0 引言
四川盆地天然气资源量位居全国各含油气盆地前列，探明率较低，勘探潜力较大［1-8］。2021年，JT1井在下二叠统茅口组获得重大突破，拉开了川中地区孔隙型白云岩储层勘探的序幕。近年来，下二叠统茅口组孔隙型储层已引起勘探家和诸多学者的重点关注，有关这些储层规模分布预测的问题，前人已做了大量卓有成效的工作［9-12］。白云岩是四川盆地下二叠统茅口组重要的储层类型，但川中茅口组储层厚度薄、横向变化快、高阻抗与低阻抗储层均有发育，与围岩关系复杂［13］。同时，川中茅口组储层空间分布具多样性，低孔低渗储层发育，空间各向异性较强，储层与围岩物性差异较小，识别难度较大，单一储层较薄［14］。加之受地震资料分辨率影响，储层段的地震信号记录不明显，导致应用传统地球物理方法预测有效白云岩储层分布的难度较大，严重影响了现阶段川中北斜坡茅口组勘探开发的进程。
四川盆地及其周缘地区下二叠统的储层预测研究工作早在20世纪90年代就已开始。匡丽琴［15］利用基于降维映射的地震属性优化方法综合预测了川北元坝地区茅口组含气区；赵虎等［16］结合了传统预测方法的技术流程，提出了茅口组储层预测模式，在川东茅口组取得了较为理想的效果；胡浩浩等［17］利用主成分分析对卧龙河地区茅口组白云岩进行了识别，有效区分了白云岩与灰岩的界限；李素华等［18］利用地震相分析结合相控高分辨率波阻抗反演圈定了川北元坝地区优质生屑滩岩溶储层的分布范围；龙隆等［14］通过对岩性界面敏感的道积分数据对茅口组内部小层进行了准确追踪，识别了川中龙女寺地区茅二下亚段白云岩储层发育有利区，有效识别了川中茅二段高阻低阻交互的白云岩薄储层，明确了储层平面展布特征。近年来的勘探成果表明川中茅口组碳酸盐岩储层具有良好的储集条件，近期多口钻井在下二叠统测试获得高产工业气流，使得下二叠统茅口组成为北斜坡现阶段最现实的接替领域，是四川盆地下一步寻找万亿方大气区的主要层系［19-23］。
上述针对川中茅口组白云岩储层预测的研究中，通常多采用地震多属性分析方法进行储层预测研究，在最终有效数据体确定的基础之上，地震多属性分析仍可以作为本文研究关于平面预测结果展示的基本思路和尝试手段，但该方法仍存在缺陷，例如层段属性受纵向时窗影响，包含无用信息的概率极高，严重降低了储层预测的准确性。为此，在前人所做大量工作的基础上，笔者通过一系列正演模拟分析，明确了川中茅口组储层信号难以识别的主要原因，以及储层地震信号受干涉作用的主控因素。前人提出了一些消除岩性强反射界面对下伏储层响应屏蔽的方法，取得了一定的效果［24-28］。但前期方法并未考虑实际地质模型中岩性界面横向上反射系数的变化和子波空间变化，因此导致建立的模拟岩性界面响应特征的模型不够精细，不够符合实际情况，岩性界面强反射去除不完全或者去除过量。本文提出了基于反射系数分解算法的储层弱信号恢复技术，与传统算法开展精细对比，具体而言，基于研究区内已钻井并通过正演模拟充分考虑了储层厚度及白云岩的发育程度，在原始地震资料的基础上有效恢复了储层弱信号响应，并以合成记录标定与已钻井储层发育情况作为验证，使真实的储层信号“从无到有，由弱到强”，进一步提高了储层预测精度。本文以川中地区下二叠统茅口组二段上亚段为例进行了应用效果分析，实际应用效果较好，可为四川盆地其他区域白云岩储层预测提供一种新的参考方法。
1 测井与地震响应特征
