蔣曉迪 朱仕軍 張光榮 張曉莉 曹 盛

（1.西南石油大學(xué) 2.成都理工大學(xué) 3.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院）

四川盆地蜀南地區(qū)茅口組儲層預(yù)測研究

蔣曉迪1朱仕軍1張光榮2，3張曉莉1曹 盛1

（1.西南石油大學(xué) 2.成都理工大學(xué) 3.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院）

四川盆地蜀南地區(qū)下二疊統(tǒng)茅口組為典型的碳酸鹽巖縫洞型儲層，具發(fā)育程度不完全受構(gòu)造控制。該區(qū)儲層具有低孔低滲、非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，單純基于速度反演的預(yù)測難度較大。通過波動方程正演分析及多種儲層預(yù)測參數(shù)在該區(qū)適應(yīng)性的聯(lián)合研究，獲得了蜀南地區(qū)茅口組有效的儲層預(yù)測方法，對其油氣勘探與開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。圖11參1

茅口組 碳酸鹽巖縫洞 波動方程正演 地震屬性 巖溶儲層預(yù)測

1 研究概況及思路

荷包場構(gòu)造位于川東南中隆高陡構(gòu)造區(qū)與川中古隆平緩構(gòu)造區(qū)的過渡帶，地表構(gòu)造平緩，無斷層。地腹構(gòu)造與地面構(gòu)造基本相似，其斷層在二疊系最發(fā)育，但斷層的縱向發(fā)育規(guī)模不大，向上和向下分別消失于飛仙關(guān)組和梁山組。

下二疊統(tǒng)茅口組基質(zhì)為致密碳酸鹽巖，儲層的形成主要受后期的成巖改造和褶皺斷裂作用的影響形成次生的溶蝕孔洞和裂縫，儲集空間為次生的溶蝕孔洞和裂縫構(gòu)成的“縫洞系統(tǒng)”，具有低孔低滲、非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，加之其埋深較大，導(dǎo)致儲層和非儲層之間波阻抗差異小，速度反演的靈敏度降低，并且在常規(guī)地震剖面上也表現(xiàn)為內(nèi)幕反射能量較弱、分辨率低。所以，如何捕捉到非均質(zhì)性巖溶型儲層的特征，有效預(yù)測碳酸鹽巖縫洞型儲層并尋找出高效儲層的有利目標(biāo)區(qū)域是本研究的難點(diǎn)。

為此，本文提出了下述研究思路：首先，通過波動方程正演分析碳酸鹽巖縫洞型儲層地震屬性的敏感性，從而在波動方程正演分析的基礎(chǔ)上開展多屬性融合分析，最終對多屬性融合分析和有效的多種儲層預(yù)測參數(shù)進(jìn)行綜合解釋，由此獲得縫洞型儲層的綜合預(yù)測。

2 正演分析

正演研究就是通過簡單模型的演算及不斷地修整來逐步逼近實(shí)際地下形態(tài)。設(shè)置初始模型（圖1）為4000 m*4000 m的三層水平介質(zhì)模型，厚度均為1500 m，定義速度分別為4000 m／s、6200 m／s、5900 m／s，使兩個(gè)反射界面的阻抗差與實(shí)際地層相近；儲層模型（圖中紅色小段，位于第二層介質(zhì)）設(shè)置為2 m厚，100 m寬的巖溶發(fā)育含氣碳酸鹽巖儲層；采用彈性波動方程做正演模擬計(jì)算；改變儲層與第二層介質(zhì)頂面的距離（模擬計(jì)算了與第二層介質(zhì)頂面距離分別為0 m，25 m，50 m，100 m，200 m，300 m的波長特征），觀察在單炮記錄上巖溶型儲層對其上下反射界面產(chǎn)生的影響。

初始正演模擬結(jié)果（圖2）表明，當(dāng)溶洞型儲層模型逐漸靠近第二層介質(zhì)頂面時(shí)，會與界面上的反射疊加形成強(qiáng)波谷，靠近到一定程度（約50 m）時(shí)繞射波峰與頂面反射波谷抵消使得頂面反射波能量減弱，繼續(xù)靠近直至與頂面重合又會逐漸加強(qiáng)產(chǎn)生強(qiáng)反射。此外，當(dāng)儲層模型逐漸靠近第二層介質(zhì)頂面時(shí)，會因界面附近強(qiáng)反射的干涉作用使繞射波兩翼衰減，當(dāng)與頂面重合或距離較遠(yuǎn)時(shí)兩翼重新出現(xiàn)。同時(shí)，當(dāng)存在巖溶型儲層時(shí)，其下第二層介質(zhì)底面的反射波振幅出現(xiàn)一定程度的衰減，儲層越靠近第二層介質(zhì)底面，其反射波衰減越嚴(yán)重，并且隨著儲層與第二層介質(zhì)底面距離的減小，第二層介質(zhì)底面上產(chǎn)生衰減的范圍逐漸減小。

