页岩气地震勘探技术的挑战

我国与页岩气勘探开发程度较高的北美地区的页岩气形成地质条件相似，页岩气资源潜力巨大，但目前勘探开发程度低，处于初级研究阶段，需要有多方面的技术理论创新。

通过地震解释识别泥页岩储层相对比较容易，但是识别气页岩储层则面临着诸多挑战。因为页岩气储层内部特征复杂，微裂缝和断裂系统的发育、储层的非均质性、各向异性以及储层内部的压力场分析等都是比较困难的问题，因此如何更好地利用地震勘探技术使以上难题得到一定程度的解决，进而提高开发页岩气的成功率仍是人们的关注热点。

分析研究页岩气储层的地质地球物理特征、开展页岩储集层的地震正演模拟以及储集层参数研究、明确页岩储集层的地震传播机理及传播特征、研究针对页岩气储集层的地震观测系统设计方案、建立完善的页岩储集层地震解释流程都是页岩气地震勘探技术成熟应用的基础。国内外页岩气勘探开发过程中地震勘探主要可解决以下地质和工程问题。① 了解页岩分布的形态：构造、断裂、埋深、厚度和岩性变化的空间分布等；② 地质“甜点”的预测：TOC含量、物性、保存条件、含气量、顶底板岩性物性与流体分布等；③ 可压性评价：脆性（矿物成分、岩石力学）、地应力、裂缝尺度和发育程度；④ 压裂监测：微地震压裂监测技术。这些问题涵盖了页岩气从资源评价、储层识别到储层改造和有效开发全过程所涉及的关键问题，也是对地震勘探的技术需求，地震方法能够在解决这些问题方面发挥其横向预测的优势。

地震技术是常规油气资源勘探开发过程的关键技术，在构造解释、储层预测等方面积累了大量的技术。地震技术具有比较强的宏观控制能力，对研究储层的横向非均质性非常有利。对于页岩气，地震勘探技术的主要任务是对页岩储层分布、厚度、优质储层、含气性、渗透性以及力学特征等方面进行研究，具体实施过程为井—震联合识别、追踪页岩储层，综合运用地震属性、地震反演和裂缝检测技术等，预测页岩气富集区，为井位部署和开发方案的制订提供基础资料。

对地震技术而言，首先，地震解释是识别和追踪页岩储层空间分布（包括埋深、厚度以及构造形态）的最有效、最准确的预测方法；其次，综合运用实验室测试数据和测井资料，对页岩储层有机质丰度、含气性以及矿物成分等参数进行精细解释，寻找页岩储层敏感地球物理参数，建立储层特征曲线与地震响应的关系，选用合适的反演技术对有利页岩气储层进行区域预测；第三，页岩气地震技术需要重点解决储层裂缝、物性以及力学特征等问题，主要运用相干与曲率属性分析技术、各向异性分析技术和转换横波分裂技术等，直接为钻井和压裂工程技术服务；第四，与压裂技术配套发展的微地震监测技术，可实时提供压裂过程中产生的裂缝位置、大小以及复杂程度，评价增产方案的有效性，并优化页岩气藏多级改造的方案。

由于我国非常规油气资源勘探开发起步较晚，页岩油气地球物理技术仍然面临诸多困难和挑战，与国外相比存在较大差距，尚处于探索阶段。由于我国非常规油气资源勘探仍然沿用了常规油气藏地震勘探开发的思路，并没有形成完整的适用于页岩油气的地球物理技术思路和流程，所以勘探仍需要进行攻关研究，特别是基于各向异性的地震采集、处理与解释反演技术的攻关。

页岩气勘探开发对地震勘探技术的需求可以归纳为：考虑页岩气储层微观复杂性和各向异性的页岩气储层岩石物理技术；提高资料品质的页岩气地震资料采集及特殊处理技术；页岩气储层地震识别与综合预测技术。

1.岩石物理技术

页岩气藏具有以下典型特征：有机质富集、孔隙结构复杂、各向异性强烈、同时存在吸附和游离态气体、微裂缝大量发育、基质渗透率极低、岩石骨架易破碎等。页岩油气储层地球物理响应特征由于页岩本身的复杂性和技术手段的不足，目前仍不十分清楚。这是因为页岩油气储层岩石物理性质与其他储层岩石物理性质有很大的不同，主要表现为：① 有机质；② 有机质成熟度；③ 三种不同类型孔隙介质中部分含气/流体饱和；④ 非均匀性和近垂直裂缝等。这些因素的效应对其弹性性质的影响尚不十分清楚。页岩油气储层（三孔隙介质）地球物理建模就是要搞清从微裂缝尺度（有机质成熟过程导致）到储层尺度，上述各因素的弹性参数响应规律，特别是衰减和各向异性特征。

