川中高石梯地區燈四段儲層地震響應及差異性分析

翁雪波，潘仁芳，胡明毅，蔣裕強，羅群，朱正平

1.長江大學地球科學學院，湖北 武漢 430100 2.西南石油大學地球科學學院，四川 成都 610500 3.中國石油大學(北京)非常規天然氣研究院，北京 102249

2011年以來，四川盆地高石梯-磨溪地區油氣勘探取得了一系列重大成果[1]，震旦系燈影組已探明天然氣地質儲量規模超4×1011m3，一舉成為西南油氣田天然氣增儲上產的主體[2]。該區在燈影組沉積時位于碳酸鹽巖臺地邊緣，具有良好的儲層形成基礎條件，但后期經過多次構造運動及長時間的埋藏，使得燈影組儲層具有較復雜的地質條件[3]。已取得的勘探開發成果表明，燈影組四段(簡稱燈四段)儲層具有物性差、非均質性強、橫向及縱向展布變化大等特征[4]，導致地球物理響應特征認識不清、優質儲層預測難度較大等問題[5]。前期研究通過燈四段上亞段的“寬波谷”地震響應特征來評價儲層并指導井位部署[6]，但該特征多從高產井中得出，且未對不同儲層地震響應的成因進行機理性分析，導致這種單井的認識難以推廣。另一方面，隨著儲層特征、控制因素的變化，儲層地震響應在縱向上存在一定的差異[7，8]，該地震響應模式在燈四段中下部儲層也不適用[9]。因此，筆者在深化認識儲層特征的基礎上，結合高石梯地區實際地質地震特征，通過地震正演分析了儲層地震響應的影響因素，總結出高石梯地區燈四段的儲層地震響應識別模式，并分析了能夠反映該特征的地震屬性。研究結果對提高研究區縫洞型儲層波場特征的認識以及后續勘探開發具有重要的指導意義。

1 地層地震反射特征

燈影組沉積時期，高石梯地區位于安岳-德陽克拉通內裂陷東側，發育了一套碳酸鹽巖臺地沉積體系。燈四段一般被劃分為上、下亞段[10]，其中上亞段內部距頂界30m左右發育一套穩定的硅質白云巖層，硅質層之上常發育優質巖溶儲層，據此又可將燈四段劃分為3個小層(燈四1、燈四2、燈四3)[6](見圖1)。

圖1 高石梯燈四段地層劃分及工區位置Fig.1 Stratum division of Z2dn4 in Gaoshiti area and well location

由于燈四3厚度較薄且底界的地震反射不穩定，因此目前通常依據研究區燈四段上中部波峰特征及反射結構的變化來分析儲層，這就是“寬波谷+‘亮點’”模式[6]的理論基礎。但通過精細分析地震資料可知，依據上亞段中部波峰特征中可各劃分出3類反射特征類型(見表1)，上亞段中Ⅱ類反射符合“寬波谷+‘亮點’”模式的特征，但是剖面及地震波形聚類分析顯示，儲層較發育的GS6井、GS8井不是“寬波谷+‘亮點’”模式，反而是儲層相對不發育的寬波谷反射(見圖2)。圖2中顯示出臺緣帶與臺內帶的反射類型具有明顯差異，因此該反射類型是區域巖性、儲層及其他干擾共同作用的結果，只使用地層中部波峰的特征來識別儲層會陷入多解性的陷阱。

表1 高石梯地區燈四段上亞段反射特征類型劃分

2 儲層地震響應差異成因

圖2 高石梯地區燈四段上亞段波形聚類平面圖Fig.2 Waveform clustering plan in the upper sub-member of Z2dn4 in Gaoshiti area

高石梯地區燈四段儲層發育控制因素復雜且同時受到多種因素影響，從儲層形成的地質背景來分析儲層的地震響應特征比較困難，只能從儲層本身的特征出發，分析不同情況下儲層的地震響應差異[11]。通常情況下，影響儲層地震響應差異的因素主要有儲層類型、儲層組合特征等：儲層類型指的是儲層自身的巖石物理性質，如不同孔隙度、含氣性的儲層具有不同的速度、密度，從而影響其地震響應；儲層組合特征主要是指儲層厚度與儲層垂向排列關系，由于受到調諧效應的影響，儲層頂底界面反射與地層界面反射會互相干涉，因此當組合特征變化時地震響應也會出現差異。

2.1 儲層類型及特征

根據巖心、成像、常規測井特征，研究區燈四段儲層可劃分為洞穴型、裂縫-孔洞型、孔洞型及孔隙型4類儲層[12](見表2)。依據實際生產情況，研究區燈四段優質儲層一般以孔隙度是否大于3%為依據，但洞穴型儲層的特征與其他儲層差距較大，通常單獨作為一個類型(以井漏為特征)；裂縫-孔洞型儲層及孔洞型儲層通常具有類似的測井響應及地球物理響應[13]，因此將其共同分為“一類儲層”(對應于測井解釋中的氣層)，孔隙型儲層是儲集性能相對較差的“二類儲層”(對應于測井解釋中的差氣層)。

