天然气地球科学 >

2025 , Vol. 36 >Issue 7: 1345 - 1355

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2025.02.006

天然气勘探

多分量地震在四川盆地侏罗系沙溪庙组一段致密储层预测中的应用

  • 张明 ,
  • 张昕 ,
  • 梁菁 ,
  • 甘利灯 ,
  • 尉晓玮
展开
  • 中国石油勘探开发研究院，北京 100083

张明（1978-），男，上海人，博士，教授级高级工程师，主要从事复杂油气储层地震预测技术研究. E-mail：.

收稿日期: 2024-10-15

  修回日期: 2025-02-08

  网络出版日期: 2025-03-24

收起

Application of multi-component seismic in tight reservoir prediction of the 1st member of Jurassic Shaximiao Formation， Sichuan Basin

  • Ming ZHANG ,
  • Xin ZHANG ,
  • Jing LIANG ,
  • Lideng GAN ,
  • YU Xiaowei
Expand
  • Research Institute of Petroleum Exploration and Development，PetroChina，Beijing 100083，China

Received date: 2024-10-15

  Revised date: 2025-02-08

  Online published: 2025-03-24

Supported by

The Science and Technology Project of China National Petroleum Corporation(2023YQX10101)

Fold

摘要

地震“亮点”技术是四川盆地沙溪庙组致密气储层预测最关键的一项技术，为沙溪庙组二段的勘探开发起到了至关重要的作用。但该项技术在沙溪庙组一段的勘探中遇到了较大挑战，因此开展了多分量地震预测技术探索。通过对比分析沙溪庙组一段与二段的储层测井响应及地震正演，明确储层地震响应特征；同时开展纵、横波地震资料在时间域的精细匹配，为储层预测奠定数据基础；然后综合利用PP、PS波数据预测了沙溪庙组一段河道砂岩及含气性。研究结果表明：①沙溪庙组一段河道砂体物性整体上低于二段，而形成“亮点”反射需要砂岩具有更高的孔隙度，因此沙一段“亮点”反射相对较少；②沙一段优质河道砂岩PP波反射不明显，PS波为中强反射，PS波振幅预测的河道展布更清楚，由此发现了大面积的在PP波数据上没有明显响应的储层。研究成果推动了多分量地震在川西北地区规模化采集应用，新部署钻井储层钻遇率达到90%，有效支撑了该区沙一段储量提交。

关键词： 多分量地震; 转换波; PS波; 沙溪庙; 沙一段; 储层预测

本文引用格式

张明 , 张昕 , 梁菁 , 甘利灯 , 尉晓玮 . 多分量地震在四川盆地侏罗系沙溪庙组一段致密储层预测中的应用[J]. 天然气地球科学, 2025 , 36(7) : 1345 -1355 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2025.02.006

Abstract

Bright spot technology， which has played a vital role in tight gas reservoir prediction for the second member of Jurassic Shaximiao Formation （Sha2 Member） in the Sichuan Basin， faces limitations in the exploration of the Sha1 Member. Based on the analysis of sedimentary environments in the Sha1 and Sha2 members and the log and seismic responses of reservoirs， multi-component seismic data are found to be a good alternative and applied to Sha1 channel sands and gas prediction after multi-component volume registration in the time domain. The results show that （1） less “bright spots” in Sha1 Member than in Sha2 Member could be attributed to smaller porosities of Sha1 channel sands， resulting in low P-impedance contrasts between Sha1 sandstones and mudstones， and （2） high-graded Sha1 channel sands exhibit weak PP responses and medium to strong PS responses， leading to more reservoirs discovered using PS-amplitude attributes. At the drilling sites deployed recently， reservoir penetration rate accounts for 90% of horizontal section length. Our research findings propel multi-component data acquisition of scale and offer support to Sha1 reserves estimation in northwestern Sichuan.

