一种利用AVO属性分析识别孔隙型天然气水合物方法

摘要

本发明公开了一种利用AVO属性分析识别孔隙型天然气水合物方法，该方法包括以下步骤：(1)利用地震数据反演地层实际的纵波速度或横波速度；(2)根据已有速度信息资料在地震剖面上确定高速度异常区域位置，选定反射界面位置；(3)在叠前地震数据中提取所选反射界面位置相邻CRP道集上的反射振幅值，计算反射系数，画出反射系数随入射角的变化关系；(4)用Shuey近似方程得到相邻CRP道集的反射系数随入射角变化的拟合曲线；(5)根据拟合曲线确定该反射界面AVO的响应特征类型从而判定是否含有孔隙型天然气水合物。该方法提高含孔隙型天然气水合物识别的可信度。

说明书

技术领域：

本发明涉及地质勘查及能源勘探技术领域，具体涉及一种利用AVO属性分析识别孔隙型天然气水合物方法。

背景技术：

天然气水合物是由天然气气体分子和水分子在一定条件下(温度、压强等)生成的固体似冰状混合物，具有可燃性，故又称为可燃冰。单位体积的天然气水合物燃烧产生的能量相当于大约164体积的天然气燃烧所产生的能量，目前据估算可燃冰储量是已知的化石能源(天然气，煤炭和石油)总储量的2倍，它主要分布于深海海底以下或永久冻土带之下。当前被广泛认可的天然气水合物赋存类型主要以孔隙型水合物和裂隙型水合物两类为主。裂隙型天然气水合物肉眼可见，分布不确定，规模有限，而孔隙型天然气水合物肉眼不可见，分布范围广泛，规模大，更适合长期的开采。有效准确识别出孔隙型水合物对后续勘探开采天然气水合物具有重要意义。目前探测天然气水合物主要以地球物理，地球化学，钻探技术，海底摄像等手段。其中地震勘探技术应用最为广泛，是目前普遍使用的天然气水合物的勘探方法，有着较高的可信度。目前探测方法主要有以下：

1、利用地震剖面上的BSR识别水合物：

BSR通常出现在含有天然气水合物的地震剖面上，是一条近似平行于海底的强反射同相轴，被用来作为天然气水合物的识别标志之一，具有如下特点：(1)与现代海底近似平行分布，当地层褶皱与海底不平行时斜交地层反射轴；(2)相较于海底反射而言为高反射振幅，反射波速度明显高于下伏地层；(3)BSR上方通常呈弱振幅或振幅空白带；(4)BSR相位反转，当地震波穿过含天然气水合物层和下伏地层的界面会出现极性反转。当地震剖面上出现上述特征的强反射同相轴，则可以推断地层中可能含有天然气水合物。

但利用BSR识别水合物的缺点在于存在误判。BSR是地震剖面上的强反射轴，但是其他非水合物因素可能也会导致地震剖面上出现强反射同相轴。随着研究的深入，大量钻探资料表明，有些地方含有天然气水合物，却没有BSR出现；而有些地方有BSR出现，却没有天然气水合物存在，因此BSR并不是天然气水合物存在的充分必要条件。因此，利用BSR识别水合物难以做到完全准确。

2、利用高速度异常方法识别天然气水合物：

研究表明，当天然气水合物充填在地层中时，地层的纵横波速度升高。因此，有学者提出用纵横波速度升高的特征来识别水合物。换言之，如果地层的纵横波速度比其他地层背景速度高，则推断该处存在天然气水合物：

但当地层中充填其它矿物时，如，碳酸盐岩地层的纵横波速度也会升高，因此非天然气水合物因素同样会导致高速度异常，从而无法指示是否是由于天然气水合物而引起的。因此，利用纵横波速度异常升高来识别天然气水合物的可信度较低。

针对利用纵横波速度异常升高来识别天然气水合物的可信度较低的问题，CN101644781 B公开了一种利用纵横波波阻抗增量比识别天然气水合物方法，提出用纵横波波阻抗(或速度)增量比的方法，提高天然气水合物识别准确性。给出了含天然气水合物地层与非含天然气水合物纵横波波阻抗(或速度)增量比之间的阈值，当纵横波波阻抗(或速度)增量比大于阈值则表示为含天然气水合物地层，反之为非含天然气水合物地层。由于该方法需要反演地震横波信息，横波信息的准确性对后续计算纵横波波阻抗(或速度)增量比至关重要，横波波阻抗(或速度)作为纵横波波阻抗(或速度)增量比比值中的分母，如果横波信息出现误差，那么会导致计算的比值出现较大误差，影响最终的天然气水合物识别结果，此外该方法不能判断天然气水合物的赋存类型。

