渝黔湘秀山区块页岩气二维地震勘探研究*

郭东鑫，张跃磊，张彦起，李宏欣，王明理

1.国土资源部页岩气资源勘查重点实验室(重庆地质矿产研究院)，重庆400042;2.重庆市页岩气资源与勘查工程技术研究中心(重庆地质矿产研究院)，重庆400042;3.重庆豫顺新能源开发利用有限公司，重庆400042;4.河南省煤层气开发利用有限公司，河南 郑州450016)

0 引 言

近几年，页岩气成为中国非常规油气资源的研究重点，究其原因，一是美国页岩气已经成功实现商业化开发，有值得借鉴的技术与经验;二是中国天然气产业步入快速发展阶段，页岩气勘探已经在四川盆地、鄂尔多斯盆地取得突破;三是中国页岩气资源量巨大，地质资源量预计可达134.43×1012m3，可采资源量25.08 ×1012m3，勘探潜力巨大［1-6］。目前中国页岩气的研究多集中在南方海相页岩气聚集条件、有利区评价等基础地质理论，并取得了一定的地质成果［3-5］。在页岩气勘探开发工程技术方面，主要借鉴美国页岩气水平井钻完井、多段多级压裂及裂缝综合检测等技术，探索合适中国南方盆缘山区海相页岩地质特点勘探开发技术。

地震勘探、测井等地球物理技术一直在常规油气勘探中起着至关重要的作用［7-9］。页岩气作为一种油气资源，虽然其成藏模式有别于常规油气藏，但地球物理勘探仍能够在页岩气勘探中发挥作用。地球物理技术在优化页岩气钻井、储层压裂部署、压裂裂缝效果监测等方面作为必要技术支撑。林建东等［10］指出以地震技术为主体的气藏描述是页岩气储层识别与评价的核心，具体地震勘探任务包括查明页岩层的深度、厚度、分布范围、产状形态，寻找页岩层内有机质丰度高、裂缝发育、渗透性好、脆性大的部位，即页岩气“甜点”。黄捍东等［11］基于高精度时频分析，分析流体的时频特性，计算出流体活动因子，进而与测井资料结合量化页岩气“甜点”区流体活动因子的范围，从而预测页岩气“甜点”分布区，该方法在四川盆地的应用，取得了良好的勘探效果。李志荣等［12］通过四川盆地南部页岩气地球物理勘探，提出了适合中国地质特征的页岩气地球物理勘探评价方法:构造精细解释、页岩埋深图编绘、厚度预测。中国在应用页岩气地球物理方法进行页岩气高产富集区识别预测和评价方面进行了一些探索，但尚未形成一套完整且有别于常规油气勘探技术思路与方法［13-19］。

在野外地质调查和区域地质认识的基础上，渝黔湘秀山页岩气区块部署实施二维地震勘探剖面13 条，523.5 km，通过地震资料采集、处理、解释、地震储层反演与气层检测等技术一体化攻关，通过获得高信噪比地震资料。文中在前人研究的基础上，结合渝黔湘秀山页岩气区块地质特征，针对地球物理方法在页岩气勘探开发中的可能应用，形成了一套海相盆缘山区海相页岩气地球物理勘探技术。

1 渝黔湘秀山页岩气区块概况

秀山页岩全区块位于四川盆地东部边缘川湘坳陷南部，由鸡公岭背斜、平阳盖向斜、钟灵背斜、蛮子腰向斜，呈北东向相间排列展布。出露地层主要为寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系、二叠系、三叠系等，主要岩性以灰岩、页岩为主，发育2 套海相黑色页岩，为下寒武统牛蹄塘组、上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组［16］。区内断层较发育，沟壑纵横，地质、地形条件较复杂(图1)。

为了基本弄清该区深部构造形态、水文地质条件、目的层深部黑色页岩的赋存状态及埋深，评价页岩储层特征，含气性、“甜点区”优选以及为预探井地质设计提供依据，部署实施二维地震勘探剖面13 条523.5 km.

图1 秀山页岩气区地形地貌图Fig.1 Topography of the Xiushan shale gas block

2 地震勘探难点

2.1 采集难点

1)地形条件复杂，沟壑纵横，地形切割厉害，山体陡峭，植被发育，钻孔施工难度大，野外资料采集施工条件较差。

2)地表的起伏，导致了侧向干扰、次生干扰严重;工区低降速层速度、厚度横向变化较大，导致地震资料的信噪比横向变化较大;大面积裸露的岩石造成激发条件和接收条件较差，影响资料品质。

3)地表出露地层灰岩地层，溶洞发育，静校正问题严重。

2.2 资料处理难点

1)由于地表起伏剧烈，影响成像的高频静校正问题比较严重。

2)地表出露寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系、二叠系、三叠系等多套地层，激发岩性变化大，子波一致性差，频率特征、能量差异大。

3)资料信噪比均比较低，干扰波严重。

4)勘探主要目的层埋深500 ～4 000 m，地层倾角10° ～70°，倾角和埋深变化大，地震波场十分复杂，资料成像难度大。

2.3 解释难点

1)速度谱质量低，叠加成像难度大。

2)优质黑色页岩厚度预测较困难。

3)国内尚无成熟的适合于中国南方海相地质特征的针对页岩气的地球物理解释方法、评价流程。

3 技术思路和工作流程

3.1 采集参数优选

在充分研究区内地质条件的基础上，结合主要目的层的地球物理特征，进行地震地质模型模拟，优选观测系统，论证设计采集参数。施工时，加强对试验、生产资料的定性与定量分析，设计与试验相结合，控制野外生产质量，确保各项施工参数始终处于最佳状态。

3.1.1 观测系统

观测系统采用4 310 -10 -20 -10 -4 310 m，覆盖次数54 次，接收道数432 道，道距20 m，炮点距80 m，最大炮检距4 310 m.

