2011, Vol. 54
大庆徐深气田属于火山岩含气储层[1]，目前主要采用地震属性分析与井相结合方法来预测火山岩相分布；采用构造趋势面分析与波形聚类分析技术识别火山口位置；采用频谱成像和地震反演技术预测火山岩厚度，并取得了一定效果.但是，以上常规方法仍无法满足勘探对地球物理的要求，主要表现在:火山岩储层厚度预测精度有待进一步提高；火山岩储层物性预测符合率还较低；火山岩储层含气检测尚缺乏有效的方法[2, 3].因此，需利用多波技术开展火山岩储层预测研究.多分量地震勘探首先在海上石油勘探中取得成功.这项技术在国际上发展迅猛，正成为海上油气田勘探开发阶段必不可少的技术手段.在进行海上多分量地震勘探研究的同时，国外也在开展陆上转换波勘探的研究工作.随着转换波静校正、速度、各向异性和叠前时间偏移成像等转换波处理成像关键问题的逐步解决，陆上转换波勘探迎来了蓬勃发展，转换波波的处理技术已经不是主要瓶颈[4~11].多波多分量地震勘探在去除气云影响，岩性识别方面具有明显优势[12, 13].由于多分量地震勘探能同时提供纵波和转换波信息，因此与常规的纵波勘探相比，所提供的信息量成倍的增加，并能衍生出多种组合参数[14].剪切波对流体不敏感、比纵波传播速度慢、并且具有极化特性，因此在以下几个方面具有应用优势:含气储层成像、提高分辨能力、流体和岩性识别、低声阻抗储层成像、裂隙检测等[15~17].由多分量地震勘探所获取的多种信息进行综合解释在油气检测和油藏描述中已初见成效[18~21].PP，PS 地震波协同反演(又称双反演)方法为弹性参数提取提供了有力的工具.不同于大多数传统的反演方法，PP、PS协同反演方法同时使用PP波数据和PS波数据的振幅和时间信息，增加了反演问题的约束条件，反演效果明显优于单纯纵波反演[22~35].本文利用PP、PS协同反演技术，对大庆徐家围子探区二维三分量资料进行了深层火山岩含气储层反演预测，取得了良好效果.
2 理论基础对于有限入射角的P 波其反射系数可以由下式确定:
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(1) |
其中，Rpp、Gpp 分别是纵波的截距和梯度，而且，
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(2) |
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(3) |
其中VP、VS、ρ 分别为纵波速度、横波速度、介质密度.由纵波的截距Gpp 和梯度Rpp 不能唯一的求出三个未知量:纵波速度、横波速度和介质密度，因此只有纵波一种资料反演岩石的弹性参数的方法具有多解性.
而对于有限入射角的PS 转换波，其反射系数可以由下式确定:
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(4) |
其中，转换波梯度Gps 与弹性参数关系为
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(5) |
通过方程(1)和(4)，就建立了三个已知量纵波截距、纵波梯度、转换波梯度来唯一的求解三个未知量纵波速度、横波速度和介质密度的方程.
在具体计算时，假设地层是由等时间差Δtp 单位组成的一系列离散层，若第n层已知γ，欲求第n+1层的γ.由PP 和PS 的波至时间tp 和tps.有下式:
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(6) |
因为已知tpsn，那么γn+1 就是tn+1ps 的函数.γ 的下角标t通过波至时间求出.同时由振幅定义的γ关系式如下:
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(7) |
那么，对于各向同性的弹性介质只能有唯一的一个γ 值，因此，定义约束条件如下:
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(8) |
因为伽玛反射系数在数据有限带宽之内，是时间γ 与子波褶积.由式(6~8)可知:从给定的初始γ开始运算，式(6)计算相应的PS时间，由式(7)利用PP和PS反射求γ 反射系数，式(8)检查是否与初始值吻合，不停地修正直到收敛.这个过程是高度非线性运算，因此采用模拟退火方法，保证γ 最终收敛.
