南海东部白云深水区复杂地层精细岩石物理分析

张振波，轩义华，刘宾，薛志刚，赵仁永，李东方，龙黎

（中海石油（中国）有限公司深圳分公司勘探部，广东 深圳 518067）

南海东部白云深水区复杂地层精细岩石物理分析

张振波，轩义华，刘宾，薛志刚，赵仁永，李东方，龙黎

（中海石油（中国）有限公司深圳分公司勘探部，广东 深圳 518067）

白云A探区位于南海东部深水区白云凹陷西南部，具有形成大型油气田的地质基础，是珠江口盆地南海深水最重要的天然气探区。该区白云A井钻前预测将钻遇极具价值的砂岩储层,预测结果乐观，实钻结果与预期严重不符，为泥质-粉砂质浊积砂岩，这一结果使勘探该区的信心严重受挫。为探明该区勘探潜力，针对目的层开展精细岩石物理分析并研发相关技术，形成了以岩石物理分析、岩石物理建模、流体替换、岩性分类预测等组合技术系列，可客观有效地认识该区储层岩石物理特征，为后续储层预测、烃类检测及岩性预测工作指明了方向。

深水区；岩石物理分析；建模；流体替换；岩性分类；南海白云凹陷

0 引言

岩石物理学在近几十年来发展迅速，国内外有关研究成果很多［1-3］，但在应用方面受重视程度不够［4］。近年来利用交会图进行岩石物理分析仅是储层预测的一项流程化工作，分析欠精细且不到位，增加了勘探风险，逐渐丧失了它的重要性和意义。

珠江口盆地白云深水区是南海东部的一个重要含气区［5-8］，具有与我国大多数含油气盆地不同的地质条件，与国外许多深水油气区相比也有独特之处［9］。研究区域内的一口探井，钻前对储层复杂性和岩石物理性质认识不足，更多地依赖于地质认识，乐观地预测目标层为有利砂岩储层，但实际钻探表明，钻遇储层主要为低孔隙度（平均值为5%）、高泥质体积分数（平均值为55%）、物性较差、无商业价值的差气层。为此，随后开展了精细岩石物理分析，以提高该区储层岩石物性的认识，激活探区勘探潜力。

本文主要在精细岩石物理分析、岩石物理建模、流

1 岩石物理理论

1.1 岩石物理分析与建模

岩石物理模型见式（1）［10-11］，其对于剪切模量和体积模量是通用的。当为剪切模量时，常规流体剪切模量Mfluid=0，该方程与高斯曼流体替换一致。体积模量和剪切模量刻度都是通过MO这个参数进行的，矿物和流体点也是由MO参数计算得到的。

式中：MMOD为模拟模量，MPa；MO为回归函数，［0，∞］；Mi为矿物的体积模量，MPa；Mfluid为流体体积模量，MPa；φ为孔隙度；Vi为矿物体积分数。

MO可以为常数，也可以为回归函数。MO的2个边界条件是与Reuss和Voigt边界对应的。当用正确的回归函数后，相比传统方法，岩石物理模型对测量数据能够进行更稳健的外推。岩石物理建模的过程保证了利用测井曲线和岩心测量进行刻度的准确性。

1.2 流体替换

孔隙流体随流体组分、压力、温度的变化而变化，对岩石的地震属性起着重要的作用。只有正确地评估储层条件和孔隙流体组分，才能得到更加准确的流体性质。孔隙流体的体积模量Mfluid是由Reuss公式计算得出：

式中：Mw为地层水的体积模量，MPa；Mhc为油气的体积模量，MPa；Sw为含水饱和度。

流体替换利用Gassmann公式［12］，以确定流体对储层的影响：

式中：Mdry为岩石骨架的有效体积模量，MPa；Msat为饱和岩石的有效体积模量，MPa；Msatb为饱和岩石的有效剪切模量，MPa；Mdryb为岩石骨架的有效剪切模量，MPa。

2 精细岩石物理分析

2.1 岩石物理分析

为了对研究目标的岩性和流体成分进行评估，更好地开展后续弹性参数反演，对目的层进行了单独的岩石物理分析、建模，对应层位组合见图1。

图1 储层测井组合

由图1可以看出，由于岩性主要为粉砂岩，泥质体积分数较高（平均为55%）、孔隙度较低（平均为5%），密度、声波曲线对砂岩和泥岩的响应差别较小。整体而言，目的层粉砂岩储层具高密度、高速度特点。