发明内容：

本发明的目的是提供一种利用AVO(振幅随炮检距变化)属性分析识别孔隙型天然气水合物方法，明确了AVO属性与孔隙型天然气水合物之间的内在关系，利用AVO技术来识别判断地层的高速特征是由含孔隙型天然气水合物地层还是非含天然气孔隙型水合物地层而引起的，从而提高含孔隙型天然气水合物识别的可信度，解决了利用BSR准确性及纵横波速度异常升高来识别天然气水合物可信度低的问题。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种利用AVO属性分析识别孔隙型天然气水合物方法，该方法包括以下步骤：

(1)利用地震数据反演地层实际的纵波速度Vp或横波速度Vs；

(2)根据已有速度信息资料在地震剖面上确定高速度异常区域位置，选定反射界面位置；

(3)在叠前地震数据中提取所选反射界面位置相邻CRP(共反射点)道集上的反射振幅值，计算反射系数，画出反射系数随入射角的变化关系；

(4)用Shuey近似方程R(θ)＝A+Bsin

(5)根据拟合曲线确定该反射界面AVO的响应特征类型，从而判定是否含孔隙型天然气水合物地层；依据曲线的梯度和截距差异AVO响应特征可分为四类：第一类AVO响应特征类型，是指截距为正值，梯度为负值，反射系数随偏移距(入射角)增大而减小；第二类AVO响应特征类型，是指截距值较小在0值附近，反射界面两侧的波阻抗差异较小，反射系数随偏移距(入射角)增大而减小；第三类AVO响应特征类型，是指截距为负值，梯度为负值，反射系数随偏移距(入射角)增大而减小(其绝对值增加)；第四类AVO响应特征类型，是指截距为负值，梯度为正值，反射系数随偏移距(入射角)增大而增大；其中曲线的梯度是指在零偏移距时曲线的斜率值，曲线的截距是指在零偏移距时(入射波垂直入射时)的反射振幅值；当AVO特征为第三类AVO响应特征类型则表示为含孔隙型天然气水合物地层；当AVO特征为第四类AVO类型则表示为非含孔隙型天然气水合物地层。

本发明关键术语的定义：

(1)Shuey近似方程：Shuey在前人基础上，将Zoeppritz方程进一步简化，并在方程中考虑了泊松比这一弹性参数，将方程改写成小角度项、中角度项和大角度项三部分，并提出了梯度和截距的概念(Shuey,1985)。Shuey近似方程如下所示：

R(θ)＝A+Bsin

其中R为反射系数；θ为入射角；A，B和C分别为小角度项，中角度项和大角度项的反射系数；V

本发明的技术关键点在于：

1、发现了含孔隙型水合物地层的AVO响应特征与非含孔隙型天然气水合物地层的AVO响应特征之间的差异，利用这种差异创建了区分含孔隙型水合物地层与非含孔隙型天然气水合物地层的AVO特征区分方法，利用含孔隙型水合物地层的AVO响应特征类别识别含孔隙型天然气水合物。

2、用Shuey近似方程来拟合反射系数随入射角变化关系曲线来确定是否为含孔隙型天然气水合物地层。

本发明的有益效果如下：

1、本发明发现了含孔隙型水合物地层的AVO响应特征与非含孔隙型天然气水合物地层的AVO响应特征之间的差异，基于这种差异创建了区分含孔隙型水合物地层与非含孔隙型天然气水合物地层的AVO特征区分方法，从而提出利用含孔隙型水合物地层的AVO响应特征类别识别含孔隙型天然气水合物的方法，区分含孔隙型天然气水合物和非含孔隙型天然气水合物因素引起的地层高速异常，从而提高天然气水合物识别的可信度。

2、本发明首次提出用Shuey近似方程来拟合反射系数随入射角变化关系曲线来确定是否为含孔隙型天然气水合物地层。

3、海上钻探费用高昂，准确有效勘探识别出适合开采的含孔隙型天然气水合物，提高天然气水合物识别可信度，减少干井率，针对天然气水合物的赋存类型采取相应勘探手段，可以节省钻采费用。

4、天然气水合物一般赋存在海底以下较浅位置的地层中，常规深水油气钻探可能会穿过含有天然气水合物的地层，假设地层中含有天然气水合物，如果勘探不当就会破坏天然气水合物稳定的温压条件，天然气水合物分解，引发海底地质灾害及海上事故。因此提前勘探海底天然气水合物的分布情况以及赋存类型具有重要意义。提高天然气水合物的勘探准确度及赋存类型识别可信度可保障海上钻井安全。

