薄互層AVO 響應(yīng)特征分析*

佘鈺蔚，朱仕軍，朱鵬宇，黨洲濤，唐緒磊，楊維磊，胡桂林

(1.西南石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都610500;2.中國石油川慶鉆探工程公司地球物理勘探公司，四川 成都610213;3.中國石油長慶油田公司，陜西 西安710018)

0 引 言

AVO(amplitude versus offset)技術(shù)依據(jù)振幅隨炮間距的變化規(guī)律所包含的儲層巖性及其孔隙流體的性質(zhì)的信息，能直接進行油氣預(yù)測［1］。1984年Ostander［2］提出AVO 技術(shù)后，作為一種重要的流體檢測工具，得到了迅速的發(fā)展和應(yīng)用［3-4］。其中，Zoeppritz 方程［5］是傳統(tǒng)AVO 的理論基礎(chǔ)，Shuey 兩項近似式［6］的出現(xiàn)，促使AVO 技術(shù)有革命性的發(fā)展。在近角度情況下截距和梯度能較好的刻畫AVO 特征，是巖石骨架、孔隙度及孔隙流體的綜合響應(yīng)，其交會圖分析技術(shù)能直觀簡單的刻畫含氣性，因此在儲層預(yù)測中被廣泛使用［7-8］。

中國油氣田多發(fā)育薄層或薄互層儲層，隨著油氣勘探和開發(fā)的不斷深入，砂泥巖薄互層儲層無疑會成為勘探重點。近年來，Bakke［9］，Yinbin Liu［10］，Jingye Li［11］，姚 陳［12］、周 麗［13］，Wenyong Pan［14］等學(xué)者在單一薄層AVO 響應(yīng)特征方面取得了許多重要成果，這些成果為地層中單一薄層流體檢測定性解釋奠定了良好的基礎(chǔ)，但作為地層中沉積更為普遍更具工業(yè)開采價值的地質(zhì)結(jié)構(gòu)——砂泥巖薄互層，因其組合關(guān)系多，內(nèi)部結(jié)構(gòu)多樣，AVO 響應(yīng)復(fù)雜，導(dǎo)致相關(guān)的研究相對較少［15］，因此對薄互層的AVO 響應(yīng)特征進行研究具有重要的意義。

薄互層的頂?shù)捉缑媸菦Q定反射特征的主要因素，利用已知的等厚薄互層巖性、油、氣和水的模型，分別在聲學(xué)介質(zhì)和彈性介質(zhì)條件下進行數(shù)值模擬，優(yōu)選出更能精確刻畫厚薄互層頂界面AVO響應(yīng)特征的數(shù)值模擬方法。從而采用該波動方程進一步研究薄層數(shù)和單層厚度對薄互層截距、梯度及其交會屬性的影響規(guī)律，有助于從實際疊前地震數(shù)據(jù)中識別含氣薄互層有利區(qū)，提高儲層預(yù)測的精度。

1 正演模擬

設(shè)計如圖1 所示的地質(zhì)模型，該模型由均勻泥巖背景中包含不同互層數(shù)的砂泥巖等厚薄互層地質(zhì)體組成，砂泥巖的互層數(shù)分別設(shè)定為:1，2，4，6，8，10，借以考察不同互層數(shù)對薄互層的AVO 響應(yīng)的影響。其中砂巖骨架Vp=6 000 m/s，Vs=3 000 m/s，ρ=2.65 g/cm3. 泥巖阻抗為儲層骨架阻抗的80%.地震子波采用零相位雷克子波，主頻為30 Hz.采用交錯有限差分法正演模擬獲取單炮記錄;采取中間放炮、兩邊接收的的采集方式，地震道采樣點數(shù)為4 000，采樣間隔0.001 s，道間距20 m，共400 道，單層厚度從1 以2 m 為間隔變化到35 m.對孔隙度12%，含氣飽和度80%的儲層模擬了這6 種薄互層模型得到108 套地震數(shù)據(jù)體。

2 聲學(xué)介質(zhì)與彈性介質(zhì)

Yinbin Liu 和Schmitt［7］已研究單一薄層在聲學(xué)介質(zhì)下的AVO 響應(yīng)。Wenyong Pan 和Kristopher A［11］在前者的基礎(chǔ)上，進行單一薄層在彈性介質(zhì)下的AVO/AVF 特征研究，表明聲學(xué)介質(zhì)不適合單一薄層AVO 研究。類似的，針對薄互層的AVO 響應(yīng)，利用Grassmann 方程進行流體替代，分別在聲學(xué)介質(zhì)和彈性介質(zhì)下，設(shè)計等厚四層5 m 地質(zhì)模型(參數(shù)表(1))進行數(shù)值模擬。在0°入射的情況下，聲學(xué)介質(zhì)和彈性介質(zhì)下砂巖頂界面的振幅值基本相同。然而，當入射角大于20°兩種介質(zhì)情況下AVO 差異越來越明顯。含水砂巖薄互層的情況下，聲學(xué)介質(zhì)中振幅隨入射角增大出現(xiàn)了砂巖底界面假亮點的現(xiàn)象，而彈性介質(zhì)中出現(xiàn)第二類AVO 響應(yīng)。將含水砂巖替換成含氣砂巖后，聲學(xué)介質(zhì)中在50°出現(xiàn)極性反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，而彈性介質(zhì)則無此現(xiàn)象。因此，在預(yù)測流體性質(zhì)時上述解釋陷阱的出現(xiàn)表明在進行薄互層的AVO 分析時采用彈性介質(zhì)更加精確。

