為2.5 g/cm3，即密度小于等于2.5 g/cm3為儲(chǔ)層，大于2.5 g/cm3為非儲(chǔ)層。

圖1 火山巖儲(chǔ)層巖石物理響應(yīng)Fig.1 Petrophysical response of volcanic reservoirs

進(jìn)一步分析火山巖儲(chǔ)層的含氣特征，研究區(qū)火山巖含氣儲(chǔ)層縱波阻抗和橫波阻抗交會(huì)雖然有重疊，但有一定規(guī)律，若通過(guò)適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)變換，就可以區(qū)分含氣儲(chǔ)層和非儲(chǔ)層。將縱橫波阻抗交會(huì)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)某個(gè)角度，得到一個(gè)新的彈性屬性，即巖性阻抗I［11‐12］，公式為

式中：I——巖性阻抗，Gg/（m2·s）；Ip——縱波阻抗，Gg/（m2·s）；Is——橫波阻抗，Gg/（m2·s）；θ——旋轉(zhuǎn)軸夾角，（°）。

巖性阻抗是縱波阻抗和橫波阻抗的綜合反映，它不僅反映了儲(chǔ)層巖性的差異，而且對(duì)儲(chǔ)層內(nèi)流體和骨架孔隙有一定程度的響應(yīng)，可以用于含油氣儲(chǔ)層檢測(cè)。

通過(guò)研究區(qū)實(shí)驗(yàn)認(rèn)為，旋轉(zhuǎn)角為95°時(shí)，巖性阻抗與含氣儲(chǔ)層的相關(guān)性最好（圖2），巖性阻抗小于4.2 Gg/（m2·s）的區(qū)域主要對(duì)應(yīng)含氣儲(chǔ)層，所以可以利用巖性阻抗識(shí)別儲(chǔ)層含氣性，巖性阻抗值4.2 Gg/（m2·s）是區(qū)分含氣儲(chǔ)層和非含氣儲(chǔ)層的臨界值。

圖2 巖性阻抗與縱波阻抗交會(huì)Fig.2 Crossplot of lithologic impedance vs.P-wave impedance

3 疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演及流程改進(jìn)

疊前彈性參數(shù)反演技術(shù)通過(guò)利用不同炮檢距（角度）道集以及橫波、縱波和密度等測(cè)井資料，聯(lián)合反演出與巖性和含油氣性相關(guān)的多種彈性參數(shù)（縱波阻抗、橫波阻抗、密度、泊松比等），是目前綜合判別儲(chǔ)層物性及含油氣性的有效技術(shù)［13‐14］。

地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演技術(shù)將地震反演方法與隨機(jī)模擬理論充分結(jié)合，能夠有效地綜合運(yùn)用地質(zhì)、測(cè)井和地震信息對(duì)地下儲(chǔ)層進(jìn)行研究，在充分發(fā)揮地震資料橫向分辨率優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，具有更高的縱向分辨能力［15‐16］。

疊前彈性參數(shù)同步反演方法得到的結(jié)果橫向變化自然，地質(zhì)信息豐富，缺點(diǎn)是縱向分辨率較低；地質(zhì)統(tǒng)計(jì)反演方法的優(yōu)點(diǎn)是縱向分辨率高，缺點(diǎn)是橫向上受井約束過(guò)多，地震信息相對(duì)較少，橫向變化不夠自然。疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演將隨機(jī)模擬與疊前反演相結(jié)合，不僅可以反演各種儲(chǔ)層彈性參數(shù)，還提高了反演結(jié)果的分辨率。

本文在常規(guī)疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演流程基礎(chǔ)上，對(duì)部分疊加道集選取、初始模型建立等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了改進(jìn)，提高了反演精度。

3.1 地震道集疊加方案優(yōu)化

疊前彈性反演的本質(zhì)是利用疊前地震道的AVO 信息，對(duì)不同角度或者偏移距疊加后的多個(gè)地震數(shù)據(jù)體同時(shí)進(jìn)行聯(lián)立求解，獲得縱波阻抗、橫波阻抗和密度等巖石彈性參數(shù)，因此疊前道集的角度疊加個(gè)數(shù)對(duì)疊前反演結(jié)果影響很大。目前一般的疊加方式是將道集進(jìn)行均分，劃分出小、中、大3 個(gè)角度進(jìn)行部分疊加。

為提高反演穩(wěn)定性和反演結(jié)果分辨率，在有效入射角范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)了3 個(gè)角度（3°～13°、13°～23°、23°～33°）疊加和5 個(gè)角度（3°～9°、9°～15°、15°～21°、21°～27°、27°～33°）疊加的2 套角度疊加方案進(jìn)行試驗(yàn)。

從2 種疊加方案數(shù)據(jù)體的密度反演試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看（圖3），5 個(gè)角度疊加數(shù)據(jù)的疊前密度反演分辨率更高，橫向展布自然，為此本次儲(chǔ)層預(yù)測(cè)疊前反演采用5 個(gè)角度疊加數(shù)據(jù)方案。

圖3 3個(gè)角度和5個(gè)角度疊加數(shù)據(jù)體疊前反演密度剖面對(duì)比Fig.3 Correlation of prestack inversion density section for three-angle and five-angle stack data bodies