Key words： Multi-component seismic; Converted wave; PS wave; Shaximiao Formation; Sha1 Member; Reservoir prediction

0 引言

四川盆地侏罗系致密油气资源丰富，其中沙溪庙组砂岩储层条件好、资源量大，拥有巨大的勘探开发潜力［1-3］。目前已在川中—川西地区秋林、金华、八角场、盐亭等地获得重大天然气勘探突破，成为四川盆地油气勘探的一个新热点［4-6］。
前期经过多轮次的地震处理解释技术攻关，逐渐形成了一套针对川中—川西地区沙溪庙组致密气藏，利用地震“亮点”刻画河道砂体的技术系列。实践表明，“亮点”技术在沙溪庙组二段（以下简称“沙二段”）的勘探中取得了较好效果，新部署的钻井相继获得高产工业气流。但该技术在沙溪庙组一段（以下简称“沙一段”）的勘探却受到很大制约，因为“亮点”预测的沙一段河道砂岩分布非常局限，与地质认识及钻探结果都不吻合。
与传统的纵波勘探相比，多分量地震勘探由于增加了转换波的信息，在复杂油气藏的精细描述方面具有较大的应用潜力［7］。该技术在20世纪80年代中后期首先在海上勘探实现了工业化应用［8］。经过近40年的发展，如今纵波激发、纵横波联合接收的多分量地震数据采集技术已经趋于成熟，并形成了比较系统的叠前时间偏移成像处理流程［9］，在岩性油气藏储层预测［10-11］、方位各向异性和裂缝预测［12-13］等领域都取得了理想的应用效果。
本文以川中地区为试验区，通过对比沙一段和沙二段储层的沉积和岩石物理特性，重新认识了沙一段储层地震响应特征，并提出多分量地震预测方法，以期为沙一段的勘探开发提供技术支撑。

1 研究背景

1.1　地质概况

四川盆地侏罗系沙溪庙组主要为一套巨厚紫红色泥岩夹块状砂岩地层［14］，盆地范围内广泛分布。由山前至盆内依次发育河流—三角洲—湖泊沉积［15］。沙溪庙组以叶肢介页岩为分层标志，纵向上划分为沙一段（J2 s 1）、沙二段（J2 s 2）［16-17］。沙二段又分为4个亚段［6］，从上到下依次为沙二4亚段（J2 s 2 4）、沙二3亚段（J2 s 2 3）、沙二2亚段（J2 s 2 2）和沙二1亚段（J2 s 2 1）。
沙溪庙组共发育23套砂组，其中沙一段发育5套砂组（图1），沙二段发育18套砂组。目前，川中地区沙一段和沙二段均发现了天然气，其中沙二段是主要产层［18］。
图1 研究区位置（a）和地质综合柱状图（b）

Fig.1 Location of the study area （a） and composite stratigraphic column （b）

沙溪庙组气藏主要以岩性圈闭为主，气藏形成主要受烃源发育区、烃储沟通断裂及储集体三要素控制。烃源来自下伏侏罗系或上三叠统，储集体主要为河道砂体，沙溪庙组内部走滑断层断至下伏烃源岩地层，油气可通过此类断层运移至沙溪庙组河道砂体中聚集成藏［19］。

1.2　沙溪庙组地震预测技术进展

近年来为了加强沙溪庙组致密气勘探开发，国内众多学者开展了针对沙溪庙组窄河道地震预测技术攻关。赵邦六等［19］、杨广广等［20］通过高保真叠前去噪、近地表Q补偿和OVT域叠前时间偏移等技术攻关，形成了一套针对川中地区沙溪庙组致密气藏的“双高”（高保真、高分辨率）地震处理技术系列；段永明等［21］采用多域多属性精细刻画技术，在叠置河道砂体刻画方面取得了较好效果；牛双晨等［22］采用Wigner-Ville分布与最大熵方法相结合的非平稳信号分析方法，突出了地震数据的河道响应特征；郭贵安等［23］在明确河道砂岩为“亮点”地震反射特征的前提下，落实了沙溪庙组各期次砂组及单河道横向展布；张明等［24］通过多分量地震正演与解释，采用转换波属性刻画了沙二段河道砂岩展布；DING等［25］基于双孔隙结构因子的储层渗透性相控预测方法，开展了沙溪庙组致密砂岩渗透率预测研究。
由此可见，地震资料处理开展的“双高”处理技术取得了长足的进步，为沙溪庙组勘探奠定了坚实的资料基础，地震资料解释在沙溪庙组河道的精细刻画方面也取得了突出进展。

