地震勘探技术在煤系非常规气富集区预测中的应用

王树威

地震勘探技术在煤系非常规气富集区预测中的应用

王树威

(中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安 710077)

为了预测鄂尔多斯盆地东缘某勘探区煤系非常规气的资源富集区，采用地震勘探方法在这一新领域进行预测。首先，利用叠后波阻抗反演技术对储层进行岩性预测，通过波阻抗阈值得到样点个数，再与采样率计算出时间厚度，然后乘以岩层速度得到岩层厚度；其次，采用叠前AVO反演技术对储层进行含气性预测，经过分析含气饱和度与AVO相关属性参数之间的关系，得出与有利含气区敏感性最高的属性特征。最后，把储层厚度较厚和呈低拟泊松比属性特征的区域划定为各层含气有利区，并对勘探区下石盒子组八段、山西组和本溪组的砂岩气和页岩气进行了富集区预测，钻井验证效果较好。资源富集区的预测结果表明，地震勘探技术在该区域对煤系非常规气这一新领域的预测是可行的，此方法对其他区域煤系非常规气资源富集区的预测有借鉴意义。

鄂尔多斯盆地东缘；煤系非常规气；波阻抗反演；AVO反演；低拟泊松比

鄂尔多斯盆地是我国第二大沉积盆地，其涵盖陕甘宁三地，面积广，达37万km2[1]。作为中国具有“聚宝盆”之称的重要能源基地，更有“上油下气”的说法，其东缘煤层气、致密砂岩气和页岩气储量都非常丰富。其四周群山怀抱，三面黄河环绕，西部和北部大漠荒原广布，东部和南部黄土梁峁交错。鄂尔多斯盆地东缘是我国目前煤层气勘探开发的热点地区之一，也是国内开展煤系非常规气勘探活动最早的地区之一[2]，其东缘蕴含着丰富的致密砂岩气和页岩气资源，主要赋存于二叠系河道砂体中[3]。

20世纪70年代，美国页岩气研究已经开展了三维地震勘探工作，并充分显示出地球物理技术已经成为页岩气勘探开发中必不可少的手段[4]。煤层气、页岩气、致密砂岩气等煤系非常规气共生共存的现象已日趋受到业界的关注[5-6]。研究表明煤及富有机质泥页岩为煤系非常规气系统的烃源岩，致密砂岩的孔隙度最大，煤层次之，页岩孔隙度最小；砂岩渗透率最大，比泥岩和煤层高很多；页岩气沿层面以顺岩层运移[7-8]。目前，国家对煤系非常规气的开发利用程度还很低，所以进行除了煤层气以外的多气联合勘探开发具有显著的经济和社会效益[9]。

21世纪以来，油田上对致密砂岩和页岩的储层含气性富集区预测主要是针对叠前的地震资料，利用叠前的AVO(Amplitude Versus Offset，简称AVO)地震属性及叠前弹性波阻抗进行含气性预测研究，效果很好[10]。但是，针对煤系非常规气中的砂岩气和页岩气等资源富集区的地震勘探预测目前研究较少，进行的工程实例也很少，砂、页岩气储层的岩石实验分析技术及物理基础研究还属空白。本文结合鄂尔多斯盆地东缘某工区二维地震勘探实例，为实现多气共探，针对鄂尔多斯盆地东缘储层中的砂岩气和页岩气富集区预测开展了地震勘探工作(主要将地震方法用于含气储层的分布、厚度及储层物性、含气性等方面预测)。

1 预测方法

煤系非常规气富集区预测包含岩性预测和含气性预测两个方面。

岩性预测是通过叠后波阻抗反演技术实现的，以叠后地震资料为基础，属于振幅反演方法，它利用叠后地震反演来分析地震道，重建地层的速度和声阻抗结构[11-12]。

含气性预测是通过叠前AVO反演技术实现的，地震反射振幅随炮检距变化的研究是在叠前道集上分析振幅随炮检距的变化规律，估算岩石的弹性参数、分辨岩性和孔隙填充物，预测油气资源量，主要是利用反射系数随入射角变化的基本原理[13-14]。

1.1 岩性预测

目前，使用约束稀疏脉冲反演算法是一个趋势，约束脉冲背景下的稀疏脉冲反演方法，其根本依据是假设地下的岩石界面中，强反射系数的界面是稀疏排列分布的，而不是连续分布的[15]。约束稀疏脉冲反演(Constrained Sparse Spike Inversion)的目标是利用约束井资料及地震反射系数建立声波阻抗数据体[16]。

具体分为4个步骤：测井一致性校正、初始模型建立、反演子波提取和波阻抗数据体反演。首先利用各岩性在测井曲线上的响应差异，精细划分出所选用井的煤层、砂岩、泥岩和页岩所发育的位置。然后通过岩石物理分析，对波阻抗曲线，自然伽马曲线以及岩性曲线等作交会分析，试图得到区分目标岩性的曲线波阻抗属性阈值。然后统计每个CDP点该层波阻抗阈值以上(或以下)样点的个数，样点个数×采样率/2作为本层的时间厚度，再与岩层速度相乘得到岩层的厚度[17]。

