疊前AVO 屬性的地震巖性學(xué)探索與實(shí)踐研究

劉力輝，李建海，楊 曉，丁 燕，胡 誠

（1.成都晶石石油科技有限公司，四川成都 610041；2.中國石油天然氣集團(tuán)公司川慶鉆探工程有限公司地球物理勘探公司，四川成都 610213）

1 地震巖性學(xué)學(xué)科地位及研究現(xiàn)狀

1998年，曾洪流等［1－2］首次提出地震沉積學(xué)的概念。2003年，Posamentier等［3］提出了地震地貌學(xué)的概念。2004年，曾洪流［4］等給出了地震沉積學(xué)的詳細(xì)定義，指出地震沉積學(xué)是用地震資料研究沉積巖和沉積作用的一門學(xué)科，在當(dāng)前條件下體現(xiàn)為地震巖性學(xué)和地震地貌學(xué)的綜合。近年來國內(nèi)許多學(xué)者投入到地震沉積學(xué)的研究［5－14］，但大部分研究都主要集中在對地震地貌的刻畫，而對地震巖性學(xué)的系統(tǒng)研究少之又少。鑒于此，2011年，曾洪流綜合近年來的技術(shù)發(fā)展及實(shí)用研究的需要，將地震沉積學(xué)的定義進(jìn)一步明確為：通過地震巖性學(xué)、地震地貌學(xué)的綜合分析，研究巖性、沉積成因、沉積體系和盆地充填歷史的學(xué)科。認(rèn)為單獨(dú)的地震地貌學(xué)研究不足以解決儲層巖性預(yù)測問題（例如彎曲河道地貌單元既可代表活動河道砂質(zhì)充填，也可代表廢棄河道泥質(zhì)沉積），但就目前而言，對于地震巖性學(xué)的研究缺乏相應(yīng)的技術(shù)方法及研究規(guī)范。因此，曾洪流在地震沉積學(xué)學(xué)科發(fā)展展望中提到“發(fā)展適合陸相盆地的地震巖性學(xué)新方法”［14］。

2 地震巖性學(xué)概念

曾洪流認(rèn)為，地震巖性學(xué)是利用地震資料來研究巖性、厚度、物性和流體等特征［14］。對地震巖性學(xué)的技術(shù)研究主要借助于相移（90°相位化）來實(shí)現(xiàn)。90°相位化相當(dāng)于道積分剖面（但保持了原始資料頻率，沒有分辨率損失），但在巖性復(fù)雜區(qū)或砂泥阻抗差小的地區(qū)，往往得不到好的地震地貌圖。疊后反演是目前地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為巖性數(shù)據(jù)的主要方法，但反演結(jié)果受初始模型影響大，地質(zhì)邊界模糊，不利于用地層切片進(jìn)行沉積成像研究。

針對這些難點(diǎn)，我們在前期研究中提出了地震巖性體的概念［15］，認(rèn)為地震巖性體的轉(zhuǎn)換應(yīng)滿足地震地貌刻畫的要求，將地震地貌學(xué)和地震巖性學(xué)作為一個整體來研究。其中，地震地貌學(xué)解決如何切切片的問題，主要強(qiáng)調(diào)沉積等時面的選取以及切片方法的選擇；而地震巖性學(xué)則致力于解決切什么屬性的問題，通過選取敏感屬性參數(shù)，反映巖性特征，進(jìn)而有利于刻畫沉積微相，預(yù)測有利儲層。

3 地震巖性表征技術(shù)

經(jīng)典巖性地震學(xué)用于表征巖性的地震屬性主要有疊后屬性、疊前屬性、疊前彈性參數(shù)3種，目前實(shí)際用于沉積成像的以疊后屬性為主。

1）疊后屬性。幾何屬性反映地震同相軸的產(chǎn)狀，如傾角、方位、曲率和相干等；物理屬性反映地震同相軸的動力學(xué)特點(diǎn)，主要指振幅、頻率、相位、衰減等。疊后地震屬性對地震相的外形與內(nèi)部結(jié)構(gòu)反映較為有利，但疊后屬性幅值與巖性的對應(yīng)關(guān)系較差，尤其在巖性復(fù)雜地區(qū)，疊后屬性難以表征巖性。