1.3　沙一段勘探面临的问题

前期研究通过“高保真、高分辨率”地震资料处理技术攻关，沙溪庙组“亮点”反射特征明显（图2），为川中地区沙二段的河道刻画起到了突出作用。目前钻井基本都是按照“亮点”部署，并取得较好的勘探效果［26］。图2中的QL16井和QL10井在沙二1亚段分别钻遇了37 m和15 m的河道砂岩，表现为断续、上部强波谷下部强波峰的“亮点”特征。但这类“亮点”反射主要集中在沙二段，沙一段出现的较少。而钻井结果表明，QL16井和QL10井在沙一段4号砂组分别钻遇了45.6 m和20.4 m的河道砂岩，所以采用“亮点”模式并不完全适用于沙一段的勘探，需要分析沙一段与沙二段的异同，针对沙一段开展储层地震响应特征及预测技术研究。
图2 过QL16井和QL10井地震剖面（红色曲线为伽马）

Fig.2 Seismic section across Wells QL16 and QL10（The red curves are GR logs）

2 沙一段与沙二段储层对比分析

2.1　沉积环境与岩性

前期研究表明，沙一段和沙二段沉积环境明显不同，砂岩物性也存在差异。
沙一段沉积初期，沙溪庙组构造隆升，气候温暖潮湿，发育浅水三角洲—湖泊相沉积体系［26］。分流河道砂体叠置连片发育，单期河道砂体宽度大。沙一段沉积末期发生大规模湖泛事件，水体范围扩大，大面积发育叶肢介页岩［6］。沙二段沉积时期气候变得相对干旱，湖盆持续萎缩，以发育陆上河流沉积为主，河道迁移频繁，纵向上砂体叠置发育切割关系明显。
川中—川西储层物性数据统计表明，沙二段砂岩孔隙度分布在1.64%~22.18%之间，平均值为10.84%，储层孔隙度主要分布在8.00%~14.00%之间，孔隙度大于12.00%的样品占总样品数的38%；沙一段砂岩孔隙度分布在2.13%~12.73%之间，平均值为8.90%，储层孔隙度主要分布在8.00%~12.00%之间，孔隙度大于12.00%的样品仅占总样品数的3.09%［18］。

2.2　储层测井响应特征

图3为QL10井的沙二1亚段与沙一段测井曲线，沙二1亚段8号砂组砂岩表现为低自然伽马、中—低纵波速度、中等密度、中—高横波速度、低纵横波速度比特征。沙一段4号砂组砂岩表现为低自然伽马、高纵波速度、中等密度、高横波速度、低纵横波速度比特征。对比可发现，沙二1亚段与沙一段砂岩最大的区别在于，沙二1亚段砂岩相较于泥岩为中—低纵波速度，而沙一段砂岩相较于泥岩为高纵波速度。
图3 QL10井测井曲线

Fig.3 Log curves of Well QL10

从图4（a）的交会图可以看到，沙二1亚段泥岩纵波速度均值约为4 500 m/s，横波速度均值约为2 400 m/s；砂岩与泥岩纵波速度范围重叠较严重，砂岩纵波速度分布范围为4 000~5 500 m/s；图4（b）表明，沙一段泥岩的纵波速度、横波速度均值与沙二1亚段基本相同，砂岩与泥岩纵波速度有一定区分度，砂岩纵波速度分布范围为4 500~5 300 m/s；图4（c）与图4（d）为沙二1亚段和沙一段砂岩纵、横波速度与孔隙度关系，都表现为随着孔隙度增加，砂岩纵、横波速度呈降低趋势。
图4 岩石物理分析交会图

