0 引言

“亮点”、“平点”、AVO等碳氢识别技术在莺歌海盆地浅层常温常压领域及中深层高温高压领域天然气的勘探中发挥了重要的作用^[1-4]。但钻探和实践表明，在中深层高温、高压领域，“亮点”及AVO异常多解性较强^[5-9]，虽然可以反映含气性，但无法预测储层含气饱和度。气层、气水同层及含气水层在地震资料上呈现出相似的“亮点”反射特征及AVO异常，低含气饱和度的含气水层也可以产生假“亮点”及AVO异常。研究证明，含气饱和度为5%时，即可产生与高含气饱和度(40%~100%)相似的强振幅及AVO异常，从而形成明显的“亮点”^[9-11]。相反，“平点”在识别储层含气性方面，尤其在识别含气饱和度大于40%的商业气藏的方面，多解性明显低于“亮点”、AVO两种技术。一旦确定“平点”的存在，就可以确定储层的含气范围，从而能以最少的探井、最低的勘探费用快速完成气藏的评价。

目前国内的研究主要集中在对某些具体“平点”目标的识别上^[12-16]，仍没有系统的针对“平点”的识别、分析和评价方法。

另外，受地层压力及速度各向异性的影响，莺歌海盆地中深层高温、高压领域“平点”表现出与浅层“平点”不同的特征。近年来钻探成果表明，“平点”的叠后识别方法已不能满足油气勘探的需要。为此，本文开展“平点”的叠前AVO分析，并结合叠后识别标志，建立了从叠后到叠前较系统的“平点”识别方法，为储量评价和井位钻探提供依据。

1 “平点”叠后地震响应

孔隙流体对岩石弹性参数的影响是利用“平点”地震反射直接探测气层的基础。所谓“平点”是指由气水接触面所产生的地震反射，特别是当岩层倾斜并且厚度较大时，由于气水接触面的波阻抗差异较大，通常会在倾斜反射同相轴间出现能量较强的局部水平反射同相轴。

莺歌海盆地“平点”叠后地震响应有以下特点，据此识别“平点”。

(1) 在浅层常温常压领域，气层之下直接为水层，水平反射对应气层与水层分界面(“平点”)。与浅层明显不同，中深层高温、高压领域气层与水层之间存在较长的气水同层、含气水层过渡带。不同气藏的气水过渡带长度差异较大，大体上范围为15~60m。气层与含气水层、气水同层之间没有明显的波阻抗界面，“平点”反射(波阻抗界面)主要出现在纯水层与气水同层、含气水层之间^[10]。

(2) 当储层较薄时，受地震分辨率限制，气水界面并不能形成水平反射。由气层逐渐过渡到水层，在气水界面附近仅仅表现为地震反射振幅变弱(图 1a)。当储层较厚时，气水界面会形成明显的水平反射，气水界面之上气层地震反射较强，气水界面之下水层地震反射较弱(图 1b)。

(3) 如果厚层砂体地震响应与子波旁瓣效应叠加在一起^{[10, 17]}，有可能形成水平反射。尤其是类似水道砂等较厚砂体，子波旁瓣效应产生弱波峰反射，平行于水道砂体顶面。图 1c为“平点”和旁瓣效应叠合，地震响应相互干涉加强，导致旁瓣高部位能量较强，这也是识别这类“平点”的重要标志。但当水道砂储层顶面较平坦时，弱波峰反射很可能被误认为“平点”响应(图 1d)。

(4) 受横向速度及泥岩夹层的影响，中深层高温、高压领域气水界面地震响应可能与浅层常温、常压领域“平点”不一样，而是具有倾斜及局部起伏的特征(图 1e)。另外，受局部自圈低洼的影响，成藏过程中局部排水不畅，同一砂体高、低部位存在多个“平点”(图 1f)。

2 “平点”叠前AVO特征及识别

研究区晚渐新世—早、中中新世为生物礁的主发育期，由于生物礁的造礁平台相对平缓，因此生物礁底面通常呈水平状地震反射，导致利用“平点”的叠后识别方法判断气层存在较大的不确定性。因此，为进一步提高“平点”识别的准确性，降低勘探风险，本文进一步开展针对“平点”的叠前AVO识别方法的研究。

