橫波地震資料在氣云區的應用

中圖分類號：P631 文獻標識碼：A DOI：10.13810/j. cnki. issn. 1000-7210.20240325

Abstract： Agas field in western China is a shalow biogas reservoir.Due to the influence of gas-bearing reser voirs，the quality of P-wave seismic data is poor and cannot provide imaging，thus making the detailed description of the structure and reservoir quite challenging. Therefore，this paper tackles the problems by employing 3D S-wave seismic data to restore the structural morphology of the gas cloud area and characterize high-quality reservoirs.First，an applicability evaluation ofthe seismic data is conducted to determine the applicable range of diferent types of seismic data.Then，S-wave logging and S-wave VSPdata are adopted for joint calibration of wellbore and surface seismic data，and based on this，fine structural interpretation is conducted. Finally，Swave atributes and S-wave inversion are utilized to characterize the reservoir distribution，with development data combined to verify the distribution ofhigh-quality reservoirs. The proposed 3D S-wave seismic interpretation workflow produces a high-precision structural map and accurate reservoir prediction results in the study area，effectively solving the structural and reservoir description problems in the gas cloud area. Finally，strong technical support is provided for the exploration and development planning of the gas cloud area. Keywords： S-wave seismic，gas cloud area，S-wave atribute，reservoir prediction，S-wave inversion

張宏偉，陳志剛，王巖，等，橫波地震資料在氣云區的應用[J].石油地球物理勘探，2025，60（4）：978-985.

ZHANG Hongwei，CHEN Zhigang，WANG Yan，et al. Application of S-wave seismic data in gas cloud area[J].

OilGeophysical Prospecting，2025，60（4）：978-985.

0 引言

中國西部某氣田發育淺層生物氣氣藏，處于第四系同沉積背斜，構造相對平緩，地層傾角較小，巖性以粉砂巖和泥巖為主，且砂泥互層在該區形成了良好的儲蓋組合。鉆井結果表明，該氣藏在縱向上砂體眾多、厚度較小，多數砂體的厚度多為 1～3m 且砂體的含氣層段較長，深度為 500～1700m 。由于多套儲層含氣，致使該氣田的縱波地震資料呈現氣云特征，無法利用縱波地震資料開展構造和儲層研究。該氣田早期主要基于測井資料開展研究工作，研究員認為該氣田為濱淺湖相沉積體系，平面上沉積穩定，砂體連續性好[1]。但是隨著氣田的不斷開發，發現該氣田橫向上存在很強的非均質性，單純利用測井資料已無法滿足氣田精細開發的需求。為了解決氣云區構造和儲層精細描述難題，東方物探公司在該氣田開展了三維橫波地震勘探攻關項目。

橫波勘探的研究始于20世紀30年代。由于橫波勘探存在勘探深度淺、震源激發困難等問題，研究進展緩慢[2-4]，直到60年代只采集到地下幾百米處的橫波資料。中國橫波勘探試驗工作始于80年代，一直未進入生產實踐5-7；21世紀初開始興起轉換波地震勘探，其存在射線路徑不對稱，上、下行波類型不一致的特點，給資料處理、解釋帶來很大困難。隨著科技的進步，東方物探公司在2017年開始攻關純橫波地震勘探，并陸續獲得了二維和三維高品質純橫波地震資料，首次實現了橫波勘探技術的規模化應用。

橫波與縱波存在明顯區別。縱波的振動方向與傳播方向一致，是一種漲縮波，主要反映儲層和流體的信息；而橫波的振動方向垂直于傳播方向，是一種切變波，主要反映儲層信息。在波的傳播過程中，橫波比縱波更復雜，根據橫波振動方式的不同進一步細分為SH波和SV波。此外，橫波在各向異性介質（如HTI介質）中傳播時，還會分裂成快橫波（S1）和慢橫波（S2）[8-10]。橫波與縱波相比具有以下優勢：橫波受流體影響小，可以彌補縱波成像的不足；橫波的傳播速度一般僅為縱波的一半，在相同的頻帶范圍內，橫波具有更高的分辨率；縱波和橫波聯合應用能夠提高巖性和流體的預測精度；利用S1和S2能夠預測裂縫發育程度[1]。

前人利用橫波地震資料在油氣勘探方面開展了一系列探索，但是受地震資料的限制，前期研究主要以轉換波為主，純橫波的應用研究較少。隨著純橫波地震的規模化應用，橫波地震資料解釋技術得到了進一步的發展，本文利用純橫波三維地震資料，在氣云區開展技術攻關。首先，通過多波資料適用性評價，明確了資料的適用范圍；然后，通過橫波構造解釋，實現了氣云區構造的精細刻畫；最后，通過橫波儲層預測，完成了儲層的精細描述，并形成三維橫波地震解釋技術，有效解決了氣云區構造和儲層描述問題，實現了井間構造和儲層的精細刻畫。

