川中龍女寺地區(qū)茅口組儲層地震預測方法

龍 隆 何青林 張藝華 張璽華 王 浩 何昌興悅 陳友蓮

1.中國石油西南油氣公司勘探開發(fā)研究院 2. 中國石油工程建設有限公司西南分公司

0 引言

二疊系中統(tǒng)茅口組為一套石灰?guī)r為主的地層，由于地層頂部出露剝蝕，整個四川盆地廣泛發(fā)育巖溶縫洞型儲層[1-3]，早期針對茅口組的研究主要集中在巖溶儲層。隨著勘探深入，川東及川中部分地區(qū)鉆井先后發(fā)現(xiàn)白云巖儲層[4-7]，關于白云巖成因的研究也相繼展開，先后提出了構造熱液成因[8]、熱水白云巖[9-10]、多期流體控制云化[11]、埋藏熱液白云化[12]等多種學說。近幾年，TS4、MX145等井茅口組白云巖儲層先后獲得高產(chǎn)，展示了白云巖儲層具有良好勘探前景的同時，針對白云巖的研究也不斷深入，目前普遍認為川中茅口組白云巖受到沉積、熱液、構造等多種因素控制，經(jīng)多期演化形成[13]。

由于茅口組白云巖儲層為灰?guī)r沉積后前后經(jīng)過多期改造，因而儲層普遍灰?guī)r云巖交雜，巖性物性都比較復雜，且儲層厚度普遍較薄，地震響應不明顯，地震預測多解性強，儲層準確識別難度大。筆者從白云巖儲層控制因素出發(fā)，采用道積分數(shù)據(jù)對茅口組內(nèi)部小層進行準確追蹤，刻畫茅口組古地貌，識別白云巖發(fā)育有利區(qū)，根據(jù)典型井儲層響應特征，綜合分析道積分數(shù)據(jù)波形特征及振幅變化，實現(xiàn)了對研究區(qū)茅口組白云巖儲層的預測，為茅口組白云巖儲層進一步勘探提供了有效的儲層預測方法。

1 研究區(qū)概況

四川盆地二疊系中統(tǒng)茅口組繼承了棲霞組全面海侵的原貌，主要為開闊海碳酸鹽巖臺地相沉積，橫向上沉積較為穩(wěn)定，自下而上可分為茅一—茅四段（圖1）。茅口組早期總體為開闊海沉積，較深水體環(huán)境形成茅一段黑色介屑泥石灰?guī)r與含骨屑泥晶灰?guī)r波狀互層，間泥質(zhì)石灰?guī)r夾黑色頁巖沉積。中晚期茅二—茅四段則主要為開闊臺地沉積，顆粒灘廣泛發(fā)育，巖性以生屑石灰?guī)r、藻屑石灰?guī)r為主。茅口組沉積后經(jīng)歷了東吳運動地殼抬升，經(jīng)淋濾剝蝕，茅口組地層頂部存在不同程度的缺失，與龍?zhí)督M呈假整合接觸。

圖1 四川盆地中二疊統(tǒng)茅二段沉積相圖

長期以來針對茅口組的研究主要圍繞著表生巖溶形成的縫洞型石灰?guī)r儲層[14]，隨著近幾年川東、川中地區(qū)多口井鉆遇茅口組白云巖儲層獲高產(chǎn)，茅口組的研究重點逐漸轉(zhuǎn)向白云巖孔隙型儲層[15]。茅口組白云巖儲層主要發(fā)育在茅二段，川中北斜坡—川東地區(qū)受到臺緣灘沉積控制，白云巖儲層發(fā)育茅二段a亞段；而川中龍女寺—合川地區(qū)，則受到臺內(nèi)高能灘沉積的控制在茅二b亞段發(fā)育白云巖儲層。

