西湖凹陷富煤地層下遠(yuǎn)道擬泊松比屬性儲層預(yù)測

關(guān)鍵詞：西湖凹陷，煤系地層，儲層預(yù)測，多參數(shù)分析，遠(yuǎn)道擬泊松比屬性

0 引言

近年來，東海陸架盆地油氣勘探目標(biāo)儲層日趨復(fù)雜，勘探難度逐步增加，復(fù)雜巖性油氣藏逐步成為勘探開發(fā)重點(diǎn)[1-2]。但隨著地層埋深的逐步增加，中深層砂巖儲層物性相對較差，砂泥巖阻抗差異小，砂巖表現(xiàn)為為弱反射特征，無法有效連續(xù)追蹤。同時(shí)受潮汐作用影響，地層中發(fā)育不穩(wěn)定的薄煤層，薄煤層對下伏地層的地震響應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)振幅干涉作用，導(dǎo)致研究區(qū)巖性圈閉的刻畫難度大。

前人針對煤系地層的分布、形成原因、發(fā)育位置及煤系強(qiáng)反射下儲層預(yù)測等方面開展大量研究工作。

在煤系地層發(fā)育特征方面，張虎等[3]探討了西湖凹陷煤層發(fā)育環(huán)境及主要控制因素，指出三角洲泥炭沼澤和潮坪相是煤層發(fā)育的主要沉積環(huán)境；沈玉林等[4]建立了西湖凹陷平湖組聚煤模式，聚煤周期受米氏周期控制，米氏周期右拐點(diǎn)氣候相對溫暖濕潤時(shí)期是聚煤的理想時(shí)期；張功成等[5]指出西湖坳陷煤層主要形成于古新世—漸新世，主要受古氣候、古地形和補(bǔ)償沉降等因素控制，多形成于潮濕氣候條件下三角洲環(huán)境。

在煤系地層儲層預(yù)測方面，主要包含去除煤層強(qiáng)反射和改善煤層低頻模型兩方面提高儲層預(yù)測精度。秦雪霏等[6]采用多子波分解與重構(gòu)方法對大牛地氣田三維地震資料開展分頻段信號重組，即去煤干涉處理，在此基礎(chǔ)上對煤系地層開展儲層預(yù)測；韓文功等[7]從厚層和薄層中弱信號幅值特征的角度，利用信號奇異值分解、匹配追蹤、曲波變換等方法實(shí)現(xiàn)了對弱信號的檢測和識別，利用多子波分解和重構(gòu)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了去煤層干涉處理，消除煤層對儲層預(yù)測不確定性等影響；喬中林[8]利用鉆井資料擬合煤層厚度與振幅能量關(guān)系，采用子波分解和波形分解方法減弱煤層對地震資料的影響；張?jiān)沏y等[9]通過對原始地震數(shù)據(jù)進(jìn)行子波譜整形處理，實(shí)現(xiàn)對子波旁瓣壓制，再結(jié)合壓縮感知處理達(dá)到對強(qiáng)屏蔽信號的剔除；劉俊州等[10]針對含煤薄儲層提出并采用地質(zhì)約束非線性反演煤層衰減方法削弱煤層地震響應(yīng)，凸顯儲層反射信息；劉占族等[11]利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演的縱向分辨率，提高了煤層和薄儲層的預(yù)測精度，為煤層和薄儲層識別提供了新的研究思路和方法；高曉理等[12]利用對砂、泥巖敏感的自然伽馬曲線與聲波曲線進(jìn)行分頻融合，生成具有聲波量綱、能夠去除煤層影響同時(shí)又能反映儲層特征的擬聲波曲線，開展儲層波阻抗反演；魯秀芹等[13]優(yōu)選剪切模量和密度的乘積得到的彈性參數(shù)作為識別煤體結(jié)構(gòu)類型的敏感彈性參數(shù)，預(yù)測原生煤與構(gòu)造煤的空間分布；韓站一等[14]通過引入字典學(xué)習(xí)算法，對疊后和疊前數(shù)據(jù)的煤層強(qiáng)反射衰減分析，驗(yàn)證了新算法在強(qiáng)反射抑制方面比傳統(tǒng)方法更可靠、更有效；張?zhí)m等[15]采用分步反演的方法，優(yōu)先利用疊后地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演精細(xì)雕刻薄煤層的分布，再將薄煤層作為已知巖相信息進(jìn)行疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演，在一定程度上減弱煤系地層對儲層預(yù)測結(jié)果的影響；朱博華等[16]提出基于匹配追蹤算法的薄煤層強(qiáng)反射分離參數(shù)優(yōu)選方法，以進(jìn)一步提高薄煤層強(qiáng)反射表征的精度，更好地開展強(qiáng)反射分離和儲層預(yù)測。

