碳酸鹽巖儲層地震波數值模擬影響因素分析

摘 要：通過對比分析已有井的鉆測井資料，建立了基于單井的正演模型以及區域連井地質-地球物理模型，并且兩者的儲層正演響應特征規律性一致。分析討論了模型建立過程中需考慮的影響因素：子波選擇與旁瓣，圍巖的尺度、位置、形狀。揭示了發育不同厚度時的地震響應特征，進而正確認識了儲層的地震相，在實際應用中取得了良好的效果。

關鍵詞：地震波數值模擬；有限差分法；碳酸鹽巖儲層；影響因素

1 概述

在地震勘探中，地震波數值模擬又稱地震正演，可供正確認識儲層的地震響應特征，為儲層預測提供基礎。通過分析不同厚度、巖性組合對地震響應的影響，建立儲層和地震響應特征之間的聯系，為應用地震資料進行儲層預測提供一定的依據。地震波數值模擬方法主要分為射線追蹤法和波動方程法兩類，而其中波動方程法因其能夠提供更豐富的波場信息而得到了更加廣泛的應用。基于波動方程的數值模擬按照算法不同又分為有限差分法、偽譜法、有限元法及譜元法等，其中有限差分法是最為流行的方法之一[1]。文章采用地震波數值模擬的最常用的波動方程有限差分法正演模擬對下二疊統的儲層特征進行了正演影響因素分析實驗。

2 基本原理

3 儲層正演影響因素分析

在研究區范圍內，棲霞組以深灰色厚層狀石灰巖為主，含泥質條帶及薄層，具灰黑色生物碎屑灰巖、藻灰巖、藻團粒灰巖互層。棲霞組與下伏梁山組黑色含煤巖系及上覆茅口組淺灰色塊狀灰巖均為整合接觸。結合區域地質認識、地震、鉆井、測井資料及已有研究成果，建立如圖1所示的正演模型。茅口組整體發育大套灰巖，在茅口組底部普遍性發育的一套泥灰巖，由于物性差異較大，對實驗結果影響較大。模型僅在透鏡體一側設計了一定厚度的泥灰巖，從實驗結果中可以得到效果對比。儲層發育在棲霞組上部，儲層厚度透鏡狀變化由中間70米向兩側逐漸減薄，直至儲層不發育。在下伏地層中，梁山組黑色含煤系地層雖然很薄（十米左右），但地震波阻抗差異更大，同樣不可忽視。

根據上述建立的地質-地球物理正演模型，選用接近實際地震資料的子波進行正演實驗。實驗選用了30Hz理論Puzirov子波和Riker子波兩種不同子波，其中，Puzirov子波波形與Riker子波波形相似均為零相位子波，但旁瓣能量較弱并且能量延續時間較短，具有更高的分辨率。兩種不同子波模型正演結果分別如圖2所示，圖2a是選用30Hz Puzirov子波的結果，圖2b則是同一頻率常用的Riker子波的正演結果。總體而言，選用Puzirov子波的正演剖面中，波形信息更加豐富，具有更高的分辨率。在細節刻畫方面，圖2a中隨著儲層厚度增大，儲層頂部的波谷響應更具規律性，同時儲層底部的波峰也發生的規律性變化。在目的層的下部，圖2a對煤系地層以上的刻畫也更加清晰。

實驗發現，茅口組底部非普遍性發育的一套泥灰巖是目的層段正演響應特征的重要影響因素。對比模型與正演結果，圖2b顯示棲霞組內部不發育儲層時，頂部表現為極弱波谷反射特征，底部逐漸出現弱波峰響應。隨著儲層厚度增大，峰谷響應均變弱甚至空白反射。圖2中階梯狀的強能量同相軸代表茅口組的泥灰巖出現的強反射。茅口組底部的泥灰巖與上覆大套的茅口組下段的純灰巖之間存在較大的波阻抗差異，此處產生了強波峰反射。

對儲層的響應而言，茅口組的泥灰巖的出現使儲層段波峰中出現了波谷的特征，變化十分明顯，也使得實驗結果開始與實際勘探地震資料吻合。所以，建立模型時應該綜合考慮圍巖的尺度和波阻抗差異分界。為了進一步說明這一影響，在圖1所示的模型基礎上稍作改進，得到了圖3所示的地層發育厚層泥灰巖的模型正演結果（30Hz雷克子波）。當茅口組下段發育厚層泥灰巖并直接與棲霞組整合接觸時，儲層的波谷響應消失，底部的弱波峰反射也變的極弱接近空白反射。

4 結論與建議

文章圍繞地震波場正演影響因素進行了實驗分析，可以得出以下結論：子波旁瓣與考慮圍巖的尺度對儲層正演至關重要。不同子波的旁瓣對儲層正演的影響很大，井-震標定常用的是理論Riker子波，并且同一頻率下Puzirov子波具有更高的分辨率。同時，目的層上下圍巖的尺度，包括細層的劃分及層厚的延伸對結果也有較大影響。由于碳酸鹽巖儲層正演需要解決的是分辨率附近薄層地震標定問題。在分辨率附近討論地震響應特征，某一峰谷同相軸的響應并不是單一地質界面或波阻抗界面，而是集合了圍巖的厚度、形狀、相對位置等幾何參數和縱橫波、密度等物性性質為一體的綜合響應。

參考文獻

[1]張永剛.地震波場數值模擬方法[J].石油物探，2003，42（2）：143-149.

[2]陸基孟，王永剛.地震勘探原理[M].北京：石油工業出版社，2009：276-286.

[3]馬中高，管路平，賀振華，等.利用模型正演優選地震屬性進行儲層預測[J].石油學報，2003，24（6）：39-43.

作者簡介：姜寧寧（1991-），男，成都理工大學在讀碩士研究生，地球探測與信息技術專業，研究方向為地震資料解釋與正演模擬。