缝洞型储层地震响应特征与识别方法_撒利明
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（a） 叠加剖面；（b） 偏移剖面
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（c）
图 2 洞内含空气、水和油时的偏移剖面 Fig. 2 The migrated sections of cavity respectively
2200 2600
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3400
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（d）
图 3 缝洞型储层模型剖面
Fig. 3 The stacked and migrated sections of fracture-cavity
reservoir model
（a） 测线 1 叠加剖面；（b） 测线 2 叠加剖面；
振幅
1.0
0.8
Rs=0.82
0.6
Rs=0.43
0.4
Rs=0.32
0.2
Rs=0.205
Rs=0.26
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宽 度 /m
图 5 高度 15 m、宽度不同溶洞的振幅因子曲线 （Rs 为不同充填物情况下的背景振幅水平）
Fig. 5 The amplitude factor curve of cavity with a height of 15 m and different width
filled with air, water and oil （a） 含气偏移剖面；（b） 含水偏移剖面；（c） 含油偏移剖面
时 间 /ms
的控制上。 将裂缝简化为单条大裂缝和断层裂缝， 并在裂缝周围放置几个洞，形成简化的裂缝-溶洞型 模型。 在模型上布置了 2 条测线，测线 1 经过的裂 缝旁没有洞，测线 2 经过的部分裂缝旁有洞（图 3）。
从图 3 可看出，裂缝的存在会引起散射现象，而 散射的强弱与裂缝密度密切相关。 直接应用地震纵 波资料难以清晰地刻画裂缝形态，但能检测到裂缝
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模拟时在同一水平线上等间隔地布设 5 个直 径不同的洞，在最右边垂向上布设 3 个直径相同的 洞。 在物理模拟数据处理的叠加剖面（图 1a）上可 看到所设洞处的绕射双曲线，其能量随洞直径的减 小 而 减 弱；在偏移剖面（图 1b）上，所设洞处有典型 的“串珠状”出现，且可见洞大时“串珠”较明显，洞 小时“串珠”变得很弱，甚至无法检测。
为了研究不同宽度溶洞的可检测性问题，将计 算出的高度固定、振幅随宽度变化的曲线进行归一 化处理，得到归一化后的同一高度、不同宽度溶洞 的绕射波振幅值变化曲线，称这一曲线为宽度振幅 因子曲线（图 5）。
对可检测性的一种合理认识是：当溶洞的绕射 波振幅值超过地震剖面上它所出现时段的背景振 幅水平时，就可被识别，该溶洞就可采用地震方法 进行检测。 由宽度无限溶洞（相当于薄层）的复合反 射系数乘以相应的宽度振幅因子值就可以计算出 宽度有限溶洞的复合反射系数，估算出其绕射波振 幅的强弱，从而判断其能否被检测到。
1 缝洞型储层物理模拟分析
物理模拟是地震波场正演模拟中的一个重要 组成部分，相对数学模拟而言，具有模拟结果更接 近实际的特点 。 ［1-2］ 在构造 油 气 藏 的 地 震 波 传 播 规 律研究中，物理模拟起到了重要作用，而缝洞型储 层的物理模拟工作才刚刚开始。 1. 1 溶洞型储层物理模拟及波场分析
在一个双层四洞模型（左边 1 个洞、右边垂向 上 3 个洞）的洞内分别充填空气、水和油时进行 3次 物理模拟。 图 2 为洞内分别充填气、水和油时的偏 移剖面。 从图中可看到明显的“串珠状”现象，含气 时最明显，含油时次之，含水时最弱。 从图中还可以 看出，在垂向上设有 3 个洞的区域，“串珠”个数较 单洞区域的“串珠”个数明显增多。 1. 2 裂缝型储层物理模拟及波场分析
摘 要：针对碳酸盐岩缝洞型储层识别的难点和技术现状，文中从理论和实际应用两方面探讨了缝洞型
储层的识别问题，简单综述了作者近年来完成的若干有关缝洞型储层识别研究项目的成果，包括各种类
型缝洞型储层模型的物理模拟和数值模拟、地震波场分析结果、缝洞型储层的识别方法以及中国西部地
区成功识别缝洞型油气藏的实例。
确定宽度有限溶洞可检测性极限的一种简便 方法是利用公式求出宽度无限溶洞的复合反射系 数后，用此复合反射系数去除背景水平，得到新的 背景水平（乘以振幅因子与除背景水平等价），在宽 度振幅因子曲线上作一条幅值为新背景水平的水 平线，与宽度振幅因子曲线的交点所对应的溶洞宽 度就是可检测溶洞宽度的极限。
