川中高石梯地区灯四段储层地震响应及差异性分析

翁雪波，潘仁芳，胡明毅，蒋裕强，罗群，朱正平

1.长江大学地球科学学院，湖北 武汉 430100 2.西南石油大学地球科学学院，四川 成都 610500 3.中国石油大学(北京)非常规天然气研究院，北京 102249

2011年以来，四川盆地高石梯-磨溪地区油气勘探取得了一系列重大成果[1]，震旦系灯影组已探明天然气地质储量规模超4×1011m3，一举成为西南油气田天然气增储上产的主体[2]。该区在灯影组沉积时位于碳酸盐岩台地边缘，具有良好的储层形成基础条件，但后期经过多次构造运动及长时间的埋藏，使得灯影组储层具有较复杂的地质条件[3]。已取得的勘探开发成果表明，灯影组四段(简称灯四段)储层具有物性差、非均质性强、横向及纵向展布变化大等特征[4]，导致地球物理响应特征认识不清、优质储层预测难度较大等问题[5]。前期研究通过灯四段上亚段的“宽波谷”地震响应特征来评价储层并指导井位部署[6]，但该特征多从高产井中得出，且未对不同储层地震响应的成因进行机理性分析，导致这种单井的认识难以推广。另一方面，随着储层特征、控制因素的变化，储层地震响应在纵向上存在一定的差异[7，8]，该地震响应模式在灯四段中下部储层也不适用[9]。因此，笔者在深化认识储层特征的基础上，结合高石梯地区实际地质地震特征，通过地震正演分析了储层地震响应的影响因素，总结出高石梯地区灯四段的储层地震响应识别模式，并分析了能够反映该特征的地震属性。研究结果对提高研究区缝洞型储层波场特征的认识以及后续勘探开发具有重要的指导意义。

1 地层地震反射特征

灯影组沉积时期，高石梯地区位于安岳-德阳克拉通内裂陷东侧，发育了一套碳酸盐岩台地沉积体系。灯四段一般被划分为上、下亚段[10]，其中上亚段内部距顶界30m左右发育一套稳定的硅质白云岩层，硅质层之上常发育优质岩溶储层，据此又可将灯四段划分为3个小层(灯四1、灯四2、灯四3)[6](见图1)。

图1 高石梯灯四段地层划分及工区位置Fig.1 Stratum division of Z2dn4 in Gaoshiti area and well location

由于灯四3厚度较薄且底界的地震反射不稳定，因此目前通常依据研究区灯四段上中部波峰特征及反射结构的变化来分析储层，这就是“宽波谷+‘亮点’”模式[6]的理论基础。但通过精细分析地震资料可知，依据上亚段中部波峰特征中可各划分出3类反射特征类型(见表1)，上亚段中Ⅱ类反射符合“宽波谷+‘亮点’”模式的特征，但是剖面及地震波形聚类分析显示，储层较发育的GS6井、GS8井不是“宽波谷+‘亮点’”模式，反而是储层相对不发育的宽波谷反射(见图2)。图2中显示出台缘带与台内带的反射类型具有明显差异，因此该反射类型是区域岩性、储层及其他干扰共同作用的结果，只使用地层中部波峰的特征来识别储层会陷入多解性的陷阱。

表1 高石梯地区灯四段上亚段反射特征类型划分

2 储层地震响应差异成因

图2 高石梯地区灯四段上亚段波形聚类平面图Fig.2 Waveform clustering plan in the upper sub-member of Z2dn4 in Gaoshiti area

高石梯地区灯四段储层发育控制因素复杂且同时受到多种因素影响，从储层形成的地质背景来分析储层的地震响应特征比较困难，只能从储层本身的特征出发，分析不同情况下储层的地震响应差异[11]。通常情况下，影响储层地震响应差异的因素主要有储层类型、储层组合特征等：储层类型指的是储层自身的岩石物理性质，如不同孔隙度、含气性的储层具有不同的速度、密度，从而影响其地震响应；储层组合特征主要是指储层厚度与储层垂向排列关系，由于受到调谐效应的影响，储层顶底界面反射与地层界面反射会互相干涉，因此当组合特征变化时地震响应也会出现差异。

