田繼先,曾　旭,王文卓,張紹勝,郭澤清,孔　驊

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)研究院地質(zhì)力學(xué)研究所,北京100081;2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司勘探開發(fā)研究院廊坊分院,河北廊坊065007;3.中國(guó)石油天然氣股份有限公司青海油田分公司勘探開發(fā)研究院,甘肅敦煌736200)

柴達(dá)木盆地第四系疏松砂巖地層生物氣含氣檢測(cè)方法探討

田繼先1,2,曾旭2,王文卓3,張紹勝2,郭澤清2,孔驊2

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)研究院地質(zhì)力學(xué)研究所,北京100081;2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司勘探開發(fā)研究院廊坊分院,河北廊坊065007;3.中國(guó)石油天然氣股份有限公司青海油田分公司勘探開發(fā)研究院,甘肅敦煌736200)

摘要:柴達(dá)木盆地三湖地區(qū)第四系具有疏松及砂泥巖薄互層等特點(diǎn),如何利用地震信息開展生物氣含氣檢測(cè)一直是該地區(qū)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題。在梳理研究區(qū)含氣檢測(cè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,分析了影響生物氣含氣檢測(cè)的兩大主要因素,即地層特征和地震反射特征,指出疏松砂巖地層含氣之后,地震頻率變化最明顯,利用頻率信息可更好地預(yù)測(cè)生物氣藏,地震資料需要做好保護(hù)低頻處理。在此基礎(chǔ)上提出利用瞬時(shí)頻率包絡(luò)加權(quán)法預(yù)測(cè)生物氣藏的新方法,并取得了較好的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：第四系;生物氣;含氣檢測(cè);疏松砂巖;低頻處理

柴達(dá)木盆地是我國(guó)西部中新生代壓扭性盆地,第四系沉積物是在新近紀(jì)末期新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用下,柴達(dá)木盆地沉積中心由西向東整體遷移的產(chǎn)物,盆地屬于典型陸相山間閉塞的坳陷型盆地,地表多為風(fēng)蝕殘丘、沙丘、沙包、鹽堿地、硬堿殼地以及鹽沼等。目前已發(fā)現(xiàn)臺(tái)南,澀北一、二號(hào)等大型原生生物氣田,并發(fā)現(xiàn)一批含氣構(gòu)造[1]。

柴達(dá)木盆地三湖地區(qū)已發(fā)現(xiàn)的生物氣田在地震剖面上有明顯的同相軸下拉異?，F(xiàn)象。然而自20世紀(jì)90年代臺(tái)南氣田發(fā)現(xiàn)以來,無論是針對(duì)地面構(gòu)造、地震異常還是非地震異常所鉆探的一批探井都未獲得工業(yè)氣流。2007年，在臺(tái)南氣田和澀北一號(hào)之間的臺(tái)東鼻隆鉆探了TN9井獲得工業(yè)氣流,通過地層精細(xì)對(duì)比及區(qū)域地質(zhì)認(rèn)識(shí),認(rèn)為TN9井產(chǎn)氣層段為發(fā)育于構(gòu)造背景上的巖性氣藏,證實(shí)了三湖地區(qū)第四系存在巖性氣藏[2-3]。由于第四系地層疏松,成巖作用弱,砂層厚度薄且變化較大,砂體預(yù)測(cè)困難,因此利用地震資料開展含氣檢測(cè)成為目前三湖地區(qū)生物氣研究的重點(diǎn)。

國(guó)際上對(duì)于疏松砂巖地層含氣預(yù)測(cè)有一定的研究[4-6],主要集中在巖土工程、水合物及淺層氣領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)近年來在該地區(qū)試驗(yàn)過多種含氣檢測(cè)方法,主要包括疊后地震屬性分析、疊前AVO及疊前彈性反演等,這些方法在國(guó)內(nèi)其它油田取得了一定的成功,但近年來多口井證實(shí)這些方法在三湖地區(qū)生物氣藏預(yù)測(cè)中效果不理想。疊后屬性分析技術(shù)在三大氣田的勘探中曾經(jīng)起到一定的作用[7-8],但對(duì)于巖性氣藏,多種屬性預(yù)測(cè)效果不明顯;由于第四系地震資料道集品質(zhì)差,薄互層調(diào)諧效應(yīng)明顯,AVO變化規(guī)律復(fù)雜[9-10],氣層與圍巖不易區(qū)分,檢測(cè)結(jié)果多解性強(qiáng),敏感性差,疊前AVO技術(shù)應(yīng)用效果不佳;第四系疏松砂巖取心收獲率低,常規(guī)巖石物理分析求取的各種彈性參數(shù)與實(shí)際地層之間存在較大偏差,加之地層壓實(shí)作用弱,高、低飽和度氣層之間振幅變化不明顯,敏感參數(shù)求取困難,使得對(duì)含油氣性較為敏感的疊前彈性反演技術(shù)在該地區(qū)適用性較差[11-12]。近年來該地區(qū)生物氣勘探一直未取得大的突破,儲(chǔ)量增長(zhǎng)困難,因此開展疏松砂巖地層中的地震含氣檢測(cè)方法研究對(duì)于第四系生物氣的勘探具有重要意義。本文在分析勘探現(xiàn)狀和含氣檢測(cè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,分析了影響生物氣含氣檢測(cè)的兩大主要因素,指出了該地區(qū)地震處理方法和含氣檢測(cè)思路,提出了適合生物氣藏的含氣檢測(cè)方法,取得了較好的應(yīng)用效果,為該地區(qū)第四系生物氣藏勘探提供了技術(shù)支持。