研究區(qū)位于川中平緩構造帶上龍女寺地區(qū)，茅二b亞段發(fā)育白云巖儲層，地質(zhì)研究表明，龍女寺地區(qū)白云巖具有多期性特點，其優(yōu)質(zhì)儲層主要以半自形—它形細晶白云石為主，見殘余結構，呈鑲嵌狀，說明原巖為灘相沉積背景下的顆粒巖類，因而沉積相對于研究區(qū)白云巖儲層形成起到了控制作用。不同于茅二a亞段白云巖儲層表現(xiàn)出整體上阻抗低于圍巖的低阻抗特征，且儲層底部形成弱波峰地震反射的特征較明確，茅二b亞段儲層白云巖、石灰?guī)r混雜，儲層局部阻抗高于圍巖，高阻低阻交雜，無法形成明顯的地震響應。針對這種難以識別的薄儲層，地震預測常采用拓寬頻率提高地震分辨率的方法，但這種方法并不適用于研究區(qū)，皆因川中龍女寺—合川地區(qū)茅口組殘余厚度較薄， 當?shù)卣鹳Y料主頻較高時，茅口組頂與茅口組底巖性界面由于旁瓣效應會在茅口組內(nèi)部形成較強的反射，進而干擾儲層判別。另外，由于高阻低阻儲層混雜，石灰?guī)r白云巖混雜，導致縱波橫波都只能區(qū)分一部分儲層，因此各種地震預測方法只能識別一部分儲層。如何有效區(qū)分茅二b亞段白云巖儲層與非儲層是目前勘探面臨的主要問題。因此筆者嘗試采用對巖性敏感的道積分數(shù)據(jù)刻畫古地貌，開展儲層響應識別，進而預測研究區(qū)茅口組儲層的展布情況。

2 儲層識別方法

2.1 儲層特征

龍女寺地區(qū)白云巖儲層集中發(fā)育在茅二b亞段，儲層厚度普遍在10 m左右，儲層巖性復雜，主要包括白云巖、灰質(zhì)白云巖、云質(zhì)石灰?guī)r、含云石灰?guī)r4種，儲集空間以粒間溶孔（洞）、晶間溶孔和裂縫為主。儲層根據(jù)不同的電性特征可以大致分為兩類，一類密度明顯升高，速度降低不明顯，因而與圍巖阻抗差異較小的高阻儲層，以MX39井為代表（圖2b）；另一類密度升高但是速度降低明顯，因而與圍巖可以較明顯區(qū)分的低阻儲層，以TS4井為代表（圖2d）。井震精細標定表明，在常規(guī)地震剖面上，低阻儲層底界可以形成較明顯的波峰反射，而高阻儲層無法形成明顯的地震響應。圖3a中儲層不發(fā)育的MX107、MX207、MX130井與儲層發(fā)育的MX145、MX39、MX149井在地震響應上沒有明顯區(qū)別，通過常規(guī)地震難以識別茅口組儲層。

圖2 典型井常規(guī)地震數(shù)據(jù)與道積分數(shù)據(jù)標定圖

2.2 儲層控制因素

龍女寺地區(qū)茅二段儲層雖歷經(jīng)多期改造形成，但形成儲層的基礎是臺內(nèi)高能顆粒灘沉積，灘體的發(fā)育范圍控制著儲層的發(fā)育范圍，而古地貌控制著灘體的沉積，古地貌較高的區(qū)域為灘體沉積有利區(qū)，通過刻畫茅二b亞段沉積前古地貌可以識別白云巖儲層發(fā)育有利區(qū)。