1.2 含气性预测

AVO是在叠前道集上对“振幅随炮检距变化”的特征进行分析，以此对岩石中孔隙流体的性质和岩性做出预测[18]。它的基本原理是平面波在分界面上的反射和透射理论。

具体步骤分为3个步骤：叠前道集分析及处理、储层含气性测井响应特征分析和梯度–截距属性提取。通过分析截距和梯度的变化规律，了解储层气含量与AVO属性之间的关系[19]。再利用叠前CRP道集，提取目的层AVO截距和梯度的属性[10]。在分析了含气井与非含气井井旁道AVO响应特征的基础上，拟泊松比(+)两种属性作为AVO流体因子敏感属性检测储层的含气性，最后提取井口位置的拟泊松比属性特征。

2 应用研究

研究区位于鄂尔多斯盆地东部，区内山高谷深、地形复杂[20]。研究区的地势总体为东高西低，属侵蚀较为强烈的梁峁状黄土地貌。基岩地层仅出露于沟谷地带，山顶、山梁大面积为黄土覆盖。勘探区为二维工区，有4条二维测线。

2.1 处理思路

原始资料总体表现为：记录面貌良好，大部分炮集记录信噪比较好，但由于激发条件不同(有洛阳铲打的土孔和山地钻打的基岩孔)单炮之间的频率变化较大；反射波信号很强，有效波频率范围为15~70 Hz，主频约33 Hz。

根据地质任务要求做煤系非常规气富集性预测，需要做AVO属性分析及岩性反演，因此，在构造勘探基础上，保幅处理是重中之重。需要在解决激发和接收条件不同带来的振幅和频率差异的基础之上，同时得到较高的纵、横向分辨率。

2.2 叠后反演及效果分析

勘探区煤层、砂岩、泥岩、灰岩在物性与电性特征存在很大的差异，测井响应(GR、AC、RHOB、电阻率测井系列曲线)各异，以T-01井为例(图1)，煤层表现为低密度与高声波时差(最显著特征)、低自然伽马、高电阻率；泥岩为高自然伽马(区别于煤、砂岩、灰岩的最显著特征)、电阻率一般较低；砂岩为低自然伽马(一般呈箱型、钟型、漏斗型、指状)、与泥岩相比高电阻率、高纵波速度、高孔隙率；灰岩表现为极低的自然伽马与极高的电阻率(显著特征)、高纵波速度、较高的密度。

首先利用各岩性在测井曲线上的响应差异，精细划分出所选用井的煤层、砂岩、泥岩所发育的位置。然后通过岩石物理分析，对工区内各井孔的波阻抗曲线，自然伽马曲线以及岩性曲线等作交会分析，找到区分目标岩性的曲线波阻抗属性阈值[21]。

在下石盒子组、山西组和本溪组时窗内，分别得到井孔自然伽马曲线与波阻抗曲线的交会图(图2)，从图2可见波阻抗参数在各个层组内均能区分砂岩和泥岩，但是阈值不相同，随着埋深增大波阻抗阈值逐渐增大，符合常规的地质认识。所以也可以通过波阻抗反演获取各地层砂岩、页岩的分布，并求取其厚度。

图1 T-01井各测井曲线相应特征示意图

图2 不同地层自然伽马与波阻抗交会图

根据各个层段的自然伽马与波阻抗交会分析得到表1。预测岩层厚度的基本方法是统计每个CDP点该层波阻抗阈值以上(或以下)样点的个数，样点个数×采样率/2作为本层的时间厚度，再与岩层速度相乘得到岩层的厚度。

表1 岩层波阻抗范围统计

图3为区内主测线D1线下石盒子组八段–本溪组的岩性预测剖面图，图中分别标出了各地层砂、页岩的位置，该图反映了下石盒子组八段、山西组和本溪组含气层的分布特征和厚度变化趋势。可以看出，D1线含气层整体埋深及厚度是西部大于东部。

2.3 叠前AVO反演及效果分析

通过测井资料对比，利用研究区内有含水饱和度的测井成果资料，分析该区含水饱和度与储层密度、声波时差和泊松比之间的关系，为储层含气性预测提供理论基础，图4为下石盒子组八段含水饱和度分别与声波时差、密度和泊松比的交会图。从图中可以看出，声波时差随含水饱和度的增大而减小，这意味着地层速度随含水饱和度的增大而增大，密度随含水饱和度的增大而增大，泊松比随含水饱和度的增大而减小。基于AVO可以得到截距和梯度属性，通过分析含气饱和度与AVO的关系，对储层含气性进行反演预测。

图3 D1线岩层厚度预测剖面(下石盒子组八段–本溪组)

图4 下石盒子组八段含水饱和度与弹性参数交会图

分析截距和梯度的变化规律，了解储层含量与AVO属性之间的关系。利用叠前CRP道集，提取了目的层的AVO截距和梯度属性。在分析了含气井与非含气井井旁道AVO响应特征的基础上，拟泊松比(+)两种属性作为AVO流体因子敏感属性检测储层的含气性。提取井口位置的拟泊松比属性特征，认为有利含气区呈低拟泊松比特征。

