珠江口盆地白云深水區(qū)儲(chǔ)層AVO異常特征分析*

張衛(wèi)衛(wèi) 顏承志 龐雄 申俊 何敏 薛懷艷 韓晉陽(yáng)

(中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司)

珠江口盆地白云深水區(qū)儲(chǔ)層AVO異常特征分析*

張衛(wèi)衛(wèi) 顏承志 龐雄 申俊 何敏 薛懷艷 韓晉陽(yáng)

(中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司)

珠江口盆地白云深水區(qū)儲(chǔ)層含氣、含水時(shí)AVO異常沒(méi)有規(guī)律，并且AVO正演時(shí)部分儲(chǔ)層出現(xiàn)第IV類(lèi)AVO異常，無(wú)法用AVO異常類(lèi)型來(lái)區(qū)分氣層和水層。對(duì)白云深水區(qū)儲(chǔ)層AVO異常特征進(jìn)行了分析，認(rèn)為當(dāng)氣層橫波速度小于上覆高速蓋層橫波速度時(shí)，氣層AVO異常是氣層頂界面第III類(lèi)AVO異常與高速蓋層底界面第IV類(lèi)AVO異常兩者平衡的結(jié)果，即由于儲(chǔ)蓋組合的不同及調(diào)諧厚度的影響，氣層頂界面可能為第III類(lèi)或第IV類(lèi)AVO異常，而水層也可能表現(xiàn)為較弱的第III類(lèi)AVO異常，因此不能簡(jiǎn)單地以AVO類(lèi)型來(lái)識(shí)別氣層和水層，須對(duì)各種儲(chǔ)蓋組合進(jìn)行模型正演分析，以提高儲(chǔ)層含氣性預(yù)測(cè)精度。

白云深水區(qū)儲(chǔ)層AVO異常上覆高速層調(diào)諧厚度

珠江口盆地白云深水區(qū)經(jīng)過(guò)20多年的油氣勘探取得了非常輝煌的成就，已經(jīng)成為南海東部海域主要的天然氣生產(chǎn)區(qū)［1-3］。探井資料表明，本區(qū)珠江組下段主要含氣砂巖層SQ21.0之上均為巨厚泥巖沉積［3］。由于含氣砂巖的波阻抗遠(yuǎn)低于泥巖，氣層表現(xiàn)為“亮點(diǎn)”的地震振幅異常和明顯的第III類(lèi)AVO異常，而水層往往沒(méi)有AVO異常，因此以往的研究認(rèn)為本區(qū)第III類(lèi)AVO異常和含氣相對(duì)應(yīng)，但部分探井卻出現(xiàn)了與常規(guī)認(rèn)識(shí)相矛盾的結(jié)果。

白云凹陷北坡番禺天然氣區(qū)A圈閉的主要目的層段SQ21.0沉積體是一個(gè)位于21.0 Ma層序界面之上的構(gòu)造-巖性復(fù)合圈閉，該圈閉上4口井的地震振幅和AVO異常明顯。然而，A1、A3、A5井鉆遇工業(yè)氣流，而A4井卻鉆遇水層;并且A1、A5井AVO正演為第IV類(lèi)AVO異常，A3井(含氣)、A4井(含水)AVO正演為第III類(lèi)AVO異常，這樣在同一個(gè)圈閉內(nèi)部?jī)?chǔ)層含氣和含水時(shí)的AVO異常沒(méi)有規(guī)律，無(wú)法用AVO異常類(lèi)型來(lái)區(qū)分氣層和水層(圖1)。針對(duì)該區(qū)AVO異常烴類(lèi)檢測(cè)中出現(xiàn)的新情況、新問(wèn)題，本文從地質(zhì)、地球物理兩方面進(jìn)行了分析。

圖1 番禺天然氣區(qū)A圈閉4口井的地震剖面及井旁CRP道集圖

1 白云深水區(qū)含水砂巖AVO異常特征分析

首先分析A4井鉆遇的Sand1水層為第III類(lèi)AVO異常的原因。通常認(rèn)為第III類(lèi)AVO異常與地層埋深較淺的疏松砂巖儲(chǔ)層含氣有關(guān)［4］，而A4井鉆遇的Sand1水層頂界面表現(xiàn)為第III類(lèi)AVO異常，并且在地震剖面上與A1、A3、A5井鉆遇的氣層一樣都表現(xiàn)為明顯的“亮點(diǎn)”特征，這與常規(guī)認(rèn)識(shí)不符。