2.1 “平点”叠前AVO原理

AVO技术的理论基础是描述平面波在水平分界面上的反射和透射特征的Zoeppritz方程及其简化形式。

根据文献[18-20]，对于气水界面处的反射系数，Aki-Richards简化式^[21]可进一步简化为

$ R(\theta)=\frac{1}{2} \sec ^{2} \theta \frac{\Delta \alpha}{\alpha}+\frac{1}{2}\left(1-4 \frac{\beta^{2}}{\alpha^{2}} \sin ^{2} \theta\right) \frac{\Delta \rho}{\rho} $

(1)

其中

$ \begin{aligned} \Delta \alpha=\alpha_{2}-\alpha_{1}, \alpha &=\frac{\alpha_{1}+\alpha_{2}}{2} \\ \Delta \beta=\beta_{2}-\beta_{1}, \beta &=\frac{\beta_{1}+\beta_{2}}{2} \\ \Delta \rho=\rho_{2}-\rho_{1}, \rho &=\frac{\rho_{1}+\rho_{2}}{2} \\ \theta=\frac{i_{1}+i_{2}}{2} \end{aligned} $

式中：ρ₁和ρ₂、α₁和α₂、β₁和β₂分别为界面上和下的密度、纵波速度、横波速度；i₁和i₂分别为入射角和透射角；θ为入射角和透射角的平均值; $\frac{\Delta \alpha}{\alpha}、\frac{\Delta \beta}{\beta}、\frac{\Delta \rho}{\rho}$分别为纵波速度、横波速度、密度三种岩性弹性参数的变化量，其值较小且远小于1。

对式(1)两边同时求导，得

$ R^{\prime}(\theta)=\tan \theta \sec ^{2} \theta \frac{\Delta \alpha}{\alpha}-2 \frac{\beta^{2}}{\alpha^{2}} \sin ^{2} \theta \frac{\Delta \rho}{\rho} $

(2)

进一步令式(2)大于零，推导得

$ \frac{\alpha^{2}}{4 \beta^{2}} \frac{\frac{\Delta \alpha}{\alpha}}{\frac{\Delta \rho}{\rho}}>\cos ^{4} \theta $

(3)

对于同一储层的气水界面，$\frac{\Delta \alpha}{\alpha}、\frac{\Delta \rho}{\rho}$为正值，式(1)第一项为增函数，第二项为减函数。因此，决定R(θ)是增函数的关键是在地震采集角度(0~45°)范围内R′(θ)大于0, 即式(3)恒成立。

根据莺歌海盆地钻井统计，碎屑岩地层纵横波速度比最小值为$\sqrt{2}, \frac{\Delta \alpha}{\alpha} $与Δ $\frac{\Delta \rho}{\rho} $的比值范围为2.5~5.0。在地震采集角度为下，式(3)左边第一项恒大于1。因此，气水界面的反射系数R(θ)为增函数，表现为随入射角增大而逐渐增大的特征。

为验证该理论的正确性，选取浅水区、深水区浅层常温、常压领域及中深层高温、高压领域十余口钻井开展AVO正演，发现“平点”均表现为振幅随入射角增大而逐渐增加的现象(图 2)，与公式推导的认识完全一致。

在Rutherford等^[19]含气砂岩的AVO分类基础上，Castagna等^[20]提出了四类含气砂岩分类方案。本文“平点”的AVO特征(图 3)为：在法线入射时为正反射系数，随入射角的增大，反射系数呈逐渐增大的变化规律。

2.2 “平点”的叠前—叠后联合识别

对于厚层砂岩，气水界面上、下的气层、水层厚度大于地震分辨率时，理论和实际钻探结果均证实“平点”具有振幅随入射角增大而增大的AVO特征。但当储层厚度较小时，受地震分辨率限制，砂体顶面、底面的AVO效应会对“平点”反射产生干涉，从而导致“平点”并不一定表现为振幅随入射角增大而逐渐增大的AVO特征。另外，厚层砂岩储层的地震响应受子波旁瓣效应影响，在砂体顶面偏下位置产生子波旁瓣反射，该旁瓣的AVO类型主要受气层顶面AVO类型控制(图 4)。从图 4可以看出，Ⅲ类AVO气层顶面对应的旁瓣通常会表现为与“平点”相同的AVO特征，Ⅳ类AVO气层顶面对应的旁瓣通常会表现为Ⅰ类AVO特征。此外，当气层厚度接近调谐厚度时，受气层顶面AVO类型影响，气层底面也会具有振幅随入射角增大而增大的AVO特征。由图 5已钻井正演分析可见，气层底面通常会表现为与“平点”相同的AVO特征，水层底面则通常表现为Ⅰ类AVO响应，但以上结论不具有普遍性。