1三維橫波地震解釋技術

本次開展的三維橫波地震勘探，共采集到9個分量的數據，經過矢量旋轉和快慢波分離等技術處理[12-13]，最終獲得縱波、快橫波和慢橫波三套地震數據。為了解決氣云區構造和儲層精細描述難度大的問題，基于三套地震資料結合測井和開發信息開展技術攻關，形成了氣云區三維橫波地震解釋技術流程（圖1）。首先，針對三套地震資料開展資料適用性評價，明確不同地震資料的適用范圍；其次，利用橫波測井和橫波VSP資料開展井中、地面地震聯合標定，在此基礎上開展構造精細解釋，并在橫波域建立速度場，進行構造成圖；最后，利用橫波屬性開展敏感性分析，結合井資料分析儲層特征，在此基礎上利用橫波反演定量刻畫儲層展布，并通過開發資料驗證優質儲層分布。

圖1三維橫波地震解釋技術流程

2 多波資料適用性評價技術

縱波、快橫波、慢橫波三種地震資料在剖面、平面、頻譜和屬性等方面都存在明顯不同，需要進行綜合分析明確每種地震資料的適用性，從而為后續的構造和儲層研究奠定基礎。多波地震資料的評價主要通過剖面對比、并震分析、時頻分析和屬性對比等方法完成對構造和儲層的評價。

通過對多波地震資料構造評價發現本區的快橫波地震資料更適合開展構造解釋。由縱波和橫波的傳播機理可知，橫波只能在固體中傳播，反映儲層信息，而縱波可以在固體、液體和氣體中傳播，反映儲層和流體信息。當儲層含氣層系過多時會使縱波速度降低、成像變差，形成氣云現象，而橫波幾乎不受儲層含氣影響，能真實反映地層的構造形態。圖2為縱波、快橫波和慢橫波的剖面與屬性對比圖，通過對比發現縱波地震資料在氣云區（圖2a紅框）同相軸表現為頻率降低、能量突變和下拉，不能顯示出氣云區的構造特征，而橫波地震資料（圖2b、圖2c）同相軸連續性好，沒有能量突變，能夠清晰地將背斜形態顯示出來。以上對比結果顯示出橫波地震資料更適合在氣云區開展構造研究。

前人做過許多試驗探究橫波地震資料中快橫波、慢橫波的不同，試驗結果顯示隨著模型裂隙密度的增大，快橫波的傳播時間略有延遲，而慢橫波的傳播時間明顯減少。說明快橫波受各向異性影響較小，傳播相對穩定[14]，慢橫波受各向異性影響較大，更利于描述儲層的各向異性。

圖2縱波、快橫波和慢橫波的剖面與屬性對比

為了驗證以上結論，利用快橫波和慢橫波的等TO圖與井資料對比（圖3），圖3a和圖3b分別為K4底界的快橫波和慢橫波等T0圖，兩者的構造形態雖然基本一致，但是構造高點和構造細節存在一定差異，結合過構造高點的連井剖面分析（圖3c），發現快橫波與井資料更吻合，說明本區快橫波地震資料更加適合在氣云區開展構造研究。

通過多波地震資料儲層評價發現本區慢橫波地震資料更適合開展儲層研究。分別對縱波和橫波地震資料進行頻譜分析，發現縱波地震剖面的主頻略高于橫波地震資料，但是VSP數據顯示縱波的速度是橫波的兩倍以上，越靠近地面縱橫波速度比越高，在地表時接近5倍。以上分析說明橫波地震資料具有更高的分辨能力，圖2a～圖2c三種地震剖面提供了更直觀的對比，K9埋深在 1300m 左右，屬于較深的含氣層段（K9～K10），有4個同相軸（圖2a），而快橫波（圖2b）和慢橫波（圖2c）地震剖面卻有6個同相軸。以上剖面對比直觀地顯示出橫波地震資料具有更強的縱向分辨能力，能夠識別更薄的砂和泥。通過圖2d～圖2f三種地震資料的屬性對比，發現縱波振幅屬性（圖2d）在氣云區呈現雜亂狀態，無法反映儲層信息，而橫波振幅屬性（圖2e、圖2f對氣云區的儲層刻畫清晰，特別是慢橫波振幅屬性（圖2f）能夠更清晰地顯示氣云區河道沉積。以上分析結果說明本區慢橫波地震資料更加適合在氣云區開展儲層描述。

