砂礫巖致密油藏地震預(yù)測技術(shù)綜述

王 靜，張軍華，譚明友，張云銀，張營革

(1.中國石油大學(華東)，山東 青島 266580；2.中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257022)

0 引 言

砂礫巖是一種含礫成分較高的砂巖，也稱為含礫砂巖。國內(nèi)外一般是將礫巖、礫狀砂巖等粗碎屑巖為主的油氣藏統(tǒng)稱為砂礫巖油氣藏[1-2]。砂礫巖油氣藏一般離物源近、發(fā)育期次多、厚度大、單位面積產(chǎn)能高，但巖性變化快，非均質(zhì)性強，儲層連通性不易描述，加之低孔、低滲及較大的埋深，勘探開發(fā)難度較大。因此，在對砂礫巖勘探的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行回顧的基礎(chǔ)上，對該類油氣藏的地質(zhì)、測井和地震基本特征進行了詳細總結(jié)和分析，并對砂礫巖油氣藏的地震預(yù)測與描述方法進行了重點闡述，研究結(jié)果對中國正在進行的致密油勘探開發(fā)有一定借鑒作用和指導意義。

1 砂礫巖勘探現(xiàn)狀

中國砂礫巖勘探主要集中在渤海灣盆地濟陽坳陷、準噶爾盆地西北緣、南襄盆地泌陽凹陷、松遼盆地徐家圍子斷陷，此外，塔里木盆地庫車坳陷、二連盆地、鄂爾多斯盆地、柴達木盆地、四川盆地等也有地質(zhì)勘探的應(yīng)用實例。其中，新疆油田砂礫巖發(fā)育層系為二疊統(tǒng)和三疊統(tǒng)[3]；松遼盆地砂礫巖勘探集中在徐家圍子斷陷[4]；南襄盆地砂礫巖主要分布在泌陽凹陷南部陡坡帶下古近統(tǒng)核桃園組[5]；鄂爾多斯盆地砂礫巖儲集層主要發(fā)育于山西組和下石盒子組[6]；塔里木盆地庫車坳陷主要分布層系為白堊統(tǒng)[7]等。

國外砂礫巖油氣藏勘探開發(fā)文獻報道較多的為美洲，如美國洛杉磯盆地的上新世Yorba Linda礫巖油氣藏、庫克灣盆地McArthur River油田漸新統(tǒng)Hemlock組礫巖油氣藏[8-9]、阿根廷的庫約盆地Mendoza油田侏羅—白堊系Barrancas組頂部紅色礫巖油氣藏[10]，以及加拿大西部盆地Pembina油田上白堊統(tǒng)Cardium油氣藏[11-12]和巴西的Sergipe-Alagoas盆地Carmopolis油田下白堊統(tǒng)Carmopolis油氣藏[13]等。

2 砂礫巖致密油氣藏基本特征分析

2.1 砂礫巖致密油氣藏的地質(zhì)特征

砂礫巖體縱向上多期疊置，平面上往往沿邊緣斷層或凸起帶呈裙帶狀分布，向湖盆中心方向又有“扇根、扇中、扇緣”等沉積差異。礫巖類油氣藏油氣富集及高產(chǎn)的主要控制因素是沉積相帶和斷裂作用，扇頂亞相是油氣聚集的最有利相帶[14-16]。有學者根據(jù)扇體的不同位置，將砂礫巖發(fā)育模式分為沖積扇、扇三角洲、三角洲、近岸水下扇、深湖濁積扇[17-18]。

2.2 砂礫巖致密油氣藏的測井響應(yīng)特征

砂礫巖地層電阻率測井對應(yīng)高阻異常，曲線形態(tài)則與沉積時的水進水退旋回、離物源區(qū)的距離及供給速率、水流能量、沉積背景等因素有關(guān)[14]。以下為幾個典型油田的砂礫巖測井響應(yīng)特征：塔里木庫車地區(qū)砂礫巖具有低聲波、高密度、高電阻、低中子的特征[19-20]；鹽家地區(qū)鹽22塊砂礫巖儲層測井曲線特征為高伽馬、中高自然電位、中低密度、中低井徑、中低聲波，含礫砂巖的電阻率呈相對低值，而礫狀砂巖的電阻率值相對較高[21]；準噶爾盆地西北緣砂礫巖儲層自然電位為負異常、平直響應(yīng)特征，自然伽馬呈高值，密度值中低，與鹽家油田砂礫巖的特征極為相似[22-23]。

