三維地震數(shù)據解釋在中牟區(qū)塊儲層中的應用

劉家橘 劉家橙 張箏 張馳 張馨元

（1.河南省地質調查院，河南 鄭州 450001；2.河南省城市地質工程技術研究中心，河南 鄭州 450001）

1 引言

在三維地震技術的發(fā)展中，地震采集數(shù)據可對地下儲集層的分布、厚度、巖性和物理性質變化進行追蹤[1]。本文以中牟區(qū)塊為實驗區(qū)域，在已有的地質調查的基礎上，利用地質和測井數(shù)據進行波阻抗反演，根據實際需要對數(shù)據體進行目的層的巖性解釋，顯示頁巖分布的特點，進而對頁巖氣儲層進行預測。

2 基礎研究

中牟區(qū)塊位于南華北地區(qū)北部，其區(qū)域構造位置是通許隆起尉北凸起與中牟凹陷南部斜坡的交界地帶。通過鉆孔資料研究發(fā)現(xiàn)，中牟區(qū)塊主要目的層是下二疊統(tǒng)海陸過渡相的太原組和山西組。根據巖心特征劃分為井段2802.10 ～2896.24m，地層層位屬于山西組上段和下段；井段2913.00 ～2963.00m，地層層位屬于太原組上段、中段和下段。對海陸過渡相頁巖氣層系而言，在頁巖氣層系厚度、埋深及蓋層條件相似的情況下，尋找構造相對穩(wěn)定的保存條件較好區(qū)域，是進行儲層預測的前提。中牟區(qū)塊太原組含氣頁巖層段的孔隙度分布范圍是0.4%～4.5%，平均為2.1%；滲透率分布在1.21×10-6～0.11mD，平均為7.48×10-3mD。山西組含氣頁巖層段的孔隙度分布范圍是0.3%～8.8%，平均為2.3%；滲透率分布在2.3×10-6～0.92mD，平均為0.045mD。根據測井成果，太原組、山西組主要含氣層段巖石楊氏模量在20 ～45GPa 之間[2-3]，屬礦物復雜、埋藏深、低孔低滲儲層，非均質性強。

3 研究技術流程

收集相關的地質、地震、測井等資料，分析井區(qū)地質層序，進行測井資料的綜合處理和解釋，開展優(yōu)質頁巖疊前、疊后研究，通過地震反演的波阻抗與縱橫波速度比vp/vs等數(shù)據，描述目的層的物性變化趨勢，預測儲層分布范圍。預測頁巖儲層的研究技術流程如圖1 所示。

圖1 研究技術流程圖

3.1 測井數(shù)據校正

對測井資料進行全面分析和質量控制，應用多元線性回歸法和神經網絡法擬合測井記錄，對測井曲線異常部分進行校正，確保所有曲線在井震標定和提取子波前經過可靠的預處理。針對易受井眼擴徑、煤層和薄互層影響的測井曲線段，通過數(shù)據編輯，數(shù)據異常值均得到有效校正，與模型間保持了較好的一致性。

3.2 巖石物理分析

在測井校正基礎上，用聲學測量做交會圖，以泥質含量、砂質含量、碳酸鹽巖含量和有效孔隙度為色標進行巖石物理分析。目的層段頁巖氣儲層巖性以頁巖、砂質泥巖、泥質粉砂巖為主；有效孔隙度較小，主要介于1%～4%之間，平均1.7%[4]。MY 井各巖性波阻抗分析結果如圖2 所示，煤層對應低縱波阻抗，碳酸鹽巖對應高縱波阻抗，致密砂巖對應中高縱波阻抗和低縱橫波速度比，頁巖對應中低縱波阻抗和中高縱橫波速度比，故利用地震反演的縱波阻抗和縱橫波速度比在一定程度上可區(qū)分頁巖、致密砂巖和泥灰?guī)r。技術應用

圖2 MY井各巖性波阻抗分析圖

目的層段的泥質含量-縱波阻抗交會圖（如圖3左上圖所示）以有效孔隙度為色標，泥質含量與縱波阻抗存在明顯負相關，相關系數(shù)達到-0.82；目的層段的總孔隙度-縱波阻抗交會圖（如圖3 右上圖所示）以總有機碳含量為色標，有效孔隙度與縱波阻抗、縱橫波速度比相關性較差，但是總孔隙度與縱波阻抗回歸相關性明顯，相關系數(shù)達到-0.84；上述分析數(shù)據與地震反演結果相結合，可以預測目的層段的泥質含量和總孔隙度。

利用縱波阻抗和縱橫波速度比兩參數(shù)回歸預測的TOC 含量與測井解釋的TOC 含量交會圖（如圖3 左下圖所示），以總含量為色標，兩者相關系數(shù)達到74%，均方根誤差為0.0065；同時，總含氣量與TOC含量交會圖（如圖3 右下圖所示），以巖性為色標，紅色代表TOC 大于2%、總含氣量大于2m3/t 的優(yōu)質頁巖，青藍色代表非優(yōu)質頁巖，黃色代表致密砂巖，藍色代表碳酸鹽巖。總體來看，高TOC 含量對應高含氣量，兩者相關系數(shù)達到0.78[5]。該回歸公式和地震反演結果為后續(xù)的綜合分析提供數(shù)據基礎。

