频散AVO技术在南海南部盆地深水区流体检测中的应用*

张 莉 雷振宇 苌 亮 骆帅兵 钱 星

(1. 自然资源部海底矿产资源重点实验室 广东广州 511458； 2. 广州海洋地质调查局 广东广州 511458；3. 北京奥能恒业能源技术有限公司 北京 100083)

近年来，深水领域油气勘探不断取得成功，在墨西哥湾、巴西、西非、俄罗斯和东南亚等的深水地区陆续发现了大型油气田。与国外成功的深水油气勘探区类似,中国南海深水区拥有较大的勘探潜力。然而在中国的深水区，勘探程度较低，钻井资料少，如何仅用地震资料进行流体检测是地球物理研究的方向之一。

双相介质理论认为，地震波经过岩石流体后，会发生与频率有关的频散和衰减现象。因此可以利用频散和衰减属性进行流体检测。很多学者也研究了速度频散、地震反射特征以及AVO之间的关系，证实了地震波经过多孔等效介质时，会产生频散现象，反射系数随频率而变化[1]，由于速度频散，导致在Ⅰ类AVO中，反射波能量集中在高频段，而在Ⅲ类AVO中，反射波能量集中在低频段。国内外许多学者对此现象进行了广泛研究，取得了丰硕的成果。凌云、杜向东 等利用时频分析技术，对刚果地区的深水砂岩储层进行了含气性识别和含气砂体刻画研究，反演结果与钻井吻合程度较好[2]；孙万元 等针对琼东南盆地L5区地震振幅异常不明显的特点，应用地震资料频率域差异和速度频散，为勘探决策提供有力技术支撑，后续探井钻遇气层，证实了该方法的有效性[3]。张益明 等在南海深水区Y21-1构造区无井条件下，应用频散AVO方法，以频散属性预测含气性，被实钻井证实了方法的有效性[4]。赵万金 等在苏里格低渗透致密砂岩条件下，应用频率域AVO进行流体检测，较好地解决了气藏的问题[5]。在岩石物理领域中，Batzle等[6]对部分饱和水的多孔岩石，通过实验测量，发现在地震频段内，存在速度随频率会发生明显改变的现象。

以上研究表明，利用与频率相关的速度频散和衰减等属性可以有效检测流体。在含油气储层中，由于介质的不均匀性、非完全弹性、含油气饱和度等的差异对反射系数、速度和衰减的影响，表现在地震频带内含流体饱和度的变化会引起地震波的频散，这为应用AVO方程计算频散特征进行流体检测提供了理论依据。

本文在构造、沉积研究分析基础上，针对局部构造进行烃类检测。对构造高部位和构造两翼道集进行AVO特征分析、频散AVO特征分析和时频谱分析，结果表明构造高点与翼部处道集AVO特征相似，但频散程度和时频谱特征明显不同，确定了频散程度在油气检测中的敏感性，最后使用基于Smith-Gidlow方程的频散AVO技术，将频散AVO属性应用于南海南部盆地油气预测中。

1 频散AVO技术原理

据Smith&Gidlow近似公式[7]：

(1)

在Gardner公式的基础上，隐去密度项，将反射系数R写成只与速度有关：

(2)

式(1)、(2)中：θ是入射角。A和B可用速度表示为

(3)

根据Chapman等[1]的观点，假设由于界面两侧的频散特性不同，反射系数会随频率变化，即P波和S波阻抗随频率变化，在式(2)中加入频率因素，可变换为式(4)：

(4)

式(4)中：f为频率。

进一步假设阻抗随频率的变化可以扩展为代表频率f0的泰勒级数式(5)：

(5)

式(5)中：f0为某一特定频率。

在f0处有

(6)

即通过对道集数据进行频谱分解，并联合多个单频段的频散特征，使用最小二乖法就可以求出纵波频散程度(Ia)和横波频散程度(Ib)属性。

2 频谱分解技术选择

频谱分解技术使得从地震数据中检测与频率相关的AVO信息成为可能。高分辨率方法对于估计地震频散的准确性和稳定性至关重要。

对研究区地震进行频谱分解，分别测试了连续小波变换(CWT)、短时傅立叶变化(STFT)、S变换(ST)等方法。从图1中可以看出，CWT无论在低频端还是在高频端，都具有较好的时间分辨率和频率分辨率，能够满足频谱分解的要求。

图1 频谱分解方法对比Fig.1 Comparison of spectral decomposition methods

3 频散AVO数值分析

为了描述储层中衰减异常的现象，设计以下模型进行正演。引用Castagna中给出的示例材料属性[8]，假设泥岩具有纯弹性(和各向同性)性质，纵波速度为3 316 m/s，横波速度1 689 m/s和密度2.32 g/cm3，含气砂岩的纵波速度2 950 m/s、横波速度为1 800 m/s，孔隙度为15%，密度为2.28 g/cm3(表1)，气体黏度为0.025 mPa·s，以40 Hz雷克子波，使用Tessral软件的弹性和粘弹性方法进行正演模拟，得到正演道集(图2)，表现为III类AVO的亮点特征，振幅绝对值随偏移距的增大而增大。将粘弹性方法正演道集和弹性正演道集对比分析频散效应，可见粘弹性振幅谱的主频向低频偏移，能量衰减偏低，表现出明显的频散特征(图3)。

