頻散AVO技術在南海南部盆地深水區流體檢測中的應用*

張 莉 雷振宇 萇 亮 駱帥兵 錢 星

(1. 自然資源部海底礦產資源重點實驗室 廣東廣州 511458； 2. 廣州海洋地質調查局 廣東廣州 511458；3. 北京奧能恒業能源技術有限公司 北京 100083)

近年來，深水領域油氣勘探不斷取得成功，在墨西哥灣、巴西、西非、俄羅斯和東南亞等的深水地區陸續發現了大型油氣田。與國外成功的深水油氣勘探區類似,中國南海深水區擁有較大的勘探潛力。然而在中國的深水區，勘探程度較低，鉆井資料少，如何僅用地震資料進行流體檢測是地球物理研究的方向之一。

雙相介質理論認為，地震波經過巖石流體后，會發生與頻率有關的頻散和衰減現象。因此可以利用頻散和衰減屬性進行流體檢測。很多學者也研究了速度頻散、地震反射特征以及AVO之間的關系，證實了地震波經過多孔等效介質時，會產生頻散現象，反射系數隨頻率而變化[1]，由于速度頻散，導致在Ⅰ類AVO中，反射波能量集中在高頻段，而在Ⅲ類AVO中，反射波能量集中在低頻段。國內外許多學者對此現象進行了廣泛研究，取得了豐碩的成果。凌云、杜向東 等利用時頻分析技術，對剛果地區的深水砂巖儲層進行了含氣性識別和含氣砂體刻畫研究，反演結果與鉆井吻合程度較好[2]；孫萬元 等針對瓊東南盆地L5區地震振幅異常不明顯的特點，應用地震資料頻率域差異和速度頻散，為勘探決策提供有力技術支撐，后續探井鉆遇氣層，證實了該方法的有效性[3]。張益明 等在南海深水區Y21-1構造區無井條件下，應用頻散AVO方法，以頻散屬性預測含氣性，被實鉆井證實了方法的有效性[4]。趙萬金 等在蘇里格低滲透致密砂巖條件下，應用頻率域AVO進行流體檢測，較好地解決了氣藏的問題[5]。在巖石物理領域中，Batzle等[6]對部分飽和水的多孔巖石，通過實驗測量，發現在地震頻段內，存在速度隨頻率會發生明顯改變的現象。

以上研究表明，利用與頻率相關的速度頻散和衰減等屬性可以有效檢測流體。在含油氣儲層中，由于介質的不均勻性、非完全彈性、含油氣飽和度等的差異對反射系數、速度和衰減的影響，表現在地震頻帶內含流體飽和度的變化會引起地震波的頻散，這為應用AVO方程計算頻散特征進行流體檢測提供了理論依據。

本文在構造、沉積研究分析基礎上，針對局部構造進行烴類檢測。對構造高部位和構造兩翼道集進行AVO特征分析、頻散AVO特征分析和時頻譜分析，結果表明構造高點與翼部處道集AVO特征相似，但頻散程度和時頻譜特征明顯不同，確定了頻散程度在油氣檢測中的敏感性，最后使用基于Smith-Gidlow方程的頻散AVO技術，將頻散AVO屬性應用于南海南部盆地油氣預測中。

1 頻散AVO技術原理

據Smith&Gidlow近似公式[7]：

(1)

在Gardner公式的基礎上，隱去密度項，將反射系數R寫成只與速度有關：

(2)

式(1)、(2)中：θ是入射角。A和B可用速度表示為

(3)

根據Chapman等[1]的觀點，假設由于界面兩側的頻散特性不同，反射系數會隨頻率變化，即P波和S波阻抗隨頻率變化，在式(2)中加入頻率因素，可變換為式(4)：

(4)

式(4)中：f為頻率。

進一步假設阻抗隨頻率的變化可以擴展為代表頻率f0的泰勒級數式(5)：

(5)

式(5)中：f0為某一特定頻率。

在f0處有

(6)

即通過對道集數據進行頻譜分解，并聯合多個單頻段的頻散特征，使用最小二乖法就可以求出縱波頻散程度(Ia)和橫波頻散程度(Ib)屬性。

2 頻譜分解技術選擇

頻譜分解技術使得從地震數據中檢測與頻率相關的AVO信息成為可能。高分辨率方法對于估計地震頻散的準確性和穩定性至關重要。

對研究區地震進行頻譜分解，分別測試了連續小波變換(CWT)、短時傅立葉變化(STFT)、S變換(ST)等方法。從圖1中可以看出，CWT無論在低頻端還是在高頻端，都具有較好的時間分辨率和頻率分辨率，能夠滿足頻譜分解的要求。

圖1 頻譜分解方法對比Fig.1 Comparison of spectral decomposition methods

3 頻散AVO數值分析

為了描述儲層中衰減異常的現象，設計以下模型進行正演。引用Castagna中給出的示例材料屬性[8]，假設泥巖具有純彈性(和各向同性)性質，縱波速度為3 316 m/s，橫波速度1 689 m/s和密度2.32 g/cm3，含氣砂巖的縱波速度2 950 m/s、橫波速度為1 800 m/s，孔隙度為15%，密度為2.28 g/cm3(表1)，氣體黏度為0.025 mPa·s，以40 Hz雷克子波，使用Tessral軟件的彈性和粘彈性方法進行正演模擬，得到正演道集(圖2)，表現為III類AVO的亮點特征，振幅絕對值隨偏移距的增大而增大。將粘彈性方法正演道集和彈性正演道集對比分析頻散效應，可見粘彈性振幅譜的主頻向低頻偏移，能量衰減偏低，表現出明顯的頻散特征(圖3)。

