AVO分析技术在塔中碳酸盐岩油气检测中的应用

鲜 强， 蔡志东， 王祖君, 王熊飞, 梁国平, 吕海清, 张 磊, 靳懿鑫

1.中国石油东方地球物理公司研究院 库尔勒分院，库尔勒 841000; 2.中国石油东方地球物理公司 新兴物探开发处，涿州 072750)

AVO分析技术在塔中碳酸盐岩油气检测中的应用

鲜 强1， 蔡志东2， 王祖君1, 王熊飞1, 梁国平1, 吕海清1, 张 磊1, 靳懿鑫2

1.中国石油东方地球物理公司研究院 库尔勒分院，库尔勒 841000; 2.中国石油东方地球物理公司 新兴物探开发处，涿州 072750)

塔中西部奥陶系为不整合面相关的岩溶风化壳型油气藏，储层被不同的流体及泥质充填后，储层的地震响应都为“串珠状”反射，储层的AVO响应是不同的。在对地震、测井及地质资料分析的基础上，利用AVO分析技术对其流体属性进行预测。AVO分析技术主要包括正演及反演两个方面，通过正演可以认识到储层充填不同流体的AVO响应，从而确定AVO异常的类型，然后AVO属性反演(P,G等属性)预测不同的流体，最终达到降低勘探风险的目的。

AVO； 碳酸盐岩； 油气检测； AVO调谐效应

0 前言

AVO译为振幅随偏移距的变化，是继“亮点”技术后又一项烃类检测技术。它作为一种含气砂岩的异常地球物理现象,最早在20世纪80年代初被Ostrander[1]发现。这一现象表现为，当储层砂岩含气后,地震反射振幅随炮检距会发生明显的加大[2]。早期这项技术在区分真假“亮点”发挥了巨大的作用，现在主要用于AVO反演进行叠前油气检测，方位AVO裂缝预测等。

1 AVO理论基础

AVO现象(振幅随偏移距变化)是由地震反射上、下界面岩性及流体差异引起的，其理论依据为Zoeppritz方程，前人(Aki、Richards[3]及Shuey[4])对其进行了简化：

R(a)=P+Gsin2a

式中:R为反射系数;α为入射角;P为AVO截距零炮检距处的反射系数;G为AVO斜率振幅随入射角变化的比例系数。该方程适用在入射角>300。通过AVO反演得到的P、G以及二者的组合可以定性进行岩性、油气的预测。

Rutherford等[5]根据气层的波阻抗特征和泊松比特征,将在气层中反射波的 AVO作用分为 3类；Castagna[6]根据 AVO 的属性截距和梯度的位置将 Rutherford的模型扩展为 4类。第 1类高阻抗砂岩,AVO特征为振幅随偏移距增大而减小，在远偏移距出现极性翻转(图1)，在叠加剖面上易形成“暗点”反射。第2类近零波阻抗差砂岩，储层与围岩阻抗差异较小，振幅随偏移变化较小，AVO现象不易观察，第3类和第4类为低阻抗含气砂岩，极性为负，3类AVO特征为振幅随偏移距增大而增大，在叠加剖面上表现为“亮点”反射。4类AVO特征为振幅随偏移距增大而减小。

图1 Rutherford气层分类模型[6]Fig.1 The four kinds of gas sand for AVO

前期AVO研究主要针对碎屑岩建立相应的正演模型，前人[7～9]针对孔隙型碳酸盐岩建立了AVO模型，本次研究在确定AVO异常的类型后,通过AVO反演可以得到P、G等属性，将P、G进行交汇，然后将AVO异常进行投影，最终对油气进行预测。

