三維地震數(shù)據(jù)解釋在中牟區(qū)塊儲(chǔ)層中的應(yīng)用

劉家橘 劉家橙 張箏 張馳 張馨元

（1.河南省地質(zhì)調(diào)查院，河南 鄭州 450001；2.河南省城市地質(zhì)工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450001）

1 引言

在三維地震技術(shù)的發(fā)展中，地震采集數(shù)據(jù)可對(duì)地下儲(chǔ)集層的分布、厚度、巖性和物理性質(zhì)變化進(jìn)行追蹤[1]。本文以中牟區(qū)塊為實(shí)驗(yàn)區(qū)域，在已有的地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，利用地質(zhì)和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行波阻抗反演，根據(jù)實(shí)際需要對(duì)數(shù)據(jù)體進(jìn)行目的層的巖性解釋，顯示頁巖分布的特點(diǎn)，進(jìn)而對(duì)頁巖氣儲(chǔ)層進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2 基礎(chǔ)研究

中牟區(qū)塊位于南華北地區(qū)北部，其區(qū)域構(gòu)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(jù)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(duì)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(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定的保存條件較好區(qū)域，是進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)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(jù)測(cè)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(fù)雜、埋藏深、低孔低滲儲(chǔ)層，非均質(zhì)性強(qiáng)。

3 研究技術(shù)流程

收集相關(guān)的地質(zhì)、地震、測(cè)井等資料，分析井區(qū)地質(zhì)層序，進(jìn)行測(cè)井資料的綜合處理和解釋，開展優(yōu)質(zhì)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(jù)，描述目的層的物性變化趨勢(shì)，預(yù)測(cè)儲(chǔ)層分布范圍。預(yù)測(cè)頁巖儲(chǔ)層的研究技術(shù)流程如圖1 所示。

圖1 研究技術(shù)流程圖

3.1 測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)校正

對(duì)測(cè)井資料進(jìn)行全面分析和質(zhì)量控制，應(yīng)用多元線性回歸法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法擬合測(cè)井記錄，對(duì)測(cè)井曲線異常部分進(jìn)行校正，確保所有曲線在井震標(biāo)定和提取子波前經(jīng)過可靠的預(yù)處理。針對(duì)易受井眼擴(kuò)徑、煤層和薄互層影響的測(cè)井曲線段，通過數(shù)據(jù)編輯，數(shù)據(jù)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(cè)井校正基礎(chǔ)上，用聲學(xué)測(cè)量做交會(huì)圖，以泥質(zhì)含量、砂質(zhì)含量、碳酸鹽巖含量和有效孔隙度為色標(biāo)進(jìn)行巖石物理分析。目的層段頁巖氣儲(chǔ)層巖性以頁巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)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(jié)果如圖2 所示，煤層對(duì)應(yīng)低縱波阻抗，碳酸鹽巖對(duì)應(yīng)高縱波阻抗，致密砂巖對(duì)應(yīng)中高縱波阻抗和低縱橫波速度比，頁巖對(duì)應(yīng)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(shù)應(yīng)用

圖2 MY井各巖性波阻抗分析圖

目的層段的泥質(zhì)含量-縱波阻抗交會(huì)圖（如圖3左上圖所示）以有效孔隙度為色標(biāo)，泥質(zhì)含量與縱波阻抗存在明顯負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)到-0.82；目的層段的總孔隙度-縱波阻抗交會(huì)圖（如圖3 右上圖所示）以總有機(jī)碳含量為色標(biāo)，有效孔隙度與縱波阻抗、縱橫波速度比相關(guān)性較差，但是總孔隙度與縱波阻抗回歸相關(guān)性明顯，相關(guān)系數(shù)達(dá)到-0.84；上述分析數(shù)據(jù)與地震反演結(jié)果相結(jié)合，可以預(yù)測(cè)目的層段的泥質(zhì)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(yù)測(cè)的TOC 含量與測(cè)井解釋的TOC 含量交會(huì)圖（如圖3 左下圖所示），以總含量為色標(biāo)，兩者相關(guān)系數(shù)達(dá)到74%，均方根誤差為0.0065；同時(shí)，總含氣量與TOC含量交會(huì)圖（如圖3 右下圖所示），以巖性為色標(biāo)，紅色代表TOC 大于2%、總含氣量大于2m3/t 的優(yōu)質(zhì)頁巖，青藍(lán)色代表非優(yōu)質(zhì)頁巖，黃色代表致密砂巖，藍(lán)色代表碳酸鹽巖?？傮w來看，高TOC 含量對(duì)應(yīng)高含氣量，兩者相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.78[5]。該回歸公式和地震反演結(jié)果為后續(xù)的綜合分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

