川中高石梯地區(qū)燈四段儲層地震響應(yīng)及差異性分析

翁雪波，潘仁芳，胡明毅，蔣裕強(qiáng)，羅群，朱正平

1.長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100 2.西南石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610500 3.中國石油大學(xué)(北京)非常規(guī)天然氣研究院，北京 102249

2011年以來，四川盆地高石梯-磨溪地區(qū)油氣勘探取得了一系列重大成果[1]，震旦系燈影組已探明天然氣地質(zhì)儲量規(guī)模超4×1011m3，一舉成為西南油氣田天然氣增儲上產(chǎn)的主體[2]。該區(qū)在燈影組沉積時位于碳酸鹽巖臺地邊緣，具有良好的儲層形成基礎(chǔ)條件，但后期經(jīng)過多次構(gòu)造運(yùn)動及長時間的埋藏，使得燈影組儲層具有較復(fù)雜的地質(zhì)條件[3]。已取得的勘探開發(fā)成果表明，燈影組四段(簡稱燈四段)儲層具有物性差、非均質(zhì)性強(qiáng)、橫向及縱向展布變化大等特征[4]，導(dǎo)致地球物理響應(yīng)特征認(rèn)識不清、優(yōu)質(zhì)儲層預(yù)測難度較大等問題[5]。前期研究通過燈四段上亞段的“寬波谷”地震響應(yīng)特征來評價(jià)儲層并指導(dǎo)井位部署[6]，但該特征多從高產(chǎn)井中得出，且未對不同儲層地震響應(yīng)的成因進(jìn)行機(jī)理性分析，導(dǎo)致這種單井的認(rèn)識難以推廣。另一方面，隨著儲層特征、控制因素的變化，儲層地震響應(yīng)在縱向上存在一定的差異[7，8]，該地震響應(yīng)模式在燈四段中下部儲層也不適用[9]。因此，筆者在深化認(rèn)識儲層特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合高石梯地區(qū)實(shí)際地質(zhì)地震特征，通過地震正演分析了儲層地震響應(yīng)的影響因素，總結(jié)出高石梯地區(qū)燈四段的儲層地震響應(yīng)識別模式，并分析了能夠反映該特征的地震屬性。研究結(jié)果對提高研究區(qū)縫洞型儲層波場特征的認(rèn)識以及后續(xù)勘探開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。

1 地層地震反射特征

燈影組沉積時期，高石梯地區(qū)位于安岳-德陽克拉通內(nèi)裂陷東側(cè)，發(fā)育了一套碳酸鹽巖臺地沉積體系。燈四段一般被劃分為上、下亞段[10]，其中上亞段內(nèi)部距頂界30m左右發(fā)育一套穩(wěn)定的硅質(zhì)白云巖層，硅質(zhì)層之上常發(fā)育優(yōu)質(zhì)巖溶儲層，據(jù)此又可將燈四段劃分為3個小層(燈四1、燈四2、燈四3)[6](見圖1)。

圖1 高石梯燈四段地層劃分及工區(qū)位置Fig.1 Stratum division of Z2dn4 in Gaoshiti area and well location

由于燈四3厚度較薄且底界的地震反射不穩(wěn)定，因此目前通常依據(jù)研究區(qū)燈四段上中部波峰特征及反射結(jié)構(gòu)的變化來分析儲層，這就是“寬波谷+‘亮點(diǎn)’”模式[6]的理論基礎(chǔ)。但通過精細(xì)分析地震資料可知，依據(jù)上亞段中部波峰特征中可各劃分出3類反射特征類型(見表1)，上亞段中Ⅱ類反射符合“寬波谷+‘亮點(diǎn)’”模式的特征，但是剖面及地震波形聚類分析顯示，儲層較發(fā)育的GS6井、GS8井不是“寬波谷+‘亮點(diǎn)’”模式，反而是儲層相對不發(fā)育的寬波谷反射(見圖2)。圖2中顯示出臺緣帶與臺內(nèi)帶的反射類型具有明顯差異，因此該反射類型是區(qū)域巖性、儲層及其他干擾共同作用的結(jié)果，只使用地層中部波峰的特征來識別儲層會陷入多解性的陷阱。

表1 高石梯地區(qū)燈四段上亞段反射特征類型劃分

2 儲層地震響應(yīng)差異成因

圖2 高石梯地區(qū)燈四段上亞段波形聚類平面圖Fig.2 Waveform clustering plan in the upper sub-member of Z2dn4 in Gaoshiti area

