鶯歌海盆地“平點(diǎn)”疊前AVO特征及識(shí)別

鄧 勇 潘光超 李 明 張明偉 劉愛群

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057)

0 引言

“亮點(diǎn)”、“平點(diǎn)”、AVO等碳?xì)渥R(shí)別技術(shù)在鶯歌海盆地淺層常溫常壓領(lǐng)域及中深層高溫高壓領(lǐng)域天然氣的勘探中發(fā)揮了重要的作用[1-4]。但鉆探和實(shí)踐表明，在中深層高溫、高壓領(lǐng)域，“亮點(diǎn)”及AVO異常多解性較強(qiáng)[5-9]，雖然可以反映含氣性，但無法預(yù)測儲(chǔ)層含氣飽和度。氣層、氣水同層及含氣水層在地震資料上呈現(xiàn)出相似的“亮點(diǎn)”反射特征及AVO異常，低含氣飽和度的含氣水層也可以產(chǎn)生假“亮點(diǎn)”及AVO異常。研究證明，含氣飽和度為5%時(shí)，即可產(chǎn)生與高含氣飽和度(40%～100%)相似的強(qiáng)振幅及AVO異常，從而形成明顯的“亮點(diǎn)”[9-11]。相反，“平點(diǎn)”在識(shí)別儲(chǔ)層含氣性方面，尤其在識(shí)別含氣飽和度大于40%的商業(yè)氣藏的方面，多解性明顯低于“亮點(diǎn)”、AVO兩種技術(shù)。一旦確定“平點(diǎn)”的存在，就可以確定儲(chǔ)層的含氣范圍，從而能以最少的探井、最低的勘探費(fèi)用快速完成氣藏的評(píng)價(jià)。

目前國內(nèi)的研究主要集中在對(duì)某些具體“平點(diǎn)”目標(biāo)的識(shí)別上[12-16]，仍沒有系統(tǒng)的針對(duì)“平點(diǎn)”的識(shí)別、分析和評(píng)價(jià)方法。

另外，受地層壓力及速度各向異性的影響，鶯歌海盆地中深層高溫、高壓領(lǐng)域“平點(diǎn)”表現(xiàn)出與淺層“平點(diǎn)”不同的特征。近年來鉆探成果表明，“平點(diǎn)”的疊后識(shí)別方法已不能滿足油氣勘探的需要。為此，本文開展“平點(diǎn)”的疊前AVO分析，并結(jié)合疊后識(shí)別標(biāo)志，建立了從疊后到疊前較系統(tǒng)的“平點(diǎn)”識(shí)別方法，為儲(chǔ)量評(píng)價(jià)和井位鉆探提供依據(jù)。

1 “平點(diǎn)”疊后地震響應(yīng)

孔隙流體對(duì)巖石彈性參數(shù)的影響是利用“平點(diǎn)”地震反射直接探測氣層的基礎(chǔ)。所謂“平點(diǎn)”是指由氣水接觸面所產(chǎn)生的地震反射，特別是當(dāng)巖層傾斜并且厚度較大時(shí)，由于氣水接觸面的波阻抗差異較大，通常會(huì)在傾斜反射同相軸間出現(xiàn)能量較強(qiáng)的局部水平反射同相軸。

鶯歌海盆地“平點(diǎn)”疊后地震響應(yīng)有以下特點(diǎn)，據(jù)此識(shí)別“平點(diǎn)”。

(1)在淺層常溫常壓領(lǐng)域，氣層之下直接為水層，水平反射對(duì)應(yīng)氣層與水層分界面(“平點(diǎn)”)。與淺層明顯不同，中深層高溫、高壓領(lǐng)域氣層與水層之間存在較長的氣水同層、含氣水層過渡帶。不同氣藏的氣水過渡帶長度差異較大，大體上范圍為15～60m。氣層與含氣水層、氣水同層之間沒有明顯的波阻抗界面，“平點(diǎn)”反射(波阻抗界面)主要出現(xiàn)在純水層與氣水同層、含氣水層之間[10]。

