叠前弹性波阻抗反演在JZ25-1油田变质岩储层预测中的应用

陈晓东，施泽进，2，郑旦珠

（1.成都理工大学能源学院，四川成都610059；2.成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川成都610059；3.中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东青岛266580）

叠前弹性波阻抗反演在JZ25-1油田变质岩储层预测中的应用

陈晓东1，施泽进1，2，郑旦珠3

（1.成都理工大学能源学院，四川成都610059；2.成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川成都610059；3.中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东青岛266580）

JZ25-1油田发育古潜山变质岩油气藏，裂缝储层是研究区最主要的储集空间，孔隙度是裂缝储层优劣的重要评价标准，有效地预测孔隙度及裂缝发育带是勘探开发该类油气藏的关键。结合前人研究成果，综合分析测井、地震资料，利用叠前弹性波阻抗反演对JZ25-1油田变质岩储层进行预测。通过建立横波波阻抗与裂缝储层孔隙度的关系，确定研究区裂缝储层的识别标准，进而分析其分布特征。研究结果表明，研究区古潜山地层发育风化壳、裂缝破碎带、相对致密带以及上、下2套储层，其中上储层发育于风化壳顶部，下储层发育于裂缝破碎带，下储层的裂缝相对较为发育，为研究区主力裂缝储层。研究区裂缝储层分布特征在平面上表现为沿主要断裂呈北东向块状展布，且主要分布于潜山构造高部位；剖面上表现为储层连续性相对较差，具有不明显的近层状特征。裂缝储层发育带主要集中于研究区中部和南部，南部孔隙度大于6.5%的局部构造高部位以及断裂发育带附近应为下部有利油气勘探区。

古潜山 叠前弹性波阻抗反演 裂缝储层 孔隙度预测 变质岩 渤海湾盆地

随着油气勘探的不断深化，常规油气藏勘探目标逐渐减少，勘探难度逐渐增大并已进入高勘探程度阶段，非常规变质岩储层已成为重要的勘探领域［1-4］。JZ25-1油田是以变质岩为主要储层的古潜山油田，其储集空间复杂、非均质性强，前人已对其油气成藏模式、储层地质特征、裂缝检测识别等方面进行了研究［5-9］。孔隙度是裂缝储层优劣的重要评价标准，准确预测孔隙度和裂缝储层发育带是有效勘探开发变质岩油气藏的关键和难点，为此，笔者在前人研究成果的基础上，利用叠前弹性波阻抗反演对研究区孔隙度进行预测，并据此分析裂缝储层的平面和剖面分布特征，以期为研究区下步的勘探开发部署提供指导。

1 区域地质概况

JZ25-1油田位于渤海辽东海域辽西低凸起中北段，其西邻辽西大断层，东向辽中凹陷延伸；受2条基底断层控制，整体由2个北东向展布的断背斜组成，位于油气富集的有利位置。研究区发育太古界潜山，上覆地层为古近系沙河街组，缺失元古界、古生界和中生界，经历了印支期、燕山早期和晚期以及喜马拉雅期等4次重要的构造运动，且潜山表层均受到不同程度的风化剥蚀，有利于潜山内幕裂缝的形成。研究区古潜山发育以裂缝为主、沿裂缝发育的溶蚀孔隙为辅的孔隙-裂缝型储层，其裂缝方向受断裂控制，主要发育南北向和北东向裂缝，其次为北西向裂缝，以花岗片麻岩中发育的高角度构造缝为最有效的裂缝类型。

钻井资料揭示，研究区古潜山变质岩油气藏在剖面上具有近层状分布特征，平面上呈块状分布，连通性较差。潜山内幕自下而上发育相对致密带、裂缝破碎带和风化壳。单井剖面显示，裂缝破碎带的裂缝相对最为发育，也是研究区的主力裂缝储层发育带；其次是风化壳，表现为化学风化程度高、岩石较破碎、裂缝和溶蚀孔洞均比较发育的特征，但裂缝储层的发育受风化作用和后期充填作用的共同控制，因此风化壳不一定发育裂缝储层。虽然研究区古潜山内幕地层分布具有明显的分带现象，但未发育层状结构；单井钻探资料显示，潜山内幕地层受风化程度、构造位置等因素控制而表现出很强的非均质性，因此利用常规地震预测方法难以对古潜山油气藏的储层进行预测。

