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1、页岩气勘探开发中的地震技术页岩气作为非常规油气资源，与常规油气资源相比，一般情况下，页岩气的富集并不形成类似于常规油气的圈闭，存在局部富集的差异，没有明显的边界，属于“自生自储”型的低丰度连续的油气藏，在勘探开发过程中，有着不同的评价标准、工作流程和技术流程。因此，需要结合页岩气勘探开发的实际情况，认真审视常规油气勘探开发中发挥巨大作用的地球物理技术(尤其是地震技术)的定位，分析地震技术在页岩气勘探开发中的作用。岩气储集在厚层的泥页岩中(中间可以有薄夹层),解释、识别这样的地层相对比较容易,从勘探到开发都离不开地震勘探技术。以地震技术为主体的气藏描述是页岩气储层识别与评价的核心，具体地震勘探任
2、务包括查明页岩层的深度、厚度、分布范围、产状形态，寻找页岩层内有机质丰度高、裂缝发育、渗透性好、脆性大的部位，即页岩气“甜点区”。微地震监测是一种主要用于油气田开发的新的地震方法，主要包括井中微地震监测和地面微地震监测，主要用于在水力压裂作业过程中，了解裂缝的走向和评价压裂的效果，对诱导裂缝的方位、几何形态进行监测。1 页岩构造解释与优选1.1 页岩层位解释利用地震、地质以及测井资料，准确标定页岩层的顶底界面，分析目的层页岩层段的地震波响应特征在地震剖面上识别和追踪页岩储层，确定页岩层的深度、厚度以及分布范围，获得页岩层构造形态、断层展布以及沉积厚度特征等。结合区域构造及沉积环境的研究，单井地
3、质剖面测井解释以及地震属性分析，划分页岩层段沉积微相类型和沉积微相变化规律，确定有利的页岩层沉积微相发育特征以及展布范围。1.2 优质页岩预测图1 龙马溪组页岩层自然伽马反演剖面图（据李志荣，2011）在查明了页岩层的构造与沉积特征后，需要在页岩的构造-层序格架内寻找优质页岩发育区域，即圈定页岩有机质丰度、成熟度高的位置。通过页岩实验测试数据与测井分析，建立测井-岩电关系模板，在分析优质页岩储层与地震反射波响应特征的基础上，通过井震联合反演确定优质页岩发育位置。例如，优质页岩与普通页岩相比具有有机质含量高、自然伽马数值高的特点，据此进行井震联合反演，能够对优质页岩层进行很好的预测（图1）。2
4、页岩含气性检测页岩储层的含气量决定了页岩气开发是否具有商业价值，所以对页岩含气性检测直接决定了页岩气的勘探开发价值。目前对页岩储层进行含气性检测的地震技术主要有叠后波阻抗反演、叠前AVO反演、地震属性分析技术和叠前弹性阻抗反演以及频谱分解技术。2.1 叠后波阻抗反演叠后反演的基础是褶积模型，即地震数据可以看作地震子波与反射系数的褶积。通过压缩子波的反褶积处理，将地震数据转换为近似的反射系数序列，然后再由反射系数序列得到波阻抗剖面。随着页岩层含气量的增大，储层体积密度和层速度会降低，从而导致波阻抗值减小，所以在页岩层的地质模型约束下拾取页岩层波阻抗数据，其波阻抗低值区代表低密度或低速区（图2），
5、也是预测的储图2 龙马溪组页岩气层波阻抗反演剖面层含气区。2.2 叠前AVO反演AVO反演所依据岩石物理学理论和振幅随偏移距变化理论,借助于Zoeppritz方程或近似式,对CDP道集反射振幅的变化作最小平方拟合,直至理论值与观测值很好的拟合,利用振幅随炮检距变化关系曲线计算出截距P和梯度G两个参数,再通过这两个参数反演出所需的弹性参数,进而进行岩性、流体识别.由于页岩气富集，导致储层体积密度减小。弹性波速度降低，对含气性检测参数具有明显的影响。美国Eagle Ford)页岩气层通过叠前AVO技术,反演出与储层孔隙流体性质相关的参数,由于含气储层具有低值,据此预测页岩储层含气有利区(图3).2