在地球物理界，地球物理学家很早就关注到泥页岩速度各向异性导致的地震成像问题，以及采用其他类型速度异常定义泥页岩超高压。有多重原因可能导致页岩层各向异性突出，例如机械压实作用引起干酪根和黏土薄片具有方向性和特定形状，油气从有机质生成过程中导致的页岩孔隙和微裂隙也是页岩各向异性的另一个原因，平行于沉积层的微裂隙强化了固有的各向异性，应力引起的天然裂缝也会引起各向异性，影响水力压裂的效果。页岩油气储层强地震各向异性的地震响应特征目前尚不十分清楚。(www.xing528.com)

国内岩石物理技术刚刚起步，需要在页岩运动学和力学性质实验室测试技术方面进行攻关，形成配套技术；需要储备页岩气储层电学及声学特征实验技术，完善页岩气储层的岩石物理实验手段，研究页岩气储层的地球物理响应特征；并超前研究页岩气储层地震各向异性岩石物理建模技术，从理论上求解页岩气储层的地震各向异性问题。另外，近年来发展的数字岩心技术可以相对连续地从微观和宏观角度研究岩石物理特性，有可能成为研究页岩岩石物理特性的重要手段。

2.地震资料采集及处理技术

针对我国特殊的地震地质条件，开展页岩气区地震资料采集及特殊处理技术的研究，切实提高资料的信噪比，形成针对页岩气勘探的地震资料保幅处理和高分辨率处理特色技术。与国外页岩气产区不同，我国目前开展页岩气勘探开发的区域大多以山地为主，地表条件和地震地质条件都很复杂，提高地震资料品质的采集技术仍需要攻关研究。国内有关地震资料的保幅处理和提高分辨率处理的技术比较成熟，但地震资料处理方法建立在地震各向同性的基础上，不适用以各向异性为主要特征的页岩油气藏，仍需要发展针对页岩油气的特色处理技术。各向异性地震资料处理和反演一体化技术是进一步提高地震资料品质的关键所在，进一步提高成像精度也为水平井轨迹设计和压裂改造提供了可靠依据。

3.地震识别与综合预测技术

页岩油气储层地震表征就是利用宏观尺度的地面地震资料反演岩石物理参数，预测（间接或直接）储层岩石参数（TOC含量、孔隙度、渗透率、矿物成分）和力学参数。首先必须搞清预测的物理基础（敏感弹性参数或属性及其与储层参数的关系），也就是地球物理参数建模，再通过有效的地震反演方法获得敏感弹性参数或属性，对储层参数（地质：页岩厚度、矿物成分、TOC含量；工程：岩石力学性质、应力和裂缝强度及方向等）进行表征，就是所谓的“甜点”预测。

正是由于页岩油气储层的微观复杂性（TOC含量、三孔隙、极低孔渗、脆性）、非均匀性和强地震各向异性，给宏观尺度地震表征微观储层属性（主要是脆性、裂缝、应力和TOC含量）带来了极大的挑战性，表现为：① 考虑TOC含量的页岩油气储层地震各向异性的岩石物理建模；② 从微观到宏观跨尺度弹性粗化地球物理参数建模；③ 页岩油气储层地球物理响应特征；④ 页岩油气储层各向异性反演（裂缝、应力预测）；⑤ TOC地震预测。

国内基于常规三维地震资料解释的页岩层厚度与埋深预测技术已经成熟，仅需要进一步提高预测精度；而页岩气藏TOC含量、裂缝、脆性、应力等“甜点”参数的预测技术刚刚起步，还需要进一步研究。页岩气储层的多参数预测技术，包括地震响应特征分析、地震识别敏感参数优选以及地震反演技术等，需要进行深入攻关，进一步研究有别于常规油气藏的页岩气地震响应并形成配套的、可用于工业化生产的识别和预测技术；多属性裂缝检测技术，特别是利用叠前方位各向异性进行裂缝预测的有关技术；研究页岩气储层地震资料各向异性处理，开发页岩各向异性模拟技术；形成页岩气储层脆性和TOC地震响应特征分析技术；探索地应力预测技术。

页岩气井实施压裂改造措施后，需要有效的方法确定压裂作业效果，获取压裂诱导裂缝导流能力、几何形态、复杂性及其方位等诸多信息，改善页岩气藏压裂增产作业效果以及气井产能，并提高天然气采收率。微地震压裂检测技术就是通过观测、分析由压裂过程中岩石破裂或错断所产生的微小地震事件来监测地下状态的地球物理技术。该技术有以下优点：测量速度快，方便现场应用；实时确定微地震事件的位置；确定裂缝的高度、长度、倾角及方位；直接测量因裂缝间距超过裂缝长度而造成的裂缝网络；评价压裂作业效果，实现页岩气藏管理的最佳化。