AVO異常是由巖層泊松比的差異造成的，含氣砂巖的泊松比小于泥巖，所以氣砂頂面表現(xiàn)為AVO異常。按照這個(gè)原理推論，如果含水砂巖的泊松比也小于上覆泥巖，那么水砂的頂界面也應(yīng)該表現(xiàn)為AVO異常。為了驗(yàn)證這個(gè)觀點(diǎn)，選取深水區(qū)儲(chǔ)層質(zhì)量很好的D3井Sand1氣層(泥質(zhì)含量為18%，砂巖孔隙度達(dá)到25.7%，滲透率達(dá)到822 mD)的實(shí)際測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)設(shè)計(jì)了流體替換模型，并進(jìn)行了AVO正演分析。D3井Sand1氣層表現(xiàn)為第III類(lèi)AVO異常，當(dāng)利用Gassmann方程將氣層替換為水層后［5］，水層的縱波速度、密度、泊松比都高于氣層，但仍低于圍巖，只是相對(duì)于氣層而言，其與上下圍巖的差值變小，但仍然有第III類(lèi)或第II類(lèi)AVO異常。圖2為白云深水區(qū)氣層流體替換為水層的AVO正演圖，圖中紅色曲線表示氣層，藍(lán)色曲線表示流體替換后的水層。AVO正演結(jié)果說(shuō)明，含水砂巖也可能表現(xiàn)出第III類(lèi)或第II類(lèi)AVO異常，但含水砂巖AVO屬性的截距和梯度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于含氣砂巖，所以在P×G異常圖上，氣層的AVO異常明顯強(qiáng)于水層，這也是利用AVO異常識(shí)別氣層的理論依據(jù)。

圖2 白云深水區(qū)氣層流體替換為水層的AVO正演圖

2 白云深水區(qū)含氣砂巖AVO異常特征分析

圖3 番禺天然氣區(qū)A1井測(cè)井曲線圖

對(duì)于第IV類(lèi)AVO異常，有專(zhuān)家認(rèn)為這是不同頻率范圍的吸收與衰減引起的地震振幅異常差異導(dǎo)致了AVO異常的差異，并提出了應(yīng)用分頻地震數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行AVO異常分析［6］。為了分析A1、A5井鉆遇的Sand1氣層為第IV類(lèi)AVO異常的原因，對(duì)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行了編輯和處理，證明測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)沒(méi)有問(wèn)題，但觀察到在SQ21.0層段之上縱、橫波速度等測(cè)井曲線有急劇變大的異?，F(xiàn)象(圖3)，GR曲線反映巖性沒(méi)有發(fā)生很大的變化，基本是泥巖。經(jīng)過(guò)查閱深水巖石物理的相關(guān)資料，認(rèn)為白云深水區(qū)第一套主要目的層SQ21.0之上覆蓋著巨厚深海泥巖，由于缺少滲透性好的孔隙砂巖的溝通，這套巨厚泥巖往往難以脫水壓實(shí)，導(dǎo)致速度、密度都比較低，而緊靠SQ21.0儲(chǔ)層之上的一小段泥巖容易通過(guò)下伏砂巖脫水，導(dǎo)致這段泥巖變硬，縱、橫波速度急劇增大，最終導(dǎo)致測(cè)井曲線出現(xiàn)圖3所示的特征。同理，當(dāng)該區(qū)SQ21.0儲(chǔ)層之上發(fā)育高速灰?guī)r層時(shí)，也會(huì)表現(xiàn)出同樣的縱、橫波速度急劇增大的特征。Castagna等人［7］指出:“當(dāng)氣層的橫波速度小于泥巖蓋層橫波速度時(shí)，可能形成第IV類(lèi)AVO異常”。為了分析這種現(xiàn)象對(duì)儲(chǔ)層AVO異常的影響，并驗(yàn)證Castagna的結(jié)論，參考實(shí)際測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)設(shè)計(jì)了幾種模型;為了能和常規(guī)地震資料主頻對(duì)應(yīng)(海上常規(guī)地震資料主要目的層主頻約為35 Hz)，采用35 Hz零相位雷克子波進(jìn)行了AVO正演研究。