茅口组自下而上分别为茅一段、茅二段、茅三段，茅一段地层岩性以深色泥质灰岩为主，表明茅一期水体较深，海平面缓慢上升；茅二期可进一步细分为茅二早期与茅二晚期，茅二早期，开始沉积一套较纯的深色泥晶灰岩，泥质含量相对较少，测井标志为自然伽马值自下而上逐渐升高，表明茅二晚期海平面稳定；茅二晚至茅三期，岩性主要以浅色砂屑灰岩、细晶云岩以及云质灰岩为主，测井标志为自然伽马值自下而上逐渐降低，表明该沉积期水体相对较浅，海平面开始下降［21］。为了进一步明确并更好地识别茅二段储层的地震响应特征，本文研究基于已钻井测井资料，分析了研究区内茅二段储层的岩石物理参数，总体而言，研究区内各项岩石物理学参数上比较容易区分，二者差异在声波曲线上尤为明显（图1）。储层段表现为高纵波时差，非储层段在正态分布曲线上表现为低纵波时差特征，二者的差异会引起地震记录在波形、振幅、相位3个方面产生差异。因此，储层段与非储层段在纵波时差上的差异可为后续的储层平面分布预测奠定基础。
研究区内茅口组二段白云岩储层的测井曲线整体表现为低自然伽马、低纵波时差、高密度。具体而言，JT1井测井解释茅二段发育3套储层，厚度为22.4 m，平均孔隙度为3.8%；其中茅二段滩相白云岩气层为15 m，孔隙度为4.9%。PS2井茅二上亚段测井解释储层为26.1 m，其中白云岩储层厚为25.3 m，气水层为25.3m，孔隙度为5.6%；差气层为0.8 m，孔隙度为2.6%，中子曲线与声波、密度、波阻抗以及自然伽马曲线交会图上可以较为明显地区分。PS6井茅二上亚段测井解释储层为8.2 m，其中白云岩储层厚为6.8 m，均解释为气水层，孔隙度为6.55%；水层为1.4 m，孔隙度为2.5%（图2）。
位于茅二上亚段的白云岩储层在叠前时间偏移剖面上的响应特征主要表现为“茅二段宽弱波谷反射背景下”的弱波峰反射特征（图3）。北斜坡JT1井区地震资料主频约为28 Hz，有效频宽在5~60 Hz之间），按照地层速度为5 000 m/s计算，可分辨的地层厚度约为40 m。通过已钻井的实际资料分析可知，当前茅二上亚段储层厚度在2~30 m之间，但原始地震资料分辨率低，难以对储层信号进行清晰成像；相比较而言，台缘相在原始地震剖面上呈“宽弱波谷”反射的特征，台洼相则呈现“窄强波谷”反射的特征，与台缘相地震响应特征差异明显，但台缘相内部，优质白云岩储层响应难以识别。在此基础上，笔者开展了一系列储层的精细分析，现有地震资料分辨率虽然难以准确反映储层信号，但通过合成记录标定和正演模拟对比分析，可以明确储层响应特征。
2 模型正演
前已述及，储层段与非储层段在井上的速度差异明显。通过正演模拟来明确储层响应特征，茅口组上覆龙潭组以一套低速的泥质岩为主，茅二段及茅三段以灰岩背景为主，茅一段存在一套含泥灰岩，整体仍以灰岩背景为主，而下伏地层栖霞组与茅二段、茅三段类似，以灰岩背景为主（图2）。
2.1 储层置换正演
与茅口组围岩相比，茅口组白云岩储层具有相对较低的纵波阻抗，在储层下部形成“亮点反射”；同时，由于茅二段、茅一段、龙潭组（茅口组上覆低速层）及梁山组（茅口组下伏低速层）具有显著不同的速度结构，其所产生的子波调谐作用也会对茅二段薄储层地震信号产生明显的干扰。利用波动方程正演模拟方法，设计若干个储层与围岩不同接触关系的模型（图3）。
如表1所示，笔者根据研究区内6口已钻井的电测曲线，分别计算了模型中的地层厚度、平均速度及密度参数。正演过程选用30 Hz 雷克子波。
表1 正演模型参数Table 1 The parameters of forward model |
| 层系 | 平均地层速度 /（m/s） | 密度 / （g/cm3） | 地层厚度 /m |
