洪 忠，劉化清，張猛剛

中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院西北分院，甘肅 蘭州 730020

辮狀河含氣砂巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)*

洪 忠，劉化清，張猛剛

中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院西北分院，甘肅 蘭州 730020

鄂爾多斯盆地蘇西地區(qū)盒8段及山1段為辮狀河沉積，其含氣儲(chǔ)層與圍巖縱波阻抗相近，利用常規(guī)疊后資料不能有效識(shí)別含氣儲(chǔ)層；同時(shí)，山1段砂體為中—弱振幅不連續(xù)地震反射，其同相軸無法在全區(qū)進(jìn)行合理追蹤，難以預(yù)測(cè)砂體的平面展布特點(diǎn)。針對(duì)以上問題，根據(jù)辮狀河地質(zhì)沉積特點(diǎn)，建立辮狀河地震響應(yīng)模式。利用含氣儲(chǔ)層和圍巖泊松比差異明顯的特點(diǎn)，嘗試應(yīng)用疊前AVO資料來識(shí)別含氣儲(chǔ)層。借鑒地震沉積學(xué)理論和方法，提出將AVO屬性體巖性化，以便于后續(xù)的巖性解釋。采用切片方法合理獲取山1段砂體地震反射等時(shí)面。研究結(jié)果表明：正演和生產(chǎn)實(shí)踐均驗(yàn)證了AVO屬性體巖性化這一方法的合理性和實(shí)用性。應(yīng)用該方法對(duì)研究區(qū)盒8段和山1段含氣儲(chǔ)層進(jìn)行了有效的識(shí)別，具有等時(shí)意義的地震切片屬性準(zhǔn)確地反映了含氣儲(chǔ)層空間發(fā)育及平面展布特點(diǎn)。

辮狀河沉積；疊前地震資料；AVO屬性體；巖性化；地震沉積學(xué)

洪 忠，劉化清，張猛剛．辮狀河含氣砂巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)[J]．西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014，36（6）：39–46．

HongZhong,LiuHuaqing,ZhangMenggang．Gas-bearingReservoirPredictionofBraidedRiver[J]．JournalofSouthwestPetroleumUniversity：Science &Technology Edition，2014，36（6）：39–46．

引言

基于常規(guī)地震資料的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法，如90°相位化等，適用于國(guó)外海相盆地[1-7]。同海相盆地相比，中國(guó)陸相盆地具有地層連續(xù)性較差、巖性復(fù)雜多變、相變快的特點(diǎn)，單一的疊后地震資料遠(yuǎn)不能滿足在中國(guó)陸相盆地開展地震沉積學(xué)研究的需要，多樣化巖性數(shù)據(jù)體的轉(zhuǎn)換和使用已成為當(dāng)前中國(guó)油氣儲(chǔ)層預(yù)測(cè)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。朱筱敏等[8]應(yīng)用頻譜分解技術(shù)，將疊后數(shù)據(jù)體進(jìn)行分頻轉(zhuǎn)換，對(duì)中亞某區(qū)塊辮狀河三角洲砂體進(jìn)行了有效識(shí)別。黃捍東等[9]采用地震相控非線性隨機(jī)反演方法獲取反演數(shù)據(jù)體，對(duì)川東褶皺帶生物礁灘進(jìn)行全區(qū)追蹤預(yù)測(cè)。洪忠等[10]針對(duì)復(fù)雜巖性地區(qū)的地球物理響應(yīng)特點(diǎn)，采用測(cè)井參數(shù)反演技術(shù)，并結(jié)合地層切片方法，準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)了歧北凹陷濱4油組儲(chǔ)層空間演化及平面展布特征。

