莺-琼盆地纵横波速度特征与AVO响应特征的关系研究*

付 琛 廖 键 谢艳华 汪 锐 江 凡 熊剑文

(中海石油(中国)有限公司湛江分公司 海南海口 570311)

莺-琼盆地位于南海北部大陆架，为新生代高温超压盆地，是目前海上天然气勘探开发的主战场之一。其中，莺歌海盆地位于中南半岛与海南岛之间的海域，包括莺西斜坡、莺东斜坡和中央坳陷等构造单元；琼东南盆地位于西沙群岛以北及海南岛以南的海域，包括北部隆起、南部隆起、北部坳陷及中央坳陷等构造单元[1]。

目前，莺-琼盆地天然气勘探已取得较大突破，成功发现了D13-1、D13-2、L10-1、L17-2等多个大中型气田，其中D13-1、D13-2气田中气层表现为典型的“亮点”型地震特征及Ⅲ类AVO特征[2-4]，明显不同于水层和泥岩，AVO技术在这2个气田的流体识别中发挥了巨大作用；而L10-1气田中气层则表现为“暗点”地震特征及Ⅱ类AVO特征[5-6]，且与背景泥岩特征一致，AVO技术在该气田的油气识别中很难发挥作用；与D13-1气田类似，L17-2气田中气层也表现为“亮点”特征，但其AVO与水层类似，均为Ⅳ类[7-8]，常规AVO技术在该气田中也很难将气层与水层识别开。可见，莺-琼盆地不同气田的气层均表现出了不同的AVO特征，即使具有同样的“亮点”地震特征也会表现出不同的AVO特征，从而给该地区AVO流体检测带来了较大挑战，所以厘清这些AVO现象背后所呈现的规律变得尤为重要。为此，本文从南海西部矿区近百口已钻井出发，对大量储层AVO特征(AVO类型、AVO异常程度)和纵横波速度特征(曲线形态特征、交会特征)的关系进行了深入研究，并对产生这种关系的原因进行了详细分析，最后利用该规律对该地区某井钻后失利的原因进行了合理解释。

1 纵横波速度曲线形态与AVO类型的关系

主要对莺-琼盆地64口已钻井中的97个低阻抗气层进行了统计分析，结果表明，气层相对围岩的纵波速度VP及横波速度VS(主要是横波速度)变化趋势与气层顶界的AVO类型有着一定的对应关系，如表1所示。

从表1可见，当气层的横波速度明显大于围岩时，其顶界面都表现为反射系数随入射角增加逐渐增加的Ⅲ类AVO类型(图1);而当气层的横波速度明显低于围岩时，则表现出了反射系数随入射角增加逐渐减小的Ⅳ类AVO类型(图2)。这表明，气层相对于围岩不同的速度特征的确会对应不同的AVO类型。本文从著名的Aki和Richards(1980)近似公式出发(式(1))[9]，对产生这种现象的原因进行分析。

表1 莺-琼盆地已钻井气层顶部AVO类型与纵横波速度曲线特征统计Table 1 AVO type and P-wave and S-wave velocity curve characteristic statistics at the top of the drilled gas layer in Ying-Qiong basins

图1 D13-A1井气层纵横波速度曲线形态与AVO类型(Ⅲ类)的对应关系Fig .1 Correspondence between gas layer P-wave and S-wave velocity curve shape and AVO type (type Ⅲ)of Well D13-A1

图2 YC13-X1井气层纵横波速度曲线形态与AVO类型(Ⅳ类)的对应关系Fig .2 Correspondence between gas layer P-wave and S-wave velocity curve shape and AVO type (type IV)of Well YC13-X1

(1)