目前針對煤系地層儲層預(yù)測，借助高分辨率地震和地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演，先預(yù)測出煤層的發(fā)育位置，再結(jié)合正、反演進(jìn)行弱煤處理和改善已知巖相地質(zhì)模型，以提高儲層預(yù)測精度。由于受地震資料分辨率的影響，無法精確預(yù)測薄煤層發(fā)育位置和縱向分布，致使不同方法儲層預(yù)測結(jié)果仍然存在不確定性。

為了有效提高富煤地層下儲層預(yù)測精度，本文主要通過已鉆井煤層分布特征和巖石物理特征分析，建立不同砂泥煤耦合的地質(zhì)模型進(jìn)行波動方程正演模擬分析，并通過球面擴(kuò)散補(bǔ)償和透射損失校正獲取其真實(shí)的疊前AVO道集，在此基礎(chǔ)上明確砂煤耦合下砂巖儲層的疊前、疊后地震反射特征。根據(jù)正演模擬砂泥煤地震響應(yīng)特征，優(yōu)選出受煤層影響的彈性參數(shù)信息，提出遠(yuǎn)道擬泊松比屬性可以降低煤層強(qiáng)振幅影響有效提取出砂巖弱反射信息。經(jīng)實(shí)際地震資料驗(yàn)證，預(yù)測結(jié)果與實(shí)際結(jié)果一致，證實(shí)了該方法的可行性和有效性，值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

1 砂煤耦合地震辨識機(jī)理研究

1.1 煤層彈性參數(shù)特征

已鉆井資料揭示，平湖組煤層具有頻繁間互廣泛發(fā)育、單層厚度薄、縱向?qū)訑?shù)多以及累計(jì)厚度大的特征。煤層集中發(fā)育在平湖組，煤層厚度整體較小，在0.5～2.0m之間，其中在平湖組早—中期主要發(fā)育受潮汐影響三角洲，沉積微相以分流河道、分流間灣、泛濫平原、潮間帶為主，在潮間帶特別容易形成薄煤層，受潮汐影響煤層層數(shù)多，煤層厚度以1.0～2.0m為主；而在平湖組晚期，主要發(fā)育河控三角洲，以河流作用為主，煤泥砂頻繁間互發(fā)育，煤層厚度以0.5～1.0m為主。

結(jié)合已鉆井實(shí)際測井曲線，開展本區(qū)煤層的彈性參數(shù)巖石物理特征分析[17]，選取縱波速度與密度、縱波阻抗與縱橫波速度比進(jìn)行交會分析（圖1）。由圖1可見，煤層表現(xiàn)為特低速、特低密、特低縱波阻抗的“三低”特征，煤層的縱波速度為2300～3400m/s，密度為1400～2300kg/m3，縱波阻抗為3.2×106～8.0×106kg/m3×m/s，縱橫波速度比為1.8～2.2，與泥巖的縱橫波速度比特征相似。泥巖表現(xiàn)為高密度、高縱橫波速度比的特征，密度為2500～2700kg/m3，縱橫波速度比為1.7～2.1，由于地層埋藏深，砂泥巖在縱波速度和縱波阻抗處于疊置狀態(tài)。而砂巖表現(xiàn)為低密度、低縱橫波速度比特征，密度為2200～2500g/m3，縱橫波速度比為1.5～1.7，相比泥巖和煤層，砂巖表現(xiàn)為低縱橫波速度比。

綜合以上分析，本區(qū)煤層具有極低阻抗的特點(diǎn)，其與上下界面容易形成較大的反射系數(shù)差異，泥煤頻繁交互會影響下伏儲層的真實(shí)地震響應(yīng)信息，大大增加富煤地層下儲層預(yù)測難度。