（a）K4底界快橫波等T0圖

（b）K4底界慢橫波等T0圖

圖3快橫波、慢橫波等TO圖與井資料對比

3 橫波構造解釋技術

3.1井中、地面地震聯合標定

利用橫波地震資料開展構造解釋，首要任務便是開展時深標定，構建橫波地震資料與地層界面的關聯。為了提高橫波標定的精度，本次標定采用合成地震記錄與VSP記錄聯合標定，并利用沉積相驗證橫波標定精度。

在合成地震記錄時，通常會遇到橫波測井信息相對稀缺，未能收集到橫波測井研究資料，因此必須進行橫波速度的預測研究。通過對預測方法的對比分析，利用巖石物理模型完成了橫波速度的預測，并基于預測結果完成橫波資料的合成地震記錄標定。此方法相較于經驗公式法，由于同步考慮了巖石基質、泥質含量、孔隙度以及孔隙結構等眾多因素的影響，與砂、泥巖地層的實際狀況更加契合，具備更高的預測精度[15-16]。橫波VSP標定過程與縱波VSP標定基本一致，本文不再闡述。圖4為合成地震記錄和VSP標定結果。通過VSP資料對合成地震記錄進一步校正，獲得更精確的標定結果，落實了本區橫波地震與地層界面的對應關系。

同時，為了驗證橫波資料的標定精度，要利用沉積相檢驗標定結果。當井穿過河道時，該井的測井曲線會呈現“箱狀\"特征，而垂直于河道的地震剖面則呈現局部強振幅的“透鏡體\"特征。通過驗證井震上的沉積相特征是否對應來檢驗時深標定的精度。綜合運用上述方式獲取到高精度的標定結果，為后續的研究奠定了堅實基礎。

3.2基于橫波的構造成圖

研究區構造較簡單，斷層基本不發育，橫波地震剖面的同相軸連續性好，能夠利用橫波時深標定完成氣云區的構造解釋。相較于縱波地震資料，橫波解釋成果恢復了氣云區的真實構造形態。

圖5為井插值構造圖與橫波構造圖對比結果，利用快橫波地震解釋層位結合橫波時深標定結果開展井一層約束空變構造精細速度建場，獲得橫波域高精度速度場，并通過時深轉換獲得橫波構造圖。井插值構造圖（圖5a）與橫波構造圖（圖5b）相比，并插值構造圖構造形態比較光滑，井間構造細節不明顯，而橫波構造圖細節更豐富，更加符合地質規律，能識別出一系列的構造脊等微幅構造。

圖4橫波合成地震記錄和橫波VSP記錄標定

圖5井插值方法所成構造圖和利用橫波資料所成構造圖

4橫波儲層預測技術

4.1橫波敏感屬性分析

地震屬性是用于儲層和流體預測的常用方法，橫波屬性主要反映的是儲層信息。為此，優選反射強度、均方根振幅、高亮體、單頻體屬性開展儲層定性預測。通過對比分析屬性結果，發現橫波振幅類屬性對儲層更敏感，尤其是均方根振幅屬性與并資料具有很好的一致性。利用均方根振幅屬性，通過地層切片技術開展地震相演化分析，首次在含氣儲層的底部和頂部發現了一系列的河道沉積。這一發現改變了以往該區只存在濱淺湖相沉積的認識，形成了儲層底部和頂部為淺水三角洲沉積，中部為濱

淺湖相沉積的新認識。

根據新的沉積認識，利用均方根振幅屬性開展儲層定性分析，明確儲層巖性變化。圖6為儲層底部某砂體的均方根振幅屬性與連井剖面圖，圖6a為某砂體的均方根振幅屬性，顯示此套砂體發育河道沉積，河道呈北西向展布；圖6b為垂直河道連井剖面，圖6c為垂直河道地震剖面。由圖6a可見，有5口井鉆遇該砂體，分別為A、B、C、D、E井，其中B井和D井鉆遇河道。從連井剖面（圖6b）可以發現，經過河道的B井和D井的GR曲線數值較低，表現為“箱裝”特征，且砂體厚度較厚，在地震剖面上（圖6c）兩井處同相軸振幅明顯增強，表現出“透鏡體\"特征。而未鉆遇該河道的A井、C井和E井GR曲線（圖6b）數值相對較高，呈“鋸齒\"狀，無河道特征，在地震剖面（圖6c）上也未見振幅異常。

