AVO反演技术在盐岩气预测中的应用<br/>——以鄂尔多斯盆地东部马家沟组为例

AVO反演技术在盐岩气预测中的应用
——以鄂尔多斯盆地东部马家沟组为例

2019-09-23王树威

中国煤炭地质 2019年8期

王树威

(中煤科工集团西安研究院有限公司，西安 710077)

0 前言

鄂尔多斯盆地是我国重要的含油、含气盆地，以马家沟组碳酸盐岩为主的储层赋存有十分丰富的天然气资源[1]。另外，鄂尔多斯盆地东部不仅是我国目前煤层气和煤系非常规气勘探开发的热点地区之一，也是国内开展马家沟组盐岩气勘探活动最早的地区，同时，盐岩气等煤系非常规气的综合开采、利用，对减轻煤矿瓦斯事故和环境保护方面意义十分重大。如何利用地震勘探方法对含气储层的分布、厚度及储层物性、含气性等特征方面的研究，预测与圈闭富集区，越来越受到业界广泛关注。

1 地质背景

工区地层由老至新为奥陶系下统马家沟组，石炭系下统本溪组、太原组，二叠系下统山西组、下石盒子组、上统上石盒子组、石千峰组，三叠系下统刘家沟组、和尚沟组、中统二马营组、铜川组，新生界新近系上新统和第四系。

工区内马家沟组的沉积环境类似于鄂尔多斯盆地靖边地区，马一段、马三段和马五段沉积时期气候干热，海平面下降，主要为台地蒸发岩相沉积，发育膏盐岩和盐岩沉积，周围则发育了一套白云岩加薄层硬石膏岩的含膏云坪相沉积[2-5]。马二段和马四段沉积时气候湿热，海平面上升，主要发育石灰岩夹少量白云岩的开阔海相沉积[6]。

2 原始资料分析及处理思路

研究区位于鄂尔多斯盆地东部，共四条测线，区内山高谷深、地形复杂。区块的地势总体为东高西低，属侵蚀较为强烈的梁峁状黄土地貌。基岩仅出露于沟谷地带，山顶、山梁大面积为黄土覆盖。原始资料总体表现为：记录面貌良好，大部分炮集记录信噪比较好(图1)。但由于激发条件不同(有洛阳铲打的土孔和山地钻打的基岩孔)单炮之间的频率变化较大；反射波信号很强，有效波频率在15～70Hz，主频在33Hz左右。

利用地震勘探技术对研究区马家沟组盐岩含气富集性预测，属岩性勘探范畴，对地震资料的保真、保幅处理要求高，因此，在构造勘探基础上，保真、保幅处理是重中之重。需要在解决激发和接收条件不同带来的振幅和频率差异的基础之上，同时得到较高的纵、横向分辨率。图2所示为工区典型地震时间剖面。图中标出了马家沟组盐岩储层的反射波。Tom5波是马家沟组五段底界面的反射波，该反射波在地震时间剖面上的特征为能量较强，局部发育，连续性较好；Tom3波和Tom1波是马家沟组三段和一段底界面的反射波，这两个反射波在地震时间剖面上的特征为能量弱，连续性一般，波形基本稳定。

图2 层位标定时间剖面

3 预测方法

马家沟组盐岩气富集区预测包含岩性预测、厚度预测和含气性预测三个方面。

岩性预测是通过叠后波阻抗反演技术实现的。目前使用较多的是约束稀疏脉冲反演算法，它由稀疏初始模型开始，在假设模型变化参数和边界条件下，通过与地震剖面的对比和低频波阻抗模型约束，通过迭代多次修改初始模型，要求合成地震记录与原始记录误差最小[7-8]。

厚度预测是找到区分目标岩性的曲线波阻抗属性门槛值，然后通过波阻抗反演获取盐岩的分布，并求取其厚度。

含气性预测是通过叠前AVO反演技术实现的。大量实际的研究表明，某些储层虽然在零偏移距剖面上响应微弱，但是在远偏移距剖面上有着较强的地震响应。这种现象就是所谓的AVO现象，产生AVO现象的原因是反射界面上下地层的密度和弹性模量变化引起的，弹性模量的差异导致了泊松比之间的差异，而弹性模量的差异又由含油气引起，这种异常最终产生了AVO现象，同时也是AVO反演预测油气的根源。

3.1 岩性预测

3.1.1 原理及流程

约束稀疏脉冲反演算法是一个在趋势约束脉冲的背景下的稀疏脉冲反演方法，其根本依据是假设地下的岩石界面中，强反射系数的界面是稀疏排列的，而不是连续排列的[9]。

约束稀疏脉冲反演(Constrained Sparse Spike Inversion)是通过约束井资料及地震反射系数建立声波阻抗数据体。约束稀疏脉冲反演的最小误差函数为[10-11]：

