張明，張昕，梁菁，姜曉宇，甘利燈，尉曉瑋

（中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083）

0 引言

多分量地震勘探與常規(guī)縱波勘探相比增加了轉(zhuǎn)換波信息，在非均質(zhì)性儲層預(yù)測、油氣藏的精細(xì)描述中具有巨大的應(yīng)用潛力[1-2]。從20世紀(jì)70年代，人們開始利用橫波地震勘探，以期獲得比縱波勘探相對高的地震分辨率，但由于橫波頻率低、能量衰減快而未能取得預(yù)期的效果[3]。20世紀(jì)80年代中、后期，縱波激發(fā)、縱橫波聯(lián)合接收的多分量地震技術(shù)在海上開始了工業(yè)化應(yīng)用[4]。經(jīng)過近40年的發(fā)展，目前多分量地震采集技術(shù)已經(jīng)基本成熟，建立了比較系統(tǒng)的疊前時(shí)間偏移成像處理流程，初步形成縱、橫波聯(lián)合儲層描述技術(shù)體系。在巖性油氣藏儲層預(yù)測[5-7]及動(dòng)態(tài)監(jiān)測[8]、頁巖氣方位各向異性和裂縫預(yù)測[9-11]等領(lǐng)域都取得了理想的應(yīng)用效果。盡管如此，多分量地震勘探的發(fā)展仍面臨著許多問題，其中最突出的是對轉(zhuǎn)換波的應(yīng)用不足，在實(shí)際生產(chǎn)中的作用沒有得到充分體現(xiàn)[12]。

在解釋四川盆地秋林地區(qū)沙溪廟組地震數(shù)據(jù)過程中，精細(xì)刻畫河道砂巖及其疊置關(guān)系對準(zhǔn)確預(yù)測泥巖夾層位置、指導(dǎo)水平井部署起到至關(guān)重要的作用。但由于沙溪廟組砂巖與泥巖縱波阻抗差別小，采用常規(guī)的縱波勘探難以取得理想效果，給地震預(yù)測帶來極大的挑戰(zhàn)。本文通過對多分量地震資料的分析，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)換波雖然分辨率低于縱波，但在反映巖性變化方面更具優(yōu)勢。通過縱、橫波聯(lián)合反演提升巖性預(yù)測精度，能夠解決沙溪廟組疊置砂巖及泥巖夾層的預(yù)測問題，并取得了良好的應(yīng)用效果。

1 研究區(qū)概況

1.1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于四川盆地川中地區(qū)（圖1 左）。沙溪廟組是一套巨厚的陸相碎屑沉積，地層厚度約1000～1500 m，河道砂體普遍相對較薄[13]，厚約10～20 m。由該區(qū)地質(zhì)綜合柱狀圖（圖1 右）可知，沙溪廟組縱向劃分為沙一段和沙二段，沙一段主要為三角洲—湖泊沉積體系，沙二段為河流沉積體系。根據(jù)基準(zhǔn)面旋回，沙二段又分為J2s21、J2s22、J2s23、J2s24四個(gè)亞段[14]。砂巖物性總體表現(xiàn)為低孔—中孔、特低滲—低滲特征，川中地區(qū)孔隙度為3%～18%，滲透率為0.05～1.00 mD[15]。砂體規(guī)模大、非均質(zhì)性強(qiáng)，勘探實(shí)踐證實(shí)河道砂的儲集條件最好，是油氣聚集的有利砂體[16]。

圖1 研究區(qū)位置（左）和地質(zhì)綜合柱狀圖（右）

圖2 過W17 井地震剖面（a）、合成記錄標(biāo)定（b）及井旁道疊前道集（c）

1.2 勘探開發(fā)面臨的問題

圖3 8 號砂組PP 波數(shù)據(jù)最大振幅屬性

2 多分量地震數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

2020年秋林地區(qū)采集了滿覆蓋面積為200 km2的多分量地震資料。多分量地震采用炸藥震源，激發(fā)點(diǎn)間距為40 m，激發(fā)線距為360 m，采用DSU3數(shù)字三分量檢波器，接收點(diǎn)距為40 m，接收線距為280 m，最小炮檢距為260 m，最大炮檢距為6000 m，轉(zhuǎn)換波覆蓋次數(shù)為50～70。地震資料處理以PP、PS 波保幅處理為目標(biāo)，針對PS 波信噪比低的難點(diǎn)，采用分區(qū)、分域、分步保真保幅噪聲衰減技術(shù)，有效提高了PS 波資料信噪比，為多分量地震聯(lián)合解釋奠定了較好基礎(chǔ)。

