西湖凹陷A區塊致密砂巖儲層地震響應研究

張丹妮

（中國海洋大學海洋地球科學學院海底科學與探測技術教育部重點實驗室，山東青島266100）

西湖凹陷A區塊致密砂巖儲層地震響應研究

張丹妮*

（中國海洋大學海洋地球科學學院海底科學與探測技術教育部重點實驗室，山東青島266100）

西湖凹陷位于東海陸架盆地東部坳陷帶，油氣資源非常豐富，具有較大的勘探潛力。該區目的層花港組巖性致密，滲透率較低，非均質性強烈，屬于典型的致密砂巖儲層。如何在低孔滲儲層中尋找相對高孔滲的儲層砂體是勘探面臨的難題。首先利用井曲線交會法分析了井旁地層的巖性、物性、含氣性，建立地質參數與地震參數的關系，然后根據地質參數建立不同的地震模型進行正演模擬，研究儲層地震響應特征，最后利用波形聚類法預測儲層分布。

致密砂巖儲層;正演模擬;地震響應特征;波形聚類

東海陸架盆地西湖凹陷西鄰海礁隆起和漁山隆起，東邊界為釣魚島隆褶帶，北東走向，面積約為4.6× 104km2，其新生界地層主要發育古新統（？）、始新統平湖組、漸新統花港組、中新統龍井組、玉泉組和柳浪組、上新統三潭組和第四系東海群。始新統平湖組和漸新統花港組是西湖凹陷的主要勘探目的層。經前人研究可知，西湖凹陷內花港組為坳陷期沉積的地層，以陸相沉積環境為主，主要發育辮狀河流相、湖泊三角洲相、濱淺湖及淺湖相[1-2]，物源主要來自北部虎皮礁隆起和東部釣魚島隆褶帶[3]。本文的研究工區位于西湖凹陷A區塊，面積約為220km2，自北向南共有5口井：w1-w5，研究地層為花港組的一套致密砂巖，埋深約為3000～4000m，厚度約為130m。隨著深度的增加，儲層在壓實作用下變得致密，物性條件較差[4]，目的層的致密砂巖儲層具有埋藏深度大、致密化、橫向變化快等特點，造成此區儲層預測具有很大的難度。

近年來，西湖凹陷取得的重大勘探發現就歸功于儲層預測方法的提高。地震波在地下傳播時會受到地層巖性、物性、含氣性等影響，從而會記錄地下相關信息，體現在振幅、頻率、衰減等地震波特征上。地震響應特征研究就是從地震資料的振幅、頻率、波形等信號特征內提取出有用的地下巖性、物性、含氣性等信息[5-8]。本文通過分析測井、地震資料，結合儲層地質特征，利用交會分析技術分析致密砂巖儲層的巖石物理特征，再通過地震正演模擬與實際地震記錄綜合分析，研究該區致密砂巖氣儲層的地震響應特征，最后通過模糊邏輯波形聚類進行儲層預測。

1 井曲線交會分析

1.1 巖性分析

根據對測井資料的基本認識，自然伽馬和泥質含量能有效地區分砂巖與泥巖，并且兩者呈非常好的正相關關系，因此以自然伽馬作為巖性劃分的標準，將自然伽馬值高于80API認為是純泥巖。對w1、w2、w3、w4、w5井的縱波速度、密度與縱自然伽馬3個參數交會分析（見圖1a），可知縱波速度與密度呈近似線性的正相關關系，自然伽馬低值代表的砂巖主要分布在縱波速度低值、密度低值的區域，因此儲層砂體具有低縱波阻抗的特征。

1.2 物性分析

對w1、w2、w3、w4、w5井的孔隙度、滲透率、自然伽馬3個參數做交會圖分析（見圖1b），可知孔隙度與滲透率在w2、w3、w5井呈現較好的指數型正相關關系，在砂巖的前提下，孔隙度、滲透率越大代表物性越好。因此，該區域的儲層砂體具有高孔隙度（＞10%）、高滲透率(＞1mD)的特征。

對w1、w2、w3、w4、w5井的孔隙度、縱波阻抗、自然伽馬3個參數做交會圖分析（見圖1c），可知孔隙度越大，縱波阻抗值越小，進一步證明了西湖凹陷的有利儲層砂體為低阻抗。