（a）沙二1亚段纵波速度与横波速度区分岩性；（b）沙一段纵波速度与横波速度区分岩性；（c）沙二1亚段砂岩纵、横波速度随孔隙度的变化趋势；（d）沙一段砂岩纵、横波速度随孔隙度的变化趋势

Fig.4 Crossplots of petrophysical parameters

2.3　储层地震响应特征

基于上述岩石物理分析结果，对沙二1亚段与沙一段进行了地震正演分析。模型中泥岩及不同孔隙度砂岩的纵波速度、横波速度、密度如表1所示。模型中，砂岩厚度为10 m，孔隙度从3%逐渐增加至12%。地震的子波按照井震标定结果，PP波子波采用主频为35 Hz的雷克子波，PS波子波采用主频为18 Hz的雷克子波。PS波正演结果按照纵横波速度比，将PS数据校正至了PP域时间。
表1 沙二1亚段与沙一段正演模型参数

Table 1 Forward modelling parameters of J2 s 2 1 and J2 s 1

孔隙度/% 纵波速度（m/s） 横波速度（m/s） 密度/（g/cm3）

沙

二1

亚段

 0（泥岩） 4 500 2 400 2.6
3 4 900 2 740 2.65
6 4 650 2 720 2.53
8 4 400 2 700 2.47
10 4 300 2 650 2.43
12 4 220 2 600 2.36

沙

一

段

 0（泥岩） 4 500 2 420 2.55
3 5 000 2 900 2.625
6 4 800 2 800 2.54
8 4 700 2 750 2.475
10 4 600 2 700 2.435
12 4 500 2 650 2.362
图5（a）沙二1段的正演结果表明：①当砂岩孔隙度为3%左右时，PP波和PS波数据呈强振幅特征，砂岩顶面在PP和PS叠加剖面上均表现为波峰；②当孔隙度达到6%左右时，PP波数据能量较弱，而PS波数据仍表现出强反射特征；③当砂岩孔隙度达到8%以上时，PP波反射能量又开始变强，展现出上部强波谷下部强波峰的“亮点”特征，PS波反射能量逐渐变弱然后又变强。
图5 多分量地震模型正演

（a）沙二1亚段；（b）沙一段

Fig.5 Multi-component seismic forward modeling

图5（b）沙一段的正演结果表明：①当砂岩孔隙度为3%左右时，PP波和PS波数据呈强振幅特征，砂岩顶面在PP和PS叠加剖面上均表现为波峰；②当孔隙度达到6%~8%左右时，PP波数据能量较弱，而PS波数据仍表现出强反射特征；③当砂岩孔隙度达到10%以上时，PP波反射能量又开始变强，展现出上部强波谷下部强波峰的“亮点”特征，PS波反射能量逐渐变弱然后又变强。
图5表明在沙二1亚段和沙一段，纵波“亮点”反映的只是孔隙度最高的一部分砂岩；最致密的砂岩同样为强反射，但相位与“亮点”相反，AVO特征不明显；还有一部分孔隙度较高的砂岩在纵波剖面上呈弱反射特征。
对于沙二1亚段，当砂岩孔隙度大于8%时，纵波表现为“亮点”反射。而对于沙一段，只有当砂岩孔隙度大于10%时，纵波才能表现为“亮点”反射。受沉积环境等因素影响，沙一段砂岩整体上孔隙度低于沙二段，而形成“亮点”反射需要比沙二段砂岩的孔隙度更高，这也就解释了为何沙二段“亮点”反射较多，沙一段“亮点”反射非常局限的原因。
正演结果同时表明，对于纵波呈弱反射的砂岩，转换波有较明显的响应，因此多分量地震是预测该类砂体比较可行的技术。

3 多分量地震数据

3.1　资料处理

川中地区于2020年采集了200 km2多分量地震资料，开展提高致密气储层预测精度实验。资料处理以PP、PS波保幅处理为目标，针对PS波信噪比低的难点，采用PS波静校正与去噪迭代、极化滤波方法压制低频面波、分频自适应强能量压制等方法，分区、分域逐步提高PS波资料的信噪比。图6合成记录标定结果表明PP、PS波数据信噪比高，井震一致性较好，为后续储层预测奠定了良好数据基础。
图6 合成记录标定

