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李修明，刘志刚，闫小伟，乔彦国，侯小平，王 聪
(中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司 西南物探研究院，四川 成都 610084)
GSM高密度勘探区域位于四川盆地川北古中坳陷低缓带和川中古隆中斜平缓带[1]之间，主要为EW向背斜构造，断层较为发育。研究区在其目的层多口井获得工业气流，沙溪庙组河道砂和底部席状砂是含气有利层段。因此开展针对川中侏罗系沙溪庙组[2]河道砂体和断层刻画研究显得尤为重要。相较于传统观测系统，高密度勘探观测系统[3]具有高覆盖、小面元等特征，同时具有更高的信噪比、分辨率和保真度[4]，但其勘探成本和存储数据量巨大，且受激发和接收多种因素制约[5]。因此综合考虑勘探成本和满足川中沙溪庙组目的层刻画成像的需求上如何选择更加经济适宜的观测系统即为本文探讨目的。
众多学者针对面元大小和炮道密度做过深入研究，认为面元越小剖面成像精度越高，炮道密度越高剖面信噪比越高[6]。屠世杰[7]指出炮密度主要影响深层分辨率，而道密度主要影响浅层分辨率，同时增加炮、道密度可以增加剖面分辨率，但是信噪比与炮道密度存在一个门槛值，门槛值内信噪比随炮密度或道密度的增大明显提高，超过该门槛值，再增大炮密度或道密度时信噪比仅有微弱改善。王海[8]认为只要满足横向分辨率和最高无混叠频率的要求，没有必要过分寻求小面元。因此针对炮道密度的选择，应在满足目的层识别能力的条件下，考虑经济成本和数据存储大小的情况，选取一个最佳勘探观测系统面元尺寸[9]，通过抽稀炮点密度和接收点密度得到几种不同炮道密度观测系统[10]，进行定量分析，总结出几套适用于川中沙溪庙组不同目的区且性价比高的观测系统。
本文基于中国西部GSM地区高密度三维地震观测系统实际资料，通过对原始高密度观测系统炮检点间距抽稀得到观测系统A，然后在观测系统A的基础上对炮道密度进行不同程度抽稀得到观测系统B、C、D。对这四套数据进行常规实验分析，在面元尺寸相同的情况下，分析这四套不同炮道密度观测系统对川中地区沙溪庙组河道砂体储层以及断层断距识别能力。针对四种观测系统对不同宽度河道和不同厚度砂体的识别情况找出最合适的观测系统，在保证勘探满覆盖以及能够准确识别川中沙溪庙组砂体厚度以及断层的前提下，尽量控制成本，从而实现高效采集。
1.1 炮密度、道密度、面元大小与覆盖次数定义
对于三维地震观测系统中炮密度DR和接收道密度DS由式(1)和(2)定义：
(1)
(2)
式中：RI为接收点间隔，RLI接收线间隔，SI为炮点间隔，SLI为炮线间隔。
地震道密度DT由式(3)计算：
(3)
式中：SS为排列片有效面积。将式(1)和式(2)代入式(3)，可以得出地震道密度和炮密度、接收道密度之间的关系：
DT=SSDRDS
(4)
同时，观测系统纵横向面元大小由炮点间距RI和检波点间距SI决定：
(5)
(6)
纵横向覆盖次数fx和fy如式(7)所示：
(7)
总覆盖次数fl如式(8)所示：
(8)
式中：NR为排列接收道数，NRL为接收线数。
对式(8)的分子和分母同时乘上接收线间隔RLI和面元大小得到式(9)：
fl=(NRRINRLRLI)(a×b)×
(9)
令SB=a×b，得到：
fl=SSSBDRDS
(10)
fl=SBDT
(11)
(12)
从式(12)可知，对于某个三维地震观测系统，可以选取一个相同大小的面元，通过减少炮、道密度进行抽稀处理得到几种观测系统，研究几种不同抽稀后的观测系统对川中沙溪庙组河道砂体储层厚度和断层的识别精度，以期得到针对川中侏罗系沙溪庙组不同勘探目标的观测系统设计方案。
1.2 四种不同观测系统抽取方案