溶洞中充填不同物质时复合反射系数不同，得 到的新背景水平有所不同，溶洞可检测宽度的极限 也就不同。 假设溶洞出现时段的背景水平为 0.2，图 5 中自下而上各条水平线分别为充填流体、黏稠半流 体、含流体的疏松沉积物、含流体的致密沉积物和 不含流体的致密沉积物时的新背景水平。 由图 5 可 看出，充填黏稠半流体时的可检测溶洞宽度的极限 为 20 m，即高度 15 m、宽度大于 20 m 的充填黏稠半 流体时的溶洞可被检测到；充填含流体的疏松沉积 物时的可检测溶洞宽度的极限为 25 m；充填含流体 的致密沉积物时的可检测溶洞宽度的极限为 35 m。 由此可见，在中国西部碳酸盐岩地区，无论溶洞中
of the stacked section of cavity model with a height of 2 m and different width
同时对宽度固定、高度变化的一系列溶洞分别计算 其叠加剖面和偏移剖面，并计算振幅、振幅横向衰 减及频率等特征参数，分析它们的变化规律。
对计算结果进行分析后得知，溶洞高度固定、 宽度变化时，地震波的振幅、振幅横向衰减等特征 参数的变化较大且规律性较明显，主频虽有变化但 不明显；溶洞宽度固定、高度变化时，地震波的振 幅、频率等特征参数变化的规律性不但与高度有关， 还与宽度有关，在宽度较小时为单调变化，在宽度 较大时与薄层类似，具有调谐性变化规律，高度引 起的振幅横向衰减变化不大。
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岩性油气藏
第 23 卷 第 1 期
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（b）
图 1 溶洞型储层物理模拟地震剖面 Fig. 1 Physical simulation seismic sections of cavity reservoir
由此可知，碳酸盐岩溶洞型储层具有强振幅和 调谐性的特点。 其中，溶洞宽度是影响地震波振幅 的主要因素，溶洞高度是影响调谐性的主要因素。
在分析的几个特征参数中，振幅是判别与预测 碳酸盐岩溶洞型储层的主要特征参数，频率是次要 特征参数，振幅横向衰减不具有特别重要的意义，在 预测碳酸盐岩溶洞型储层中只能作为辅助参数。
洞宽=100 m
洞宽=200 m 0.8
1.0
28
洞宽=10 m
洞宽=20 m 洞宽=50 m
0.5
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洞宽=30 m
0.4 洞宽=200 m
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宽 度 /m
图 4 高 2 m 不同宽度溶洞模型叠加剖面振幅曲线（a）、振幅横向衰减曲线（b）和主频变化曲线（c） Fig. 4 The amplitude curves （a）, lateral attenuation curves of amplitude （b） and dominant frequency change curve （c）
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（a） 404 354 304 254 204
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（c） 654 604 554 504 454 404 354 304 254 204
关键词：缝洞型储层；碳酸盐岩；正演模拟；储层预测
中图分类号：TE132.1
文献标识码：A
0 引言
在全球的沉积岩中，碳酸盐 岩虽然只占 20% 左右，但却拥有 已 探 明 油 气 资 源 的 50% 以 上 。 近年来，中国的碳酸盐岩油气勘 探取得了很大进展，但与其它国 家相比，油气可采资源量与实际 产量还存在较大差异，这主要是受勘探程度与勘探 难度等因素的影响。 碳酸盐岩储层非均质性较强， 以次生孔隙为主，缝洞分布规律复杂，缝洞型储层 的有效预测成为制约碳酸盐岩勘探的技术瓶颈。 缝洞型储层是指裂缝、溶孔及溶洞等类型的油 气储层。 这些裂缝和孔、洞系统对致密岩层中的油 气赋存和运移起着控制作用，因此，缝洞型储层的 识别和描述在油气勘探中具有重要意义。 目前常用 的缝洞型储层地震识别技术包括缝洞型储层正演 模拟技术、多波多分量地震技术、纵波裂缝检测方 位各向异性技术、地震属性分析技术、地震逆散射 成像技术及三维可视化技术等。 在实际应用中，通 常是综合地质、测井、钻井、地震及开发等多方面的 资料进行缝洞系统的检测和描述。 以下简单综述了 笔者近年来完成的若干有关洞缝型储层识别研究 项目的成果。
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0.1 0.2 0.3