Avseth等人提出了经典理论［13］，即利用纵横波速度比和波阻抗交会图识别含水砂岩、含油砂岩、含气砂岩和泥岩。在研究区利用测井曲线进行交会分析，进行了波阻抗AI与纵横波速比vp/vs的交会分析（见图2）。

Greeberg-Castagna及Gardner针对不同岩性提出了理论线［14-15］，是以泥质质量分数作为颜色标识的。图2a与图1中的蓝色对应的是粉砂岩储层，暗红色对应的是砂质泥岩，绿色对应的是泥岩。对比图2a与图2b，粉砂岩储层具有相对高AI与低vp/vs值的特征，利用vp/vs值可将储层与非储层较容易区分开，但利用AI区分会相对较难。

将泥质体积分数60%作为截止值进行交会分析，由图2c、图2d可看出，储层vp/vs值小于1.98，非储层vp/vs值则大多大于1.98，且有一部分重叠，这会为接下来的岩性预测带来一定的不确定性，所以将0.6作为泥质体积分数的截止值时存在一定误差。

图2 储层AI与v p/v s关系

考虑到不同弹性参数的敏感程度不一致，又分析了λρ和λ/μ两个参数（见图3），以泥质质量分数作为颜色标识。图3a中蓝色与图1蓝色一样对应的是储层，暗红色与图1暗红色对应的是砂质泥岩，绿色对应的是泥岩。

由图3a可看出，粉砂岩储层具有相对较低λρ和较低λ/μ值特征，利用λ/μ可将储层与非储层区分开，但利用λρ区分储层与非储层相对较难。对比图3b、图3f，将0.5作为交会分析的色标截止值（相较于0.6）能更精确地对应储层。

2.2 流体替换

流体替换可得到不同含水饱和度情况下的弹性参数曲线，从而分析不同饱和度流体对弹性参数的影响，进而产生概率密度函数，用于岩性预测及后续AVO分析响应。

流体体积模量、泥质质量分数、饱和度为岩石物理模型的输入参数，这些参数的计算对于岩石物理模型是很重要的。白云A井利用Batzle和Wang公式［16］计算得到的储层条件下的流体属性参数，包括速度、密度和体积模量（见表1）。

白云A井储层流体替换成果见图4。将原始状态的流体，分别利用含水饱和度为100%，95%，90%，80%，70%，60%，50%，40%，30%，20%，10%及 0%（Sw100—Sw0）进行流体替换。替换结果表明：含水饱和度越高，纵波速度越快，密度越高，横波速度越慢；密度基本呈线性变化，波阻抗、纵横波速度比及泊松比在Sw90与Sw0变化较小，μρ整体变化均较小，λ/μ与λρ在Sw90与Sw0之间呈非线性趋势变化。因此，利用λ/μ与λρ进行岩性预测准确率应好于其他参数。

密度、波阻抗、纵横波速度比、λρ及λ/μ，随含水饱和度变化（在Sw0变化到Sw100时）的趋势为：密度，增加了0.09 g/cm3，基本呈线性变换，变化量与Sw100值相比约为4%；波阻抗，增加了0.96MPa·s/m，整体变化量与Sw100值相比约为11%；纵横波速度比值，增加了0.2，变化量与Sw100值相比约为10%；λρ值，增加了13.7 GPa·g/cm3，整体变化量与 Sw100值相比约为41%；λ/μ值，增加了0.7，整体变化量与Sw100值相比约为39%。

图3 储层λρ与λ/μ交会

图4 白云A井流体替换成果

通过对比得知，λ/μ与λρ的变化量较AI与vp/vs大，说明λ/μ与λρ对于流体的敏感程度比AI与vp/vs更大。进而证实，利用λ/μ与λρ进行岩性预测准确率要好于其他参数。

表1 储层地层流体弹性参数

2.3 岩石物理建模

资料有限时，岩石物理建模有着举足轻重的作用。为寻找更优储层，需要知道不同情形下曲线的响应特征，此时需要岩石物理模型作为桥梁，搭建起弹性参数曲线与测井成果曲线之间的关系。此次研究利用了多矿物岩石的Hashin上下边界等［17-18］理论进行岩石物理建模。

当使用了正确的回归函数后，与传统方法相比，建立的岩石物理模型对测量数据能够进行更稳健的外推。本研究目标层段建立的岩石物理模型得出，模拟的体积模量和剪切模量与测量的体积模量和剪切模量匹配较好。