本次试验共设计四种观测系统，具体参数见表1。首先对高密度数据观测系统中所有炮线上的炮点隔取三炮取一炮，使得炮密度是高密度炮密度的1/4，同样在接收线上接收道也采用隔三道留一道的方式，使得接收道密度是高密度接收道密度的1/4，从而得到面元大小为20 m×20 m的抽稀观测系统A，然后在观测系统A的基础上对炮道密度进行不同程度抽稀得到观测系统B、C、D。对这四个观测系统A、B、C、D按相同处理流程处理，需要说明的是，为使各套数据没有时差，笔者未对每套数据分别进行初至拾取和约束层析静校正计算，而是采用高密度数据的约束层析静校正量和相同偏移速度模型进行叠前偏移处理分析。
在本文分辨率分析中，对中侏罗统沙溪庙组河道砂体和断层进行河道宽度、断层断距、厚薄砂体厚度计算，将每种观测系统方案的几种识别极限值作为评判识别能力标准，通过实验结果分析，选择出不同勘探目标观测系统最优设计方案。
2.1 河道砂体地震响应特征分析
研究区域主要位于四川盆地中北部，区域构造位置位于川北—川中过渡带，在构造上处于四川盆地川中古隆中斜平缓构造区与川北古中坳陷低缓构造区结合部，西临八角场构造，东临营山构造，地表出露上侏罗统蓬莱镇组。在构造演化上同样经历了四川盆地的沉积—构造演化史，相继沉积了中三叠统以下的以碳酸盐岩为主的海相地层和上三叠统—新近系的以砂泥岩为主的陆相地层；
历经了加里东、华力西、印支、燕山及喜山等多期次构造运动，其中印支运动、燕山运动、喜山运动对构造的形成具有重要影响，受盆地刚性基底的控制，构造发展演化具继承性(图1)。
表1 四种不同观测系统参数
前期研究表明，川中地区侏罗系主要为一套内陆淡水湖相碎屑岩沉积，由下而上地层层序依次为自流井组、沙溪庙组、遂宁组和蓬莱组。沙溪庙组厚度为1800～2000 m，自下而上又分为沙一段和沙二段，进一步结合沉积旋回特征自下而上可以将沙二段划分为沙二底、沙二二底、沙二三底和沙二四底。通过测井侏罗系沙溪庙组储层综合图(图2)可知，沙溪庙组储层为致密砂岩背景下的相对高孔砂岩。其测井响应具有以下特征：砂体在声波时差曲线上主要表现为低声波时差的响应特征，储层段声波时差略高，整体表现为低声波时差背景中的相对较高段，声波时差值分布在40～95 μs/ft之间，井间差异明显；
密度曲线值主要分布在1.8～2.65 g/cm3之间，储层段密度有所降低；
自然伽马曲线上砂体呈明显的箱型或漏斗状，RG值分布范围为10～150 API，有利砂岩表现为相对低GR值的响应特征，储层伽马值在55～90 API之间；
电阻率曲线值分布在7～350 Ω·m之间，砂岩呈高电阻特征，孔隙发育电阻降低。
根据川中侏罗系沙溪庙组河道储层的测井响应特征可知，河道相对围岩可呈现相对高速、相对低速或速度接近的特征，测井分析河道砂体平均速度为4100 m/s，计算可知河道砂体调谐厚度约为25 m。通过进一步测井分析，为分析河道地震响应特征，设计一个大小为3700×1500 m四层含不同速度和孔隙度砂体正演模型，自下而上厚度分别为300、200、200、850 m，速度分别为4700、4400、4500、4400 m/s，并在第二层和第三层分别设立长50 m、宽为0～25(调谐厚度)m、por(孔隙度)3～12为相对围岩高速和低速的4种楔状砂体模型进行正演 (图3)。采用40 Hz雷克子波进行正演模拟，正演结果 (图4) 表明：①对于相对围岩高速河道，其顶界表现为强波峰反射，底界为强波谷反射，当河道砂体厚度等于调谐厚度(25 m)时，河道顶界波峰反射强度最大；
②对于相对围岩低速河道，其顶界表现为强波谷反射，底界为强波峰反射，当河道砂体厚度等于调谐厚度时，河道底界波峰反射强度最大；
③相同砂体厚度，低速砂底界反射能量越强，高速砂顶界反射能量越弱，储层物性越好；
④相同储层物性，低速砂底及高速砂顶振幅越强，储层厚度越大。因此可以根据反射同相轴顶底界面强波峰或者强波谷反射振幅等特征来识别叠后地震剖面中的河道砂体。通过对川中沙溪庙组河道宽度进行统计，将河道分为大型河道(宽度>1000 m)、中型河道(600 m<宽度<1000 m)、较小型河道(100 m<宽度<600 m)、小型河道(宽度<100 m)四类。