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第 23 卷 第 1 期
充填的是何种流体，只要其高度在 10 m 以上，在常 规地震频带的反射资料中，就可提取出其强振幅、 低速度异常，利用其调谐性，即可圈定该类溶洞的 空间分布范围。
利用数值模拟还可以解决“深层碳酸盐岩溶洞 型储层解释结果是否可靠”的问题。 以塔里木盆地
某地区的实际资料为例，图 6（a）为原实际剖面，图 6（b）为正演模拟计算记录的偏移剖面，图 6（c）为经 多轮数值模拟验证、反复修改后导出的一个最终解 释方案地质模型。 比较图 6（a）和图 6（b），可看出二 者在风化面下的地震响应非常相似，说明最终的解 释结果是正确的。
第 23 卷 第 1 期 2011 年 2 月
岩性油气藏 LITHOLOGIC RESERVOIRS
文 章 编 号 ：1673-8926（2011）01-0023-06
Vol.23 No.1 Feb. 2011
缝洞型储层地震响应特征与识别方法
撒利明1，姚逢昌2，狄帮让3，姚 姚4
（1.中国石油天然气集团公司科技管理部； 2.中国石油勘探开发研究院； 3.中国石油大学（北京）； 4.中国地质大学（武汉））
对高度固定、宽度变化的一系列溶洞分别计算 其叠加剖面和偏移剖面（图 3），并计算振幅、振幅横 向衰减及频率等特征参数（图 4），分析其变化规律。
2011 年
撒利明等：缝洞型储层地震响应特征与识别方法
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每道最大振幅 每道最大振幅
频 率 /Hz
1.6
洞宽=10 m
洞宽=20 m
1.2
洞宽=30 m
洞宽=50 m
（c） 测线 1 偏移剖面；（d） 测线 2 偏移剖面
带的存在，而且随着裂缝带裂缝密度的增加，检测 的可信度会有所提高。 裂缝型地层中溶洞的存在会 引起地震波能量散射，较强的散射能量位于垂直于 裂缝或溶洞的中心位置处，地震记录受裂缝的影响 大于受溶洞的影响。
2 缝洞型储层数值模拟研究
物理模拟由于不够灵活、参数改变困难，不易 制作模型，特别是对于缝洞型储层，其物理模拟更 困难，很难得到广泛应用。 而数值模拟方法灵活方 便且经济实用，在缝洞型储层地震波场响应特征的 研究中得到了广泛应用 。 ［3-5］
裂缝型储层物理模拟的难点在于对裂缝尺度
收稿日期：2010- 11-07；修回日期：2010- 12-15 第一作者简介：撒利明，1964 年生，男，博士后，高级工程师，长期从事储层地震方法研究工作。 地址：（100007）北京市东城区东直门北大街
9 号中国石油大厦。 E-mail：salim@cnpc.com.cn
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图 2 洞内含空气、水和油时的偏移剖面 Fig. 2 The migrated sections of cavity respectively
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图 3 缝洞型储层模型剖面
Fig. 3 The stacked and migrated sections of fracture-cavity
reservoir model
（a） 测线 1 叠加剖面；（b） 测线 2 叠加剖面；
振幅
1.0
0.8
Rs=0.82
0.6
Rs=0.43
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Rs=0.32
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Rs=0.205
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宽 度 /m
图 5 高度 15 m、宽度不同溶洞的振幅因子曲线 （Rs 为不同充填物情况下的背景振幅水平）
Fig. 5 The amplitude factor curve of cavity with a height of 15 m and different width
filled with air, water and oil （a） 含气偏移剖面；（b） 含水偏移剖面；（c） 含油偏移剖面
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的控制上。 将裂缝简化为单条大裂缝和断层裂缝， 并在裂缝周围放置几个洞，形成简化的裂缝-溶洞型 模型。 在模型上布置了 2 条测线，测线 1 经过的裂 缝旁没有洞，测线 2 经过的部分裂缝旁有洞（图 3）。
从图 3 可看出，裂缝的存在会引起散射现象，而 散射的强弱与裂缝密度密切相关。 直接应用地震纵 波资料难以清晰地刻画裂缝形态，但能检测到裂缝