高石梯地區(qū)燈四段儲層發(fā)育控制因素復(fù)雜且同時受到多種因素影響，從儲層形成的地質(zhì)背景來分析儲層的地震響應(yīng)特征比較困難，只能從儲層本身的特征出發(fā)，分析不同情況下儲層的地震響應(yīng)差異[11]。通常情況下，影響儲層地震響應(yīng)差異的因素主要有儲層類型、儲層組合特征等：儲層類型指的是儲層自身的巖石物理性質(zhì)，如不同孔隙度、含氣性的儲層具有不同的速度、密度，從而影響其地震響應(yīng)；儲層組合特征主要是指儲層厚度與儲層垂向排列關(guān)系，由于受到調(diào)諧效應(yīng)的影響，儲層頂?shù)捉缑娣瓷渑c地層界面反射會互相干涉，因此當(dāng)組合特征變化時地震響應(yīng)也會出現(xiàn)差異。

2.1 儲層類型及特征

根據(jù)巖心、成像、常規(guī)測井特征，研究區(qū)燈四段儲層可劃分為洞穴型、裂縫-孔洞型、孔洞型及孔隙型4類儲層[12](見表2)。依據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，研究區(qū)燈四段優(yōu)質(zhì)儲層一般以孔隙度是否大于3%為依據(jù)，但洞穴型儲層的特征與其他儲層差距較大，通常單獨(dú)作為一個類型(以井漏為特征)；裂縫-孔洞型儲層及孔洞型儲層通常具有類似的測井響應(yīng)及地球物理響應(yīng)[13]，因此將其共同分為“一類儲層”(對應(yīng)于測井解釋中的氣層)，孔隙型儲層是儲集性能相對較差的“二類儲層”(對應(yīng)于測井解釋中的差氣層)。

表2 高石梯地區(qū)燈四段儲層分類表

不同的儲層類型影響地震響應(yīng)的直接因素是其波阻抗的差異，也就是儲層本身的速度及密度差異。巖心及測井?dāng)?shù)據(jù)表明，洞穴型儲層典型聲波時差在177～223μs/m之間，個別井位可大于230μs/m，密度一般低于2.65g/cm3；典型一類儲層的聲波時差大于160μs/m，最高可達(dá)220μs/m，密度一般低于2.73g/cm3；典型二類儲層聲波時差一般大于150μs/m，密度通常低于2.75g/cm3。但依據(jù)測井解釋分析結(jié)果表明許多儲層的聲波時差與密度并未能達(dá)到典型儲層的特征值，不同儲層類型的聲波時差、密度還有不少疊合的部分(見圖3)，尤其二類儲層速度、密度與非儲層的疊合程度都很高。而波阻抗相似時，它們顯然會有相同的地震響應(yīng)。因此，研究區(qū)通常僅在典型一類儲層及洞穴型儲層發(fā)育的情況下，才會存在波阻抗差異，從而能夠在剖面上觀察到與非儲層具有區(qū)別的地震響應(yīng)。

圖3 高石梯地區(qū)燈四段聲波時差與密度直方圖Fig.3 Histogram of acoustic time difference and density of Z2dn4 in Gaoshiti area

2.2 儲層組合特征

儲層組合特征是最重要的儲層地震響應(yīng)差異來源，但儲層組合類型形式多變，不同儲層組合之間地震響應(yīng)的差異大小不一，因此在分析不同儲層組合的地震響應(yīng)時，需要兼顧多種儲層組合類型。圖4是研究區(qū)已鉆井的燈四段測井儲層解釋結(jié)果，可反映研究區(qū)的儲層組合特征。由圖4可知，燈四段儲層發(fā)育受巖溶作用明顯影響的特征[13]，燈四段頂界向下約30～40m左右的地層(主要是燈四3)儲層較為發(fā)育，但厚度和位置存在一定變化，燈四3儲層組合差異特征在于頂部儲層的厚度變化及儲層的位置變化；燈四2儲層主要在臺緣帶區(qū)域發(fā)育，并且儲層呈一定的厚度在層內(nèi)中上部發(fā)育，因此燈四2儲層組合主要差異特征為儲層的位置變化及燈四3儲層發(fā)育情況對其的影響；燈四1儲層則表現(xiàn)為洞穴型儲層疊加相對較薄的一類儲層，儲層位于地層中下部，其儲層組合主要差異特征為儲層的位置變化。

