西湖凹陷A区块致密砂岩储层地震响应研究

张丹妮

（中国海洋大学海洋地球科学学院海底科学与探测技术教育部重点实验室，山东青岛266100）

西湖凹陷A区块致密砂岩储层地震响应研究

张丹妮*

（中国海洋大学海洋地球科学学院海底科学与探测技术教育部重点实验室，山东青岛266100）

西湖凹陷位于东海陆架盆地东部坳陷带，油气资源非常丰富，具有较大的勘探潜力。该区目的层花港组岩性致密，渗透率较低，非均质性强烈，属于典型的致密砂岩储层。如何在低孔渗储层中寻找相对高孔渗的储层砂体是勘探面临的难题。首先利用井曲线交会法分析了井旁地层的岩性、物性、含气性，建立地质参数与地震参数的关系，然后根据地质参数建立不同的地震模型进行正演模拟，研究储层地震响应特征，最后利用波形聚类法预测储层分布。

致密砂岩储层;正演模拟;地震响应特征;波形聚类

东海陆架盆地西湖凹陷西邻海礁隆起和渔山隆起，东边界为钓鱼岛隆褶带，北东走向，面积约为4.6× 104km2，其新生界地层主要发育古新统（？）、始新统平湖组、渐新统花港组、中新统龙井组、玉泉组和柳浪组、上新统三潭组和第四系东海群。始新统平湖组和渐新统花港组是西湖凹陷的主要勘探目的层。经前人研究可知，西湖凹陷内花港组为坳陷期沉积的地层，以陆相沉积环境为主，主要发育辫状河流相、湖泊三角洲相、滨浅湖及浅湖相[1-2]，物源主要来自北部虎皮礁隆起和东部钓鱼岛隆褶带[3]。本文的研究工区位于西湖凹陷A区块，面积约为220km2，自北向南共有5口井：w1-w5，研究地层为花港组的一套致密砂岩，埋深约为3000～4000m，厚度约为130m。随着深度的增加，储层在压实作用下变得致密，物性条件较差[4]，目的层的致密砂岩储层具有埋藏深度大、致密化、横向变化快等特点，造成此区储层预测具有很大的难度。

近年来，西湖凹陷取得的重大勘探发现就归功于储层预测方法的提高。地震波在地下传播时会受到地层岩性、物性、含气性等影响，从而会记录地下相关信息，体现在振幅、频率、衰减等地震波特征上。地震响应特征研究就是从地震资料的振幅、频率、波形等信号特征内提取出有用的地下岩性、物性、含气性等信息[5-8]。本文通过分析测井、地震资料，结合储层地质特征，利用交会分析技术分析致密砂岩储层的岩石物理特征，再通过地震正演模拟与实际地震记录综合分析，研究该区致密砂岩气储层的地震响应特征，最后通过模糊逻辑波形聚类进行储层预测。

1 井曲线交会分析

1.1 岩性分析

根据对测井资料的基本认识，自然伽马和泥质含量能有效地区分砂岩与泥岩，并且两者呈非常好的正相关关系，因此以自然伽马作为岩性划分的标准，将自然伽马值高于80API认为是纯泥岩。对w1、w2、w3、w4、w5井的纵波速度、密度与纵自然伽马3个参数交会分析（见图1a），可知纵波速度与密度呈近似线性的正相关关系，自然伽马低值代表的砂岩主要分布在纵波速度低值、密度低值的区域，因此储层砂体具有低纵波阻抗的特征。

1.2 物性分析

对w1、w2、w3、w4、w5井的孔隙度、渗透率、自然伽马3个参数做交会图分析（见图1b），可知孔隙度与渗透率在w2、w3、w5井呈现较好的指数型正相关关系，在砂岩的前提下，孔隙度、渗透率越大代表物性越好。因此，该区域的储层砂体具有高孔隙度（＞10%）、高渗透率(＞1mD)的特征。

对w1、w2、w3、w4、w5井的孔隙度、纵波阻抗、自然伽马3个参数做交会图分析（见图1c），可知孔隙度越大，纵波阻抗值越小，进一步证明了西湖凹陷的有利储层砂体为低阻抗。

1.3 含气性分析

根据测井解释通常假设地层孔隙流体不是水就是油气，不存在其他情况，因此含水饱和度与含气饱和度之和为1，可以用含水饱和度来表示含气饱和度。对w1、w2、w3、w4、w5井的孔隙度、含水饱和度、纵波阻抗3个参数做交会图分析（见图1d），可看出西湖凹陷花港组储层的含水饱和度与孔隙度呈负相关，可认为含气饱和度随着孔隙度增加而增加。由此可以推断，含气饱和度是影响储层纵波阻抗的重要因素，含气导致了纵波阻抗降低。