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模拟时在同一水平线上等间隔地布设 5 个直 径不同的洞，在最右边垂向上布设 3 个直径相同的 洞。 在物理模拟数据处理的叠加剖面（图 1a）上可 看到所设洞处的绕射双曲线，其能量随洞直径的减 小 而 减 弱；在偏移剖面（图 1b）上，所设洞处有典型 的“串珠状”出现，且可见洞大时“串珠”较明显，洞 小时“串珠”变得很弱，甚至无法检测。
为了研究不同宽度溶洞的可检测性问题，将计 算出的高度固定、振幅随宽度变化的曲线进行归一 化处理，得到归一化后的同一高度、不同宽度溶洞 的绕射波振幅值变化曲线，称这一曲线为宽度振幅 因子曲线（图 5）。
对可检测性的一种合理认识是：当溶洞的绕射 波振幅值超过地震剖面上它所出现时段的背景振 幅水平时，就可被识别，该溶洞就可采用地震方法 进行检测。 由宽度无限溶洞（相当于薄层）的复合反 射系数乘以相应的宽度振幅因子值就可以计算出 宽度有限溶洞的复合反射系数，估算出其绕射波振 幅的强弱，从而判断其能否被检测到。
1 缝洞型储层物理模拟分析
物理模拟是地震波场正演模拟中的一个重要 组成部分，相对数学模拟而言，具有模拟结果更接 近实际的特点 。 ［1-2］ 在构造 油 气 藏 的 地 震 波 传 播 规 律研究中，物理模拟起到了重要作用，而缝洞型储 层的物理模拟工作才刚刚开始。 1. 1 溶洞型储层物理模拟及波场分析
在一个双层四洞模型（左边 1 个洞、右边垂向 上 3 个洞）的洞内分别充填空气、水和油时进行 3次 物理模拟。 图 2 为洞内分别充填气、水和油时的偏 移剖面。 从图中可看到明显的“串珠状”现象，含气 时最明显，含油时次之，含水时最弱。 从图中还可以 看出，在垂向上设有 3 个洞的区域，“串珠”个数较 单洞区域的“串珠”个数明显增多。 1. 2 裂缝型储层物理模拟及波场分析
摘 要：针对碳酸盐岩缝洞型储层识别的难点和技术现状，文中从理论和实际应用两方面探讨了缝洞型
储层的识别问题，简单综述了作者近年来完成的若干有关缝洞型储层识别研究项目的成果，包括各种类
型缝洞型储层模型的物理模拟和数值模拟、地震波场分析结果、缝洞型储层的识别方法以及中国西部地
区成功识别缝洞型油气藏的实例。
确定宽度有限溶洞可检测性极限的一种简便 方法是利用公式求出宽度无限溶洞的复合反射系 数后，用此复合反射系数去除背景水平，得到新的 背景水平（乘以振幅因子与除背景水平等价），在宽 度振幅因子曲线上作一条幅值为新背景水平的水 平线，与宽度振幅因子曲线的交点所对应的溶洞宽 度就是可检测溶洞宽度的极限。
溶洞中充填不同物质时复合反射系数不同，得 到的新背景水平有所不同，溶洞可检测宽度的极限 也就不同。 假设溶洞出现时段的背景水平为 0.2，图 5 中自下而上各条水平线分别为充填流体、黏稠半流 体、含流体的疏松沉积物、含流体的致密沉积物和 不含流体的致密沉积物时的新背景水平。 由图 5 可 看出，充填黏稠半流体时的可检测溶洞宽度的极限 为 20 m，即高度 15 m、宽度大于 20 m 的充填黏稠半 流体时的溶洞可被检测到；充填含流体的疏松沉积 物时的可检测溶洞宽度的极限为 25 m；充填含流体 的致密沉积物时的可检测溶洞宽度的极限为 35 m。 由此可见，在中国西部碳酸盐岩地区，无论溶洞中
of the stacked section of cavity model with a height of 2 m and different width
同时对宽度固定、高度变化的一系列溶洞分别计算 其叠加剖面和偏移剖面，并计算振幅、振幅横向衰 减及频率等特征参数，分析它们的变化规律。
对计算结果进行分析后得知，溶洞高度固定、 宽度变化时，地震波的振幅、振幅横向衰减等特征 参数的变化较大且规律性较明显，主频虽有变化但 不明显；溶洞宽度固定、高度变化时，地震波的振 幅、频率等特征参数变化的规律性不但与高度有关， 还与宽度有关，在宽度较小时为单调变化，在宽度 较大时与薄层类似，具有调谐性变化规律，高度引 起的振幅横向衰减变化不大。
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图 1 溶洞型储层物理模拟地震剖面 Fig. 1 Physical simulation seismic sections of cavity reservoir
由此可知，碳酸盐岩溶洞型储层具有强振幅和 调谐性的特点。 其中，溶洞宽度是影响地震波振幅 的主要因素，溶洞高度是影响调谐性的主要因素。
在分析的几个特征参数中，振幅是判别与预测 碳酸盐岩溶洞型储层的主要特征参数，频率是次要 特征参数，振幅横向衰减不具有特别重要的意义，在 预测碳酸盐岩溶洞型储层中只能作为辅助参数。
洞宽=100 m
洞宽=200 m 0.8
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洞宽=10 m