2.1 储层类型及特征

根据岩心、成像、常规测井特征，研究区灯四段储层可划分为洞穴型、裂缝-孔洞型、孔洞型及孔隙型4类储层[12](见表2)。依据实际生产情况，研究区灯四段优质储层一般以孔隙度是否大于3%为依据，但洞穴型储层的特征与其他储层差距较大，通常单独作为一个类型(以井漏为特征)；裂缝-孔洞型储层及孔洞型储层通常具有类似的测井响应及地球物理响应[13]，因此将其共同分为“一类储层”(对应于测井解释中的气层)，孔隙型储层是储集性能相对较差的“二类储层”(对应于测井解释中的差气层)。

表2 高石梯地区灯四段储层分类表

不同的储层类型影响地震响应的直接因素是其波阻抗的差异，也就是储层本身的速度及密度差异。岩心及测井数据表明，洞穴型储层典型声波时差在177～223μs/m之间，个别井位可大于230μs/m，密度一般低于2.65g/cm3；典型一类储层的声波时差大于160μs/m，最高可达220μs/m，密度一般低于2.73g/cm3；典型二类储层声波时差一般大于150μs/m，密度通常低于2.75g/cm3。但依据测井解释分析结果表明许多储层的声波时差与密度并未能达到典型储层的特征值，不同储层类型的声波时差、密度还有不少叠合的部分(见图3)，尤其二类储层速度、密度与非储层的叠合程度都很高。而波阻抗相似时，它们显然会有相同的地震响应。因此，研究区通常仅在典型一类储层及洞穴型储层发育的情况下，才会存在波阻抗差异，从而能够在剖面上观察到与非储层具有区别的地震响应。

图3 高石梯地区灯四段声波时差与密度直方图Fig.3 Histogram of acoustic time difference and density of Z2dn4 in Gaoshiti area

2.2 储层组合特征

储层组合特征是最重要的储层地震响应差异来源，但储层组合类型形式多变，不同储层组合之间地震响应的差异大小不一，因此在分析不同储层组合的地震响应时，需要兼顾多种储层组合类型。图4是研究区已钻井的灯四段测井储层解释结果，可反映研究区的储层组合特征。由图4可知，灯四段储层发育受岩溶作用明显影响的特征[13]，灯四段顶界向下约30～40m左右的地层(主要是灯四3)储层较为发育，但厚度和位置存在一定变化，灯四3储层组合差异特征在于顶部储层的厚度变化及储层的位置变化；灯四2储层主要在台缘带区域发育，并且储层呈一定的厚度在层内中上部发育，因此灯四2储层组合主要差异特征为储层的位置变化及灯四3储层发育情况对其的影响；灯四1储层则表现为洞穴型储层叠加相对较薄的一类储层，储层位于地层中下部，其储层组合主要差异特征为储层的位置变化。

图4 灯四段测井储层解释Fig.4 Logging reservoir interpretation of Z2dn4

针对上述特征进行了地震正演模拟，分析了储层组合特征变化时理论情况下的地震特征，见图5(使用35Hz雷克子波正演)。

图5(a)、(b)分别模拟了灯四3储层厚度及位置变化的情况，其结果表明随着位于顶部的储层厚度加大，震旦系顶界波峰(以下简称震顶波峰)能量有逐渐减弱的趋势，并且在储层厚度约20～26m时震顶波峰出现了下拉现象(特殊波峰响应说明见图6)，当储层厚度更大时，震顶波峰变成了双波峰，即上亚段中部会出现偏向震顶的“亮点”(图5(a))；随着灯四3中储层位置向下移动，震顶波峰从下拉变为正常，但总体呈现波峰减弱的特征，同时灯四3底界附近出现了较弱“亮点”(图5(b))。

图5(c)、(d)分别模拟了灯四2储层位置变化及灯四3储层对该小层的影响，可以看出，当储层在灯四2中上部发育时，灯四2底界波峰有一定程度的减弱，上亚段中部“亮点”(灯四3硅质层下部波峰)增强且向下移动，可形成上强下弱的“双波峰”特征；储层在中部发育时，灯四2底界波峰会出现“下拉”的现象；储层在中下部发育时，明显的特征是灯四2底界波峰反射增强，上亚段中部“亮点”变化不明显；当灯四3同时也发育储层时，震顶波峰则会受到影响变成单波峰，而上亚段中部“亮点”距离震顶相对较远。

图5(e)则模拟灯四1洞穴型储层叠加一类储层在地层中下部位置变化时的情形，可以看出，灯四段底与灯三段顶之间强烈的波谷反射使得灯四1底部受到干涉形成了一个波峰，当洞穴型储层与一类储层组合发育时，该波峰增强且变为下拉或双波峰，储层顶部也出现强波谷，形成了单个“珠状”反射；当该组合从下方向上移的过程中底部波峰的变化趋势为强“亮点”→波峰下拉→下弱上强的双波峰。