1含氣檢測(cè)影響因素

1.1地層特征

三湖地區(qū)第四系沉積地層具有弱成巖、地層普遍含生物氣和砂泥巖薄互層三大地質(zhì)特征。鉆井證實(shí)北斜坡第四系地層中普遍含氣,其成藏模式為:不斷生氣、循環(huán)向上運(yùn)移、動(dòng)態(tài)平衡過程,在適宜構(gòu)造條件下,當(dāng)長(zhǎng)期不斷生成的甲烷氣濃度和壓力達(dá)到或超過疏松飽和鹽水泥質(zhì)巖的突破壓力后,便自下而上逐步進(jìn)入多個(gè)儲(chǔ)集層聚集,當(dāng)達(dá)到上、下壓力最終平衡后聚集成藏。三大氣田的每個(gè)氣藏沒有統(tǒng)一的氣水界面,說明氣藏并非是單一的構(gòu)造氣藏,而是由若干個(gè)具有獨(dú)立氣水系統(tǒng)的單個(gè)氣藏組成的氣藏群[2]。三大氣田在地震上具有上小下大的發(fā)散形下拉特征,無論什么含氣檢測(cè)方法,在三大氣田都有明顯的異常。但對(duì)于第四系巖性氣藏,氣層厚度大多為0.5～2.5m,氣層薄,砂體預(yù)測(cè)困難。第四紀(jì)沉積時(shí)間短,沉積速度快,沒有經(jīng)過長(zhǎng)期壓實(shí)成巖作用,地層極為疏松(圖1a),砂巖和泥巖都具有很高的孔隙度(圖1b),且孔隙度差別不大。巖石比較疏松,以至于地層含氣之后,對(duì)地震波能量吸收較強(qiáng),使得不同巖性的速度變化小,氣層的響應(yīng)淹沒在圍巖當(dāng)中,從而使得很多含氣預(yù)測(cè)方法未能取得預(yù)期效果。

圖1　第四系地層巖性和物性特征a 地層巖心; b 不同巖性孔滲統(tǒng)計(jì)結(jié)果

1.2地震反射特征

除特殊地質(zhì)條件影響外,多種類型的地震反射異常對(duì)于含氣檢測(cè)同樣存在較大影響。三湖地區(qū)主要存在3種成因類型的地震異常,包括復(fù)雜地表?xiàng)l件引起的異常、淺層氣引起的異常和工業(yè)氣流引起的異常。首先地震資料受復(fù)雜地表?xiàng)l件影響明顯,三湖地區(qū)地表多為風(fēng)蝕殘丘、沙丘、沙包、鹽堿地以及鹽沼等,這些復(fù)雜地表?xiàng)l件對(duì)地震資料的采集及處理影響較大,比如地震測(cè)線經(jīng)過河流、沼澤等地表?xiàng)l件時(shí),地震剖面上有明顯的低頻異常特征,這種低頻異常與地層含氣異常非常相似,識(shí)別難度較大;另外在地震資料處理中復(fù)雜地表?xiàng)l件下的靜校正量難以準(zhǔn)確求取,特別是地形起伏變化快以及存在淺層低降速帶的情況下,靜校正問題更加突出,影響最終成像效果。第2種異常是由淺層氣引起的異常,比如澀東地區(qū)的地震反射異常特征與臺(tái)南氣田的異常非常相似,但在澀東異常上鉆探的井大多未獲得工業(yè)氣流,張紹勝等[13]研究認(rèn)為,澀東異常主要是由淺層氣造成的,由于生物氣極易向構(gòu)造高部位淺層運(yùn)移,從而引起表層低速地震異常,這種表層低速異常與地層中由工業(yè)氣流引起的異常非常相似,從而給含氣檢測(cè)帶來多解性。第3種異常是由工業(yè)氣流引起的地震異常,比如臺(tái)南氣田的異常。另外還存在多種異常疊合現(xiàn)象,比如工業(yè)氣流與淺層氣疊合造成的地震異常,由于表層低速異常與工業(yè)氣流引起的異常都發(fā)育在有構(gòu)造背景部位,所以這兩種異常也經(jīng)常是伴生的,含氣檢測(cè)難度大,曾富英等[14]研究認(rèn)為,利用共炮檢距剖面可以較好地識(shí)別淺層氣引起的非工業(yè)氣流異常。在以上3種地震異常中,由地表?xiàng)l件和淺層氣引起的地震異常是主要的兩種非含氣異常,準(zhǔn)確識(shí)別和消除非工業(yè)氣流引起的地震異常是三湖地區(qū)含氣檢測(cè)的重要任務(wù)。