1.2 煤層波動方程正演

地震正演模擬是正確識別、解釋地震反射特征與地質(zhì)現(xiàn)象之間關(guān)系的橋梁，是認(rèn)清地震波場反射特征的一種重要手段。在富煤地區(qū)，受煤層影響砂巖地震響應(yīng)特征發(fā)生畸變，而建立符合研究靶區(qū)實(shí)際砂煤耦合地層結(jié)構(gòu)是厘清煤層與砂巖地震響應(yīng)關(guān)系的關(guān)鍵。針對本研究區(qū)煤層分布特點(diǎn)，建立研究靶區(qū)不同砂煤耦合的地層結(jié)構(gòu)模型，通過改變煤層的分布特征，開展砂煤耦合地震響應(yīng)規(guī)律研究，明確不同煤層組合下儲層地震響應(yīng)特征變化及其規(guī)律，充分挖掘地震波場信息中所蘊(yùn)涵的砂巖信息，為實(shí)際資料儲層預(yù)測提供依據(jù)和指導(dǎo)。

平湖組煤層縱向頻繁發(fā)育，薄煤層與砂泥巖頻繁互層會形成復(fù)雜地震反射特征。為了厘清煤層與砂巖地震響應(yīng)之間的地震響應(yīng)規(guī)律，設(shè)計(jì)地層結(jié)構(gòu)自上而下分別為純砂巖、純煤層以及砂煤組合的地質(zhì)模型進(jìn)行正演分析（圖2），具體模型彈性參數(shù)見表1，其中砂巖和煤層厚度保持不變（砂巖厚度為20m，煤層厚度為1m），煤層和砂巖之間僅改變煤層間距和煤層層數(shù)以及儲層上下的隨機(jī)分布關(guān)系。

為了有效獲得更加符合實(shí)際的地震波場傳播規(guī)律，采用有限差分波動方程進(jìn)行正演模擬。正演模擬觀測系統(tǒng)及子波選取參照該區(qū)實(shí)際野外采集參數(shù)及子波特征，正演模擬網(wǎng)格為0.25m×0.25m，炮間距25m，道間距25m，排列長度6000m，采樣間隔0.0625ms。通過主頻25Hz的Ricker子波開展正演模擬，獲得不同砂煤耦合地層組合的正演炮集記錄，并利用Kirchhoff疊前偏移成像方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理獲得偏移后地震剖面（圖3），同時(shí)利用球面擴(kuò)散補(bǔ)償和透射損失補(bǔ)償處理獲得其真實(shí)的疊前AVO道集（圖4）。

1.3 砂巖優(yōu)勢信息優(yōu)選

通過以上正演模擬論證，煤層強(qiáng)振幅已經(jīng)掩蓋砂巖真實(shí)響應(yīng)信息，需要借助疊前道集進(jìn)一步挖掘更多的儲層巖性或流體信息。在砂煤疊前正演道集上，煤層和砂泥巖的縱波阻抗存在較大差異，煤層表現(xiàn)為IV類AVO特征，隨著偏移距（或角度）增加，波谷振幅能量逐漸減弱；而砂巖和泥煤的縱橫波速度比存在較大差異，砂巖表現(xiàn)為II類AVO特征，隨著偏移距（或角度）增加，波谷振幅能量逐漸增強(qiáng)，甚至超過煤層波谷振幅能量。因此，本文從近遠(yuǎn)道部分疊加和疊前衍生屬性兩方面分別優(yōu)選砂巖地震響應(yīng)的優(yōu)勢信息。

首先，通過對疊前道集進(jìn)行部分疊加處理，提取近道部分疊加和遠(yuǎn)道部分疊加進(jìn)行對比（圖5）。由圖5可見，純砂巖（第一層反射）近道波峰能量相比純煤層（第二層反射）波峰能量整體偏弱，導(dǎo)致砂煤耦合（第三層反射）近道波峰反射能量、相位更接近于純煤層反射，煤層嚴(yán)重影響水平層狀砂巖近道判別和拾取。而遠(yuǎn)道砂巖表現(xiàn)為中一強(qiáng)波谷反射特征，純煤層遠(yuǎn)道波谷能量迅速減弱，砂巖遠(yuǎn)道受煤層影響較小，因此砂煤耦合下砂巖遠(yuǎn)道波谷反射界面信息相對比較穩(wěn)定。但在振幅能量方面，受煤層波峰旁瓣干涉影響，砂巖頂面的波谷能量出現(xiàn)局部不穩(wěn)定現(xiàn)象。