圖4 燈四段測井儲層解釋Fig.4 Logging reservoir interpretation of Z2dn4

針對上述特征進(jìn)行了地震正演模擬，分析了儲層組合特征變化時理論情況下的地震特征，見圖5(使用35Hz雷克子波正演)。

圖5(a)、(b)分別模擬了燈四3儲層厚度及位置變化的情況，其結(jié)果表明隨著位于頂部的儲層厚度加大，震旦系頂界波峰(以下簡稱震頂波峰)能量有逐漸減弱的趨勢，并且在儲層厚度約20～26m時震頂波峰出現(xiàn)了下拉現(xiàn)象(特殊波峰響應(yīng)說明見圖6)，當(dāng)儲層厚度更大時，震頂波峰變成了雙波峰，即上亞段中部會出現(xiàn)偏向震頂?shù)摹傲咙c(diǎn)”(圖5(a))；隨著燈四3中儲層位置向下移動，震頂波峰從下拉變?yōu)檎?，但總體呈現(xiàn)波峰減弱的特征，同時燈四3底界附近出現(xiàn)了較弱“亮點(diǎn)”(圖5(b))。

圖5(c)、(d)分別模擬了燈四2儲層位置變化及燈四3儲層對該小層的影響，可以看出，當(dāng)儲層在燈四2中上部發(fā)育時，燈四2底界波峰有一定程度的減弱，上亞段中部“亮點(diǎn)”(燈四3硅質(zhì)層下部波峰)增強(qiáng)且向下移動，可形成上強(qiáng)下弱的“雙波峰”特征；儲層在中部發(fā)育時，燈四2底界波峰會出現(xiàn)“下拉”的現(xiàn)象；儲層在中下部發(fā)育時，明顯的特征是燈四2底界波峰反射增強(qiáng)，上亞段中部“亮點(diǎn)”變化不明顯；當(dāng)燈四3同時也發(fā)育儲層時，震頂波峰則會受到影響變成單波峰，而上亞段中部“亮點(diǎn)”距離震頂相對較遠(yuǎn)。

圖5(e)則模擬燈四1洞穴型儲層疊加一類儲層在地層中下部位置變化時的情形，可以看出，燈四段底與燈三段頂之間強(qiáng)烈的波谷反射使得燈四1底部受到干涉形成了一個波峰，當(dāng)洞穴型儲層與一類儲層組合發(fā)育時，該波峰增強(qiáng)且變?yōu)橄吕螂p波峰，儲層頂部也出現(xiàn)強(qiáng)波谷，形成了單個“珠狀”反射；當(dāng)該組合從下方向上移的過程中底部波峰的變化趨勢為強(qiáng)“亮點(diǎn)”→波峰下拉→下弱上強(qiáng)的雙波峰。

圖5 儲層組合地震正演模擬Fig.5 Seismic forward modeling of reservoir combination

3 儲層地震成因識別模式

前面通過正演模型分析了理論情況下儲層地震響應(yīng)的差異及形成原因，但對實(shí)際儲層地震響應(yīng)而言，理論模型不能完全模擬真實(shí)地震資料的情況，從而導(dǎo)致有些理論響應(yīng)并不能在地震剖面上找到相對應(yīng)的特征，或者在地震剖面中存在類似響應(yīng)但并非由儲層引起。圖6為分析儲層地震響應(yīng)異常的連井剖面，井旁異常地震響應(yīng)在圖中已進(jìn)行標(biāo)注。從圖6可以發(fā)現(xiàn)前述模型中諸多特征：對于頂部儲層而言，由于低速泥巖區(qū)出現(xiàn)時也會使得震頂波峰能量減弱(圖6中②)，因此波峰能量減弱作為識別依據(jù)會存在多解性，但疊加燈四上亞段中部“亮點(diǎn)”及波峰下拉等特征可以識別燈四3儲層(圖6中①③)；燈四2正演模型中，當(dāng)儲層在底部時小層底界波峰能量加強(qiáng)，但由于該區(qū)域多次波及差氣層干擾的存在[14]，燈四2底界既有強(qiáng)波峰反射，也可出現(xiàn)成片的弱波峰(圖6中④⑥)，因此僅依靠波峰增強(qiáng)或減弱無法確定儲層存在，識別時需組合地層中部的異常特征或波峰異常響應(yīng)(圖6中⑤)；燈四1儲層顯示GS103井出現(xiàn)了“假”珠狀反射(圖6中⑨)，但是其上未出現(xiàn)寬波谷，而其他存在珠狀反射或下拉特征的上方均存在寬波谷反射(圖6中⑦⑧)。

