鄂尔多斯盆地靖西地区马五段白云岩储层AVO研究

郭 庆，余小雷，孙 卫，周义军，王 妍

(1.大陆动力学国家重点实验室，陕西 西安 710069;2.西北大学地质学系，陕西 西安 710069;3东方地球物理勘探公司研究院长庆分院，陕西 西安710021)

近年来，随着鄂尔多斯盆地下古生界奥陶系马家沟组中上组合一批高产井的相继发现，揭示盆地岩溶斜坡区白云岩储层具有广阔的勘探领域和巨大的勘探前景。通过系统的研究工作，我们明确了下古生界白云岩储层的分布主要受岩溶古地貌、白云岩化程度的控制;其中，白云岩储层具有含气层系多、平面分布广、纵向上相互叠置的分布特点[1]。目前，鄂尔多斯盆地AVO含气性预测技术主要应用于砂泥岩地层，碳酸盐岩特别是白云岩储层AVO含气性预测还处于探索阶段，白云岩储层AVO异常尚待进一步理清[2-4]。本文尝试应用理论正演模型、实测井数据和地震数据进行白云岩储层AVO异常初步研究。

模型研究有助于了解已知地层的AVO响应，有了地层模型的AVO正演模型作参考，才有可能对复杂的实际地震资料中AVO特征做出正确的解释。在理论基础分析、测井岩石物理分析和理论模型建立的基础上，我们开展实际测井数据的AVO正演模型分析，在地震道集数据验证其在目的层具有AVO特征情况下，最终从不同流体饱和度、不同厚度气层与两方面进行了更深一步的研究。

1 地层学特征

鄂尔多斯盆地下古生界地层平缓，今构造为一西倾单斜，整体东高西低，坡度小于1°。奥陶纪末期的加里东运动，导致本区整体抬升，使该区缺失奥陶系中上统、志留系、泥盆系及下石炭统，奥陶系碳酸盐岩经历了长期的风化剥蚀和大气淡水的淋滤[5]。剥蚀强度从盆地西部向东部逐渐减弱，致使本区下奥陶统，由中西部地区向东依次出露马四、马五、马六地层。从而在准平原化的背景上伴随古风化壳的形成，发育了喀斯特地貌和岩溶体系，为碳酸盐岩孔、洞、缝储层和岩性—地层圈闭奠定了基础。

盆地下古生界主要产气层段马五段各小层在整个岩溶斜坡区均有沉积，由于表层岩溶、层间岩溶和白云岩化共同作用形成溶蚀孔洞和晶间孔隙层段。白云岩储层具有厚度薄、非均质性强的特点。通过对盆地下古生界52口井的统计，结果表明虽然各井间的纵横波速度和密度由于白云石、方解石及泥质含量的不同有所差异，但对每口井而言，含气白云岩的纵波速度、密度、纵波阻抗略低于围岩，整体表现为储层和围岩阻抗差异小，由此造成含气性预测困难。

2 AVO正演模型特征研究

鄂尔多斯盆地本部地区最明显的地震反射标志层是石岩系底部附近的煤层反射，由于煤层的地震速度明显低于上覆砂岩层的速度，其顶部反射应是一个负极性的波谷反射。通常，由于我们的地震资料采用负极性显示，即所谓的SEG Normal Standard(SEG正常极性标准)，地震反射振幅的极性与实际地层的反射极性恰恰相反，即负极性显示成波峰，正极性显示成波谷。因此，合成地震记录的负极性显示应与实际地震资料得到最好的对比。

2.1 理论基础及AVO正演模型制作方法

AVO技术的理论基础是描述反射系数随入射角及地层岩性参数变化关系的 Zoeppritz方程[6]。当反射波地震勘探使用主要产生纵波的震源，接收的是反射纵波时，Zoeppritz方程可以被大大简化，即只考虑平面纵波入射产生的反射振幅随入射角的变化情况。其中Shuey R T给出的简化公式是目前人们使用最多的 Zoeppritz近似方程，该方程是 AVO资料处理解释的理论基础，Shuey[7]方程(1)数学表达式为:

式中:P是截距，代表地震波垂直入射时的反射系数;G是斜率或者梯度，近似反映界面两侧介质的泊松比差异;θ代表入射角。

根据以上理论，本文建立了 AVO正演模型[8]，其具体的计算步骤如下:

第一步:根据设计的入射角步长(或炮检距步长)用精确的Zoeppritz方程计算每一分界面反射系数;

第二步:计算每一分界面反射系数曲线以入射角(或炮检距)为参数的反射波旅行时，形成反射系数道集;

第三步:选择合理的子波和子波频率，并与反射系数道集褶积，形成动校正前的CDP角道集(或道集);

第四步:用平均速度对合成CDP角道集(或道集)进行动校正，即可完成时间域显示的 AVO正演模型(道集或角道集)的制作;