2 叠前弹性波阻抗反演原理

Connolly于1999年首次提出了弹性波阻抗（Elastic Impedance，简称EI）的概念［9］，并由Zoeppritz线性方程［10］推导得到EI反演公式，将纵波反射系数随炮检距变化的概念应用于叠后地震道的正、反演。弹性波阻抗随着入射角度的变化而发生变化，因此不能与声波波阻抗进行对比，且在某些边界区间求取的反射系数不稳定。此后，Whitcombe 在2002年对Connolly公式进行了归一化修正，引入密度常数和纵横波速度常数作为参考值，将弹性波阻抗归一化至声波波阻抗的尺度上［11］。

基于对弹性波阻抗理论的分析，笔者主要采用Whitcombe提出的EI反演公式对JZ25-1油田的古潜山变质岩油气藏进行叠前弹性波阻抗反演。反演过程中采用分形建模算法，综合叠前地震资料、测井资料和构造、地质认识等，计算得到弹性参数数据体，进而提高对有利目标的识别精度，准确确定弹性参数与目标识别参数的关系，有效地克服线性反演结果的局限性［12-15］。

3 裂缝储层预测

3.1 地震资料特征分析

研究区地震资料采集方位为120°，采集夹角约为20°，即地震资料采集方位的区间为100°～140°。相对于陆上全方位角地震资料来说，研究区属于窄方位角地震资料，因此常规的椭圆拟合裂缝预测方法在研究区具有局限性。通过地震剖面对比和正演模拟分析，确定研究区可检测出的裂缝走向为40°～110°和130°～200°，其地震资料采集方位与主要断裂走向近垂直，因此地震数据包含丰富的与断裂相关的信息，且其入射角满足叠前弹性波阻抗反演的要求。

3.2 横波速度反演

研究区共有7口探井钻至潜山内幕地层，其中w-2，w-3，w-5，w-7和w-8共5口井具有叠前弹性波阻抗反演所需的横波速度测井资料，而w-1和w-4井为老井，缺少横波速度测井资料。首先，以Xu-White模型为基础［16-17］，对7口探井的测井曲线进行归一化、去野值及标准化处理；然后，利用泥质含量、孔隙度、含水饱和度和自然电位曲线进行横波速度反演，拟合出w-1井的横波速度曲线；最后，对w-1井声波时差和密度的拟合曲线与实测曲线进行对比，根据其相似度来判别横波速度反演结果的质量。从w-1井声波时差和密度的拟合曲线与实测曲线的对比结果（图1）可以看出，其相似度较高，表明基于Xu-White模型进行的横波速度反演结果具有较高的准确度。

图1 JZ25-1油田w-1井声波时差和密度的拟合曲线与实测曲线对比Fig.1 Comparison between model ling curves and original curves of acoustic and density of Wellw-1 in JZ25-1 oilfield

3.3 入射角道集划分处理

通过保幅叠前特殊处理得到的CRP道集是叠前弹性波阻抗反演所必须的数据体。在进行叠前特殊处理过程中，须尽可能地同时保证高信噪比和覆盖次数的一致性，确保处理后入射角道集的真实性和一致性，这也是叠前特殊处理的关键。由于研究区地震资料入射角远偏移距地震道的部分区域动校未平，因此，为了不影响最终叠前弹性波阻抗反演结果，未校平的地震道集将不参与反演。通过分析对比，将研究区入射角道集分为6°，15°和22°，平均目的层覆盖次数达7次，最终得到入射角道集数据，同时确保每个入射角度地震数据均具有一定的覆盖次数和信噪比。

