蘇里格地區含氣儲層AVO特征研究

王若灃 ，瞿 璇 ，冉 輝 ，宋 健 ，黃同祥 ，張 岄

（1.中國石油長慶油田分公司第五采氣廠，陜西西安 710018；2.中國石油長慶油田分公司長實集團，陜西西安 710065；3.中國石油川慶鉆探工程技術研究院，陜西西安 710018）

蘇里格地區含氣儲層AVO特征研究

王若灃1，瞿 璇2，冉 輝1，宋 健1，黃同祥1，張 岄3

（1.中國石油長慶油田分公司第五采氣廠，陜西西安 710018；2.中國石油長慶油田分公司長實集團，陜西西安 710065；3.中國石油川慶鉆探工程技術研究院，陜西西安 710018）

AVO技術是一種非常實用有效的地球物理方法，對于尋找天然氣藏有著獨特的優勢。本文以AVO技術的基本理論為基礎，結合實際地質情況，應用Zoeppritz方程進行了蘇里格地區的正演模擬，并與實際道集資料、分偏移距疊加資料進行對比，結果顯示對于分布穩定，厚度較大的含氣儲層而言，III類AVO為最主要類型，對于厚度較小的儲層而言，因受到地震復合反射等因素的影響，也可能出現其他AVO類型。

蘇里格氣田；AVO；Zoeppritz方程

AVO技術首次出現于20世紀80年代，主要以分析CRP道集上的地震波振幅變化為主，勘探范圍僅限于低阻抗砂巖天然氣儲層[1-3]。隨著計算機技術近年來的快速發展，各國地震勘探學家提出了多達40余種直接探測天然氣的碳氫檢測因子，AVO技術已成為天然氣勘探不可缺少的技術手段[4-6]。本文通過正演模擬及實際地震資料分析，希望找到蘇里格地區含氣儲層AVO變化規律，為今后該地區的天然氣勘探提供幫助。

蘇里格氣田地表主要為沙漠及黃土，以往地震資料品質較差，信噪比低且分辨率低，給地震勘探工作帶來了很大的難度。但隨著全數字地震勘探技術的攻關和規模化應用，該區已獲得了高品質、信息豐富的地震資料，實現了巖性體刻畫到薄儲層預測與流體檢測的重大突破。

1 地質背景

蘇里格氣田上古生界二疊系下石盒子組盒8段及石炭系山西組山1段為典型的陸相致密儲層，巖性主要為石英砂巖、巖屑石英砂巖及巖屑砂巖，以中-粗粒結構為主，主要粒徑區間分布在0.3 mm～1.0 mm范圍內，結構成熟度和成分成熟度較低。孔隙類型以次生溶孔和晶間孔為主，原生粒間孔基本遭到膠結作用及壓實作用而破壞殆盡，含少量收縮孔和微裂隙。該區儲層物性普遍較差，非均質性較強，縱向上砂體疊置發育，橫向上連通性較差，但總體延伸范圍較廣。單砂體厚度較薄，平均6 m左右。總體上說，蘇里格地區儲層受構造因素控制較少，其分布與沉積相、成巖作用、烴源巖及蓋層關系較為密切。

2 AVO原理

AVO（Amplitude versus offset）即振幅隨偏移距變化的特征，它可以反映地下儲層巖性及其孔隙流體的性質，目前使用AVO方法進行油氣預測和巖性解釋較為流行[7-9]。該技術以彈性波理論為基礎，主要研究地震波的動力學特征規律以及相對應的地層巖性關系，其分析基礎為平面波在水平分界面上的反射和透射理論，完全形式的Zoeppritz方程詳細表達了地震波的反射振幅隨著偏移距變化而變化情況，充分考慮了地震波入射分界面兩側的密度、縱橫波速度以及入射角的變化對反射系數的影響[10]。

當地面激發所產生的彈性波非垂直入射時，彈性分界面上將會產生反射縱波、反射橫波、透射縱波以及透射橫波（見圖1）。假設此時反射縱波的反射角為θ1，反射橫波的反射角為φ1，透射縱波的透射角為θ2，透射橫波的透射角為φ2。

