摘要：為了判定AVO技術是否能夠用于對煤層氣的預測，研究了煤儲層含氣性與地震AVO屬性之間的關系，獲得煤儲層參數與地震波彈性參數之間的關系式及其AVO響應特征，發現煤儲層的含氣量隨縱波速度、橫波速度、密度的增大而減小。對鄂爾多斯盆地大寧-吉縣地區5#煤層進行了AVO異常。結論認為：利用AVO屬性能夠對煤層氣的富集區進行預測并為煤層氣井位的部署提供依據。
關鍵詞：煤層氣；AVO技術；地震響應特征；含氣量；彈性參數；數值模擬；大寧-吉縣地區
煤層含氣量的多少將造成其地球物理特性的差異，會產生不同的AVO地震響應。例如，在美國圣胡安盆地Cedar Hill煤層氣田根據AVO探測煤層氣的成果布置鉆井而獲得高產，證明利用AVO技術對煤層氣進行預測是可行的[1]。為此，筆者以鄂爾多斯盆地大寧-吉縣地區為例，利用AVO地震屬性探討了煤儲層含氣量與地震彈性參數(密度、縱波速度、橫波速度)之間的關系及AVO地震響應特征，對該區5#煤煤層氣富集區進行了預測。
大寧-吉縣地區位于鄂爾多斯盆地東緣晉西撓褶帶中南段，呈西傾單斜構造。主要含煤地層為下二疊統山西組，含煤層數有十幾層，其中山西組的5#煤層全區分布較穩定，是煤層氣勘探開發主要目的層[2～4]，煤層埋深為700～1100m，厚度為1.5～7.2m，其中厚度超過5m的煤層主要位于午城-窯渠地區，向東煤層厚度逐漸變薄(圖1)。
5#煤層煤質主要以半亮型煤為主，鏡質組反射率為1.34%～2.09%，吸附飽和度較高(70.5%～95%)，有利于煤層氣的解吸和利用[1]。該區煤層氣資源豐富，5#煤層煤層氣資源量為5009.42×108m3，占全區資源總量的54.6%[5]。
1 煤層含氣性AVO響應特征
1.1 煤層含氣量與彈性參數之間的關系
整理收集到的單井數據，以每口井5#煤層的全部測定數據組成一個樣點，對每口井進行分析篩選，剔除誤差較大的數據點，最后將整理后的含氣量數據與各彈性參數進行交匯分析(圖2-a、b、c)。從圖2中可看出：5#煤層含氣量隨彈性參數(密度、縱波速度、橫波速度)的增大而減小，存在一定的線性擬合關系。圖2中：ρ為密度，g/cm3；vp為縱波速度，m/s；vs為橫波速度，m/s；Vg為含氣量，m3/t。
煤層氣在煤儲層中呈雙相富存的特征，90%以上煤層氣以吸附態存在于微孔隙的表面積，而微孔隙的表面積是煤層氣富集的主要影響因素。微孔隙的發育及數量必然影響煤層的密度，導致密度減小。又由于速度和密度存在一定的正比例關系，即密度的減小會導致速度的降低[6]。即含氣量與彈性參數呈負相關關系，符合煤層氣富集的普遍規律。
從圖2中樣點的分布情況看出，參與統計分析的樣點數量有限且比較分散，導致擬合程度偏低。在定量預測中應當謹慎使用這些關系，而在AVO異常解釋中，定性地使用這些關系是合理的。
1.2 煤層含氣量對AVO響應特征的影響
從含氣量與彈性參數之間的擬合關系可以推導出以下轉化關系式，由于含氣量的多少會影響到煤層的彈性參數，通過轉化公式，可由含氣量數據獲得煤儲層彈性參數。
ρ=1.51023-0.009 257Vg (1)
vp=3093.03-43.86Vg (2)
vs=1675.12-16.15Vg (3)
建立地質模型：煤層頂板、煤層、煤層底板等3層。通過數據統計分析確定煤層頂、底板泥巖彈性參數：vp=3995.9m/s、vs=2048m/s、ρ=2.55g/cm3，煤儲層的彈性參數可通過3個轉化關系式計算獲得。假設vg從20m3/t變化到0，根據3個轉化關系式計算出相應的煤層氣儲層彈性參數(表1)，將計算的彈性參數代入Shuey簡化公式[7]，求得與假設的各個Vg值相對應的截距和梯度屬性(圖3)。
