Jason反演技术在天然气水合物速度分析中的应用

梁劲1　王宏斌1，2　梁金强1

（1广州海洋地质调查局 广州 510760；2中国地质大学（北京）北京 100083）

第一作者简介：梁劲，男，1971年生，高级工程师，1995年毕业于成都理工学院信息工程与地球物理系应用地球物理专业，主要从事天然气水合物调查与研究工作。

摘要 本文采用Jason 反演技术对南海北部陆坡A 测线纵波速度进行计算，结合BSR、振幅空白带以及波形极性反转等多种水合物赋存信息的分析，对水合物成矿带的速度特征进行了综合研究，结果表明：低速背景中的高速异常，是天然气水合物赋存的重要特征；高速异常体一般呈平行于海底的带状分布；在高速异常的内部，速度也是不断变化的。一般在异常体的中心速度最高，由中心到边缘速度逐渐降低，反映在水合物矿带内部，水合物饱和度由矿体中心向边缘逐渐降低的特征。本文的研究成果进一步表明高精度速度分析不仅可以帮助寻找水合物矿点，还可以进一步判定水合物的富集层位。

关键词 Jason 反演技术 天然气水合物 速度分析

1 前言

天然气水合物是在低温、高压环境下，由水的冰晶格架及其间吸附的天然气分子组成的笼状结构化合物，广泛分布于海底和永久冻土带。温度和压力是天然气水合物形成和保存最重要的因素（王宏斌等，2004）。针对天然气水合物的野外调查及研究表明：高分辨率的地震勘探方法是天然气水合物调查评价中行之有效的方法。地震反演技术一直是地震勘探中的一项核心技术，其目的是用地震反射资料反推地下的波阻抗、速度、孔隙度等参数的分布，从而估算含天然气水合物层参数，预测天然气水合物分布状况，为天然气水合物勘探提供可靠的基础资料。常用的地震反演技术有Jason、Strata、Seislog和ISIS等，其中Jason反演技术在含天然气水合物层预测中因其分辨率高而得到广泛推崇，它主要由有井约束和无井约束两种方法组成（廖曦等，2002）。

速度异常是判断天然气水合物是否赋存的重要条件之一。结合BSR（Bottom Simulating Reflector）特征、波形极性特征、振幅特征以及AVO特征等目前已成为判断是否存在天然气水合物层主要手段（史斗等，1999）。大量的测试数据显示：水合物的速度与冰的速度较为接近，而比水高。与含水或含游离气沉积层相比，含水合物沉积层的密度降低，声波速率增大，含水合物层的地层速度往往比一般的地层速度高，含水合物沉积层的下部由于充填了水或气，而使水合物底界面出现速度负异常。因此，地层中速度反转是水合物赋存的一个地球物理标志。含水合物地层的声波速度与水合物的含量有关，水合物含量越高，其声波速度越高。从速度方面看，BSR是上覆高速的含水合物地层与下伏较低速的含水层或含气层之间的分界面。通常，海洋中浅层沉积层的地震纵波速度为1600～1800m/s，如果存在水合物，地震波速度将大幅提高，可达1850～2500m/s，如果水合物层下面为游离气层，则地震波速度可以骤减200～500m/s。因此，在速度剖面上，水合物层的层速度变化趋势呈典型的三段式，即上下小、中间大的异常特征（张光学等，2000）。西伯利亚麦索雅哈气田的资料表明，在原为含水砂层内形成水合物之后，其纵波的传播速度会从1850m/s提高到2700m/s；而在胶结砂岩层，这种速度会从3000m/s提高到3500m/s。深海钻探计划的570站位的测井结果表明，由含水砂岩层进入含水合物砂岩层时，密度由179g/cm3降低到119g/cm3，声波传播速度从1700m/s提高到3600m/s，且电导率剧烈下降。

Cascadia海域ODP889站位的VSP测井资料反映水合物底界为强烈的负速度界面，速度从水合物沉积物层的1900m/s陡降到含游离气层的1580m/s，由于VSP测井为地震测井，受钻井因素的影响较少，因此认为VSP测井真实地反映了水合物沉积层底界的速度变化（陈建文等，2004）。

国土资源部广州海洋地质调查局在2001～2004年在南海北部陆坡进行10000多公里的天然气水合物高分辨地震调查。本研究利用Jason反演技术，通过对南海北部陆坡区的地震速度资料的精细分析，在已圈定BSR分布范围的基础上研究陆坡区各沉积层的速度特征，最后对速度值与水合物的关系进行了分析和探讨。

2 方法原理

纯天然气水合物的密度（09g/cm3）和海水密度相近，而游离气的含量又十分有限，这就决定了产生BSR的波阻抗差主要由速度造成。速度反演技术的特点是在无井约束时，以地震解释的层位为控制，对所有的地震同相轴来进行外推内插来完成波阻抗反演，这样就克服了地震分辨率的限制，最佳的逼近了测井分辨率，同时又使反演结果保持了较好的横向连续性。速度反演技术的主要原理是：①通过最大的似然反褶积求得一个具有稀疏特性的反射系数系列；②通过最大的似然反演导出波阻抗；③通过波阻抗计算速度。该方法的主要优点是能获得宽频带的反射系数，是一种基于模型的反演，具有多种建模方法，对所建模型进行比较分析，并使地质模型更趋合理，反演结果更加真实可靠（郝银全等，2004）。

波阻抗反演方法的出发点是认为地下的反射系数是稀疏分布的，即地层反射系数由一系列叠加于高斯背景上的强轴组成。具体反演是从地震道中，根据稀疏的原则抽取反射系数，与子波褶积生成合成地震记录，利用合成地震记录与原始地震道的残差修改反射系数，得到新的反射系数序列，然后再求得波阻抗。其具体步骤是：

假设地层的反射系数是较大的反射界面的反射和具有高斯背景的小反射叠加组合而成的，根据这种假设导出一个最小的目标函数（安鸿伟等，2002）：

南海地质研究2006

式中：R（K）为第一个采样点的反射系数，M为反射层数，L为采样总数，N为噪音变量的平方根，λ为给定反射系数的似然值。

最大的似然反演就是通过转换反射系数导出宽带波阻抗的过程。如果从最大的似然反褶积中求得的反射系数式R（t），则波阻抗：

Z（i）=z（i-1）×（1+R（i））/R（1-i） （2）

利用波阻抗和速度的关系式：

v=Z（i）/ρ （3）

即可得到速度值。其中，ρ为地层密度，可从区域测井资料结合该测线重力资料反演求取。

在上述过程中为了得到可靠的反射系数估算值，可以单独输入波阻抗信息作为约束条件，以求得最合理的速度模型。一方面，速度反演结果是一个宽频带的反射序列和波阻抗及速度数据，同时加入了低频分量，使反演结果更能正确反映速度变化规律；另一方面，它有多种质量控制方法，具体表现为监控子波的选取、同相轴的连续追踪、反演结果准确性的判断和提供多种交汇显示的相关性分析。所以利用速度反演可对地震剖面上任一相位进行速度反演，在每一个CDP点都可得到任一个同相轴速度数据，并利用二维的反射波的速度层析成像反演方法得到高度连续的速度剖面，如果地震测线足够密，还可利用三维速度反演得到速度体图像。

3 实现过程

31 初始模型的确立

在地质规律的指导下，利用地震和测井资料开展沉积特征分析和沉积旋回划分；建立岩石-电性关系，进行砂层组和单砂层对比；在地震剖面上提取各含油砂层组反射波属性，建立地震属与矿体的关系，实现地震-测井综合预测矿体平面分布厚度，开展层间矿体组外推预测；建立初始速度场；在地震属性约束下开展地震反演，反演层间小层矿体厚度。细分层反演层位的标定正确与否直接影响反演结果的精度。因此，在反演过程中对子波提取、能谱特点、信噪比、频谱及反射系数的研究至关重要（闫奎邦等，2004）。技术路线流程如图1所示：