1.3 含氣性分析

根據測井解釋通常假設地層孔隙流體不是水就是油氣，不存在其他情況，因此含水飽和度與含氣飽和度之和為1，可以用含水飽和度來表示含氣飽和度。對w1、w2、w3、w4、w5井的孔隙度、含水飽和度、縱波阻抗3個參數做交會圖分析（見圖1d），可看出西湖凹陷花港組儲層的含水飽和度與孔隙度呈負相關，可認為含氣飽和度隨著孔隙度增加而增加。由此可以推斷，含氣飽和度是影響儲層縱波阻抗的重要因素，含氣導致了縱波阻抗降低。

經過對5口井測井曲線的巖性、物性和含氣性交會分析，總結出該區儲層砂體在地質上具有低泥質含量、低密度值、高孔隙度值（＞0.1）、高滲透率（＞1mD）和高含氣飽和度的特征，在地震上具有低縱波速度（＜0.0155ft/μs）和低縱波阻抗[＜0.036ft·g/(μs·cc)]的特征。

2 地震響應特征分析

2.1 地震正演模擬

為了研究對儲層砂體敏感的地震參數，本文利用地震正演技術對地質模型進行理論模擬，以地震波的傳播理論為基礎，通過設計模型的地震波速度、密度、孔隙度、流體性質等參數，合成相應的地震記錄來解釋不同物性、不同流體的砂體在地震上的響應特征。由于地下介質是復雜、多樣的，在實際的解釋中，通過合理地簡化地震資料，提煉出地下介質中我們要關注的一些特征參數來建立地質模型。在本次研究中，由于目的層埋深3000m以上，而目的層平均厚130m，地層厚度及產狀的變化相對埋深來說變化不大，因此我們假設地層為水平、均勻、連續的彈性體，地震波速主要受到地層巖性、孔隙度、流體性質的影響，而深度及壓實的影響相比之下可以忽略。

2.1.1 模型1

根據本工區實際地質情況以及測井資料設計模型（見圖2a）：模型從上到下總共分為3層，第一層和第三層代表低速泥巖，厚度皆為400m，速度為3800m/s，第二層為高速致密砂巖，厚200m，速度為4000m/s，其中致密砂巖中間設置一個含流體砂巖，寬200m，巖石骨架速度為4000m/s，孔隙度為10%。

根據地質模型生成地震記錄，可知低速泥巖與高速砂巖交界處會產生強反射，并且砂體的頂底界面極性相反，致密砂巖的頂為波峰，致密砂巖的底為波谷；當砂巖孔隙變大并且含有流體時，會使砂巖的波速降低，從而導致波阻抗變低，與泥巖的波阻抗差變小，因此含氣砂巖頂底界面的地震振幅減弱，極性反轉，含流體砂巖頂為波谷，底為波峰。通過這以上的差別，可以區分泥巖、致密砂巖與含氣砂巖的界面。

2.1.2 模型2

在模型1的基礎上，設置3個同等大小且孔隙度分為30%、10%、1%的含氣砂體，觀察相同的含氣砂體在孔隙度不同的情況下的地震響應區別（見圖2b）。

從模型2生成的地震記錄中可知，在圍巖、巖石骨架及流體相同的情況下，隨著孔隙度的增大，砂巖的速度降低，砂巖波阻抗減小，反映出的頂底界面振幅差異較大。在工區泥巖為低阻抗的背景下，當孔隙度為1%時，含氣砂巖的波阻抗減少的不明顯，與致密砂巖波阻抗基本近似，因此砂巖頂底界面地震振幅基本不變，仍是砂巖頂為波峰，底為波谷；當孔隙度增大到10%時，含氣砂巖波阻抗降低到一定程度，與泥巖的波阻抗接近，因此砂巖的頂底界面為弱振幅響應；當孔隙度繼續增大到30%時，砂巖的波阻抗低于泥巖，因此砂巖的頂底界面出現極性反轉，顯示為強振幅響應，砂巖頂為波谷，砂巖底為波峰。根據上述分析，可以利用地震的振幅以及形態來判斷砂巖的孔隙度相對大小。

圖2 模型及其正演模擬地震剖面

2.1.3 模型3

在模型2的基礎上，將3個砂體孔隙度都設置為10%，巖石骨架參數不變，并且將其流體參數分別設置為飽和含水、飽和含氣和干層（非烴類）對應的參數，觀察相同孔隙度的情況下，飽和水、飽和氣和干層的區別（見圖2c）。