首先，設(shè)計(jì)在泥巖背景中有一段20 m厚的高速層，高速層模型正演數(shù)據(jù)如下:vp=3 500 m/s，vs=1 800 m/s，ρ=2.5 g/cm3，可以得到這套高速層調(diào)諧厚度為25 m，疊后合成記錄為“波峰-波谷”的地震響應(yīng)特征，疊前合成記錄中高速層頂界面(波峰)為第I類(lèi)AVO異常，高速層底界面(波谷)為第IV類(lèi)AVO異常，即高速層的頂?shù)捉缑娴卣鸱瓷湔穹茧S入射角的增大而減小，和常規(guī)AVO理論認(rèn)識(shí)相符(圖4a)。然后，參考D3-1-1井Sand1層(氣層)實(shí)際測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)把這層20 m厚的高速層換為氣層，氣層模型正演數(shù)據(jù)如下:vp=2 880 m/s，vs=1 740 m/s，ρ =2.15 g/cm3，可以得到這套氣層的調(diào)諧厚度為20 m，疊后合成記錄為“波谷-波峰”的地震響應(yīng)特征，疊前合成記錄中氣層頂界面(波谷)地震反射振幅隨入射角的增大而增大，為典型的第III類(lèi)AVO異常(圖4b)。表明在無(wú)上覆高速層的影響下，地層埋深較淺的疏松砂巖儲(chǔ)層含氣后，其頂面地震反射表現(xiàn)為第III類(lèi)AVO異常。以上的正演結(jié)果與常規(guī)認(rèn)識(shí)相符，這也是區(qū)分高速巖性亮點(diǎn)與低阻抗含氣亮點(diǎn)最方便的方法。

其次，分別設(shè)計(jì)氣層之上覆蓋5、10、18、20、30、50 m高速層段，注意到高速層的橫波速度大于下伏氣層。當(dāng)氣層之上覆蓋5 m高速層時(shí)，地震響應(yīng)特征變化不大，但AVO異常的截距增大，梯度變小，仍表現(xiàn)為第III類(lèi)AVO異常(圖4c);當(dāng)氣層之上覆蓋10 m高速層時(shí)，地震響應(yīng)特征發(fā)生變化，表現(xiàn)為“弱波峰-波谷-波峰”的特征，氣層頂界面仍然對(duì)應(yīng)波谷，零入射角時(shí)的反射系數(shù)繼續(xù)負(fù)向增大且振幅變化率繼續(xù)變小，上波峰開(kāi)始變強(qiáng);當(dāng)氣層之上分別覆蓋18、20、30 m高速層時(shí)，地震響應(yīng)均表現(xiàn)為“波峰-波谷-波峰”的特征，即勘探人員常說(shuō)的“兩紅夾一黑”的特征(紅色為波峰，黑色為波谷)，氣層頂界面仍然對(duì)應(yīng)波谷，疊前合成記錄表現(xiàn)為第IV類(lèi)AVO異常，且AVO截距在20 m厚高速層模型中達(dá)到極大值(圖4d)。上波峰實(shí)際是高速層的頂界面波峰反射，下波峰是氣層底界面的反射，而波谷實(shí)際是高速層的底界面波谷反射和氣層頂界面波谷反射疊加的效果，圖4a中顯示高速層的底界面波谷反射實(shí)際表現(xiàn)為第IV類(lèi)AVO異常，而圖4b中顯示氣層頂界面波谷反射表現(xiàn)為第III類(lèi)AVO異常。所以，氣層之上覆蓋高速層(蓋層橫波速度高于氣層)的AVO異常實(shí)際是兩者平衡的結(jié)果，根據(jù)蓋層和氣層厚度或波阻抗的不同，氣層頂界面可能表現(xiàn)為第III類(lèi)或第IV類(lèi)AVO異常。

實(shí)際上，當(dāng)上覆蓋層厚度繼續(xù)增大到50 m時(shí)，即厚度大于其調(diào)諧厚度后，高速蓋層的影響在慢慢減弱，疊前CRP道集上氣層頂界面波谷反射又表現(xiàn)為第III類(lèi)AVO異常，且氣層的亮點(diǎn)特征逐漸變?nèi)?，慢慢恢?fù)“波谷-波峰”的反射特征(圖4e)。

