張丹妮

（中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院海底科學(xué)與探測技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島266100）

西湖凹陷A區(qū)塊致密砂巖儲層地震響應(yīng)研究

張丹妮*

（中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院海底科學(xué)與探測技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島266100）

西湖凹陷位于東海陸架盆地東部坳陷帶，油氣資源非常豐富，具有較大的勘探潛力。該區(qū)目的層花港組巖性致密，滲透率較低，非均質(zhì)性強(qiáng)烈，屬于典型的致密砂巖儲層。如何在低孔滲儲層中尋找相對高孔滲的儲層砂體是勘探面臨的難題。首先利用井曲線交會法分析了井旁地層的巖性、物性、含氣性，建立地質(zhì)參數(shù)與地震參數(shù)的關(guān)系，然后根據(jù)地質(zhì)參數(shù)建立不同的地震模型進(jìn)行正演模擬，研究儲層地震響應(yīng)特征，最后利用波形聚類法預(yù)測儲層分布。

致密砂巖儲層;正演模擬;地震響應(yīng)特征;波形聚類

東海陸架盆地西湖凹陷西鄰海礁隆起和漁山隆起，東邊界為釣魚島隆褶帶，北東走向，面積約為4.6× 104km2，其新生界地層主要發(fā)育古新統(tǒng)（？）、始新統(tǒng)平湖組、漸新統(tǒng)花港組、中新統(tǒng)龍井組、玉泉組和柳浪組、上新統(tǒng)三潭組和第四系東海群。始新統(tǒng)平湖組和漸新統(tǒng)花港組是西湖凹陷的主要勘探目的層。經(jīng)前人研究可知，西湖凹陷內(nèi)花港組為坳陷期沉積的地層，以陸相沉積環(huán)境為主，主要發(fā)育辮狀河流相、湖泊三角洲相、濱淺湖及淺湖相[1-2]，物源主要來自北部虎皮礁隆起和東部釣魚島隆褶帶[3]。本文的研究工區(qū)位于西湖凹陷A區(qū)塊，面積約為220km2，自北向南共有5口井：w1-w5，研究地層為花港組的一套致密砂巖，埋深約為3000～4000m，厚度約為130m。隨著深度的增加，儲層在壓實(shí)作用下變得致密，物性條件較差[4]，目的層的致密砂巖儲層具有埋藏深度大、致密化、橫向變化快等特點(diǎn)，造成此區(qū)儲層預(yù)測具有很大的難度。

近年來，西湖凹陷取得的重大勘探發(fā)現(xiàn)就歸功于儲層預(yù)測方法的提高。地震波在地下傳播時(shí)會受到地層巖性、物性、含氣性等影響，從而會記錄地下相關(guān)信息，體現(xiàn)在振幅、頻率、衰減等地震波特征上。地震響應(yīng)特征研究就是從地震資料的振幅、頻率、波形等信號特征內(nèi)提取出有用的地下巖性、物性、含氣性等信息[5-8]。本文通過分析測井、地震資料，結(jié)合儲層地質(zhì)特征，利用交會分析技術(shù)分析致密砂巖儲層的巖石物理特征，再通過地震正演模擬與實(shí)際地震記錄綜合分析，研究該區(qū)致密砂巖氣儲層的地震響應(yīng)特征，最后通過模糊邏輯波形聚類進(jìn)行儲層預(yù)測。

1 井曲線交會分析

1.1 巖性分析

根據(jù)對測井資料的基本認(rèn)識，自然伽馬和泥質(zhì)含量能有效地區(qū)分砂巖與泥巖，并且兩者呈非常好的正相關(guān)關(guān)系，因此以自然伽馬作為巖性劃分的標(biāo)準(zhǔn)，將自然伽馬值高于80API認(rèn)為是純泥巖。對w1、w2、w3、w4、w5井的縱波速度、密度與縱自然伽馬3個(gè)參數(shù)交會分析（見圖1a），可知縱波速度與密度呈近似線性的正相關(guān)關(guān)系，自然伽馬低值代表的砂巖主要分布在縱波速度低值、密度低值的區(qū)域，因此儲層砂體具有低縱波阻抗的特征。