2）疊前屬性。疊前AVO 屬性，主要包括截距P，梯度G，曲率C等屬性。疊前屬性通常同于油氣檢測，可以將疊前屬性轉(zhuǎn)化為地震巖性體，在沉積成像方面應(yīng)用前景廣闊。

3）疊前彈性參數(shù)。通過疊前反演得到的縱橫波速度、密度、橫波阻抗等彈性參數(shù)。如果反演方法恰當(dāng)，反演結(jié)果受模型影響小，彈性參數(shù)也是很好的表征地震巖性體的參數(shù)。

本次研究主要討論將疊前AVO 屬性轉(zhuǎn)化為地震巖性體的可行性和提取技術(shù)。

4 一種新的P，G，C 屬性表達(dá)式

1985年，Shuey［15］首次提出了反射系數(shù)的AVO 截距和梯度的概念，證明了相對反射系數(shù)隨炮檢距的變化梯度主要由泊松比的變化來決定，給出了不同角度項(xiàng)表示的反射系數(shù)近似公式：

其中，

式中：A為截距，反映垂直入射反射振幅；B為梯度，反映振幅隨入射角的變化率；C為曲率，反映振幅隨速度的變化率。

在實(shí)際應(yīng)用中常忽略大角度項(xiàng)，反射系數(shù)與sin2α成線性關(guān)系，利用曲線擬合拾取零偏移距截距剖面P和梯度剖面G，并由P和G構(gòu)造各種AVO 屬性剖面。

但是，如何將AVO 屬性作為地震巖性體，就應(yīng)當(dāng)充分挖掘廣角入射信息，獲得穩(wěn)定的橫波和密度信息。因此，本文利用Zoeppritz各近似式的統(tǒng)一關(guān)系，采用三參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)拋物線近似方程，充分利用廣角入射信息，結(jié)合（1）式的三參數(shù)Shuey近似方程提出的截距、梯度等屬性，得出對巖性更為敏感的AVO 屬性體。

2005年，熊定鈺［16］等對（1）式中的三角函數(shù)進(jìn)行重新整理得到：

其中，

表示零炮檢距反射系數(shù)項(xiàng)；

表示適中入射角（小于30°）項(xiàng)；

表示大入射角（大于30°）反射系數(shù)項(xiàng)。

（5）式很好地展示了反射振幅隨入射角的變化關(guān)系。

若設(shè)：

將（9）式代入（5）式，得到

（10）式為常見的拋物線方程，用最小二乘曲線擬合求擬合系數(shù)R，W，V；然后根據(jù)Shuey提出的反射系數(shù)的AVO 截距、梯度、曲率概念，可以得到新的P，G，C屬性。這種拋物線三項(xiàng)式?jīng)]有引入計(jì)算誤差，充分利用了大入射角反射系數(shù)項(xiàng)，能夠提取比較準(zhǔn)確的P剖面、G剖面和C剖面。

式中：P為截距；G為梯度；C為曲率；S為擬橫波反射系數(shù)。

由AVO 截距組成的P剖面是一個真正的法線入射零炮檢距剖面，理論上比疊加剖面更接近于真振幅，能夠很好地表征巖性特征；由AVO 斜率組成的G剖面反映的是vP／vS的綜合特征，在阻抗差小的地區(qū)，能很好地反映巖性，是主要的地震巖性體；由AVO 曲率項(xiàng)組成的C剖面反映縱波速度的變化率，對高孔砂和油氣檢測有利。在大角度入射情況下，反射振幅與速度變化相關(guān)的曲率項(xiàng)起主要作用，因此理論上還可以根據(jù)截距項(xiàng)與曲率項(xiàng)的差異求出界面間的密度差異。

