珠江口盆地白云深水區儲層AVO異常特征分析*

張衛衛 顏承志 龐雄 申俊 何敏 薛懷艷 韓晉陽

(中海石油(中國)有限公司深圳分公司)

珠江口盆地白云深水區儲層AVO異常特征分析*

張衛衛 顏承志 龐雄 申俊 何敏 薛懷艷 韓晉陽

(中海石油(中國)有限公司深圳分公司)

珠江口盆地白云深水區儲層含氣、含水時AVO異常沒有規律，并且AVO正演時部分儲層出現第IV類AVO異常，無法用AVO異常類型來區分氣層和水層。對白云深水區儲層AVO異常特征進行了分析，認為當氣層橫波速度小于上覆高速蓋層橫波速度時，氣層AVO異常是氣層頂界面第III類AVO異常與高速蓋層底界面第IV類AVO異常兩者平衡的結果，即由于儲蓋組合的不同及調諧厚度的影響，氣層頂界面可能為第III類或第IV類AVO異常，而水層也可能表現為較弱的第III類AVO異常，因此不能簡單地以AVO類型來識別氣層和水層，須對各種儲蓋組合進行模型正演分析，以提高儲層含氣性預測精度。

白云深水區儲層AVO異常上覆高速層調諧厚度

珠江口盆地白云深水區經過20多年的油氣勘探取得了非常輝煌的成就，已經成為南海東部海域主要的天然氣生產區［1-3］。探井資料表明，本區珠江組下段主要含氣砂巖層SQ21.0之上均為巨厚泥巖沉積［3］。由于含氣砂巖的波阻抗遠低于泥巖，氣層表現為“亮點”的地震振幅異常和明顯的第III類AVO異常，而水層往往沒有AVO異常，因此以往的研究認為本區第III類AVO異常和含氣相對應，但部分探井卻出現了與常規認識相矛盾的結果。

白云凹陷北坡番禺天然氣區A圈閉的主要目的層段SQ21.0沉積體是一個位于21.0 Ma層序界面之上的構造-巖性復合圈閉，該圈閉上4口井的地震振幅和AVO異常明顯。然而，A1、A3、A5井鉆遇工業氣流，而A4井卻鉆遇水層;并且A1、A5井AVO正演為第IV類AVO異常，A3井(含氣)、A4井(含水)AVO正演為第III類AVO異常，這樣在同一個圈閉內部儲層含氣和含水時的AVO異常沒有規律，無法用AVO異常類型來區分氣層和水層(圖1)。針對該區AVO異常烴類檢測中出現的新情況、新問題，本文從地質、地球物理兩方面進行了分析。

圖1 番禺天然氣區A圈閉4口井的地震剖面及井旁CRP道集圖

1 白云深水區含水砂巖AVO異常特征分析

首先分析A4井鉆遇的Sand1水層為第III類AVO異常的原因。通常認為第III類AVO異常與地層埋深較淺的疏松砂巖儲層含氣有關［4］，而A4井鉆遇的Sand1水層頂界面表現為第III類AVO異常，并且在地震剖面上與A1、A3、A5井鉆遇的氣層一樣都表現為明顯的“亮點”特征，這與常規認識不符。

AVO異常是由巖層泊松比的差異造成的，含氣砂巖的泊松比小于泥巖，所以氣砂頂面表現為AVO異常。按照這個原理推論，如果含水砂巖的泊松比也小于上覆泥巖，那么水砂的頂界面也應該表現為AVO異常。為了驗證這個觀點，選取深水區儲層質量很好的D3井Sand1氣層(泥質含量為18%，砂巖孔隙度達到25.7%，滲透率達到822 mD)的實際測井數據設計了流體替換模型，并進行了AVO正演分析。D3井Sand1氣層表現為第III類AVO異常，當利用Gassmann方程將氣層替換為水層后［5］，水層的縱波速度、密度、泊松比都高于氣層，但仍低于圍巖，只是相對于氣層而言，其與上下圍巖的差值變小，但仍然有第III類或第II類AVO異常。圖2為白云深水區氣層流體替換為水層的AVO正演圖，圖中紅色曲線表示氣層，藍色曲線表示流體替換后的水層。AVO正演結果說明，含水砂巖也可能表現出第III類或第II類AVO異常，但含水砂巖AVO屬性的截距和梯度遠遠小于含氣砂巖，所以在P×G異常圖上，氣層的AVO異常明顯強于水層，這也是利用AVO異常識別氣層的理論依據。