（a）PP波；（b）PS波

Fig.6 Well-tie calibration

3.2　纵横波匹配

PP、PS波资料的匹配是联合解释和反演的基础［27］。由于PP数据上的峰值不一定对应于PS数据上的峰值，且PP和PS数据的频带宽度不同，纵横波匹配往往比较困难。
目前PP和PS波匹配的绝大多数方法，均是基于PP和PS波的反射同相轴最大相似性的原则，但这种假设在许多情况下是不成立的。以沙一段为例，图5（b）的正演结果表明，砂岩孔隙度的变化会引起PP和PS波的相位发生明显变化：当孔隙度为3%时，砂岩顶界面在PP波与PS波上都为波峰反射，PP和PS波相位相同；当孔隙度为8%~10%时，砂岩顶界面在PP波上为波谷反射，在PS波上为波峰反射，PP和PS波相位相反；当孔隙度达到12%时，砂岩顶界面在PP波与PS波上都为波谷反射，PP和PS波相位相同。由此可见，PP波与PS波的相位关系随着砂岩孔隙度的变化而变化，利用同相轴相似的原理进行纵横波匹配是不可靠的。
由于研究区地层平缓，且沙二2亚段底、沙二1亚段底、沙一段底在PP波与PS波上反射明显，本文采用了基于标志层的纵横波匹配技术。具体流程为：①分别开展PP波与PS波的井震标定。如图6所示，沙二2亚段底、沙二1亚段底、沙一亚段底在PP、PS波剖面上都为波谷反射。②在PP、PS波数据体分别解释沙二2亚段底、沙二1亚段底、沙一亚段底层位。③在层位精细解释基础上，以PP波层位为基准，将PS波层位校正至PP时间域，从而达到PP波与PS波数据的匹配。

4 多分量地震储层预测

4.1　砂体展布预测

由图5（b）可见，沙一段砂岩孔隙度的变化会引起纵波反射能量变化，当砂岩孔隙度在6%~8%之间时，纵波剖面上能量较弱，难以识别；而砂岩孔隙度在10%以下时转换波反射振幅能量较强，较容易识别，因此，可以采用转换波振幅属性预测沙一段砂岩。
图7（a）、图7（b）是沙一段4号砂组PP波和PS波最大波峰振幅属性图。可以看到2张属性图的预测结果有非常大的差别：在PP波属性图上，预测的河道砂体主要分布在研究区西部QL6—ST1—QL3—QL2—Q3井一侧，但钻探结果表明该区域砂岩厚度较薄；PS波属性图除了预测出研究区西部的河道，在研究区东部QL10—QL16—Q1—Q101井一侧预测发育范围更广的河道，钻探结果也证实该区域砂岩厚度大。图7（c）、图7（d）为过井的地震剖面。在PP波剖面上，Q3—QL2—ST1井处砂岩顶界为波峰反射，与图5（b）正演结果的低孔隙度砂岩反射特征相同；QL16—QL10井处砂岩为弱反射，与正演结果的较高孔隙度砂岩反射特征相同。PS波对不同孔隙度砂岩都有响应，振幅（箭头所示位置）与4号砂组砂岩厚度有较好的对应关系。
图7 沙一段4号砂组PP与PS波属性图及地震剖面

（a）PP波最大波峰振幅属性图；（b）PS波最大波峰振幅属性图；（c）PP波地震剖面；

（d）PS波地震剖面；剖面中插入曲线为伽马，剖面位置如（a）和（b）中所示

Fig.7 PP and PS attributes of J2 s 1 No.4 sand group and seismic sections

表2为研究区内10口钻井在4号砂组钻遇的砂岩厚度与多分量地震振幅的统计结果，图8（a）为砂岩厚度与PP波振幅的关系图，其相关性并不显著；图8（b）为砂岩厚度与PS波振幅的关系图，明显能够看到振幅随砂岩厚度的变化趋势。需要注意的是，属性图均在PP波时间域提取，沙一段纵波平均速度约为4 500 m/s，PP波主频约为35 Hz，波长的1/4大约为32 m。理论上，砂岩厚度为32 m时PP波振幅应该最强，但在图8（a）中并无此现象。PP时间域的PS波主频约为25 Hz，波长的1/4大约为45 m，统计的砂岩厚度基本在此范围内，因此受调谐影响不大。
表2 4号砂组砂岩厚度与多分量地震振幅统计