結(jié)合上文的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析，在全疊加數(shù)據(jù)體上對(duì)MY 井進(jìn)行了井震標(biāo)定，將合成道與地震道區(qū)間進(jìn)行匹配。通過井震標(biāo)定，首先建立測(cè)井曲線的時(shí)深標(biāo)定，同時(shí)利用測(cè)井曲線的反射系數(shù)序列和井旁道，提取出較準(zhǔn)確的地震子波。從井震標(biāo)定與子波分析可以看出，合同道與地質(zhì)道的相關(guān)系數(shù)很高，在時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)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(duì)應(yīng)關(guān)系來看，所選的測(cè)井曲線都是比較可靠的。

3.3 建立低頻模型

利用井震標(biāo)定等數(shù)據(jù)建立反演的初始模型（即低頻模型），將低通濾波后的測(cè)井曲線在地震層位控制下進(jìn)行插值，在井點(diǎn)處與井曲線完全一致，在遠(yuǎn)離井處保持層狀連續(xù)光滑。根據(jù)對(duì)地震數(shù)據(jù)的頻帶分析，將低頻補(bǔ)償頻率設(shè)置為10 赫茲。通過軟件編制了疊后反演一維質(zhì)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(qiáng)。疊后阻抗表明整個(gè)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(zhì)含量、孔隙度、總氣含量交會(huì)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(jù)庫軟件，進(jìn)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(chǔ)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(jìn)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(zhì)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(duì)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(shì)相近，表明阻抗在反演所得結(jié)果穩(wěn)定可靠。在疊前同步AVO 反演過程中，要注意對(duì)各方面的求解和控制，如對(duì)求解值正演合成記錄與地震的對(duì)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(jì)算的設(shè)定和優(yōu)選、強(qiáng)反射系數(shù)縱向變化的設(shè)定和優(yōu)選、多道反演求解等。

3.4 巖性預(yù)測(cè)

根據(jù)測(cè)井校正、反演結(jié)果，再結(jié)合孔隙度、TOC和含氣量，都與波阻抗和vp/vs進(jìn)行關(guān)聯(lián)，根據(jù)井?dāng)?shù)據(jù)得到的彈性參數(shù)與儲(chǔ)層參數(shù)間的回歸方程計(jì)算儲(chǔ)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(jié)果來看，各地層的平均孔隙度相差不大，儲(chǔ)層段平均孔隙為2.3%；通過輸入TechLog 數(shù)據(jù)庫軟件計(jì)算，利用層位和反演數(shù)據(jù)體，提取了各層的TOC 平面圖，利用地化分析結(jié)果對(duì)結(jié)果進(jìn)行校正，獲得了各巖性段的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)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(yù)測(cè)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(zhì)頁巖氣儲(chǔ)層，建議作為儲(chǔ)層預(yù)測(cè)及勘探開發(fā)重點(diǎn)層段。

圖4 反演中 使用的低頻模型圖

4 鉆探驗(yàn)證

根據(jù)地震刻畫儲(chǔ)層預(yù)測(cè)結(jié)果，在中牟區(qū)部署了ZDY 井，完鉆結(jié)果顯示在ZDY 井山西組、太原組儲(chǔ)層射孔壓裂，取得較好的氣量進(jìn)行試氣測(cè)試分析，對(duì)于進(jìn)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(jié)果剖面圖

表1 各巖性儲(chǔ)層單元預(yù)測(cè)表

5 結(jié)論

本文利用三維地震解釋技術(shù)對(duì)中牟區(qū)塊目層段油氣儲(chǔ)層進(jìn)行了預(yù)測(cè)，鉆探驗(yàn)證了ZDY 井試氣量，在勘探中取得了較好的應(yīng)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(shí)別巖性，結(jié)合總含氣量、TOC 和孔隙度等參數(shù)計(jì)算，可用于預(yù)測(cè)儲(chǔ)層分布，為頁巖巖性識(shí)別研究?jī)?chǔ)層預(yù)測(cè)提供借鑒和參考。