圖2 白云深水區氣層流體替換為水層的AVO正演圖

2 白云深水區含氣砂巖AVO異常特征分析

圖3 番禺天然氣區A1井測井曲線圖

對于第IV類AVO異常，有專家認為這是不同頻率范圍的吸收與衰減引起的地震振幅異常差異導致了AVO異常的差異，并提出了應用分頻地震數據來進行AVO異常分析［6］。為了分析A1、A5井鉆遇的Sand1氣層為第IV類AVO異常的原因，對測井數據進行了編輯和處理，證明測井數據沒有問題，但觀察到在SQ21.0層段之上縱、橫波速度等測井曲線有急劇變大的異常現象(圖3)，GR曲線反映巖性沒有發生很大的變化，基本是泥巖。經過查閱深水巖石物理的相關資料，認為白云深水區第一套主要目的層SQ21.0之上覆蓋著巨厚深海泥巖，由于缺少滲透性好的孔隙砂巖的溝通，這套巨厚泥巖往往難以脫水壓實，導致速度、密度都比較低，而緊靠SQ21.0儲層之上的一小段泥巖容易通過下伏砂巖脫水，導致這段泥巖變硬，縱、橫波速度急劇增大，最終導致測井曲線出現圖3所示的特征。同理，當該區SQ21.0儲層之上發育高速灰巖層時，也會表現出同樣的縱、橫波速度急劇增大的特征。Castagna等人［7］指出:“當氣層的橫波速度小于泥巖蓋層橫波速度時，可能形成第IV類AVO異常”。為了分析這種現象對儲層AVO異常的影響，并驗證Castagna的結論，參考實際測井數據設計了幾種模型;為了能和常規地震資料主頻對應(海上常規地震資料主要目的層主頻約為35 Hz)，采用35 Hz零相位雷克子波進行了AVO正演研究。

首先，設計在泥巖背景中有一段20 m厚的高速層，高速層模型正演數據如下:vp=3 500 m/s，vs=1 800 m/s，ρ=2.5 g/cm3，可以得到這套高速層調諧厚度為25 m，疊后合成記錄為“波峰-波谷”的地震響應特征，疊前合成記錄中高速層頂界面(波峰)為第I類AVO異常，高速層底界面(波谷)為第IV類AVO異常，即高速層的頂底界面地震反射振幅都隨入射角的增大而減小，和常規AVO理論認識相符(圖4a)。然后，參考D3-1-1井Sand1層(氣層)實際測井數據把這層20 m厚的高速層換為氣層，氣層模型正演數據如下:vp=2 880 m/s，vs=1 740 m/s，ρ =2.15 g/cm3，可以得到這套氣層的調諧厚度為20 m，疊后合成記錄為“波谷-波峰”的地震響應特征，疊前合成記錄中氣層頂界面(波谷)地震反射振幅隨入射角的增大而增大，為典型的第III類AVO異常(圖4b)。表明在無上覆高速層的影響下，地層埋深較淺的疏松砂巖儲層含氣后，其頂面地震反射表現為第III類AVO異常。以上的正演結果與常規認識相符，這也是區分高速巖性亮點與低阻抗含氣亮點最方便的方法。

其次，分別設計氣層之上覆蓋5、10、18、20、30、50 m高速層段，注意到高速層的橫波速度大于下伏氣層。當氣層之上覆蓋5 m高速層時，地震響應特征變化不大，但AVO異常的截距增大，梯度變小，仍表現為第III類AVO異常(圖4c);當氣層之上覆蓋10 m高速層時，地震響應特征發生變化，表現為“弱波峰-波谷-波峰”的特征，氣層頂界面仍然對應波谷，零入射角時的反射系數繼續負向增大且振幅變化率繼續變小，上波峰開始變強;當氣層之上分別覆蓋18、20、30 m高速層時，地震響應均表現為“波峰-波谷-波峰”的特征，即勘探人員常說的“兩紅夾一黑”的特征(紅色為波峰，黑色為波谷)，氣層頂界面仍然對應波谷，疊前合成記錄表現為第IV類AVO異常，且AVO截距在20 m厚高速層模型中達到極大值(圖4d)。上波峰實際是高速層的頂界面波峰反射，下波峰是氣層底界面的反射，而波谷實際是高速層的底界面波谷反射和氣層頂界面波谷反射疊加的效果，圖4a中顯示高速層的底界面波谷反射實際表現為第IV類AVO異常，而圖4b中顯示氣層頂界面波谷反射表現為第III類AVO異常。所以，氣層之上覆蓋高速層(蓋層橫波速度高于氣層)的AVO異常實際是兩者平衡的結果，根據蓋層和氣層厚度或波阻抗的不同，氣層頂界面可能表現為第III類或第IV類AVO異常。