洞宽=20 m 洞宽=50 m
0.5
洞宽=100 m
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0.4 洞宽=200 m
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宽 度 /m
图 4 高 2 m 不同宽度溶洞模型叠加剖面振幅曲线（a）、振幅横向衰减曲线（b）和主频变化曲线（c） Fig. 4 The amplitude curves （a）, lateral attenuation curves of amplitude （b） and dominant frequency change curve （c）
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关键词：缝洞型储层；碳酸盐岩；正演模拟；储层预测
中图分类号：TE132.1
文献标识码：A
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在全球的沉积岩中，碳酸盐 岩虽然只占 20% 左右，但却拥有 已 探 明 油 气 资 源 的 50% 以 上 。 近年来，中国的碳酸盐岩油气勘 探取得了很大进展，但与其它国 家相比，油气可采资源量与实际 产量还存在较大差异，这主要是受勘探程度与勘探 难度等因素的影响。 碳酸盐岩储层非均质性较强， 以次生孔隙为主，缝洞分布规律复杂，缝洞型储层 的有效预测成为制约碳酸盐岩勘探的技术瓶颈。 缝洞型储层是指裂缝、溶孔及溶洞等类型的油 气储层。 这些裂缝和孔、洞系统对致密岩层中的油 气赋存和运移起着控制作用，因此，缝洞型储层的 识别和描述在油气勘探中具有重要意义。 目前常用 的缝洞型储层地震识别技术包括缝洞型储层正演 模拟技术、多波多分量地震技术、纵波裂缝检测方 位各向异性技术、地震属性分析技术、地震逆散射 成像技术及三维可视化技术等。 在实际应用中，通 常是综合地质、测井、钻井、地震及开发等多方面的 资料进行缝洞系统的检测和描述。 以下简单综述了 笔者近年来完成的若干有关洞缝型储层识别研究 项目的成果。
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充填的是何种流体，只要其高度在 10 m 以上，在常 规地震频带的反射资料中，就可提取出其强振幅、 低速度异常，利用其调谐性，即可圈定该类溶洞的 空间分布范围。
利用数值模拟还可以解决“深层碳酸盐岩溶洞 型储层解释结果是否可靠”的问题。 以塔里木盆地
某地区的实际资料为例，图 6（a）为原实际剖面，图 6（b）为正演模拟计算记录的偏移剖面，图 6（c）为经 多轮数值模拟验证、反复修改后导出的一个最终解 释方案地质模型。 比较图 6（a）和图 6（b），可看出二 者在风化面下的地震响应非常相似，说明最终的解 释结果是正确的。
第 23 卷 第 1 期 2011 年 2 月
岩性油气藏 LITHOLOGIC RESERVOIRS
文 章 编 号 ：1673-8926（2011）01-0023-06
Vol.23 No.1 Feb. 2011
缝洞型储层地震响应特征与识别方法
撒利明1，姚逢昌2，狄帮让3，姚 姚4
（1.中国石油天然气集团公司科技管理部； 2.中国石油勘探开发研究院； 3.中国石油大学（北京）； 4.中国地质大学（武汉））
对高度固定、宽度变化的一系列溶洞分别计算 其叠加剖面和偏移剖面（图 3），并计算振幅、振幅横 向衰减及频率等特征参数（图 4），分析其变化规律。
2011 年
撒利明等：缝洞型储层地震响应特征与识别方法
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每道最大振幅 每道最大振幅
频 率 /Hz
1.6
洞宽=10 m
洞宽=20 m
1.2
洞宽=30 m
洞宽=50 m
（c） 测线 1 偏移剖面；（d） 测线 2 偏移剖面
带的存在，而且随着裂缝带裂缝密度的增加，检测 的可信度会有所提高。 裂缝型地层中溶洞的存在会 引起地震波能量散射，较强的散射能量位于垂直于 裂缝或溶洞的中心位置处，地震记录受裂缝的影响 大于受溶洞的影响。
2 缝洞型储层数值模拟研究
物理模拟由于不够灵活、参数改变困难，不易 制作模型，特别是对于缝洞型储层，其物理模拟更 困难，很难得到广泛应用。 而数值模拟方法灵活方 便且经济实用，在缝洞型储层地震波场响应特征的 研究中得到了广泛应用 。 ［3-5］
裂缝型储层物理模拟的难点在于对裂缝尺度
收稿日期：2010- 11-07；修回日期：2010- 12-15 第一作者简介：撒利明，1964 年生，男，博士后，高级工程师，长期从事储层地震方法研究工作。 地址：（100007）北京市东城区东直门北大街
9 号中国石油大厦。 E-mail：salim@cnpc.com.cn