6、.3 叠前弹性阻抗反演Patrick Connolly将纵波反射系数随炮检距变化的思想引入叠后地震道的正-反演问题中，率先提出了弹性阻抗(Ze)为纵波速度、横波速度、密度和入射角的函数。图3 Eagle Ford 页岩气层属性图（据Galen Treadgold,2010）弹性阻抗函数是对声波阻抗概念的推广，它是入射角的函数,声波阻抗是弹性阻抗入射角为00时的特例,其不仅具有叠后波阻抗反演的优点，而且还弥补了叠前AVO反演技术稳定性和分辨率较低的不足,同时弹性阻抗较波阻抗包含更多的岩性和物性信息,增强了反演技术预测和描述储层的能力.2.4 频谱分解技术频谱分解技术是一项基于频率谱分解的储层特色
7、解释技术，主要依据是含油气储层的高频吸收特性，即当地震波经过含油气储层时，其高频成分能量衰减较地震波通过不含油气储层时严重。目前该技术在常规储层流体检测中已初见端倪，但在页岩气检测中应用较少。在频谱分解技术与常规AVO反演技术基础上，综合两种方法各自的优势，产生了分频AVO技术与频变AVO技术。分频AVO技术，是采用分频技术，先对叠前地震进行分频处理，然后在分频数据的基础上实现AVO油气检测。频变AVO技术是基于AVO的Zoeppritz方程，建立反射系数与频率之间的数学关系，推导出截距、梯度、碳氢检测因子等属性与频率之间的数学关系，综合地质、地震、测井等数据，反演出高精度的频变AVO属性，检
8、测页岩气储层。程冰洁（2012）等人在川西新场地区3D3C（三维三分量）叠前地震资料进行频变AVO处理并获得了流体检测因子和拟泊松比两种频变AVO属性，并对含气性进行了预测解释。图4中，流体检测因子的值在彩色区域较大，在空白区域较小，这与钻井吻合较好，这说明流体检测因子越大，含气的可能性越大；图5中，高产井都具有较强的频变拟泊松比异常区（红色区域），低产井区并未出现出现异常（程冰洁，2012）。图4 新场Tx24层段流体10HZ检测因子含气性识别平面图(据陈冰洁等，2012)图5 新场Tx24层段流体10HZ才与15HZ频变拟泊松比含气性识别平面图2.5 地震属性分析技术地震属性分析就是利用属
9、性提取手段，从地震资料中提取隐藏的信息，并将其转换成与岩性、物性相关的参数，可以为地质解释或油藏工程直接服务，从而达到充分发挥地震资料潜力，提高地震资料进行储层预测和表征的能力。地震属性优化及其综合解释技术，全方位地利用地震资料，将多属性提取与分析融为一体，这在一定程度上克服了地震解释的多解性，能更好地为地质综合研究服务。3 页岩总有机碳含量（TOC）预测页岩的总有机碳(TOC)含量(以下称TOC质量分数)是评价页岩生烃能力最重要的指标参数。页岩是一种有机质丰度很高的烃源岩，因而对页岩TOC质量分数的预测可参照烃源岩的评价方法来进行。对页岩的总有机碳评价对油气的勘探开发有很大意义，可以预测页岩
10、的生烃潜力。除实验室检测方法外，对烃源岩TOC质量分数的评价主要以测井资料为主，且评价方法很多，其中采用电阻率-孔隙度重叠法进行单井TOC质量分数评价1,2最为广泛。对于页岩TOC质量分数的横向分布预测，研究发现其可通过地震多属性反演方法来实现。地震多属性反演就是在三维地震资料和钻井、录井、测井等资料解释的储层物性、含气性和岩石地化指标等目标参数的基础上，经过构造解释拾取层位，提取和优化地震属性，建立地震属性或组合与已知目标参数之间的统计关系来反演目标参数分布的技术。金吉能（2012）等通过地震多属性反演建立起了多属性组合和总有机碳含量的相关关系，且相关系数很高，并最终得到了页岩TOC质量分数
11、预测平面图（图6），通过井震结合对比分析验证了这个方法的可行性，相关系数很高（图7）。图6 某区块的TOC质量分数平面分布预测图7 各井点处的TOC质量分数实测值和预4 页岩裂缝预测相对于常规油气藏, 页岩气的成因类型、富集机理及生产机制等都具有一定的特殊性, 页岩气产量高低直接与泥页岩内部天然微裂缝发育程度有关,这说明微裂缝的存在某种程度上提高了水力压裂效应的有效性, 从而极大改善了泥页岩的渗流能力,为页岩气从基岩孔隙进入井孔提供了必要的运移通道 3-6 。同时, 泥页岩中的小孔洞、微裂缝和纳米级微孔隙也是页岩气的重要聚集空间, 除了以吸附状态赋存于岩石颗粒和有机质表面外,还有大部分页岩气以