表1 正演模型岩石弹性参数Table 1 Rock elastic parameters of model

图2 正演道集Fig.2 Modelling gather

图3 正演模型道集频散特征Fig.3 Dispersion characteristics of modeling gather

4 应用实例

4.1 区域概况

研究目标位于南海南部某盆地，水深1 500 m左右，前期地质研究认为，新生界发育远源三角洲，局部构造发育条件较好(图4)。盆地周边已有多处油气发现，证实了该南海南部盆地具有丰富的油气资源。由于盆地没有钻井资料，常规的流体检测(如反演类方法)存在很大的难度，寻找一种适用于无井区的流体检测技术十分重要。应用频散AVO分析方法对南海南部构造区新生界储层分布及储层含流体性质进行预测，以期降低勘探风险，为勘探决策提供依据。

图4 南海南部盆地目标区沉积相图与构造图Fig.4 Sedimentary facies map and tectonic map of the southern South China Sea basin target area

该盆地新采集了地震资料，新资料偏移距较大，最大偏移距可达6 400 m，在目的层段(2 400～4 000 ms)有效偏移距可达3 200 m左右，入射角可达45°(图5)，角度范围相对较宽，满足AVO分析需求。

图5 新采集资料偏移距道集(左)与角度道集(右)Fig.5 Offset gathers (left)and angle gathers (right)of newly acquired data

4.2 道集频散特征

图6为过目标区圈闭的典型剖面，地震剖面上目的层(3 000～3 100 ms)表现为亮点、强振幅特征。分别在构造高部位(粉箭头②)和翼带(黑箭头①③)，提取振幅随偏移距的变化关系，亮点都表现为Ⅲ类AVO特征(图7)，且特征相似，难以对目标含气性进行检测；但构造高点和冀部处地震的频谱特征明显不同(图8)，构造高点处表现的主频降低、低频增强的特点，与Ⅲ类AVO能量主要集中于低频段的理论相吻合，呈现了明显的频散特点。

图6 南海南部盆地地震剖面Fig.6 Seismic section of the southern South China Sea basin

图7 三处偏移距道集及AVO特征对比Fig.7 Comparison of three offset gathers and AVO features

图8 三处偏移距道集及频散特征对比Fig.8 Comparison of three offset gathers and dispersion characteristics

4.3 频散AVO属性应用

在研究盆地的周边某油田中，A钻井钻遇了两套砂岩储层，上套储层含油(Sw=0.3)，下套储层含水(Sw=0.8)，两套储层都表现为强振幅的III类AVO特征(图9)，使用只考虑振幅随偏移距变化信息的Aki-Richards方程，得到的流体因子属性(图10)，无法识别油层和水层，而使用频散AVO方法，得到纵波频散程度属性(图11)，油层频散程度强，表现为正的强值，水层频散程度较弱，值接近于0，能够有效的区分油层和水层，与已钻A井完全吻合，频散AVO在该油田识别流体较为敏感。

图9 过A井地震剖面Fig.9 Seismic section through Well A

图10 过A井流体因子剖面Fig.10 Fluid factor section through Well A

图11 纵波频散程度剖面Fig.11 P-wave dispersion section

图12为利用Aki-Richards的AVO属性分析，得到靶区的流体因子属性，该属性不能敏感反映油层，其属性异常分布受地震振幅强度影响较大，图中构造高部位和翼部流体因子都表现出强异常，没有明显的差异。通过分析目标处地震资料频谱，最小频率(5 Hz)、最大频率(55 Hz)和主频(27 Hz)，结合连续小波变换的频谱分解技术，以27 Hz主频为参考，以5 Hz为增量，从5 Hz至55 Hz开展频谱分解，应用基于Smith-Gildow方程的频散AVO技术，计算纵波阻抗频散程度属性(图13)，在构造高部位处，纵波阻抗频散程度最高，且异常仅分布于构造高部位，预测油层范围与构造吻合较好(图4、14)。

图12 AVO流体因子剖面Fig.12 AVO fluid factor section

图14 预测流体空间展布图Fig.14 Predicted fluid distribution

5 结论

依据纵波阻抗对流体的频散敏感性，频散AVO分析是进行流体检测的有效技术手段。紧密结合构造、沉积研究分析和地震资料频谱特征分析，在局部构造应用频散AVO技术，频散程度高，检测流体的可靠性较高。频散AVO技术适合于无井区的流体检测，在南海南部深水区勘探中具有一定的技术优势。