近年来，非常规油气已成为油气勘探开发的热点。在非常规油气的勘探开发过程中，产量较高的区域被称为“甜点”区，不同类型“甜点”区的评价参数、评价方法等均存在较大差异。赵政璋等^[1]建立了以测井新技术为主体的“七性”评价方法体系（岩性、电性、烃源岩特性、物性、含油性、脆性、地应力和各向异性），邹才能等^[2]提出了烃源性、岩性、物性、含油气性、脆性、地应力特性等“六性”评价方法和参数。其中，储层品质评价是“甜点”区评价的重要基础，单一从微观、定量和单学科理论角度进行储层研究已不能满足石油工业发展的需求，要以宏观、定量、多学科协同和智能化发展趋势为指导来从事储层研究^[3]，研究过程中，如何协调多学科知识，特别是建立微观资料与宏观资料之间的定量描述关系越来越受到重视，这就需要进行以地震为手段的理论技术创新，以解决储层内部物理性质变化的预测问题，并提高储层物理性质变化描述的能力^[4-6]。

地震储层学作为一门交叉学科，通过描述储层岩性与物性特征、储集空间类型及形成机理、成岩作用及其对储层的改造等微观特征，结合由高分辨率三维地震数据体提取的地震属性，通过高分辨率反演手段，将三维空间内孔隙机构、流体特征、物性以及岩性特征通过储层建模方式表现出来，以实现储层特征的精细描述^[7-8]。

雷家碛地区位于鄂尔多斯盆地东缘临兴区块内，是近期致密气勘探开发的新区，储层发育规律横向变化较大，砂岩、泥岩和泥灰岩波阻抗值域范围接近，有效区分各类储层的难度大，且目的层段多，成藏主控因素复杂，综合评价难度大。区内目前有5口探井，邻区开发的主力层系“下石盒子组盒8段”在雷家碛地区并未获得工业气流或无产能。为寻找雷家碛地区盒8段有利储层分布区，本次研究采用地震储层学方法，将微观岩心实验资料与宏观高分辨率三维地震资料相结合，建立适合该区地质条件的“甜点”区分布预测方法，以期对研究区的勘探部署提供指导作用。

鄂尔多斯盆地位于华北克拉通西部，是一个油气、煤和砂岩型铀矿等多种矿产共存富集的大型沉积盆地^[9-11]，雷家碛地区位于鄂尔多斯盆地东缘晋西挠褶带，晋西挠褶带在中晚元古代—古生代为一相对隆起的古地貌，沉积了中上寒武统、下奥陶统、上石炭统及上二叠统。晋西挠褶带的热力作用与华北板块早白垩世发生的重要构造事件有关，深部岩浆侵入和热力事件的发生使得该区埋藏深处形成了许多侵入岩或喷发相岩体。早白垩世强烈的构造热力变动导致盆地东缘大面积抬升隆起，吕梁断隆带的翘倾，离石断裂带、晋西挠褶带及西倾大斜坡的形成^[12-15]（图 1）。

图 1

Fig. 1

下载eps/tif图 图 1 鄂尔多斯东缘雷家碛地区位置及地层综合柱状图 Fig. 1 Geographic location and comprehensive stratigraphic column of Leijiaqi area in eastern margin of Ordos Basin

雷家碛地区上古生界自下而上发育本溪组、太原组、山西组、下石盒子组、上石盒子组和石千峰组，其中，下石盒子组盒8段以辫状河三角洲平原亚相沉积为主，辫状分流河道与洪泛平原微相均较为发育^[16]。岩性为杂色砾岩、砂质砾岩、含砾粗砂岩、中—粗粒岩屑砂岩、岩屑石英砂岩以及灰绿色、黄褐色厚层状细砂岩，沉积构造以大型楔状层理和大型板状交错层理为主，可见槽状交错层理和平行层理。厚层砂体内部由多个向上变细的正旋回构成，底部有冲刷面。辫状分流河道频繁改道和冲刷，河漫滩不发育，垂向序列上为多个小型砂体的叠加，从而形成厚度较大的大型砂体，小型砂体之间发育薄层状泥岩隔层，造成了辫状河道沉积的砂体具有极强的非均质性^[17-18]，横向变化快，纵向上隔夹层多而不连续。