(2)當(dāng)儲(chǔ)層較薄時(shí)，受地震分辨率限制，氣水界面并不能形成水平反射。由氣層逐漸過渡到水層，在氣水界面附近僅僅表現(xiàn)為地震反射振幅變?nèi)?圖1a)。當(dāng)儲(chǔ)層較厚時(shí)，氣水界面會(huì)形成明顯的水平反射，氣水界面之上氣層地震反射較強(qiáng)，氣水界面之下水層地震反射較弱(圖1b)。

(3)如果厚層砂體地震響應(yīng)與子波旁瓣效應(yīng)疊加在一起[10,17]，有可能形成水平反射。尤其是類似水道砂等較厚砂體，子波旁瓣效應(yīng)產(chǎn)生弱波峰反射，平行于水道砂體頂面。圖1c為“平點(diǎn)”和旁瓣效應(yīng)疊合，地震響應(yīng)相互干涉加強(qiáng)，導(dǎo)致旁瓣高部位能量較強(qiáng)，這也是識(shí)別這類“平點(diǎn)”的重要標(biāo)志。但當(dāng)水道砂儲(chǔ)層頂面較平坦時(shí)，弱波峰反射很可能被誤認(rèn)為“平點(diǎn)”響應(yīng)(圖1d)。

(4)受橫向速度及泥巖夾層的影響，中深層高溫、高壓領(lǐng)域氣水界面地震響應(yīng)可能與淺層常溫、常壓領(lǐng)域“平點(diǎn)”不一樣，而是具有傾斜及局部起伏的特征(圖1e)。另外，受局部自圈低洼的影響，成藏過程中局部排水不暢，同一砂體高、低部位存在多個(gè)“平點(diǎn)”(圖1f)。

圖1 不同情況下“平點(diǎn)”地震反射特征

2 “平點(diǎn)”疊前AVO特征及識(shí)別

研究區(qū)晚漸新世—早、中中新世為生物礁的主發(fā)育期，由于生物礁的造礁平臺(tái)相對(duì)平緩，因此生物礁底面通常呈水平狀地震反射，導(dǎo)致利用“平點(diǎn)”的疊后識(shí)別方法判斷氣層存在較大的不確定性。因此，為進(jìn)一步提高“平點(diǎn)”識(shí)別的準(zhǔn)確性，降低勘探風(fēng)險(xiǎn)，本文進(jìn)一步開展針對(duì)“平點(diǎn)”的疊前AVO識(shí)別方法的研究。

2.1 “平點(diǎn)”疊前AVO原理

AVO技術(shù)的理論基礎(chǔ)是描述平面波在水平分界面上的反射和透射特征的Zoeppritz方程及其簡化形式。

根據(jù)文獻(xiàn)[18-20]，對(duì)于氣水界面處的反射系數(shù)，Aki-Richards簡化式[21]可進(jìn)一步簡化為

(1)

其中

對(duì)式(1)兩邊同時(shí)求導(dǎo)，得

(2)

進(jìn)一步令式(2)大于零，推導(dǎo)得

(3)

為驗(yàn)證該理論的正確性，選取淺水區(qū)、深水區(qū)淺層常溫、常壓領(lǐng)域及中深層高溫、高壓領(lǐng)域十余口鉆井開展AVO正演，發(fā)現(xiàn)“平點(diǎn)”均表現(xiàn)為振幅隨入射角增大而逐漸增加的現(xiàn)象(圖2)，與公式推導(dǎo)的認(rèn)識(shí)完全一致。

在Rutherford等[19]含氣砂巖的AVO分類基礎(chǔ)上，Castagna等[20]提出了四類含氣砂巖分類方案。本文“平點(diǎn)”的AVO特征(圖3)為： 在法線入射時(shí)為正反射系數(shù)，隨入射角的增大，反射系數(shù)呈逐漸增大的變化規(guī)律。