|---|---|---|---|
| 龙潭组 | 4 600 | 2.5 | 60 |
| 茅三段 | 6 280 | 2.75 | 40~50 |
| 茅二上亚段 | 6 640 | 2.78 | 45~95 |
| 茅二下亚段 | |||
| 茅一4亚段 | 6 220 | 2.7 | 33 |
| 茅一3亚段 | 5 500 | 2.64 | 22 |
| 茅一2亚段 | 6 075 | 2.7 | 10 |
| 茅一1亚段 | 5 850 | 2.65 | 34 |
| 栖霞组 | 6 550 | 2.79 | 30 |
模型中地层速度及密度参数设计如下（表1）：茅口组上覆地层龙潭组平均地层速度为4 600 m/s，密度为2.50 g/cm3；茅三段平均地层速度为6 280 m/s，密度为2.75 g/cm3，地层厚度为40~50 m；茅二上亚段与茅二下亚段平均地层速度为6 640 m/s，密度为2.78 g/cm3，地层厚度为45~95 m，储层速度为6 240 m/s，密度为2.75 g/cm3；茅一4亚段平均地层速度为6 220 m/s，密度为2.7 g/cm3，地层厚度为33 m；茅一3亚段平均地层速度为5 500 m/s，密度为2.64 g/cm3，地层厚度为22 m；茅一2亚段平均地层速度为6 075 m/s，密度为2.7 g/cm3，地层厚度为10 m；茅一1亚段平均地层速度为5 850 m/s，密度为2.65 g/cm3，地层厚度为34 m；下伏栖霞组灰岩段平均速度为6 550 m/s，密度为2.79 g/cm3；褶积过程中选用30 Hz 雷克子波。
正演模拟结果表明随储层厚度增加和物性变好波峰能量变强，宽度变宽。如下4（d）所示，储层厚度一定时，物性越好，“亮点”能量越强，随物性变好，“亮点”由窄变宽；储层物性一定时，厚度越大，“亮点”能量越强，随厚度增厚，“亮点”由窄变宽。通过研究区内多口已钻井进一步开展连井正演模拟分析，连井正演结果表明：储层发育（PS21井、PY1井、PY3井、JT1井、PS2井），茅二段内部形成弱波峰反射；储层不发育（PS7井），茅二段内部无响应，与实际地震剖面较吻合（图5）。
2.2 干涉层置换正演
影响低速层干涉作用的因素众多，为此，在储层响应特征明确的基础上，开展干涉层置换正演分析，针对不同的地震资料主频、干涉层厚度、干涉层平均速度以及储层与干涉层距离共建立12个水平介质模型。干涉层置换模型一参数如下：干涉层上覆地层长兴组平均速度为6 000 m/s、平均厚度为150 m、龙潭组平均速度为4 300 m/s，厚度为40 m，茅口组内部储层平均速度为6 200 m/s、储层与干涉层间距离等厚增加、厚度为10 m，茅二段与茅三段围岩累加平均厚度为340 m，平均速度为6 550 m/s，地震资料主频分别为20 Hz、30 Hz、40 Hz、50 Hz，主频置换结果表明，当储层距干涉层距离相等时，随着主频的升高，干涉作用减弱，储层信号增强。干涉层置换模型二参数如下：地震资料主频为30 Hz，干涉层上覆地层长兴组平均速度仍为6 000 m/s、平均厚度为150 m、龙潭组平均速度为4 300 m/s，干涉层厚度分别设置为10 m、20 m、30 m、40 m，厚度置换结果表明干涉层厚度越薄，干涉作用越弱，储层信号越强。干涉层置换模型三参数如下：地震资料主频为30 Hz，干涉层上覆地层长兴组平均速度为6 000 m/s、平均厚度为150 m、龙潭组平均厚度为40 m，平均速度分别设置为3 500 m/s、4 000 m/s、4 500 m/s、5 000 m/s，速度置换结果表明干涉层平均速度越低，干涉作用越强，储层信号越弱。由12个水平介质模型的正演结果可以看出，当其他模型参数不变时，储层与干涉层距离越远，干涉作用越弱，储层信号越强（图6）。