鄂尔多斯盆地东缘雷家碛地区盒8段以岩屑砂岩和长石岩屑砂岩为主，石英平均质量分数为44.0%，长石平均质量分数为12.2%，岩屑平均质量分数为43.8%。岩屑类型以火山岩岩屑和变质岩岩屑为主，沉积岩岩屑含量较低。岩石中还含少量云母、绿泥石等黏土矿物和钙质胶结物等，填隙物平均质量分数为17.0%，包括黏土矿物、铁方解石和菱铁矿等。碎屑颗粒多为次圆状—次棱角状，颗粒支撑结构，颗粒之间以线接触为主，局部为点接触或凹凸接触，孔隙式胶结，石英次生加大较为发育，颗粒分选较好，粒度主要以中—细粒为主。

研究区5口井盒8段的岩心样品的覆压孔渗测试数据显示，砂岩储层的覆压孔隙度为0.70%~ 14.00%，平均值为4.03%，渗透率为0.010~0.950 mD，平均值为0.134 mD。绝大多数孔隙度值小于8%，占总样品数的97.4%，其余分布在8%~10%；绝大多数样品的渗透率分布在0.010~0.500 mD，小于0.500 mD的样品占总数的98.6%，为典型的致密砂岩储层。

通过岩石普通薄片、铸体薄片及扫描电镜观察分析，可以得出雷家碛地区盒8段储层岩石的面孔率低，岩石胶结致密，孔隙类型复杂，包括残余粒间孔、次生溶孔和高岭石晶间孔等，其中以残余粒间孔、粒间溶孔和粒内溶孔为主[图 2（a） —（g）]，被溶蚀的矿物以长石为主。

图 2

Fig. 2

下载eps/tif图 图 2 雷家碛地区盒8段砂岩储集空间显微照片 （a）胶结紧密，LX-1，1 957.4 m；（b）铁方解石充填粒间，LX-7，1 951.0 m；（c）溶蚀粒间孔，LX-12，1 915.4 m；（d）溶蚀颗粒孔，LX-12，1 917.2 m；（e）片丝状伊利石合体附着于碎屑颗粒表面，可见次生溶蚀微孔隙发育，LX-14，1 950.7 m；（f）颗粒表面溶蚀，LX-12，1 975.4 m；（g）长石溶蚀向丝片状伊利石转化，LX-14，1 877.7 m；（h）贴粒缝，LX-41，1 891.0 m；（i）长石发生溶蚀，LX-41，1 906.5 m；（j）粒内溶孔和粒间溶孔，LX-41，1 910.4 m；（k）见金红石晶体，且晶体溶蚀强烈，粒内孔隙发育，LX-41，1 906.5 m；（l）钠长石沿解理溶蚀，见少量粒内孔隙，LX-41，1 906.5 m Fig. 2 Characteristics of sandstone reservoir space of He 8 member in Leijiaqi area

压汞分析结果显示，砂岩储层中值孔喉半径为0.009~0.026 μm，平均值为0.020 μm，反映孔喉偏细；均质系数为0.222~0.304，平均值为0.260，分选系数为2.903~3.026，平均值为2.968，反映孔喉分选中等—差；排驱压力为0.672~0.678 MPa，平均值为0.674 MPa，最大进汞饱和度平均值为61.29%，残余汞饱和度平均值为34.05%，退汞效率平均值为44.42%。总体上，储层孔隙结构较为复杂，非均质性较强。

砂岩储层的母岩类型为储层岩性的重要控制因素，进而影响了储层物性^[19]。鄂尔多斯盆地东缘雷家碛地区在吕梁期形成的统一固化结晶基底（太古代—古元古代变质岩）与中—晚元古代以后形成的盖层构成了明显的二元结构，在地壳抬升作用下，太古代—古元古代变质岩剥蚀区成为研究区储层的主要物源供给区，大量火山岩岩屑、变质岩岩屑通过风化剥蚀、搬运和再沉积作用使得研究区储层砂岩的成分成熟度偏低，抗压实能力弱，初始孔隙度较小。以辫状河三角洲平原亚相沉积为主，河道摆动频繁，砂体纵向叠置，横向变化大。总体上，辫状河道沉积的储层物性总体好于河漫滩沉积。