3 數(shù)據(jù)分析與認識

3.1 薄互層AVO 特征與互層數(shù)之間的關(guān)系

從蓋層為儲層骨架阻抗的80%，儲層孔隙度為12%，含水飽和度為20%的等厚薄互層彈性波動方程正演結(jié)果圖3 分析，薄互層仍然能產(chǎn)生清晰的AVO 異常，且具有一定的規(guī)律。因此能夠利用薄互層AVO 響應(yīng)特征進行烴類檢測。為刻畫薄互層振幅隨偏移距變化的特征，采用Shuey 兩項式的思想，把sin2(θ)視為變量，對0° ～30°的薄互層AVO 響應(yīng)進行線性擬合。從表2 知擬合相關(guān)系數(shù)均大于0.973，由此說明截距和梯度仍然可以描述近角度入射情況下薄互層AVO 的特征。

單層砂體厚度/m 一層砂 二層砂 四層砂 六層砂 八層砂 十層砂0.992 0.997 0.997 0.998 0.993 0.998 3 0.993 0.997 0.997 0.996 0.994 0.999 5 0.997 0.996 0.997 0.995 0.997 0.998 7 0.993 0.996 0.997 0.997 0.997 0.998 9 0.994 0.998 0.982 0.992 0.996 0.996 11 0.996 0.999 0.996 0.997 0.997 0.997 13 0.998 0.996 0.992 0.993 0.994 0.993 15 0.998 0.996 0.998 0.999 0.991 0.999 17 0.998 0.999 0.999 0.999 0.999 0.996 19 0.998 0.997 0.997 0.999 0.999 0.999 21 0.999 0.984 0.993 0.992 0.985 0.994 23 0.998 0.964 0.989 0.988 0.987 0.984 25 0.998 0.973 0.995 0.994 0.993 0.991 27 0.998 0.984 0.994 0.994 0.995 0.995 29 0.994 0.982 0.993 0.990 0.994 0.987 31 0.998 0.997 0.997 0.997 0.991 0.994 33 0.998 0.997 0.996 0.982 0.998 0.994 1 35 0.998 0.995 0.997 0.999 0.999 0.999

3.1.1 截距

單一薄層法線入射時AVO 的截距和梯度的絕對值與砂體厚度密切相關(guān)。當砂體厚度小于1/64波長時，沒有AVO 響應(yīng);小于1/4 波長范圍內(nèi)，單一砂體法線入射時AVO 的截距和梯度的絕對值隨著砂體厚度的增加單調(diào)遞增(圖4)。

等厚薄互層頂界面AVO 的截距絕對值也與互層數(shù)密切相關(guān)。當單層厚度小于1/64 波長時，單一薄砂層沒有AVO 響應(yīng)，但單層厚度小于1/64 波長的多個薄互層也可形成較強的AVO 響應(yīng)(圖3(a)、圖4)。當單層厚度大于1/64 波長且小于1/8 波長時，單一砂體厚度下，截距絕對值隨互層數(shù)的增加，呈調(diào)諧效應(yīng)，先增加后減小，調(diào)諧振幅大于單一薄層時的振幅值(圖3(b)、圖4)。其中1/32 到1/27 波長之間4 層薄互層處在調(diào)諧厚度;1/27 到1/10 波長之間2 層薄互層處在調(diào)諧厚度。因此，薄互層隨著單層砂體厚度增加，出現(xiàn)調(diào)諧截距的層數(shù)在遞減。當單層厚度大于1/8 波長且小于等于1/4 波長時，薄互層截距幾乎不受砂體層數(shù)的影響，且薄互層截距一般小于單一薄砂巖截距值(圖3(e)、圖4)。

3.1.2 梯度

等厚薄互層頂界面AVO 的梯度絕對值也與互層數(shù)密切相關(guān)。當單層厚度小于1/64 波長時，10層截距和梯度值最大(圖4，圖5)。當單層厚度大于1/64 波長且小于1/8 波長時，固定單層砂體厚度時，薄互層梯度絕對值隨互層數(shù)的增加，呈調(diào)諧效應(yīng)，先增加后減小，調(diào)諧梯度大于單一薄層時的梯度值(圖3(b)、圖5)。其中1/64 到1/32 波長8層薄互層產(chǎn)生調(diào)諧梯度;1/32 到1/16 波長之間4層薄互層處在調(diào)諧厚度，出現(xiàn)梯度最大值;而1/16到1/8 波長之間2 層薄互層產(chǎn)生調(diào)諧梯度。因此，薄互層隨著單層砂體厚度增加，出現(xiàn)調(diào)諧梯度的層數(shù)在遞減。當單層厚度大于1/8 波長且小于1/4 波長時，梯度幾乎不受互層數(shù)的影響，且薄互層梯度小于單一薄砂巖梯度值(圖3(d)、圖5)。