由于茅口組底部至茅二c亞段沉積時期水體較深的環(huán)境，主要沉積泥質(zhì)石灰?guī)r，而后茅二b亞段時期沉積環(huán)境發(fā)生改變，地層泥質(zhì)含量整體大幅下降，并在地貌較高的區(qū)域形成顆粒灘沉積。茅一段至茅二c亞段沉積期可以看作是一個填平補齊的過程，在古地貌相對較低的地區(qū)泥質(zhì)沉積較厚，并且由于深水沉積時間有限，無法完全填平補齊地貌差異，其后沉積的茅二b亞段地層繼承了原來的地貌，在古地貌較高地區(qū)發(fā)育灘體。實鉆井也證實了這一點，研究區(qū)鉆遇茅二b亞段儲層的井茅口組底部泥質(zhì)石灰?guī)r地層的厚度均小于為鉆遇儲層的井。因而，茅口組底界至茅二b亞段底界厚度可以近似表示茅二b亞段沉積時期古地貌，其厚度越薄說明沉積古地貌越高，越有利于灘體沉積和儲層發(fā)育。

刻畫茅二b亞段沉積前古地貌，首先需要識別茅口組底界以及茅二b亞段底界，茅口組底界為中強波峰反射，研究區(qū)基本可以全區(qū)追蹤，但地震剖面上茅二b亞段底界并不能形成連續(xù)可追蹤的地震反射界面（圖3a）。

為了識別茅二b亞段底界面，對常規(guī)地震進行了道積分運算。地震道積分技術是一種簡便快速的相對波阻抗反演技術，通過對地震道進行積分得到相對波阻抗剖面，對于地層巖性解釋非常有利[16-17]，可用于薄層識別[18-20]。茅二b亞段底界上下地層存在明顯的阻抗差異，上部為低伽瑪、高阻抗石灰?guī)r地層，下方則為相對高伽瑪、低阻抗泥質(zhì)石灰?guī)r地層。在道積分剖面（圖3b）上，茅二b亞段以上地層為波峰反射，以下地層為波谷反射，茅二b亞段底界波峰反射下零點。道積分剖面上MX39、MX149 等鉆遇白云巖儲層的井，茅二b亞段底界距茅口組底界時差厚度較薄，代表古地貌較高；而儲層欠發(fā)育的MX107井茅口組上部波峰反射為單軸反射，茅二b亞段底界距茅口組底界時差厚度明顯增大，說明該區(qū)域處于古地貌較低的位置。

圖3 常規(guī)數(shù)據(jù)與道積分數(shù)據(jù)連井剖面對比圖

采用茅二b亞段底界到茅口組底界的時間厚度刻畫研究區(qū)茅二b亞段沉積古地貌（圖4），厚度越薄的區(qū)域，代表古地貌越高，越利于沉積高能灘體，后期經(jīng)改造后越易于形成優(yōu)質(zhì)白云巖儲層。圖研究區(qū)整體呈現(xiàn)東高西低的特征，紅色區(qū)域為古地貌高地，黃色區(qū)域為古地貌斜坡區(qū)域，泥質(zhì)沉積厚度較薄，是灘體發(fā)育有利區(qū)，整體呈北西南東向條帶展部；藍色區(qū)域為古地貌洼地，不利于顆粒灘沉積，為儲層欠發(fā)育區(qū)。

圖4 龍女寺地區(qū)茅二b亞段沉積前古地貌圖

2.3 儲層響應模式

古地貌較高的區(qū)域為茅二b高能灘體發(fā)育區(qū)，也是儲層發(fā)育的有利區(qū)，但由于茅口組儲層為顆粒灘經(jīng)過多期演化改造形成，橫向非均質(zhì)性很強，灘體發(fā)育區(qū)內(nèi)儲層發(fā)育程度也各不相同，仍需要解決儲層識別的問題。常規(guī)地震無法識別高阻抗儲層，但是道積分數(shù)據(jù)對于茅口組高阻、低阻儲層均具有一定的識別能力。