成岩作用也是控制储层质量的重要因素之一。通过显微镜下储层岩石成岩特征观察和扫描电镜等分析可以得出，研究区盒8段在漫长的地质历史时期经历了机械压实、压溶作用、胶结作用和溶解作用等一系列成岩作用，形成了现今储层非均质性强的特征。后期的建设性成岩作用如溶蚀和构造破裂作用增大了岩石的孔隙度和渗透率，有效改善了砂岩的储层物性。其后，烃源岩在成熟过程中所伴生的有机酸流体进入砂岩储层中，不稳定矿物被溶蚀，形成粒内和粒间溶孔。储层中发育的微裂缝可沟通各孤立孔隙，改善储层渗透性，较大裂缝能够成为油气运移通道，后期常被沥青充填。破坏性成岩作用主要有压实作用和胶结作用，压实作用随着埋深的增大而增加，可一定程度上减少储层的孔隙度；含Ca²⁺流体运移至储层孔隙中，在达到碳酸盐矿物的过饱和时发生沉淀作用，从而形成碳酸盐胶结物或含铁碳酸盐胶结物，造成岩石孔隙度降低，部分自生黏土矿物的形成会降低储层的渗透性（图 2）。

地球物理技术的发展，尤其是地震成像技术精度的提高和三维可视化技术的快速发展为“甜点”预测提供了有力支持^[20-21]。勘探实践表明，鄂尔多斯盆地东缘雷家碛地区主要气藏类型为岩性气藏和地层气藏，由于整个石油行业进入精细勘探阶段，勘探取得重大发现的难度越来越大，地震勘探的最终目的也逐渐从“查明地下的地层构造特征”向“探明地层的岩性”转变，其中的关键技术之一就是地震预测技术^[22-23]。研究区的三维地震资料显示，地震资料整体品质良好，但主频主要为20~ 25 Hz，对于目的层的致密砂岩薄层来讲，该主频偏低，且在地震剖面上直接识别盒8段的单个砂体极为困难，这是该区利用地震资料直接进行储层预测和评价的主要难点^[24]。目前研究区存在的其他技术难点主要包括：①储层砂体横向变化大，且砂岩、泥岩和泥灰岩波阻抗值域范围接近，有效区分薄层储层的难度大，砂体大范围分布，但有效储层在横向和纵向上非均质性均极强，气层的有效识别是储层预测的关键问题；②研究区被巨厚黄土覆盖，导致道集质量品质不一，单一属性预测准确率低，须进行多属性分析并进一步优选。

地震属性是将地震数据通过不同的数学变换而得到的关于地震振幅、频率以及相位等地震特征，是地震动力学研究和数据统计分析的重要指标^[25]。从地震数据中提取的地震属性可以反映储层的内在特征，是地震数据体的衍生和拓展，可一定程度上反映地层的物理性质。通过提取隐藏在地震资料中的弱信息，可实现对油气勘探开发中重要的孔隙及其赋存流体性质的描述，其中甜点属性是利用振幅与瞬时频率之间的均方根比值来描述碎屑岩储层中独立砂体的频谱变化。Radovich等^[26]在研究Gorgon油田时首次提出了“甜点”的概念，其发现含气砂体的瞬时振幅较强和瞬时频率较低，经过“二原色”属性融合，能较准确地预测砂岩储层。刘曾勤等^[27]首次将“甜点”的概念引入了我国，其后陆续有学者在地震储层预测方面沿用了该技术^[28-29]，并取得了较好的效果。

通过Petrel软件的体属性提取技术获得“甜点”属性体，在此基础上制作出雷家碛地区盒8段沿层切片（图 3）。在该“甜点”属性沿层切片中，红色区域代表砂岩厚度大，蓝色区域代表砂岩厚度小，可见砂岩在盒8段广泛分布，且大多砂体厚度为10~ 40 m。通过对砂岩的分布范围和厚度与产气井的分布对比研究，结果显示各区域的砂岩厚度并非为控制天然气富集的唯一因素。因此，寻找更加有效的地球物理方法来圈定含气面积是研究区亟待解决的关键问题。