其次，實(shí)際疊前道集可以提取各類AVO屬性信息，常用的為截距（P）、梯度（G）、烴類指示屬性（P×G）、擬泊松比屬性（P+G）以及擬零炮檢距橫波反射屬性（P－G）等。圖6為從砂煤耦合疊前道集中提取的截距和梯度剖面。由圖6可見，截距剖面與全疊加剖面相比，更加接近于零炮檢距剖面，由于砂泥巖波阻抗疊置，砂巖振幅能量普遍弱于純煤層振幅能量，砂煤耦合時(shí)砂巖振幅基本不改變純煤層的振幅能量關(guān)系（圖6a）。而梯度屬性與泊松比參數(shù)有關(guān)，其包含反射界面上下地層泊松比變化信息。由于煤層和泥巖都表現(xiàn)為高泊松比，砂巖表現(xiàn)為低泊松比，因此純煤層的梯度整體較弱，純砂巖梯度相對較強(qiáng)，砂煤耦合下砂巖頂面負(fù)梯度異常能量和相位信息都比較穩(wěn)定。但是，由于煤層旁瓣波峰也呈現(xiàn)負(fù)梯度異常，致使砂巖頂面負(fù)梯度異常能量時(shí)強(qiáng)時(shí)弱，且在砂巖頂面負(fù)梯度上下旁瓣附近伴生出現(xiàn)負(fù)梯度異常假象（圖6b）。

1.4 砂煤耦合遠(yuǎn)道擬泊松比屬性提取

由于疊前反射振幅同時(shí)受砂煤泥彈性參數(shù)的綜合影響，如果孤立地用某一個(gè)或者幾個(gè)參量來定性表征反射振幅隨偏移距的變化規(guī)律勢必會有一定的片面性，甚至出現(xiàn)錯(cuò)誤的結(jié)果，例如本次研究若僅利用遠(yuǎn)道部分疊加信息，雖然砂煤耦合遠(yuǎn)道相位信息比較穩(wěn)定，但遠(yuǎn)道振幅能量信息失真，導(dǎo)致砂體厚度信息未知；而僅利用疊前梯度信息，則受煤層波峰旁瓣負(fù)梯度影響，導(dǎo)致砂巖上下存在負(fù)梯度假象。因此，綜合多種優(yōu)勢屬性信息組合為AVO屬性異常的地質(zhì)含義開辟新的研究領(lǐng)域。為揭示AVO屬性異常的地質(zhì)含義，目前已經(jīng)構(gòu)建不同形式的AVO交會圖分析方法，常用的為截距—梯度交會分析、入射振幅—泊松比差異交會分析、衍生拉梅參數(shù)交會分析等。

考慮本次研究區(qū)煤層對近道零偏移距的影響較大，本文選用遠(yuǎn)道屬性和梯度屬性進(jìn)行AVO交會分析（圖7）。由圖7可見，表現(xiàn)為高泊松比的純煤層在遠(yuǎn)道和梯度交會中分布在過原點(diǎn)的背景趨勢線附近，隨著砂巖泊松比的降低，純砂巖和砂煤耦合散點(diǎn)明顯偏離于純煤層背景趨勢線，但受煤層干涉影響遠(yuǎn)道和梯度幅值都發(fā)生改變，遠(yuǎn)道受煤層影響能量相對減弱，梯度受煤層旁瓣影響能量有所增強(qiáng)。但是，相對于純煤層背景趨勢線，純砂巖和砂煤耦合散點(diǎn)與背景趨勢線垂直距離基本一致，按照純煤層背景趨勢線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，獲取其遠(yuǎn)道擬泊松比屬性（圖8）。由圖8可見，純砂巖和砂煤耦合的遠(yuǎn)道擬泊松比屬性振幅能量和相位關(guān)系基本穩(wěn)定，砂煤耦合的遠(yuǎn)道泊松屬性基本不受上下煤層的干擾，能量關(guān)系與純砂巖保持一致，并且在地質(zhì)模型中間純煤層振幅能量得到進(jìn)一步壓制，有效降低煤層對砂巖頂面地震響應(yīng)的干擾，為富煤地層砂巖橫向連續(xù)追蹤提供有力支撐。

