地震振幅能量表征河道砂體及其儲(chǔ)層物性
——以川中地區(qū)中侏羅統(tǒng)沙溪廟組為例

中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院

0 引言

四川盆地中侏羅統(tǒng)沙溪廟組勘探始于20世紀(jì)70年代，主要勘探發(fā)現(xiàn)集中在川西地區(qū)、川東地區(qū)五寶場(chǎng)構(gòu)造、蜀南地區(qū)大塔場(chǎng)構(gòu)造以及川中—川西過渡帶石龍場(chǎng)構(gòu)造[1-2]。2006年，川中地區(qū)八角場(chǎng)構(gòu)造J62井沙溪廟組二段測(cè)試獲得天然氣產(chǎn)量6.2×104m3/d，發(fā)現(xiàn)了八角場(chǎng)構(gòu)造沙二段氣藏。中江氣田在2013—2016年針對(duì)沙溪廟組致密砂巖層共實(shí)施開發(fā)井99口，建成產(chǎn)能8.0×108m3/a[3]。另外，統(tǒng)計(jì)川中地區(qū)36口鉆遇沙溪廟組的井，共見到137井次油氣顯示，以氣侵、氣測(cè)異常為主，展示了較好的天然氣勘探潛力。近年來對(duì)沙溪廟組開展的大量研究結(jié)果也表明，四川盆地沙溪廟組非常規(guī)油氣勘探潛力巨大。

為了加快川中地區(qū)沙溪廟組天然氣勘探開發(fā)步伐，2018年針對(duì)川中QL地區(qū)沙溪廟組致密砂巖儲(chǔ)層開展研究工作，筆者在河道砂體波動(dòng)方程正演模擬的基礎(chǔ)上，利用多屬性融合識(shí)別河道砂體邊界，結(jié)合地震強(qiáng)振幅“亮點(diǎn)”刻畫出河道砂體，計(jì)算河道砂體振幅能量，并將其與河道砂體測(cè)井解釋的儲(chǔ)層參數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)振幅能量與儲(chǔ)層物性相關(guān)系數(shù)超過80%。該認(rèn)識(shí)可以為后續(xù)井位部署及非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)提供參考。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)處于四川盆地中部，區(qū)域構(gòu)造位置屬于川中平緩帶，為川中平緩帶與川北低緩帶交界處（圖1）。川中地區(qū)陸相地層層序正常，自上而下依次發(fā)育下白堊統(tǒng)劍門關(guān)組，上侏羅統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組、遂寧組，中侏羅統(tǒng)沙溪廟組，下侏羅統(tǒng)涼高山組、自流井組和上三疊統(tǒng)須家河組。川中—川西地區(qū)沙溪廟組以紫紅色泥巖夾淺灰色塊狀細(xì)—中砂巖為主，厚度介于800～2 200 m，主要發(fā)育河流—湖泊沉積體系[4-7]。川中地區(qū)沙溪廟組具有明顯的曲流河沉積特點(diǎn)，曲流河點(diǎn)壩砂體發(fā)育，平面上多條河道砂組交錯(cuò)分布，厚度一般介于15～30 m，橫向上砂體連續(xù)分布，是儲(chǔ)層的主要發(fā)育區(qū)，為形成良好儲(chǔ)層提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，是致密砂巖氣藏勘探開發(fā)有利區(qū)。沙溪廟組以“葉肢介頁巖”為分層標(biāo)志，進(jìn)一步將沙溪廟組劃分為沙一段、沙二段，按照沉積旋回和層序地層劃分原則，沙二段又分為4個(gè)亞段。結(jié)合地震與測(cè)井綜合解釋沙溪廟組自下而上共發(fā)育23個(gè)砂組，其中第8號(hào)砂組位于沙溪廟組二段一亞段，以長石砂巖、巖屑長石砂巖為主，是主要產(chǎn)氣層段，也是筆者研究的對(duì)象（圖1）。

圖1 研究區(qū)位置及沙溪廟組柱狀簡(jiǎn)圖

2 河道砂體刻畫

2.1 砂體測(cè)井與地震響應(yīng)特征

根據(jù)巖心、測(cè)井曲線特征分析，沙溪廟組發(fā)育多套單層厚度較大的疊置河道砂組，底部為巖性突變界面，粒度下粗上細(xì)，河道中部層理不明顯，上部見波狀層理及泥質(zhì)紋層，為曲流河點(diǎn)壩特征[8-9]。測(cè)井曲線上表現(xiàn)為“鐘形”或“箱型”，低自然伽馬（GR）、中—高聲波時(shí)差（AC）；相對(duì)于圍巖主要表現(xiàn)為低速度、低密度（DEN）的低阻抗砂巖，通過對(duì)已鉆井儲(chǔ)層進(jìn)行精細(xì)井震標(biāo)定（圖2），河道砂組頂界表現(xiàn)為強(qiáng)波谷地震反射特征，砂組底界表現(xiàn)為強(qiáng)波峰地震反射特征，河道形態(tài)表現(xiàn)為“亮點(diǎn)”特征。