32 初始速度场的获得

初始速度场的获得首先要对速度谱进行解释，速度谱的解释和取值是否合理，将直接影响均方根速度的计算精度。具体步骤如下：

1）速度谱的解释先从地质条件简单、反射层质量好、能量团强、干扰少的剖面段开始，绘制叠加速度-反射时间曲线，并逐渐向外扩展；

2）结合地震剖面的反射特征，判断速度极值点是否正确，并选择读取能量团最大的极值点。排除干扰波能量团，从而求得有效波的叠加速度；

3）对相邻速度谱进行比较，通过比较速度谱曲线的形状、相同反射层的速度极值等方法予以检查和修改。

4）每隔40个CDP拾取一组数据，利用地震剖面上的反射倾角数据对它们进行校正，便可得到均方根速度（梁劲等，2006）。

图1 速度反演技术线路流程图

Fig1 The flow chart of the velocity inversion of technical route

33 子波的提取

子波提取时，要使能量集中于子波的主瓣，与地震子波形态吻合。如果所提子波近于零相位，则从波峰向两侧能量衰减较快，波峰两侧波形对称；在子波的能谱特征分析，要使能量都集中在地震波的主频范围内；有井资料时，要对井资料都作了子波与地震波自动关联质量控制。保证子波能谱与地震波能谱相吻合，是反演中较为重要的一方面，子波能谱的峰值与地震波主频的能谱峰值相吻合。首先了解合成记录与地震记录之间的偏差。通过合成记录与地震记录之间的偏差分析，对Jason反射系数偏差、能谱偏差进行进一步的校正，使合成记录与地震记录之间的偏差减小。然后通过反射系数与地震资料之间偏差分析，采取相应的手段校正，使地层与合成记录反射系数相吻合。再进行信噪比分析，使反演处理后的信噪比得到最大限度的提高。通过一系列质量控制手段，使各油层合成记录与地震记录的标定精度得到了较大的提高。

关于速度反演可信程度，不能完全由反演方法确定，关键在于获取地震记录的质量和反演前处理流程的振幅保真度。另一个影响因素是数值模拟结果应当是比较准确的，这与计算方法有关，也与子波拾取和地质构造模型有关。至于反演结果的灵敏度，主要由拟合误差值和收敛速度来判断。如果给定的初始模型正确，即与实际地质结构一致，则拟合的误差较小且收敛速度快。本文工作由于受实际情况限制，没有实际的测井资料验证，因此反演所得速度的准确性和精度会受到一定程度的影响。

4 速度剖面特征

运用多种特殊地震成像综合分析，是天然气水合物地震资料解释的关键技术。目前一般采用识别BSR、振幅空白带、波形极性反转、速度异常、波阻抗面貌和AVO等天然气水合物地震相应特征来综合分析沉积物中是否含有水合物。高精度的层速度分析可帮助判定水合物的富集层位，速度及振幅异常结构是水合物与下伏游离气共同作用形成的特殊影像，剖面上表现为“上隆下坳”结构，多层叠合构成一明显的垂向“亮斑”这一特殊成像结构在未变形的水合物盆地内较适用于寻找水合物矿点，并可据此定量估算水合物盆地内水合物的数量，分析BSR上下的详细速度结构，是水合物地震资料综合解释的重要手段（张光学等，2003）。

图2 南海北部陆坡测线A道积分剖面

Fig2 Trace integration profile of the line A in north slope of the South China Sea

图2是南海北部陆坡测线A的地震反射道积分剖面，从图中可以看出，该剖面中部及右下角距海底大约350ms处出现一强振幅反射波，大致与海底反射波平行，与地层斜交，BSR特征明显。在波形极性方面，海底反射波和BSR都表现为成对出现的强振幅双峰波形特征，海底反射波表现为蓝红蓝特征，而BSR表现为红蓝红特征，这表明相对于海底，BSR显示出负极性反射同相轴，即所谓的极性反转（与海底反射相反）。反射波的极性是由反射界面的反射系数决定的，而反射系数则与界面两侧的波阻抗差有关。实际上，海底和BSR都是一个强波阻抗面，海底是海水和表层沉积物的分界面，上部为低速层，下部为相对高速层，反射系数为正值；BSR是含水合物层与下部地层（或含气层）的分界面，上部为高速层（水合物成矿带是相对高速体），下部为相对低速层（如含游离气，则速度更低），反射系数为负值，因此造成了BSR和海底反射波的极性相反现象（沙志彬等，2003）。图3是用速度反演法反演出来的纵波速度剖面，该速度剖面明显显示出一近似平行于海底的相对高速地质体，其位置恰好在BSR上方。高速地质体的纵波速度大约在2000～2400m/s，其上面的低速层的纵波速度大约在1500～1800m/s，而下面的低速层的纵波速度大约在1500～1900m/s，没有明显的游离气存在特征，但根据其高速地质体特征、BSR以及波形极性反转分析，可以认为南海北部陆坡测线A的相对高速地质体极可能是水合物成矿带。

图3 用速度反演法计算的南海北部陆坡测线A纵波速度剖面

Fig3 P velocity profile of the line A in north slope of the South China Sea computed by velocity inversion

由图3可见，水合物成矿带内部速度是变化的，表明水合物分布不均匀，呈平行于海底的带状分布，中心速度最高，由中心到边缘速度逐渐降低。海底以下有3个近似平行海底的低速和高速带：①海底与高速体之间的相对低速带，为水饱和带；②水合物成矿带；③水合物成矿带下的低速带。水合物成矿带下面的低速带在速度剖面上没有明显的低速特征，由此推断水合物成矿带下可能不含游离气，或者是气体的饱和度很低。

5 结论

水合物的生成除了需要一定的温度和压力条件外，还需要大量的碳氢气体和充足的水。这就需要地层具有较高的孔隙度和渗透率。未固结沉积岩的孔隙度很高，渗透率大，具备水合物生成的物理条件。具备这种特征的未固结沉积岩的地震波速度较低，而含水合物地层的地震波速度增大。这就形成了水合物成矿带作为低速背景中的高速地质体特征。另外，水合物的生成受温度和压力控制，一般情况，等温面和等压面近似平行于海底，因此低速背景中近似平行于海底的相对高速地质体是水合物成矿带的特征（刘学伟等，2003）。

通过对南海北部陆坡A测线纵波速度的计算，并且结合BSR和振幅空白带识别以及波形极性反转等多种特殊地震成像进行综合分析，我们可以进一步了解水合物成矿带的速度特征：揭示水合物成矿带的高速异常一般呈平行于海底的带状分布，在高速异常的内部，速度也是不断变化的，一般在异常体的中心速度最高，由中心到边缘速度逐渐降低，该现象反映在水合物矿带内部，水合物分布并不均匀，水合物饱和度由矿体中心向边缘逐渐降低。分析BSR上下的详细速度结构，是水合物地震资料综合解释的重要手段。高精度速度分析可帮助判定水合物的富集层位，较适用于寻找水合物矿点，并可据此估算水合物资源量。

参考文献

安鸿伟，李正文，李仁甫，等2002稀疏脉冲波阻抗反演在XY油田开发中的应用石油物探，41（1）：56～60

陈建文，闫桂京，吴志强，等2004天然气水合物的地球物理识别标志海洋地质动态，6：9～12

郝银全，潘懋，李忠权2004Jason多井约束反演技术在油气储层预测中的应用成都理工大学学报，31（3）：297～300

梁劲，王宏斌，郭依群2006南海北部陆坡天然气水合物的地震速度研究［J］现代地质，20（1）：123～129

廖曦，马波，沈浩，等2002应用Jason软件进行砂体及含气性预测天然气勘探与开发，25（3）：34～42

刘学伟，李敏锋，张聿文，等2005天然气水合物地震响应研究——中国南海HD152测线应用实例现代地质，19（1）：33～38

沙志彬，杨木壮，梁金强，等2003BSR的反射波特征及其对天然气水合物识别的应用南海地质研究，15（1）：55～61

史斗，郑军卫1999世界天然气水合物研究开发现状和前景地球科学进展，14：330～339

王宏斌，梁劲，龚跃华，等2005基于天然气水合物地震数据计算南海北部陆坡海底热流现代地质，19（1）：67～73

闫奎邦，李冬梅，吴小泉2004Jason反演技术在岩性识别中的应用石油物探，43（1）：54～58

张光学，黄永样，陈邦彦，主编2003海域天然气水合物地震学北京：海洋出版社

张光学，文鹏飞2000南海甲烷水合物的地震特征研究，首届广东青年科学家论坛论文集，中国科学技术出版社

The Application of Jason Inversion Technology in Velocity Analysis of Gas hydrate

Liang Jin1　Wang Hongbin1，2　Liang Jinqiang1

（1Guangzhou Marine Geological Survey，Guangzhou，5107602China University of Geosciences（Beijing），Beijing，100083）

Abstract：The P velocity of A seismic profile in the north slope of the South China Sea were calculated by Jason inversion methodThe velocity characterostic of the gas hydrate bed was researched in detail based on the calculated result and the information of gas hydrate existing including BSR，amplitude blanking and polarity reversion of the waveformResearch shows that：The abnormity of higher velocity in the background of lower velocity is an important characteristic of gas hydrate existing；The abnormity of higher velocity which distribute as a belt usually parallel to the seafloor；The velocity changes gradually at the inner of the abnormity of higher velocity with the highest velocity at the center of the abnormity whereas the lowest velocity at the margin of it，which suggests that the saturation of gas hydrate decreases gradually from the center to the marginThe result that mentioned above suggest that high resolution velocity analysis not only help to search the hydrate spot but also help to estimate the rich layer of gas hydrate

