地震属性在延川南煤层气勘探中的应用

黄超平

(中石化华东分公司物探研究院，江苏 210007)

地震属性在延川南煤层气勘探中的应用

黄超平

(中石化华东分公司物探研究院，江苏 210007)

从延川南地区地震资料中提取各种地震振幅、频率、相位等地震属性，比较分析地震属性与反射结构、煤层气储层中的煤层、含水层、含气层的关系，结果表明地震属性分析可以精细地描述煤层气储层的构造、地层和岩性特征，可以判别储层中强含水、含气层。结合钻井地质资料与测井资料，三瞬剖面解释可以进行煤层厚度估计与质量评价，为煤层气钻井设计提供依据。

地震属性 储层 煤层气 延川南

Abstract:Various seismic attributes，like amplitude，frequency，phase，etc．are drawn from seismic data of Yanchuan south area．By comparing the relationship between seismic attributes and reflection configuration，and coal seam，aquifers，gas-bearing layers in CBM reservoir，the authors found that seismic attributes could be used to describe elelaborately the tectonics，ground strata and lithologic characteristics of CBM reservoir，and they can be used to discriminate strong water-bearing and gas-bearing layers in the reservoir．Using geological data and logging data obtained in drilling，the three transient section interpretations can be used to estimate seam thickness，and to evaluate quality，so as to provide criteria for design of CBM well design．

Keywords:Seismic attribute;reservoir;CBM;Yanchuan south

1 概况

延川南煤层气勘探区块位于鄂尔多斯盆地的东南缘，是我国煤层气勘探开发的热点地区之一，现有二维测线长464km，约2km2三维面积的地震资料。地震构造解释结果表明整体构造相对简单，地层由南东向北西倾斜，局部小断层发育。地质与钻井资料研究表明从石炭系太原组到二叠系石盒子组为主要含煤地层，即煤层气储集层，总厚度超过300m，深度普遍在600～1300m之间。2#与l0#煤全区分布稳定，其余煤层横向稳定性较差，厚度变化大。2#煤层赋存于山西组下部，为全区稳定可采煤层，煤层厚度为2．09～8．65m，平均厚度5．97m。煤层在区块内总体呈东南厚西北薄的变化趋势，东南部厚度达到8m，西北部厚度2．5m。10#煤层赋存于太原组下部，煤层层位稳定，但厚度相对较薄，煤层厚0．79～6．50m，平均厚2．57m。区块煤层埋深总体由西北向东南逐渐变浅。

地震勘探的主要目的层为二叠系山西组2#煤层与石炭系太原组10#煤层。地震解释编制构造图的有TP2sh～TO2m8个地震波。也就是说，地震构造层位解释仅提供煤层气储层空间分布信息。

本文基于延川南区块钻井地质资料、测井资料以及地震层位解释结果综合分析煤层气储集地层的地震属性，是提高地震属性解释可信度的一个实例。

2 地震属性综合分析流程

地震属性综合分析大体上分为四步:①首先根据合成记录与层位解释合理地选择分析时窗;②提取地震属性;③根据已知钻井地质资料分析各种地震属性的物理与地质意义，建立地震属性与地质含义关系;④由各种地震属性预测未知区域的地质属性。图1是延川南煤层气储层分析流程图，相比单一属性分析，它更体现的是宏观层位划分与微观属性变化分析的结合。

图1 延川南煤层气储层分析流程图

3 储集层纵向分层

3.1 测井解释

测井是探测地层物性的一种有效方法，能够测出井孔处岩石的各种物理性质，如声波时差、电阻率、密度、伽马值等。测井方法通过储集层的纵向物理性质变化划分层位与判定地质含义(如岩性、孔隙度、泥质含量、水和气的饱和度等地质信息)，这是地震资料无法相比的。地震资料的纵向分层受制于地震波的固有分辨率(1/4波长)，相比测井资料，纵向分层只能说是粗略结构上的划分，地震资料的优势在于能全区追踪。二者结合是深化地震资料解释最为有效的手段。

测井分层的基本原则除了煤层之外与油气勘探相同。煤层的测井曲线响应特征是大声波时差、高补偿中子、高-中电阻率、低补偿密度与中-低自然伽马，相对而言砂岩则表现为小声波时差、低补偿中子、高电阻率、高补偿密度与低自然伽马，也就是说砂岩与煤层的时差、中子与密度特征相反，是区分煤层与砂层的主要特征曲线。煤层电阻率值的变化受含水量、煤阶、灰分量影响，自然伽马值受灰分含量差异变化明显，因此，电阻率与自然伽马值是区分煤层与砂层的次要特征曲线。