根據模型3的地震記錄可知，在圍巖、巖石骨架及孔隙度相同的情況下，飽和水波速最大，與泥巖近似；干層次之，略小于泥巖；飽和氣最小，與泥巖速度差異最大。因此三者引起的地震波振幅響應各不相同，飽和水砂巖由于跟泥巖波阻抗近似，地震振幅響應最弱；干層比泥巖波阻抗稍小，地震振幅較弱，底界面比頂界面更加明顯；飽和氣砂巖與泥巖波阻抗差異最大，振幅響應最明顯，頂界為強波谷，底界為強波峰，易于識別。

因此，通過分析地震波阻抗界面的響應特征（振幅大小、波形形態、極性等）可得知儲層巖性、孔隙度大小以及含流體性質。砂泥巖界面有明顯的強反射，并且頂底界面極性相反，其中致密砂巖（物性差）與泥巖的頂界面為強波峰，物性中等的砂巖與泥巖的頂界面為弱振幅，物性好的砂巖儲層與泥巖的頂為強波谷，另外，孔隙流體對地震反射也有影響，其中含飽和氣的地層振幅最強，最易識別。綜上所述，本文所研究的相對高孔滲儲層應該在頂界面具有強波谷，在底界面具有強波峰的地震響應特征。

2.2 地震響應分析

分別對5口井做合成地震記錄，精確標定時深關系（見圖3）。首先綜合井分層數據和自然伽馬曲線進行分析，確定了目的層頂和底的位置，可見5口井的地震剖面都在目的層頂和底發生極性反轉。再根據各井的縱波速度、縱波阻抗、自然伽馬、孔隙度曲線以及合成地震記錄、井旁道的地震響應特征，判斷儲層的頂底，其中w3與w5井的平均孔隙度大于10%，認為該處砂體物性好，是有利的儲層，儲層頂界的地震響應為強波谷，底界為強波峰；w4、w2井平均孔隙度介于8%～ 10%，認為該處砂體物性中等，發育少量高孔滲的砂體，砂體頂界的地震響應為中、弱振幅，頂底界不明顯；w1井平均孔隙度小于8%，認為該處砂體物性差，基本為低孔滲砂體，不是有利的儲層，其砂體頂界為強波峰，底界為強波谷。通過以上認識，可通過地震波形的特征來判斷該區致密砂巖氣儲層的頂底位置，從而進行儲層預測。

圖3 w1-w5井合成地震記錄時深關系圖

根據以上的分析，得到儲層的頂底界面位置，利用模糊邏輯方法對儲層段地震數據進行波形聚類，得到儲層地震相和模型道（見圖4），可見w3、w5井都屬于第2類波形，波形特征為上部強波谷、下部強波峰、低頻率；w1井為第5類波形，波形特征為上部中強波峰、下部強波谷、較高頻率；w2、w4井則介于兩者之間，主要為第3類波形，波形特征為弱振幅、低頻率。因此，第2類波形可指示儲層，主要分布于w3附近，以及w5井南側，代表了物性好的辮狀河河道砂體。通過測井曲線交會與地震響應分析，建立地質儲層參數與地震參數的聯系，以此預測致密砂巖氣儲層分布范圍，在西湖凹陷A區塊取得良好效果。

圖4 波形聚類地震相及模型道

3 結論

（1）通過測井曲線交會分析，該區致密砂巖氣儲層在地質上具有低泥質含量、低密度值、高孔隙度值（＞0.1）、高滲透率（＞1mD）和高含氣飽和度的特征，在地震上具有低縱波速度（＜0.0155ft/μs）和低縱波阻抗[＜0.036ft·g/(μs·cc)]的特征。

（2）在測井、地質資料的指導下，根據地震響應特征研究得知該區物性最好的儲層具有頂界強波谷、底界強波峰的特征，非儲層具有頂界強波峰、底界為強波谷的特征，因此可通過波形聚類方法進行儲層預測。另外，比較難識別是物性中等的儲層，由于儲層為弱振幅，要識別其頂底界面，還需進一步探討。

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P631.44

A

1004-5716(2016)04-0051-04

2016-01-23

2016-01-25

張丹妮（1990-），女（漢族），廣東梅州人，中國海洋大學在讀碩士研究生，研究方向：地震儲層預測。