高精度三维地震技术在中牟区块页岩气勘探中的应用

2020年3月 PETROLEUM GEOLOGY AND ENGINEERING 第34卷 第2期

文章编号：1673–8217（2020）02–0044–06

高精度三维地震技术在中牟区块

页岩气勘探中的应用

代 磊1,4，邱庆伦1,4，李昕荷3，4，李中明1，4，汪 超2，4，袁青松1，4

（1．河南省地质调查院，河南郑州 450001；2．河南豫矿地质勘查投资有限公司，河南郑州 450053；

3．河南省地质矿产勘查开发局测绘地理信息院，河南郑州 450001； 4．地下清洁能源勘查开发产业技术创新战略联盟，河南郑州 450001）

摘要：河南中牟区块山西组、太原组页岩层段岩性复杂、储层非均质性强，针对该区块地球物理响应特征，制定高精度三维地震数据采集、处理、解释一体化方案，形成了适合中牟区块的三维地震勘探技术。应用结果表明，优化观测系统和激发条件，满足了高覆盖、小面元的技术要求；保真保幅处理、规则化处理、层序划分、精细解释、优质储层及裂缝预测，为该区块页岩气勘探奠定了坚实的基础。 关键词：中牟区块；页岩气；高精度三维地震；采集处理；解释 中图分类号：P631 文献标识码：A

Application of 3D high-precision seismic technology of shale gas exploration

in Zhongmu block

DAI Lei, QIU Qinglun, LI Xinhe, LI Zhongming, WANG Chao, YUAN Qingsong

(1. Henan Institute of Geological Survey, Zhengzhou, Henan 450001, China; 2. Henan Yukuang Geological Exploration Investment Co., Ltd., Zhengzhou, Henan 450053, China; 3. Institute of Surveying Mapping and Geoinformation of Henan, Zhengzhou, Henan 450001, China; 4. Henan Industry and Technology Innovation Strategy Alliance of Underground Clean

Energy Exploration and Development, Zhengzhou, Henan 450001, China)

1,4

1,4

3,4

1,4

2,4

1,4

Abstract: According to the geological and geophysical response characteristics of Taiyuan-Shanxi formations shale of Zhongmu block in Henan province, a 3D seismic exploration technology suitable for Zhongmu block was obtained and applied through the integration of high-precision 3D seismic acquisition, processing and interpretation. The application results indicate that in terms of seismic acquisition, the technical requirements of high coverage and small surface elements are realized by optimizing the observation system and excitation conditions. In respect of seismic data processing, attentions are paid to fidelity-keepings, amplitude preservation and regularization. As for seismic data interpretation, based on sequence division, fine interpretation, high-quality reservoir and fracture prediction, etc., it has laid a solid foundation for shale gas exploration in this area.

Key words: Zhongmu block; shale gas; 3D high-precision; acquisition and processing; interpretation

南方龙马溪组海相页岩气已经进入大规模商业开发模式，地球物理勘探技术在页岩气勘查中起着 收稿日期：2019–07–23；修订日期：2019–09–29。

第一作者简介：代磊（1987—），男，工程师，现主要从事页岩气地震勘探研究工作，E–mail：330772360@qq.com。 基金项目：河南省重大科技专项项目“河南页岩气勘查开发及示范应用研究（151100311000）”；国土资源部第二轮页岩气探矿权项目“河南中牟页岩气勘查（GT2012YQTKQCR0020）”。

重要作用

[1–5]

。相比于常规天然气藏，页岩气藏具有

隐蔽性和非均质性，常规地震勘探手段已无法满足

代 磊等．高精度三维地震技术在中牟区块页岩气勘探中的应用 ·45·

页岩气勘查要求。高精度三维地震资料具有高信噪比、高分辨率、高保真度的特征，有利于发现隐蔽油气藏、查明优质泥页岩、优化设计开发井位，保证页岩气藏勘查开发取得商业价值

[6–7]