从式(1)可以看出，AVO反射系数可以近似看成为纵波速度VP、横波速度VS、密度ρ三者的变化率对AVO的贡献，f1(θ)、f2(θ)和f3(θ)分别为纵波速度、横波速度和密度变化率的系数，角度在0°～45°的范围内，其中纵波项系数f1(θ)为正值，且为θ的增函数；横波项系数f2(θ)为负值，且为θ的减函数；密度项系数f3(θ)为正值，也为θ的减函数。由于这3项系数的符号和变化趋势一定，所以纵横波速度和密度变化率对AVO贡献的大小和趋势主要取决于储层相对围岩的纵横波速度和密度的相对变化趋势。图3～5分别为不同的纵横波速度和密度相对特征对AVO的贡献[10](由于储层密度一般低于泥岩密度，所以密度项只显示了一种)。

图3 莺-琼盆地典型井纵波变化率对反射系数的贡献Fig .3 Contribution of P-wave change rate to reflection coefficient from typical well in Ying-Qiong basin

图4 莺-琼盆地典型井横波变化率对反射系数的贡献Fig .4 Contribution of S-wave change rate to reflection coefficient from typical well in Ying-Qiong basin

图5 莺-琼盆地典型井密度变化率对反射系数的贡献Fig .5 Contribution of density change rate to reflection coefficient from typical well in Ying-Qiong basin

通常，对于表现为Ⅲ类、Ⅳ类AVO的亮点气层，纵波速度、密度一般都低于围岩，故这两项参数的相对变化率对Ⅲ类、Ⅳ类AVO的贡献度类似，都为负值，且纵波速度项绝对值随角度增加越来越大，密度项绝对值随角度增加越来越小，逐渐减弱了纵波速度项引起的变大的趋势，导致这两项整体表现出对AVO贡献随角度变化不明显的趋势，所以最终气层反射系数随角度的变化趋势主要取决于横波速度项的变化趋势。当气层的横波速度小于围岩时，横波速度项为正值，且随角度增加逐渐增加，以致气层顶部界面表现为反射系数随角度增加而逐渐减小的Ⅳ类AVO(图6a)；而当气层横波速度明显大于围岩时，横波速度项为负值，随角度增加，绝对值也越来越大，此时气层顶部界面则表现为反射系数随角度增大而逐渐增大的Ⅲ类AVO(图6b)。

图6 莺-琼盆地典型井弹性参数对Ⅳ、Ⅲ类AVO反射系数贡献对比Fig .6 Comparison of the contribution of elastic parameters to the reflection coefficient of type Ⅳ and Ⅲ AVO from typical well in Ying-Qiong basin

2 纵横波速度交会特征与AVO交会特征关系

当然，仅研究油、气层的AVO类型是远远不够的，必须还要研究水层、背景泥岩的AVO特征，只有当油、气层的AVO特征明显不同于水层和泥岩时，AVO技术才能在油气识别中发挥作用。本文不仅进行了大量油、气层的AVO特征分析，还对水层、泥岩的AVO特征进行了统计分析(表2)。

表2 莺-琼盆地储层AVO截距与梯度交会特征和纵横波速度交会特征统计Table 2 AVO intercept,gradient intersection characteristics and P-wave and S-wave velocity intersection characteristics statistics of reservoir in Ying-Qiong basin

图7～9分别为DF11-X2、LD11-X1、LD10-X6井纵横波速度交会和AVO截距与梯度交会特征对比，可以看出不管是油层、气层还是水层，只要其数据点在纵横波速度交会图上偏离背景泥岩趋势，其在AVO截距与梯度交会图上也明显偏离背景泥岩趋势(图7中气层，图8中水层)；但如果其数据点在纵横波速度交会图上与泥岩趋势一致，则在AVO截距与梯度交会图上的特征也和背景泥趋势一致(图7中水层，图9中气层)，可见储层在纵横波速度上的交会特征和其在AVO截距与梯度上的交会特征类似，所以仅根据邻井油气层的速度交会特征就能快速对其AVO的异常程度进行判断，快速根据AVO技术对研究区进行油气检测的可行性进行分析。