4.2橫波反演預測儲層展布

通過測井資料分析發現研究區內砂體普遍發育，主要分為厚砂巖和薄砂泥互層，厚砂巖和薄砂泥互層在測井上具有明顯差異，厚砂巖儲層具有低GR和高橫波阻抗的特征，薄砂泥互層具有高GR和低橫波阻抗的特征。圖7為橫波阻抗與GR曲線交會圖，從圖中可以發現橫波阻抗和GR均能有效地區分厚砂巖和薄砂泥互層。根據巖石物理分析結果，在研究區開展橫波反演研究，獲得了橫波阻抗反演結果，橫波阻抗反演結果與測井數據高度吻合。圖8a為橫波反演結果與儲層分類的疊合圖，圖中紅色的河道儲層為高阻抗，藍綠色的薄砂泥互層為低阻抗，與測井分析結果一致，通過橫波阻抗與砂體厚度交會分析，發現兩者具有很好的線性關系。在此次研究中，利用橫波反演結果約束井間砂體展布，獲得了更加精細的砂體厚度圖。

（a）均方根振幅屬性

（b）垂直河道連井剖面

（c）垂直河道地震剖面

圖6某砂體的均方根振幅屬性與連井剖面

圖7橫波阻抗與GR曲線交會

通過巖心分析結果可知，本區厚砂巖具有更好的物性。厚砂巖的巖性主要是細砂巖，孔隙度和滲透率相對較高；砂泥互層的巖性主要為粉砂巖，孔隙度和滲透率相對較差，這與橫波的預測結果相符。圖8a中黑色柱狀圖為測井解釋滲透率；紅色橫線區域為前期根據井資料劃分的一類儲層，物性最好；綠色斜線區域為二類儲層，物性次之；藍色豎線區域為三類儲層，物性最差。從井資料分析結果能夠發現滲透率較高的井均勻分布在河道儲層之上，非河道區域井的滲透率相對較低；從儲層分類分析結果可知在井較為密集的背斜頂部，橫波預測的河道與一類儲層區基本吻合，非河道區域基本位于二類或三類儲層區，進一步證實了橫波預測結果的準確性。然而，背斜邊部由于井資料較少，無法有效預測儲層平面分布，前期儲層分類結果與橫波預測結果存在一定偏差，也凸顯了橫波預測結果具有更準確的預測精度。以上研究證明利用橫波地震資料能夠更加精細地刻畫出井間儲層物性展布特征。

圖8橫波反演結果與儲層分類疊合

4.3多信息落實優質儲層分布區

在上述研究的基礎上，結合本層生產井的產量數據展開分析。此套開發層系同一時間投產的生產井共有5口，圖8b為橫波反演結果與生產井日產氣量的疊合圖，圖中紅色柱狀圖代表了井的日產氣量，柱狀圖越高代表生產井產氣量越高。從圖中可發現，鉆遇河道的井具有更高的產氣量，未鉆遇河道的井產氣量相對偏低。這表明河道儲層為天然氣的運移通道，能夠快速地將構造低部位的天然氣運移到構造高部位，同時也落實了構造高部位河道為天然氣高產富集區，是本區的優質儲層。根據以上認識在河道高部位建議部署開發井一口，該井現已完鉆投產，鉆遇 6m 厚砂體，日產氣2萬立方米。

5結論

縱波地震資料能夠指示天然氣的存在，但是無法在氣云區開展構造和儲層研究，而橫波地震能夠彌補縱波地震的這一不足。本文通過以上研究形成了三維橫波地震解釋技術，利用橫波地震有效解決了氣云區構造和儲層精細描述難度大的問題，為氣云區勘探和開發方案的制定提供了有利支持，并得出以下結論。

（1）快橫波地震資料在本區受地層含氣和儲層各向異性影響較小，能夠準確恢復氣云區真實構造形態，橫波構造圖能夠顯示更豐富的構造細節。

（2）橫波地震資料具有更高的分辨率，慢橫波地震資料在本區對儲層識別能力更強，便于精細預測儲層展布。

（3）本區河道儲層具有更厚的砂體厚度和更好的儲層物性，是天然氣的運移通道，高部位河道具有更高的天然氣產量，是研究區的優質儲層。

（4）橫波三維地震勘探技術已逐步成熟，具備了油氣藏勘探開發工業化應用能力，且在氣云區構造和儲層研究方面取得了明顯的效果，具有推廣意義。

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（本文編輯：趙君）

作者簡介

張宏偉博士研究生，1979 年生；2002年獲中國石油大學（華東）工學學士學位，2012年獲中國石油大學（華東）工程碩士學位；目前在中國石油大學（北京）攻讀能源與環保專業工程博士學位；現就職于東方地球物理公司研究院地質研究中心，主要從事地震解釋方面工作。