首先从平面方向分析川中沙溪庙组河道砂体展布特征，图5为高密度、A、B、C和D这五套观测系统川中沙溪庙组一段内部均方根振幅属性(2号河道)对比，通过对比可以看出五套数据大、中型河道形态基本一致，观测系统A、B、C和D由于炮密度和检波点密度逐步降低，空间分辨率减低，河道边界出现模糊化效应，但定性来看A、B、C三套数据大型河道、中型河道整体形态与高密度数据基本一致，仅在细小河道形态差别较大，以图5中红框为例，高密度数据河道边界清楚，河道展布连续，能分辨出最小55 m宽小河道，观测系统A能识别最小71 m宽小河道，观测系统B能识别最小74 m宽小河道，观测系统C能识别最小74 m宽小河道，观测系统D能识别最小98 m宽小河道。从图6叠加反射剖面对比可以看出，观测系统A、B、C和D由于炮道密度逐渐降低，剖面上河道亮点反射逐步减弱，观测系统D已经无法识别河道亮点。
2.2 断层断距识别分析
图7和图8分别为高密度、A、B、C和D这五套观测系统在川中沙溪庙组二段1底界相干切片属性整体与局部对比，通过对比可以看出，从大断裂分布情况可以看出五套数据分布基本一致，在小断裂刻画方面，从图7中红框可以看出，随着炮道密度逐渐降低，空间分辨率降低，平面上断裂断距逐渐变短，小断裂断距无法识别。图9和图10为观测系统D在InLine方向能识别极限断距时五个叠后地震剖面整体和局部图，从图9和图10中可以看出，当观测系统D能识别极限断距为16 m时候，其余相应观测系统都能识别此断距尺寸。图11为图7观测系统D在断层断距刚刚消失处InLine方向五个观测系统叠后地震剖面，图12为图11中红框放大图对比，通过对比可以看出，在观测系统D无法识别断层断距时，高密度观测系统识别极限断距约为6 m，A观测系统识别极限断距约为10 m，B、C观测系统识别极限断距约为12 m。图13为高密度、A、B和C四套观测系统数据叠前纵横波比反演剖面，通过对比可以看出，对于41 m的厚砂体，观测系统A、B几乎能达到与高密度观测系统相当的识别效果，观测系统C的识别效果最差，而针对薄砂体，高密度观测系统识别效果最好，砂体厚度为6 m，A、B观测系统识别效果略低，砂体厚度为8 m，C观测系统识别效果最差，砂体厚度为10 m。
1)通过对高孔隙度低速河道和低孔隙度高速河道等四种楔状模型进行正演结果表明：① 对于相对高速围岩河道，其顶界表现为强波峰反射，底界为强波谷反射，当河道砂体厚度等于调谐厚度(25 m)时，河道顶界波峰反射强度最大。② 对于相对低速围岩河道，其顶界表现为强波谷反射，底界为强波峰反射，当河道砂体厚度等于调谐厚度时，河道底界波峰反射强度最大；
③ 相同砂体厚度，低速砂底界反射能量越强，高速砂顶界反射能量越弱，储层物性越好；
④ 相同储层物性，低速砂底及高速砂顶振幅越强，储层厚度越大。
2)对于川中沙溪庙组大中型河道，观测系统A、B、C和D均能识别河道边界，且河道宽度与高密度数据一致，针对小型河道，高密度观测系统平面上小型河道连续，剖面上清晰识别河道亮点，河道边界清楚，河道展布连续，能分辨出最小55 m宽小河道，观测系统A能识别最小71 m宽小河道，观测系统B能识别最小74 m宽小河道，观测系统C能识别最小74 m宽小河道，观测系统D能识别最小98 m宽小河道。
3)当采用面元大小为20 m×20 m时，B、C观测系统在分辨率上几乎与A观测系统几乎相当，这说明当炮道密度达到一个门槛值，即使增加两倍炮道密度时信噪比仅有微弱改善。
4)当川中沙溪庙组目标河道宽度约为55 m，断层断距约为6 m，薄砂体厚度约为6 m时，可采用高密度观测系统；
当勘探目标河道宽度约为71 m，断层断距约为10 m，薄砂体厚度约为8 m时，可采用A观测系统，当勘探目标河道宽度约为74 m，断层断距约为12 m，薄砂体厚度约为8 m时，可采用B观测系统，当勘探目标河道宽度约为74 m，断层断距约为12m，薄砂体厚度约为10 m时，可采用C观测系统。
——以KL油田3-1483砂体为例非常规油气(2020年5期)2020-11-23本文来源：http://www.zhangdahai.com/shiyongfanwen/qitafanwen/2023/0604/606993.html
