碳酸鹽巖儲(chǔ)層地震波數(shù)值模擬影響因素分析

摘 要：通過對(duì)比分析已有井的鉆測(cè)井資料，建立了基于單井的正演模型以及區(qū)域連井地質(zhì)-地球物理模型，并且兩者的儲(chǔ)層正演響應(yīng)特征規(guī)律性一致。分析討論了模型建立過程中需考慮的影響因素：子波選擇與旁瓣，圍巖的尺度、位置、形狀。揭示了發(fā)育不同厚度時(shí)的地震響應(yīng)特征，進(jìn)而正確認(rèn)識(shí)了儲(chǔ)層的地震相，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：地震波數(shù)值模擬；有限差分法；碳酸鹽巖儲(chǔ)層；影響因素

1 概述

在地震勘探中，地震波數(shù)值模擬又稱地震正演，可供正確認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層的地震響應(yīng)特征，為儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提供基礎(chǔ)。通過分析不同厚度、巖性組合對(duì)地震響應(yīng)的影響，建立儲(chǔ)層和地震響應(yīng)特征之間的聯(lián)系，為應(yīng)用地震資料進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提供一定的依據(jù)。地震波數(shù)值模擬方法主要分為射線追蹤法和波動(dòng)方程法兩類，而其中波動(dòng)方程法因其能夠提供更豐富的波場(chǎng)信息而得到了更加廣泛的應(yīng)用?；诓▌?dòng)方程的數(shù)值模擬按照算法不同又分為有限差分法、偽譜法、有限元法及譜元法等，其中有限差分法是最為流行的方法之一[1]。文章采用地震波數(shù)值模擬的最常用的波動(dòng)方程有限差分法正演模擬對(duì)下二疊統(tǒng)的儲(chǔ)層特征進(jìn)行了正演影響因素分析實(shí)驗(yàn)。

2 基本原理

3 儲(chǔ)層正演影響因素分析

在研究區(qū)范圍內(nèi)，棲霞組以深灰色厚層狀石灰?guī)r為主，含泥質(zhì)條帶及薄層，具灰黑色生物碎屑灰?guī)r、藻灰?guī)r、藻團(tuán)?；?guī)r互層。棲霞組與下伏梁山組黑色含煤巖系及上覆茅口組淺灰色塊狀灰?guī)r均為整合接觸。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)認(rèn)識(shí)、地震、鉆井、測(cè)井資料及已有研究成果，建立如圖1所示的正演模型。茅口組整體發(fā)育大套灰?guī)r，在茅口組底部普遍性發(fā)育的一套泥灰?guī)r，由于物性差異較大，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較大。模型僅在透鏡體一側(cè)設(shè)計(jì)了一定厚度的泥灰?guī)r，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以得到效果對(duì)比。儲(chǔ)層發(fā)育在棲霞組上部，儲(chǔ)層厚度透鏡狀變化由中間70米向兩側(cè)逐漸減薄，直至儲(chǔ)層不發(fā)育。在下伏地層中，梁山組黑色含煤系地層雖然很?。ㄊ鬃笥遥?，但地震波阻抗差異更大，同樣不可忽視。

根據(jù)上述建立的地質(zhì)-地球物理正演模型，選用接近實(shí)際地震資料的子波進(jìn)行正演實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)選用了30Hz理論P(yáng)uzirov子波和Riker子波兩種不同子波，其中，Puzirov子波波形與Riker子波波形相似均為零相位子波，但旁瓣能量較弱并且能量延續(xù)時(shí)間較短，具有更高的分辨率。兩種不同子波模型正演結(jié)果分別如圖2所示，圖2a是選用30Hz Puzirov子波的結(jié)果，圖2b則是同一頻率常用的Riker子波的正演結(jié)果。總體而言，選用Puzirov子波的正演剖面中，波形信息更加豐富，具有更高的分辨率。在細(xì)節(jié)刻畫方面，圖2a中隨著儲(chǔ)層厚度增大，儲(chǔ)層頂部的波谷響應(yīng)更具規(guī)律性，同時(shí)儲(chǔ)層底部的波峰也發(fā)生的規(guī)律性變化。在目的層的下部，圖2a對(duì)煤系地層以上的刻畫也更加清晰。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，茅口組底部非普遍性發(fā)育的一套泥灰?guī)r是目的層段正演響應(yīng)特征的重要影響因素。對(duì)比模型與正演結(jié)果，圖2b顯示棲霞組內(nèi)部不發(fā)育儲(chǔ)層時(shí)，頂部表現(xiàn)為極弱波谷反射特征，底部逐漸出現(xiàn)弱波峰響應(yīng)。隨著儲(chǔ)層厚度增大，峰谷響應(yīng)均變?nèi)跎踔量瞻追瓷?。圖2中階梯狀的強(qiáng)能量同相軸代表茅口組的泥灰?guī)r出現(xiàn)的強(qiáng)反射。茅口組底部的泥灰?guī)r與上覆大套的茅口組下段的純灰?guī)r之間存在較大的波阻抗差異，此處產(chǎn)生了強(qiáng)波峰反射。

對(duì)儲(chǔ)層的響應(yīng)而言，茅口組的泥灰?guī)r的出現(xiàn)使儲(chǔ)層段波峰中出現(xiàn)了波谷的特征，變化十分明顯，也使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果開始與實(shí)際勘探地震資料吻合。所以，建立模型時(shí)應(yīng)該綜合考慮圍巖的尺度和波阻抗差異分界。為了進(jìn)一步說明這一影響，在圖1所示的模型基礎(chǔ)上稍作改進(jìn)，得到了圖3所示的地層發(fā)育厚層泥灰?guī)r的模型正演結(jié)果（30Hz雷克子波）。當(dāng)茅口組下段發(fā)育厚層泥灰?guī)r并直接與棲霞組整合接觸時(shí)，儲(chǔ)層的波谷響應(yīng)消失，底部的弱波峰反射也變的極弱接近空白反射。

4 結(jié)論與建議

文章圍繞地震波場(chǎng)正演影響因素進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，可以得出以下結(jié)論：子波旁瓣與考慮圍巖的尺度對(duì)儲(chǔ)層正演至關(guān)重要。不同子波的旁瓣對(duì)儲(chǔ)層正演的影響很大，井-震標(biāo)定常用的是理論Riker子波，并且同一頻率下Puzirov子波具有更高的分辨率。同時(shí)，目的層上下圍巖的尺度，包括細(xì)層的劃分及層厚的延伸對(duì)結(jié)果也有較大影響。由于碳酸鹽巖儲(chǔ)層正演需要解決的是分辨率附近薄層地震標(biāo)定問題。在分辨率附近討論地震響應(yīng)特征，某一峰谷同相軸的響應(yīng)并不是單一地質(zhì)界面或波阻抗界面，而是集合了圍巖的厚度、形狀、相對(duì)位置等幾何參數(shù)和縱橫波、密度等物性性質(zhì)為一體的綜合響應(yīng)。

參考文獻(xiàn)

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[2]陸基孟，王永剛.地震勘探原理[M].北京：石油工業(yè)出版社，2009：276-286.

[3]馬中高，管路平，賀振華，等.利用模型正演優(yōu)選地震屬性進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)[J].石油學(xué)報(bào)，2003，24（6）：39-43.

作者簡(jiǎn)介：姜寧寧（1991-），男，成都理工大學(xué)在讀碩士研究生，地球探測(cè)與信息技術(shù)專業(yè)，研究方向?yàn)榈卣鹳Y料解釋與正演模擬。