东，开封以西（图1）。2014年成功钻探了牟页1井，日产页岩气1 300 m。本文对对河南省中牟页岩气勘查区西姜寨目标区高精度三维地震数据采集、处理、解释一体化工作的探索和研究，提出适合中牟区块及相关区块页岩气地质特征的地球物理勘探评价技术。

3[8]

。河南中牟页

岩气勘查区块位于通许隆起与中牟凹陷交界，郑州以

图1 中牟区块页岩气勘查区构造背景及地理位置

质性较强的表层结构，造成反射响应频率较低、有效频带较窄。处理的主要难点有：①区块振幅不均衡，保持（相对）振幅处理难度大；②要求目的层

河南中牟区块页岩气目的层包括下二叠统太原

能够识别最小岩层厚度，提高分辨率有一定难度；③覆盖次数不均匀，规则化存在一定难度。 2.2 技术对策

经过实验及技术攻关，地震数据采集技术依据高覆盖、小面元的要求，确定了以下对策：①山西组、太原组存在煤层强反射，在采集过程中应强化激发、接收手段，保障激发能量及子波的一致性。保证高速面以下5 m激发，根据表层调查结果制定药量（西北部6 kg，北部5 kg，其余地区4 kg），存在安全隐患的村庄、道路等地段，井深15 m，药量2 kg；②对疏松、非均质性较强的表层结构，优化设计观测系统，提高激发能量；③对村庄稠密，人口众多区域适当加密炮点，优选放炮时间。

地震数据处理主要进行了高保真振幅补偿、联合多域去噪、地表一致性反褶积、规则化等方法。特别是针对插值补缺口及全规则化处理，保障偏移前数据覆盖次数及振幅均衡，较好地解决了村庄道路密集造成的覆盖次数不均匀问题。 2.3 效果分析

基于地震数据采集处理方法的研究，与二维地震资料相比，三维地震剖面的频率、信噪比及分辨率有了较大提高，连续性增强；纵向上波组特征清

根据高精度三维地震要求，对地震地质条件和

1 页岩层段特征

组和山西组。太原组为深灰色、灰黑色泥岩与深灰色泥质灰岩互层，夹薄层碳质泥岩和煤层沉积；山西组为灰–灰黑色泥岩、粉细砂岩、夹煤层煤线沉积，总厚度约150 m。山西组、太原组页岩层段有机，碳含量高（平均大于2.0%），成熟度高（Ｒo＞2.0）有机质类型均为III型；总含气量为0.42~4.44 m/t，平均为1.93 m/t，太原组优于山西组。山西组、太原组页岩层段平均孔隙度为2.7%，平均渗透率为0.132 8×10 μm，总体孔隙度、渗透率较低储层非均质性强等特点。

-3

2

[9–10]

3

3

。

总之，山西组、太原组页岩气层段具有岩性复杂，

2 地震数据采集处理技术

2.1 采集处理难点

以往地震资料的分析表明，地震数据采集面临的主要难点为：①主要目的层山西组、太原组存在煤层强反射，对地震波传播有屏蔽作用；②西姜寨目标区内村庄稠密，人口众多，国道、乡间公路纵横交错，随机噪音分布范围广、能量强；③疏松、非均

·46· 石 油 地 质 与 工 程 2020年 第2期

楚，断层归位更加准确，有利于后期的构造解释和

储层预测（图2）。

图2 二维地震资料（上）与三维地震资料（下）成像效果对比

页岩气层段的精细标定是地震精细解释的基础。根据不同的地震反射特征，南华北盆地地震反射可划分为五个层序，中生界三叠系和上古生界合成的第IV地震反射层序为主要勘查目标，层序内部基本为“整合”或“似整合”接触。

根据合成记录分析，山西组、太原组整体上表现为“两峰＋两谷”的特征，局部表现为“三峰＋三谷”的特征。其中山西组顶部泥岩、中部煤层为波峰反射，太原组中部碎屑岩为波谷反射（图3）。