附图说明：

图1是实施例1中GMGS2-08站位的速度、电阻率、孔隙度和密度测井曲线图。

图2是实施例1中GMGS2-08站位研究位置①的CRP道集反射系数随入射角变化关系图。

图3是实施例1中GMGS2-08站位研究位置②的CRP道集反射系数随入射角变化关系图。

图4是实施例2中GMGS2-16站位的速度、电阻率、孔隙度和密度测井曲线图。

图5是实施例2中GMGS2-16站位研究位置①的CRP道集反射系数随入射角变化关系图。

图6是实施例2中GMGS2-16站位研究位置②的CRP道集反射系数随入射角变化关系图。

具体实施方式：

以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

2013年在我国南海东沙海域进行的第二次天然气水合物勘查钻探项目(GMGS2)证实了在GMGS2-08和GMGS2-16站位存在有孔隙型天然气水合物和裂隙型天然气水合物。实施例1利用GMGS2-08站位叠前地震数据资料，计算该站位位置处的高速度异常区域的反射界面AVO特征响应，提取相应位置的CRP道集的反射振幅值，计算反射系数，得到反射系数随入射角的变化关系，判断AVO特征响应类型，确定地层是否含有孔隙型天然气水合物，与实际资料天然气水合物位置进行对比。实施例2利用GMGS2-16站位叠前地震数据资料，计算该站位位置处的高速度异常区域的反射界面AVO特征响应，提取相应位置的CRP道集的反射振幅值，计算反射系数，得到反射系数随入射角的变化关系，判断AVO特征响应类型，确定地层是否含有孔隙型天然气水合物，与实际资料水合物位置进行对比。

实施例1：

利用AVO分析识别孔隙型天然气水合物方法，包括如下步骤：

(1)利用地震数据反演地层实际的纵波速度Vp或横波速度Vs。根据GMGS2-08站位测井曲线，确定高速度异常区域，选定反射界面位置作为研究位置①，如图1所示；

(2)在叠前地震数据中提取所选反射界面位置①处GMGS2-08站位相邻CRP道集(CRP584-CRP587)的反射振幅值；

(3)根据反射振幅值计算反射系数随入射角的变化关系，对应CRP道集从584到587，分别用星号，加号，叉号和圆点表示，用Shuey近似方程(R(θ)＝A+Bsin

(4)判断：从图2中可见，AVO响应呈现出负的截距(-0.042)和正的梯度值(0.033)，反射系数绝对值随入射角增加而减小，属于第四类AVO类型，因此该位置处为非孔隙型天然气水合物地层，实际钻探结果显示该位置为碳酸盐岩地层，与实际钻探结果相一致。

(5)根据GMGS2-08站位测井曲线，确定高速度异常区域，选取反射界面位置②作为研究位置，如图1所示；

(6)在叠前地震数据中提取所选反射界面位置②处GMGS2-08站位相邻CRP道集(CRP584-CRP587)的反射振幅值；

(7)根据反射振幅值计算反射系数随入射角的变化关系，对应CRP道集从584到587，分别用星号，加号，叉号和圆点表示，用Shuey近似方程(R(θ)＝A+Bsin

(8)判断：从图3中可见，AVO响应呈现出负的截距(-0.014)和正的梯度值(0.031)，反射系数绝对值随入射角增加而减小，呈现出第四类AVO类型，因此该位置处为非孔隙型天然气水合物地层，实际钻探结果显示该位置为含裂隙型天然气水合物地层，识别结果与实际钻探结果相一致。

本例钻探结果在先，利用本实施例的方法识别判断结果，与钻探结果一致。

实施例2：

利用AVO分析识别孔隙型天然气水合物方法，包括如下步骤：

(1)利用地震数据反演地层实际的纵波速度Vp或横波速度Vs。根据GMGS2-16站位测井曲线，确定高速度异常区域，选取反射界面位置①作为研究位置，如图4所示；

(2)在叠前地震数据中提取所选反射界面位置①处GMGS2-08站位相邻CRP道集(CRP900-CRP903)的反射振幅值；

(3)根据反射振幅值计算反射系数随入射角的变化关系，对应CRP道集从900到903，分别用星号，加号，叉号和圆点表示，用Shuey近似方程(R(θ)＝A+Bsin

(4)判断：从图5中可见，AVO响应呈现出负的截距(-0.019)和正的梯度值(0.022)，反射系数绝对值随入射角增加而减小，属于第四类AVO类型，因此该位置处为非孔隙型天然气水合物地层，实际钻探结果显示该位置为含裂隙型水合物地层，与实际钻探结果相一致。

(5)根据GMGS2-16站位测井曲线，确定高速度异常区域，选取反射界面位置②作为研究位置，如图1所示；

(6)在叠前地震数据中提取所选反射界面位置②处GMGS2-16站位相邻CRP道集(CRP900-CRP903)的反射振幅值；

(7)根据反射振幅值计算反射系数随入射角的变化关系，对应CRP道集从900到903，分别用星号，加号，叉号和圆点表示，用Shuey近似方程(R(θ)＝A+Bsin

(8)判断：从图6中可见，AVO响应呈现出负的截距(-0.098)和正的梯度值(-1.479)，反射系数绝对值随入射角增加而增加，属于第三类AVO类型，因此该位置处为含孔隙型天然气水合物地层，实际钻探结果显示该位置为含孔隙型水合物地层，识别结果与实际钻探结果相一致。本例钻探结果在先，利用本实施例的方法识别判断结果，与钻探结果一致。