综上所述，地震资料主频、干涉层厚度、干涉层平均速度以及储层与干涉层距离为目的层储集体受干涉作用影响的“四要素”，共同控制储集体的信号干涉程度。研究区内钻井显示，储层多发育于龙潭组波峰（干涉层）下沿30 ms附近，根据正演模型结果分析，实际储层发育段受干涉影响严重。
3 弱信号恢复技术
研究区茅口组上覆地层为龙潭组泥岩，在川中地区广泛分布，地层完整。由上述测井响应特征、地震响应特征、正演模拟分析、合成记录标定可知，由于茅口组上覆大套泥岩地层产生的强反射其形成子波旁瓣的干涉作用，会大幅抵消茅二上亚段内部储层所产生的地震信号，加之储层厚度较薄，通过常规解释技术及叠后解释性处理技术难以对常规地震资料的储层信号即“亮点反射”进行有效识别。而通过提高地震资料分辨率，使频带中中频成分更加丰富，地震资料能量更加均匀，进而去除地震波在稳定低速层中所产生的强反射干涉作用，降低强反射对下覆目的层产生的影响，以达到储层弱信号恢复的目的。
反射系数是由相邻地层间存在波阻抗差异的界面所产生［29］，对于研究区而言，白云岩储层厚度薄，部分钻井白云岩储层厚度虽可达15 m，但多为薄互层沉积，单层厚度普遍小于5 m，导致其在纵向上的反射系数较为密集，无法确定某一个反射系数所对应的白云岩发育层段，也就无法确定该反射系数所对应的反射界面；加之上覆地层所产生的子波旁瓣造成的干涉调谐作用，进一步增加了储层有效预测的难度，而通过反射系数分解以去除强反射系数的能量，从而恢复下伏“岩性体”由于强反射干涉效应而被屏蔽的信号是解决此问题切实可行的方法。该技术方法的关键在于层序界面之间反射系数的求取，具体方法如下：
（1）基于研究区内已钻井测井数据进行岩石物理分析，得到储层的岩石物理参数。
（2）针对储层段对目的层单独进行划分，并将划分出来的薄层编号为i（i=0，1，2，…，n-1）。再求取薄层的速度 ，密度 。
（3）依据小层数据，求取宏观层之间界面的反射系数序列：
在反射系数求解的基础上，首先对原始地震资料开展高分辨率处理。任意一对地下层状介质反射系数对，可分解为奇分量、偶分量反射系数对之和。
开展研究区内三维地震资料（茅口组顶界，简称茅顶）强波峰干涉效应去除，首先对茅顶时间层位开展精细拾取，以精细拾取的层位作为标准界面，沿该层位上下选取时窗作为反射系数反演时窗，反演时窗一般不小于输入子波的长度，并确保能将强反射记录包括其中，因此，时窗的选取不宜过小，同时，为了减少非必要的计算效率，时窗也不宜过大。在强反射记录搜索时，同样以茅顶时间层位为中心时间，沿层位上下开相同时窗作为强反射系数搜索的时窗范围，此范围不超过反演时窗。
4 技术应用及效果分析
研究区位于四川盆地茅二上亚段台缘带最早取得勘探突破的JT1井区，多口井钻遇优质白云岩储层。本文研究涉及到的钻井有PS2井（储厚28 m）、JT1井（储厚15 m）、PY3井（储厚15 m）、PY1井（储厚5 m）、PS21井（储厚2 m）、PS7（无储层）井、PS16井（正钻）、PS17井（正钻）。其中，JT1井、PY3井、PY1井茅口组测试分别获112.8×104 m3/d、213.15×104 m3/d、156.55×104 m3/d高产工业气流，表明研究区内具有较大勘探潜力。
