叠前AVO 属性的地震岩性学探索与实践研究

刘力辉，李建海，杨 晓，丁 燕，胡 诚

（1.成都晶石石油科技有限公司，四川成都 610041；2.中国石油天然气集团公司川庆钻探工程有限公司地球物理勘探公司，四川成都 610213）

1 地震岩性学学科地位及研究现状

1998年，曾洪流等［1－2］首次提出地震沉积学的概念。2003年，Posamentier等［3］提出了地震地貌学的概念。2004年，曾洪流［4］等给出了地震沉积学的详细定义，指出地震沉积学是用地震资料研究沉积岩和沉积作用的一门学科，在当前条件下体现为地震岩性学和地震地貌学的综合。近年来国内许多学者投入到地震沉积学的研究［5－14］，但大部分研究都主要集中在对地震地貌的刻画，而对地震岩性学的系统研究少之又少。鉴于此，2011年，曾洪流综合近年来的技术发展及实用研究的需要，将地震沉积学的定义进一步明确为：通过地震岩性学、地震地貌学的综合分析，研究岩性、沉积成因、沉积体系和盆地充填历史的学科。认为单独的地震地貌学研究不足以解决储层岩性预测问题（例如弯曲河道地貌单元既可代表活动河道砂质充填，也可代表废弃河道泥质沉积），但就目前而言，对于地震岩性学的研究缺乏相应的技术方法及研究规范。因此，曾洪流在地震沉积学学科发展展望中提到“发展适合陆相盆地的地震岩性学新方法”［14］。

2 地震岩性学概念

曾洪流认为，地震岩性学是利用地震资料来研究岩性、厚度、物性和流体等特征［14］。对地震岩性学的技术研究主要借助于相移（90°相位化）来实现。90°相位化相当于道积分剖面（但保持了原始资料频率，没有分辨率损失），但在岩性复杂区或砂泥阻抗差小的地区，往往得不到好的地震地貌图。叠后反演是目前地震数据转换为岩性数据的主要方法，但反演结果受初始模型影响大，地质边界模糊，不利于用地层切片进行沉积成像研究。

针对这些难点，我们在前期研究中提出了地震岩性体的概念［15］，认为地震岩性体的转换应满足地震地貌刻画的要求，将地震地貌学和地震岩性学作为一个整体来研究。其中，地震地貌学解决如何切切片的问题，主要强调沉积等时面的选取以及切片方法的选择；而地震岩性学则致力于解决切什么属性的问题，通过选取敏感属性参数，反映岩性特征，进而有利于刻画沉积微相，预测有利储层。

3 地震岩性表征技术

经典岩性地震学用于表征岩性的地震属性主要有叠后属性、叠前属性、叠前弹性参数3种，目前实际用于沉积成像的以叠后属性为主。

1）叠后属性。几何属性反映地震同相轴的产状，如倾角、方位、曲率和相干等；物理属性反映地震同相轴的动力学特点，主要指振幅、频率、相位、衰减等。叠后地震属性对地震相的外形与内部结构反映较为有利，但叠后属性幅值与岩性的对应关系较差，尤其在岩性复杂地区，叠后属性难以表征岩性。

2）叠前属性。叠前AVO 属性，主要包括截距P，梯度G，曲率C等属性。叠前属性通常同于油气检测，可以将叠前属性转化为地震岩性体，在沉积成像方面应用前景广阔。

3）叠前弹性参数。通过叠前反演得到的纵横波速度、密度、横波阻抗等弹性参数。如果反演方法恰当，反演结果受模型影响小，弹性参数也是很好的表征地震岩性体的参数。

本次研究主要讨论将叠前AVO 属性转化为地震岩性体的可行性和提取技术。

4 一种新的P，G，C 属性表达式

1985年，Shuey［15］首次提出了反射系数的AVO 截距和梯度的概念，证明了相对反射系数随炮检距的变化梯度主要由泊松比的变化来决定，给出了不同角度项表示的反射系数近似公式：

其中，

式中：A为截距，反映垂直入射反射振幅；B为梯度，反映振幅随入射角的变化率；C为曲率，反映振幅随速度的变化率。

在实际应用中常忽略大角度项，反射系数与sin2α成线性关系，利用曲线拟合拾取零偏移距截距剖面P和梯度剖面G，并由P和G构造各种AVO 属性剖面。

但是，如何将AVO 属性作为地震岩性体，就应当充分挖掘广角入射信息，获得稳定的横波和密度信息。因此，本文利用Zoeppritz各近似式的统一关系，采用三参数标准抛物线近似方程，充分利用广角入射信息，结合（1）式的三参数Shuey近似方程提出的截距、梯度等属性，得出对岩性更为敏感的AVO 属性体。

2005年，熊定钰［16］等对（1）式中的三角函数进行重新整理得到：

其中，

表示零炮检距反射系数项；

表示适中入射角（小于30°）项；

表示大入射角（大于30°）反射系数项。

（5）式很好地展示了反射振幅随入射角的变化关系。

若设：

将（9）式代入（5）式，得到

（10）式为常见的抛物线方程，用最小二乘曲线拟合求拟合系数R，W，V；然后根据Shuey提出的反射系数的AVO 截距、梯度、曲率概念，可以得到新的P，G，C属性。这种抛物线三项式没有引入计算误差，充分利用了大入射角反射系数项，能够提取比较准确的P剖面、G剖面和C剖面。

式中：P为截距；G为梯度；C为曲率；S为拟横波反射系数。

由AVO 截距组成的P剖面是一个真正的法线入射零炮检距剖面，理论上比叠加剖面更接近于真振幅，能够很好地表征岩性特征；由AVO 斜率组成的G剖面反映的是vP／vS的综合特征，在阻抗差小的地区，能很好地反映岩性，是主要的地震岩性体；由AVO 曲率项组成的C剖面反映纵波速度的变化率，对高孔砂和油气检测有利。在大角度入射情况下，反射振幅与速度变化相关的曲率项起主要作用，因此理论上还可以根据截距项与曲率项的差异求出界面间的密度差异。