圖4 為W16 井井震標(biāo)定結(jié)果，PP、PS 波實(shí)際地震與合成記錄吻合度很高，目的層段沙溪廟組PP 波主頻約為35 Hz，PS波主頻約為18 Hz。

圖4 W16 井PP 波（a）和PS 波（b）合成記錄標(biāo)定

3 多分量地震反演

3.1 縱、橫波匹配

圖5 PP 波（a）、PS 波（b）地震剖面及校正至PP 波時(shí)間域的PS 波地震剖面（c）

3.2 巖石物理分析

圖6 川中地區(qū)測井曲線

圖7 川中地區(qū) 巖石物理交會分析

3.3 地震反演

根據(jù)圖7 交會分析結(jié)果可知，橫波速度能夠較好地區(qū)分砂、泥巖（圖7b），因此可以反演橫波速度體作為巖性預(yù)測的主要依據(jù)。一般可以通過PP 波疊前反演或PP-PS 波聯(lián)合疊前反演獲得橫波速度。本文對比了這兩種方法的反演結(jié)果，并利用W13 井進(jìn)行了驗(yàn)證。

3.3.1 PP 波疊前反演

采用基于Aki-Richards 近似公式的疊前同時(shí)反演方法，對PP 波不同角度的部分疊加體進(jìn)行反演，從而獲得縱波速度、橫波速度、縱橫波速度比、彈性模量等參數(shù)。

根據(jù)Aki-Richard 公式，PP 波反射系數(shù)為入射角的函數(shù)[25],有

式中：θ為縱波入射角；vp、vs、ρ分別為界面上、下縱波平均速度、橫波平均速度、介質(zhì)平均密度；Δvp、Δvs、Δρ分別為界面上、下縱波速度差、橫波速度差、密度差；γ為橫波與縱波速度比。

高質(zhì)量的疊前道集數(shù)據(jù)是保證反演效果的重要基礎(chǔ)，尤其是道集的保幅性。圖8 表明，8 號砂組地震道集（圖中紅線）III類AVO 曲線特征與正演結(jié)果吻合較好，說明道集質(zhì)量滿足疊前反演需求。

圖8 PP 波正演（a）和實(shí)際道集（b）及AVO 曲線（c）

PP波疊前反演采用的技術(shù)流程為：

（1）基于疊前道集覆蓋次數(shù)和反演穩(wěn)定性兩個(gè)方面考慮，采用5°～15°、15°～25°、25°～35°三個(gè)角度疊加數(shù)據(jù)體作為輸入進(jìn)行彈性反演；

（2）分別提取3個(gè)部分疊加體的地震子波；

（3）根據(jù)測井資料及地震層位建立vp、vs、ρ的低頻模型；

（4）利用式（1）進(jìn)行組合反演，得到vp、vs、ρ的反演結(jié)果。

3.3.2 PP-PS 波聯(lián)合疊前反演

PP-PS 波聯(lián)合反演引入了實(shí)測的轉(zhuǎn)換波地震數(shù)據(jù)，相對于常規(guī)地震反演提高了反演結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性。根據(jù) Aki-Richards 公式，PS波反射系數(shù)可表示為[26]

式中φ為轉(zhuǎn)換波反射角。

PP-PS波聯(lián)合疊前反演的技術(shù)流程為：

（1）由于PS 波低角度數(shù)據(jù)信噪比較低，分別對10°～27°、27°～44°、44°～60°的疊前數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加；