南华北地区呈多期复合叠合盆地，演化过程可划分为晋宁运动期、加里东运动期、海西–早印支运动期，晚印支–燕山运动期和喜马拉雅运动期5期构造运动。通过地震解释得到的等时间图需要转换为深度构造图，再利用井资料和速度谱资料建立速度模型，并结合层位数据和井数据进行校正，得到高精度构造图。 3.3 优质泥岩储层预测

[18]

[17]

3 页岩气“甜点”区预测

“甜点”区评价预测参数包括储层的埋深、厚、物性、脆性矿物含量、度、总有机碳含量（TOC）裂缝发育等指标法

[15–16]

[11–14]

，预测方法包括构造精细解释、

储层属性反演、天然裂缝预测及孔隙压力预测等方

。 3.1 研究方法

根据前人的研究成果，结合西姜寨目标区的地质地震特征，在充分收集中牟区块及周边地震地质及测井资料的基础上，通过合成记录、精细解释、变速成图、叠前反演等技术，明确储层空间展布，评价关键参数，结合断裂及微裂缝评价结果，优选页岩气有利区带。 3.2 构造精细解释

代 磊等．高精度三维地震技术在中牟区块页岩气勘探中的应用 ·47·

图3 西姜寨目标区牟页1井山西组、太原组地震响应特征

地震属性约束反演已成为储层预测的重要技术之一，常用的地震反演方法有：声波阻抗反演、测井属性反演和随机反演方法

[19–20]

。 （TOC，含气量，总孔隙度等）进行了预测（图4）利用反演计算的TOC，含气量和孔隙度与测井曲线趋势上有较好的一致性。从TOC和含气量剖面上看，山西组煤层TOC和含气量较高，其次为太原组中

。研究区主要利用测

井属性反演方法，对评价页岩气储层的关键参数

图4 过牟页1井（主测线1 786）的反演剖面

·48· 石 油 地 质 与 工 程 2020年 第2期

部页岩层；从总孔隙度剖面上看，山西组下部大占砂岩总孔隙度较高，其次为太原组中部页岩层。综合认为太原组中部页岩层和山西组下部大占砂岩段是有利勘探层位。 3.4 裂缝预测

裂缝发育程度对页岩气产量有着决定性的影响。泥页岩中存在构造缝（张性缝和剪性缝）、层间页理缝、层面滑移缝、成岩收缩微裂缝和有机质演化异常压力缝这5种主要裂缝，预测方法主要包

[21]

括相干体分析、蚂蚁追踪、曲率分析、纵波方位各向异性检测和叠后地震属性分析技术

[22–23]

。

西姜寨目标区通过快慢横波比和快横波方位，对主要目的层页岩气储层裂缝发育情况进行了预测（图5）。

图中用颜色区分裂缝强度，红色代表裂缝强度大，西姜寨目标区东侧比西侧裂缝强度大；黑色线段表示裂缝走向，以NNE为主，预测结果与微地震监测较为一致。

图5 快慢横波比及快横波方位叠合

3.5 预测成果

根据三维地震构造精细解释、优质泥岩储层预测及裂缝预测获得的资料，优选裂缝发育区域埋深为2 000~3 500 m，页岩厚度大于30 m，含气量大于1.5 m/t，作为有利目标区，部署并实施了ZDY2井。ZDY2井主要层位埋深与预测结果误差小于0.5%，太原组压裂获得日产页岩气3 614 m，表明地震解释技术在页岩气预测中取得了较好的效果。

[24]

3

3

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4 结论

（1）高精度三维地震勘探技术很好地解决了页岩气层段岩性复杂、储层非均质性强等问题，取得了良好的效果，适合河南中牟区块页岩气勘查。

（2）在采集过程中，应遵循高覆盖、小面元的技术要求，优化观测系统和激发条件；在处理过程中，要特别注意保真保幅处理和规则化处理。

（3）合成记录、精细解释、变速成图、叠前反演等地球物理解释技术在页岩气层段预测中起到了较好的作用，预测结果与钻井结果吻合程度较好。

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