2.2 “平點(diǎn)”的疊前—疊后聯(lián)合識(shí)別

對(duì)于厚層砂巖，氣水界面上、下的氣層、水層厚度大于地震分辨率時(shí)，理論和實(shí)際鉆探結(jié)果均證實(shí)“平點(diǎn)”具有振幅隨入射角增大而增大的AVO特征。但當(dāng)儲(chǔ)層厚度較小時(shí)，受地震分辨率限制，砂體頂面、底面的AVO效應(yīng)會(huì)對(duì)“平點(diǎn)”反射產(chǎn)生干涉，從而導(dǎo)致“平點(diǎn)”并不一定表現(xiàn)為振幅隨入射角增大而逐漸增大的AVO特征。另外，厚層砂巖儲(chǔ)層的地震響應(yīng)受子波旁瓣效應(yīng)影響，在砂體頂面偏下位置產(chǎn)生子波旁瓣反射，該旁瓣的AVO類型主要受氣層頂面AVO類型控制(圖4)。從圖4可以看出，Ⅲ類AVO氣層頂面對(duì)應(yīng)的旁瓣通常會(huì)表現(xiàn)為與“平點(diǎn)”相同的AVO特征，Ⅳ類AVO氣層頂面對(duì)應(yīng)的旁瓣通常會(huì)表現(xiàn)為Ⅰ類AVO特征。此外，當(dāng)氣層厚度接近調(diào)諧厚度時(shí)，受氣層頂面AVO類型影響，氣層底面也會(huì)具有振幅隨入射角增大而增大的AVO特征。由圖5已鉆井正演分析可見，氣層底面通常會(huì)表現(xiàn)為與“平點(diǎn)”相同的AVO特征，水層底面則通常表現(xiàn)為Ⅰ類AVO響應(yīng)，但以上結(jié)論不具有普遍性。

由上述可知，任何一種“平點(diǎn)”的識(shí)別標(biāo)志均存在一定的多解性，為此，在“平點(diǎn)”疊前AVO特征認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，提出了針對(duì)“平點(diǎn)”的疊后—疊前聯(lián)合識(shí)別方法(圖6)。首先，通過頻譜、合成地震記錄等相關(guān)地球物理手段分析疊后地震數(shù)據(jù)相位、分辨率及保幅性，在此基礎(chǔ)上，借助地震正演等從速度、能量、泥巖夾層等影響因素分析、評(píng)估疑似“平點(diǎn)”形態(tài)的可靠性；其次，對(duì)比“平點(diǎn)”之上、下砂體頂面、底面反射能量；然后，分析旁瓣、氣層厚度、水層厚度、砂體底面相互干涉對(duì)“平點(diǎn)”形態(tài)、能量的影響。對(duì)于疊前AVO特征分析，首先，評(píng)估近、中、遠(yuǎn)道集之間的能量關(guān)系，確保不能由于近、中、遠(yuǎn)道集之間的能量失衡而導(dǎo)致“平點(diǎn)”疊前AVO特征的丟失[22-24]；其次，分析“平點(diǎn)”的AVO特點(diǎn)、“平點(diǎn)”之上、下砂體頂面及底面的AVO類型；然后，評(píng)估旁瓣、氣層厚度、水層厚度、砂體底面相互干涉對(duì)“平點(diǎn)”AVO類型影響；最終，綜合疊后和疊前的分析結(jié)果，評(píng)估“平點(diǎn)”的可靠性。

圖2 “平點(diǎn)”AVO正演分析

圖3 AVO分類(據(jù)Castagna[20])

圖4 已鉆井厚層砂體氣層頂面和旁瓣AVO屬性斜率—截距交會(huì)分析

圖5 氣層底面和水層底面AVO屬性斜率—截距交會(huì)分析

圖6 “平點(diǎn)”識(shí)別技術(shù)流程

3 應(yīng)用實(shí)例

X氣田是南海西部首個(gè)高溫高壓大氣田，位于鶯歌海盆地東方區(qū)。氣層為中深層黃流組，儲(chǔ)層為淺海背景下重力流成因的海底扇沉積。海底扇具有多期次、由南向北逐漸遷移的特征，各期次海底扇朵葉砂體縱向上互相疊置，橫向上連片分布。此外，沉積后期的水道改造海底扇砂體，進(jìn)一步將海底扇朵葉復(fù)雜化。這為該區(qū)形成眾多的巖性氣藏創(chuàng)造了有利條件，但也導(dǎo)致氣藏分布復(fù)雜。