图7 DF11-X2井纵横波速度交会和AVO截距与梯度交会对比(气层偏离背景、水层与背景一致)Fig .7 Contrast of P-wave and S-wave velocity intersection with AVO intercept intersection and gradient of Well DF11-X2(gas layer deviates from background,water layer is consistent with background)

图8 LD11-X1井纵横波速度交会和AVO截距与梯度交会对比(水层偏离背景)Fig .8 Contrast of P-wave and S-wave velocity intersection with AVO intercept intersection and gradient of Well LD11-X1(water layer deviates from the background)

图9 LD10-X6井纵横波速度交会和AVO截距与梯度交会对比(气层与背景一致)Fig .9 Contrast of P-wave and S-wave velocity intersection with AVO intercept intersection and gradient of Well LD10-X6(gas layer is consistent with background)

分析认为，储层在纵横波速度上的交会特征会和在AVO截距与梯度上的交会特征有着如此良好的对应关系，是因为AVO截距为零偏移距反射系数，主要受控于纵波速度，而梯度则主要受控于横波速度[11]，所以导致储层在纵横波速度交会图上和AVO截距与梯度交会图上特征类似。

3 实际应用

在厘清了莺-琼盆地油气层在纵横波速度特征与AVO响应特征的关系后，根据该特征不仅在钻前可根据邻井的资料快速对目标区进行AVO流体检测的可行性进行分析，也能在钻后对钻探失利的原因进行分析。

以L25区A井为例。图10为过A井的地震剖面，地震资料上的2套强振幅“亮点”异常为设计的主要目的层，但钻后这2个“亮点”处测井解释均为水层。根据纵横波速度特征及AVO响应特征规律对该井失利原因进行分析如下。

图10 L25区过A井地震剖面Fig .10 Seismic section through Well A of L25 area

在该目标区，除钻有A井外，邻近还钻有B、C、D等3口井，其中B井为水井，C、D两口井都同时钻遇气层和水层。从这4口井的纵横波速度曲线形态特征看(调整速度曲线刻度，让纵横波速度曲线在泥岩重合)，B、C、D等3口井水层的纵横波速度曲线重合，只有气层的纵横波速度曲线明显分开，略显镜像特征[12]，但A井水层却显示出了与C、D两口井气层类似的特征，明显不同于其他3口井的水层(图11)；并且在纵横波速度交会特征及AVO截距与梯度交会特征上(图12)，气层明显偏离水层和泥岩，其他3口井的水层与泥岩一致，但A井的水层却明显偏离泥岩背景，与气层特征一致，明显不同于其他3口井的水层。所以，结合纵横波速度的曲线形态特征、交会特征及AVO交会特征，推测A井的2个“亮点”储层应该不是纯水层，可能有少量含气，因为地层如果完全含水，其在纵横波速度和AVO特征上应与其他井的水层一致。最终气测结果证实了该判断，的确有少量的气测异常。

图11 L25区A井储层与邻井储层纵横波速度曲线特征对比Fig .11 Comparison of characteristics of P-wave and S-wave velocity curves between Well A reservoir of L25 area and adjacent well reservoirs

图12 L25区A井储层与邻井储层速度及AVO特征关系对比Fig .12 Comparison of velocity and AVO characteristics between reservoirs in Well A of L25 area and adjacent wells

4 结论

1) 在莺-琼盆地，储层相对于上覆地层不同的纵横波速度曲线形态特征(主要是横波速度)与储层顶界AVO类型有着一定的对应关系,而且储层在纵横波速度交会图上的特征和其在AVO截距与梯度交会图上的特征类似。

2) 实际应用表明，根据储层相对于围岩的纵横波速度特征不仅能较好识别储层的AVO类型，还能对AVO异常程度进行判断，因此，在钻前可据此对AVO进行流体识别的可行性进行分析，在钻后也可据此对钻探失利的原因进行分析。