经过对5口井测井曲线的岩性、物性和含气性交会分析，总结出该区储层砂体在地质上具有低泥质含量、低密度值、高孔隙度值（＞0.1）、高渗透率（＞1mD）和高含气饱和度的特征，在地震上具有低纵波速度（＜0.0155ft/μs）和低纵波阻抗[＜0.036ft·g/(μs·cc)]的特征。

2 地震响应特征分析

2.1 地震正演模拟

为了研究对储层砂体敏感的地震参数，本文利用地震正演技术对地质模型进行理论模拟，以地震波的传播理论为基础，通过设计模型的地震波速度、密度、孔隙度、流体性质等参数，合成相应的地震记录来解释不同物性、不同流体的砂体在地震上的响应特征。由于地下介质是复杂、多样的，在实际的解释中，通过合理地简化地震资料，提炼出地下介质中我们要关注的一些特征参数来建立地质模型。在本次研究中，由于目的层埋深3000m以上，而目的层平均厚130m，地层厚度及产状的变化相对埋深来说变化不大，因此我们假设地层为水平、均匀、连续的弹性体，地震波速主要受到地层岩性、孔隙度、流体性质的影响，而深度及压实的影响相比之下可以忽略。

2.1.1 模型1

根据本工区实际地质情况以及测井资料设计模型（见图2a）：模型从上到下总共分为3层，第一层和第三层代表低速泥岩，厚度皆为400m，速度为3800m/s，第二层为高速致密砂岩，厚200m，速度为4000m/s，其中致密砂岩中间设置一个含流体砂岩，宽200m，岩石骨架速度为4000m/s，孔隙度为10%。

根据地质模型生成地震记录，可知低速泥岩与高速砂岩交界处会产生强反射，并且砂体的顶底界面极性相反，致密砂岩的顶为波峰，致密砂岩的底为波谷；当砂岩孔隙变大并且含有流体时，会使砂岩的波速降低，从而导致波阻抗变低，与泥岩的波阻抗差变小，因此含气砂岩顶底界面的地震振幅减弱，极性反转，含流体砂岩顶为波谷，底为波峰。通过这以上的差别，可以区分泥岩、致密砂岩与含气砂岩的界面。

2.1.2 模型2

在模型1的基础上，设置3个同等大小且孔隙度分为30%、10%、1%的含气砂体，观察相同的含气砂体在孔隙度不同的情况下的地震响应区别（见图2b）。

从模型2生成的地震记录中可知，在围岩、岩石骨架及流体相同的情况下，随着孔隙度的增大，砂岩的速度降低，砂岩波阻抗减小，反映出的顶底界面振幅差异较大。在工区泥岩为低阻抗的背景下，当孔隙度为1%时，含气砂岩的波阻抗减少的不明显，与致密砂岩波阻抗基本近似，因此砂岩顶底界面地震振幅基本不变，仍是砂岩顶为波峰，底为波谷；当孔隙度增大到10%时，含气砂岩波阻抗降低到一定程度，与泥岩的波阻抗接近，因此砂岩的顶底界面为弱振幅响应；当孔隙度继续增大到30%时，砂岩的波阻抗低于泥岩，因此砂岩的顶底界面出现极性反转，显示为强振幅响应，砂岩顶为波谷，砂岩底为波峰。根据上述分析，可以利用地震的振幅以及形态来判断砂岩的孔隙度相对大小。

图2 模型及其正演模拟地震剖面

2.1.3 模型3

在模型2的基础上，将3个砂体孔隙度都设置为10%，岩石骨架参数不变，并且将其流体参数分别设置为饱和含水、饱和含气和干层（非烃类）对应的参数，观察相同孔隙度的情况下，饱和水、饱和气和干层的区别（见图2c）。

根据模型3的地震记录可知，在围岩、岩石骨架及孔隙度相同的情况下，饱和水波速最大，与泥岩近似；干层次之，略小于泥岩；饱和气最小，与泥岩速度差异最大。因此三者引起的地震波振幅响应各不相同，饱和水砂岩由于跟泥岩波阻抗近似，地震振幅响应最弱；干层比泥岩波阻抗稍小，地震振幅较弱，底界面比顶界面更加明显；饱和气砂岩与泥岩波阻抗差异最大，振幅响应最明显，顶界为强波谷，底界为强波峰，易于识别。

