鶯-瓊盆地縱橫波速度特征與AVO響應特征的關系研究*

付 琛 廖 鍵 謝艷華 汪 銳 江 凡 熊劍文

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司 海南?？?570311)

鶯-瓊盆地位于南海北部大陸架，為新生代高溫超壓盆地，是目前海上天然氣勘探開發的主戰場之一。其中，鶯歌海盆地位于中南半島與海南島之間的海域，包括鶯西斜坡、鶯東斜坡和中央坳陷等構造單元；瓊東南盆地位于西沙群島以北及海南島以南的海域，包括北部隆起、南部隆起、北部坳陷及中央坳陷等構造單元[1]。

目前，鶯-瓊盆地天然氣勘探已取得較大突破，成功發現了D13-1、D13-2、L10-1、L17-2等多個大中型氣田，其中D13-1、D13-2氣田中氣層表現為典型的“亮點”型地震特征及Ⅲ類AVO特征[2-4]，明顯不同于水層和泥巖，AVO技術在這2個氣田的流體識別中發揮了巨大作用；而L10-1氣田中氣層則表現為“暗點”地震特征及Ⅱ類AVO特征[5-6]，且與背景泥巖特征一致，AVO技術在該氣田的油氣識別中很難發揮作用；與D13-1氣田類似，L17-2氣田中氣層也表現為“亮點”特征，但其AVO與水層類似，均為Ⅳ類[7-8]，常規AVO技術在該氣田中也很難將氣層與水層識別開?？梢姡L-瓊盆地不同氣田的氣層均表現出了不同的AVO特征，即使具有同樣的“亮點”地震特征也會表現出不同的AVO特征，從而給該地區AVO流體檢測帶來了較大挑戰，所以厘清這些AVO現象背后所呈現的規律變得尤為重要。為此，本文從南海西部礦區近百口已鉆井出發，對大量儲層AVO特征(AVO類型、AVO異常程度)和縱橫波速度特征(曲線形態特征、交會特征)的關系進行了深入研究，并對產生這種關系的原因進行了詳細分析，最后利用該規律對該地區某井鉆后失利的原因進行了合理解釋。

1 縱橫波速度曲線形態與AVO類型的關系

主要對鶯-瓊盆地64口已鉆井中的97個低阻抗氣層進行了統計分析，結果表明，氣層相對圍巖的縱波速度VP及橫波速度VS(主要是橫波速度)變化趨勢與氣層頂界的AVO類型有著一定的對應關系，如表1所示。

從表1可見，當氣層的橫波速度明顯大于圍巖時，其頂界面都表現為反射系數隨入射角增加逐漸增加的Ⅲ類AVO類型(圖1);而當氣層的橫波速度明顯低于圍巖時，則表現出了反射系數隨入射角增加逐漸減小的Ⅳ類AVO類型(圖2)。這表明，氣層相對于圍巖不同的速度特征的確會對應不同的AVO類型。本文從著名的Aki和Richards(1980)近似公式出發(式(1))[9]，對產生這種現象的原因進行分析。

表1 鶯-瓊盆地已鉆井氣層頂部AVO類型與縱橫波速度曲線特征統計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

圖1 D13-A1井氣層縱橫波速度曲線形態與AVO類型(Ⅲ類)的對應關系Fig .1 Correspondence between gas layer P-wave and S-wave velocity curve shape and AVO type (type Ⅲ)of Well D13-A1

圖2 YC13-X1井氣層縱橫波速度曲線形態與AVO類型(Ⅳ類)的對應關系Fig .2 Correspondence between gas layer P-wave and S-wave velocity curve shape and AVO type (type IV)of Well YC13-X1

(1)

從式(1)可以看出，AVO反射系數可以近似看成為縱波速度VP、橫波速度VS、密度ρ三者的變化率對AVO的貢獻，f1(θ)、f2(θ)和f3(θ)分別為縱波速度、橫波速度和密度變化率的系數，角度在0°～45°的范圍內，其中縱波項系數f1(θ)為正值，且為θ的增函數；橫波項系數f2(θ)為負值，且為θ的減函數；密度項系數f3(θ)為正值，也為θ的減函數。由于這3項系數的符號和變化趨勢一定，所以縱橫波速度和密度變化率對AVO貢獻的大小和趨勢主要取決于儲層相對圍巖的縱橫波速度和密度的相對變化趨勢。圖3～5分別為不同的縱橫波速度和密度相對特征對AVO的貢獻[10](由于儲層密度一般低于泥巖密度，所以密度項只顯示了一種)。

圖3 鶯-瓊盆地典型井縱波變化率對反射系數的貢獻Fig .3 Contribution of P-wave change rate to reflection coefficient from typical well in Ying-Qiong basin

圖4 鶯-瓊盆地典型井橫波變化率對反射系數的貢獻Fig .4 Contribution of S-wave change rate to reflection coefficient from typical well in Ying-Qiong basin

圖5 鶯-瓊盆地典型井密度變化率對反射系數的貢獻Fig .5 Contribution of density change rate to reflection coefficient from typical well in Ying-Qiong basin

通常，對于表現為Ⅲ類、Ⅳ類AVO的亮點氣層，縱波速度、密度一般都低于圍巖，故這兩項參數的相對變化率對Ⅲ類、Ⅳ類AVO的貢獻度類似，都為負值，且縱波速度項絕對值隨角度增加越來越大，密度項絕對值隨角度增加越來越小，逐漸減弱了縱波速度項引起的變大的趨勢，導致這兩項整體表現出對AVO貢獻隨角度變化不明顯的趨勢，所以最終氣層反射系數隨角度的變化趨勢主要取決于橫波速度項的變化趨勢。當氣層的橫波速度小于圍巖時，橫波速度項為正值，且隨角度增加逐漸增加，以致氣層頂部界面表現為反射系數隨角度增加而逐漸減小的Ⅳ類AVO(圖6a)；而當氣層橫波速度明顯大于圍巖時，橫波速度項為負值，隨角度增加，絕對值也越來越大，此時氣層頂部界面則表現為反射系數隨角度增大而逐漸增大的Ⅲ類AVO(圖6b)。