3 工区概况及数据采集工区位于黑龙江省安达县、肇州县境内的升平和兴城地区，地表基本为村镇和农田.该区地势平坦，整体呈东南高西北低，海拔高程在140~190 m之间，地表相对高差为50 m 左右.地表主要为农田、草地.本区没有横波表层调查资料，从本区近年度的纵波表层资料可见:本次试验区域的近地表结构相对较为简单，潜水面较为稳定，北部低降速带的总厚度基本为6~10 m，南部低降速带的总厚度基本为8~16 m，为兴城地区近地表相对较稳定的区域.
工区位于徐家围子断陷的西坡，汪家屯-升平构造和兴城鼻状构造上.从不同层构造图上看，该区中浅层(T3以上)各目的层构造格局基本一致，局部构造和小断裂非常发育，且多与断层伴生而成.该区深层(T3、T4、T5)构造均为早期构造，晚侏罗系末期发育已具雏形，各层发育有一定的继承性，受后期断层的改造，整体形态略有变化.
本次采集6 条2D3C 测线.采用法国SERCEL公司基于MEMS技术的数字三分量检波器-DSU3单点接收，观测系统如图 1 所示，采用两条接收线采集，目的是为了满足进行室内组合的要求.采集参数如下:排列方式10-15-5805，线距5 m，炮距:20 m，道距:10m.
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图 1 PP、PS协同反演流程图 Fig. 1 Joint PP-PS inversion flow |
PP、PS协同反演流程如图 1 所示.首先由PP波叠前时间偏移CRP 道集和PS 波叠前时间偏移的CCP道集进行AVO 处理，从而获得PP和PS的截距和梯度数据，然后进行测井资料分析和目的层位解释标定，并建立初始Gamma模型.利用双反演软件进行Gamma模型优化及参数试验，直至得到满意模型后，最后输出反演的弹性参数.
纵横波协同反演方法的基础是做好纵、横波(转换波)的对比工作，因此，该技术的效果直接受到层匹配准确性的制约，应用时需要利用好测井、VSP等资料进行PP、PS层位对比解释工作.
5 应用实例 5.1 2D3C资料的处理2D3C 资料的处理包括两大部分内容:纵波处理、转化波处理.首先要进行X、Y、Z三个分量的分离，然后针对Z分量进行PP波地震处理，与常规纵波处理流程基本类似，但由于采用数字检波器接收，数字Z分量记录由于采用点采集使得炮集记录上规则干扰的能量较强，如:地滚波、声波等，因此，叠前压制噪音成为数字Z分量室内处理的重要环节.另外，针对转换波处理，由于转换波射线路径的不对称性使得常规用于纵波资料的处理如:道集分选、速度分析、动校叠加和偏移等都不适用于转换波处理，转换波处理需要专门的处理模块，如:共转换点CCP道集分选、CCP 道集速度分析、CCP 动校正以及共转换点CCP叠前时间偏移等.处理过程借助于解释方法进行转换波静校正的计算，转换波叠前时间偏移初始模型建立等.
5.2 多分量地震资料的标定和层位对比与常规纵波地震资料相比，转换波地震资料解释首先要进行波形识别和多分量层位标定.波形识别主要利用多分量的极化特性、速度转播规律、频谱、振幅差异、炮间距关系和各向异性特征进行识别，而准确的识别同一地质层位的不同反射波特征是多波多分量解释工作的前提.可靠的层位识别和标定需要结合地质、地震、岩石物理等各个方面的基础资料和技术手段进行.在本次研究中，我们使用传统的合成地震记录方法，并结合VSP资料进行了纵波的层位标定，而针对转换波层位的标定方法，主要是在考虑多分量地震资料特点的基础上，利用一些通行的对比原则进行，比如利用地质特征不变性，地层层序不变性等等.