2含氣檢測(cè)方法

三湖地區(qū)特殊的地質(zhì)條件需要尋找適合該地區(qū)的地震處理及含氣檢測(cè)方法。由于三湖地區(qū)第四系地層成巖作用弱以及砂泥巖薄互層特征,使得三湖地區(qū)第四系地層含氣之后,地震波能量衰減明顯,地層成為一個(gè)大的“濾波器”,因此對(duì)地層中含氣變化最敏感的地震信息應(yīng)該是頻率信息,地震振幅及相位信息對(duì)地層巖性及流體變化敏感性差,頻率的變化相對(duì)于振幅和相位更加明顯,更適合于疏松砂巖地層中生物氣的含氣預(yù)測(cè)。目前發(fā)現(xiàn)的TN9井目的層(圖2中黃色方框內(nèi))在地震剖面上并沒有像三大氣田那樣存在下拉異常特征,但頻率相對(duì)較低,與周圍地層相比變化較為明顯,而且多口鉆井表明,相對(duì)于相位和振幅,頻率信息對(duì)于生物氣巖性氣藏更加敏感。因此在三湖地區(qū)第四系生物氣藏研究中需要圍繞頻率信息進(jìn)行地震資料的處理與含氣檢測(cè)方法研究。

圖2　過TN9井地震剖面

2.1地震處理

長(zhǎng)期以來三湖地區(qū)的地震資料處理以提高信噪比和提高分辨率為主,但這樣會(huì)損害地震頻率信息。對(duì)于三湖地區(qū)地震資料保護(hù)頻率信息的處理方法前人研究較少。當(dāng)前三湖地區(qū)第四系面臨的主要勘探目標(biāo)是尋找?guī)r性氣藏,巖性氣藏相對(duì)于三大氣田,地震下拉異常特征不太明顯,因此處理過程中若按照常規(guī)思路(提高信噪比、分辨率),可能會(huì)損害薄氣層的地震反射特征,因此需要保護(hù)頻率的處理。大量試驗(yàn)認(rèn)為,三湖地區(qū)地震資料處理需要做到“一個(gè)保護(hù),三個(gè)不做”。“一個(gè)保護(hù)”就是5Hz以上的頻率都應(yīng)予以保護(hù),疊前去噪及疊后修飾工作都要慎重,盡量保持疊加剖面原始的相對(duì)頻率特征。因?yàn)樾揎椷^重將破壞頻率的相對(duì)關(guān)系,不利于含氣檢測(cè)。經(jīng)過保護(hù)低頻處理后的剖面視覺效果可能不是太好,分辨率、信噪比看起來不太高,但對(duì)生物氣含氣檢測(cè)很有意義。“三個(gè)不做”就是首先不做修飾性處理,從而保持剖面橫向的相對(duì)變化,特別是對(duì)于低飽和度巖性氣藏,保持橫向變化可以更加清晰地顯示巖性氣藏的變化。其次不做提高分辨率處理,提高分辨率在識(shí)別層序和斷層方面有很重要的作用,但對(duì)于三湖地區(qū)第四系的生物氣藏,提高分辨率會(huì)破壞巖性氣藏的低頻特征。最后不做長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正,從而保持低速的原始特征,對(duì)于識(shí)別表層低速特征及氣層的低頻特征有重要意義。如圖3所示,在常規(guī)處理剖面上S33井目的層低頻異常不明顯,但在保護(hù)低頻處理剖面上,含氣造成的低頻特征比較明顯。因此做好保護(hù)低頻處理對(duì)于生物氣巖性氣藏的含氣檢測(cè)非常重要。