Key Words：Jason Inversion Technology Gas hydrate Velocity Analysis

王兆峰1，2 王 鹏2 陈 鑫2 李 强2

（1中国地质大学地球物理与信息技术学院，北京 100083； 2中国石油集团东方地球物理公司研究院，河北涿州 072751）

作者简介：王兆峰，男，在读博士后，高级工程师，主要从事油气藏评价与开发工作。

摘 要：缝洞型碳酸盐岩油气藏是全球油气增储上产的重要领域之一。然而，碳酸盐岩储集体形态复杂，非均质性强，难以准确预测。本文以哈萨克斯坦A油田Pz段储集体为研究对象，采用井震协同进行精细连井 标定，提高了目的层横向上的连续性和可靠性。引入现代岩溶理论指导基底顶面构造解释，落实尖灭线及圈 闭规模，增加了研究区勘探开发的面积。利用断层建模技术将断层面立体刻画，确保断层解释的精度。利用 三维可视化技术进行古地貌分析，将研究区古地貌分为峰从洼地、峰林谷地和古侵蚀沟3种，并预测了有利 岩相带的空间展布。综合地质、测井和地震响应特征，宏微观相结合将储集体分为溶洞孔隙型、裂缝孔隙型 和裂缝型3种。综合地震属性、地震反演和蚂蚁体追踪建模技术，刻画了储集体的空间展布特征，并指出了 下一步滚动勘探开发的潜力区。

关键字：缝洞型储层；碳酸盐岩；储集体预测；A油田

The Characteristics and Prediction of Fissure-cavern Carbonate Reservoirs of PzLayer in NWKYZ Oil field in Kazakhstan

Wang Zhaofeng1，2，Wang Peng2，Chen Xin2，Li Qiang2

（1Geophysical and Information Technology Institute of China University of Geosciences，Beijing 100083，China； 2BGP Geophysical Research Institute，CNPC，Zhuozhou 072751，China）

Abstract：Fissure-cavern carbonate reservoirs is one of the most important areas of increasing oil and gas production in the worldIt is hard to forecast because the reservoir rock has complex form and heterogeneityUsing fissure-cavern carbonate reservoirs of the Pz layer in NWKYZ oil field in Kazakhstan as the target，we demarcate the well tie with integration of well and seismic to heighten the consistence and reliability of the horizon demarcatingWe draw recent karst theory to direct the structure elucidation of the top surface of the baseWe define the wedge out and structural trap，and increase the exploratory development area of the region of interestWe show the fault plane audio-visual with the method of fault model technology and make sure the quality of fault interpretationWe divide the palaeogeomorphology into 3 kinds with 3D visualization：peak cluster，peak forest and fossil erosion cutWe forecast the distribution of the beneficial lithofaciesWith the characteristic of geology，logging and seismic response，we divide the reservoirs into 3 kinds：vag hole，fracture pore and fractureWe clarify the distribution of the 3 types reservoirs with the method of seismic attribution，seismic inversion and ant tracking modeling，and then we point out the potential area for exploratory development

Key words：Fissure-cavern reservoir；carbonate；reservoir prediction；NWKYZ oil field

引言

缝洞型碳酸盐岩油气藏是全球油气增储上产的重要领域之一［1～2］。由于该储集体形态复杂，非均质性强，钻探成功率一直不高，使得缝洞型碳酸盐岩油气藏的勘探开发成为一项世界级难 题［3～7］。多学科综合应用进行储集体的预测是解决这项难题的有效途径［8～9］。本文以哈萨克斯坦 A油田Pz层的缝洞型碳酸盐岩储集体为例，探索综合应用地质、地震、测井及生产动态资料来预 测缝洞型碳酸盐岩储集体特征的方法，希望能抛砖引玉，促进多学科在缝洞型碳酸盐岩储集体预 测中的广泛应用。

图1 A油田位置（据胡向红，2011［7］，有修改）

1 区域地质概况

A油田位于哈萨克斯坦共和国境内南图尔盖盆地南部的Aryskum凹陷的aksay凸起上（图1）［1］。A 油田主要在M-Ⅱ层、侏罗系层和基底Pz层发现了工业油气流。本次研究的基底Pz层主要为灰岩和白 云质灰岩（Kz43、Kz47井），部分井含少量硬硅酸岩和软硅酸岩（Kz51），是典型的缝洞型碳酸盐岩储 集体。

南图尔盖盆地基底固结于早古生代末，根据基底组成及变质程度的差异，可进一步将其划分为 两套构造层，即前元古宇-下古生界深变 质褶皱基底，为盆地之真正基底，另一套 为泥盆-石炭系碳酸盐岩-基底Pz，为盆 地过渡性质基底，研究区的基底属于碳酸 盐岩过渡性基底［1]。基底之上主要发育侏 罗系、白垩系、第三系（古近-新近系） 和第四系，上覆地层与基底间以大角度不 整合接触（表1）。

南图尔盖盆地位于哈萨克斯坦中南部，处于乌拉尔-天山缝合线转折端剪切带，是 在海西期基底隆起上发育的中生代裂谷盆 地［10］。按地层构造标志序列，可将其中新 生界划分出反映区域构造演化特征的5个阶 段，即初始张裂阶段、断陷发育阶段、断坳 转换阶段、坳陷发育阶段和后期隆起阶 段［10]。研究区目的层基底Pz固结于古生代 末，并且遭受了抬升和强烈的剥蚀。A油田 基岩岩性复杂，据岩心、录井、镜下资料分 析，储层主要岩性可以分为4类：灰岩、白 云质灰岩、角砾岩和硅质岩。测井曲线特征 表现为高电阻率、高速度、低中子、高密度的特征。

表1 南图尔盖盆地地层简表

2 精细构造解释

21 井震联合连井精细标定

精细的地震地质层位标定是地震构造解释的基础，在标定时确保每一个地质界面和地震同相轴相对 应，匹配好储层段的每个同相轴，使时间域地震资料和深度域的测井资料能够正确地结合［11］。本次层 位标定采用“井震结合连井精细标定” 方法，即综合利用研究区29口完钻井的钻井、录井和测井资料 在进行了精确地层划分与对比的基础上，进行层位的连井标定与对比。通过多井合成地震记录的制作及 研究区纵横向联井剖面的对比验证，保证了层位标定横向上的连续性和可靠性（图2）。在标定过程中 根据测井曲线在纵向上的变化规律来确定标准层。其中白垩系阿雷斯库姆组泥岩段在工区内分布相对稳 定，可作为标准层。

图2 NWKYZYJIA50-58-54-48-57-32-51-31联井标定剖面

22 引入现代岩溶理论指导基底顶面构造解释

利用现代岩溶形成的喀斯特地貌特征（图3-A）和研究区的地震剖面（图3-B）进行对比来指导地 震解释，将古地貌复杂的上覆地层与基底的接触关系分为U形、V形和楔形3种，并对研究区古地貌复杂 的研究区进行重新解释。重新落实MII、J3ak尖灭线及构造261km2、落实碳酸盐古潜山构造527km2。

图3 引入现代岩溶指导缝洞型碳酸盐岩的基底顶面构造解释

23 断裂模型确保断层解释精度

在运用相干、地层倾角、时间切片、三维可视化等多种方法进行断层识别的基础上，进行断层建 模，利用断裂模型来确保断层解释精度（图4）。全区共解释断层50条，穿过基底断层30条，其中10 条延伸距离在15km以上（图5）。

图4 A油田断面模型

图5 A油田Pz层顶面断裂平面分布图

24 构造落实与古地貌的三维可视化展现

在精细解释Pz顶面反射层的基础上，利用研究区29口井的时深关系建立三维速度场，对层位进行 时深转换，然后对井进行校正，得到了目的层顶面构造图（图6）。基底Pz顶面主要分为东、西两个隆 起，局部发育一些小背斜圈闭，本次研究共落实圈闭16个，面积1788km2。