2 塔中地区地质特征

塔中西部奥陶系为大型岩溶风化壳型油气藏，目地层鹰山组的沉积环境为开阔台地相，岩性主要以灰岩为主，后期遭受岩溶改造发生了白云岩交代，形成了云质灰岩及灰质云岩。在鹰山组沉积后，发生了整体的构造抬升，一间房组整体缺失，局部鹰一段缺失，鹰二段直接与上覆地层良里塔格组接触。由于这次抬升作用使得鹰山组暴露剥蚀在鹰山组顶面，形成了一套岩溶风化壳型的储层。因埋藏较深(6 000 m)，使得储层的基质孔隙消失殆尽(<2%)，在后期的断裂及岩溶改造下，次生孔隙如溶蚀孔洞、裂缝为其主要的储集空间(图3)。因此储层的非均质性强，后期又被油气水及泥质充填，储层响应都为串珠状反射。碎屑岩孔隙主要为粒间的原生孔隙，碳酸盐岩主要为次生溶孔，白云岩孔隙结构与碎屑岩的相当，而灰岩的孔隙机构比碎屑岩及白云岩的更复杂，埋藏较深，流体充注复杂，对其进行油气预测困难较大。

3 AVO正演模拟及可行性分析

通过前面的分析，本研究区的储层具有埋藏深、低孔、低渗各向异性强，AVO检测窗口随着深度及其构造复杂而减小[10]，AVO分析技术是否在本研究区实用，本次主要通过分析储集空间充注不同流体：油气、水及泥质进行AVO模型正演，分析不同流体AVO响应异常。

在工区内分别选取了1口水井、1口井储层泥质充填，及1口油井进行AVO正演模拟。1井试油日产水115 m2，其AVO响应为振幅随偏移距增大不变(图2)1井与经典的4类AVO异常相似。2井测井解释为洞穴泥质充填，其振幅随偏移距增大而减小(图5)，2井属于2类AVO异常(图3)。3井高产油气井目前累产油4×104 m3，其振幅随偏移距增大而增大(图4)。3井属于经典的3类AVO异常，通过不同类型井的正演可知，本研究区储层含油后的AVO响应为振幅随偏移距增大而增大。

图2 1井AVO正演及井旁道集对比图Fig.2 Well 1 AVO forward model versus gathers

图3 2井AVO正演及井旁道集对比图Fig.3 Well 2 AVO forward model versus gathers

4 基于流体替代的AVO正演

流体替代基于Gassmann方程，通过对孔隙中的不同流体的替换，可以计算出在相同孔隙下，充填不同流体的岩石弹性模量，进而计算替代后的岩石的密度与速度(表1)。

表1 不同类型储层流体参数表

影响AVO分析因素很多，除了采集、处理参数的影响，还有复杂的地质条件等。埋藏深使得储层不仅为低孔、渗各向异性强，而且压实作用的有效储层厚度薄，洞穴型储层一般小于2 m，在钻到洞穴顶部容易发生井漏,从而难以钻进，同时难以测得有效的井曲线。裂缝-孔洞型储层发育厚度也不大，基本在10 m左右。本研究区地震储层的极限分辨率为λ/8=v/f/8,速度为6 200 m/s,主频为20 Hz，得到目的极限分辨率30 m，在小于地震分辨率时，容易产生薄层AVO的调谐作用，使得的AVO效果减弱。

本次研究使用的是块状模型，这个模型是个理论化的模型，主要用于消除各种影响因素，并且在储层厚30 m，顶底面(>=30 m)相互不干扰的情况下,分析振幅随偏移距变化，由于洞穴型的储层曲线难以测量，本次研究主要正对裂缝-孔洞型的储层进行分析。含气储层振幅随偏移距的增大而增大，含水及含泥的储层振幅随偏移距增大而减小(图5)。含水后的AVO响应是减小与实际的含水AVO响应不变有偏差。对于含油气的储层的AVO在远道(大偏移距)变化较剧烈，而含水及含泥的储层在中偏移距时，出现变化。

图5 块状模型AVO正演模拟Fig.5 AVO forward model of block

通过以上分析，可以得到如下认识：

1)不论是何种类型的储层，振幅随偏移距增大而变化，没有出现极性反转，都是同相叠加，因此叠加的结果都为强反射，只是强弱的幅度不同，这也说明了虽然不同类型(气、水、泥质)叠后响应都为串珠状反射，但是叠前AVO响应是不同的，可以对其进行流体检测。

2)碳酸盐岩含油气储层的AVO响应为3类AVO响应，而含水及含泥的储层AVO响应相当于砂岩4类AVO响应。与实际的AVO现象对比，含油气道集的AVO相应与实际的一致，实际含水道集AVO响应与正演模拟的不一致，前面以及分析影响因素，可能是一个也可能是多个因素共同作用。