3.1.2 激发因素

本区目的层埋藏较深，主要目标地质体反射能量较弱，且采用的观测系统排列较长，应采用相对较大的药量激发。激发药量8 ～10 kg，激发井深12 ～15 m(确保在高速层下激发)，激发耦合为闷井激发。

3.1.3 接收因素

采用20DX-10 Hz 双串检波器，1 串10 个检波器矩形面组合，组内合高差小于5 m.

3.1.4 仪器因素

地震仪器采用408XL 系列遥感地震数据采集系统，采样间隔为1 ms.

3.2 资料处理解释一体化技术

采集、处理一体化结合，试验分析高程、野外、折射、层析等不同基准面静校正方法，选取最佳基准面静校正方法，即基准面1 500 m，替换速度500 m/s;在此基础上采用分频地表一致性剩余静校正、模拟退火、非地表一致性剩余静校正解决该区的静校正问题。

对不同的噪音类型，采用先强后弱、先相干、后随机的原则，对面波、侧面波、高频噪音、异常振幅、随机噪音逐一压制，提高资料的信噪比(图2)。

通过地表一致性振幅补偿及地表一致性反褶积等，消除地表因素对数据的影响。做好速度分析与切除等基础工作，保证最佳叠加成像(图3)。

处理、解释一体化结合，以叠加速度为基础，通过拾取、平滑得到全区统一的偏移速度趋势，在此偏移速度场基础上，根据各测线情况通过偏移速度扫描进一步优化得到各测线最终速度场，使偏移归位合理，成像准确(图4，5)。

图2 次生干扰压制前后对比图Fig.2 Comparison of the secondary interference suppression before and after

图3 精细切除前后叠加剖面段成像效果对比图Fig.3 Superimposed cross-sectional segment imaging results comparison before and after fine removal

图4 偏移剖面段成像效果展示图Fig.4 Offset profile segment imaging results show

3.3 地震储层反演与气层检测技术

在处理、解释成果的基础上，为了更加准确的识别目的层位及流体分布，提高井位部署的精确性，降低勘查风险，借鉴相对成熟的常规油气勘探地震描述技术，开展地震储层反演与流体识别研究。

基于广义S 变换的地震资料特殊处理，采用地震相控非线性随机反演方法进行5 m 以上复杂储层精细预测。利用多属性融合技术及多参数叠前反演技术等预测页岩气“甜点”分布区，确定裂缝发育区、低速页岩层中夹高速层为气层发育区域(图6 ～8)。

图5 剖面解释成果图Fig.5 Section interpretation results

图6 二维地震剖面解释成果图Fig.6 2D seismic sections explainthe results of Figure

图7 志留系反演与流体检测剖面对比图Fig.7 Inversion and fluid detection section comparison of the Silurian

图8 寒武系反演与流体检测剖面对比图Fig.8 Inversion and fluid detection section comparison chart of the Cambrian

图9 页岩气地球物理勘探技术评价流程图Fig.9 Flowchart of shale gas geophysical exploration technology assessment

4 结 论

1)页岩气二维地震勘探评价流程。页岩气属于“自生自储”型的低丰度连续的油气藏［16］，在勘探开发过程中，认真审视常规油气勘探开发中发挥巨大作用的地球物理勘探技术的定位，结合南方海相地质特征，建立适合评价标准、工作流程和技术流程。以勘查区地质条件为基础，综合录井、测井等勘查手段，实现二维地震勘探资料采集、处理、解释、储层与流体识别等技术一体化攻关，形成了一套较为完整的、针对海相盆缘山区海相页岩气地球物理勘探技术流程。刻画地质构造形态与断裂发育情况，精细标定优质页岩构造形态、埋深、厚度，优选有利区，识别页岩储层与预测气层“甜点”区分布，为井位部署提供基础。

2)优选有利的勘查目标区。在充分认识地面地质条件的情况下，精细标定了2 套目的层顶面构造形态和埋深，勘查区内断层以北东向和近南北向为主，东部的断裂比西部更加发育。

按照埋深介于1 000 ～3 000 m 范围、构造相对简单、地层倾角和绝对曲率较小、黑色页岩厚度大于30 m 原则，对渝黔湘秀山页岩气区块进行有利区优选，即龙马溪组勘探有利区带位于南腰界向斜和蛮子腰向斜内，牛蹄塘组勘探有利区带位于鸡公岭背斜西部斜坡和蛮子腰向斜东部斜坡。应用地震储层反演与气层检测技术，预测2 套页岩储层与含气性平面分布，寻找“甜点”，在有利目标区内部署实施2 口参数井钻探。

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