同時，還可以將P＋G，P－G近似地認(rèn)為是泊松比和橫波參數(shù)。因此，利用疊前AVO 各類屬性，可以更為合理地提取隱藏在地震信息中的巖性參數(shù)。

5 研究實(shí)例

5.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置位于四川盆地中部構(gòu)造平緩區(qū)，川中古隆起平緩構(gòu)造帶的南部。本區(qū)須家河組二段具有典型的“砂包泥”特點(diǎn)，儲層主要發(fā)育于三角洲前緣水下分流河道，砂體厚度較大且橫向上疊合連片，但儲層巖性較致密，儲層的孔隙度和滲透率都較低，為典型的致密砂巖儲層。由于本區(qū)鉆井較少，并且?guī)r性與波阻抗對應(yīng)關(guān)系復(fù)雜，導(dǎo)致在本區(qū)采用疊后屬性進(jìn)行巖性解釋多解性強(qiáng)，儲層預(yù)測難度大。針對本地區(qū)巖性特征，我們嘗試用疊前屬性來預(yù)測巖性。

5.2 巖石物理分析

研究區(qū)須家河組地層巖性主要分為砂巖和泥巖。其中，根據(jù)孔隙度特征，砂巖又可進(jìn)一步分為高孔砂巖和致密砂巖。圖1是研究區(qū)疊后巖石物理分析圖。其中，交會圖的縱坐標(biāo)為GR 測井的γ值，用于區(qū)分砂、泥巖；橫坐標(biāo)為縱波速度；散點(diǎn)顏色代表孔隙度，紅色為高孔隙度特征。從圖1可以看出，利用速度很難直接區(qū)分高孔砂巖、致密砂巖和泥巖，3種巖性速度的差異性很小，導(dǎo)致各巖性地震響應(yīng)特征不明顯，常規(guī)的振幅屬性很難區(qū)分這3種巖性，尤其是高孔砂巖和泥巖之間沒有明顯的門檻值。這也直接導(dǎo)致常規(guī)儲層預(yù)測方法在該區(qū)的應(yīng)用受到一定程度的限制。

圖1 須二下段疊后巖石物理分析結(jié)果

為此，我們進(jìn)一步開展了疊前巖石物理研究工作，尋找疊前敏感屬性。通過對多井巖石物理參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，疊前vP／vS，λ／μ與高孔砂巖對應(yīng)關(guān)系明顯（圖2），說明在本區(qū)采用疊前參數(shù)可以區(qū)分巖性。在疊前AVO 屬性分析中已經(jīng)明確證實(shí)屬性G與vP／vS具有相關(guān)性，因此，可以選擇重新推導(dǎo)出的G屬性來表征高孔砂巖。

5.3 疊前AVO 屬性在地震沉積學(xué)中的應(yīng)用

根據(jù)前期層序地層研究結(jié)果，須二段整體為一個中期旋回，內(nèi)部可分為上、中、下3 個短期旋回（圖3）。本次以須二下為主要研究目標(biāo)。

X22在層序上表現(xiàn)為最大海泛面凝縮層，以一套穩(wěn)定的泥巖沉積為主（俗稱泥巖腰帶子），具有明顯的等時性；X1為三級層序界面，在本區(qū)內(nèi)是相對等時的。兩套層位在地震剖面上均表現(xiàn)為連續(xù)穩(wěn)定可對比追蹤的波峰反射（圖3）。因此，對于須二下段的研究，選擇X22和X1為沉積等時面，在兩套層位之間做地層切片表征地震地貌特征。圖4為G剖面，和原始剖面相比，G剖面分辨率有所提高，層序邊界更加清晰，因此在等時層序解釋方面效果更為顯著，并且振幅值與巖性對應(yīng)關(guān)系更好，更有助于地震屬性的提取及解釋。