5 AVO流体检测

在确定AVO响应类型后，可以通过梯度与截距交汇确定出AVO流体异常。3类(油气)AVO响应在第4象限。4类(泥和水)AVO响应在第3象限。可以直接用梯度进行AVO检测，储层发育波谷位置，振幅为负。梯度为负的，表示绝对振幅增加，为3类AVO响应。梯度为正值，绝对增幅减小，为4类AVO响应。由前面正演模型得到的结论是含泥振幅是减小的，含水后的响应理论与实际不一致，但是总体上与含油气后振幅是增大的能区分出来。因此，也可以应用梯度进行油气检测。

应用前面的正演分析可知，虽然不同类型的物质充填储层的AVO响应不同，但是整体都没有出现极性反转现象，不同类型的储层的叠后响应都为“串珠状”反射(图6)，不同的是储层地震反射强度有差异，当储层纵向规模较大时，表现为多峰多谷。

在叠前的梯度剖面上，将减小和不变的梯度值设置为背景色，而将增大的梯度值设置为暖色，就可直接利用梯度进行油气检测。小井和干井整体在梯度剖面表现为冷色，而油井表现为暖色(图7)。

研究区裂缝型储层发育规模较大(深绿色)，而裂缝孔隙型储层发育规模次之，发育在构造的高部位(黄色)，裂缝-空洞型储层主要发育在构造高部位及走滑断裂附近，呈点装分布连篇性差，这主要是由于研究区储层为潜山型岩溶型储层，后期被断裂改造，因此地貌高及断裂附近是有利储层发育部位。但碳酸盐岩非均质性较强，差异溶蚀作用使得储层并未大面积连篇发育，形成了相对独立的溶蚀孔洞。

图6 不同类型储层地震响应剖面Fig.6 The seismic profile of different reservoirs(a)井1； (b)井2； (c)井3

图7 不同类型储层梯度响应剖面Fig.7 The G profile of different reservoirs(a)井1； (b)井2； (c)井3

图8 塔中某区奥陶系鹰山组储层预测图Fig.8 The reservoir prediction plan of Ordovician Yingshan formation in some area of Tazhong

对于研究区的油气分布与储层分布存在较大差异，储层预测的工区中的河道在油气预测图上没有消失，由于河道位于中低位置，储层易被水或泥质充填。油气一般分布在构造高部位，在储盖组合较好的断裂附近也有较好地显示。在河道附近的高部位也是油气聚集成藏的有利部位。通过对本区内43口“串珠”型井用梯度进行油气检测，有36口吻合，吻合率为83%。因此，对于“串珠”型储层的井可以用AVO及梯度进行油气检测。

图9 塔中某区奥陶系鹰山组油气预测图Fig.9 The oil and gas detection plan of Ordovician Yingshan formation in some area of Tazhong

另外研究区还发育片状中-强反射及弱反射等类型的储层，通过与实钻资料对比认为片状地震反射是—裂缝-孔隙储层的响应，对于弱反射则是裂缝型储层为主的地震响应。由于研究区孔隙欠发育，对于片状强反射而言，整体储集规模有限，导致开发效果欠佳。对于裂缝是其主要的储层，研究区为致密型的碳酸盐岩为围岩，酸压难以改造沟通储层，裂缝作用为疏导体系，储集能力有限，总体难以量产。在地震尺度，中强片状发射在道集上能成像，而弱反射在道集上难以成像，因此对于串珠状反射的储层及片状强反射储层，可以用AVO及属性进行油气检测，而弱反射受资料品质限制，不能进行油气检测。

6 认识

通过正演与实际的AVO道集分析对比，AVO分析技术可以在塔中地区正对碳酸盐岩储层进行油气检测，并且得到如下认识：

1)对于裂缝-孔洞型储层，充填不同流体后其叠后的地震响应都为“串珠状”反射。但是AVO的地震响应对于不同流体是不同的，因此是可以用AVO及其属性进行油气检测。

2)对不同类型的储层进行分析，对于裂缝孔洞型及孔隙型储层是可以用AVO及属性分析进行油气检测，而对于裂缝型储层由于受资料品质的影响，难以进行油气检测。

3)对于裂缝孔洞型储层，含油气后AVO响应特征为振幅随偏移距增大而增大，含水或泥质充填储层AVO响应为振幅随偏移距增大而减小，对于裂缝孔洞型储层油气检测的吻合率在83%。

[1] OSTRANDER W J. Plane waves reflection coefficients for gas sands at normal angles of incidence[J].Geophysics, 1984, 49 (10) : 1637-1648.