由上述可知，任何一种“平点”的识别标志均存在一定的多解性，为此，在“平点”叠前AVO特征认识基础上，提出了针对“平点”的叠后—叠前联合识别方法(图 6)。首先，通过频谱、合成地震记录等相关地球物理手段分析叠后地震数据相位、分辨率及保幅性，在此基础上，借助地震正演等从速度、能量、泥岩夹层等影响因素分析、评估疑似“平点”形态的可靠性；其次，对比“平点”之上、下砂体顶面、底面反射能量；然后，分析旁瓣、气层厚度、水层厚度、砂体底面相互干涉对“平点”形态、能量的影响。对于叠前AVO特征分析，首先，评估近、中、远道集之间的能量关系，确保不能由于近、中、远道集之间的能量失衡而导致“平点”叠前AVO特征的丢失^[22-24]；其次，分析“平点”的AVO特点、“平点”之上、下砂体顶面及底面的AVO类型；然后，评估旁瓣、气层厚度、水层厚度、砂体底面相互干涉对“平点”AVO类型影响；最终，综合叠后和叠前的分析结果，评估“平点”的可靠性。

3 应用实例

X气田是南海西部首个高温高压大气田，位于莺歌海盆地东方区。气层为中深层黄流组，储层为浅海背景下重力流成因的海底扇沉积。海底扇具有多期次、由南向北逐渐迁移的特征，各期次海底扇朵叶砂体纵向上互相叠置，横向上连片分布。此外，沉积后期的水道改造海底扇砂体，进一步将海底扇朵叶复杂化。这为该区形成众多的岩性气藏创造了有利条件，但也导致气藏分布复杂。

由于高温、高压领域气层、气水同层及含气水层呈现相似的“亮点”反射特征及AVO异常，因此，储层含气性预测缺乏有效检测方法。钻井揭示该区气层与含气水层、气水同层之间没有明显的波阻抗界面，但纯水层和气水同层、含气水层之间存在明显的波阻抗界面，并且某些区域水道砂储层较厚，远大于地震分辨能力，因此具备利用“平点”识别储层含气性的条件。

应用本文方法，认为图 7中水平状地震反射可能为X气田纯水层和气水同层、含气水层之间的界面。首先，从叠后地震剖面(图 7a)资料上可见该界面在各个方向上基本为近水平状弱波峰反射，该反射之上砂体顶面反射强度要明显高于之下砂体顶面，该反射之上砂体底面反射强度也明显高于之下砂体底面(图 7b、图 7c)。其次，从叠前道集看，该弱波峰反射表现为“平点”的叠前AVO特征(图 8a、图 8b)，近道为弱波峰反射，随角度增大，振幅呈逐渐增强的趋势(对应图 7中A、B点)。由于该砂体厚度明显高于地震分辨能力，因此可排除砂体顶面AVO类型的影响，也可排除子波旁瓣引起的叠前AVO特征。此外，弱波峰反射之上砂体顶面主要为Ⅲ类AVO异常(图 8c, 对应图 7中C点)，砂体底面与平点AVO特征相同(图 8d, 对应图 7中D点)；而弱波峰反射之上砂体底面表现为与“平点”相似的AVO特征(图 8e, 对应图 7中E点)，弱波峰反射之下砂体底面为Ⅰ类AVO(图 8f，对应图 7中F点)。综合分析认为该弱波峰反射各项指标均具有“平点”响应特征。经钻探证实该“平点”反射推测的正确性, 后续仅用7口评价井便完成了整个气田的整体评价，每口井均钻遇气层，探井、评价井成功率达到100%，极大地提高了勘探评价的成功率，降低了勘探评价成本，也证实了该方法的可行性。

4 结论

(1) 理论及实钻井正演分析证实“平点”具有“法线入射时为正反射系数，随入射角的增加，反射系数呈逐渐增大的叠前AVO特征”，但具有该AVO特征的不一定是“平点”。在此基础上，建立了从叠后到叠前的“平点”识别方法。

(2) 由于“平点”的AVO变化相对平缓，在叠前道集上，实际目标的“平点”AVO关系受资料影响较大。资料处理过程中，需要对叠前地震资料进行高保真、保幅处理，尤其不能破坏道集之间的AVO关系。叠前道集校正问题是限制利用叠前AVO特征能否正确识别“平点”的关键，在实际应用中可根据“平点”在叠后的形态，结合正演及叠前AVO分析