綜上所述，砂礫巖儲層的測井響應(yīng)特征基本表現(xiàn)為高伽馬值、中低聲波值，且隨著儲層中礫石含量的增多，電阻率值增大。

2.3 砂礫巖致密油氣藏的地震相特征

沉積類型不同，砂礫巖體的地震相也不同。蔡全升等人[24]將砂礫巖地震相特征總結(jié)為5種形式：沖積扇地震相向盆方向為楔形，平行盆緣方向為丘形，內(nèi)部見斜交或發(fā)散結(jié)構(gòu)；扇三角洲內(nèi)部呈不明顯的前積結(jié)構(gòu)；三角洲反射外形為寬緩席狀，內(nèi)部具疊瓦式或“S”形前積結(jié)構(gòu)；近岸水下扇反射外形呈楔形或丘形，扇中可見斜交前積和波狀結(jié)構(gòu)，扇端連續(xù)性較好；深湖濁積扇在剖面上反射外形為丘形或透鏡狀，內(nèi)部為波狀-雜亂結(jié)構(gòu)。

3 砂礫巖致密油氣藏地震預(yù)測與描述方法

3.1 基于屬性分析及融合的砂礫巖預(yù)測方法

3.1.1 屬性分析方法

由于砂礫巖體的成因、巖石物性等存在差異，當?shù)卣鸩ㄍㄟ^砂礫巖扇體時，地震波的傳播速度、振幅、頻率等特征參數(shù)均會發(fā)生明顯變化，因此，利用地震屬性信息進行砂礫巖體預(yù)測對砂礫巖致密油氣藏勘探的突破起到重要作用，比較有效的地震屬性有相干屬性、最大振幅屬性、波形分類屬性、相對波阻抗屬性等。例如利用相干分析技術(shù)，可以推斷沉積環(huán)境的變化，確定有利儲層的沉積相帶；利用振幅類屬性可以劃分砂礫巖體巖性及預(yù)測有利扇體發(fā)育帶；根據(jù)時頻類屬性，在一定條件下可以確定出砂礫巖儲層的內(nèi)部沉積結(jié)構(gòu)，從而預(yù)測儲層在橫向和縱向上的變化[25-28]。

3.1.2 屬性融合方法

單一地震屬性只能描述地震波形的某一種特征，對多屬性進行優(yōu)化、融合，可以得到更為可靠的預(yù)測結(jié)果，有利于清晰準確地突出有利目標。

屬性融合可分為3種類型：①將構(gòu)造圖疊合在屬性上，這是一種簡單而又很直觀的融合顯示方式，在實際解釋中經(jīng)常采用；②采用二元色或RGB顯示技術(shù)，將2種或3種屬性融合顯示，可用于砂礫巖的立體雕刻；③地震多屬性聚類融合或井約束基礎(chǔ)上的屬性融合，可稱為廣義上的融合方法，目前應(yīng)用較多的有聚類分析方法、模式識別方法、支持向量機方法等，隨著大數(shù)據(jù)和人工智能的發(fā)展，基于深層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與訓練的深度學習也正應(yīng)用于儲層預(yù)測中。

3.2 基于反演的砂礫巖預(yù)測及描述方法

由于砂礫巖儲層一般由多期扇體疊置而成，橫向變化快，非均質(zhì)性強，因而給儲層預(yù)測帶來了困難。地震資料反演技術(shù)可充分利用測井、鉆井、地質(zhì)資料為油氣藏描述提供豐富的構(gòu)造、層位和巖性等信息，可從常規(guī)的地震剖面推導出地層的波阻抗、密度、速度、孔隙度、滲透率等信息。目前用于砂礫巖儲層預(yù)測較多的反演方法主要包括常規(guī)波阻抗反演、疊前彈性波阻抗反演和疊前地質(zhì)統(tǒng)計學反演等。

3.2.1 常規(guī)波阻抗反演

常規(guī)波阻抗反演是利用地震資料反演地層波阻抗(或速度)的地震特殊處理解釋技術(shù)，可用于識別砂礫巖體內(nèi)幕以及砂體描述[29-30]，但常規(guī)波阻抗反演存在模型化嚴重的問題。在該方法基礎(chǔ)上研究出隨機地震反演方法，反演結(jié)果更加符合砂礫巖沉積的特點，符合區(qū)域地質(zhì)規(guī)律，相對常規(guī)波阻抗反演具有較高的可信度[31]。

3.2.2 疊前地質(zhì)統(tǒng)計學反演

疊前地質(zhì)統(tǒng)計學反演是將疊前反演和隨機反演技術(shù)相結(jié)合，將地震橫向分辨率和測井縱向分辨率有機結(jié)合，以測井數(shù)據(jù)為主，將地震數(shù)據(jù)作為井間變化的約束條件，尋求各類沉積類型的儲層參數(shù)變化規(guī)律。不僅能夠解決砂礫巖儲層與圍巖阻抗疊置情況下有效儲層的識別問題，而且能夠有效提高縱向分辨率。該方法主要包括地質(zhì)統(tǒng)計學參數(shù)分析、隨機模擬、隨機反演3個環(huán)節(jié)[32-33]。