圖3　過S33井的常規(guī)地震資料處理(a)和保護(hù)低頻資料處理(b)剖面

2.2含氣檢測(cè)

利用地震波頻率信息開展地下儲(chǔ)層流體性質(zhì)預(yù)測(cè)成為近年來含氣檢測(cè)研究的重要方向[15-16]。地震波在含氣地層中傳播具有波動(dòng)能量衰減劇烈、波形變化大、橫向連續(xù)性差等特點(diǎn),反映在地震波頻譜中為高頻分量衰減迅速、主頻向低頻方向移動(dòng)、頻帶寬度變窄等現(xiàn)象。對(duì)于非均質(zhì)孔隙彈性介質(zhì)中速度頻散及頻譜衰減研究方法,前人提出過許多模型,比如WHITE的氣泡模型[17]、PRIDE等建立的雙孔隙模型等[18]。對(duì)于疏松砂巖地層中含氣之后的低頻反射特征,劉蘭峰等[19]做過理論及正演方面論述,認(rèn)為疏松砂巖中地層含氣之后會(huì)引起地震低頻反射能量相對(duì)增強(qiáng),表現(xiàn)為明顯的低頻速度頻散和低頻反射異常,低頻地震能量異?，F(xiàn)象可以作為識(shí)別儲(chǔ)層含氣的重要標(biāo)志。

利用頻率及衰減信息已被證實(shí)是一種較好的天然氣預(yù)測(cè)方法[15-16],但地震頻率屬性類型比較多[20],尋找一種適合預(yù)測(cè)三湖地區(qū)生物氣巖性氣藏的屬性顯得尤為重要。TN9井在常規(guī)地震剖面上沒有典型的同相軸下拉現(xiàn)象(圖3a),經(jīng)大量試驗(yàn),我們提出利用瞬時(shí)頻率包絡(luò)加權(quán)方法來預(yù)測(cè)三湖地區(qū)第四系的生物氣藏。瞬時(shí)頻率包絡(luò)加權(quán)方法是指在短時(shí)窗范圍之內(nèi),每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的包絡(luò)值與頻率相乘累加,再除以每個(gè)時(shí)間上的包絡(luò)的累加值,用公式表示為:

(1)

式中:?(t)為瞬時(shí)頻率包絡(luò)加權(quán)屬性;E(t)為包絡(luò)值;ω(t)表示瞬時(shí)頻率;Τ表示時(shí)窗。

該方法可以有效地壓制信號(hào)質(zhì)量較差地區(qū)的假頻率值,受短波長(zhǎng)影響較小。地層含氣后,地震波的傳播特點(diǎn)會(huì)發(fā)生改變,可以明顯的在瞬時(shí)頻率包絡(luò)加權(quán)屬性上觀察到。如圖4所示,TN9井巖性氣藏的目的層只有3m左右,在地震剖面上無法識(shí)別單一儲(chǔ)層,但是當(dāng)?shù)貙雍瑲庵?在瞬時(shí)頻率包絡(luò)加權(quán)方法所提取的屬性剖面上,在目的層段(圖4中藍(lán)色圈內(nèi))上有明顯異?，F(xiàn)象,而未獲得工業(yè)氣流的TN12井上異常不是很明顯。根據(jù)最大相似性原則認(rèn)為可以利用瞬時(shí)頻率包絡(luò)加權(quán)屬性預(yù)測(cè)該地區(qū)第四系生物氣巖性氣藏。

圖4　過TN9井的瞬時(shí)頻率包絡(luò)加權(quán)屬性剖面

3應(yīng)用效果分析

三湖地區(qū)巖性氣藏成藏條件優(yōu)越,特別是三湖北斜坡地區(qū),灘壩砂體分布面積大,巖性圈閉廣泛發(fā)育,目前發(fā)現(xiàn)的巖性氣藏主要集中在臺(tái)東鼻隆地區(qū),預(yù)測(cè)儲(chǔ)量超3×1010m3,而整個(gè)北斜坡巖性氣藏預(yù)測(cè)儲(chǔ)量超過1×1011m3,具有較大的勘探潛力。從目前已發(fā)現(xiàn)的巖性氣藏來看,氣層單層厚度小,埋藏較深,橫向變化大,砂體薄,疊合連片特征明顯,因此薄層尖滅體或者透鏡狀砂體是勘探重點(diǎn),鼻隆和背斜外圍是巖性氣藏有利發(fā)育區(qū)。在構(gòu)造背景及高分辨率層序地層格架分析基礎(chǔ)上,根據(jù)砂層精細(xì)對(duì)比尋找有利砂體展布區(qū),通過保護(hù)低頻處理及含氣檢測(cè),尋找有利勘探區(qū),確定有利勘探目標(biāo)。