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地蘇里格氣田西部，目的層為拗陷湖盆辮狀河沉積。含氣儲(chǔ)層與圍巖波阻抗差異小，常規(guī)疊后地震資料無法預(yù)測(cè)有效儲(chǔ)層。近年來，隨著蘇里格地區(qū)全數(shù)字地震勘探技術(shù)的攻關(guān)和規(guī)模化應(yīng)用，獲得了高品質(zhì)、信息豐富的地震資料，實(shí)現(xiàn)了從巖性體刻畫到薄儲(chǔ)層預(yù)測(cè)與流體檢測(cè)的重大突破[11-12]。本文擬將疊前地震資料應(yīng)用到研究區(qū)含氣砂巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中，總結(jié)疊前資料使用方法和特點(diǎn)；同時(shí)，建立拗陷湖盆辮狀河沉積地震相模式，進(jìn)一步豐富陸相盆地地震沉積學(xué)研究成果。

1 研究區(qū)概況

蘇里格氣田西區(qū)位于鄂爾多斯盆地內(nèi)的二級(jí)構(gòu)造單元伊陜斜坡的西北部（圖1a），地勢(shì)相對(duì)平坦，整體為一西傾的平緩單斜，主要發(fā)育大型陸相致密砂巖巖性氣藏。古生界二疊系下石盒子組盒8段和山西組山1段河流相砂巖儲(chǔ)集層為主力含氣層，地層總厚約200 m，儲(chǔ)層非均質(zhì)性極強(qiáng)。

本次研究三維地震資料覆蓋面積約為300 km2，經(jīng)振幅保真處理，反射波的頻率（尤其是低頻段）、相位、振幅和有效頻寬得以最大程度的保留。目的層段（1 900～2 000 ms）資料主頻為25 Hz（圖1b），按照λ/8分辨率計(jì)算，地震資料分辨率為20 ms（約可識(shí)別速度為4 000 m/s的40 m砂層）。

圖1 蘇里格氣田西區(qū)構(gòu)造位置圖Fig.1 The location map of Sulige western region

2 辮狀河地質(zhì)及地震響應(yīng)特征

2.1 地質(zhì)特征

蘇里格氣田二疊系下石盒子組盒8段和山西組1段儲(chǔ)層屬辮狀河沉積體系[13]，包括河道亞相和河道間亞相。其中河道亞相包括河底滯留微相、心灘微相和河道充填微相，砂巖中多見槽狀、板狀、楔狀交錯(cuò)層理；河道間亞相包括河間湖泊、泛濫平原微相。河道亞相的心灘和河道充填微相為主力儲(chǔ)層，河間湖泊和泛濫平原微相中發(fā)育的泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖則為儲(chǔ)集砂體間的隔層和夾層。

研究區(qū)辮狀河沉積河道寬且淺，側(cè)向遷移迅速，以垂向加積為主。辮狀河沉積體系平面展布范圍廣、能量強(qiáng)，不同期次、不同級(jí)次砂體疊加，河道擺動(dòng)建造了相當(dāng)規(guī)模的疊置砂體（圖2）。單砂體縱向相互疊置，橫向相互搭接，砂體大面積復(fù)合連片分布，縱向上往往形成“砂包泥”的地層結(jié)構(gòu)。

山1期，研究區(qū)水動(dòng)力弱，沉積展布面積小，砂體相對(duì)較薄，地震響應(yīng)為中—弱振幅反射，分布不連續(xù)，在全區(qū)難以追蹤（圖3）。盒8期水動(dòng)力增強(qiáng)，砂體大面積分布，砂層較厚，反射振幅較強(qiáng)、連續(xù)性好，在全區(qū)可持續(xù)追蹤，整體上表現(xiàn)為東高西低的構(gòu)造格局（圖1c，圖3）。

圖2 拗陷湖盆辮狀河沉積模式圖Fig.2 Braided-river depositional model of depression Lacustrine basin

圖3 研究區(qū)W1–W2聯(lián)井常規(guī)地震剖面A–BFig.3 Post-stack seismic section（A–B）crossing W1 and W2