圖6 鶯-瓊盆地典型井彈性參數對Ⅳ、Ⅲ類AVO反射系數貢獻對比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 縱橫波速度交會特征與AVO交會特征關系

當然，僅研究油、氣層的AVO類型是遠遠不夠的，必須還要研究水層、背景泥巖的AVO特征，只有當油、氣層的AVO特征明顯不同于水層和泥巖時，AVO技術才能在油氣識別中發揮作用。本文不僅進行了大量油、氣層的AVO特征分析，還對水層、泥巖的AVO特征進行了統計分析(表2)。

表2 鶯-瓊盆地儲層AVO截距與梯度交會特征和縱橫波速度交會特征統計Table 2 AVO intercept,gradient intersection characteristics and P-wave and S-wave velocity intersection characteristics statistics of reservoir in Ying-Qiong basin

圖7～9分別為DF11-X2、LD11-X1、LD10-X6井縱橫波速度交會和AVO截距與梯度交會特征對比，可以看出不管是油層、氣層還是水層，只要其數據點在縱橫波速度交會圖上偏離背景泥巖趨勢，其在AVO截距與梯度交會圖上也明顯偏離背景泥巖趨勢(圖7中氣層，圖8中水層)；但如果其數據點在縱橫波速度交會圖上與泥巖趨勢一致，則在AVO截距與梯度交會圖上的特征也和背景泥趨勢一致(圖7中水層，圖9中氣層)，可見儲層在縱橫波速度上的交會特征和其在AVO截距與梯度上的交會特征類似，所以僅根據鄰井油氣層的速度交會特征就能快速對其AVO的異常程度進行判斷，快速根據AVO技術對研究區進行油氣檢測的可行性進行分析。

圖7 DF11-X2井縱橫波速度交會和AVO截距與梯度交會對比(氣層偏離背景、水層與背景一致)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)

圖8 LD11-X1井縱橫波速度交會和AVO截距與梯度交會對比(水層偏離背景)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)

圖9 LD10-X6井縱橫波速度交會和AVO截距與梯度交會對比(氣層與背景一致)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)

分析認為，儲層在縱橫波速度上的交會特征會和在AVO截距與梯度上的交會特征有著如此良好的對應關系，是因為AVO截距為零偏移距反射系數，主要受控于縱波速度，而梯度則主要受控于橫波速度[11]，所以導致儲層在縱橫波速度交會圖上和AVO截距與梯度交會圖上特征類似。

3 實際應用

在厘清了鶯-瓊盆地油氣層在縱橫波速度特征與AVO響應特征的關系后，根據該特征不僅在鉆前可根據鄰井的資料快速對目標區進行AVO流體檢測的可行性進行分析，也能在鉆后對鉆探失利的原因進行分析。

以L25區A井為例。圖10為過A井的地震剖面，地震資料上的2套強振幅“亮點”異常為設計的主要目的層，但鉆后這2個“亮點”處測井解釋均為水層。根據縱橫波速度特征及AVO響應特征規律對該井失利原因進行分析如下。

圖10 L25區過A井地震剖面Fig .10 Seismic section through Well A of L25 area

在該目標區，除鉆有A井外，鄰近還鉆有B、C、D等3口井，其中B井為水井，C、D兩口井都同時鉆遇氣層和水層。從這4口井的縱橫波速度曲線形態特征看(調整速度曲線刻度，讓縱橫波速度曲線在泥巖重合)，B、C、D等3口井水層的縱橫波速度曲線重合，只有氣層的縱橫波速度曲線明顯分開，略顯鏡像特征[12]，但A井水層卻顯示出了與C、D兩口井氣層類似的特征，明顯不同于其他3口井的水層(圖11)；并且在縱橫波速度交會特征及AVO截距與梯度交會特征上(圖12)，氣層明顯偏離水層和泥巖，其他3口井的水層與泥巖一致，但A井的水層卻明顯偏離泥巖背景，與氣層特征一致，明顯不同于其他3口井的水層。所以，結合縱橫波速度的曲線形態特征、交會特征及AVO交會特征，推測A井的2個“亮點”儲層應該不是純水層，可能有少量含氣，因為地層如果完全含水，其在縱橫波速度和AVO特征上應與其他井的水層一致。最終氣測結果證實了該判斷，的確有少量的氣測異常。

圖11 L25區A井儲層與鄰井儲層縱橫波速度曲線特征對比Fig .11 Comparison of characteristics of P-wave and S-wave velocity curves between Well A reservoir of L25 area and adjacent well reservoirs

圖12 L25區A井儲層與鄰井儲層速度及AVO特征關系對比Fig .12 Comparison of velocity and AVO characteristics between reservoirs in Well A of L25 area and adjacent wells

4 結論

1) 在鶯-瓊盆地，儲層相對于上覆地層不同的縱橫波速度曲線形態特征(主要是橫波速度)與儲層頂界AVO類型有著一定的對應關系,而且儲層在縱橫波速度交會圖上的特征和其在AVO截距與梯度交會圖上的特征類似。

2) 實際應用表明，根據儲層相對于圍巖的縱橫波速度特征不僅能較好識別儲層的AVO類型，還能對AVO異常程度進行判斷，因此，在鉆前可據此對AVO進行流體識別的可行性進行分析，在鉆后也可據此對鉆探失利的原因進行分析。