圖4 白云深水區(qū)不同儲(chǔ)蓋組合AVO正演圖

從以上AVO模型正演結(jié)果來(lái)看，由于上覆高速層厚度不同，巖性、物性、含氣性一樣的20 m氣層在疊后剖面上的亮點(diǎn)程度不同，氣層頂界面表現(xiàn)為第III類(lèi)或第IV類(lèi)AVO異常。為了驗(yàn)證正演的結(jié)論，分別對(duì)A1、A3、A5、A4井儲(chǔ)層之上的高速泥巖層段進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果表明:當(dāng)氣層的橫波速度小于上覆蓋層時(shí)，隨上覆蓋層厚度的變化，氣層頂界面的波谷反射表現(xiàn)為第III類(lèi)或第IV類(lèi)AVO異常(圖5);同樣，這套儲(chǔ)層之上的高速蓋層使得下伏儲(chǔ)層頂界面的反射系數(shù)之差變得更大，即使是在A4井SQ21.0層含水的情況下，由于上覆高速層的影響，增大了高速蓋層與水層的波阻抗差，導(dǎo)致水層頂界面的反射仍表現(xiàn)為與氣層相似的“亮點(diǎn)”特征。因此，如果沒(méi)有這段高速層的影響，水層與圍巖的波阻抗差不會(huì)有這么大，也就不會(huì)在地震剖面上出現(xiàn)“亮點(diǎn)”的特征。

圖5 番禺天然氣區(qū)A圈閉A4井(左圖)、A5井(右圖)地球物理響應(yīng)特征

以上正演結(jié)果驗(yàn)證了Castagna的“當(dāng)氣層的橫波速度小于泥巖蓋層橫波速度時(shí)，可能形成第IV類(lèi)AVO異?！迸袛嗍钦_的，并進(jìn)一步指出當(dāng)下伏氣層厚度近似為調(diào)諧厚度時(shí)，隨著上覆蓋層厚度的增加，氣層頂界面的AVO異常先由第III類(lèi)變成第IV類(lèi);當(dāng)蓋層厚度繼續(xù)增大至超過(guò)蓋層的調(diào)諧厚度時(shí)，氣層頂界面的AVO異常又會(huì)由第IV類(lèi)變?yōu)榈贗II類(lèi)。

3 在白云深水區(qū)B目標(biāo)的應(yīng)用

根據(jù)以上的研究成果，在白云深水區(qū)對(duì)B目標(biāo)進(jìn)行了鉆前烴類(lèi)檢測(cè)。B目標(biāo)西北側(cè)8 km處為C氣田，從過(guò)C氣田C2井和B目標(biāo)設(shè)計(jì)井(B1井)的連井地震剖面上來(lái)看，B目標(biāo)有著與C氣田相似的“兩紅夾一黑”的“亮點(diǎn)”特征，過(guò)B目標(biāo)的井旁CRP道集上主要目的層Sand1表現(xiàn)為第III類(lèi)AVO異常(圖6)。按照常規(guī)的認(rèn)識(shí)，在沒(méi)有更多資料的情況下，就會(huì)判斷B目標(biāo)的主要目的層Sand1含氣，但根據(jù)本文分析，含水砂巖也可能表現(xiàn)為“亮點(diǎn)”及第III類(lèi)AVO異常特征。進(jìn)一步分析得到了過(guò)C2井和B1井的連井流體因子剖面(圖7)，顯示B目標(biāo)處含氣異常明顯低于C2井，判斷B1井Sand1層為高孔隙含水砂巖層。實(shí)際鉆探結(jié)果也證實(shí)了該井Sand1層儲(chǔ)層質(zhì)量很好，是水層。

圖6 白云深水區(qū)過(guò)C2井和B1井連井地震剖面及過(guò)B1井旁CRP道集

圖7 白云深水區(qū)過(guò)C2井和B1井連井流體因子剖面

4 結(jié)論

(1)在深水區(qū)油氣勘探中，不能僅僅依靠地震剖面上的“亮點(diǎn)”及道集上的第III類(lèi)AVO異常特征就判斷儲(chǔ)層含氣，因?yàn)楦呖紫逗皫r頂界面也可能表現(xiàn)為較弱的第III類(lèi)AVO異常，但其AVO異常的截距和梯度均遠(yuǎn)小于含氣砂巖。所以，在P×G等異常圖上，氣層的AVO異常明顯強(qiáng)于水層，氣層與水層AVO異常的差異性才是AVO技術(shù)識(shí)別氣層的本質(zhì)。