圖2 Q5井合成記錄標(biāo)定圖

2.2 砂體地震正演模擬

從鉆井、測(cè)井資料和地震剖面分析可知，砂體厚度的變化與地震振幅強(qiáng)弱具有明顯聯(lián)系，即地震振幅的異常變化可以凸顯地質(zhì)體形態(tài)[10]。因此，可以通過地震正演分析來研究這一聯(lián)系。

圖3 河道砂體地震正演模擬圖

基于測(cè)井分層與速度曲線等開展巖石物理分析并建立砂體正演模型[11-13]，利用二維聲學(xué)波動(dòng)方程疊后偏移（選用零相位、頻率30 Hz、長度100 ms、采樣率1 ms的雷克子波）進(jìn)行地震響應(yīng)模型正演分析，當(dāng)砂體孔隙度大于6%，砂體地震響應(yīng)特征為頂界波谷、底界波峰；當(dāng)砂體厚度大于26 m，地震振幅響應(yīng)不再隨著厚度增大而變強(qiáng)。正演模擬結(jié)果表明：①在調(diào)諧厚度之內(nèi)（小于26 m），地震正演模擬模型砂體厚度變化介于4～20 m，砂體厚度大于8 m時(shí)正演偏移剖面開始出現(xiàn)明顯的波峰反射，砂體越厚，砂體底界波峰反射越強(qiáng)（圖3-a）；②河道厚度保持不變，砂體厚度為15 m，儲(chǔ)層厚度為12 m，地震正演模型孔隙度變化介于6%～14%，河道砂體孔隙度增加，砂體底界波峰反射增強(qiáng)，地震振幅能量不斷增強(qiáng)（圖3-b）。

2.3 河道砂體刻畫

QL地區(qū)三維地震覆蓋面積為139.46 km2，覆蓋次數(shù)為64次，面元為30 m×30 m；主頻為35 Hz，頻寬介于11～77 Hz，地震資料構(gòu)造細(xì)節(jié)、構(gòu)造形態(tài)及主要斷層分布落實(shí)清楚，信噪比較高，為開展河道砂體刻畫、構(gòu)造精細(xì)解釋奠定基礎(chǔ)。

利用三維構(gòu)造模型約束高頻層序地層地震解釋技術(shù)，建立沙溪廟組等時(shí)地層格架明確河道砂反射頂、底等時(shí)面，保證刻畫的河道在同一等時(shí)面。將Inline和Trace方向、傾向、方位走向等地震相干屬性進(jìn)行合成分析，加強(qiáng)河道形態(tài)檢測(cè)，與均方根振幅屬性、甜點(diǎn)屬性等多屬性融合顯示[14-16]，并結(jié)合高密度等時(shí)切片精細(xì)準(zhǔn)確刻畫河道邊界（圖4）。

三維振幅透視可以在縱向上清晰刻畫多套河道砂體的振幅能量變化，比沿層屬性更能反映地質(zhì)規(guī)律。在等時(shí)地層劃分的基礎(chǔ)上明確河道砂組頂?shù)椎葧r(shí)界面，根據(jù)河道砂體強(qiáng)振幅地震響應(yīng)模式，利用三維可視化振幅檢測(cè)技術(shù)，快速識(shí)別河道砂體，準(zhǔn)確刻畫河道砂體空間形態(tài)。以河道砂體振幅亮點(diǎn)三維透視為基礎(chǔ)，結(jié)合多屬性確定河道邊界，人機(jī)交互精細(xì)刻畫出該區(qū)沙溪廟組8號(hào)砂組，河道寬度介于600～1 400 m，面積為67.22 km2。