因此，通过分析地震波阻抗界面的响应特征（振幅大小、波形形态、极性等）可得知储层岩性、孔隙度大小以及含流体性质。砂泥岩界面有明显的强反射，并且顶底界面极性相反，其中致密砂岩（物性差）与泥岩的顶界面为强波峰，物性中等的砂岩与泥岩的顶界面为弱振幅，物性好的砂岩储层与泥岩的顶为强波谷，另外，孔隙流体对地震反射也有影响，其中含饱和气的地层振幅最强，最易识别。综上所述，本文所研究的相对高孔渗储层应该在顶界面具有强波谷，在底界面具有强波峰的地震响应特征。

2.2 地震响应分析

分别对5口井做合成地震记录，精确标定时深关系（见图3）。首先综合井分层数据和自然伽马曲线进行分析，确定了目的层顶和底的位置，可见5口井的地震剖面都在目的层顶和底发生极性反转。再根据各井的纵波速度、纵波阻抗、自然伽马、孔隙度曲线以及合成地震记录、井旁道的地震响应特征，判断储层的顶底，其中w3与w5井的平均孔隙度大于10%，认为该处砂体物性好，是有利的储层，储层顶界的地震响应为强波谷，底界为强波峰；w4、w2井平均孔隙度介于8%～ 10%，认为该处砂体物性中等，发育少量高孔渗的砂体，砂体顶界的地震响应为中、弱振幅，顶底界不明显；w1井平均孔隙度小于8%，认为该处砂体物性差，基本为低孔渗砂体，不是有利的储层，其砂体顶界为强波峰，底界为强波谷。通过以上认识，可通过地震波形的特征来判断该区致密砂岩气储层的顶底位置，从而进行储层预测。

图3 w1-w5井合成地震记录时深关系图

根据以上的分析，得到储层的顶底界面位置，利用模糊逻辑方法对储层段地震数据进行波形聚类，得到储层地震相和模型道（见图4），可见w3、w5井都属于第2类波形，波形特征为上部强波谷、下部强波峰、低频率；w1井为第5类波形，波形特征为上部中强波峰、下部强波谷、较高频率；w2、w4井则介于两者之间，主要为第3类波形，波形特征为弱振幅、低频率。因此，第2类波形可指示储层，主要分布于w3附近，以及w5井南侧，代表了物性好的辫状河河道砂体。通过测井曲线交会与地震响应分析，建立地质储层参数与地震参数的联系，以此预测致密砂岩气储层分布范围，在西湖凹陷A区块取得良好效果。

图4 波形聚类地震相及模型道

3 结论

（1）通过测井曲线交会分析，该区致密砂岩气储层在地质上具有低泥质含量、低密度值、高孔隙度值（＞0.1）、高渗透率（＞1mD）和高含气饱和度的特征，在地震上具有低纵波速度（＜0.0155ft/μs）和低纵波阻抗[＜0.036ft·g/(μs·cc)]的特征。

（2）在测井、地质资料的指导下，根据地震响应特征研究得知该区物性最好的储层具有顶界强波谷、底界强波峰的特征，非储层具有顶界强波峰、底界为强波谷的特征，因此可通过波形聚类方法进行储层预测。另外，比较难识别是物性中等的储层，由于储层为弱振幅，要识别其顶底界面，还需进一步探讨。

[1]胡明毅,柯岭,梁建设.西湖凹陷花港组沉积相特征及相模式[J].石油天然气学报,2010,32(5):1-5.

[2]王文娟,张银国,张建培.东海盆地西湖凹陷渐新统花港组地震相特征及沉积相分布[J].海相油气地质,2014,19(1):60-68.

[3]郝乐伟,刘畅,王琪,王欢,马晓峰,唐俊,廖朋.西湖凹陷古近系花港组物源区特征分析[J].天然气地质学,2011,22(2):315-322.

[4]张雷,姜勇,等.西湖凹陷低孔渗储层岩石物理特征分析及叠前同步反演地震预测[J].中国海上油气(地质）,2013,25(2): 36-39.

[5]沈谦.致密砂岩气层的地震响应特征研究[D].长江大学, 2012:13-30.

[6]李勇根,徐胜峰.地震岩石物理和正演模拟技术在致密砂岩储层预测中的应用研究[J].石油天然气学报：江汉石油学院学报，2008,30(6):61-65.

[7]余振,王彦春,何静,张丰麒,王大全.富含油储层地震响应特征分析[J].现代地质,2012,26(6):1251-1256.

[8]张旭光.玉北地区碳酸盐岩储层地震响应特征研究[J].石油物探,2012,51(5):494-500.

P631.44

A

1004-5716(2016)04-0051-04

2016-01-23

2016-01-25

张丹妮（1990-），女（汉族），广东梅州人，中国海洋大学在读硕士研究生，研究方向：地震储层预测。