[2] 潘仁芳.AVO的内涵与外延[J].石油天然气学报(江汉石油学院学报)，2006，28(2)： 50-51. PAN R F. Intension and Extension of AVO[J] .Journal of Oil and Gas Technology,2006,28(2):50-51.(In Chinese)

[3] AKI K I, RICHARDS P G.Quantitative Seismology[M]. San Francisco,Freeman,1980.

[4] SHUEY R T. A simplification of the Zoeppritz equation[J]. Geophysics, 1985,50(4):609-614.

[5] RUTHERFORD S R, WILLIAMS R H. Amplitude versus offset variations in gas sands [J].Geophysics, 1989, 54 (6): 680-688.

[6] CASTAGNA J P.Framework for AVO gradient and intercept interpretation[J].Geophysics, 1998, 63 (3): 948-956.

[7] 郭旭升,凡睿.AVO技术在普光气田鲕滩储层预测中的应用[J].石 油 与 天 然 气 地 质,2007,28(2): 198-199. GUO XU S, FAN R. Application of AVO techniques to reservoirs prediction of oolitic beach facies in Puguang gas field[J]. OIL& GAS GEOLOGY,2007,28(2):198-199.(In Chinese)

[8] 孙海宁,王晓梅, 刘来祥. AVO技术在识别充填流体溶洞中的应用[J].物探与化探，2008,32(4)：397-400. SUN H N, WANG X M,LIU L X. The Application of AVO to the predication of water erodedcaves filled with liquids for carbonate reservoirs[J]. Geophysical & Geochemical Exploration，2008,32(4)：397-400.(In Chinese)

[9] 陈 军, 张虎权,王锦喜. AVO技术在碳酸盐岩缝洞型储层预测中的应用[J].石油地球物理勘探，2014,49(6):1191-1198. CHEN J,ZHANG H Q,WANG J X. Carbonate fracture-cave reservoir predicition with prestack AVO[J]. Oil Geophysical Prospecting, 2014,49(6):1191-1198.(In Chinese)

[10] PER AVSETH,TAPAN MUKERJI,GARY MAVKOD,et al.Quantitative Seismic Interpretation[M].Beijing:Petroleum Industry Press,2009.

Application of AVO in hydrocarbon detection at Tazhong area

XIAN Qiang1, CAI Zhidong2, WANG Zujun2, WANG Xiongfei1, LIANG Guoping1, LV Haiqing, ZHANG Lei1, JIN Yixing2

(1.Korla Branch of Bureau of Geophysical Prospecting CO.,Ltd, CNPC, korla 841000,China;2.Development and Production Seismic Division,BGP Inc.,CNPC Zhuozhuo 072750,China)

The Ordovician strata of west Tazhong area is the weathering karst reservoir connected with unconformity. When reservoirs are filled by brine, oil and shale, the seismic responses of the reservoirs are the "bead-like" reflections, but the AVO responses are different. We analyze seismic, logging and geological data. AVO analysis technique is used to predict the fluids property in this paper. AVO analyzing technology mainly includes two aspects, the forward modeling and inversion modeling. The forward modeling can be used to recognize the AVO response of different fillings property and determine the type of AVO abnormal. Then we can predict different fillings by means of AVO attributes inversion (such as P, G attributes). Ultimately, we can achieve the goal of lower the exploration risk.

Tazhong area; AVO; carbonate rock; hydrocarbon detection; tuning effect of AVO

2016-03-01 改回日期：2016-03-25

中国石油集团重大专项(2014E-2109JT)

鲜强(1981-)，男，硕士，工程师，主要从事碳酸盐岩地震、地质综合研究， E-mail：xq2977@163.com。

1001-1749(2017)02-0260-06

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2017.02.17