基于已建立的岩石物理模型，正演了不同孔隙度及不同泥质质量分数下的弹性参数。为更好地刻画储层类型的不均一性，将正演得到的弹性参数，应用到贝叶斯岩性分类中。

2.4 岩性分类

基于岩石弹性特征，利用岩石物理分析和井数据，通过贝叶斯估算原理［19］产生岩性体。本次研究中，用不同类型砂岩和泥岩的岩石弹性属性来划分储层地层岩性，在三维空间根据地震属性λ/μ与λρ关系来确定岩石属性分类单元。

通过分析井点处地层属性的变化得到概率密度函数，输入地震属性纵波阻抗和泊松比，利用贝叶斯定理计算最大可能的分类单元。

根据不同泥质质量分数、孔隙度、含水饱和度等规则，对预测地层定义了不同岩性（见表2）。储层地层岩性的概率密度函数见图5—9。

对比图5，6得出，砂岩与泥岩区分均较好，但对于含烃砂岩与含水砂岩则重叠部分较多；3ClassB中含烃砂岩与含水砂岩概率中心较3ClassA有一定程度分离，能更好地反映井点情况。

表2 岩性分类规则

图5 3ClassA概率密度函数

图6 3ClassB概率密度函数

从图7可看出，好砂岩与差砂岩及泥岩区分较明显，这与交会图分析一致。从图8可看出，较好砂岩与差砂岩及泥岩区分也较明显。

从图9可看出，优质/含烃砂岩、次优砂岩区分较明显，但砂质泥岩和泥岩仍有部分重叠，这主要是因为砂质泥岩的泥质质量分数较高（50%～70%）、孔隙度较小（小于7%）、接近泥岩特征，但这并不阻碍发现好的砂岩储层。

图7 3ClassC概率密度函数

图8 3ClassD概率密度函数

图9 4ClassA概率密度函数

综上所述，本地区4ClassA描述的地层及地层特征能有效用于下步三维叠前反演、预测储层砂岩孔隙度的预测及泥岩体积分数的岩石物性反演中。

3 结论

1）岩石物理交会分析研究表明，目的层的λ/μ与λρ属性比AI与vp/vs属性能更好地将好砂岩、较好砂岩、差砂岩与泥岩区分开，且好含气砂岩具有相对较低密度、低AI和vp/vs、低λ/μ和λρ的特点。

2）只考虑流体的影响，目的层含水饱和度越高，纵波速度越快，密度越高，横波速度越慢，密度基本呈线性变化；Sw90与Sw0之间,波阻抗、纵横波速度比及泊松比变化较小，λ/μ与λρ呈非线性趋势变化，μρ整体变化不大。

3）利用贝叶斯理论产生了相对应的概率密度函数，目的层基于λ/μ和λρ产生的概率密度函数预测的岩性，与实际吻合较好。

［1］ 王金伟，张尔华，谢春临.虚拟孔隙度优化Xu-White模型法预测横波速度［J］.断块油气田，2011，18（4）：445-448.

［2］ 宋子齐，杨红刚，孙颖，等.利用岩石物理相分类研究特低渗透储层参数建模［J］.断块油气田，2010，17（6）：672-677.

［3］ 顾伟欣，周红，耿锋.多元统计方法在储层孔隙度模型建立中的应用［J］.断块油气田，2008，15（3）：58-61.

［4］ 葛瑞马沃可.岩石物理手册：孔隙介质中地震分析工具［M］.徐海滨，戴建春，译.北京：中国科学技术大学出版社，2008：20-40.

［5］ 庞雄，陈长民，朱明，等.南海北部陆坡白云深水大油气区的形成条件［C］.翟光明.第二届中国石油地质年会：中国油气勘探潜力及可持续发展论文集.北京：石油工业出版社，2006：30-40.

［6］ 李向阳，张昌民，张尚锋，等.白云凹陷北坡珠江组下段层序地层及有利区带预测［J］.断块油气田，2012，19（2）：22-25.

［7］ 张忠涛，施和生，秦成岗，等.番禺低隆起—白云凹陷北坡断层封闭性研究［J］.断块油气田，2010，17（1）：28-31.

［8］ 柳保军，庞雄，颜承志，等.珠江口盆地白云深水区渐新世—中新世陆架坡折带演化及油气勘探意义［J］.石油学报，2011，32（2）：234-242.