4.1 合成记录标定对比
在储层弱信号恢复的基础上，以研究区内典型实钻井资料为基础，开展原始地震资料与信号恢复后地震资料的合成记录标定对比，以验证储层弱信号恢复后的地震资料是否可靠。研究区内PS2井茅二段测井解释为一套孔隙型储层，储层厚度为28 m，平均孔隙度为5.6%，图9为该井合成记录标定，从声波曲线上可明显看到茅顶下方声波时差降低，存在左右扰动现象，为茅口组储层的典型特征，合成记录道显示为明显的波峰反射特征，但实际地震道为空白反射，井旁为弱亮点反射，表明其储层响应已经完全被茅顶强波峰反射所产生的干涉效应所屏蔽，而去除波峰干涉效应后，合成记录道中所对应的储层位置形成了波峰反射，储层信号得以增强，突出了储层响应特征。PY3井和JT1井茅口组测井解释为白云岩储层，厚度分别为17 m、15 m，区别在于PY3井发育整套厚层块状白云岩储层，JT1井虽然厚度与PY3井相当，但总体为白云岩—灰岩互层特征。图8为PY3井合成记录标定，茅二段内部声波时差降低，合成道表现为弱波峰响应，地震道为空白反射，无明显储层信号，去除强反射记录后，实际地震道为断续弱波峰反射，井震匹配度较高；JT1井合成记录标定结果同样表现为井震不匹配特征，合成道在声波时差左右跳动区间表现为波峰反射，地震道为空白反射，强反射去除后，实际地震道出现明显“亮点”反射，与合成道匹配度较高。总体来说，储层地震反射实现了“由弱变强，由无到有”，弱信号得以恢复。此外，与上述几口井不同的是，研究区内的PS7井茅口组测井解释为无储层发育，茅二段顶内部声波时差曲线稳定平直，无明显跳动，合成记录道茅二段内部无波峰响应，原始数据实际地震道为“空白反射”，无储层信号，去除强反射记录后的实际地震道同样表现为波谷反射，波谷内部未产生波峰反射。这口未发育白云岩储层的钻井其合成记录道、实际地震道、去除强反射记录后的地震道所表现出的反射特征一致，均为“波谷空白反射”，并未因强反射去除而产生“假亮点”响应。
合成记录标定对比结果表明，其茅二段白云岩储层发育程度不同的几口钻井，在强反射记录去除前，合成道与地震道存在井震不匹配现象，仅在地层产生的强界面处匹配，内部小层匹配度较低。在强反射记录去除后，去除后的地震道储层位置均表现为波峰反射；储层不发育的钻井，在强反射记录去除后，去除强反射后地震道未产生“假波峰”，仍为波谷“空白反射”。总体而言，标定结果与已钻井的茅二段储层发育情况吻合。
4.2 地震剖面对比
图10中A—A’为研究区茅口组过井地震解释原始剖面，由原始剖面可以看出，储层发育井（JT1井、PS2井、PY3井、PY1井、PS21井）点处，储层发育位置对应的波峰反射仅在部分井点处（PS2井，储层厚度为28 m；PY3井，储层厚度为17 m）存在，其余3口井均未表现出明显的储层响应特征，无法通过剖面特征选取准确的属性提取方式及储层预测方式。对原始地震数据精细强反射记录去除运算后，研究区已钻井连井剖面茅二段内部存在明显的储层响应特征，去除干涉作用影响后，地震资料显示6口已钻井（PS7井除外）在茅二段地层内部存在连续的弱波峰反射特征，整体显示为宽弱波谷到空白反射变化的特征，由过白云岩储层发育程度不同的连井剖面可知，是储层物性、厚度、位置的不同产生地震剖面茅二段内部的连续弱波峰反射，PS7井无白云岩储层发育，则茅二段内部无波峰反射，显示为窄强波谷反射。
