符志国 李 忠 赵 尧 蔡 谦 李德珍

(①中国石油集团川庆钻探地球物理勘探公司，四川成都 610213；②中国石油集团山地地震技术试验基地，四川成都 610213)

薄砂岩储层多波叠后地震反射特征分析及应用

符志国*①②李 忠①②赵 尧①②蔡 谦①②李德珍①②

(①中国石油集团川庆钻探地球物理勘探公司，四川成都 610213；②中国石油集团山地地震技术试验基地，四川成都 610213)

符志国，李忠，赵尧，蔡谦,李德珍.薄砂岩储层多波叠后地震反射特征分析及应用.石油地球物理勘探，2017,52(5):1016-1024.

影响储层多波地震叠后反射特征的因素很多，针对研究区的地质问题，重点分析了观测系统的炮检距、地震子波主频、储层垂向分布位置、围岩、储层厚度等5项因素。建立了一套以多波叠后反射特征正演分析、多波地震属性专家优化、多波属性融合为主要手段的薄储层预测方法。通过分析薄储层多波地震叠后响应特征，得到以下认识：①在分析储层的地震响应特征时，应建立在其他非储层因素相对稳定的基础上，才能较为准确地识别储层的地震响应；②薄含气砂岩储层呈弱反射信号，常被掩盖在砂、泥岩性界面的强反射之中，而联合多波信息是提高储层描述精度的一种有效途径；③在钻井样本数量很少、不便于使用自动化储层模式识别方法时，充分发挥针对具体研究目标的先验信息、数字特征与目标的相关性等专家知识，采用多波属性方法刻画储层是可行的。

薄含气砂岩 多波 叠后 反射特征 正演 地震属性

1 引言

叠后地震反射资料是实际油气勘探与生产中储层预测、流体识别、油藏建模等工作的重要数据[1-5]，理解叠后反射特征的变化规律对勘探与生产具有实际意义。储层的叠后反射特征是由叠前反射资料叠加构成的，受地震观测方式、储层沉积环境、岩性、物性的综合影响，这些综合影响导致了叠后反射特征的复杂性。文中以四川盆地须家河组砂岩气藏勘探中的实际问题为例，从理论上阐述了储层叠后反射特征的复杂性，与此同时，针对已知井资料少、储层模式多的勘探目标，建立了一套以多波叠后反射特征正演分析、多波地震属性专家优化、多波属性融合为主要手段的薄储层预测方法，以期获得对储层更客观、合理的认识，降低勘探风险。

2 多波地震叠后反射特征理论分析与多波地震属性储层描述方法

2.1 地质问题与对策

四川盆地须家河组砂岩气藏涉及河流相、湖泊相砂、泥岩互层沉积地层，纵、横向岩性、物性变化快，同一套含气砂岩储层的叠后地震数据呈现复杂特征。如当只有一口井时，认为该井的地震反射特征代表了储层的地震响应，就存在很大局限性。准确地说，这只是特征的一个采样。只有分析各种影响叠后地震反射特征的因素，才能正确认识须家河组气藏的叠后地震反射特征的变化规律，并从复杂的反射信息中甄别出储层的地震响应，探明有利含气砂体的分布。为此，以河流、湖泊相沉积的一般性地质规律作为先验信息，利用理论模型更全面地分析研究区的储层特征，以指导实际储层预测。

另一方面，随着多波地震勘探在生产中的推广应用，在研究区进行了三维三分量资料采集，得到了常规纵波及转换横波叠后数据。由于横波几乎不受流体影响，十分有利于反映岩性。通过建模分析、地震正演、地震属性分析等定量手段，可阐明影响纵波及转换横波叠后反射特征的因素。通过联合纵波及转换横波信息可更精确地描述储层，降低由单一纵波数据进行油藏描述的多解性，对多波地震资料解释具有实际意义。

2.2 多波地震叠后记录正演

建模分析便于清楚地了解各种影响叠后地震反射特征的因素。根据研究区须家河组河流、湖泊相沉积特征的先验信息设计了地质模型(图1)，对目标层须二段进行模拟。由于薄泥层与气层的纵波地震特征混淆严重，导致气层地震反射模式的多样性，是钻井失利的最大原因。模型的弹性参数均由测井资料统计获得(表1)。