表2 高石梯地區燈四段儲層分類表

不同的儲層類型影響地震響應的直接因素是其波阻抗的差異，也就是儲層本身的速度及密度差異。巖心及測井數據表明，洞穴型儲層典型聲波時差在177～223μs/m之間，個別井位可大于230μs/m，密度一般低于2.65g/cm3；典型一類儲層的聲波時差大于160μs/m，最高可達220μs/m，密度一般低于2.73g/cm3；典型二類儲層聲波時差一般大于150μs/m，密度通常低于2.75g/cm3。但依據測井解釋分析結果表明許多儲層的聲波時差與密度并未能達到典型儲層的特征值，不同儲層類型的聲波時差、密度還有不少疊合的部分(見圖3)，尤其二類儲層速度、密度與非儲層的疊合程度都很高。而波阻抗相似時，它們顯然會有相同的地震響應。因此，研究區通常僅在典型一類儲層及洞穴型儲層發育的情況下，才會存在波阻抗差異，從而能夠在剖面上觀察到與非儲層具有區別的地震響應。

圖3 高石梯地區燈四段聲波時差與密度直方圖Fig.3 Histogram of acoustic time difference and density of Z2dn4 in Gaoshiti area

2.2 儲層組合特征

儲層組合特征是最重要的儲層地震響應差異來源，但儲層組合類型形式多變，不同儲層組合之間地震響應的差異大小不一，因此在分析不同儲層組合的地震響應時，需要兼顧多種儲層組合類型。圖4是研究區已鉆井的燈四段測井儲層解釋結果，可反映研究區的儲層組合特征。由圖4可知，燈四段儲層發育受巖溶作用明顯影響的特征[13]，燈四段頂界向下約30～40m左右的地層(主要是燈四3)儲層較為發育，但厚度和位置存在一定變化，燈四3儲層組合差異特征在于頂部儲層的厚度變化及儲層的位置變化；燈四2儲層主要在臺緣帶區域發育，并且儲層呈一定的厚度在層內中上部發育，因此燈四2儲層組合主要差異特征為儲層的位置變化及燈四3儲層發育情況對其的影響；燈四1儲層則表現為洞穴型儲層疊加相對較薄的一類儲層，儲層位于地層中下部，其儲層組合主要差異特征為儲層的位置變化。

圖4 燈四段測井儲層解釋Fig.4 Logging reservoir interpretation of Z2dn4

針對上述特征進行了地震正演模擬，分析了儲層組合特征變化時理論情況下的地震特征，見圖5(使用35Hz雷克子波正演)。

圖5(a)、(b)分別模擬了燈四3儲層厚度及位置變化的情況，其結果表明隨著位于頂部的儲層厚度加大，震旦系頂界波峰(以下簡稱震頂波峰)能量有逐漸減弱的趨勢，并且在儲層厚度約20～26m時震頂波峰出現了下拉現象(特殊波峰響應說明見圖6)，當儲層厚度更大時，震頂波峰變成了雙波峰，即上亞段中部會出現偏向震頂的“亮點”(圖5(a))；隨著燈四3中儲層位置向下移動，震頂波峰從下拉變為正常，但總體呈現波峰減弱的特征，同時燈四3底界附近出現了較弱“亮點”(圖5(b))。

圖5(c)、(d)分別模擬了燈四2儲層位置變化及燈四3儲層對該小層的影響，可以看出，當儲層在燈四2中上部發育時，燈四2底界波峰有一定程度的減弱，上亞段中部“亮點”(燈四3硅質層下部波峰)增強且向下移動，可形成上強下弱的“雙波峰”特征；儲層在中部發育時，燈四2底界波峰會出現“下拉”的現象；儲層在中下部發育時，明顯的特征是燈四2底界波峰反射增強，上亞段中部“亮點”變化不明顯；當燈四3同時也發育儲層時，震頂波峰則會受到影響變成單波峰，而上亞段中部“亮點”距離震頂相對較遠。

圖5(e)則模擬燈四1洞穴型儲層疊加一類儲層在地層中下部位置變化時的情形，可以看出，燈四段底與燈三段頂之間強烈的波谷反射使得燈四1底部受到干涉形成了一個波峰，當洞穴型儲層與一類儲層組合發育時，該波峰增強且變為下拉或雙波峰，儲層頂部也出現強波谷，形成了單個“珠狀”反射；當該組合從下方向上移的過程中底部波峰的變化趨勢為強“亮點”→波峰下拉→下弱上強的雙波峰。