（2）將PS波部分疊加數(shù)據(jù)校正至PP時(shí)間域，采用的方法與PS波疊后資料校正方法相同；

（3）通過井震標(biāo)定，分別提取3 個(gè)PS 波部分疊加體在PP波時(shí)間域的地震子波；

（4）根據(jù)測井資料及地震解釋層位建立vp、vs、ρ的低頻模型；

（5）輸入PP、PS 波部分疊加數(shù)據(jù)體及各疊加體的子波進(jìn)行組合反演，得到vp、vs、ρ的反演結(jié)果。

3.3.3 反演結(jié)果對比

圖9 PP 波（左）、PP-PS 波聯(lián)合（右）疊前反演橫波速度剖面

4 縱、橫波聯(lián)合分析

圖10 為過W17-H 井的PP 波、PS 波剖面及PPPS 波聯(lián)合反演橫波速度剖面，從伽馬曲線（圖中紫色線）可知，該井水平段前端以低伽馬值為主，表明鉆遇砂巖儲層，而后端伽馬值明顯升高，說明泥質(zhì)含量增加。在PP 波剖面上，W17-H 井地震響應(yīng)始終為強(qiáng)振幅的“亮點(diǎn)”特征，水平段橫向變化不大，沒有反映出巖性變化（圖10a）。而在PS 波剖面上，W17-H 井地震響應(yīng)為疊置的波組特征，沿著鉆井水平段地震波形存在明顯變化，在水平段前端低伽馬值位置，井軌跡（圖中黑色線）處于波峰內(nèi)；在水平段后端較高伽馬值位置，井軌跡處于波谷內(nèi)，地震響應(yīng)與伽馬曲線具有很好的對應(yīng)關(guān)系（圖10b）。橫波速度反演剖面顯示該井水平段前端處于橫波速度高值區(qū)域，說明以砂巖為主，后端井軌跡處于砂巖邊界，地層泥質(zhì)含量增加導(dǎo)致伽馬值升高（圖10c）。

圖10 過W17-H 井PP 波（a）、PS 波（b）剖面及PP-PS 波聯(lián)合反演橫波速度剖面（c）

圖11 為過W211-H 井的PP 波、PS 波剖面及PPPS 波聯(lián)合反演橫波速度剖面，從伽馬曲線（圖中紫色線）可見，該井水平段前端伽馬值較高，判斷巖性為泥巖，中部及后端伽馬值低，巖性以砂巖為主。在PP 波剖面（圖11a）上，沿著W211-H 井水平段地震響應(yīng)沒有明顯變化，同為強(qiáng)振幅的“亮點(diǎn)”特征。而在PS 波剖面（圖11b）上，W211-H 井前端泥巖段明顯為弱振幅，中部及后端砂巖段為強(qiáng)振幅。橫波速度反演結(jié)果（圖11c）表明該井鉆遇的是兩套疊置砂體中范圍較小的砂體，在水平段前端，橫波速度較低，砂巖厚度薄，鉆遇泥巖為主；中段橫波速度高，以砂巖為主，末端橫波速度低，又鉆遇泥巖。

圖11 過W211-H 井PP 波（a）、PS 波（b）剖面及PP-PS 波聯(lián)合反演橫波速度剖面（c）

5 結(jié)論

多分量地震在提高川中地區(qū)沙溪廟組砂巖預(yù)測精度方面具有較大優(yōu)勢，為推動(dòng)多分量地震在致密油氣藏勘探與開發(fā)中的應(yīng)用創(chuàng)造了良好條件。研究表明：

（1）相對于縱波速度，橫波速度對沙溪廟組巖性有更高區(qū)分度；

（2）8號砂組河道在縱波剖面上為“亮點(diǎn)”特征，河道內(nèi)砂體厚度及疊置關(guān)系變化引起的縱波響應(yīng)變化小，而在轉(zhuǎn)換波剖面上變化明顯；

（3）與縱波疊前反演相比，縱、橫波聯(lián)合反演的橫波速度精度有大幅度提升，能夠準(zhǔn)確、精細(xì)地刻畫河道內(nèi)部巖性變化情況；

（4）縱、橫波聯(lián)合反演能夠很好地解釋水平井鉆遇的巖性變化情況，有效解決了河道內(nèi)砂體疊置關(guān)系的預(yù)測問題。因此，充分利用多分量地震信息將對水平井井位部署、提高水平井砂巖鉆遇成功率提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。