图1 地质模型

须二段上覆须三段泥岩层，两者间形成明显的岩性分界面(标志层)。须二段中下部为一套较为稳定的泥岩层，厚度为10m，横向分布较广，将须二段划分为上、下两个亚段。上亚段为目标段，其中气砂A厚度为1～20m，气砂B、C、D的厚度均为5m，散布的泥岩夹层厚度为5m

表1 砂、泥岩平均弹性参数统计表

利用AVO道集叠加的方法进行PP波、PS波叠后地震正演。利用反射系数序列与子波褶积得到每一个炮检距的PP波、PS波记录，其反射系数公式分别为[6]

(1)

(2)

式中：RPP、RPS分别为PP波、PS波的反射系数；θ、φ分别为PP波、PS波的反射角与透射角的平均值；VP、VS、ρ分别为界面两侧岩层的纵、横波平均速度与平均密度； ΔVP、ΔVS、Δρ分别为界面两侧岩层的纵、横波速度差与密度差。其中采用射线追踪方法计算入射角[7，8]，炮检距范围选择参考了实际多波资料采集的观测系统信息，子波采用零相位雷克子波。参考实际资料，PP波、PS波主频分别为30～60Hz、15～30Hz，且在大多数情况下PS波需要反极性，以便与PP波取得大致的波峰、波谷的对应[9]。

2.3 影响因素分析

影响储层多波地震叠后反射特征的因素很多，针对研究区的地质问题，重点分析了5项因素：观测系统的炮检距、地震子波主频、储层垂向分布位置、围岩、储层厚度。

2.3.1 炮检距

在偏移叠加剖面上，储层的叠后反射特征反映了叠前道集的叠加效应，并随炮检距而变化，即AVO效应[10，11]。图2为地质模型(图1)的不同炮检距叠加剖面。由图可见：炮检距为0～200m时PP波反射能量最强(图2a)，PS波反射能量最弱(图2b)；随着炮检距增加，PP波反射能量减小(图2c)，PS波反射能量增强(图2d)。因此，不同炮检距范围叠加会得到不同的叠后能量特征。

2.3.2 子波主频

在实际生产中，多波资料通常包含了较大的入射角观测信息，以0～4000m的炮检距分析不同主频的子波对叠后特征的影响。图3为不同主频子波的叠加剖面。由图可见：与40Hz主频的PP波(图2c)、20Hz主频的PS波叠加剖面(图2d)相比，60Hz主频的PP波(图3a)、40Hz主频的PS波叠加剖面(图3b)的能量、分辨率均产生了明显变化。因此由不同技术及测量条件得到的资料反映的储层地震响应特征不同。

2.3.3 储层垂向分布位置

由PP波剖面(图2c)可见：在气砂D(图1)中部(CDP 90附近)能量最强、下部(CDP 110附近)能量次之、上部(CDP 80附近)能量最弱。由PS波剖面(图2d)可见，PS波没有明显的波峰反射。说明在同一套储层的不同位置，其叠后特征也有很大变化。

2.3.4 围岩

由PP波剖面(图2c)可见：在含气砂岩B之下的泥岩夹层呈强反射，与气砂A的较厚处、散布的纯泥岩的强反射特征十分相似，难以分辨。由PS波剖面(图2d)可见：气砂段表现为波谷中的波峰，PS波能量明显低于两侧纯泥岩带(纯泥岩带呈波峰)。因此当纵波数据难以区分岩性与储层时，可联合横波信息进行岩性识别。

2.3.5 储层厚度

众所周知，当储层顶、底界面的反射波不能分开时，即形成薄层顶、底的反射波调谐作用，反射叠加振幅在调谐厚度处达到最大值。气砂A的PP波最强反射应在四分之一波长处(56.25m)，气砂A的最厚处属于薄层一端，振幅随厚度增大而增大，与散布的纯泥岩带的PP波反射特征相近(图2c)。由于频率、波速的不同，PS波调谐反射较弱，从而有别于纯泥岩带的相对强反射，可作为区别泥岩与较厚储层的依据。

图2 地质模型的不同炮检距叠加剖面

图3 不同主频子波的叠加剖面

综上所述，上述五项因素已对储层叠后反射特征产生较大影响，而在实际生产中影响储层叠后地震反射特征的因素更为复杂。因此，解释人员应综合考虑引起叠后反射特征变化的多种因素，减少片面认识，提高解释精度。