結合上文的基礎數(shù)據分析，在全疊加數(shù)據體上對MY 井進行了井震標定，將合成道與地震道區(qū)間進行匹配。通過井震標定，首先建立測井曲線的時深標定，同時利用測井曲線的反射系數(shù)序列和井旁道，提取出較準確的地震子波。從井震標定與子波分析可以看出，合同道與地質道的相關系數(shù)很高，在時間對應關系和波形的相似程度上都表現(xiàn)出了比較好的吻合特征。這表明，無論是從基值來看還是從不同巖性的對應關系來看，所選的測井曲線都是比較可靠的。

3.3 建立低頻模型

利用井震標定等數(shù)據建立反演的初始模型（即低頻模型），將低通濾波后的測井曲線在地震層位控制下進行插值，在井點處與井曲線完全一致，在遠離井處保持層狀連續(xù)光滑。根據對地震數(shù)據的頻帶分析，將低頻補償頻率設置為10 赫茲。通過軟件編制了疊后反演一維質控圖、二維剖面圖，顯示出反演的波阻抗與井曲線在山西組和太原組都有很好的一致性，顯示的山西-太原組地震均方根振幅和平均波阻抗平面圖，通過疊后地震振幅圖表明，地震東部的振幅能量整體較強。疊后阻抗表明整個山西-太原組阻抗特征比較均一，地層的阻抗特征比較一致，變化不大。

圖3 MY井目的層段泥質含量、孔隙度、總氣含量交會圖

本次研究以全疊加地震體及其估算的子波和聲波波阻抗為輸入TechLog 數(shù)據庫軟件，進行了疊后反演工作。通過軟件編制聲波阻抗、vp/vs和密度低頻模型的過井剖面圖。為了得到儲層刻畫需要的vp/vs，以角度疊加體及其提取的子波和波阻抗、vp/vs、密度低頻模型作為輸入（如圖4 所示），進行疊前地震AVO 反演。通過疊前同步AVO 反演的縱波阻抗平面圖表明，地層的縱波阻抗特征在西部和東部沒有明顯差異，縱波阻抗比疊后反演縱波阻抗的更加合理。

在反演處理和研究過程中，以疊前同步AVO 反演為主，從疊后到疊前逐步質控等，優(yōu)化參數(shù)，最終得到可靠的反演成果。為疊后反演與疊前反演的波阻抗過井剖面，對比疊前同步AVO 反演和疊后反演的縱波阻抗的剖面（如圖5 所示），兩者總體趨勢相近，表明阻抗在反演所得結果穩(wěn)定可靠。在疊前同步AVO 反演過程中，要注意對各方面的求解和控制，如對求解值正演合成記錄與地震的對比、水平方向的變化、求解值與低頻模型的偏離、反射系數(shù)計算的設定和優(yōu)選、強反射系數(shù)縱向變化的設定和優(yōu)選、多道反演求解等。

3.4 巖性預測

根據測井校正、反演結果，再結合孔隙度、TOC和含氣量，都與波阻抗和vp/vs進行關聯(lián)，根據井數(shù)據得到的彈性參數(shù)與儲層參數(shù)間的回歸方程計算儲層參數(shù)體，得到孔隙度、TOC 和含氣量的剖面平面圖。從分析結果來看，各地層的平均孔隙度相差不大，儲層段平均孔隙為2.3%；通過輸入TechLog 數(shù)據庫軟件計算，利用層位和反演數(shù)據體，提取了各層的TOC 平面圖，利用地化分析結果對結果進行校正，獲得了各巖性段的儲層預測參數(shù)（如表1 所示），山西組埋深2802 ～2896m，總碳含量為1.5%～2.3%；太原組埋深2897 ～2980m，總碳含量為1.8%～2.7%，預測太原組總碳含量明顯高于山西組，太原組下段含量高，且高值區(qū)分布范圍大；明確太原組上段埋深2913.5m到太原組下段埋深2960m 的范圍，為優(yōu)質頁巖氣儲層，建議作為儲層預測及勘探開發(fā)重點層段。

圖4 反演中 使用的低頻模型圖

4 鉆探驗證

根據地震刻畫儲層預測結果，在中牟區(qū)部署了ZDY 井，完鉆結果顯示在ZDY 井山西組、太原組儲層射孔壓裂，取得較好的氣量進行試氣測試分析，對于進一步探明區(qū)塊油氣成藏的潛力具有重要意義。

圖5 波阻抗反演 結果剖面圖

表1 各巖性儲層單元預測表

5 結論

本文利用三維地震解釋技術對中牟區(qū)塊目層段油氣儲層進行了預測，鉆探驗證了ZDY 井試氣量，在勘探中取得了較好的應用效果。研究表明，通過巖石物理分析和地震反演研究，一定程度上可識別巖性，結合總含氣量、TOC 和孔隙度等參數(shù)計算，可用于預測儲層分布，為頁巖巖性識別研究儲層預測提供借鑒和參考。