MX145井茅口組內(nèi)部發(fā)育厚度13.1 m的白云巖儲層，儲層平均速度6 200 m/s，為典型高阻抗儲層；MX39井茅口組內(nèi)部白云巖儲層厚度17.4 m，儲層平均速度6 250 m/s，為典型的高阻抗儲層；MX151井茅口組內(nèi)部發(fā)育白云巖儲層厚度17.2 m，儲層平均速度5 700 m/s，為典型的低阻儲層；TS4井茅口組白云巖儲層厚度21.7 m，平均速度5 800 m/s，為典型的低阻儲層；MX29井儲層發(fā)育程度較低，測井解釋白云巖發(fā)育段3.6 m，其平均速度為6 250 m/s；MX107井茅口組內(nèi)部不發(fā)育白云巖儲層。

常規(guī)地震數(shù)據(jù)上，低阻儲層發(fā)育則儲層底界形成波峰反射（圖2c、d），發(fā)育高阻儲層及儲層欠發(fā)育時，茅口組內(nèi)部無明顯響應（圖2a、b）。

道積分數(shù)據(jù)上（圖2），儲層不發(fā)育時，茅口組頂界為單強軸響應（MX107井）；茅口組發(fā)育低阻抗儲層時表現(xiàn)為雙強軸反射，且TS4井茅頂下方同相軸振幅強度高于MX151井，說明儲層越厚茅頂下方波峰反射越強；茅口組發(fā)育高阻抗儲層時表現(xiàn)為寬波峰—復波反射，MX39井復波振幅強度大于MX145井，而MX29井發(fā)育非常薄的儲層其復波特征也非常微弱，表明儲層越厚，復波反射振越強。可見，在道積分數(shù)據(jù)上高阻抗儲層也能形成易于識別的響應，茅口組白云巖儲層對茅口組白云巖儲層的識別能力，道積分數(shù)據(jù)比常規(guī)地震數(shù)據(jù)更好。

根據(jù)研究區(qū)茅口組白云巖儲層發(fā)育情況的不同，可以總結為4種地震響應模式：①茅口組白云巖不發(fā)育時，常規(guī)地震剖面茅口組內(nèi)部無明顯地震響應，道積分剖面茅口組頂部表現(xiàn)表現(xiàn)為單強軸反射；②茅口組內(nèi)部發(fā)育薄白云巖時，常規(guī)地震剖面茅口組內(nèi)部無明顯地震響應，道積分剖面表現(xiàn)表現(xiàn)為茅頂同相軸下方發(fā)育非常弱的復波反射；③茅口組內(nèi)部發(fā)育較厚低阻抗白云巖儲層時，常規(guī)地震剖面茅口組內(nèi)部形成亮點響應，儲層越厚，物性越好，亮點越強；道積分剖面茅頂表現(xiàn)表現(xiàn)為雙軸反射，儲層越厚，物性越好，雙軸中下方波峰振幅越強；④茅口組內(nèi)部發(fā)育較厚高阻抗白云巖儲層時，常規(guī)地震剖面茅口組內(nèi)部無明顯地震響應，道積分剖面表現(xiàn)為茅口組頂部同相軸出現(xiàn)復波反射，且復波反射振幅較強。

2.4 儲層發(fā)育有利區(qū)預測

茅口組儲層發(fā)育時，茅口組內(nèi)部道積分數(shù)據(jù)波形及振幅強度均會發(fā)生變化，為儲層預測提供了條件。

2.4.1 波形分類

對道積分數(shù)據(jù)茅口組頂界面向下60 ms范圍內(nèi)進行波形分類，時窗范圍包含了道積分數(shù)據(jù)茅頂至茅二b亞段底界的地震響應，通過波形變化識別茅口組儲層發(fā)育與否。圖5中，紅色代表波形具有上強下弱的雙軸反射特征，與第3類地震響應一致，為茅口組低阻抗白云巖儲層發(fā)育區(qū)；黃色代表的波形為具有較強復波的反射，對應第4類地震響應，是高阻抗白云巖儲層發(fā)育的特征；綠色區(qū)域為波峰反射下方拖長出現(xiàn)非常微弱的復波特征的波形，為第2類地震響應模式，說明該區(qū)域具有一定的云化但是儲層發(fā)育程度較低；而淺藍色區(qū)域茅口組頂部為單軸反射，對應第1類地震響應，該區(qū)域不發(fā)育白云巖；深藍色區(qū)域為侵蝕溝谷發(fā)育區(qū)，侵蝕溝谷內(nèi)普遍充填玄武巖，且玄武巖對下伏地層侵染和充填會破壞儲層，為儲層破壞區(qū)域，由于溝谷內(nèi)部充填15～20 m高速玄武巖，因而在道積分剖面上表現(xiàn)出上弱下強雙軸波形特征。波形分類圖中紅色黃色區(qū)域為較厚白云巖儲層發(fā)育區(qū)，集中在研究區(qū)中東部古地貌高帶上，中部主要為紅色低阻儲層發(fā)育區(qū)，而東部則主要為黃色高阻儲層發(fā)育區(qū)。