延川南区块测井分层与解释结果表明，区块内煤层气储层纵向上差异很大，井位不同不仅分层数量与累计厚度的差异明显，而且解释气、水层数也不尽一样(见表1)。储层的这类纵横向差异变化仅用地震层位解释是难以得到的。测井分层结果是地震属性解释的基本单元，我们可以利用这些基本单元来统计分析地震属性与地质意义的相关性。

表1 延川南区块储层部分井测井分层与解释

3.2 地震层位解释

地震层位解释是煤层气勘探的基础，主要用于确定煤层气储层的埋深、厚度以及断层构造的发育程度。图2展示以下地震波:

图2 过延1井地震剖面与合成地震记录(雷克子波的主频率为35Hz)

TP2sh波——二叠系上统石千峰组底部的反射，振幅能量弱-中等，连续性较差。

TP2s波——二叠系上统上石盒子组底的反射，振幅能量弱，连续性较好。

TP1x波——二叠系下统下石盒子组底的反射，振幅能量中-弱，连续性较好。

Tm2波——二叠系下统山西组2#煤层顶的反射，波组特征表现为1个强相位，全区可连续追踪。

TP1s波——二叠系下统山西组底部的反射，振幅能量强，全区可连续追踪。

Tm10波——石炭系上统太原组10#煤层顶的反射，波组特征表现为1个强相位，全区可连续追踪。

TC3t波——石炭系上统太原组底部的反射，能量强，全区可连续追踪。

3.3 储层物理性质分析

煤层气储层有异于油气储层，前人研究表明构造、水文和煤层顶底板条件对煤层气成藏影响甚大，最为关键的因素是储层压力，一般情况下，压力越大煤层的吸附能力就越强，煤层气就可能富集成藏。煤系地层储集性能的好坏与煤层气成藏呈正相关，煤层含气量的高低预示着煤层气藏的富集程度。目前煤层气储层评价主要考虑的有构造保存条件、水文特征、煤层特征、顶板封盖条件等，能否利用叠后属性资料进一步评价储层中的煤、气、水层，这是地震勘探工作者面临的难题。表2是利用Y1-26-18井测井资料换算的煤层附近地层的弹性参数，从中可以看到煤层的剪切模量、体积模量、杨氏模量与围岩有显著差异，表现为相对弱值。同时也能看出地层弹性参数与岩性关联性极强。虽然这些参数的绝对值与岩样实验室测量可能存在差异，但是其相对变化应当可以反映地层弹性参数的变化特征。

表2 Y1－26－18井主力煤层及顶底板弹性参数

根据表2参数利用Gassmann方程可以计算纵横波速度。通过Gassmann方程计算的纵波速度与声波速度的比较，发现前者数值偏大，但相对变化是一致的。因为主力煤层及顶底板弹性参数表是在地层尺度统计，由此认为煤层界面附近的物理性质变化可以引起地震波的某些属性差异。

4 地震属性分析

地震属性是地震资料的几何学、运动学、动力学及统计学特征的一种量度，如何利用地震属性描述煤层气储存，目前仍处于探索阶段。不同地区、不同深度、不同储集地层在物性、地质结构、孔隙结构、孔隙流体等地层构成因素方面存在着差异，灵敏的地震属性可以展示这些差异，建立储层参数与地震属性间的关系是“地震属性解释”的关键。

4.1 合理选择属性提取窗口

在地震属性分析中，时窗过大包含不必要的信息，过小则丢失有效信息。延川南区块的目的层埋藏相对较浅，目的层顶底面清楚，因此在储层属性提取时直接使用储层顶底面作为时窗(顶面为上石河子组底反射，底面为10#煤层底反射)。界面属性提取则以2#煤层顶反射正负2毫秒为时窗。

4.2 振幅属性

由于区块内煤层的密度与纵横波速度始终小于上面泥岩或灰岩，因此在CMP叠加剖面上保持显示“亮点”，即利用叠后地震资料能识别煤层。但是，从测井资料揭示的煤层情况看，三维地震区块煤层厚度与空间分布并非地震剖面所示，大多以互层形式出现，煤层累计厚度在6．4～11．9m之间变化，层数在3～10层之间，也就是说反映煤层的地震波是薄层效应产生的复合波，反射振幅属性应当与煤层结构关联，与煤层的累计厚度不存在明显的相关关系(见图3)。