2.2 地震響應(yīng)特征

（1）由于砂體疊置復(fù)合連片分布，砂體發(fā)育區(qū)砂體地震反射連續(xù)，可長(zhǎng)距離追蹤。

（2）河道響應(yīng)不明顯，在剖面上少見短軸透鏡狀地震相，平面上沒有清晰的河道展布特征。這是由于辮狀河道寬而淺，且為陸上沉積，河流頻繁改道，河道砂體和心灘砂體反復(fù)疊置，河道形態(tài)不如重力流水道和三角洲沉積水下分流河道典型。同時(shí)，又不具備重力流水道和三角洲沉積水下分流河道被泥質(zhì)圍巖迅速包裹保留的條件。因此，研究區(qū)目的層雖說是河流相沉積，但在地震響應(yīng)上，剖面和平面都沒有典型的河道響應(yīng)特征。

（3）振幅強(qiáng)度反映了砂體的厚度，強(qiáng)反射通常指示厚砂層，中—弱反射為薄砂層。以盒8段砂體為例，砂體疊合厚度大于25 m時(shí)，為中強(qiáng)振幅反射，砂層頂?shù)讜r(shí)差較大，相位寬緩；而砂體疊合厚度小于15 m時(shí)，為弱反射或空白反射，砂層頂?shù)讜r(shí)差較小。

（4）弱反射或空白反射可作為砂巖間的泥巖相對(duì)發(fā)育帶的指示，通常為河間湖泊及泛濫平原沉積。

（5）本溪組區(qū)域性分布的煤層為最穩(wěn)定的標(biāo)志層，相帶穩(wěn)定，呈強(qiáng)振幅反射。其同相軸具有等時(shí)性，可作為地震沉積學(xué)研究方法中的等時(shí)參考面（圖3）。

3 地震巖石物理分析

根據(jù)測(cè)井、試氣資料，對(duì)研究區(qū)探井盒8段和山西組1段儲(chǔ)層統(tǒng)計(jì)表明：儲(chǔ)層巖性多為干砂巖、含氣砂巖、氣砂巖。僅有兩口井目的層段含水，且這兩口井位于地震三維工區(qū)邊緣。因此，將研究區(qū)巖性劃分為含氣砂巖、干砂巖、泥質(zhì)巖3大類。

由于工區(qū)探井并無橫波測(cè)井資料，亦利用Biot-Gassmann方程，根據(jù)測(cè)井上目的層含氣飽和度解釋數(shù)據(jù)來估算橫波速度（圖4）。具體為根據(jù)含氣飽和度，計(jì)算儲(chǔ)層飽含水時(shí)的密度和縱波速度，進(jìn)而計(jì)算飽含水時(shí)的橫波速度，最后經(jīng)流體置換儲(chǔ)層真實(shí)含氣飽和度下的橫波速度。其間也涉及到儲(chǔ)層各種狀態(tài)下體積模量和剪切模量的計(jì)算。泊松比是對(duì)區(qū)分巖性，特別是含氣巖體比較敏感的一個(gè)彈性參量，其計(jì)算公式為：σ=(γ?2)/(2γ?2)，其中：γ=vP/vS。從圖4中可以看到，研究區(qū)某產(chǎn)氣井盒8和山1含氣儲(chǔ)層段的泊松比值均較低，與圍巖差別較大。

圖4 研究區(qū)某井流體置換橫波預(yù)測(cè)圖Fig.4 The prediction map of fluid substitution to S-wave velocity of a well within the study area

本次研究選取的7口均勻分布于工區(qū)的探井，進(jìn)行泥質(zhì)含量（自然伽馬）和縱波阻抗、泊松比的交會(huì)分析。交會(huì)結(jié)果表明：含氣砂巖由于孔隙度較泥質(zhì)巖類高，其縱波阻抗分布范圍和泥質(zhì)巖存在部分重疊（圖5a）。同時(shí)，研究區(qū)不同含氣飽和度的儲(chǔ)層的泊松比主體分布范圍為0.13～0.20，泊松比和伽馬曲線的交會(huì)能將含氣層同其他巖性區(qū)分（圖5b）。因此，常規(guī)地震疊加資料不能區(qū)分研究區(qū)含氣砂巖、致密砂巖、泥質(zhì)巖3大類巖性，需應(yīng)用包含橫波信息的疊前資料進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究，方能識(shí)別含氣儲(chǔ)層。