图 3

Fig. 3

下载eps/tif图 图 3 雷家碛地区盒8段“甜点”属性沿层切片 Fig. 3 Sweet spot attribute slice of He 8 member in Leijiaqi area

叠前AVO同步反演主要是利用地震资料、AVA子波、测井数据中的弹性数据和叠前道集数据在层位划分结果、测井和地质资料的综合约束下进行反演，得到密度和波阻抗数据，然后通过数学公式变换计算出泊松比和剪切模量等参数。具体的反演方法和步骤如下：

（1）首先从Aki-Richard方程的Fatti变形公式开始，这个公式表示了反射振幅和入射角度之间的函数关系：

式中：c₁ = 1 + tan²θ；c₂ = -8 γ² sin²θ；c₃ =$ - \frac{1}{2}{\tan ^2}\theta + $$2{\gamma ^2}{\sin ^2}\theta ;\gamma = \frac{{{V_{\rm{S}}}}}{{{V_{\rm{P}}}}};{R_{\rm{P}}} = \frac{1}{2}\left[ {\frac{{\Delta {V_{\rm{P}}}}}{{{V_{\rm{P}}}}} + \frac{{\Delta \rho }}{\rho }} \right];{R_{\rm{S}}} = \frac{1}{2}\left[ {\frac{{\Delta {V_{\rm{S}}}}}{{{V_{\rm{S}}}}} + } \right.$$\left. {\frac{{\Delta \rho }}{\rho }} \right];{R_D} = \frac{{\Delta \rho }}{\rho }$。如果直接求解这个方程，容易使公式的系数c₁，c₂和c₃在数值上相差很大，尤其是当θ值较小的时候，R_S和密度值则易变得不稳定。由于Z_P，Z_S和ρ是彼此相关的，在同时反演时，假设背景趋势的线性模型如下：

式中：L_P = ln(Z_P)；L_S = ln(Z_S)；L_D = ln ρ；k与k_c是表示纵波速度与横波速度经验关系的系数；m与m_c表示纵波速度与密度经验关系的系数。

（2）将之前的Fatti方程变为：

式中：${{\tilde c}_1} = \left( {\frac{1}{2}} \right){c_1} + \left( {\frac{1}{2}} \right)k\;{c_2} + m{c_3};{{\tilde c}_2} = \left( {\frac{1}{2}} \right){c_2};W\left( \theta \right)$是角度子波矩阵；D为系数矩阵，也可称为导数算子矩阵。式（4）的优点在于：①独立变量的引入使整个计算过程更加稳定；②将已知的岩石物理特征变化趋势引入系统；③可以使用独立的谱白化或者稳定处理来控制Δ L_S和L_D的噪声道。算法如下：①使用实际的输入测井曲线计算最优的k和m；②设定初始模型，如式（5）；③通过共轭梯度法解方程；④计算出Z_P，Z_S和ρ的最终值。

通过对研究区5口井的测井曲线和弹性参数进行综合研究与分析，结果表明该区含气性和物性好的砂体对纵横波速度、泊松比、拉梅常数和剪切模量较为敏感，5口井的交会分析与测井解释结果显示，红色拾取部分为低伽马值的含气砂岩，与拉梅常数相比，泊松比属性可以更好地识别气层（图 4）。

图 4

Fig. 4

下载eps/tif图 图 4 雷家碛地区盒8段参数交会图 Fig. 4 Cross plots of petrophysics parameters of He 8 member in Leijiaqi area

运用叠前反演技术对雷家碛地区盒8段储层的含气性进行了预测。叠前反演主要从弹性参数的角度预测储层含气性，对钻井资料和地震资料的依赖性较大。由于钻井在平面上的分布有限，因此在进行含气性预测时，不仅参考了叠前反演结果，而且也应用了多属性分析成果。研究区的油藏类型主要是构造-岩性致密气藏，其成藏受控于2个主要因素：一是有利的构造背景，二是良好的砂岩储层。从前文中岩石物理分析结果可以得出，密度是反映岩性和物性的敏感弹性参数，但由于密度反演对原始CRP道集品质要求很高，一般资料难以达到精度要求，从而使得反演的可靠性偏低。因此，通过密度来反映储层物性的好坏存在一定难度。岩石物理分析显示储层含气后，如果纵波速度降低但横波速度几乎没有变化，且纵横波速度变化导致弹性参数协同变化（纵横波速度比和泊松比明显降低），则可判定该储层为含气层。