圖4 8號(hào)砂組多屬性融合刻畫圖

3 河道砂體地震振幅能量與儲(chǔ)層物性關(guān)系

地震振幅統(tǒng)計(jì)類屬性主要反映地層巖性變化、儲(chǔ)層孔隙度的變化、河流三角洲砂體、河道砂體、某種類型的礁體、不整合面、地層調(diào)諧效應(yīng)、地層層序及含流體成分的變化等。振幅能量可以識(shí)別地震振幅異常、地層層序特征、巖性相變或含氣砂巖的變化振幅異常、亮點(diǎn)和暗點(diǎn)特征，是層序內(nèi)或沿指定反射進(jìn)行振幅異常成圖的最佳屬性之一，該屬性通常用于儲(chǔ)層的油氣預(yù)測(cè)。

每一道總能量的求取方法是對(duì)分析時(shí)窗內(nèi)的振幅值平方相加求得，即

式中TE表示時(shí)窗范圍內(nèi)的總能量；N表示振幅采樣點(diǎn)數(shù)；αi表示第i個(gè)采樣點(diǎn)的地震記錄波形振幅值。

根據(jù)三維空間雕刻的河道形態(tài)和地震振幅總能量計(jì)算公式，依次求取河道砂體的頂、底界面，以頂、底界面為時(shí)窗范圍計(jì)算得到河道砂體的振幅能量（圖5）。

圖5 8號(hào)砂組地震振幅能量平面圖

QL地區(qū)鉆遇8號(hào)砂組的井有7口，巖心實(shí)測(cè)物性與測(cè)井解釋物性分析表明（表1），砂組厚度介于13.6～32.0 m，泥質(zhì)含量介于10%～25%，孔隙度介于2.10%～15.00%，平均孔隙度為11.40%，孔隙度中值為11.20%；儲(chǔ)層厚度介于8.8～22.0 m，孔隙度介于8.00%～15.00%。

表1 QL地區(qū)8號(hào)砂組測(cè)井解釋成果統(tǒng)計(jì)表

將每口井對(duì)應(yīng)的振幅能量與砂體厚度、儲(chǔ)層厚度、泥質(zhì)含量、孔隙度、滲透率進(jìn)行交匯分析（圖6）。結(jié)果表明，振幅能量與砂體厚度、儲(chǔ)層厚度、泥質(zhì)含量的相關(guān)性差（圖6-a、b）；振幅能量與孔隙度、滲透率等物性參數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系（判定系數(shù)分別為0.784 8、0.894 8），相關(guān)性較好（圖 6-c、d）。通過QL地區(qū)鉆遇8號(hào)砂組的測(cè)井解釋數(shù)據(jù)與地震振幅能量相關(guān)性分析可以得出：在8號(hào)砂組中儲(chǔ)層物性越好，地震振幅能量越強(qiáng)，砂體的地震“亮點(diǎn)”特征越明顯；儲(chǔ)層物性越差，地震振幅能量越弱，砂體的地震響應(yīng)特征不明顯。

圖6 8號(hào)砂組振幅能量與儲(chǔ)層物性交匯圖

通過以上分析認(rèn)為，地震振幅能量越強(qiáng)，河道砂體的儲(chǔ)層物性越好；能量較弱，河道砂體的儲(chǔ)層物性較差。因此河道砂體地震振幅能量可以指導(dǎo)井位部署、優(yōu)化工藝井靶體選取。該區(qū)新鉆的開發(fā)水平井印證了河道砂體地震振幅能量與儲(chǔ)層物性的正相關(guān)性。圖7為Q8水平井地震時(shí)間偏移剖面，其中綠色曲線為測(cè)井解釋孔隙度（6%～15%），紫色曲線為水平井軌跡。從圖7中可以看出，孔隙度與振幅關(guān)系的吻合度較高，振幅弱的井段孔隙度較差，振幅強(qiáng)且平穩(wěn)分布的井段孔隙度較好。

圖7 過Q8井地震時(shí)間偏移剖面圖

4 結(jié)論

1）研究區(qū)沙溪廟組8號(hào)砂組地震剖面上表現(xiàn)為砂體頂界對(duì)應(yīng)波谷、底界對(duì)應(yīng)波峰的“亮點(diǎn)”反射特征，并且沿河道走向砂體連續(xù)、穩(wěn)定分布。

2）研究區(qū)沙溪廟組8號(hào)砂組地震振幅能量與砂體物性具有正相關(guān)關(guān)系，呈線性遞增。

3）河道砂體振幅能量平面圖與實(shí)鉆井吻合度高，可以定性預(yù)測(cè)優(yōu)質(zhì)河道砂體的展布規(guī)律，有效區(qū)分優(yōu)質(zhì)砂體的分布位置，指導(dǎo)下一步井位部署工作。