圖5 儲層組合地震正演模擬Fig.5 Seismic forward modeling of reservoir combination

3 儲層地震成因識別模式

前面通過正演模型分析了理論情況下儲層地震響應的差異及形成原因，但對實際儲層地震響應而言，理論模型不能完全模擬真實地震資料的情況，從而導致有些理論響應并不能在地震剖面上找到相對應的特征，或者在地震剖面中存在類似響應但并非由儲層引起。圖6為分析儲層地震響應異常的連井剖面，井旁異常地震響應在圖中已進行標注。從圖6可以發現前述模型中諸多特征：對于頂部儲層而言，由于低速泥巖區出現時也會使得震頂波峰能量減弱(圖6中②)，因此波峰能量減弱作為識別依據會存在多解性，但疊加燈四上亞段中部“亮點”及波峰下拉等特征可以識別燈四3儲層(圖6中①③)；燈四2正演模型中，當儲層在底部時小層底界波峰能量加強，但由于該區域多次波及差氣層干擾的存在[14]，燈四2底界既有強波峰反射，也可出現成片的弱波峰(圖6中④⑥)，因此僅依靠波峰增強或減弱無法確定儲層存在，識別時需組合地層中部的異常特征或波峰異常響應(圖6中⑤)；燈四1儲層顯示GS103井出現了“假”珠狀反射(圖6中⑨)，但是其上未出現寬波谷，而其他存在珠狀反射或下拉特征的上方均存在寬波谷反射(圖6中⑦⑧)。

圖6 儲層地震響應異常分析剖面Fig.6 Analysis profile of abnormal seismic response of reservoir

因此，通過實際地震資料的精細分析，以實際地震反射特征、測井儲層分布特征及正演模型分析為基礎，避開多解性較強的儲層地震響應模式后，綜合多種儲層造成的異常反射特征，歸納并總結了5種典型的儲層地震識別模式(見表3)。

表3 高石梯地區燈四段典型儲層地震成因識別模式

4 平面地震屬性識別

通過分析儲層的地震響應特征可知，最容易在平面上尋找規律的應當為燈四3及燈四2的地震響應。依據震頂地震響應特征，震頂能量減弱是燈四3中重要的儲層地震響應。圖7(a)針對性地提取了震頂層位上下5ms內的均方根振幅，圖中振幅更弱的黑-黃色區域表征儲層發育。而燈四2的特征是中部“亮點”與底界波峰增強，但是它們會受到震頂強振幅的干涉而不易識別，因此需要消除震頂強波峰后再提取相應屬性[12]。圖7(b)是消除震頂強反射后的燈四2的均方根振幅，主要描述了燈四上亞段中部“亮點”及燈四2底界能量增強的特征，圖中振幅更強的黑-黃色區域表征儲層發育。原始地震的震頂振幅(圖7(a))與燈四3儲層展布(圖7(c))較為相似，較好了反映了GS1井東側儲層較厚的特征。燈四2的均方根振幅屬性(圖7(b))也與燈四2儲層展布(圖7(d))具有一定的相似性，在GS6井和GS8井區域，屬性值顯示為儲層發育區域，修正了波形聚類圖(見圖2)中的錯誤。說明地震振幅本身的特征雖然會存在一定誤差，但還是可以在一定程度上用于指示儲層。

5 結論與討論

1)高石梯燈四段儲層地震響應差異來源主要有儲層品質、儲層組合特征，研究區僅在典型一類儲層、單獨洞穴型儲層發育時出現才能出現可識別的“特殊”地震響應，而“特殊”地震響應的差異性則主要來源于儲層縱向展布與厚度變化。

圖7 高石1井區燈影組頂界附近地震振幅均方根屬性平面圖Fig.7 Plan of RMS amplitude near the top of Sinina Dengying Formation in GS1 well area

2)僅使用地層中部“亮點”識別高石梯燈四段儲層會陷入多解性的問題，需要加入地層界面的“變量”才能真正表征儲層地震響應。震頂波峰減弱、下拉是燈四3儲層的主要地震識別模式，上亞段中部“亮點”、燈四2底界下拉是燈四2儲層的主要地震識別模式，燈四1儲層的地震識別模式為單獨“珠狀”反射。

3)震頂界面上下5ms內的均方根振幅屬性與消除震頂強反射后的燈四2均方根振幅屬性能在一定程度上反映儲層宏觀展布特征，但由于地震振幅提取方式難以兼顧多種儲層特征響應及各種隨機干擾等問題，其結果還存在一定的多解性，在后續工作中需要通過優化處理地震資料、地震反演等方法來進一步完善儲層地震響應的空間特征。