應(yīng)用瞬時(shí)頻率包絡(luò)加權(quán)屬性對(duì)該地區(qū)多口井進(jìn)行了測(cè)試。臺(tái)東2井是一口老井,位于臺(tái)東鼻隆上,在常規(guī)地震剖面上有明顯下拉地震異常(圖5a),但是完井后首次試氣未獲得工業(yè)氣流,經(jīng)分析這種地震異?？赡苁怯蓽\層氣造成的。老井復(fù)查認(rèn)為,臺(tái)東2井所處構(gòu)造位置優(yōu)越,精細(xì)砂層對(duì)比認(rèn)為發(fā)育巖性尖滅體,具備形成巖性氣藏條件。在保護(hù)低頻處理基礎(chǔ)上,分析其瞬時(shí)頻率包絡(luò)加權(quán)屬性剖面(圖5b)后發(fā)現(xiàn),在深層存在與TN9井非常相似的屬性異?，F(xiàn)象,經(jīng)過重新試氣,在屬性異常部位獲得了工業(yè)氣流。同樣利用該方法在三湖地區(qū)其它多口井巖性氣藏勘探中取得了很好的應(yīng)用效果,證實(shí)了利用瞬時(shí)頻率包絡(luò)加權(quán)屬性可以預(yù)測(cè)該地區(qū)的生物氣巖性氣藏,也證明該方法同樣適用于有疊合地震異常的部位,為三湖地區(qū)第四系生物氣巖性氣藏勘探提供了技術(shù)支持。

圖5　過臺(tái)東2井的常規(guī)地震剖面(a)和瞬時(shí)頻率包絡(luò)加權(quán)屬性剖面(b)

4結(jié)束語(yǔ)

三湖地區(qū)已發(fā)現(xiàn)氣田在地震上均有明顯的下拉異常特征,但有異常不一定含氣,第四系地層成巖作用弱、地層飽含生物氣及砂泥巖薄互層的特殊地質(zhì)特征和多種地震異常是影響生物氣含氣檢測(cè)的主要因素。研究發(fā)現(xiàn),相對(duì)于振幅和相位,頻率信息更適合于疏松砂巖地層中生物氣的含氣預(yù)測(cè),因此在地震資料處理中需要做好保護(hù)低頻處理。利用瞬時(shí)頻率包絡(luò)加權(quán)方法可以較好地預(yù)測(cè)三湖地區(qū)第四系生物氣藏,為疏松砂巖地層中生物氣的地震含氣預(yù)測(cè)提供了技術(shù)參考。

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(編輯：陳杰)

The detection of biogas in unconsolidated sandstone formation of the Quaternary in Qaidam Basin

TIAN Jixian1,2,ZENG Xu2,WANG Wenzhuo3,ZHANG Shaosheng2,GUO Zeqing2,KONG Hua2

(1.InstituteofGeomechanics,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100081,China;2.LangfangBranch,ResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment,CNPC,Langfang065007,China;3.ExplorationandDevelopmentResearchInstitute,QinghaiOilfield,CNPC,Dunhuang736200,China)

Abstract:The Quaternary in Sanhu Area of Qaidam Basin is characterized by unconsolidated and thin sand & shale interbedded.The detection of biogas by seismic information is always the focus and difficulty.Based on the current situation of biogas detection,we analyze the two main factors which influence the detection of biogas reservoirs,such as stratigraphic features and seismic reflection characteristics.The results reveal the seismic frequency changed most obviously when gas was saturated in the unconsolidated sandstone formation,so biogas can be better predicted using frequency information and the low frequency protection is necessary for seismic data processing.The method for predicting the biogas reservoir by using the instantaneous frequency envelope is proposed and achieved better application effect,which provides a useful technical means for the exploration of the Quaternary biogas pools in this area.

Keywords:Quaternary,biogas,gas detection,unconsolidated sandstone,low frequency processing

收稿日期：2014-06-10;改回日期：2015-11-27。

作者簡(jiǎn)介：田繼先(1981—),男,博士,主要從事油氣地球物理研究工作。

中圖分類號(hào)：P631

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-1441(2016)03-0408-06

DOI:10.3969/j.issn.1000-1441.2016.03.011