通过茅口组原始地震解释剖面与强反射记录去除后的地震剖面对比可以看出，PS2井点处由“弱亮点”反射变为“强亮点”反射；JT1井由“空白反射”恢复为“强亮点”反射；PS21井与PY1井储层厚度较薄，分别为2 m和5 m，原始地震剖面在井点处无明显“亮点反射”，强反射记录去除后，储层“弱亮点反射”得以恢复；PY3井储层厚度为17 m，原始地震信号表现为 “弱亮点”反射，强反射记录去除后，井点处为“强亮点反射”，反射特征更为明显，过井剖面同样表现出类似的特征，干涉消除后，储层“亮点”响应更为明显（图11）；PS7井的井点处在去除强反射记录前后的对比表明，储层不发育时，均为空白反射，井点所在位置2种剖面表现出相同的特征，与实钻井储层发育情况一致，证实了基于强反射系数分离算法的去干涉技术在识别茅二上亚段白云岩储层时具有较高的可行性与保真性，为最终的薄储层预测提供了更为有力的支撑。
4.3 预测结果对比
储层预测结果如图12所示，茅口组储层预测结果分析表明，茅二段储层发育情况与实钻井相匹配，JT1井周缘储层面积增大，PS21井与PY1井储层厚度较薄，呈连片发育，靠近研究区北侧的PS2井与PY3井储层厚度相对较大，同样呈连片发育，有利区面积增大，有效恢复了白云岩薄储层信号并反映了其展布特征。
4.4 应用前景
四川盆地川中地区北斜坡现阶段的研究结果表明，斜坡区由于茅口组上覆整套龙潭组低速层的存在，容易对下伏地层尤其是茅口组内部储层产生的地震响应形成干涉影响，由于台缘带内已钻井储层均位于茅二上亚段上部，干涉作用所造成的干涉影响尤为严重，导致茅口组储层信号大部分被屏蔽，本文研究提出的基于反射系数分解算法的储层弱信号恢复技术能够很大程度地消除上覆低速层对目的层内部储层信号形成的干涉效应，有效提高了储层识别精度，在研究区内应用该算法识别茅二段储层取得了良好的效果，为今后预测靠近低速层顶部的薄储层提供了新的参考方向，该方法在构造平缓、断层不发育的向斜区具有广阔的应用前景，为下一步川中茅口组潜在目标区的勘探提供了重要的技术思路。
基于反射系数分解算法的信号恢复方法是利用输入的地震子波对地震信号进行高分辨率反演，匹配识别强反射界面的反射系数后，与地震子波褶积重构强反射信号，去除后，可以得到去除强反射后的地震记录，恢复和凸显储层等弱信号反射特征，为后续储层预测提供高质量的叠后地震数据，该算法考虑了围岩速度差异性，沿层时窗内动态搜索强反射，在一定程度上解决了围岩厚度和距离的影响。
5 结论
针对茅口组有效储层厚度薄、与围岩阻抗差异小、横向变化快等特点导致储层信号难以从剖面上有效识别的问题，本文提出基于反射系数分解算法的薄储层弱信号恢复技术，对北斜坡JT1井区进行了龙潭组底界强反射分离的试验及预测效果分析，实现了对研究区茅二段储层的地震精细预测，取得了良好的应用效果。
（1）茅口组内部储层地震反射受到上覆龙潭组泥质岩低速层干涉调谐作用的影响，造成储层信号被屏蔽的现象，产生干涉作用的主要原因是受到茅口组上覆地层强波峰产生的子波旁瓣与储层信号叠加的影响，造成部分储层信号被屏蔽，储层信号受干涉作用的影响有强有弱，主要与地震资料主频、干涉层厚度、平均速度以及储层距干涉层距离有关。
（2）将基于反射系数分解算法的储层弱信号恢复技术应用于四川盆地川中北斜坡茅口组二段的储层预测，其预测效果良好，能够真实地反映白云岩储层的平面展布范围。
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