表1 正演模型巖石彈性參數Table 1 Rock elastic parameters of model

圖2 正演道集Fig.2 Modelling gather

圖3 正演模型道集頻散特征Fig.3 Dispersion characteristics of modeling gather

4 應用實例

4.1 區域概況

研究目標位于南海南部某盆地，水深1 500 m左右，前期地質研究認為，新生界發育遠源三角洲，局部構造發育條件較好(圖4)。盆地周邊已有多處油氣發現，證實了該南海南部盆地具有豐富的油氣資源。由于盆地沒有鉆井資料，常規的流體檢測(如反演類方法)存在很大的難度，尋找一種適用于無井區的流體檢測技術十分重要。應用頻散AVO分析方法對南海南部構造區新生界儲層分布及儲層含流體性質進行預測，以期降低勘探風險，為勘探決策提供依據。

圖4 南海南部盆地目標區沉積相圖與構造圖Fig.4 Sedimentary facies map and tectonic map of the southern South China Sea basin target area

該盆地新采集了地震資料，新資料偏移距較大，最大偏移距可達6 400 m，在目的層段(2 400～4 000 ms)有效偏移距可達3 200 m左右，入射角可達45°(圖5)，角度范圍相對較寬，滿足AVO分析需求。

圖5 新采集資料偏移距道集(左)與角度道集(右)Fig.5 Offset gathers (left)and angle gathers (right)of newly acquired data

4.2 道集頻散特征

圖6為過目標區圈閉的典型剖面，地震剖面上目的層(3 000～3 100 ms)表現為亮點、強振幅特征。分別在構造高部位(粉箭頭②)和翼帶(黑箭頭①③)，提取振幅隨偏移距的變化關系，亮點都表現為Ⅲ類AVO特征(圖7)，且特征相似，難以對目標含氣性進行檢測；但構造高點和冀部處地震的頻譜特征明顯不同(圖8)，構造高點處表現的主頻降低、低頻增強的特點，與Ⅲ類AVO能量主要集中于低頻段的理論相吻合，呈現了明顯的頻散特點。

圖6 南海南部盆地地震剖面Fig.6 Seismic section of the southern South China Sea basin

圖7 三處偏移距道集及AVO特征對比Fig.7 Comparison of three offset gathers and AVO features

圖8 三處偏移距道集及頻散特征對比Fig.8 Comparison of three offset gathers and dispersion characteristics

4.3 頻散AVO屬性應用

在研究盆地的周邊某油田中，A鉆井鉆遇了兩套砂巖儲層，上套儲層含油(Sw=0.3)，下套儲層含水(Sw=0.8)，兩套儲層都表現為強振幅的III類AVO特征(圖9)，使用只考慮振幅隨偏移距變化信息的Aki-Richards方程，得到的流體因子屬性(圖10)，無法識別油層和水層，而使用頻散AVO方法，得到縱波頻散程度屬性(圖11)，油層頻散程度強，表現為正的強值，水層頻散程度較弱，值接近于0，能夠有效的區分油層和水層，與已鉆A井完全吻合，頻散AVO在該油田識別流體較為敏感。

圖9 過A井地震剖面Fig.9 Seismic section through Well A

圖10 過A井流體因子剖面Fig.10 Fluid factor section through Well A

圖11 縱波頻散程度剖面Fig.11 P-wave dispersion section

圖12為利用Aki-Richards的AVO屬性分析，得到靶區的流體因子屬性，該屬性不能敏感反映油層，其屬性異常分布受地震振幅強度影響較大，圖中構造高部位和翼部流體因子都表現出強異常，沒有明顯的差異。通過分析目標處地震資料頻譜，最小頻率(5 Hz)、最大頻率(55 Hz)和主頻(27 Hz)，結合連續小波變換的頻譜分解技術，以27 Hz主頻為參考，以5 Hz為增量，從5 Hz至55 Hz開展頻譜分解，應用基于Smith-Gildow方程的頻散AVO技術，計算縱波阻抗頻散程度屬性(圖13)，在構造高部位處，縱波阻抗頻散程度最高，且異常僅分布于構造高部位，預測油層范圍與構造吻合較好(圖4、14)。

圖12 AVO流體因子剖面Fig.12 AVO fluid factor section

圖14 預測流體空間展布圖Fig.14 Predicted fluid distribution

5 結論

依據縱波阻抗對流體的頻散敏感性，頻散AVO分析是進行流體檢測的有效技術手段。緊密結合構造、沉積研究分析和地震資料頻譜特征分析，在局部構造應用頻散AVO技術，頻散程度高，檢測流體的可靠性較高。頻散AVO技術適合于無井區的流體檢測，在南海南部深水區勘探中具有一定的技術優勢。