图6 A油田Pz层顶面构造图

在构造落实的基础上，进行古地貌恢复，并利用三维可视化技术展现研究区的古地貌特征（图7）。研究区的古地貌可分为峰从洼地、峰林谷地和古侵蚀沟3种类型。

图7 A油田Pz层古地貌分析图

3 储集体特征及预测

31 储层岩相特征

岩心、薄片及录井资料显示基底Pz主要岩性为灰岩、白云质灰岩、硅质岩和角砾岩4类。由单井 岩相分析图（图8）可以看出，基底岩性的电测特征主要分为两类：一类灰岩和白云质灰岩为低伽马、 中高电阻率、低声波时差、高密度；另一类硅质岩和角砾岩刚好相反，中高伽马、低电阻率、高声波时 差、低密度。同类岩性的曲线形态基本一致，多为线型。从接触关系上看，灰岩和白云质灰岩与上覆碎 屑岩的测井曲线接触关系为突变，硅质岩和角砾岩与上覆碎屑岩的接触关系为渐变。储层岩相在横向和 纵向上都具有很强的非均质性，角砾岩、硅质岩和白云质灰岩呈块状分布，利用属性建模技术能够很好 地将岩相的空间展布形态直观地展示（图9）。

32 储层分类特征

A油田Pz段的缝洞型碳酸盐岩储集体次生孔隙较为发育，非均质性强，储层物性好，是该区的主 力产层。根据岩心、测井及地震响应特征，研究区的储集体主要可以分为溶洞孔隙型、裂缝孔隙型和裂 缝型3种类型（表2）。

（1）溶洞孔隙型储集体。溶洞被硅质岩、角砾岩全充填，储集空间以溶洞充填物之间的孔隙为主。一般具有一定的构造背景，地震响应呈透镜状异常强反射，下部呈凹形的不连续强反射。测井响应呈箱 形或漏斗形，中低GR、高DT和低密度。

图8 A油田NWKYZYJIA49井Pz段岩相分析综合柱状图

图9 A油田Pz段岩相模型

表2 A油田Pz段储层分类特征

（2）裂缝孔隙型储集体。裂缝和基质孔隙比较发育，是典型的双重介质型储集体。地震响应上常 呈不连续反射，特征不明显，多与缝洞和较大的断裂相邻。测井曲线变化较小，低GR、低DT和高 密度。

（3）裂缝型储集体。储集空间主要是微裂缝。在地震响应上主要表现为连续强振幅界面，测井曲 线变化较小，低GR、中高DT和中高密度。

33 地震属性进行储层预测

地震属性分析是预测碳酸盐岩孔洞缝分布的重要技术手段。孔洞缝体系的规模和充填程度不同均会 引起地震响应细微的变化，而这种变化靠肉眼从地震同相轴的变化上来识别是非常困难的［12］。但是，在地震属性的差异中可能隐含了这种变化，每一种地震属性都从不同的侧面反映地下的变化，不同的属 性对缝洞的敏感程度是不同的。反射振幅包含了单个界面的速度、密度及其厚度信息，用它预测横向的 岩层变化和碳氢化合物存在的可能性，利用振幅类的属性可以帮助识别缝洞储层的分布［13］。频率是地 震脉冲的特性，它和地质因素如反射层的厚度或速度的横向变化及气体的存在有关：通常低频更多反映 厚的特征，高频对薄的特征敏感，油气和储层的变化会引起高频的吸收衰减。由于缝洞型碳酸盐岩储层 在大套的碳酸盐岩地层中相对而言是微观的，因此，在碳酸盐岩缝洞型储层的预测中，分频信息对刻画 储层的非均质性是很有帮助的［14］。反射连续性和地层连续性有密切的关系，是评价地震同相轴横向延 伸能力的物理参数，通常用相位类的属性来刻画。

（1）分频属性。分频解释技术是一种新的地震资料解释方法，它是以傅里叶变换、最大熵法及小 波变换等为核心算法的频谱分解技术［14-15］。分频属性结合三维可视化，是精细描述非均质储层的有力 手段。该方法在对三维地震资料时间厚度、地质不连续性成像和解释时，可在频率域内对每一个频率所 对应的振幅进行分析，这种分析方法排除了时间域内不同频率成分的相互干扰，从而可得到高于传统分 辨率的解释结果。通过对分频数据体的过井点剖面分析，总结研究区储层的分频响应有以下规律：有利 储层的分频响应为相对高（暖色）的调谐振幅，差储层分频属性响应往往表现为较低（冷色）调谐振 幅（图10）。通过该方法研究，认为基底碳酸盐岩有利储层主要分布于研究区中部，以侵蚀沟谷为界东 西分布的两大古岩隆周围面积约20km2。

图10 NWKYZYJIA地区基底50Hz分频属性可视化效果图

（2）振幅类属性。振幅是岩性界面阻抗差异的响应，上下地层阻抗差异越大，形成的反射振幅越 强［16］。研究区基底碳酸盐岩表现为弱振幅特征，当内部出现孔、洞、缝的时候，相当于在其内部出现 新反射界面，容易表现出振幅异常，形成局部强反射。

在NWKYZYJIA地区基底反射强度交流分量平面图上（图11），中部反射强度较强（橙、黄等暖色 调）区域代表了孔洞等Ⅰ类储集体发育的地区，其周边反射强度较弱（蓝、绿等冷色调）区域则代表 孔洞不发育的地区。可以看到，强反射区域可大致分为东、西两个部分，与分频技术预测结果基本一 致。在此基础上，每部分又可分为多个沿NW-SE方向展布的条带，与研究区主要断层展布方向基本 一致，说明孔洞发育情况受区域应力和断裂影响。

图11 NWKYZYJIA地区基底反射强度交流分量平面图

34 用地震反演进行储层预测

地震反演技术是充分利用测井、钻井、地质资料提供的丰富的构造、层位、岩性等信息，从常规的 地震剖面推导出地下地层的波阻抗、密度、速度、孔隙度、渗透率、砂泥岩百分比、压力等信息［17］。本次反演用Jason软件中约束稀疏脉冲反演（Constraint Sparse Spike Inversion）来完成的。

根据研究区基底Ⅰ、Ⅱ类储集体发育规律，利用Jason软件的体雕刻模块（Volume View）对 距潜山顶面120m厚度范围内的Ⅰ、Ⅱ类储集体进行了雕刻（图12，图13），Ⅰ类储集体波阻抗值 界定为5000～10000g/cm3 m/s，Ⅱ类储集体波阻抗值界定为10000～13800g/cm3 m/s。结合研 究区的构造特征可以看出，Ⅰ类储集体主要沿古构造高部位发育，而且位置越高的地方储层厚度越 大，NWKYZYJIA56井附近，Ⅰ类储集体厚度达70m。Ⅱ类储集体发育于构造斜坡部位，其他地方 也有小范围的零星分布。

35 利用蚂蚁体追踪建模技术进行储层裂缝预测

裂缝预测一直是缝洞型储层研究的难点。本次裂缝预测采用蚂蚁追踪技术，该技术的原理就 是在地震数据体中播撒大量的蚂蚁，在地震属性体中发现满足预设断裂条件的断裂痕迹的蚂蚁将 “释放” 某种信号，召集其他区域的蚂蚁集中在该断裂处对其进行追踪，而其他不满足断裂条件 的断裂痕迹将不进行标注［18］。最后，获得一个低噪音、具有清晰断裂痕迹的数据体。根据研究区 Pz顶面以下0～120m蚂蚁体追踪的裂缝模型（图14）可以看出，Ⅲ类裂缝型储集体受断裂影响 明显，发育于断裂附近。

图12 NWKYZYJIA工区Pz顶面以下0～120m Ⅰ类储集体厚度图

图13 NWKYZYJIA工区Pz顶面以下0～120m Ⅱ类储集体厚度图

图14 NWKYZYJIA工区Pz顶面以下0～120mⅢ类裂缝型储层展布特征

4 结论

（1）采用井震联合技术进行精细连井标定可以增强层位标定横向上的连续性和可靠性。

（2）引入现代岩溶理论指导基底顶面构造解释，落实尖灭线及构造圈闭。研究区重新落实MII、 J3ak尖灭线及构造261km2，落实碳酸盐古潜山构造527km2，增加了勘探开发的面积。

（3）断层建模技术可以将断层面直观地展现，有利于确保断层解释的质量。

（4）利用三维可视化技术展现古地貌特征，有助于古地貌的分析。研究区的古地貌主要可以分为 峰丛洼地、峰林谷地和古侵蚀沟3种类型。

（5）综合地质、测井和地震响应特征，将研究区储集体分为溶洞孔隙型、裂缝孔隙型和裂缝型三 种类型。

（6）综合地震属性、地震反演和蚂蚁体追踪建模技术，弄清了研究区3类储集体的空间展布特征。认为Ⅰ类溶洞孔隙型储集体主要沿古构造高部位发育，而且位置越高的地方储层厚度越大；Ⅱ类裂缝孔 隙型储集体发育于构造斜坡部位，其他地方也有小范围的零星分布；Ⅲ类裂缝型储集体受断裂影响明 显，发育于断裂附近。