12、游离状态赋存于微小的孔隙之中3,7-8.而页岩气产量高低直接与泥页岩内部天然微裂缝发育程度有关,裂缝的存在某种程度上提高了水力压裂效应的有效性,从而极大改善了泥页岩的渗流能力，故裂缝预测对页岩气的勘探开发具有很重要的指导意义。目前应用的地震裂缝预测技术方法主要有三大类，即转换波裂缝检测、纵波方位各向异性检测和叠后地震属性分析9。4.1 多分量转换波检测裂缝20世纪80年代以来，随着各向异性研究的深入，特别是横波分裂现象的发现和多分量地震检波器的研制成功，使得应用多分量转换波研究裂缝成为可能。转换波勘探克服了纯横波勘探激发难、成本高、静校正量大等缺陷，同时具有所得信息多、兼有纵波和横波的优势、资
13、料信噪比较高、频带较宽、勘探深度较大等优点，使得多分量转换波勘探成为油气储层探测的有力工具。从多分量转换波资料中确定裂缝的方向和密度也成为地震勘探的重要目标之一21。Ata等22给出了在委内瑞拉通过三分量地震进行裂缝检测的应用实例；Van Dok等23、Gaiser等24-25给出了利用转换波进行裂缝表征的实例；Grechka等26-27探讨了在利用多方位、多分量地震资料进行裂缝参数预测时不同裂缝等效介质模型的适用性；Vasconcelos等28、Engelder等29、Bale等30、Roxana等31、Tang等32和蔡希源等33也都给出了利用转换波数据进行裂缝预测的实例(图8)。图8 横
14、波分裂时差和纵波相干体预测的裂缝分布(据蔡希源等，2010)在处理多分量资料时，判别快、慢横波是否完全分离是多分量裂缝预测的关键。其中比较有代表性的方法包括最小熵旋转法34、正交基旋转法35及全局寻优法36。Dumitru等34提出的最小熵旋转法，无需互相关法中快、慢波波型相似这一假设条件，可以对快、慢横波的方向作出评估。用最小熵旋转法计算的裂缝走向较为准确，尤其是快、慢波时差较大的情况下。然而，如果快、慢波时差较小，该方法受干涉影响，精度降低。黄中玉等35提出正交基旋转方法基于快、慢横波为正交偏振这一假设条件，推导出野外采集系统坐标与自然坐标之间夹角的解析关系式，从而实现快、慢横波分离，估算
15、地层裂缝发育方位，实现裂缝检测的目的。理论模型测试结果表明，正交基旋转法具有较高的准确性与可靠性，但受资料信噪比的影响较大。如果地下有多层各向异性介质，且方位角各不相同，则快、慢波分离过程要复杂得多。Dariu36把全局寻优法中的模拟退火技术引入到裂缝探测工作当中，开发了一种自动逐层估算极化方向和快、慢波时间延迟技术。转换波裂缝检测常用的方法有相对时差梯度法和层剥离法32-33，37-39。相对时差梯度法是一种在数据体上计算裂缝发育方位和密度的方法，其步骤为：首先分时窗扫描裂缝发育方向；然后将各方位的径向分量和横向分量数据旋转到裂缝方向上得到快、慢波数据体；最后计算快、慢波的时差数据体，并计算
16、其梯度以获得反映裂缝发育密度的相对时差梯度数据体，用以检测裂缝在空间上的发育情况。层剥离法是一种沿层位进行检测的方法，其步骤为：首先沿目的层顶面计算裂缝发育方位和密度，并通过时间补偿和旋转分析，消除上覆地层各向异性的影响；然后在目的层底界面分析裂缝发育方位和密度，以获得某一特定勘探目的层的裂缝发育方位和密度。4.2 纵波方位各向异性检测裂缝尽管裂缝诱导的方位各向异性对纵波、横波和转换波的传播特征有着重要的影响，但早期研究关注的重点是近垂直入射情况下分裂横波的时间延迟及反射振幅的变化。虽然此类研究能给出垂直裂缝系统的方位和强度（裂隙密度）信息，但横波类的检测方法对裂缝充填物的响应并不敏感。随着研究的深入，研究者逐渐认识到纵波信号所携带的与方位相关的变化特征不仅可用于解决裂缝的方位