圖6 儲層地震響應(yīng)異常分析剖面Fig.6 Analysis profile of abnormal seismic response of reservoir

因此，通過實(shí)際地震資料的精細(xì)分析，以實(shí)際地震反射特征、測井儲層分布特征及正演模型分析為基礎(chǔ)，避開多解性較強(qiáng)的儲層地震響應(yīng)模式后，綜合多種儲層造成的異常反射特征，歸納并總結(jié)了5種典型的儲層地震識別模式(見表3)。

表3 高石梯地區(qū)燈四段典型儲層地震成因識別模式

4 平面地震屬性識別

通過分析儲層的地震響應(yīng)特征可知，最容易在平面上尋找規(guī)律的應(yīng)當(dāng)為燈四3及燈四2的地震響應(yīng)。依據(jù)震頂?shù)卣痦憫?yīng)特征，震頂能量減弱是燈四3中重要的儲層地震響應(yīng)。圖7(a)針對性地提取了震頂層位上下5ms內(nèi)的均方根振幅，圖中振幅更弱的黑-黃色區(qū)域表征儲層發(fā)育。而燈四2的特征是中部“亮點(diǎn)”與底界波峰增強(qiáng)，但是它們會受到震頂強(qiáng)振幅的干涉而不易識別，因此需要消除震頂強(qiáng)波峰后再提取相應(yīng)屬性[12]。圖7(b)是消除震頂強(qiáng)反射后的燈四2的均方根振幅，主要描述了燈四上亞段中部“亮點(diǎn)”及燈四2底界能量增強(qiáng)的特征，圖中振幅更強(qiáng)的黑-黃色區(qū)域表征儲層發(fā)育。原始地震的震頂振幅(圖7(a))與燈四3儲層展布(圖7(c))較為相似，較好了反映了GS1井東側(cè)儲層較厚的特征。燈四2的均方根振幅屬性(圖7(b))也與燈四2儲層展布(圖7(d))具有一定的相似性，在GS6井和GS8井區(qū)域，屬性值顯示為儲層發(fā)育區(qū)域，修正了波形聚類圖(見圖2)中的錯誤。說明地震振幅本身的特征雖然會存在一定誤差，但還是可以在一定程度上用于指示儲層。

5 結(jié)論與討論

1)高石梯燈四段儲層地震響應(yīng)差異來源主要有儲層品質(zhì)、儲層組合特征，研究區(qū)僅在典型一類儲層、單獨(dú)洞穴型儲層發(fā)育時出現(xiàn)才能出現(xiàn)可識別的“特殊”地震響應(yīng)，而“特殊”地震響應(yīng)的差異性則主要來源于儲層縱向展布與厚度變化。

圖7 高石1井區(qū)燈影組頂界附近地震振幅均方根屬性平面圖Fig.7 Plan of RMS amplitude near the top of Sinina Dengying Formation in GS1 well area

2)僅使用地層中部“亮點(diǎn)”識別高石梯燈四段儲層會陷入多解性的問題，需要加入地層界面的“變量”才能真正表征儲層地震響應(yīng)。震頂波峰減弱、下拉是燈四3儲層的主要地震識別模式，上亞段中部“亮點(diǎn)”、燈四2底界下拉是燈四2儲層的主要地震識別模式，燈四1儲層的地震識別模式為單獨(dú)“珠狀”反射。

3)震頂界面上下5ms內(nèi)的均方根振幅屬性與消除震頂強(qiáng)反射后的燈四2均方根振幅屬性能在一定程度上反映儲層宏觀展布特征，但由于地震振幅提取方式難以兼顧多種儲層特征響應(yīng)及各種隨機(jī)干擾等問題，其結(jié)果還存在一定的多解性，在后續(xù)工作中需要通過優(yōu)化處理地震資料、地震反演等方法來進(jìn)一步完善儲層地震響應(yīng)的空間特征。