圖5 盒8段、山1段交會(huì)圖Fig.5 Cross-plotting map of He 8 and Shan 1 member

4 疊前AVO屬性數(shù)據(jù)體處理

研究區(qū)為高覆蓋次數(shù)的寬方位全數(shù)字三維地震數(shù)據(jù)，偏移距范圍為220 m至3 992 m，目的層盒8段和山1段入射角均達(dá)到30°，為在該區(qū)開展地震資料疊前AVO資料處理和屬性提取奠定了基礎(chǔ)。

4.1 AVO正演模型響應(yīng)特征

對(duì)研究區(qū)多口產(chǎn)氣井有效儲(chǔ)層進(jìn)行AVO正演研究表明，盒8層段含氣砂巖主要表現(xiàn)為第III類AVO異常響應(yīng)（圖6）。但也存在一定的差別，以W3井和W4井為例。W3井的盒8段AVO響應(yīng)是由弱變強(qiáng)；W4井盒8段則由強(qiáng)變?yōu)楦鼜?qiáng)，其含氣段日產(chǎn)氣量高于W3井相應(yīng)產(chǎn)量。因此，研究區(qū)含氣砂巖的強(qiáng)AVO響應(yīng)即代表好的儲(chǔ)層。同時(shí)，含氣砂巖AVO響應(yīng)和圍巖差別大，可通過使用AVO屬性來進(jìn)行含氣儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。

圖6 W3，W4井盒8段含氣儲(chǔ)層AVO正演模擬Fig.6 AVO forward simulation of gas-bearing reservoir of He 8 member，W3 and W4

4.2 AVO屬性體巖性化轉(zhuǎn)換

AVO分析可獲得AVO截距A、斜率B及其衍生屬性，包括橫波阻抗反射系數(shù)（aA?bB）及比例化的泊松比變化屬性（aA+bB）等。橫波速度的大小不受流體影響，同巖性的相關(guān)性大，反射界面的泊松比差異是造成AVO響應(yīng)的主要因素。本次研究擬采用橫波反射系數(shù)來預(yù)測(cè)砂體的平面展布，然后利用泊松比變化屬性來進(jìn)行含氣儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，進(jìn)而以此為依據(jù)，劃分出含氣儲(chǔ)層的分布范圍。

AVO屬性體是基于原始道集資料的轉(zhuǎn)換，兩者的相位是一致的。本次研究的地震資料采用SEG標(biāo)準(zhǔn)極性，子波相位為180°。所提取的截距屬性體、泊松比變化屬性體及橫波阻抗反射系數(shù)屬性體，其樣點(diǎn)值均代表反射界面，不具有常規(guī)地震反演結(jié)果的巖性意義。為使AVO反演屬性體便于后續(xù)的切片解釋研究，本次研究借鑒曾洪流[14-15]提出的地震數(shù)據(jù)90°相位化的思路，將AVO屬性體90°相位化，使之具有巖性意義。

設(shè)計(jì)一套含氣砂巖及泥巖互層（表1），砂層厚10 m，其砂泥距離足夠大，以忽略薄層調(diào)諧效應(yīng)。針對(duì)上部含氣砂巖層段頂部進(jìn)行AVO正演模擬，結(jié)果表明，其角度道集振幅隨角度增大而增大，為典型的第III類AVO響應(yīng)。在角度道集上分別提取截距A、橫波反射系數(shù)及泊松比AVO屬性，并將其90°相位化（圖7）。從圖中可以看到，原始道集的波峰和波谷極值對(duì)應(yīng)地質(zhì)模型的巖性界面。在巖性化轉(zhuǎn)換后，含氣層段的法向縱波反射系數(shù)，橫波反射系數(shù)及泊松比屬性正負(fù)振幅均與巖性曲線相對(duì)應(yīng)。同時(shí)，正演模擬結(jié)果表明第III類AVO含氣砂巖的泊松比變化屬性值為負(fù)值，可以此為模板解釋研究區(qū)基于AVO巖性化數(shù)據(jù)體的切片。

表1 含氣砂巖及泥巖互層速度參數(shù)表Tab.1 Velocity parameters of gas-bearing sandstone and mudstone