薄互層梯度與截距變化大體趨勢相似，但又有區(qū)別。隨著薄互層單層砂體厚度增加，出現(xiàn)調(diào)諧梯度和梯度的層數(shù)均在遞減，且截距變小更快。單層砂巖厚度大于1/8 波長后，梯度不受薄互層層數(shù)的影響，而截距出現(xiàn)在1/10 波長處。因此，截距對薄互層單砂巖厚度更加敏感。與單砂體進行對比，受薄互層單層厚度和層數(shù)變化的調(diào)諧影響，薄互層單層厚度小于1/8 波長時，薄互層調(diào)諧截距和梯度均大于等于單砂巖的值，對AVO 效應(yīng)起到加強的作用，更易識別;但當薄互層單層厚度大于1/8 波長小于1/4 波長時，AVO 效應(yīng)較單層砂巖相同厚度時減弱。

3.2 薄互層P-G 交會屬性特征

經(jīng)上述薄互層截距和梯度隨單層厚度變化特征分析知，可按照截距的變化規(guī)律，將小于1/4 波長單層厚度分為5 個區(qū)間，即(0，1/64)(1/64，1/32)(1/32，1/16)(1/16，1/8)(1/8，1/4)，且每個區(qū)間內(nèi)薄互層截距和梯度隨互層數(shù)的變化規(guī)律基本一致。因此，可按照單層砂體厚度將小于1/4 波長薄互層按區(qū)間劃分為5 種類型。尋找該5 種類型薄互層的規(guī)律，便能指導(dǎo)劃分出有利含氣區(qū)域。因此，分別進行單層厚度1，5，11，21 和33 m 的薄互層進行P-G 交會屬性研究。

將5 種含氣薄互層與含氣厚層和含水厚層進行對比(圖6)，發(fā)現(xiàn)薄互層在P -G 交會圖上分布具有一定的規(guī)律。當薄互層單砂體厚度落入(0，1/64)波長，含氣薄互層P -G 分布在厚層的右上方黃色區(qū)域(圖6(a))。當薄互層單砂體厚度為(1/64，1/32)波長時，含氣薄互層P -G 分布在厚層的右上方黃色區(qū)域，非常接近含水厚層位置(圖6(b))。而單砂體厚度落入(1/32，1/16)波長范圍內(nèi)，含氣薄互層P-G 分布在厚層的右下方黃色區(qū)域，接近含水厚層位置(圖6(c))。當單砂體厚度為(1/16，1/8))波長時，含氣薄互層P -G 分布以厚層為中心的黃色區(qū)域(圖6(d))，開始遠離含水厚層區(qū)域。當單砂體厚度落入(1/8，1/4)波長時，含氣薄互層P-G 分布在厚層左上方黃色區(qū)域(圖6(e))，遠離含水厚層。最后，當薄互層單砂體厚度等于1/4 波長時，含氣薄互層P-G 略小于單層含氣砂巖，且遠離含氣厚層和含水厚層，出現(xiàn)典型的Ⅲ類AVO 現(xiàn)象，有利區(qū)分布在厚層左下方黃色區(qū)域(圖6(f))。由此說明，隨著薄互層單層厚度的增加，P-G 由右上區(qū)域變化到左下區(qū)域。

4 實際資料的分析

選擇蘇里格地區(qū)某氣田高產(chǎn)氣井13 ～51 井，進行AVO 正演模擬研究。該井儲蓋條件、含氣飽和度和孔隙度與設(shè)計模型大致相當，13 ～51 井具有2 層約21 m 的砂巖儲層。其正演模擬及實際井旁的地震偏移距道集和P -G 交會圖分別如圖7，圖8 所示?？梢钥闯?3 -51 井正演模擬及實際井旁道集的P-G 屬性均分布在左上區(qū)域，與設(shè)計模型單層厚度為21 m 時P -G 屬性(圖6(e))分布規(guī)律一致。

5 結(jié) 論

1)進行薄互層的AVO 數(shù)值模擬分析時聲學(xué)介質(zhì)條件下會出現(xiàn)假亮點，在彈性介質(zhì)中進行數(shù)值模擬更加合理;

2)薄互層單層厚度小于1/8 波長時，P -G 均大于等于單層砂相同厚度的P-G 值，薄互層對頂面AVO 效應(yīng)起到加強的作用。當薄互層單層厚度大于1/8 波長小于1/4 波長時，AVO 效應(yīng)較薄層情況減弱;

3)隨著薄互層單層厚度的增加，P -G 由右上區(qū)域變化到左下區(qū)域，有一定的分布規(guī)律。因此可以根據(jù)工區(qū)薄互層單層厚度和層數(shù)確定出薄互層發(fā)育的P-G 屬性的分布范圍，從而指導(dǎo)儲層預(yù)測，為勘探開發(fā)提供依據(jù);

4)實際井資料正演模擬及實際井旁道集的P-G 屬性均分布在左上區(qū)域，分布規(guī)律一致。

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