疊前道集質(zhì)量和泥煤段擬合關(guān)系直接影響遠(yuǎn)道擬泊松比屬性的可靠程度，本文遠(yuǎn)道擬泊松比屬性提取具體流程步驟如圖9所示。

2 應(yīng)用實(shí)例

西湖凹陷K氣田平湖組主要發(fā)育受潮汐影響的辮狀河三角洲—潮坪沉積體系，巖性以砂泥煤互層為主[18-19]。以K5井區(qū)P3b層為例（圖10），砂巖巖性橫向變化較快，僅有A5井鉆遇主河道，砂體厚度大（大于20m），其余井均鉆遇河道側(cè)緣，河道側(cè)緣砂體厚度迅速減薄（小于10m）；泥巖段頻繁發(fā)育薄煤層（黑線），煤層單層厚度?。?～2m），橫向變化快，發(fā)育不穩(wěn)定。研究區(qū)目的層埋深普遍超過3500m，砂巖物性相對較差，砂泥巖波阻抗處于疊置狀態(tài)，煤層表現(xiàn)為特低波阻抗，地震反射主要以泥煤反射為主。由于薄煤層橫向隨機(jī)分布導(dǎo)致常規(guī)地震相位極不穩(wěn)定（圖11），其中A5井砂頂標(biāo)定在強(qiáng)波谷位置，A9井砂頂標(biāo)定在中強(qiáng)波峰位置，K5井未鉆遇P3b砂巖也對應(yīng)強(qiáng)波谷反射，砂巖頂面在常規(guī)疊后地震上以多種相位形式存在，無法有效連續(xù)追蹤砂巖的平面展布。

2.1 疊前AVO正演分析

研究區(qū)僅有探井K5測井資料比較齊全，開發(fā)井A5、A9均未實(shí)測全波列資料，因此選擇K5井進(jìn)行疊前AVO正演模擬。由于K5井鉆遇含氣砂巖厚度薄，設(shè)計(jì)楔狀模型進(jìn)行疊前AVO正演模擬，分析砂巖厚度變化對疊前道集的影響（圖12）。由圖12可見，隨著砂巖厚度的增加，遠(yuǎn)道頂?shù)赘缮娉潭刃?，波谷波峰能量出現(xiàn)雙增強(qiáng)現(xiàn)象，且遠(yuǎn)道能量越強(qiáng)，預(yù)示砂巖厚度越大；薄層條件下（小于10m）僅出現(xiàn)波峰或波谷單增強(qiáng)，甚至無明顯的AVO特征。圖13為已鉆井單點(diǎn)AVO道集。由圖13可見，近道受煤層干擾影響，地震相位極不穩(wěn)定，但遠(yuǎn)道受煤層影響相對較小，其中A5井鉆遇河道主體，砂巖頂?shù)走h(yuǎn)道波峰波谷能量呈現(xiàn)雙增強(qiáng)特征；A9井鉆遇河道側(cè)緣，砂巖較薄，砂巖頂?shù)追瓷涓缮鎯H出現(xiàn)波峰能量單增強(qiáng)特征；K5井位于砂體尖滅位置，砂巖頂?shù)谆緹o明顯的AVO特征。由于受煤層干擾，近道地震相位差異較大，直接利用疊前屬性進(jìn)行河道刻畫比較困難。因此，可以借助遠(yuǎn)道能量變化特征定性分析河道主體和河道側(cè)緣的變化。