图3 延川南区块钻井煤层累计厚度与顶面反射系数对比

测井分层的储层内反射系数计算展示最大反射系数为延7井山西组2#煤层与底板的0．542，最小反射系数为延1井山西组2#煤层顶板与煤层的-0．588，总体上煤层顶面之上反射系数绝对值小于0．1，之下普遍在0．1～0．5之间。

针对2#煤层采用不同窗口提取各种振幅属性，如振幅峰态、平均绝对振幅与平均振幅、最大波峰、波谷振幅与最小波峰、波谷振幅、平均波峰与波谷振幅等，结果表明区块内的2#煤层属性具有一定的规律性。图4是提取的2#煤层顶面平均绝对振幅，蓝色区域对应反射系数在-0．2～-0．3之间，绿色与红色区域的反射系数在-0．3～-0．58区间内变化。平均绝对振幅值的大小主要取决于煤层顶板的岩性，数值大则泥质成分含量相对较低，反之则泥质成分含量相对较高。另一方面平均绝对振幅值的大小也与煤层所含夹矸的多寡相关，夹矸多而厚则数值偏低，夹矸少、煤层纯度高的平均绝对振幅值大。

图4 平均绝对振幅(窗口为2#煤层顶面正负2毫秒)

4.3 瞬时振幅、瞬时频率和瞬时相位

信号瞬时振幅定义为:

A(t)=［x2(t)+^x2(t)］1/2

瞬时相位为:φ(t)=tg-1(^x/x(t))

瞬时频率为:f(t)=1/2π·dφ(t)/dt

对于地震资料来说，A(t)是复数地震道实部与虚部平方和的开方，表示复数地震道的包络振幅。反射波振动波形的各个特征点对应一定的相位，相邻波形相似的情况下可以利用瞬时相位进行对比。瞬时频率是瞬时相位的导数，可以认为是某一时刻振动的各种谐频的一种综合结果，因此瞬时频率变化特征与地层反射组合、岩性密切相关。

基于本区的客观地质状况，瞬时振幅提供波阻抗差信息，横向变化与岩性有关，主要用于检测煤系地层的薄煤层、夹矸层的调谐效应与局部小断层。例如，对比区内的叠加剖面与瞬时振幅剖面，很容易看到山西组-太原组地层段内的层数明显差别，这种差异对煤层厚度估计与质量评价来说是十分宝贵的信息。另外，从图5中不难发现测井解释的含水层表现异常低振幅。但测井解释的大多数含气层在瞬时振幅剖面上没有异常显示，这应是含气量不足的原因。

图5 y1-22-12井含水层地震瞬时振幅显示

图6 y1-24-14井含气层地震瞬时频率显示

瞬时频率一方面提供同相轴的有效频率吸收信息，另一方面展示局部岩性的变化情况。主要用于储层岩性解释，揭示岩性空间变化状况，检测强水、气聚集带(图6)。

瞬时相位用于弱反射储层的连续性追踪，地层特征的识别。对延川南区块而言，瞬时相位帮助储层中上部的地层与构造解释(图7)。

图7 过y1-24-14井瞬时相位剖面煤层分叉显示

［1］路艳霞，张飞燕，吴英，等．延川南地区煤层气资源潜力分析［J］．中国煤层气，2011，8(4):13～17．

［2］崔若飞，李晋平，等．地震属性技术在煤田地震勘探中的应用研究［J］．中国矿业大学学报，2002，31(3):267～270．

［3］崔若飞，陈同，等．煤层气地震勘探技术，中国煤层气勘探开发利用技术进展——2006煤层气学术研讨会论文集，2006，155～162．

［4］陈军，陈岩．地震属性分析在储层预测中的应用［J］．石油物探，2011，40(3):94～99．

［5］钱进，崔若飞，等．波阻抗反演技术在煤层地震勘探中的应用［J］．北京:地质出版社，中国煤层气勘探开发利用技术进展——2006煤层气学术研讨会论文集，2006．

［6］鲍祥生，尹成，等．储层预测的地震属性优选技术研究，石油物探，2006，45(1):28～33．

［7］乔夫，朱慧贞．煤田地震反射波复数道分析［J］．物化探计算技术，1989，11(2):156～162．

［8］袁子龙，杨冰，王建国．薄层、薄互层地震反射时间域与频率域正演模拟研究及应用，石油物探，1996，35(3):14～20．

Application of Seismic Attribute to Exploration of CBM in Yanchuan South

Huang Chaoping
(Physical Exploration Research Institute，SINOPEC East China Subsidiary Company，Jiansu 210007)

黄超平，女，1984年毕业于成都地质学院石油，主要从事地震资料解释工作。

(责任编辑 韩甲业)