在等時地層切片基礎(chǔ)上，提取地震屬性表征地震地貌，進(jìn)而根據(jù)地震地貌解釋地震巖性。由提取的疊后振幅屬性（圖5）可見，本區(qū)疊后振幅屬性數(shù)值差別不大，地貌外形及邊界模糊不清，巖性也難以區(qū)分，這與巖石物理分析的結(jié)論相吻合。

圖2 須二下段多井疊前巖石物理分析結(jié)果

圖3 等時地層格架（原始剖面）

圖4 等時地層格架（G 剖面）

圖5 須二下段疊后振幅屬性等時地層切片

通過巖石物理分析已經(jīng)確定疊前G屬性為表征巖性的有利屬性。因此，選擇切G屬性等時地層切片來表征地震巖性體。圖6為須二下段G屬性圖，由圖6可見，在地震地貌的表征方面，沉積體外形及邊界都較為清晰，可以明顯反映河道展布形態(tài)特征。在地震地貌控制下，對地震巖性的解釋將更為有利。

圖6 須二下段疊前G 屬性等時地層切片

通過井震標(biāo)定，發(fā)現(xiàn)G振幅的相對高低與沉積微相及微相下的巖性具有較好的對應(yīng)關(guān)系：相對低的G振幅（紅色）主要表現(xiàn)為縱向疊置的分流河道微相，砂體厚度大、物性好的高孔砂巖；中等G振幅（淺黃、白色）代表河道前緣、側(cè)翼砂體，砂體厚度減薄，泥質(zhì)含量增加，物性次之；相對高G振幅主要表現(xiàn)為分流河道間微相，以泥巖為主。

通過鉆井資料以及前人研究成果，結(jié)合地震地貌及地震巖性特征，最終確定須二下段沉積微相如圖7所示。工區(qū)須二下亞段主要為多物源、多期河道疊置的三角洲前緣沉積，沉積微相以水下分流河道和水下分流間灣為主，其中分流河道主體部位表現(xiàn)為多期河道疊置，砂體厚度大，砂地比高，砂體物性好，為主要的儲層發(fā)育部位，河道側(cè)翼及前端砂體物性相對變差。

圖7 須二下段沉積相

6 結(jié)束語

1）在地震沉積學(xué)框架下的地震巖性學(xué)研究中，疊前地震巖性體是一個重要的概念，可以通過地震巖性體特征尋找適合地震地貌的屬性提取技術(shù)。

2）基于Zoeppritz方程三參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)拋物線近似式，可以得到比較準(zhǔn)確的P，G和C屬性。G屬性或其組合屬性可以作為主力的地震巖性體，實(shí)踐證明，在復(fù)雜巖性區(qū)和阻抗差不大的地區(qū)，應(yīng)用前景廣闊。

3）目前P，G，C的巖石物理意義不易標(biāo)定，且其只是一種界面屬性，不是地層屬性，不利于和地層切片配套使用，下一步將用積分方式進(jìn)一步研究如何將λ，μ等AVO 屬性作為地震巖相體。

［1］Zeng H L，Backus M M，Barrow K T，et al.Stratal slicing，part I：realistic 3－D seismic model［J］.Geophysics，1998，63（2）：502－513

［2］Zeng H L，Henry S C，Riola J P.Stratal slicing，part II：real seismic data［J］.Geophysics，1998，63（2）：514－522

［3］Posamentier H W，Kolla V.Seismic geomorphology and stratigraphy of depositional elements in deepwater setting［J］.Journal of Sedimentary Research，2003，73（3）：367－388

［4］陳雪菲，王緒本，劉力輝.地震沉積學(xué)在D 區(qū)的初步應(yīng)用［J］.物探化探計(jì)算技術(shù)，2010，32（2）：126－131 Chen X F，Wang X B，Liu L H.Preliminary application of seismic sedimentology in region D［J］.Computer Techniques for Geophysical and Geochemical Exploration，2010，32（2）：126－131