實際上，當上覆蓋層厚度繼續增大到50 m時，即厚度大于其調諧厚度后，高速蓋層的影響在慢慢減弱，疊前CRP道集上氣層頂界面波谷反射又表現為第III類AVO異常，且氣層的亮點特征逐漸變弱，慢慢恢復“波谷-波峰”的反射特征(圖4e)。

圖4 白云深水區不同儲蓋組合AVO正演圖

從以上AVO模型正演結果來看，由于上覆高速層厚度不同，巖性、物性、含氣性一樣的20 m氣層在疊后剖面上的亮點程度不同，氣層頂界面表現為第III類或第IV類AVO異常。為了驗證正演的結論，分別對A1、A3、A5、A4井儲層之上的高速泥巖層段進行了對比分析，結果表明:當氣層的橫波速度小于上覆蓋層時，隨上覆蓋層厚度的變化，氣層頂界面的波谷反射表現為第III類或第IV類AVO異常(圖5);同樣，這套儲層之上的高速蓋層使得下伏儲層頂界面的反射系數之差變得更大，即使是在A4井SQ21.0層含水的情況下，由于上覆高速層的影響，增大了高速蓋層與水層的波阻抗差，導致水層頂界面的反射仍表現為與氣層相似的“亮點”特征。因此，如果沒有這段高速層的影響，水層與圍巖的波阻抗差不會有這么大，也就不會在地震剖面上出現“亮點”的特征。

圖5 番禺天然氣區A圈閉A4井(左圖)、A5井(右圖)地球物理響應特征

以上正演結果驗證了Castagna的“當氣層的橫波速度小于泥巖蓋層橫波速度時，可能形成第IV類AVO異常”判斷是正確的，并進一步指出當下伏氣層厚度近似為調諧厚度時，隨著上覆蓋層厚度的增加，氣層頂界面的AVO異常先由第III類變成第IV類;當蓋層厚度繼續增大至超過蓋層的調諧厚度時，氣層頂界面的AVO異常又會由第IV類變為第III類。

3 在白云深水區B目標的應用

根據以上的研究成果，在白云深水區對B目標進行了鉆前烴類檢測。B目標西北側8 km處為C氣田，從過C氣田C2井和B目標設計井(B1井)的連井地震剖面上來看，B目標有著與C氣田相似的“兩紅夾一黑”的“亮點”特征，過B目標的井旁CRP道集上主要目的層Sand1表現為第III類AVO異常(圖6)。按照常規的認識，在沒有更多資料的情況下，就會判斷B目標的主要目的層Sand1含氣，但根據本文分析，含水砂巖也可能表現為“亮點”及第III類AVO異常特征。進一步分析得到了過C2井和B1井的連井流體因子剖面(圖7)，顯示B目標處含氣異常明顯低于C2井，判斷B1井Sand1層為高孔隙含水砂巖層。實際鉆探結果也證實了該井Sand1層儲層質量很好，是水層。

圖6 白云深水區過C2井和B1井連井地震剖面及過B1井旁CRP道集

圖7 白云深水區過C2井和B1井連井流體因子剖面

4 結論

(1)在深水區油氣勘探中，不能僅僅依靠地震剖面上的“亮點”及道集上的第III類AVO異常特征就判斷儲層含氣，因為高孔隙含水砂巖頂界面也可能表現為較弱的第III類AVO異常，但其AVO異常的截距和梯度均遠小于含氣砂巖。所以，在P×G等異常圖上，氣層的AVO異常明顯強于水層，氣層與水層AVO異常的差異性才是AVO技術識別氣層的本質。