Table 2 Statistical data of sandstone thickness and multi-component seismic amplitude in No.4 sand group

井号 砂岩厚度/m PP振幅 PS振幅
Q3 8.5 29 026 16 609
QL2 5.3 34 192 22 005
QL3 11.3 22 010 25 168
ST1 16.9 23 733 21 705
QL6 1.9 15 241 4 457
QL16 45.6 13 868 30 614
Q101 32.3 3 872 25 026
Q1 26.3 17 813 17 198
QL17 4.2 7 382 9 371
QL10 20.4 7 906 26 989
图8 振幅与砂岩厚度关系

（a）PP波；（b）PS波

Fig.8 Relationships between amplitude and sandstone thickness

PS波属性表明研究区发育2条河道，QL6—ST1—QL3—QL2—Q3井一侧河道的砂岩薄，物性差，QL10—QL16—Q1—Q101井一侧河道的砂岩厚，物性好。PP波只预测出了物性差的河道，物性好的河道为弱反射，较难预测。因此，利用PS波属性能较准确地预测河道范围，再结合PP波属性，根据“PS波强振幅、PP波弱振幅”的特征可以预测砂岩物性好的区域。

4.2　砂体含气性预测

前期研究结果表明，沙溪庙组储层含气性越好纵横波速度比越低［19，25］，因此可以反演纵横波速度比预测储层含气性。相较于PP波叠前反演，PP—PS波联合反演通过引入实测的PS波地震数据，提高了反演的稳定性和结果的可靠性。图9、图10分别为PP—PS波联合反演 v p / v s剖面及在沙一段4号砂组的切片，结果表明QL10—QL16—Q1—Q101井一侧河道的砂岩含气性好，含气范围大；而QL6—ST1—QL3—QL2—Q3井一侧河道的砂岩含气性较差，含气范围小，这与砂岩物性预测结果相吻合。
图9 PP—PS波联合反演 v p / v s剖面（红色曲线为伽马，箭头为4号砂组位置，剖面位置如图10所示）

Fig.9 v p / v s ratio obtained from joint PP-PS inversion （The red curves are GR logs. No.4 sand group is indicated by the arrows. See Fig.10 for section location）

图10 PP—PS波联合反演 v p / v s在沙一段4号砂组的切片

Fig.10 Horizon slice of v p / v s ratio obtained from joint PP-PS inversion at J2 s 1 No.4 sand group

5 结论与成效

本文通过对比四川盆地侏罗系沙一段和沙二段储层成因、测井及地震响应特征，分析了沙一段亮点局限的原因，并提出了多分量地震预测方法，研究表明：
（1）相较于沙二段，沙一段形成纵波“亮点”反射需要砂岩具有更高的孔隙度，受沉积环境影响，沙一段河道砂体物性整体上低于沙二段，因此沙一段“亮点”反射相对较少。
（2）沙一段优质河道砂岩纵波速度与泥岩叠置，纵波反射不明显，横波速度具有较大区分度，转换波在预测河道砂体展布方面比纵波更具优势。
（3）PP—PS波联合反演有助于提高反演结果的可靠性，与河道砂岩预测结果相互印证，对储层含气性预测更为准确。
本研究成果体现出多分量地震在沙一段勘探中的重要作用，从而推动了多分量地震在川西北地区规模化采集应用。川西北地区最新的勘探实践表明，多分量地震能有效刻画沙一段隐蔽型河道砂体展布，在先导试验区部署的钻井储层钻遇率达到90%，支撑了川西北地区沙溪庙组探明储量申报，取得显著成效。

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