参考文献

［1］康玉柱中国海相油气田勘探实例之四：塔里木盆地塔河油田的发现与勘探海相油气地质，2005，10（4）：31～38

［2］张抗，王大锐中国海相油气勘探的启迪［J］石油勘探与开发，2003，30（2）：9～16

［3］Clyde HMoore著，姚根顺，沈安江，潘文庆等译碳酸盐岩储层-层序地层格架中的成岩作用和孔隙演化（M）石油工业出版社，2008：1～393

［4］Loucks，RGPaleocave carbonate reservoirs：Origins，burial-depth modification，spatial complexity，and reservoir im plicationsAAPG Bulletin，1999，83（11）：1795-1834

［5］M cM echan GA，Loucks，RG，M Escher，P，et al，2002Characterization of a coalescedcollapsed paleocave reservoir analog using GPR and well-core dataGeophyscs，67（4）：1148-1158

［6］Loucks，RG，M escher，PK，M cM echan，GA，2004Three-dimensional architecture of a coalesced，collapsed- paleocave system in the Lower Ordovician Ellenburger Group，Central TexasAAPG Bulletin，88（5）：545-564

［7］Yaacov AFractures and karst in hard carbonates in northern Israel［J］Geological Survey of Israel，1996，10：90-94

［8］GMichael Grammer，Paul M “Mitch” Harris，Gregor PEberli编，蔡希源，李思田，郑和荣，马永生等译，储层模拟 中露头和现代沉积类比的综合研究，AAPG论文集80（C），地质出版社，2008：1～367

［9］陈鑫，钟建华塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩储集体井下和露头对比研究［D］中国石油大学（华东），20106：1～140

［10］胡向红等Kolzhan油田概念设计［R］中石油集团国际研究中心，2007，430：1～22

［11］曾正明合成地震记录层位标定方法改进［J］石油地球物理勘探，2005，40（5）：576～581

［12］王光付碳酸盐岩溶洞型储层综合识别及预测方法［J］石油学报，2008，29（1）：47～51

［13］Gislain BMadiba G AMcMechanCase History：Seismic impedance inversion and interpretation of a gas carbonate reservoir in the Alberta Foothills，western Canada［J］Geophysics，September-October 2003，Vol 68（5），1460-1469

［14］Greg Partyka，JamesGridly，著张忠伟，马劲风，译频谱分解在油藏描述中的解释性应用［J］国外油气勘探，2000，12（1）：94～101

［15］Michael J，ZeitlinHow 3-D visualization will change interpretation strategies in future oil companies［J］The Leading Edge，December2001：54

［16］曲寿利，李群，姚弘，等国内外物探技术现状与展望［M］北京：石油工业出版社，2003：33 ～41

［17］杨晓春，李小凡，张美根地震波反演方法研究的某些进展及其数学基础［J］地球物理学进展，2001，16（4）： 96～109

［18］史军蚂蚁追踪技术在低级序断层解释中的应用［J］石油天然气学报，2009，31（2）：257～259

531 3-D高密度电法勘探数据

在非学术圈，有时会出现两个有趣的问题:定义一个3-D反演方法和3-D数据由什么构成，第一个问题可以很容易回答，但第二个问题就不一定能说得很清楚了。

一个3-D反演方法的特点是允许模型电阻率值在所有3个方向（即x，y，z方向）变化。而2-D反演假设地下电阻率值只在x和z方向变化，y方向保持不变；1-D反演电阻率值仅在z方向变化。3-D反演模型使用独立的矩形单元（图518），尤其允许模型值在所有3个方向不同，因此，采用了真3-D反演方法。请注意，一系列平行的2-D测线反演出的模型结构不是真正的3-D反演模型。

图518 3-D反演模型a—标准模型，矩形单元格在x和y方向上的宽度等于单位电极距；b—模型前几层在纵、横向上对半细分，目的是提供更好的分辨率；c—模型单元在水平方向上精细划分，但在垂直方向不细分

另一种3-D反演方法的定义特征是用一个3-D正演子程序，如3-D有限差分和有限元（Dey et al，1979b；Silvester et al，1990）计算模型视电阻率和雅克比（Jacobian）矩阵值。棘手的问题是“3-D” 数据由什么构成，目前还没有一个普遍能接受的定义，虽然反演数据的方法是3-D，但是，数据是否包含有意义的3-D信息则是另一回事，有人说，为了对地下获得一个好的2-D模型，2-D覆盖的数据必须质量很高，对于2-D勘探来说，可以通过不同电极距观测和不同水平位置观测来获得这样一个2-D覆盖面，但是，前一套数据所需的数据覆盖程度可能考虑 “3 -D” 情况缺少清晰度，以单极-单极（pole-pole）装置勘探为例，下边提出了3-D数据分类系统，按3-D信息内容减少的顺序列出。

第1类:理想的3-D勘探是电极布设成矩形测网，在所有可能的方向进行观测（见图52a），即沿不同角度的网格线。

第2类:电极布设成矩形网，所有的观测沿测网线（即在x和y方向），仅在测网某个角度方向进行有限次观测（如45°对角线的方格），如图52b所示。

第3类:观测仅沿测网线的两个方向进行，即x和y方向，在测网线之间的夹角不进行观测。这种观测方法通常用在某一时间多通道电极系统没有足够的通道来覆盖整个勘探区域，一种可能的观测序列如图513所示。

第4类:观测只在一个方向（如x方向）沿着一系列平行的2-D测线进行，尤其金属矿勘探，这种情况在以往的勘探中是比较常见的。对于这种类型的数据，通常先进行2-D反演，然后组合所有测线的数据进行3-D反演，其目的是从已有的数据中获取新的信息，看看3-D效果是否更显著（即2-D反演结果是否有效）。这种3-D反演效果是否成功，在某种程度上依赖于线距和装置类型，一般来说，线距不得小于2倍测线内的单位电极距。

理想的数据应该是第一类或者至少是一些角度数据可用的第二类，从第3类、第4类数据得到的3-D模型精度会比第1类、第2类数据得到的模型低，在很大程度上依赖于线距和装置类型。但是，即使是类型4的数据，3-D反演结果对有意义的3-D效果也提供了有用的指示，尤其可对不同测线获得的单独2-D反演结果提供有效的检查。

532 3-D高密度电法数据反演

3-D数据反演可以用类似于2-D反演的光滑约束最小平方反演方法（deGroot-Hedlinet al，1990；Sasaki，1992），该技术比传统最小平方反演方法快10倍，对于大型数据来说，可以有效节省内存。该方法的另一个优点在于，阻尼因子和光滑滤波系数可适应不同的数据类型，可根据具体情况来调整。光滑约束最小平方法基于下面的方程:

高密度电法勘探方法与技术

式中: 为水平光滑滤波系数矩阵；fz为垂直光滑滤波系数矩阵；J为偏导数矩阵；JT为J的转置矩阵；u为阻尼因子；D为模型参数修改矢量；G为残差矢量。

解该方程可以用拟牛顿法（quasi-Newton）最小二乘法优化技术（Loke et al，1996），该技术对于大型数据来说，运算速度比传统最小二乘法快10倍，同时需要的内存更少；也可以用高斯-牛顿（Gauss-Newton）法，它的运算速度远慢于拟牛顿法（quasi-Newton）法，但在电阻率差异比超过10:1的地区，该方法可能得到一个比较好的结果；第三种选择方法是先利用高斯-牛顿（Gauss-Newton）法进行2～3次迭代，然后再用拟牛顿法（quasi-Newton）法，在许多情况下，这是一个最好的解决方案（Loke et al，2002）。除了光滑约束方法外，还有其他一些反演方法也可能是可靠的，反演方法的选择应遵循勘探区域已知的地质情况来决定。

反演时，将地下细分成若干个小矩形棱柱体，并试图确定该棱柱体的电阻值，以减少计算出的视电阻率与观测值之间的差异。Loke和Barker（1996）给出了一种可能的布设，如图518a所示，顶层每块的角点处有一根电极。除了这种基本的布设方式外，其他两种布设方式也遵从这种方案，一种方式是前几层在纵、横向上对半细分（图518b）；另一种模型单元仅在水平方向上对半细分（图518c）。因为电阻率分辨率随深度快速下降，通过研究发现，细分地下模型块仅对顶部两层有利，在许多情况下，仅细分顶层就足够了。通过细分单元格，模型参数的数量和计算机反演数据所需的时间将大大增加。