圖3展示了煤儲層頂、底板反射界面情況：頂、底板反射界面的截距、梯度分別是相反的，即頂板反射界面是負截距正梯度，而底板反射界面是正截距負梯度[8]。當Vg=0時，頂板反射界面的截距為-0.37，梯度為+0.36，而底板反射界面的截距為+0.37，梯度為-0.36；當Vg=20m3/t時，頂板反射界面截距減小至-0.61，梯度增大至+0.59，而底板反射界面截距增大至+0.61，梯度減小至-0.59，這種對稱性主要是因為地質模型是對稱的。總之，煤層頂板和底板的截距、梯度的絕對值隨著煤層含氣量增加而增大。
1.3 5#煤層的AVO數值模擬
設定煤層氣高產井的產氣量Q≥1000m3/d，而低產井Q＜1OOOm3/d，對高、低產氣井分別進行AVO數值模擬研究[9]。
結果發現：①高產井5#煤層的頂板反射界面對應的是地震剖面的負同相軸，反射振幅隨偏移距的增加而減小，呈現較強的負截距、正梯度異常；底板反射界面對應的是地震剖面的正同相軸，其反射振幅也隨偏移距的增加而減小，但呈現較強的正截距、負梯度異常。此結果證明高產井的儲層一般能夠形成較強的AVO異常(圖4)。②低產井5#煤層儲層頂、底板反射界面分別對應地震剖面的負同相軸和正同相軸，但正、負同相軸的反射振幅基本上不隨偏移距的變化而變化，幾乎無AVO異常或AVO異常很弱(圖5)。
2 應用實例分析
2.1 地震測線AVO異常解釋
通過對煤層氣井的AVO數值模擬，獲得井的AVO信息，將此信息同地震測線AVO屬性進行比較，以尋找AVO異常區。選擇離地震測線較近的井進行AVO正演數值模擬，從井旁CDP道集中反復提取地震子波，使提取的地震子波與反射系數進行褶積，得到合成CDP道集。將合成CDP道集與實際CDP道集進行比較，誤差值最小的CDP道集即為最終合成CDP道集。然后對其進行AV0反演處理，獲得截距、梯度屬性剖面。在AVO正演數值模擬獲得的合成CDP道集上，對應5#煤層的同相軸展示了振幅隨偏移距增大而減小的特征，和AVO反演結果對應的關系是：對于負同相軸，是負截距、正梯度異常；對于正同相軸，是正截距、負梯度異常，這正是煤層氣富集的反映。
為更好地突出煤層氣AVO異常，把截距、梯度數據體進行相減運算，取差值的振幅包絡屬性作圖，獲得綜合解釋剖面圖(圖6)。由于煤層氣的AVO異常特點是截距與梯度符號相反，因此差值增強了與煤層氣富集相關的AVO異常，而削弱AVO反演噪音。截距、梯度差值的包絡屬性，將把頂、底板反射界面相關的同相軸異常合并顯示為同一個同相軸，突出了AVO異常范圍。圖6中沿2條藍線(即5#煤層頂板、底板的位置)的紫紅色位置是煤層氣富集區。
2.2 含氣富集區預測及評價
綜合分析AVO屬性數據、地質資料等進行研究，在大寧-吉縣地區預測出4個煤層氣富集有利區，其中研究區的東部午城-窯曲區帶為煤層氣富集高產區，此區日產氣量大于1000m3為高產井，并且有很強的AVO異常。3個煤層氣富集中等產區分別位于研究區的南部和西部。這3個中等產區地震測線AVO異常較弱，試氣不很理想，儲層埋藏深度較大或水文地質條件較差，不利于煤層氣開采。
綜上所述：AVO處理和解釋成果成功地預測了地震測線5#煤煤層氣富集的部位。測井AVO正演數值模擬獲得的AVO響應特征與實測CDP道集的特征相符。
3 結論
1) 煤層含氣量與彈性參數之間存在一定的線性關系，隨密度、縱波速度、橫波速度的增大而減小；煤層氣儲層頂、底板反射振幅都隨偏移距增大而減小，頂板反射界面呈負截距、正梯度異常，而底板反射界面呈正截距、負梯度異常。
2) 高產井儲層一般都有較強的AVO異常。利用AVO屬性能夠預測煤層氣富集區并為煤層氣井位的部署提供依據。
參考文獻
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[9] 彭蘇萍，高云峰.含煤地層振幅隨偏移距變化正演模型研究[J].科學通報，2005，50(增刊1)：131-137.
(本文作者：孫斌1，2 楊敏芳3 孫霞4 孫粉錦1，2 1.中國礦業大學(北京)；2.中國石油勘探開發研究院廊坊分院；3.中國地質大學(北京)；4.中國石油華北油田公司審計處)
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