1.2 物性分析

對w1、w2、w3、w4、w5井的孔隙度、滲透率、自然伽馬3個(gè)參數(shù)做交會圖分析（見圖1b），可知孔隙度與滲透率在w2、w3、w5井呈現(xiàn)較好的指數(shù)型正相關(guān)關(guān)系，在砂巖的前提下，孔隙度、滲透率越大代表物性越好。因此，該區(qū)域的儲層砂體具有高孔隙度（＞10%）、高滲透率(＞1mD)的特征。

對w1、w2、w3、w4、w5井的孔隙度、縱波阻抗、自然伽馬3個(gè)參數(shù)做交會圖分析（見圖1c），可知孔隙度越大，縱波阻抗值越小，進(jìn)一步證明了西湖凹陷的有利儲層砂體為低阻抗。

1.3 含氣性分析

根據(jù)測井解釋通常假設(shè)地層孔隙流體不是水就是油氣，不存在其他情況，因此含水飽和度與含氣飽和度之和為1，可以用含水飽和度來表示含氣飽和度。對w1、w2、w3、w4、w5井的孔隙度、含水飽和度、縱波阻抗3個(gè)參數(shù)做交會圖分析（見圖1d），可看出西湖凹陷花港組儲層的含水飽和度與孔隙度呈負(fù)相關(guān)，可認(rèn)為含氣飽和度隨著孔隙度增加而增加。由此可以推斷，含氣飽和度是影響儲層縱波阻抗的重要因素，含氣導(dǎo)致了縱波阻抗降低。

經(jīng)過對5口井測井曲線的巖性、物性和含氣性交會分析，總結(jié)出該區(qū)儲層砂體在地質(zhì)上具有低泥質(zhì)含量、低密度值、高孔隙度值（＞0.1）、高滲透率（＞1mD）和高含氣飽和度的特征，在地震上具有低縱波速度（＜0.0155ft/μs）和低縱波阻抗[＜0.036ft·g/(μs·cc)]的特征。

2 地震響應(yīng)特征分析

2.1 地震正演模擬

為了研究對儲層砂體敏感的地震參數(shù)，本文利用地震正演技術(shù)對地質(zhì)模型進(jìn)行理論模擬，以地震波的傳播理論為基礎(chǔ)，通過設(shè)計(jì)模型的地震波速度、密度、孔隙度、流體性質(zhì)等參數(shù)，合成相應(yīng)的地震記錄來解釋不同物性、不同流體的砂體在地震上的響應(yīng)特征。由于地下介質(zhì)是復(fù)雜、多樣的，在實(shí)際的解釋中，通過合理地簡化地震資料，提煉出地下介質(zhì)中我們要關(guān)注的一些特征參數(shù)來建立地質(zhì)模型。在本次研究中，由于目的層埋深3000m以上，而目的層平均厚130m，地層厚度及產(chǎn)狀的變化相對埋深來說變化不大，因此我們假設(shè)地層為水平、均勻、連續(xù)的彈性體，地震波速主要受到地層巖性、孔隙度、流體性質(zhì)的影響，而深度及壓實(shí)的影響相比之下可以忽略。

2.1.1 模型1

根據(jù)本工區(qū)實(shí)際地質(zhì)情況以及測井資料設(shè)計(jì)模型（見圖2a）：模型從上到下總共分為3層，第一層和第三層代表低速泥巖，厚度皆為400m，速度為3800m/s，第二層為高速致密砂巖，厚200m，速度為4000m/s，其中致密砂巖中間設(shè)置一個(gè)含流體砂巖，寬200m，巖石骨架速度為4000m/s，孔隙度為10%。