圖1a和圖1b分別為克拉瑪依油田WSD區(qū)過A1—A3井的約束稀疏脈沖反演與地質(zhì)統(tǒng)計學反演效果對比分析。其中，紅黃色代表儲層，藍綠色表示非儲層，黑色曲線為波阻抗曲線，與反演結(jié)果基本對應(yīng)，目的層底部P3w12段儲層普遍發(fā)育，與已知地質(zhì)認識較為符合。相對于圖1a所示的約束稀疏脈沖反演，圖1b所示的地質(zhì)統(tǒng)計學反演在縱、橫向上的分辨率有很大程度提高，砂體的薄厚變化、尖滅特征以及砂體間的疊置關(guān)系清晰可見，可穩(wěn)定薄砂體或較厚的單砂體，實現(xiàn)儲層砂體的精細追蹤解釋[32]。

圖1 稀疏脈沖反演與地質(zhì)統(tǒng)計學反演效果對比分析

3.2.3 疊前彈性反演

疊前彈性反演通過對疊前道集數(shù)據(jù)進行角道集疊加得到不同角度范圍內(nèi)的地震數(shù)據(jù)(分別為近、中、遠角道集數(shù)據(jù))，利用井震標定提取不同角道集數(shù)據(jù)對應(yīng)的子波，然后合成一個綜合子波用于反演，建立反演模型，最終在反演模型的約束下進行AVO縱橫波聯(lián)合反演，得到多種彈性參數(shù)數(shù)據(jù)體，主要包括縱橫波阻抗數(shù)據(jù)體、縱橫波速度比數(shù)據(jù)體、剪切模量以及楊氏模量數(shù)據(jù)體等，能較好地預(yù)測優(yōu)質(zhì)儲層的分布特征。疊前彈性反演保持了多種彈性參數(shù)反演的一致性，增強了反演結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性，可以實現(xiàn)對地下地質(zhì)體的最佳預(yù)測[34]。

遼河坳陷清水地區(qū)的實際應(yīng)用效果表明，疊后波阻抗反演剖面上對于含灰粉砂巖和含灰泥巖的預(yù)測同細砂巖相當，均表現(xiàn)為高波阻抗，預(yù)測存在誤區(qū)；而疊前彈性反演得到的疊前拉梅常數(shù)乘密度剖面能準確預(yù)測出細砂巖，其余巖性的層段預(yù)測為非儲層，表明疊前彈性反演結(jié)果更為準確[34]。

3.3 砂礫巖儲層裂縫識別及預(yù)測方法

目前應(yīng)用較多的疊后裂縫檢測技術(shù)包括相干體分析、曲率分析、螞蟻體技術(shù)等屬性分析技術(shù)，疊前裂縫檢測技術(shù)主要是縱波各向異性裂縫預(yù)測技術(shù)。除此之外，隨機建模技術(shù)可以描述裂縫的儲集能力及井間裂縫連通信息，并根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法將一系列與裂縫密切相關(guān)的巖石物性、地震屬性及油氣井產(chǎn)能數(shù)據(jù)有機整合在一起，對裂縫分布方位進行定量化分析，尋找裂縫潛在發(fā)育位置[35]；基于井震結(jié)合的地震屬性裂縫預(yù)測方法，將測井解釋得到的疊后大裂縫分布特征和疊前CRP道集計算得到的小裂縫特征進行綜合分析，最終得到砂礫巖儲層裂縫預(yù)測結(jié)果[36]。

在致密油氣藏的開發(fā)過程中，裂縫網(wǎng)絡(luò)是此類儲層獲得工業(yè)油氣流的關(guān)鍵所在，裂縫網(wǎng)絡(luò)的形成除了與天然裂縫以及地應(yīng)力的分布有關(guān)外，還與巖石的脆性特征密切相關(guān)。目前，針對儲層的脆性指數(shù)預(yù)測主要包括脆性礦物含量計算、地球物理反演以及測井數(shù)據(jù)計算等幾類方法。其中，基于疊前地震的脆性預(yù)測方法，對巖石力學參數(shù)楊氏模量和泊松比進行直接反演，在信噪比較低的情況下，可有效提高脆性參數(shù)反演精度[37]。

4 結(jié) 論

(1) 砂礫巖致密油氣藏地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，巖性復(fù)雜，巖相變化快，低孔低滲，且橫向展布不均勻，對其地質(zhì)特征、測井響應(yīng)特征以及地震相特征進行詳盡的分析有助于儲層的預(yù)測。

(2) 目前對砂礫巖致密儲層的預(yù)測方法大體上包括：屬性分析和反演方法。通過前者可以提取明顯反映砂礫巖體的地震屬性，然后利用多種統(tǒng)計類方法可以對儲層參數(shù)進行預(yù)測；通過波阻抗反演、疊前彈性反演等反演方法，可以反映地下巖層的空間變化情況，進而確定儲層的連通性以及裂縫展布等。

(3) 為了進一步提高砂礫巖致密儲層的勘探開發(fā)效果，需要理論和實際應(yīng)用的密切結(jié)合。要充分利用現(xiàn)有的儲層預(yù)測方法，并在其基礎(chǔ)上研究新的技術(shù)，如基于深層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與訓練的深度學習方法，以期取得常規(guī)方法難以取得的效果。