2.4 储层含气量预测

通过以上对AVO属性和含气性之间的理论关系可知，储层AVO异常能反映区域含气量的大小，储层AVO异常越强，表明区域含气量越高；相反，储层AVO异常越弱，表明区域含气量越低，因此，可以利用AVO理论来预测区域含气量：当储层含气量越大，拟泊松比值越小，储层含气量越小，拟泊松比值越大。图5为下石盒子组八段、山西组和本溪组等各测线拟泊松比属性图，图中冷色调代表拟泊松比值高，则含气量小；暖色调代表拟泊松比值低，则含气量大。

2.5 含气富集区预测

影响储层含气富集区分布的主要因素是储层含气饱和度和储层厚度，最终结合储层含气性和储层厚度对资源富集区进行了预测分析。

图5 测区不同地层拟泊松比属性图

图6为下石盒子组八段、山西组、本溪组各测线拟泊松比属性与储层厚度趋势叠合图，根据低拟泊松比区域及储层厚度较厚区域划定各层含气有利区。主测线D2线西侧小号头为下石盒子组八段资源富集区，主测线D2线西部和中部为山西组资源富集区，主测线D2线西北角为本溪组资源富集区。

图6 测区不同组拟泊松比–砂岩厚度叠合图

2.6 预测区验证

D2线西侧施工了3个钻孔SX-001、SX-002和SX-012，其中SX-001和SX-012在下石盒子组八段、山西组和本溪组均见气，SX-002仅在本溪组见气。分析原因可能是主测线D2线区外的构造引起，SX-001和SX-012位于D2线南侧，SX-002位于D2线北侧，推测北侧区外有大的断层存在。3个验证孔均见气，验证效果较好。

3 结论

a. 以地震叠后资料及已知测井曲线为基础，通过叠后波阻抗反演技术，实现岩性预测；通过二维地震叠前道集AVO反演技术，实现了储层的含气性预测。结合二者得出低拟泊松比及储层厚度较厚区域可划定为各砂岩层和页岩层含气有利区。

b.鄂尔多斯盆地东缘煤层气地震勘探预测研究较多，此次针对煤系非常规气中砂岩气和页岩气利用地震勘探方法建立了系统的预测流程，该方法预测结果与钻孔揭露基本一致。

c.实际资料应用表明，该方法在鄂尔多斯盆地东缘煤系非常规气富集区预测中具有一定的适用性，能够为其他区域煤系非常规气地震勘探预测提供借鉴。

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Application of seismic exploration technology in forecasting unconventional gas enrichment area of coal measures

WANG Shuwei

(Xi’an Research Institute Co. Ltd., China Coal Technology and Engineering Group Corp., Xi’an 710077, China)

For forecasting unconventional gas enrichment area in coal measures of eastern Ordos basin, seismic exploration was used to forecast the gas in this new field. First of all, it took the post-stack impedance inversion to forecast the lithology of the reservoir, it can get the number of sample points from the impedance threshold, and get the thickness of time by calculating the sampling rate, after that it can get the strata thickness by multiplying the thickness of time and the velocities of strata; second, it took the pre-stack AVO inversion to forecast the lithology gas-bearing properties of the reservoir, based on analyzing the relationship between gas saturation and the related AVO attribute parameters, we got the most sensitive attribute parameter of the favorable gas bearing areas. At last, it took the thicker reservoir and the low pseudo-Poisson’s ratio attribute feature as the favorable gas bearing areas, and it forecasted the enrichment area of sandstone gas and shale gas in eighth member of Shihezi Formation, Shanxi Formation and Benxi Formation of the exploration area, and drilling verified that the effect is good. The result of forecasting the enrichment area shows that seismic exploration forecasting this new field of unconventional gas enrichment area in coal measures in this region is feasible, and this method has a reference meaning for forecasting unconventional gas enrichment area in coal measures in other areas.

eastern Ordos basin; unconventional gas in coal measures; impedance inversion; AVO inversion; low pseudo-Poisson’s ratio

P631

A

10.3969/j.issn.1001-1986.2019.04.024

1001-1986(2019)04-0159-06

2019-01-15

中煤科工集团西安研究院有限公司科技创新基金项目(2017XAYZD10，2013XAYCX018)

Science and Technology Innovation Fund of Xi’an Research Institute of CCTEG(2017XAYZD10，2013XAYCX018)

王树威，1985年生，男，河南郑州人，助理研究员，硕士，从事煤田地震勘探及煤田地质工作. E-mail：330277318@qq.com

王树威. 地震勘探技术在煤系非常规气富集区预测中的应用[J]. 煤田地质与勘探，2019，47(4)：159–164.

WANG Shuwei. Application of seismic exploration technology in forecasting unconventional gas enrichment area of coal measures[J]. Coal Geology & Exploration，2019，47(4)：159–164.

(责任编辑 聂爱兰)