由于高溫、高壓領(lǐng)域氣層、氣水同層及含氣水層呈現(xiàn)相似的“亮點(diǎn)”反射特征及AVO異常，因此，儲(chǔ)層含氣性預(yù)測缺乏有效檢測方法。鉆井揭示該區(qū)氣層與含氣水層、氣水同層之間沒有明顯的波阻抗界面，但純水層和氣水同層、含氣水層之間存在明顯的波阻抗界面，并且某些區(qū)域水道砂儲(chǔ)層較厚，遠(yuǎn)大于地震分辨能力，因此具備利用“平點(diǎn)”識(shí)別儲(chǔ)層含氣性的條件。

應(yīng)用本文方法，認(rèn)為圖7中水平狀地震反射可能為X氣田純水層和氣水同層、含氣水層之間的界面。首先，從疊后地震剖面(圖7a)資料上可見該界面在各個(gè)方向上基本為近水平狀弱波峰反射，該反射之上砂體頂面反射強(qiáng)度要明顯高于之下砂體頂面，該反射之上砂體底面反射強(qiáng)度也明顯高于之下砂體底面(圖7b、圖7c)。其次，從疊前道集看，該弱波峰反射表現(xiàn)為“平點(diǎn)”的疊前AVO特征(圖8a、圖8b)，近道為弱波峰反射，隨角度增大，振幅呈逐漸增強(qiáng)的趨勢(對(duì)應(yīng)圖7中A、B點(diǎn))。由于該砂體厚度明顯高于地震分辨能力，因此可排除砂體頂面AVO類型的影響，也可排除子波旁瓣引起的疊前AVO特征。此外，弱波峰反射之上砂體頂面主要為Ⅲ類AVO異常(圖8c,對(duì)應(yīng)圖7中C點(diǎn))，砂體底面與平點(diǎn)AVO特征相同(圖8d,對(duì)應(yīng)圖7中D點(diǎn))； 而弱波峰反射之上砂體底面表現(xiàn)為與“平點(diǎn)”相似的AVO特征(圖8e,對(duì)應(yīng)圖7中E點(diǎn))，弱波峰反射之下砂體底面為Ⅰ類AVO(圖8f，對(duì)應(yīng)圖7中F點(diǎn))。綜合分析認(rèn)為該弱波峰反射各項(xiàng)指標(biāo)均具有“平點(diǎn)”響應(yīng)特征。經(jīng)鉆探證實(shí)該“平點(diǎn)”反射推測的正確性,后續(xù)僅用7口評(píng)價(jià)井便完成了整個(gè)氣田的整體評(píng)價(jià)，每口井均鉆遇氣層，探井、評(píng)價(jià)井成功率達(dá)到100%，極大地提高了勘探評(píng)價(jià)的成功率，降低了勘探評(píng)價(jià)成本，也證實(shí)了該方法的可行性。

圖7 過鶯歌海盆地X氣田“平點(diǎn)”地震剖面及屬性分析

圖8 鶯歌海盆地A氣田“平點(diǎn)”AVA關(guān)系分析

4 結(jié)論

(1)理論及實(shí)鉆井正演分析證實(shí)“平點(diǎn)”具有“法線入射時(shí)為正反射系數(shù)，隨入射角的增加，反射系數(shù)呈逐漸增大的疊前AVO特征”，但具有該AVO特征的不一定是“平點(diǎn)”。在此基礎(chǔ)上，建立了從疊后到疊前的“平點(diǎn)”識(shí)別方法。

(2)由于“平點(diǎn)”的AVO變化相對(duì)平緩，在疊前道集上，實(shí)際目標(biāo)的“平點(diǎn)”AVO關(guān)系受資料影響較大。資料處理過程中，需要對(duì)疊前地震資料進(jìn)行高保真、保幅處理，尤其不能破壞道集之間的AVO關(guān)系。疊前道集校正問題是限制利用疊前AVO特征能否正確識(shí)別“平點(diǎn)”的關(guān)鍵，在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)“平點(diǎn)”在疊后的形態(tài)，結(jié)合正演及疊前AVO分析綜合甄別。