2.4 多波地震叠后反射特征地震属性描述方法

地震属性种类繁多，大致可分为几何学、运动学、动力学和统计学几大类[12]。基于正演分析方法可优选出反映岩性、储层信息的属性，地质意义均较为明确，对于井资料较少甚至无井的探区尤为实用。由于叠后地震响应特征的复杂性，仅靠纵波信息不能很好地识别含气砂岩。联合PP波(图2c)、PS波剖面(图2d)可知，泥岩为强振幅特征，借此可分离泥岩。采用多波属性线性融合，得到一个新属性A[13]

A=c1a1+c2a2+…+cnan

(3)

式中：ai为第i种属性，可以是PP波或PS波属性；ci为融合系数。融合系数使新属性A对泥岩表现为较低的值，而储层表现为较高的值。或者说就是将反映“岩性”的属性从反映“储层”+“岩性”的属性中减去，从而达到剔除泥岩、增强储层指标的目的。依据这一思想，提取了PP波和PS波的8类(40多种)属性[14-23]。为了增大属性优化的可能性，对每个属性参数进行了10%的变动，如对时窗顶、底变动±10%，便生成了同一属性的9种参数版本；再将各自的计算参数变动±10%，得到了巨大的属性数据量。因此，使用系统分级聚类法将众多属性分为7类[24]，每一类中的属性很相似。最后，以反映储层或岩性为准则，从7类属性中挑选出对储层、泥岩具有强振幅响应的4个属性(图4)。利用纵波属性“减去”横波属性，以剔除泥岩响应，并与分布在上部、中部、下部储层的增强属性进行融合，得到属性A(图5)，很好地描述了含气砂岩的横向分布，展示了方法的可行性。

表2 地震属性表

图4 对储层、泥岩具有强振幅响应的属性

(a)PP波最大峰值振幅，指示泥岩、储层； (b)PS波最大峰值振幅，主要指示岩性和厚储层； (c)PP波最大李雅普洛夫指数，主要指示分布在目标层上部与下部的储层； (d)PS波小波属性，主要反映分布在中部的储层

图5 由融合得到的新属性A

需要说明的是，融合属性中使用的融合系数均为人为经验选择，即首先利用研究区砂、泥岩沉积的先验地质认识进行特征正演分析。在了解了地质目标的地震响应特征后，再以突出储层响应、抑制围岩响应的思想进行属性选取、融合，可降低物探方法的多解性。属性融合结果可以表征储层特征。根据人为经验选择融合系数的本质在于，在地震属性空间构建了储层特征的一个“侧面投影”，得到的结果虽不唯一但却稳定。在没有充足的、甚至根本就没有样本的条件下，不便使用有监督的自动化模式识别方法。其实自动化的模式识别方法的结果也不是唯一的，而专家知识类的方法则可更多地利用针对具体问题的历史先验信息、数据特征与具体研究目标之间的相关性信息，遵从贝叶斯统计推断方法中的综合先验信息与样本信息的思想以及大数据分析方法中的相关原则[25，26]。在多种地质因素错综复杂的影响下，相对于采用高维的解析理论模型进行研究的方法，直接寻找特征与目标之间的联系不失为解决油气勘探生产中预测、决策问题的另一条有效的途径，值得探索。

3 实际资料分析及应用

四川盆地须家河组河、湖相砂、泥岩沉积地层中的含气砂岩储层具有良好的勘探、开发前景。已有纵波资料表明，砂岩地层夹杂的泥岩引起的反射波振幅较强，与含气砂岩的反射特征非常接近，极易混淆[27,28]。因此在PL地区采用多分量勘探解决此问题。