第五步:如需要深度域显示，则按给定的时深关系(如VSP时深关系)进行时深转换，得到深度域 AVO正演模型(道集或角道集)。

2.2 理论正演模型

为了弄清楚鄂尔多斯盆地白云岩储层的AVO异常特征，根据盆地下古生界52口测井数据的统计，模拟建立了双界面三层介质的地层模型(图1)，提取模型的AVO响应。三层介质的顶部和底部围岩介质参数相同，纵波速度Vp1=6 150 m/s，泊松比 σ1=0.298，密度 ρ1=2.806 g/cm3，中部气层介质厚度为 15 m，纵波速度 Vp2=5 820 m/s，泊松比 σ2=0.271，密度 ρ2=2.713 g/cm3。图 2 为地层模型的理论正演模型及振幅随入射角变化曲线。从图中可以看出，白云岩储层含气后气层顶界表现为振幅随入射角增大而增强的AVO异常特征。

图1 双界面三层介质地层模型

图2 理论正演模型及AVO变化曲线

2.3 实测井数据正演模型

在合成地震记录层位标定的基础上，对盆地内8口有实测横波数据的井进行了AVO模型正演，我们发现气层段和干层的AVO正演模型不同(图3和图4)。在正常反射状况下，由于衰减和频散作用，随着入射角(或炮检距)的增大，非含气地层的反射振幅不发生明显变化或不变，AVO变化曲线的斜率不变(图3);但是当储层的孔隙中含有气体时，振幅随入射角(或炮检距)的增大而增强，AVO变化曲线的斜率增大(图4)。虽然实测测井曲线可能存在误差，其结果与完全含气的结果是相近的。

图3 干层AVO正演模型及振幅随入射角的变化曲线

图4 气层AVO正演模型及振幅随入射角变化曲线

通过对理论正演模型和实测井数据正演模型的研究，我们认为，鄂尔多斯盆地下古生界白云岩储层含气后表现为振幅随入射角增大而增强的异常特征;干层无明显的AVO异常特征。

2.4 实际地震资料分析

从理论正演模型和实测井数据两方面确定了鄂尔多斯盆地下古生界白云岩储层的AVO异常特征之后，进一步从实际地震资料入手，验证含气层段在地震道集上是否具有振幅异常特征。图5为井旁地震道集，含气层段在地震道集上表现为振幅随着偏移距的增加而增强的异常特征。

图5 井旁地震道集

综合以上认识，明确了鄂尔多斯盆地白云岩储层具有AVO异常特征。下面将从不同流体饱和度、不同厚度储层与AVO异常特征的关系两个方面进行分析研究。

2.5 AVO异常特征与不同流体饱和度的关系

识别鄂尔多斯盆地下古生界白云岩储层内的气层和水层，需要进行流体替换。流体替换的基础是岩石物理理论[9](图6)。Greenberg-Castagna模型是一种预测多孔岩石的方法模型，其假设在已知纵波、岩性、孔隙和孔隙流体的情况下进行横波速度计算。其初始经验公式(2)是在含有砂岩、灰岩、白云岩和泥岩和饱和流体的模型基础上建立起来的:

如果岩石中充填了不同的流体，就用一个迭代方案把原来的盐水替换成新的流体，据此由纵波速度计算出横波速度，对比不同饱和度的测井响应特征。在此基础上，进行不同流体饱和度的正演模拟与分析。

图6 流体替换原理图

图7 为目的层经过流体替换后，100%含水到90%含气测井数据的AVO正演模型及振幅随入射角变化曲线。通过6条AVO曲线的对比可看出，储层含气与100%含水时的AVO变化曲线斜率不同，含水饱和度为100%白云岩储层比10%的白云岩储层AVO曲线斜率小，即振幅异常特征有明显的差异;当含气饱和度从10%增加到90%时，AVO异常特征之间的差异不明显[10]。因此，可以利用 AVO属性的斜率来识别储层内是否含气，但是不能识别高产井和低产井。

2.6 AVO异常特征与气层厚度的关系

通过提取高产井目的层段白云岩气层和围岩的地球物理参数，模拟了不同气层厚度的测井曲线，分析气层厚度与AVO异常特征之间的关系。图8为孔隙度不变、矿物成分含量固定时，入射角为0°～45°时不同厚度气层的 AVO正演模型及振幅随入射角变化曲线。由图可以看出:随着气层厚度的增加，振幅异常特征更加明显，AVO曲线的斜率增大[11-14]。

图7 不同流体饱和度AVO正演模型及振幅随入射角变化曲线

图8 不同厚度气层AVO正演模型及振幅随入射角变化曲线

3 结语

1)鄂尔多斯盆地下古生界白云岩储层含气后表现为振幅随入射角增大而增强的特征，白云岩储层不含气时，AVO异常特征不明显。

2)白云岩储层AVO异常特征与储层含气饱和度有关，含水饱和度为100%和含气饱和度为10%的白云岩储层AVO异常特征有明显的差异，随着含气饱和度的进一步增加，AVO异常特征变化不大。

3)白云岩储层AVO异常特征与气层厚度有关，随着气层厚度的增加，AVO异常特征更加明显。

目前，鄂尔多斯盆地下古生界白云岩储层AVO含气性预测方法尝试应用已经初见成效，提高了含气性预测的符合率。但仍需要进一步对盆地岩溶斜坡区白云岩储层分区分带进行更深一步的研究。

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