［5］董春梅，張憲國，林承焰.地震沉積學(xué)的概念、方法和技術(shù)［J］.沉積學(xué)報，2006，24（5）：698－706 Dong C M，Zhang X G，Lin C Y.Conception，method and technology of the sedimentology［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2006，24（5）：698－706

［6］林承焰，張憲國，董春梅.地震沉積學(xué)及其初步應(yīng)用［J］.石油學(xué)報，2007，28（2）：69－72 Lin C Y，Zhang X G，Dong C M.Concept of seismic sedimentology and its preliminary application［J］.Acta Petrolei Sinica，2007，28（2）：69－72

［7］林承焰，張憲國.地震沉積學(xué)探討［J］.地球科學(xué)進(jìn)展，2006，21（11）：1140－1144 Lin C Y，Zhang X G.The discussion of seismic sedimentology［J］.Advances in Earth Science，2006，21（11）：1140－1144

［8］董春梅，張憲國，林承焰.有關(guān)地震沉積學(xué)若干問題的討論［J］.石油地球物理勘探，2006，41（4）：405－408 Dong C M，Zhang X G，Lin C Y.Discussions on several issues about seismic sedimentology［J］.Oil Geophysical Prospecting，2006，41（4）：405－408

［9］劉保國，劉力輝.實(shí)用地震沉積學(xué)在沉積相分析中的應(yīng)用［J］.石油物探，2008，47（3）：266－271 Liu B G，Liu L H.Application of practical seismic sedimentary in depositional faciesanalysis［J］.Geophysical Prospecting for Petroleum，2008，47（3）：266－271

［10］張義娜，朱筱敏，劉長利.地震沉積學(xué)及其在中亞南部地區(qū)的應(yīng)用［J］.石油勘探與開發(fā)，2009，36（1）：74－80 Zhang Y N，Zhu X M，Liu C L.Seismic sedimentology and its application in south area of central Asia［J］.Petroleum Exploration and Development，2009，36（1）：74－80

［11］王正和，蔣能春，呂其彪.地震沉積學(xué)概念、方法及其應(yīng)用研究［J］.重慶科技學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2008，10（3）：25－27 Wang Z H，Jiang N C，Lv Q B.Concepts，methodologies，and applications of seismic sedimentology［J］.Journal of Chongqing University of Science and Technology（Natural Sciences Edition），2008，10（3）：25－27

［12］李秀鵬，曾洪流，查明.地震沉積學(xué)在識別三角洲沉積體系中的應(yīng)用［J］.成都理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2008，35（6）：625－629 Li X P，Zeng H L，Zha M.Mapping deltaic depositional systems using seismic sedimentology［J］.Journal of Chengdu University of Technology（Science ＆Technology Edition），2008，35（6）：625－629

［13］李斌，宋巖，何玉萍，等.地震沉積學(xué)探討及應(yīng)用［J］.地質(zhì)學(xué)報，2009，83（6）：821－828 Li B，Song Y，He Y P，et al.Discussion and application of seismic sedimentology［J］.Acta Geological Sinica，2009，83（6）：821－828

［14］曾洪流.地震沉積學(xué)在中國：回顧和展望［J］.沉積學(xué)報，2011，29（3）：417－426 Zeng H L.Seismic sedimentology in China：a riew［J］.Acta Sedimentologica Sinca，2011，29（3）：417－426

［15］Shuey R T.Amplification of the Zoeppritz's equations［J］.Geophysics，1985，50（4）：609－614

［16］熊定鈺，錢忠平，趙波.擬合AVO 屬性反演［J］.石油地球物理勘探，2005，40（6）：646－651 Xiong D Y，Qian Z P，Zhao B.Inversion of fitting AVO attributes［J］.Oil Geophysical Prospecting，2005，40（6）：646－651