最优化方法试图通过调整模型块的电阻率来减小计算视电阻率值与测量视电阻率值之间的差异，这一差异通过均方根误差（RMS）来衡量。但是，在模型中，有时最小的模型RMS可能会出现很大和不切实际的模型电阻率值变化，但是，从地质角度来看也不是 “最佳” 的模型。一般来说，最谨慎的做法是选择迭代之后均方根误差不发生明显变化的模型，这种模型通常在4～5次迭代后出现。

533 电阻率固定

在某些情况下，地下剖面的真正电阻率可能会知道，如从钻孔电阻率测量获得，反演时，允许地下一些区域固定电阻率值，这些区域的形状最好固定为正方体或长方体，区域的形状也应该确定，对于矩形区域，给出顶部左后角x，y，z坐标和底部右前角，y，z坐标，如图519所示。然后是固定区域电阻率的阻尼因子权重，该参数可控制反演子程序改变区域电阻率，通常情况，该区域的一些电阻率存在不确定性，钻孔测量只能给出井孔附近有限区域的电阻率，因此，建议可以（有限地）改变区域电阻率。如果使用阻尼因子权重为10，该区域的电阻率允许与地下模型其他区域的电阻率改变相同；如果采用较大阻尼因子权重，则固定区域电阻率允许改变较小，如100，在反演过程中，该区域的电阻率变化是非常小的，这样大的值仅用电阻率和形状准确知道的区域。

图519 一个矩形区域电阻率固定的反演模型

沙志彬　龚跃华　梁金强

（广州海洋地质调查局 广州 510760）

第一作者简介：沙志彬（19724—），男，高级工程师，主要从事石油地质和天然气水合物的研究。

摘要 在天然气水合物的地震资料解释过程中，常规（叠加和偏移）地震剖面上难以识别BSR、水合物成矿带以及游离气带的位置。通过多年的实践，笔者认为AVO（Amplitude Versus Offset）反演、波阻抗反演、地震瞬时属性和能量半衰时剖面，能够较好地揭示水合物的地球物理异常特征，从而给识别水合物和划分水合物的存在区域提供了有力的证据。

关键词 天然气水合物 AVO 反演 波阻抗反演 瞬时剖面 能量半衰时剖面

1 前言

自从1999年我国首次在南海北部陆坡发现了天然气水合物的地震标志——BSR开始，我国就加紧了在水合物资源方面研究工作的步伐。同时，广州海洋地质调查局在南海北部陆坡开展了以寻找水合物资源为目的的地质与地球物理调查，发现了大量特征清晰的BSR、甲烷高含量异常、氯离子和硫酸根浓度异常、碳酸盐结壳和甲烷礁等重要的地球物理与地球化学证据；2004年，通过与德国“太阳号”船的合作，在南海北部陆坡首次发现了与水合物息息相关的自生碳酸盐岩区——“九龙甲烷礁”。以上证据表明，该区赋存有水合物的可能性非常大，并且储量可观。随着对水合物研究的进一步深入，遇到了许多难题，例如，如何判定特征不清晰的BSR，如何判定水合物成矿带，如何判定游离气带的位置，等等。

根据近年对水合物的地震资料解释之经验总结，笔者认为在难以利用常规地震剖面判别水合物的异常特征时，利用AVO反演、波阻抗反演、地震瞬时属性和能量半衰时剖面，能够较好地揭示水合物的地震综合异常特征（李正文等，1988）。在分析各种地震信息检测水合物的过程中，综合利用各种地震剖面可以比较准确地判定水合物的存在特征以及矿藏存在的可能部位（杨木壮，2000）。下面以南海陆坡区测线A为例来说明各种地震属性剖面在天然气水合物识别中的应用。

2 AVO反演

AVO（Amplitude Versus Offset）一种振幅随偏移距变化特征分析和识别岩性及油气藏的地震勘探技术。它的分析方法是在叠前对地震反射振幅随炮检距变化特征进行分析，借此对岩石中孔隙流体性质和岩性作出推断。AVO资料处理的目的是为了给解释人员提供可信的足够的资料去观测和量度振幅随炮检距或入射角的变化（雷怀彦等，2002；宋海斌等，2003；沙志彬等，2004）。对处理质量要求的核心是：尽可能地恢复和保护振幅信息。

试验表明截距属性（AVO1）剖面、梯度与截距、相关系数乘积属性（AVO4）剖面、梯度与截距符号乘积属性（AVO6）剖面和流体因子属性（AVO9）剖面对BSR、水合物及其游离气的识别有明显效果，它们可以反映了水合物成矿带内水合物的富集程度、分布状态。所以需要重点对这四种AVO属性剖面进行解释。

21 截距属性（AVO1）剖面

截距（Intercept）剖面（P波叠加剖面）。与常规的叠加剖面相比，P波剖面更接近于零炮检距剖面，反映地震波在垂直入射时的振幅叠加。I值大表明上下层P波速度差值大，反之则小。图1剖面中可以明显看到BSR与海底极性相反，故可以主要利用该剖面识别BSR。

图1 A测线AVO1剖面特征

Fig1 AVO1 profile Character of Line A

22 梯度与截距、相关系数乘积属性（AVO4）剖面

梯度与截距、相关系数乘积剖面（IGCorrelation Coefficient）。该属性剖面中可以看到强反射为游离气顶的反射（图2），在BSR之下有明显的含气异常，故可以主要利用该剖面来检测游离气带。

23 梯度与截距符号乘积属性（AVO6）剖面

梯度与截距符号乘积剖面（Sign（I）G）。图3剖面中波峰代表气顶，BSR之下可以看到明显的含气异常，强反射的发育厚度代表游离气的发育厚度，故可以主要利用该剖面来检测游离气带。

图2 A测线AVO4剖面特征

Fig2 AVO4 profile Character of Line A

图3 A测线AVO6剖面特征

Fig3 AVO6 profile Character of Line A

24 流体因子属性（AVO9）剖面

AVO9剖面为流体因子（Fluid Factor）剖面。由于大量的气体与少量的水结合生成水合物，沉积层内有大量的水被吸收，与不含水合物的沉积层相比气体的含量很少，而后者气体含量较多。在图4剖面中，含水合物成矿带基本上是零值带，故可以主要利用该剖面来确定水合物成矿带。

图4 A测线AVO9剖面特征

Fig4 AVO9 profile Character of Line A

3 波阻抗反演

目前国内外运用的波阻抗反演方法主要有两种，一种是稀疏脉冲反演，另一种是模型约束反演。稀疏脉冲反演能够直接从地震信息中提取反射信息，反演的可靠程度完全依赖于地震资料本身的品质，因此用于反演的地震资料应具有较宽的频带、较低的噪声、相对振幅保持和准确成像。该方法的主要优点是能获得宽频带的反射系数，能较好地解决地震记录的标定问题，反演过程中能够忠实于地震资料，从而使反演得到的波阻抗模型更趋于真实，在无井的情况下可利用该方法通过速度信息建立伪井进行无井反演。

由于调查区没有钻井资料，基于水合物的特殊特性，因此在处理中采取稀疏脉冲波阻抗反演方法进行反演。相对波阻抗剖面上所表现的阻抗值是相对的，海底界面表现为强反射，高阻抗；BSR之上的弱反射表明水合物与围岩之间的波阻抗差值小；无反射表明水合物越纯、越富集。由于相对波阻抗对水合物反映明显，所以所得到的结果比较符合地质实际情况。图5剖面中，弱波阻抗与强波阻抗的转换面为BSR位置，弱波阻抗的顶界为水合物成矿带的顶。故可以主要利用该剖面来确定BSR和水合物成矿带。

4 地震瞬时属性剖面

多道叠加数据的属性包括几何学、动力学、运动学和统计学特征。有些属性对岩石储层环境敏感，有些对储层孔隙中流体敏感。在实际应用中，最重要的是抓住对水合物敏感属性的剖面。计算复地震道属性基本上是一种变换，它将振幅和角度信息（频率和相位）分解开来以便独自显示。地震剖面中的这些信息是通过数学计算来产生的一种以忽略其它部分为代价而突出振幅或角度的显示方法。复地震道分析产生的剖面就是众所周知的瞬时属性剖面。

图5 A测线波阻抗剖面特征

Fig5 Wave impedance profile Character of Line A

41 瞬时振幅剖面

瞬时振幅剖面也称反射强度剖面，它的振幅是反映的振幅包络，它使强反射更强而弱反射更弱，反映了地震波能量的瞬时变化情况，因此更突出了BSR面的强反射及水合物发育部位的强反射振幅。图6剖面中，颜色转换的交界处为BSR位置，故可以主要利用该剖面来确定BSR。