5.3 初始Gamma模型的建立和优化通过测井资料分析，首先确定双反演的目的层；然后通过测井资料进一步合成PP 和PS记录标定，明确PP和PS波的对应极性，为下一步的双反演做准备；另外通过测井资料分析，可以确定本区γ 的变化范围，即目的层段的γ 在:1.6~1.8.
一般由PP和PS 的解释结果，根据式(6)可以得到平均γ.利用平均γ 可以把PS 剖面压缩到PP时间，从而可以逐层对比标定.经反复解释和压缩对比，使得PP和PS 在目的层段标定一致，就获得了由PP和PS走时差所确定的初始Gamma模型，如图 2所示，然后再通过模拟退火的方法求得稳定收敛的基于全局最优的γ 值.
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图 2 由解释模型得到初始层Gamma剖面 Fig. 2 initial Gamma section from interpretation model |
本次勘探的主要目的层为白垩系下统营城组地层，大致可以分为两个部分:上部营城组四段沙砾岩和下部营城组一段火山岩，两套目标储层之间发育一套泥岩隔层.研究表明，火山岩地层非均质性强，储集空间类型主要是气孔、溶蚀孔、粒间收缩缝、裂缝和微裂缝.通过对比解释发现本工区内转换波和纵波对于构造的成像是一致的.纵波在目的层段的分辨率更高，因此构造成像更加清晰.当储集层含气时，或者纵向上岩性发生变化时，由于纵波速度的变化，在纵波剖面上都会形成反射界面，而在转换波剖面上却只能识别出由于岩性变化形成的界面，不能识别出由于含气影响形成的反射界面，显示出转换波资料对于流体的不敏感性，这个特征在徐深1 井位置处通过和测井资料的对比得到了证实，如图 3所示，图中绿色箭头指示了岩性界面的位置，该反射界面在PP和PS剖面上特征都很清楚，而上下的橘红色箭头指示了气层的位置，只在PP 剖面上形成了反射界面，而PS剖面上看不到这样的特征.
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图 3 徐深1井位处PP和PS地震剖面对比 (a)纵波剖面；（b)转换波剖面(纵波时间）. Fig. 3 Comparison of PP and PS section at Xushenl location (a)PP section；(b)PS section in PP time. |
进一步通过测井分析我们可以发现，储层整体显示为低密度，低纵横波速度比的特征.通过对双反演得到的纵横波速度比VP/VS(Gamma)剖面分析，可以识别出上下两套储层以及中间发育的一套泥岩隔层，并显示出上下两套储层不同的物性特征，下部的火山岩厚度更大，而且纵横波速度比也更小，显示出更好的储集物性，如图 4所示.
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图 4 L1线双反演结果-速度比剖面 Fig. 4 Dual-inversion result of Linel-velocity ratio section |
图 5为徐深1综合柱状图与双反演结果对比，从图中可以看出，营四段砂粒岩产气层对应反演剖面的绿色相对低值区，反映良好的储层.营一段火山岩产气层对应速度比剖面的蓝色低值区，它与火山岩储层对应良好.图 6 是徐深6 井的综合柱状图与反演结果的对比，也可以看出，反演出的速度比低值区对应较好的储层.
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图 5 L1线速度比剖面过徐深1井 Fig. 5 Velocity ratio of Linel across Xushen1 |
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图 6 L1线速度比剖面过徐深6井 Fig. 6 Velocity ratio of Linel across Xushen6 |
PP、PS协同反演效果证明了基于纵横波协同反演的综合解释技术基本能够满足多分量勘探储层预测的需求.综合利用纵横波信息进行协同反演，可以避免单纯使用纵波信息进行弹性反演而造成岩石弹性参数的多解性，提高储层预测的精度.
纵横波协同反演方法的基础是做好纵、横波(转换波)的对比工作，因此，该技术的效果直接受到层匹配准确性的制约，应用时需要利用好测井、VSP等资料进行PP、PS层位对比解释工作.
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