通过一系列对叠前道集的优化处理（滤波、超道集和道集拉平等），可最大限度保留原始道集信息。通过叠前反演得到波阻抗数据体后，再根据岩石物理实验结果提取泊松比属性预测气层分布，可以看出雷家碛地区盒8段储层在平面上气层分布较为连续，主要分布在工区中部的构造平缓带（图 5）。

图 5

Fig. 5

下载eps/tif图 图 5 雷家碛地区盒8段气层厚度预测 Fig. 5 Prediction of gas reservoir thickness of He 8 member in Leijiaqi area

储层物性是控制天然气富集的重要因素之一，而地震属性分析可以在宏观上寻找优质储层，特征的属性也可以反映其含气性。通过大量岩心的铸体薄片和扫描电镜分析可知，雷家碛地区盒8段的成岩作用以压实作用和胶结作用为主，而作为改善储层物性的溶蚀作用和破裂作用不太发育。将岩心分析数据与地球物理预测相结合，可以发现砂体预测范围与气层预测范围的分布叠合带为可靠的气层发育区，并在井位部署上尽量避开东部紫金山岩体，设计了探井一口，命名为LX-41（图 6）。

图 6

Fig. 6

下载eps/tif图 图 6 雷家碛地区盒8段有利勘探区预测 Fig. 6 Favorable exploration areas of He 8 member in Leijiaqi area

通过LX-41井钻后取心进行铸体薄片和扫描电镜分析可得，其平均孔隙度为5%，平均渗透率为0.8 mD，与研究区其他钻井的分析结果一致，为致密砂岩储层，其储集空间类型包括粒内溶孔、粒间溶孔以及微裂缝等[参见图 2（h）~（l）]，这些微裂缝的发育还可以作为油气运移通道^[30-31]。通过分析认为，压实作用和胶结作用均是储层致密化的重要原因，其原生粒间孔隙基本不发育，但成岩中后期的建设性成岩作用所形成的次生孔隙在一定程度上改善了岩石的储集条件。通过测井解释成果得出，LX-41井盒8段共解释出气层12.2 m（表 1），与预测结果吻合度高且勘探效果优于前期其他钻井。综上所述，依据“甜点”属性预测结果所部署的钻井，其勘探实效优于其他钻井，已获得工业气流，这一勘探实例为研究区的井位部署提供了范例。

表 1(Table 1)

表 1 雷家碛地区盒8段气层解释厚度 Table 1 Interpretation thickness of gas reservoir of He 8 member in Leijiaqi area 井号 气层厚度/m 砂岩厚度/m LX-1 1.4 12.5 LX-7 4.5 28.6 LX-12 4.7 31.5 LX-13 0 29.1 LX-14 8.2 35.7 LX-41（新钻井） 12.2 31.0

下载CSV 表 1 雷家碛地区盒8段气层解释厚度 Table 1 Interpretation thickness of gas reservoir of He 8 member in Leijiaqi area

（1）鄂尔多斯盆地东缘雷家碛地区盒8段储层类型以岩屑砂岩和长石岩屑砂岩为主，储集空间主要为粒间溶孔、粒内溶孔和微裂缝，储层非均质性较强，平均覆压孔隙度为4.03%，平均覆压渗透率为0.134 mD，为典型的致密砂岩储层。

（2）建设性成岩作用对储层物性的改造可引起纵横波速比和泊松比等岩石物理参数的变化。因此，通过地震属性分析与叠前反演技术，可在单井岩心分析结果的约束下在平面上划分出有利储层发育区，再进行井位部署。通过上述方法在鄂尔多斯盆地东缘雷家碛地区部署的LX-41井在盒8段获得良好的勘探实效。