(2)當氣層上覆高速蓋層的橫波速度大于氣層，且氣層厚度近似于調諧厚度時，隨著上覆蓋層厚度增加，氣層頂界面的AVO異常先由第III類變為第IV類，當蓋層厚度繼續增大至超過蓋層的調諧厚度時，氣層頂界面的AVO異常又由第IV類變為第III類，即當氣層的橫波速度小于上覆蓋層橫波速度時，氣層、蓋層的厚度關系及調諧效應綜合影響了氣層頂界面的AVO異常和氣層的亮點特征。所以，在深水區等儲蓋組合比較復雜的地區利用AVO技術進行油氣檢測時，不能簡單地以AVO類型來識別氣層和水層，要對各種儲蓋組合進行模型正演分析，考慮到儲層、蓋層的厚度變化及調諧厚度的影響，綜合分析其含氣性。

［1］龐雄，陳長民，彭大鈞，等．南海珠江深水扇系統及油氣［M］．北京:科學出版社，2007．

［2］施和生，柳保軍，顏承志，等．珠江口盆地白云-荔灣深水區油氣成藏條件與勘探潛力［J］．中國海上油氣，2010，22(6):369-374．

［3］秦成崗，施和生，張忠濤，等．珠江口盆地番禺低隆起-白云凹陷北坡SQ21．0層序陸架坡折帶沉積特征及油氣勘探潛力［J］．中國海上油氣，2011，23(1):14-18．

［4］張衛衛，何敏，顏承志，等．AVO疊前反演技術在珠江口盆地白云深水區烴類檢測中的應用［J］．中國海上油氣，2010，22(3): 160-163．

［5］FRED J H．Seismic amplitude interpreatation［M］．北京:石油工業出版社，2006:30-32．

［6］軒義華，秦成崗，汪瑞良．分頻AVO技術在珠江口盆地番禺天然氣區含氣性分析中的應用［J］．石油地球物理勘探，2010，45 (1):79-84．

［7］CASTAGNA J P，SWAN H W．Principles of AVO crossplotting［J］．The Leading Edge，1997．

An analysis of AVO anomaly for reservoirs in Baiyun deep-water area，Pearl River Mouth basin

Zhang WeiweiYan ChengzhiPang Xiong Shen JunHe MinXue HuaiyanHan Jinyang
(Shenzhen Branch of CNOOC Ltd．，Guangzhou，510240)

In Baiyun deep-water area，Pearl River Mouth basin，the AVO anomalies are not regular for gas or water-bearing reservoirs，and they can not be used to recognize these two kinds of reservoir，because Type IV of AVO anomaly will be observed for a part of reservois when conducting AVO forwarding．By analyzing the features of AVO anomaly for reservoirs in the deep-water area，it is considered that the AVO anomaly for a gas-bearing reservoir may result from a balance between Type III of AVO anomaly from the top of the gas-bearing reservoir and Type IV of AVO anomaly from the bottom of the overlying high-velocity layer，when S-wave velocity in the gas-bearing reservoir is lower than that in the overlying high-velocity layer．In other words，because of different combinations of reservoirs and overlying layers and the effect of tuning thickness，Type III and Type IV of AVO anomaly may be observed at the top of gas-bearing reservoirs，and a weaker Type III of AVO anomaly may occur at the top of water-bearing reservoirs．Therefore，the types of AVO anomaly can not be simply used to discriminate a gas-bearing reservoir from a water-bearing one，and an analysis of model forwarding has to be conducted for different combinations of reservoirs and overlying layers，in order to improve the accuracy of predicting gas-bearing reservoirs．

Baiyun deep-water area;reservoir;AVO anomaly;overlying high-velocity layer;tuning thickness

2011-07-12改回日期:2011-09-05

(編輯:周雯雯)

*國家“十二五”重大專項“南海北部深水區儲層識別技術與評價(編號:2011ZX05025-03)”部分研究成果。

張衛衛，男，工程師，2005年畢業于長江大學地球物理與石油資源學院，獲碩士學位，現主要從事珠江口盆地油氣勘探及儲層預測和烴類檢測方面的研究工作。地址:廣州市江南大道中168號海洋石油大廈1619室(郵編:510240)。電話:020-84262340。E-mail: zhangww@cnooc．com．cn。