因為波在介質中傳播射線參數P滿足Snell定律：

根據兩側介質中質點所受的正應力、切應力、法向位移和切向位移相等，代入虎克定律和Snell定律，可以得出描述上述動力學過程的Zoeppritz方程組：

圖1 地震波在彈性界面上的反射和透射

式中：Rpp為縱波反射系數；Rps為橫波反射系數；τpp為縱波透射系數；τps為橫波透射系數；α1、β1、ρ1及α2、β2、ρ2分別為分界面兩側的縱波速度、橫波速度及介質密度。

由此可以推導出此時P波反射系數的解析式為：

式中：

Richards 和 Frasier[11]、Shuey[12]之后對 Zoeppritz 方程組進行了簡化，其中Shuey近似式考慮了泊松比對反射系數的影響，更為直觀的將地震屬性與巖石特征相聯系；Aki-Richard近似式較為強調P波、S波和密度相對變化量表示反射系數，常用于彈性參數反演中定性巖性分析。

3 AVO正演模擬

Ostrander（1984）最早提出了一種簡單的地質模型，即在上下兩層高阻抗、高泊松比的泥巖中間夾一層低阻抗、低泊松比的砂巖，并說明了其中的AVO異常。后來許多學者針對砂巖氣藏AVO異常類型進行了研究，并且對其進行分類。目前，最受認可并且已成為工業標準的為Rutherford和Williams的AVO異常分類[13]（見圖2）。

圖2 Rutherford和Williams的AVO異常分類

蘇里格地區致密儲層普遍厚度較小，因此本次研究選取45 Hz主頻，180°相位，128 ms長度的子波制作正演模型，偏移距范圍為0 m～5 000 m，選取的入射角計算公式為Aki-Richard近似式。

S1井盒8段位于3 578.8 m～3 636 m，共57.2 m，其中含氣砂巖4.9 m。由該井正演模型可以看出（見圖3），盒8段負高阻抗差含氣砂巖段（gas1）位于零拐點位置，對應波谷振幅隨偏移距的增大而減小，屬于第IV類AVO。該井山1段位于3 636 m～3 678.8 m，共42.8 m，其中含氣砂巖共4 m，含氣砂巖段（gas2）位于弱波峰位置，振幅隨偏移距的增大而減小，屬于第II類AVO。

圖3 S1井正演模型

圖4 S2井正演模型

S2井盒8段共64 m，其中含氣砂巖共10.6 m。由該井正演模型可以看出（見圖4），盒8下段5.4 m含氣儲層位于上峰下古的零拐點谷位置，振幅絕對值隨偏移距增大而增大，為典型III類AVO。

總體上說，盡管砂巖含氣后速度稍大或接近于上覆泥巖，但由于蘇里格地區上古生界氣層較薄，且不同地區河流相砂巖在縱向上出現于不同地震相位，因此在地震波干涉與復合反射影響下，出現了眾多AVO響應類型。只有當辮狀河砂巖相位穩定，砂層厚度較大（大于10 m）時，根據含氣砂體與其上下地層的波阻抗差異特征判斷AVO類型結果較為可靠，蘇里格地區盒8與山1氣層最主要和最常見的AVO類型應為振幅絕對值隨偏移距增大而增大的III類。

4 實際資料AVO特征

在理論分析和利用實際測井資料作AVO正演的基礎上，對井旁地震道的實際AVO響應進行對比分析，有利于更好的分析研究區的AVO特征及該技術的應用效果。

4.1 過井道及井旁道集分析

疊前道集相對于全疊加剖面包含了更豐富的流體信息，直接觀察含氣層所在地震同相軸的疊前變化規律是最為直觀的AVO檢測方法。由過S2井的CRP道集可見，同相軸振幅隨著偏移距的增大而逐漸增大，這是典型的III類AVO特征，在地震剖面上為“亮點”顯示（見圖 5）。

4.2 部分疊加數據分析

圖5 S2井疊前CRP道集剖面

圖6 S2井近、中、遠道疊加剖面

蘇里格地區地震資料信噪比、分辨率普遍不高，并非所有疊前道集都能滿足AVO分析的需要，為此根據AVO正演結果，選取一定的偏移距范圍作共偏移距疊加，然后觀察不同偏移距范圍的疊加剖面，分析其AVO特征。由過 S1井近（0 m～1 500 m）、中（1 300 m～3 000 m）、遠（2 700 m～4 500 m）偏移距剖面進行觀察（見圖6），遠偏部分盒8頂部反射振幅明顯較近偏強，實鉆該井盒8段獲得工業氣流，為典型的III類AVO響應。