5 含氣儲(chǔ)層識(shí)別

5.1 地層切片處理和解釋

研究區(qū)本溪組煤層為區(qū)域性發(fā)育的標(biāo)志層，呈平行強(qiáng)振幅連續(xù)反射，具等時(shí)性。盒8段砂體在研究區(qū)內(nèi)地震反射為亞平行中強(qiáng)振幅連續(xù)反射，地層起伏較小，且基本上平行于本溪組煤層等時(shí)面。因此，在小范圍內(nèi)可認(rèn)為盒8段同相軸也具有等時(shí)性。以盒8段反射同相軸和本溪煤層反射同相軸為頂?shù)椎刭|(zhì)等時(shí)面，在等時(shí)格架內(nèi)生成等比例切片。根據(jù)切片所反映的巖性信息來研究山1段的沉積演化過程，從而解決了山1段砂體因難以連續(xù)追蹤，而無法形成合理的地震層位難題。同時(shí)，由于盒8段砂體反射可連續(xù)追蹤，因此可將該反射直接作為“切片”來反映盒8段的沉積空間展布，只需要根據(jù)因相位轉(zhuǎn)換所造成的時(shí)間差稍作調(diào)整即可。

圖7 AVO屬性體巖性化轉(zhuǎn)換正演模擬Fig.7 Forward simulation of lithologic converting of AVO attribute volume

選取盒8段和山1段由不同AVO屬性巖性化數(shù)據(jù)體所生成的典型地層切片分析如下（圖8）。

由圖8可以看到，盒8段和山1段儲(chǔ)層均呈南北向展布，印證了蘇里格地區(qū)盒8段和山1段發(fā)育南北向雙物源、砂體南北向分布的宏觀沉積規(guī)律。山1段縱波阻抗切片反映出研究區(qū)中部為藍(lán)色低值區(qū)（圖8a），而與其對(duì)應(yīng)橫波阻抗切片為高值區(qū)（圖8b），表明研究區(qū)中部山1段集中發(fā)育有利儲(chǔ)層。這是因?yàn)樯皫r含氣后縱波阻抗降低，而橫波阻抗不受流體充填影響。橫波阻抗相對(duì)較高，而縱波阻抗低意味著天然氣發(fā)育。泊松比是含氣檢測(cè)的最敏感參數(shù)，對(duì)應(yīng)切片表明，研究區(qū)中部為橘黃色負(fù)異常，進(jìn)一步印證了研究區(qū)山1段有利儲(chǔ)層集中在中部發(fā)育的特點(diǎn)。

圖9顯示了前述盒8段和山1段切片在泊松比系數(shù)巖性化剖面上的位置，該剖面過W5井，顯示W(wǎng)5井盒8段儲(chǔ)層不發(fā)育，而山1段儲(chǔ)層發(fā)育。試氣資料表明，W5井盒8段為低產(chǎn)層，而山1段日產(chǎn)氣5.1×104m3，驗(yàn)證了AVO屬性巖性化數(shù)據(jù)體切片的有效性。

圖8 盒8段、山1段典型AVO屬性巖性化數(shù)據(jù)體地層切片F(xiàn)ig.8 Stratal slices of He 8 and Shan 1

圖9 過W5井泊松比反射系數(shù)巖性化剖面Fig.9 Poisson ratio reflection coefficient lithologic section crossing W5

5.2 有利儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)應(yīng)用切片方法在AVO屬性巖性化數(shù)據(jù)體上獲取的盒8段和山1段有利儲(chǔ)層平面展布信息，結(jié)合研究區(qū)已鉆井的生產(chǎn)資料，進(jìn)一步預(yù)測(cè)研究區(qū)有利儲(chǔ)層分布位置。圖10展示了經(jīng)綜合解釋的盒8段和山1段有利儲(chǔ)層分布圖，并劃分為I類、II類、III類有利區(qū)。

鉆探實(shí)踐表明：針對(duì)盒8段儲(chǔ)層部署水平井33口，完鉆16口，有效儲(chǔ)層鉆遇率平均達(dá)76.42%，印證了本文方法的正確性和預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性。