J=∑j|rj|p+λq∑j(dj-sj)q+α2∑j(tj-zj)2

式中：J为目标函数；rj为反射系数采样；λ是实际地震与合成地震记录残差权重因子；dj是地震道数据采样；sj是合成地震道数据采样；α是趋势权重因子，一般取α=1；tj是由井资料确定的波阻抗趋势采样[12]；zj是在井约束的最大和最小波阻抗之间的波阻抗采样；p，q是L模因子，一般情况下取p=1，q=2；j是地震道采样点序号；第一是反射系数绝对值之和，第二是实际地震道与合成记录道之差的平方，第三是确定的趋势约束与波阻抗之差的平方和[13]。

3.1.2 初始模型建立

利用解释层位建立该工区目标层地质框架模型，得到地层框架模型后，利用已知井的波阻抗曲线沿构造框架内插外推得到波阻抗模型。根据测井分布特征和构造特征选取局部克里金插值方法构建低频阻抗模型。图3为工区目标层段低频阻抗模型。

3.2 厚度预测

首先利用马家沟组盐岩在测井曲线上的响应差异，精细划分出所选用井的灰岩和盐岩所发育的位置，然后通过岩石物理分析，对工区内各井孔的波阻抗曲线，自然伽马曲线以及岩性曲线等曲线做交会分析，找到区分目标岩性的曲线波阻抗属性门槛值。

在马家沟组时窗内得到井孔自然伽马曲线与波阻抗曲线的交会图，如图4可见波阻抗参数在马家沟组内能区分灰岩和盐岩，因此，可通过波阻抗反演获取盐岩的分布，并求取其厚度。

马家沟组自然伽马与波阻抗交会分析得到马家沟组盐岩的波阻抗值≤8 000m/s·g/cm3。预测岩层的厚度基本方法是统计每个CDP点该层波阻抗门槛值以上(或以下)样点的个数，样点个数×采样率/2作为本层的时间厚度，再与岩层速度相乘得到岩层的厚度。图5为区内主测线D2线马家沟组的岩性预测剖面图。

图3 工区目标层段低频阻抗模型

图4 马家沟组自然伽马与波阻抗交会

3.3 含气性预测

3.3.1 原理及流程

AVO即振幅与偏移距的关系，它是用来分析叠前地震资料的振幅特征以获得地下岩石和流体信息的一项重要技术。

AVO属性分析，具体步骤分为以下三个步骤：叠前道集分析及处理、储层含气性测井响应特征分析和梯度-截距属性提取。

3.3.2 预测方法

对于含气饱和度不同的钻井，高含气量的储层一般能形成较强的AVO异常，低含气量的储层AVO异常小。基于AVO可以得到截距和梯度属性，通过分析含气饱和度与AVO的关系，对储层含气性进行反演预测。高产气井的振幅随偏移距的增大表现出明显的减弱现象，上界面负相位反射振幅则表现较强的负截距和正梯度异常，下界面正相位反射振幅呈现较强的正截距和负梯度异常；但低产气井的AVO不明显，说明储层上、下界面反射波振幅梯度曲线异常变化较小[14]。

截距(A)和梯度(B)是AVO分析中很有意义的两个参量，其中截距反映了垂直入射的反射系数，梯度则描述了振幅随炮检距的变化特征。在AVO截距和梯度交会分析中，截距和梯度总是呈现出较规则的趋势，而偏离趋势的部分则意味着岩性的变化或是油气异常，因此人们不仅根据这些油气异常在截距一梯度交会中的位置来确定AVO类型，还可以利用截距及梯度之间的关系构建出与储层岩性和流体变化有密切关系的纵、横波阻抗及泊松比等属性参数。另外，截距、梯度也是同时考虑子波和反射系数变化的矢端图AVO分析的基础。由此可见，在AVO分析和参数反演中准确地求取AVO梯度和截距显得格外重要[15]。

图5 D2线马家沟组岩性厚度预测剖面

利用Geoview软件提取的测线截距(P)—梯度(G)属性剖面如图6所示，图6(a)和图6(b)分别为D2测线的截距、梯度分析。

通过分析截距和梯度的变化规律，了解储层含量与AVO属性之间的关系。在利用叠前CRP道集，提取了目的层的AVO截距P和梯度G属性[16]。在分析了含气井与非含气井井旁道AVO响应特征的基础上，拟泊松比(P+G)两种属性作为AVO流体因子敏感属性检测储层的含气性，如图6(c)所示。对比井口位置的拟泊松比属性特征，成果表明：有利含气区呈低拟泊松比特征。

图6 D2线截距、梯度和拟泊松比剖面

3.4 预测结果

3.4.1 储层预测

首先正演分析获得含气量大小对AVO属性的影响，得到含气量与截距、梯度计算的拟泊松比属性相关性；然后进行AVO反演后，得到截距和梯度属性体，计算拟泊松比数据体。利用拟泊松比属性对测线含气性进行预测。通过对AVO属性和含气性之间的理论关系可知，储气层的含气量和AVO属性存在一定的线性关系，当储层含气量越大，拟泊松比值越小，储层含气量越小，拟泊松比值越大。图7为马家沟组五段各测线拟泊松比属性图，图中冷色调代表拟泊松比值高，暖色调代表拟泊松比值低。根据含气量与拟泊松比的关系，认为拟泊松比值低的区域为高含气区域。