5 結論

（1）蘇里格地區厚度大于10 m，分布穩定的含氣砂巖儲層在地震反射軸上普遍為振幅絕對值隨偏移距增大而逐漸增大的III類AVO特征，剖面上為“亮點”顯示。

（2）對于厚度較薄的含氣砂巖儲層，其反射受地震波干涉與復合反射等因素的影響，可能出現II類、IV類等其他類型AVO異常。在判斷它們的具體特征時，應結合波阻抗信息，通過其波阻抗與上覆泥巖關系來進行準確判斷。

［1］楊華，付金華，劉新社，等.蘇里格大型致密砂巖氣藏形成條件及勘探技術［J］.石油學報，2012，33（s1）：27-36.

［2］楊華，劉新社，楊勇.鄂爾多斯盆地致密氣勘探開發形勢與未來發展展望［J］.中國工程科學，2012，14（6）：40-48.

［3］蘇海，李宏偉.蘇里格氣田含氣儲層地震AVO特征［J］.西安石油大學學報（自然科學版），2012，27（3）：21-24.

［4］潘仁芳，趙玉華.蘇里格廟氣田盒8段砂巖AVO正演模型研究［J］.天然氣工業，2002，22（5）：7-10.

［5］趙玉華，李坤白，張杰，等.鄂爾多斯盆地中部下古生界白云巖含氣性地震檢測［J］.地質科技情報，2015，（3）：191-197.

［6］王衛紅，姜在興，潘仁芳.AVO交會分析及其應用［J］.西安石油大學學報（自然科學版），2003，18（2）：5-8.

［7］趙玉華，張盟勃.鄂爾多斯盆地盒8段氣藏烴類檢測技術研究［J］.天然氣工業，2005，（5）：40-42.

［8］石玉梅.彈性參數在巖性油氣藏勘探中的應用-以蘇里格氣田為例［J］.中國石油勘探，2006，（4）：80-84.

［9］部新寧，孫衛.盒8地層巖石物理參數及地震響應模型研究［J］.中國石油大學學報（自然科學版），2006，30（2）：21-25.

［10］Zoeppritz K.On the reflection and penet ration of seismic waves through unstable layers［J］.Goettinger Nachrichren，1919，（1）：66-84.

［11］Aki K，Richards P G.Quantitative seismology［M］.W.H.Freeman and Co，1980.

［12］Shuey R.A simplification of Zoeppritz equations［J］.Geophysics，1985，50（4）：609-614.

［13］Rutherford S，Williams R.Amplitude-versus-offset variations in gas sands［J］.Geophysics，1989，54：680-688.

Researching on AVO characteristics of gas bearing reservoirs in Sulige area

WANG Ruofeng1，QU Xuan2，RAN Hui1，SONG Jian1，HUANG Tongxiang1，ZHANG Yue3
（1.Gas Production Plant 5 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi'an Shanxi 710018，China；2.Changqing Industrial Group Company PetroChina，Xi'an Shanxi 710065，China；3.Engineering Technology Research Institue of Chuanqing Drilling Engineering Company Limited PetroChina，Xi'an Shanxi 710018，China）

AVO is a practical and widely used geophysical method to seek gas reservoir with distinctive advantage.A simulation is made in this article by using the Zoeppritz equation based on essential theory and actual geological situation in Sulige gasfield.The comparison between the simulation and practical data proves that type III AVO is mainly existed in steady thickness reservoir,and for the thin stratum,other types can appear in it by the influence of complex reflection.

Sulige gasfield；AVO；Zoeppritz equation

TE132.14

A

1673-5285（2017）11-0107-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.11.025

2017-10-10

王若灃，男（1990-），助理工程師，2014年畢業于新南威爾士大學石油工程專業，現主要從事蘇里格氣田天然氣開發方面工作，郵箱：wangruofeng5363@foxmail.com。