图6 A测线瞬时振幅剖面特征

Fig6 Instantaneous amplitude profile Character of Line A

42 瞬时频率剖面

瞬时频率是对应于给定时刻信号的复能量密度函数（即功率）的初始瞬间的中心频率（均值）的一种度量。它能清楚地反映游离气富集区范围，当游离气发育在一定的厚度及范围时，由于游离气的存在，造成反射波高频成分大量吸收，因此，在游离气分布区明显存在低频现象，根据此理我们比较容易划分游离气分布范围。图7剖面中，高频强吸收现象预示游离气的存在，故可以主要利用该剖面来确定游离气带。

图7 A测线瞬时频率剖面特征

Fig7 Instantaneous frequency profile Character of Line A

43 能量半衰时剖面

能量半衰时剖面是对反射波通过地层后能量衰减大小程度的一种度量，该剖面突出了强反射、高频的吸收，对研究BSR和游离气比较直观（图8）。图8剖面中，高频强吸收现象明显预示游离气的存在，颜色转换的交界处为BSR位置，故可以主要利用该剖面来确定BSR和游离气带。

5 地震属性剖面的应用

由于天然气水合物的性质及成矿的特殊性，因此在各种地震剖面上会产生重要的识别标志。通过对调查区常规、截距属性（AVO1）剖面、梯度与截距、相关系数乘积属性（AVO4）剖面、梯度与截距符号乘积属性（AVO6）剖面和流体因子属性（AVO9）剖面、波阻抗、瞬时频率、瞬时振幅和能量半衰时等属性剖面的对比解释。以南海陆坡区测线A为例，图1～图8说明了各种属性剖面在水合物地震检测中的响应特征。在解释过程中，通过对各种地震属性的综合分析研究，可以比较好地识别出BSR、水合物成矿带和BSR下部的游离气带（张光学等，2003）。

图8 A测线能量半衰时剖面特征

Fig8 Energy half-time profile Character of Line A

51 BSR 的识别

在常规剖面上当BSR产状与地层产状成角度斜交时，BSR反射易于识别；当BSR产状与地层产状平行时，则不易判断。由于截距属性（AVO1）、波阻抗、瞬时振幅和能量半衰时等四种属性剖面对BSR响应比较敏感：截距属性（AVO1）剖面上BSR与海底极性相反明显；波阻抗剖面上弱波阻抗与强波阻抗的转换面为BSR的发育位置；瞬时振幅剖面上BSR位置在两种颜色的明显转换交界处；能量半衰时剖面上颜色转换的交界处亦为BSR位置。故可主要利用这些属性剖面来识别BSR，并且使BSR的识别变得比较容易。

52 水合物成矿带的识别

水合物成矿带通常是一个物性相对均匀的地质体，在地震剖面上表现为弱振幅反射带，称为空白带（Blanking Zone）。振幅空白带一般与BSR相伴生，垂向上与海底沉积层逐渐过渡，其下以BSR为界与下伏游离气带呈现突变接触。一般情况下，反射振幅的强弱与水合物含量有关，水合物含量越高，振幅越弱，空白程度越高；反之，若地层中仅含少量水合物，则仅表现为振幅的减弱（Ecker等，2000；Miller等，1991）。

1）由于水合物的d性参数大于水和气体的d性参数。当沉积物孔隙被水合物充填后，其物性显然与围岩有明显的不同。因此，对地震技术来说，水合物成矿带是一个地震特征明显的物性带，在各种地震属性剖面中都能在一定程度上揭示这一特征。

2）由于水合物的充填和胶结作用，含水合物带将是一个物性相对均匀的地质体。这种充填和胶结作用降低了成矿带内各地层间的波阻抗差，从而使成矿带内的反射减弱，形成振幅空白带（Blanking）。

3）在含水合物沉积地层中，地震波的反射频率具有相对高频的特点，而在含游离气区高频强烈衰减。

4）在水合物成矿带的波形反射特征中，由于海底面和BSR界面都是强波阻抗面，因此从理论上可以推导水合物层顶界是相对于BSR为弱的波阻抗界面。

通过综合分析，由于流体因子和波阻抗两种属性对水合物响应比较敏感：在流体因子（AVO9）剖面中，含水合物成矿带基本上是零值带，即空白带；在波阻抗剖面中弱波阻抗的顶界为水合物成矿带的顶。故可以主要利用这两种属性剖面来确定水合物成矿带。

53 游离气带的识别

由于梯度与截距、相关系数乘积（AVO4）、梯度与截距符号乘积（AVO6）、瞬时频率和能量半衰时等四种属性对游离气响应比较敏感：梯度与截距、相关系数乘积属性（AVO4）剖面上可以看到强反射为游离气顶的反射，在BSR之下有明显的含气异常；梯度与截距符号乘积属性（AVO6）剖面上可以看到波峰代表气顶，BSR之下亦有明显的含气异常，并且强反射的厚度代表游离气的发育厚度；瞬时频率和能量半衰时剖面上都可以看到高频强吸收现象明显。频率信息与地层、沉积、岩性、流体有关，高频信息的强吸收与气藏富存相关，BSR下的高频强吸收往往预示游离气的存在。高频强烈吸收现象明显，估计游离气丰度较高，为水合物的形成提供了充足的气源保证。故可主要利用这四种属性剖面来于检测BSR下部的游离气带。

6 认识

总结本文得出的主要认识有以下几点：

1）要比较准确地判别水合物的异常特征，必须在常规地震资料处理基础上对剖面进行特殊处理，要综合利用其多种属性剖面才能更好地识别BSR、水合物成矿带和游离气带；

2）截距属性（AVO1）、波阻抗、瞬时振幅和能量半衰时等四种属性剖面对BSR响应比较敏感，主要利用这四种属性剖面来识别BSR；

3）流体因子（AVO9）和波阻抗两种属性对水合物响应比较敏感，主要利用这两种属性剖面来确定水合物成矿带；

4）梯度与截距、相关系数乘积（AVO4）、梯度与截距符号乘积（AVO6）、瞬时频率和能量半衰时属性剖面等四种属性对游离气响应比较敏感，主要利用这四种属性剖面来于检测BSR下部的游离气带；

5）水合物的地震属性剖面种类还有很多，如何利用它们来解释水合物的地震特征需要进一步的研究和验证。

参考文献

雷怀彦，郑艳红，吴保祥2002天然气水合物勘探方法——BSR适用性探析［J］海洋石油，114，1～8

李正文，赵志超1988地震勘探资料解释［M］北京：地质出版社

沙志彬，杨木壮，梁金强，等2004BSR的反射波特征及其对天然气水合物识别的应用［J］南海地质研究（15）北京：地质出版社，55～61

宋海斌，张岭，江为为，等2003海洋天然气水合物的地球物理研究（Ⅲ）：似海底反射［J］地球物理学进展，18（2）：182～187

杨木壮2000海洋天然气水合物地震识别标志［J］南海地质研究（12）北京：地质出版社，12，1～7

张光学，黄永样，陈邦彦，等2003海域天然气水合物地震学［M］北京：海洋出版社

Ecker C，Dvorkin J，Nur A M2000Estimating the amount of gas hydrate and free gas from marine seismic data［J］Geophysics，65，565～573

Miller J J，Myung W L，von Huene R1991An analysis of a reflection from the base of a gas hydrate zone of Peru［J］AmAssocPetGeolBull，75，910～924

How to judge gas hydrates seismic character from the different kinds of attribute profile

Sha Zhibin　Gong Yuehua　Liang Jinqiang

（Guangzhou Marine Geological Survey，Guangzhou，510760）

Abstract：During interpretation of the profile of natural gas hydrates，it’s very difficult to distinguish BSR，gas hydrates zone and free-gas zone from the profile of stack and migrationThrough our practice in these several years，we think that the profile of inversions of AVO，inversions of wave impedance，instantaneous profile and half-time energy profile，in which abnormal physical geography character can be shown preferablySo that we can use these kinds of profile to judge seismic character of gas hydrates，and the area of them that exist

Key Words：natural gas hydrates inversions of AVO inversions of wave impedanceinstantaneous profile energy half-time profile

7211 多井约束地震波阻抗反演方法原理

这是基于稀疏脉冲反褶积基础上的一种传统递推反演方法，采用多井约束，仅限于声波曲线反演地震波阻抗剖面，其主要方法是约束稀疏脉冲反演（CSSI）。该方法适合于井数较少的地区，主要优点是能获得宽频带的反射系数，从而使反演得到的波阻抗模型更趋于真实。