［9］ 庞雄，陈长民，彭大钧，等.南海北部白云深水区之基础地质［J］.中国海上油气，2008，20（4）：215-222.

［10］Reuss A.Berechnung der flieβgrenze von mischkristallen auf grund der plastizititsbedingung für einkristalle［J］.Journal of Applied Mathematics and Mechanics/Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik，1929，9（1）：49-58.

［11］VoigtW.Lehrbuch der kristallphysik：Mitausschluss der kristalloptik［M］.USA：BGTeubner,1928：30-50.

［12］Gassmann F.über die elastizitöt porösermedien［J］.Vier.der Natur Gesellschaftô，1951（96）：1-23.

［13］Avseth P，Jφrstad A，WijngaardenV，et al.Rock physics estimation of cement volume,sorting,and net-to-gross in North Sea sandstones［J］. The Leading Edge，2009，28（1）：98-108.

［14］GreenbergM L，Castagna JP.Shearwave velocity estimation in porous rocks：Theoretical formulation，preliminaryverificationandapplications［J］.Geophysical Prospecting，1992，40（2）：195-209.

［15］Gardner GH F.Extensionalwaves in fluid-saturated porous cylinders［J］.The Journal of the Acoustical Society of America，1962（34）：36-40.

［16］Batzle M，Wang Z.Seismic properties of pore fluids［J］.Geophysics，1992，57（11）：1396-1408.

［17］Hashin Z，Shtrikman S.A variational approach to the elastic behavior ofmultiphasematerials［J］.Journalofapplied Physics，1962，33（10）：3125-3131.

［18］Hashin Z，Shtrikman S.A variational approach to the elastic behavior ofmultiphasematerials［J］.Journal of the Mechanics and Physics of Solids，1963（2）：127-140.

［19］Duda RO，HartPE，Stork DG.Pattern Classification［M］.New York：JohnWiley&Sons，2000：20-50.

（编辑 杨会朋）

Fine petrophysicalanalysison complex formation in Baiyun deep water area of eastern South China Sea

Zhang Zhenbo,Xuan Yihua，Liu Bin，Xue Zhigang,Zhao Renyong,Li Dongfang,Long Li
(Shenzhen Branch of CNOOC Ltd.,Shenzhen 518067,China)

Baiyun A exploration area is located at the southwestofdeepwater Baiyun Sag in eastern South China Sea.Thisexploration areahas thegeology basis forming largeoiland gas field and is themostimportantnaturalgasexploration area in the South China Sea deepwater region of PearlRiverMouth Basin.In thisarea,the Baiyun Awellwasbe predicted to be the valuable sandstone reservoirs before drilling.However,actualdrilling resultsgreatly deduce the confidence of thisexploration areaand the reservoir isshale to silty turbidite sandstones.In order to prove the exploration potential in the area,the fine rock physics analysis technology is used for the targetzone.The technique seriescomposed ofpetrophysicalanalysis,rock physicsmodeling,fluid substitution,lithology classification and predicting techniques are determined,which can recognize objectively and effectively the reservoir petrophysical characteristics of thisarea.Thisstudy pointsoutthedirection for thenextexploration step.

deepwater region;petrophysical analysis;modeling;fluid substitution;lithology classification;Baiyun Sag in South China Sea

国家油气重大专项“近海大中型油气田形成条件及勘探技术（二期）”子课题“近海大中型油气田地震勘探技术”（2011ZX05023-005）

TE132.1

A

张振波，轩义华，刘宾，等.南海东部白云深水区复杂地层精细岩石物理分析［J］.断块油气田，2014，21（1）：43-48.

Zhang Zhenbo，Xuan Yihua，Liu Bin，et al.Fine petrophysical analysis on complex formation in Baiyun deep water area of eastern South China

Sea［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2014，21（1）：43-48.体替换、岩性分类识别等方面入手并开展研究。首先，通过岩石物理交会分析，得到对该区储层岩石物性敏感的弹性参数，通过流体替换，分析不同含水饱和度流体对弹性参数的影响；然后，建立岩石物理模型，以岩石物理模型正演拟合不同孔隙度、泥质质量分数下弹性模量的变化；最后，基于岩石的弹性特征，用岩石物理分析和井数据，采用贝叶斯估算原理生成岩性体。

10.6056/dkyqt201401010

2013-08-11；改回日期：2013-11-22。

张振波，男，1973年生，高级工程师，主要从事地震采集处理方面的工作。E-mail：zzb.sz@139.com。