图5 储层组合地震正演模拟Fig.5 Seismic forward modeling of reservoir combination

3 储层地震成因识别模式

前面通过正演模型分析了理论情况下储层地震响应的差异及形成原因，但对实际储层地震响应而言，理论模型不能完全模拟真实地震资料的情况，从而导致有些理论响应并不能在地震剖面上找到相对应的特征，或者在地震剖面中存在类似响应但并非由储层引起。图6为分析储层地震响应异常的连井剖面，井旁异常地震响应在图中已进行标注。从图6可以发现前述模型中诸多特征：对于顶部储层而言，由于低速泥岩区出现时也会使得震顶波峰能量减弱(图6中②)，因此波峰能量减弱作为识别依据会存在多解性，但叠加灯四上亚段中部“亮点”及波峰下拉等特征可以识别灯四3储层(图6中①③)；灯四2正演模型中，当储层在底部时小层底界波峰能量加强，但由于该区域多次波及差气层干扰的存在[14]，灯四2底界既有强波峰反射，也可出现成片的弱波峰(图6中④⑥)，因此仅依靠波峰增强或减弱无法确定储层存在，识别时需组合地层中部的异常特征或波峰异常响应(图6中⑤)；灯四1储层显示GS103井出现了“假”珠状反射(图6中⑨)，但是其上未出现宽波谷，而其他存在珠状反射或下拉特征的上方均存在宽波谷反射(图6中⑦⑧)。

图6 储层地震响应异常分析剖面Fig.6 Analysis profile of abnormal seismic response of reservoir

因此，通过实际地震资料的精细分析，以实际地震反射特征、测井储层分布特征及正演模型分析为基础，避开多解性较强的储层地震响应模式后，综合多种储层造成的异常反射特征，归纳并总结了5种典型的储层地震识别模式(见表3)。

表3 高石梯地区灯四段典型储层地震成因识别模式

4 平面地震属性识别

通过分析储层的地震响应特征可知，最容易在平面上寻找规律的应当为灯四3及灯四2的地震响应。依据震顶地震响应特征，震顶能量减弱是灯四3中重要的储层地震响应。图7(a)针对性地提取了震顶层位上下5ms内的均方根振幅，图中振幅更弱的黑-黄色区域表征储层发育。而灯四2的特征是中部“亮点”与底界波峰增强，但是它们会受到震顶强振幅的干涉而不易识别，因此需要消除震顶强波峰后再提取相应属性[12]。图7(b)是消除震顶强反射后的灯四2的均方根振幅，主要描述了灯四上亚段中部“亮点”及灯四2底界能量增强的特征，图中振幅更强的黑-黄色区域表征储层发育。原始地震的震顶振幅(图7(a))与灯四3储层展布(图7(c))较为相似，较好了反映了GS1井东侧储层较厚的特征。灯四2的均方根振幅属性(图7(b))也与灯四2储层展布(图7(d))具有一定的相似性，在GS6井和GS8井区域，属性值显示为储层发育区域，修正了波形聚类图(见图2)中的错误。说明地震振幅本身的特征虽然会存在一定误差，但还是可以在一定程度上用于指示储层。

5 结论与讨论

1)高石梯灯四段储层地震响应差异来源主要有储层品质、储层组合特征，研究区仅在典型一类储层、单独洞穴型储层发育时出现才能出现可识别的“特殊”地震响应，而“特殊”地震响应的差异性则主要来源于储层纵向展布与厚度变化。

图7 高石1井区灯影组顶界附近地震振幅均方根属性平面图Fig.7 Plan of RMS amplitude near the top of Sinina Dengying Formation in GS1 well area

2)仅使用地层中部“亮点”识别高石梯灯四段储层会陷入多解性的问题，需要加入地层界面的“变量”才能真正表征储层地震响应。震顶波峰减弱、下拉是灯四3储层的主要地震识别模式，上亚段中部“亮点”、灯四2底界下拉是灯四2储层的主要地震识别模式，灯四1储层的地震识别模式为单独“珠状”反射。

3)震顶界面上下5ms内的均方根振幅属性与消除震顶强反射后的灯四2均方根振幅属性能在一定程度上反映储层宏观展布特征，但由于地震振幅提取方式难以兼顾多种储层特征响应及各种随机干扰等问题，其结果还存在一定的多解性，在后续工作中需要通过优化处理地震资料、地震反演等方法来进一步完善储层地震响应的空间特征。