3.2 反演初始模型構(gòu)建

初始模型的建立是測(cè)井約束地震反演的基礎(chǔ)。通常的初始模型建立方法是根據(jù)地震解釋的層位和斷層，按沉積規(guī)律在大層之間內(nèi)插出很多小層，建立地質(zhì)框架結(jié)構(gòu)；在這個(gè)地質(zhì)框架結(jié)構(gòu)控制下，按照一定的插值方式對(duì)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)沿層進(jìn)行內(nèi)插、外推，形成反演初始地質(zhì)模型。

初始模型受層位斷層解釋精度、已知井?dāng)?shù)量及分布和地震、測(cè)井資料品質(zhì)等諸多因素影響。該研究區(qū)火山巖地層厚度大、產(chǎn)狀變化大、非均質(zhì)性強(qiáng)，且斷裂分布復(fù)雜。為提高初始模型精度，在層位斷層精細(xì)解釋基礎(chǔ)上，沿各層序提取地震均方根振幅屬性作為一個(gè)地質(zhì)約束條件，在測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)和沿層均方根振幅屬性共同約束下進(jìn)行內(nèi)插和外推，產(chǎn)生一個(gè)平滑、閉合的低頻實(shí)體模型，提高了初始地質(zhì)模型精度和反演精度。

4 實(shí)際應(yīng)用及效果

應(yīng)用上述技術(shù)流程，對(duì)研究區(qū)200 km2三維地震資料進(jìn)行了疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演，得到三維縱橫波阻抗體和密度體，對(duì)反演數(shù)據(jù)體進(jìn)行解釋，進(jìn)行儲(chǔ)層參數(shù)預(yù)測(cè)與含氣性檢測(cè)。

4.1 應(yīng)用密度反演預(yù)測(cè)儲(chǔ)層參數(shù)

首先通過(guò)巖石物理建模得到的巖石物理解釋圖版，對(duì)反演密度體定量解釋，得到火山巖儲(chǔ)層厚度分布；進(jìn)一步在測(cè)井儲(chǔ)層參數(shù)解釋的基礎(chǔ)上，結(jié)合各種實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)、區(qū)域地質(zhì)特征和測(cè)試分析結(jié)果，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，得到該區(qū)密度與孔隙度、密度與飽和度的定量關(guān)系式，進(jìn)而可以將密度體換算成孔隙度體、飽和度體，提取不同期次火山巖儲(chǔ)層的物性數(shù)據(jù)體，從而得到儲(chǔ)層孔隙度和飽和度的分布。

圖4 是孔隙度反演連井剖面，可以看出，疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)密度反演具有較高的分辨率，剖面上儲(chǔ)層橫向展布自然，尖滅、變化點(diǎn)清晰，與鉆井吻合度良好，預(yù)測(cè)符合率達(dá)到85%。

圖4 疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演孔隙度剖面Fig.4 Porosity section by prestack geostatistics inversion

4.2 應(yīng)用巖性阻抗檢測(cè)儲(chǔ)層含氣性

對(duì)反演縱橫波阻抗體進(jìn)行變換，得到巖性阻抗體，利用巖性阻抗體檢測(cè)含氣儲(chǔ)層。表1 是不同期次火山巖儲(chǔ)層2 種方法含氣儲(chǔ)層預(yù)測(cè)符合率統(tǒng)計(jì)。圖5 是疊前巖性阻抗與疊后衰減屬性含氣儲(chǔ)層檢測(cè)效果對(duì)比。

圖5 疊前巖性阻抗與疊后衰減屬性含氣儲(chǔ)層檢測(cè)效果對(duì)比Fig.5 Correlation of detected effects of prestack lithologic impedance and poststack attenuation attribute for gas-bearing reservoirs detection

從表1 看出，疊前巖性阻抗屬性預(yù)測(cè)各目的層段的含油氣性的符合率均高于疊后高頻吸收衰減方法，表明疊前巖性阻抗是預(yù)測(cè)火山巖含氣儲(chǔ)層的有效方法。

表1 疊前、疊后含氣檢測(cè)符合率對(duì)比Table 1 Comparisons of coincidence rate between prestack and poststack gas detections

應(yīng)用上述儲(chǔ)層預(yù)測(cè)成果，在研究區(qū)開(kāi)展氣藏綜合描述、預(yù)測(cè)有利井位目標(biāo)，為X 區(qū)塊后續(xù)開(kāi)發(fā)評(píng)價(jià)提供了有效技術(shù)支撐。

5 結(jié) 論

（1）研究區(qū)密度、縱橫波速度比和電阻率是火山巖儲(chǔ)層的敏感巖石物理參數(shù)，其中密度最敏感，可以利用密度反演預(yù)測(cè)火山巖儲(chǔ)層。

（2）縱波阻抗和橫波阻抗通過(guò)適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)變換，可以得到一個(gè)新的彈性屬性，即巖性阻抗，巖性阻抗對(duì)含氣儲(chǔ)層最敏感，能有效地預(yù)測(cè)火山巖有效儲(chǔ)層。

（3）疊前道集的角度疊加個(gè)數(shù)對(duì)疊前反演結(jié)果影響很大，5 個(gè)角度部分疊加通常比3 個(gè)角度部分疊加反演精度更高。

（4）通過(guò)疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演，利用密度預(yù)測(cè)儲(chǔ)層參數(shù)、巖性阻抗識(shí)別儲(chǔ)層含氣性，是預(yù)測(cè)火山巖有利儲(chǔ)層的有效方法，在類似地區(qū)可以推廣應(yīng)用。