圖10 研究區(qū)盒8段、山1段有利儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)圖Fig.10 Comprehensive evaluation map of favorable reservoir in He 8 and Shan 1

6 結(jié) 論

（1）辮狀河河道地震響應(yīng)特征在剖面和平面上均不明顯，總的來說，疊置連片的砂體地震反射連續(xù)，可長(zhǎng)距離追蹤。

（2）在常規(guī)地震資料無法識(shí)別有利儲(chǔ)層的地區(qū)，首次嘗試將疊前AVO屬性體運(yùn)用于地震沉積學(xué)研究中，識(shí)別出有利含氣儲(chǔ)層，實(shí)踐證明應(yīng)用效果顯著。

（3）根據(jù)疊前AVO屬性體特點(diǎn)，采用地震道90°相位化方法將其進(jìn)行巖性化轉(zhuǎn)換，使轉(zhuǎn)換后的AVO屬性巖性化數(shù)據(jù)體具有巖性意義，可直接進(jìn)行巖性解釋。

（4）針對(duì)研究區(qū)山1段砂體反射不連續(xù)的特點(diǎn)，運(yùn)用地震沉積學(xué)切片的方法，獲得了合理的山1段砂體反射等時(shí)界面。

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編輯：杜增利

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Gas-bearing Reservoir Prediction of Braided River

Hong Zhong,Liu Huaqing,Zhang Menggang
Northwest Research Institute of Exploration and Development，PetroChina，Lanzhou，Gansu 730020，China

The He 8 and Shan 1 members belonging to braided-river deposition are pay zones of Sulige western region，Ordos basin.The ranges of P-wave impedance of gas-bearing reservoir and surrounding rocks of these two members are overlapping.The gas reservoir could not be feasibly recognized by conventional post-stack seismic data.Also，due to the discontinuous mid-weak amplitude of seismic reflection，the seismic event of Shan1 member can′t be picked in the whole work area，leading to difficulty in obtaining the plane view of its sandstone distribution.Attempting to solve the problems above，we established the seismic response characterization of braided-river according to its sedimentary model.As the difference of Poisson ratio of gas-bearing reservoir and surrounding rocks are distinct，the AVO seismic data were utilized to identify gas-bearing reservoir.The conception of lithological converting has been proposed with reference to the theory of seismicsedimentology.TheAVOattributevolumewasconvertedtolithologicalvolume，whichprovidesconvenienceforthesubsequent interpretationwork.TheisochronoussurfaceofShan1memberseismicreflectioncanbeobtainedwiththeaidofslicingmethod. The result shows that the feasibility of lithological converting of AVO attribute volume has been demonstrated by forward modeling and practical application.This series of method is capable of recognizing gas-bearing reservoir of He 8 and Shan 1 members，and the evolutional history and plane distribution character of the gas-bearing reservoir are clearly delineated by the slices with isochronous significance.

braided-river deposition；pre-stack seismic data；AVO attribute volume；lithological converting；seismic sedimentology

http：//www.cnki.net/kcms/doi/10.11885/j.issn.1674-5086.2013.07.18.02.html

洪忠，1985年生，男，漢族，湖北荊州人，工程師，主要從事地震解釋及儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究工作。E-mail：hongzhong_go@petroChina.com.cn

劉化清，1969年生，男，漢族，甘肅武威人，高級(jí)工程師，博士，主要從事沉積學(xué)及石油地質(zhì)綜合研究工作。E-mail：liu_hq@petroChina.com.cn

張猛剛，1975年生，男，漢族，陜西戶縣人，工程師，主要從事地震解釋、儲(chǔ)層預(yù)測(cè)和石油地質(zhì)綜合研究工作。E-mail：zhang_mg@petroChina.com.cn

10.11885/j.issn.1674-5086.2013.07.18.02

1674-5086（2014）06-0039-08

TE132

A

2013–07–18 < class="emphasis_bold"> 網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：

時(shí)間：2014–11–18

國(guó)家重大科技專項(xiàng)（2011ZX05044）。