根據(jù)地質(zhì)模型生成地震記錄，可知低速泥巖與高速砂巖交界處會產(chǎn)生強(qiáng)反射，并且砂體的頂?shù)捉缑鏄O性相反，致密砂巖的頂為波峰，致密砂巖的底為波谷；當(dāng)砂巖孔隙變大并且含有流體時(shí)，會使砂巖的波速降低，從而導(dǎo)致波阻抗變低，與泥巖的波阻抗差變小，因此含氣砂巖頂?shù)捉缑娴牡卣鹫穹鶞p弱，極性反轉(zhuǎn)，含流體砂巖頂為波谷，底為波峰。通過這以上的差別，可以區(qū)分泥巖、致密砂巖與含氣砂巖的界面。

2.1.2 模型2

在模型1的基礎(chǔ)上，設(shè)置3個(gè)同等大小且孔隙度分為30%、10%、1%的含氣砂體，觀察相同的含氣砂體在孔隙度不同的情況下的地震響應(yīng)區(qū)別（見圖2b）。

從模型2生成的地震記錄中可知，在圍巖、巖石骨架及流體相同的情況下，隨著孔隙度的增大，砂巖的速度降低，砂巖波阻抗減小，反映出的頂?shù)捉缑嬲穹町愝^大。在工區(qū)泥巖為低阻抗的背景下，當(dāng)孔隙度為1%時(shí)，含氣砂巖的波阻抗減少的不明顯，與致密砂巖波阻抗基本近似，因此砂巖頂?shù)捉缑娴卣鹫穹静蛔?，仍是砂巖頂為波峰，底為波谷；當(dāng)孔隙度增大到10%時(shí)，含氣砂巖波阻抗降低到一定程度，與泥巖的波阻抗接近，因此砂巖的頂?shù)捉缑鏋槿跽穹憫?yīng)；當(dāng)孔隙度繼續(xù)增大到30%時(shí)，砂巖的波阻抗低于泥巖，因此砂巖的頂?shù)捉缑娉霈F(xiàn)極性反轉(zhuǎn)，顯示為強(qiáng)振幅響應(yīng)，砂巖頂為波谷，砂巖底為波峰。根據(jù)上述分析，可以利用地震的振幅以及形態(tài)來判斷砂巖的孔隙度相對大小。

圖2 模型及其正演模擬地震剖面

2.1.3 模型3

在模型2的基礎(chǔ)上，將3個(gè)砂體孔隙度都設(shè)置為10%，巖石骨架參數(shù)不變，并且將其流體參數(shù)分別設(shè)置為飽和含水、飽和含氣和干層（非烴類）對應(yīng)的參數(shù)，觀察相同孔隙度的情況下，飽和水、飽和氣和干層的區(qū)別（見圖2c）。

根據(jù)模型3的地震記錄可知，在圍巖、巖石骨架及孔隙度相同的情況下，飽和水波速最大，與泥巖近似；干層次之，略小于泥巖；飽和氣最小，與泥巖速度差異最大。因此三者引起的地震波振幅響應(yīng)各不相同，飽和水砂巖由于跟泥巖波阻抗近似，地震振幅響應(yīng)最弱；干層比泥巖波阻抗稍小，地震振幅較弱，底界面比頂界面更加明顯；飽和氣砂巖與泥巖波阻抗差異最大，振幅響應(yīng)最明顯，頂界為強(qiáng)波谷，底界為強(qiáng)波峰，易于識別。

因此，通過分析地震波阻抗界面的響應(yīng)特征（振幅大小、波形形態(tài)、極性等）可得知儲層巖性、孔隙度大小以及含流體性質(zhì)。砂泥巖界面有明顯的強(qiáng)反射，并且頂?shù)捉缑鏄O性相反，其中致密砂巖（物性差）與泥巖的頂界面為強(qiáng)波峰，物性中等的砂巖與泥巖的頂界面為弱振幅，物性好的砂巖儲層與泥巖的頂為強(qiáng)波谷，另外，孔隙流體對地震反射也有影響，其中含飽和氣的地層振幅最強(qiáng)，最易識別。綜上所述，本文所研究的相對高孔滲儲層應(yīng)該在頂界面具有強(qiáng)波谷，在底界面具有強(qiáng)波峰的地震響應(yīng)特征。