2.2 遠(yuǎn)道擬泊松比屬性分析

為了更好地與實(shí)際砂巖的巖性信息進(jìn)行匹配，這里采用－90°相移后的地震剖面與實(shí)際已鉆井信息進(jìn)行分析。圖14為提取的遠(yuǎn)道部分疊加、梯度剖面以及遠(yuǎn)道擬泊松比屬性。由圖14可見，相比于全疊加地震，遠(yuǎn)道部分疊加波谷相位信息更加連續(xù)，橫向連續(xù)可追蹤性強(qiáng)，利于砂巖的橫向連續(xù)追蹤。但是，K5井附近強(qiáng)波谷并未鉆遇有效儲層，A9井和K5井之間的砂體尖滅現(xiàn)象并不明顯，單純依靠遠(yuǎn)道部分疊加進(jìn)行巖性邊界識別存在多解性（圖14a）。梯度屬性剖面同樣對砂巖有較好的指示效果，橫向可識別性較好，A9井和K5井之間砂體尖滅現(xiàn)象比較明顯，但在A5井主河道位置，梯度振幅能量強(qiáng)度相對較弱，無法有效指示砂巖的厚度（圖14b）。本文方法提取的遠(yuǎn)道擬泊松比屬性剖面綜合了遠(yuǎn)道部分疊加和梯度屬性兩者之間的優(yōu)勢信息，A5井主河道位置振幅異常比較明顯，A9井和K5井河道側(cè)緣方向砂巖逐漸減薄，振幅異常逐漸減弱，與實(shí)際鉆井信息較為吻合。

在遠(yuǎn)道擬泊松比屬性體上開展P3b層砂巖的層位精細(xì)解釋，并提取沿層遠(yuǎn)道部分疊加屬性、梯度屬性以及遠(yuǎn)道擬泊松比屬性（圖15）。由圖15可見，A5井鉆遇主體河道（砂厚24.4m），遠(yuǎn)道部分疊加屬性可以較好顯示主體河道的巖性異常，K5、A3井未鉆遇P3b層有效儲層，仍表現(xiàn)為振幅異常，因此，遠(yuǎn)道疊加屬性存在河道側(cè)緣識別不準(zhǔn)現(xiàn)象；梯度屬性對河道側(cè)緣刻畫比較清晰，但A5井區(qū)主體河道厚砂體位置振幅異常較弱，河道主體整體刻畫不清晰；遠(yuǎn)道擬泊松屬性顯示出P3b層“一主一次”的雙物源特征，以北東—南西向河道儲層為主，主物源砂體沿?cái)鄬幼呦蚪媳毕蛘共迹琄5、A3井鉆遇河道側(cè)緣（砂厚1～7m），次物源砂體順著微古地貌沿坡而下。本文方法刻畫了主體河道和河道側(cè)緣的砂體平面展布，與實(shí)際鉆井的吻合度更好，較好解決了煤系地層下河道砂巖的儲層刻畫問題，進(jìn)一步提高西湖凹陷平北斜坡帶中深層儲層預(yù)測精度。

3 結(jié)論

相比傳統(tǒng)弱煤處理和反演方法，本文將煤層作為泥巖背景提出遠(yuǎn)道擬泊松比屬性可以直接消除煤層影響，有效提取砂巖儲層響應(yīng)信息，具體得到以下幾方面認(rèn)識：

（1）已鉆井巖石物理揭示砂巖表現(xiàn)為低縱橫波速度比，煤層和泥巖表現(xiàn)為高縱橫波速度比，可區(qū)分砂巖和泥、煤層，為疊前屬性降低煤層干擾奠定巖石物理基礎(chǔ)。

（2）理論正演模擬表明遠(yuǎn)道和梯度雖然可以有效降低煤層強(qiáng)振幅的干擾，但兩者的單一屬性并不能徹底消除煤層影響，而遠(yuǎn)道擬泊松比屬性綜合遠(yuǎn)道和梯度優(yōu)勢信息，可以有效消除煤層干涉影響，提高砂巖儲層厚度預(yù)測的精確度。

（3）實(shí)際地震資料驗(yàn)證遠(yuǎn)道擬泊松比屬性直接從疊前道集中獲取，可以避免煤層預(yù)測不準(zhǔn)帶來的誤差，較好地顯示河道砂巖儲層的空間展布特征，為富煤地層強(qiáng)振幅屏蔽下高精度儲層預(yù)測提供借鑒和參考。