3.4 叠前弹性波阻抗反演

为判别研究区叠前弹性波阻抗反演的效果，在反演过程中使用2口老井（其横波速度由反演获得）和4口新井（具有实测横波速度），而具有实测横波速度资料的w-2井未参与反演，仅用于对反演结果进行对比分析以控制反演质量。由过w-2井的叠前弹性波阻抗反演剖面（图2）可以看出，虽然w-2井未参与反演，但与反演剖面的吻合度较高；反演剖面中的弹性波阻抗低值区（小于7×109g/（m2·s））为有利裂缝储层发育区，高值区为非储层。根据反演结果，可以将研究区古潜山地层划分为风化壳、裂缝破碎带、相对致密带以及上、下2套储层；其中，距古潜山顶面0～20ms（地层厚度约为60m）为风化壳，风化壳以下20～60ms（地层厚度约为110m）为裂缝破碎带，距风化壳底部60ms以下为相对致密带；上储层发育于风化壳顶部，储层厚度为34m，测试获产油量为159.1m3/d；下储层发育于裂缝破碎带，储层厚度为97m，测试获产油量为250.1m3/d；2套储层中间夹有厚度为17m的非储层，储层横向不连续，非均质性较强，与单井地质认识吻合。对研究区参与反演的6口探井和未参与反演的1口探井的统计结果表明，通过叠前弹性波阻抗反演可以识别出85%的裂缝储层，反演结果具有较高的准确度。

图2 JZ25-1油田过w-2井叠前弹性波阻抗反演剖面Fig.2 Pre-stack elastic impedance inversion section crossing Wellw-2 in JZ25-1 oilfield

3.5 裂缝储层孔隙度定量预测

利用地质统计学理论，综合分析研究区测井数据，发现其变质岩裂缝储层的孔隙度与纵波速度、横波速度、纵波波阻抗、横波波阻抗以及密度具有较明显的反比关系，其中横波波阻抗与孔隙度的相关性最好且呈线性关系（图3），即横波波阻抗越小，裂缝储层的孔隙度越大、物性越好，据此得到横波波阻抗与裂缝储层孔隙度的关系式为

式中：Zs为横波波阻抗，g/（m2·s）；φ为裂缝储层孔隙度，%。

图3 JZ25-1油田已钻井叠前弹性波阻抗与裂缝储层孔隙度的关系Fig.3 Relationship between pre-stack elastic impedance and reservoir porosity of the drilled well in JZ25-1 oilfield

根据横波波阻抗与裂缝储层孔隙度之间明显的负相关线性关系，可以将叠前弹性波阻抗反演得到的横波波阻抗换算为裂缝储层孔隙度。由研究区已钻井测井解释孔隙度与叠前弹性波阻抗反演计算孔隙度的对比结果显示，测井解释孔隙度与反演计算孔隙度的数值大小及变化趋势均具有非常高的吻合度，符合对变质岩油气藏裂缝储层预测的要求。JZ25-1油田已钻井的标定分析结果显示，其裂缝储层的平均孔隙度为6.8%，据此确定研究区裂缝储层的识别标准为：孔隙度小于2%为裂缝不发育，孔隙度为2%～6.5%为裂缝欠发育，孔隙度大于6.5%为裂缝发育，属于有效储层。

3.6 裂缝储层分布特征

研究区叠前弹性波阻抗反演裂缝储层预测结果（图4）显示，其古潜山变质岩油气藏裂缝储层分布特征在平面上表现为沿主要断裂呈北东向块状展布，且主要分布于潜山构造高部位（图4a），说明其裂缝发育主要受构造条件控制，后期受风化、溶蚀等作用影响；剖面上表现为储层连续性相对较差，具有不明显的近层状特征（图4b）。综合分析实钻资料及裂缝储层预测结果，认为裂缝储层发育带主要集中于研究区的中部和南部，目前主要的生产井均位于研究区中部，因此研究区南部孔隙度大于6.5%的局部构造高部位以及断裂发育带附近应为下部有利油气勘探区（图4a）。