2.2 地震響應(yīng)分析

分別對5口井做合成地震記錄，精確標(biāo)定時(shí)深關(guān)系（見圖3）。首先綜合井分層數(shù)據(jù)和自然伽馬曲線進(jìn)行分析，確定了目的層頂和底的位置，可見5口井的地震剖面都在目的層頂和底發(fā)生極性反轉(zhuǎn)。再根據(jù)各井的縱波速度、縱波阻抗、自然伽馬、孔隙度曲線以及合成地震記錄、井旁道的地震響應(yīng)特征，判斷儲層的頂?shù)?，其中w3與w5井的平均孔隙度大于10%，認(rèn)為該處砂體物性好，是有利的儲層，儲層頂界的地震響應(yīng)為強(qiáng)波谷，底界為強(qiáng)波峰；w4、w2井平均孔隙度介于8%～ 10%，認(rèn)為該處砂體物性中等，發(fā)育少量高孔滲的砂體，砂體頂界的地震響應(yīng)為中、弱振幅，頂?shù)捉绮幻黠@；w1井平均孔隙度小于8%，認(rèn)為該處砂體物性差，基本為低孔滲砂體，不是有利的儲層，其砂體頂界為強(qiáng)波峰，底界為強(qiáng)波谷。通過以上認(rèn)識，可通過地震波形的特征來判斷該區(qū)致密砂巖氣儲層的頂?shù)孜恢茫瑥亩M(jìn)行儲層預(yù)測。

圖3 w1-w5井合成地震記錄時(shí)深關(guān)系圖

根據(jù)以上的分析，得到儲層的頂?shù)捉缑嫖恢?，利用模糊邏輯方法對儲層段地震?shù)據(jù)進(jìn)行波形聚類，得到儲層地震相和模型道（見圖4），可見w3、w5井都屬于第2類波形，波形特征為上部強(qiáng)波谷、下部強(qiáng)波峰、低頻率；w1井為第5類波形，波形特征為上部中強(qiáng)波峰、下部強(qiáng)波谷、較高頻率；w2、w4井則介于兩者之間，主要為第3類波形，波形特征為弱振幅、低頻率。因此，第2類波形可指示儲層，主要分布于w3附近，以及w5井南側(cè)，代表了物性好的辮狀河河道砂體。通過測井曲線交會與地震響應(yīng)分析，建立地質(zhì)儲層參數(shù)與地震參數(shù)的聯(lián)系，以此預(yù)測致密砂巖氣儲層分布范圍，在西湖凹陷A區(qū)塊取得良好效果。

圖4 波形聚類地震相及模型道

3 結(jié)論

（1）通過測井曲線交會分析，該區(qū)致密砂巖氣儲層在地質(zhì)上具有低泥質(zhì)含量、低密度值、高孔隙度值（＞0.1）、高滲透率（＞1mD）和高含氣飽和度的特征，在地震上具有低縱波速度（＜0.0155ft/μs）和低縱波阻抗[＜0.036ft·g/(μs·cc)]的特征。

（2）在測井、地質(zhì)資料的指導(dǎo)下，根據(jù)地震響應(yīng)特征研究得知該區(qū)物性最好的儲層具有頂界強(qiáng)波谷、底界強(qiáng)波峰的特征，非儲層具有頂界強(qiáng)波峰、底界為強(qiáng)波谷的特征，因此可通過波形聚類方法進(jìn)行儲層預(yù)測。另外，比較難識別是物性中等的儲層，由于儲層為弱振幅，要識別其頂?shù)捉缑?，還需進(jìn)一步探討。

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P631.44

A

1004-5716(2016)04-0051-04

2016-01-23

2016-01-25

張丹妮（1990-），女（漢族），廣東梅州人，中國海洋大學(xué)在讀碩士研究生，研究方向：地震儲層預(yù)測。