(2)當(dāng)氣層上覆高速蓋層的橫波速度大于氣層，且氣層厚度近似于調(diào)諧厚度時(shí)，隨著上覆蓋層厚度增加，氣層頂界面的AVO異常先由第III類(lèi)變?yōu)榈贗V類(lèi)，當(dāng)蓋層厚度繼續(xù)增大至超過(guò)蓋層的調(diào)諧厚度時(shí)，氣層頂界面的AVO異常又由第IV類(lèi)變?yōu)榈贗II類(lèi)，即當(dāng)氣層的橫波速度小于上覆蓋層橫波速度時(shí)，氣層、蓋層的厚度關(guān)系及調(diào)諧效應(yīng)綜合影響了氣層頂界面的AVO異常和氣層的亮點(diǎn)特征。所以，在深水區(qū)等儲(chǔ)蓋組合比較復(fù)雜的地區(qū)利用AVO技術(shù)進(jìn)行油氣檢測(cè)時(shí)，不能簡(jiǎn)單地以AVO類(lèi)型來(lái)識(shí)別氣層和水層，要對(duì)各種儲(chǔ)蓋組合進(jìn)行模型正演分析，考慮到儲(chǔ)層、蓋層的厚度變化及調(diào)諧厚度的影響，綜合分析其含氣性。

［1］龐雄，陳長(zhǎng)民，彭大鈞，等．南海珠江深水扇系統(tǒng)及油氣［M］．北京:科學(xué)出版社，2007．

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［3］秦成崗，施和生，張忠濤，等．珠江口盆地番禺低隆起-白云凹陷北坡SQ21．0層序陸架坡折帶沉積特征及油氣勘探潛力［J］．中國(guó)海上油氣，2011，23(1):14-18．

［4］張衛(wèi)衛(wèi)，何敏，顏承志，等．AVO疊前反演技術(shù)在珠江口盆地白云深水區(qū)烴類(lèi)檢測(cè)中的應(yīng)用［J］．中國(guó)海上油氣，2010，22(3): 160-163．

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［6］軒義華，秦成崗，汪瑞良．分頻AVO技術(shù)在珠江口盆地番禺天然氣區(qū)含氣性分析中的應(yīng)用［J］．石油地球物理勘探，2010，45 (1):79-84．

［7］CASTAGNA J P，SWAN H W．Principles of AVO crossplotting［J］．The Leading Edge，1997．

An analysis of AVO anomaly for reservoirs in Baiyun deep-water area，Pearl River Mouth basin

Zhang WeiweiYan ChengzhiPang Xiong Shen JunHe MinXue HuaiyanHan Jinyang
(Shenzhen Branch of CNOOC Ltd．，Guangzhou，510240)

In Baiyun deep-water area，Pearl River Mouth basin，the AVO anomalies are not regular for gas or water-bearing reservoirs，and they can not be used to recognize these two kinds of reservoir，because Type IV of AVO anomaly will be observed for a part of reservois when conducting AVO forwarding．By analyzing the features of AVO anomaly for reservoirs in the deep-water area，it is considered that the AVO anomaly for a gas-bearing reservoir may result from a balance between Type III of AVO anomaly from the top of the gas-bearing reservoir and Type IV of AVO anomaly from the bottom of the overlying high-velocity layer，when S-wave velocity in the gas-bearing reservoir is lower than that in the overlying high-velocity layer．In other words，because of different combinations of reservoirs and overlying layers and the effect of tuning thickness，Type III and Type IV of AVO anomaly may be observed at the top of gas-bearing reservoirs，and a weaker Type III of AVO anomaly may occur at the top of water-bearing reservoirs．Therefore，the types of AVO anomaly can not be simply used to discriminate a gas-bearing reservoir from a water-bearing one，and an analysis of model forwarding has to be conducted for different combinations of reservoirs and overlying layers，in order to improve the accuracy of predicting gas-bearing reservoirs．

Baiyun deep-water area;reservoir;AVO anomaly;overlying high-velocity layer;tuning thickness

2011-07-12改回日期:2011-09-05

(編輯:周雯雯)

*國(guó)家“十二五”重大專(zhuān)項(xiàng)“南海北部深水區(qū)儲(chǔ)層識(shí)別技術(shù)與評(píng)價(jià)(編號(hào):2011ZX05025-03)”部分研究成果。

張衛(wèi)衛(wèi)，男，工程師，2005年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)主要從事珠江口盆地油氣勘探及儲(chǔ)層預(yù)測(cè)和烴類(lèi)檢測(cè)方面的研究工作。地址:廣州市江南大道中168號(hào)海洋石油大廈1619室(郵編:510240)。電話:020-84262340。E-mail: zhangww@cnooc．com．cn。