该方法的基本出发点是认为地下的反射系数不是连续分布而是稀疏分布的，即地层反射系数由一系列叠加于高斯背景上的强轴组成。具体做法是从地震道中根据稀疏的原则抽取反射系数，与子波褶积生成合成地震记录道，利用合成地震记录与原始地震道的残差修改反射系数，得到新的反射系数序列，再做合成记录，如此迭代，得到一个能最佳逼近原始地震道的反射序列，然后求得相对波阻抗，再与各井绝对波阻抗曲线拟合的阻抗趋势（低频背景）相加，就得到了绝对阻抗。该反演结果的应用主要是利用各套地层波阻抗存在的差异进行地层对比以及根据储层横向变化引起的波阻抗差来识别具突出特征的储层。

7212 用地震约束的测井曲线反演方法原理

该反演是将测井资料与地震资料紧密结合，两者相互约束，在时间、深度域上通过声波曲线建立正确的时深关系，从而对整个地震数据体进行各类测井曲线反演。

注意，反演过程中主要有4个严格的约束条件，即：

1）原始测井曲线与反演出的测井曲线闭合差达最小；

2）反演出的第i道与i+1道闭合差达最小；

3）实际地震记录与合成地震记录闭合差达最小；

4）反演出的地震厚度与钻井厚度闭合差达最小。

7213 反演处理流程

（1）地震反演的资料要求及措施

反演的基础资料主要是两大类，一类是测井曲线，另一类是地震数据。

为尽可能识别薄层砂岩储集体，保证反演质量，以满足储层横向预测的精度要求，一是必须减小地震采样间隔（达1ms），提高其分辨率；同时选择测井资料品质好、且距测线近的井资料用于反演处理。

（2）测井资料的标准化处理

测井曲线标准化工作对反演来讲是一项重要的工作。测井曲线经过各种校正后，不同的测井曲线在数值上还存在着差异，必须对全区的测井曲线进行标准化处理。常用的方法是对测井响应值在某一层段作概率分布图，确定各井各曲线的测井响应分布特征，然后求出这一层段各井测井响应值的平均值，作为该层测井响应值，最后求各井的响应值与平均值的差异作为各井的校正量，将各井的曲线校正值加到对应的测井曲线上。

（3）地震资料解释

根据反演的需要，选定地震反射层，首先是用井资料制作合成地震记录，对地震记录进行层位标定；再开展地震对比解释工作，以确保每个测井解释储层与地震记录间都有可靠的对应关系，并为反演时的地质建模提供构造和厚度等信息。

在地震测井资料准备就绪后，就可以开展地震资料的反演处理工作。

针对该区为多期河道叠置的沉积特征，砂、泥薄互层且储层的物性复杂，波阻抗反演不能有效地区分砂体及围岩的特点，综合利用钻井、测井、VSP、试气及生产动态等资料构筑具有储层含气特征的岩性指示曲线，反演砂岩数据体。

在砂岩反演数据的基础上，采用基于模型的反演方法进一步反演砂体的物性参数，主要为砂岩的孔隙度。岩性反演流程见图4-28。

图4-28 储层反演流程图

（1）反演的技术思路

根据砂体的特点及难点，其反演的思路是两步法反演。首先从砂体的测井综合响应特征分析入手，以具有砂体特征的伽马及岩性曲线作为反演基础资料，进行地震反演及岩性反演，求取砂体的空间分布及砂体厚度分布。其次在砂岩数据体基础上用波阻抗来判别砂体的含气性。最后利用井-震相关分析的结果进行砂体的物性反演，并在此基础上将地震反演与模型反演相结合提高反演的分辨能力，确保横向预测的精度。

通过岩性反演将砂岩数据从围岩中分离出来。以地震反射层为参考层，沿层开适当的时窗，统计时窗内的砂体的时间累积厚度，即可得到目的层砂体的时间厚度的平面分布。如果将砂/泥数据体转换到深度域，即可得到砂体厚度图。更精确的做法是在反演数据体上解释目的层砂体的顶、底界面，计算两个界面间的砂体厚度。这种做法需花费大量的解释时间。

（2）反演方法及原理

根据上述研究思路，我们尝试采用了基于地质统计理论的随机模拟反演技术。该技术的核心是以约束稀疏脉冲反演的波阻抗体作为约束条件来进行伽马与中子孔隙度反演，根据砂岩特征分析的砂岩伽马的门限值以可视化技术对砂体进行横向的解释追踪。

宽带约束反演采用的是约束稀疏脉冲反演，它基于道反演而不是基于褶积的简单递归反演，在反演方法中考虑到低频模型约束条件、反演算法与子波的共同作用。

本书的反演研究主要在Jason和EPT反演软件平台上完成。各种反演软件都无法避免其结果的不确定性，Jason反演也不例外，但Jason反演中的StatMod（GeoStatistical Modeling）模块却可以使这种不确定性降至最低。它的原理是通过基于地质统计理论的随机模拟，最终得出一系列具有等概率的反演结果，而不像大部分反演软件那样最终只得出一个反演数据体（一次计算）。在大16井区项目中正是利用了Jason反演的这种独特优势，反演结果为该项目的储层预测结果提供了有力的佐证。

地震数据反映地下地层的界面信息，而绝对波阻抗反映的是地下地层的岩性信息，所以绝对波阻抗可以用于推导出岩性特征，并且常用来定量研究储层特征。一般而言，在做基于模型的反演之前，要先做基于地震道的反演也就是约束稀疏脉冲反演，得出一个绝对声波阻抗模型，再利用这个模型做InverMod或StatMod 反演的趋势约束体，得出一系列的各种属性参数体，如GR体、砂泥岩性体、孔隙度体、中子体、电阻率体等。

StatMod反演是真正意义上的三维反演，在StatMod随机反演中，整个三维体是一次反演出来的，它是对整个三维体进行迭代，在反演过程中，扰动和拟合地震的网格点在每次迭代过程中是随机在整个空间选择的。这个模块也是整个Jason反演软件中最精彩的部分。

对于连续的随机变量，如GR曲线，作为第一类数据对其在StatMod Analysis进行分析，同时用基于地震道反演的波阻抗结果做趋势约束体，进行序贯高斯配置协模拟，得到N（一般为奇数，如11等）个等概率模型，对这些模型进行分析筛选，最终得到GR反演的三维数据体。

在计算测井的砂泥岩性曲线时，可以通过作工区所有井的两种曲线（如对岩性有较好指示作用的密度和GR曲线）的交会图，分别确立密度和GR的门槛值，从而确定每口井的岩性曲线，也可直接由各种测井曲线综合解释得出的钻井岩性剖面直接求取。有了井的岩性曲线，即可以在StatMod Modeling中进行由基于地震道反演的结果做趋势约束，进行岩性指示模拟，得出N个砂体的等概率模型。再将其叠加，最终确定模拟中概率出现较大几率的砂泥体模型。

有了工区的岩性分布体后，就可以直接做岩性遮挡的孔隙度模拟，方法是同高斯配置协模拟类似，只不过只做砂岩部分的孔隙度反演，泥岩的孔隙度为零。同样经过分析和筛选，得到最终的孔隙度模型。这样我们就可以得出各种属性的三维反演数据体。

对反演得出的多个随机模型筛选及验证主要有以下的标准：随机图像是否符合地质概念模型；随机实现的统计参数与输入参数的接近程度；模拟实现是否忠于真实的数据；模拟实现是否符合生产动态等。

当然，若想利用StatMod做好反演，首先必须对工区的地质情况有很好的了解，这样才能在做数据分析及结果筛选环节上更好地把握，从而使结果更接近地下地质的真实情况。同时，由于是基于地质统计理论的随机模拟，因此，从统计学上讲，丰富的数据量是必要的，如果测区的井过少，则用此统计方法反演出的效果就不太可靠了。

（3）反演效果分析

图4-29为大15井、大开5井、大14井连井岩性反演剖面，分析得知几口井的底砂岩在剖面上可清晰地识别，并且具有横向可追踪性，砂体的合并分叉特征明显。

图4-29 岩性反演剖面

图4-30是过大16井盒二高产气层的伽马反演剖面特征及空间的平面展布。在反演伽马剖面上大16井盒二高产气砂层的低伽马特征明显。

图4-30 反演剖面及反演体可视化

以上就是关于Jason反演技术在天然气水合物速度分析中的应用全部的内容，包括:Jason反演技术在天然气水合物速度分析中的应用、缝洞型碳酸盐岩储集体特征及预测——以哈萨克斯坦A油田Pz段为例、-D数据和3-D高密度电法勘探反演等相关内容解答，如果想了解更多相关内容，可以关注我们，你们的支持是我们更新的动力！