同时，还可以将P＋G，P－G近似地认为是泊松比和横波参数。因此，利用叠前AVO 各类属性，可以更为合理地提取隐藏在地震信息中的岩性参数。

5 研究实例

5.1 研究区概况

研究区区域构造位置位于四川盆地中部构造平缓区，川中古隆起平缓构造带的南部。本区须家河组二段具有典型的“砂包泥”特点，储层主要发育于三角洲前缘水下分流河道，砂体厚度较大且横向上叠合连片，但储层岩性较致密，储层的孔隙度和渗透率都较低，为典型的致密砂岩储层。由于本区钻井较少，并且岩性与波阻抗对应关系复杂，导致在本区采用叠后属性进行岩性解释多解性强，储层预测难度大。针对本地区岩性特征，我们尝试用叠前属性来预测岩性。

5.2 岩石物理分析

研究区须家河组地层岩性主要分为砂岩和泥岩。其中，根据孔隙度特征，砂岩又可进一步分为高孔砂岩和致密砂岩。图1是研究区叠后岩石物理分析图。其中，交会图的纵坐标为GR 测井的γ值，用于区分砂、泥岩；横坐标为纵波速度；散点颜色代表孔隙度，红色为高孔隙度特征。从图1可以看出，利用速度很难直接区分高孔砂岩、致密砂岩和泥岩，3种岩性速度的差异性很小，导致各岩性地震响应特征不明显，常规的振幅属性很难区分这3种岩性，尤其是高孔砂岩和泥岩之间没有明显的门槛值。这也直接导致常规储层预测方法在该区的应用受到一定程度的限制。

图1 须二下段叠后岩石物理分析结果

为此，我们进一步开展了叠前岩石物理研究工作，寻找叠前敏感属性。通过对多井岩石物理参数统计分析发现，叠前vP／vS，λ／μ与高孔砂岩对应关系明显（图2），说明在本区采用叠前参数可以区分岩性。在叠前AVO 属性分析中已经明确证实属性G与vP／vS具有相关性，因此，可以选择重新推导出的G属性来表征高孔砂岩。

5.3 叠前AVO 属性在地震沉积学中的应用

根据前期层序地层研究结果，须二段整体为一个中期旋回，内部可分为上、中、下3 个短期旋回（图3）。本次以须二下为主要研究目标。

X22在层序上表现为最大海泛面凝缩层，以一套稳定的泥岩沉积为主（俗称泥岩腰带子），具有明显的等时性；X1为三级层序界面，在本区内是相对等时的。两套层位在地震剖面上均表现为连续稳定可对比追踪的波峰反射（图3）。因此，对于须二下段的研究，选择X22和X1为沉积等时面，在两套层位之间做地层切片表征地震地貌特征。图4为G剖面，和原始剖面相比，G剖面分辨率有所提高，层序边界更加清晰，因此在等时层序解释方面效果更为显著，并且振幅值与岩性对应关系更好，更有助于地震属性的提取及解释。

在等时地层切片基础上，提取地震属性表征地震地貌，进而根据地震地貌解释地震岩性。由提取的叠后振幅属性（图5）可见，本区叠后振幅属性数值差别不大，地貌外形及边界模糊不清，岩性也难以区分，这与岩石物理分析的结论相吻合。

图2 须二下段多井叠前岩石物理分析结果

图3 等时地层格架（原始剖面）

图4 等时地层格架（G 剖面）

图5 须二下段叠后振幅属性等时地层切片

通过岩石物理分析已经确定叠前G属性为表征岩性的有利属性。因此，选择切G属性等时地层切片来表征地震岩性体。图6为须二下段G属性图，由图6可见，在地震地貌的表征方面，沉积体外形及边界都较为清晰，可以明显反映河道展布形态特征。在地震地貌控制下，对地震岩性的解释将更为有利。

图6 须二下段叠前G 属性等时地层切片

通过井震标定，发现G振幅的相对高低与沉积微相及微相下的岩性具有较好的对应关系：相对低的G振幅（红色）主要表现为纵向叠置的分流河道微相，砂体厚度大、物性好的高孔砂岩；中等G振幅（浅黄、白色）代表河道前缘、侧翼砂体，砂体厚度减薄，泥质含量增加，物性次之；相对高G振幅主要表现为分流河道间微相，以泥岩为主。

通过钻井资料以及前人研究成果，结合地震地貌及地震岩性特征，最终确定须二下段沉积微相如图7所示。工区须二下亚段主要为多物源、多期河道叠置的三角洲前缘沉积，沉积微相以水下分流河道和水下分流间湾为主，其中分流河道主体部位表现为多期河道叠置，砂体厚度大，砂地比高，砂体物性好，为主要的储层发育部位，河道侧翼及前端砂体物性相对变差。

图7 须二下段沉积相

6 结束语

1）在地震沉积学框架下的地震岩性学研究中，叠前地震岩性体是一个重要的概念，可以通过地震岩性体特征寻找适合地震地貌的属性提取技术。

2）基于Zoeppritz方程三参数标准抛物线近似式，可以得到比较准确的P，G和C属性。G属性或其组合属性可以作为主力的地震岩性体，实践证明，在复杂岩性区和阻抗差不大的地区，应用前景广阔。

3）目前P，G，C的岩石物理意义不易标定，且其只是一种界面属性，不是地层属性，不利于和地层切片配套使用，下一步将用积分方式进一步研究如何将λ，μ等AVO 属性作为地震岩相体。

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