PL地区现有两口井，产量情况如表3所示。目标层为须二段上亚段，其顶界与上覆须三段泥岩层接触，顶界PP波反射呈波形较为对称的波峰，下部与薄泥岩带接触，呈薄层顶、底界面复合的反射特征。尽管该区无典型的泥岩夹层井资料样本，但由沉积相先验信息及多波地震叠后记录正演结果表明(图2、图3)，含气砂体在垂向是上、下迁移的，厚度发生横向变化，且含气砂体与夹杂泥岩的反射是相互叠置的，PP波呈层间反射较强的同相轴。图6为过井多波地震剖面。由图可见：在PP波剖面上(图6a、图6c)水层与气层均呈波峰反射，不易区分；上亚段储层顶、底界面的PS波响应与PP波类似，反射同相轴更多地体现了岩性差异，即层间较强的波峰反射更多地指示岩性(图6b、图6d)。因此，实际叠后剖面反映了在一定的观测条件下，由多种地质因素综合影响的叠后特征，目标层内部的波峰反射不一定对应储层的地震响应。联合PP、PS波叠后特征可以达到剔除泥岩响应，预测含气砂岩分布的目的。

表3 已知井产量情况表

本文建立了联合PP、PS波叠后特征进行储层识别的思路：首先提取反映PP波、PS波层间波峰反射的属性；再从PP波属性中减去PS波属性，就相当于从“含气砂岩”+“泥岩”的属性中剔除了“泥岩”的属性，从而得到含气砂岩的分布；最后，提取各类属性(表2)及其参数的扩展版本，并进行系统聚类。参考两口井(井1、井2)的储层情况，挑选了PP波均方根振幅、PP波复合振幅比、PP波最大李雅普洛夫指数、PS波均方根振幅、PS波小波系数5种属性。按照多波属性剔除泥岩、增强储层的组合思路得到融合的新属性A，并进行归一化处理(图7)。再利用井1、井2进行标定与分级刻度，暖色调(黄色、橙色、红色)突出了须二段上亚段含气砂岩的横向分布范围。随后，又对生产动态进行了跟踪，新部署了5口井(表4)，其中新井1为水井，其余为工业气井。由PL地区须二段上亚段多波属性含气性预测平面图(图7)可见，新井2、新井3、新井4处于含气有利部位，只有新井5的预测误差较大。可见本文方法在钻井样本代表性不足的勘探新区，当不便于使用自动化储层模式识别方法时，通过对叠后特征的建模分析，建立了目的层多波地震响应特征的专家知识，依据纵、横波对岩性、储层、流体各自的响应特点，组合得到多波联合属性，较好地刻画了含气砂岩分布，取得了利用2口已知井控制了4口新钻井的地质效果。研究区内全部井(共7口)的符合率高达86%，具备了在不完全、弱样本信息条件下的决策支持能力，并且对高密度井网条件下开展储层模式地震特征自动化识别也具有借鉴意义。

表4 新钻井产量情况表

图6 过井多波地震剖面

图7 PL地区须二段上亚段多波属性含气性预测平面图

4 结束语

通过分析薄储层多波地震叠后响应特征，得出以下认识：

(1)通过分析影响储层多波地震叠后反射特征的5项因素表明，在分析储层的地震响应特征时，应建立在其他非储层因素相对稳定的基础上，才能较为准确地识别储层的地震响应；

(2)薄含气砂岩储层呈弱反射信号，常被掩盖在砂、泥岩性界面的强反射之中，而联合多波信息是提高储层描述精度的一种有效途径；

(3)在钻井样本少、不便于使用自动化储层模式识别方法时，充分发挥针对具体研究目标的先验信息、数字特征与目标的相关性等专家知识，采用多波属性方法刻画储层是可行的。

尚需指出，本文方法目前由人工完成属性筛选、融合。需要进一步借助人工智能技术把多波叠后地震响应特征分析方法发展为一种专家系统，依据专家知识建立地质目标的特征库，再通过特征模糊匹配等推理方法得到储层识别结果，是今后的研究方向。

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(本文编辑：刘勇)

符志国 高级工程师，1977年生；2000年获西南石油学院应用地球物理专业工学学士学位； 2003获西南石油大学(新都)地球探测与信息技术专业硕士学位； 2007年获中国石油大学(北京)地质资源与地质工程专业博士学位； 长期从事储层地震预测方法、软件研究工作。目前在川庆钻探地球物理勘探公司从事多波地震勘探解释技术研发工作。

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10.13810/j.cnki.issn.1000-7210.2017.05.015

*四川省成都市天府新区华阳街道华阳大道一段216号中国石油集团川庆钻探地球物理勘探公司，610213。Email:fuxxoo@sohu.com

本文于2016年10月18日收到，最终修改稿于2017年7月13日收到。

本项研究受国家科技重大专项(2011ZX05019-008-06)资助。