图4 JZ25-1油田叠前弹性波阻抗反演预测裂缝储层分布特征Fig.4 Distribution features of fractured reservoir predicted by pre-stack elastic impedance inversion in JZ25-1 oilfield

4 结论

JZ25-1油田是以变质岩为主要储层的古潜山油气田，其储集空间复杂、非均质性强；利用叠前弹性波阻抗反演对其裂缝储层的孔隙度进行预测，进而分析裂缝储层的分布特征。研究结果显示，研究区古潜山内幕自下而上近层状发育相对致密带、裂缝破碎带和风化壳，变质岩裂缝储层的横向连续性差、非均质性强。研究区裂缝发育主要受构造条件控制，后期受风化、溶蚀等作用影响；主要发育上、下2套裂缝储层，其中上储层发育于风化壳顶部，化学风化程度较高，岩石较破碎，裂缝和溶蚀孔洞均比较发育，其储层裂缝的发育受风化作用和后期充填作用的共同控制；下储层发育于裂缝破碎带，裂缝相对较为发育，为研究区主力裂缝储层。综合分析实钻资料及裂缝储层预测结果，认为裂缝储层发育带主要集中于研究区的中部和南部，目前主要的生产井均位于研究区中部，因此研究区南部孔隙度大于6.5%的局部构造高部位以及断裂发育带附近应为下部有利油气勘探区。

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编辑 邹潋滟

App lication of pre- stack elastic impedance inversion to metamorphic reservoir prediction in JZ25-1 oilfield

Chen Xiaodong1，Shi Zejin1，2，Zheng Danzhu3

（1.College of Energy Resources，Chengdu University of Technology，Chengdu City，Sichuan Province，610059，China；2.Sate Key Laboratory of Oiland Gas Reservoir Geology and Exploitation，Chengdu University of Technology，Chengdu City，Sichuan Province，610059，China；3.School of Geoscience，China University of Petroleum（East China），Qingdao City，Shandong Province，266580，China）

The metamorphic buried hill reservoir that bearing hydrocarbons develops in JZ25-1 oilfield，in which the main reservoir space is fracture in the study area.The porosity is an important standard for fracture reservoir evaluation，so the key factors of reservoir exploration and development are effective predictions on fracture development zone and porosity. Metamorphic rock reservoir in JZ25-1 oilfield was predicted using pre-stack elastic wave impedance inversion by integrating previous research results and making a comprehensive analysis of well logging and seismic data.The recognition criteria of fracture reservoir in the study areawere determined through establishing the relationship between S-wave impedance and fracture reservoir porosity，and then the characteristics of fracture reservoir distribution were analyzed.Research results show that weathering crust，fracture zone，tight zone and two sets of reservoirs develop in the buried hill formation in the study area.The upper reservoir develops on the top of the weathering crust，and the lower reservoir develops in the fracture zone which is the main fracture reservoirs in the study area.The fracture reservoir spreads along the NE faults，and mainly distributes at structural highs of the buried-hill horizontally，while in the profile，it is characterized by poor reflec-tion continuity and nearly layered formation.The better fractured reservoir develops mainly in the middle and the south of the study area.Regional structural highs in the southern part with porosity larger than 6.5%and parts near the fracture development zone should be favorable areas for the next oil and gas exploration.

paleo-buried hill；pre-stack elastic impedance inversion；fractured reservoir；porosity prediction；metamorphic rock；Bohai Bay Basin

P631.445

A

1009-9603（2015）04-0069-05

2015-05-11。

陈晓东（1985—），男，山东邹平人，在读博士研究生，从事储层地质及储层预测研究。联系电话：13881903277，E-mail：honinbodosaku@126.com。

国家自然科学基金项目“薄互层油气藏地震多波波场分析研究”（41204091）。