圖5 龍女寺地區(qū)道積分數(shù)據(jù)茅口組波形分類圖

2.4.2 最大波峰振幅屬性

道積分數(shù)據(jù)上，茅頂下方復波振幅越強，雙軸下方軸振幅越強均代表儲層發(fā)育程度越高，而儲層較差區(qū)域，茅口組頂下方復波較弱，或者茅口組頂單軸反射其下為波谷反射。因此提取茅口組頂向下30～40 ms最大波峰振幅，振幅越強說明復波或者雙軸反射越強，儲層發(fā)育程度越高；震幅弱甚至為負數(shù)，則代表儲層較差甚至不發(fā)育。圖6中紅色區(qū)域為白云巖儲層發(fā)育程度最高的區(qū)域，主要集中在研究區(qū)中東部，發(fā)育范圍與古地貌高帶一致；綠色區(qū)域為白云巖發(fā)育程度較低的區(qū)域；藍色的區(qū)域為儲層不發(fā)育區(qū)。這種方法可以預測儲層發(fā)育的程度，但因為玄武巖發(fā)育區(qū)道積分數(shù)據(jù)表現(xiàn)為上弱下強雙軸反射，下方為強反射，無法區(qū)分茅口組頂部充填了火成巖的溝谷區(qū)域。

圖6 龍女寺地區(qū)道積分數(shù)據(jù)茅頂向下30～40 ms最大波峰振幅屬性圖

2.4.3 綜合預測儲層展布

波形分類方法能夠識別儲層的有無，但無法區(qū)分儲層好壞；而最大波峰振幅屬性能夠表示儲層發(fā)育程度，但是無法避免充填溝谷的影響；古地貌識別了儲層發(fā)育區(qū)，能夠排除局部異常對儲層預測的影響。因此綜合二種儲層預測方法以及茅二b亞段沉積前古地貌刻畫的儲層發(fā)育有利區(qū)范圍，預測研究區(qū)茅二b亞段儲層展布（圖7）。圖中白色區(qū)域為儲層欠發(fā)育區(qū)；彩色區(qū)域為儲層發(fā)育區(qū)，紅色區(qū)域振幅強度最強，代表儲層發(fā)育程度最高，黃色次之，綠色再次之。儲層呈現(xiàn)北西南東向條帶狀展布，排除溶蝕溝谷玄武巖對儲層的破壞，研究區(qū)東部整體儲層發(fā)育程度相對較高。

圖7 龍女寺地區(qū)茅口組白云巖儲層預測平面圖

3 結論

1）道積分數(shù)據(jù)對于巖性變化敏感，其剖面上地層內(nèi)部小層巖性界面清晰，用于古地貌刻畫效果顯著。

2）道積分數(shù)據(jù)對茅口組高阻低阻交雜的薄儲層均有一定的識別能力，可實現(xiàn)川中茅口組白云巖儲層地震預測。

3） 研究區(qū)茅口組白云巖儲層主要集中發(fā)育在呈北西南東向展布的古地貌高帶上，西側以低阻抗儲層為主，而東側主要發(fā)育高阻抗儲層。