在初始模型的基礎(chǔ)上將第二層介質(zhì)埋深及厚度與實(shí)際資料匹配，并模擬地震剖面進(jìn)行分析，其巖性設(shè)置為茅口組致密灰?guī)r，速度沿用水平模型速度，既儲層縱波速度5490 m／s（圖3）。

由過井正演模擬結(jié)果（圖4）可以看到，當(dāng)?shù)诙咏橘|(zhì)頂面下方存在巖溶型儲層時(shí)，會在界面強(qiáng)反射下方形成強(qiáng)的波谷（位置2），儲層靠近頂面時(shí)儲層反射上波谷與頂界面反射下波谷疊加，能量增強(qiáng)（位置1）；儲層遠(yuǎn)離頂面時(shí)在頂界面反射下方形成較明顯的透鏡狀波峰條帶，儲層產(chǎn)生的波谷與上、下界面的波谷疊合形成“眼球狀”構(gòu)造（位置3）。

通過儲層位置地震響應(yīng)的統(tǒng)計(jì)頻譜分析（圖5），可以看到有巖溶型儲層存在時(shí)，由于儲層中流體的吸收衰減作用，穿過儲層的地震波高頻能量明顯衰減，主頻向低頻部分偏移。

圖1 初始正演模型

圖2 初始正演模擬單炮記錄（儲層距第二層介質(zhì)頂面200 m）

圖3 過井剖面模型，儲層位于第二層介質(zhì)（紫色），距頂面150 m范圍內(nèi)

圖4 過井正演模擬剖面

圖5 模擬過井位置1的頻譜圖

統(tǒng)計(jì)子波的形態(tài)變化也反映了相同的現(xiàn)象，有儲層存在時(shí)地震子波波形變胖，指示頻率降低。

由此認(rèn)為：

（1）當(dāng)?shù)貙哟嬖趲r溶型儲層時(shí)，視儲層與地層頂界面的距離，將使頂面反射產(chǎn)生衰減（25 m以內(nèi)），或在頂面下方產(chǎn)生強(qiáng)的波谷（25 m至150 m），呈透鏡體或條帶狀分布，有時(shí)伴隨眼球狀現(xiàn)象。

（2）當(dāng)?shù)貙哟嬖趲r溶型儲層時(shí)，會對其下地層底界面反射波振幅造成衰減，衰減范圍及程度隨儲層與底面之間距離變化而變化。

（3）當(dāng)?shù)貙哟嬖趲r溶型儲層時(shí)，穿過儲層的地震波高頻成分會很快衰減，地震波主頻向低頻方向移動，頻帶寬度變窄。

因此，當(dāng)?shù)貙又写嬖诳p洞型碳酸鹽巖儲層（巖溶）時(shí)，會在地震剖面上引起地震信息的變化，但隨著儲層位置及縫洞規(guī)模的不同，其在剖面上的響應(yīng)也不盡一致，單一的屬性預(yù)測無法提供完美的解釋，所以進(jìn)行多屬性聯(lián)合分析（融合）的方法對于完善我們對地下縫洞型儲層的空間展布認(rèn)識是十分有益的。

3 巖溶儲層預(yù)測的地震屬性分析

本研究對振幅、頻率、特征值方面的多種屬性進(jìn)行了分析，下面主要展示適合該區(qū)儲層預(yù)測的屬性分析。

（1）最大波谷振幅

從實(shí)際的地震剖面以及模型正演的結(jié)果知道，當(dāng)碳酸鹽巖儲層中出現(xiàn)巖溶、裂縫時(shí)，具有較強(qiáng)波谷的反射特征。根據(jù)這一特點(diǎn)計(jì)算了以茅口組頂界面向下40 ms的最大波谷振幅屬性。圖6是茅口組儲層段的最大波谷振幅屬性平面圖，Ⅰ區(qū)為波谷能量強(qiáng)的區(qū)域，Ⅱ區(qū)為波谷能量由強(qiáng)到弱的過渡區(qū)域。從圖中顯示出荷包場地區(qū)的兩條大斷裂及其在大斷裂附近巖溶發(fā)育帶。圖中包42井、包33井等高產(chǎn)井均處于圖中Ⅰ類區(qū)域，而包30井、包38井等干井均處于圖中的巖溶不發(fā)育區(qū)。該屬性的預(yù)測結(jié)果與實(shí)鉆情況吻合率達(dá)80%。

圖6 茅口組儲層段最大波谷振幅

（2）瞬時(shí)頻散譜

Dvorkin和Nur于1993年將BIOT流動機(jī)制和噴射流動機(jī)制組合起來建立了比奧—噴射模型（BISQ）［5］，揭示了彈性波的頻散和衰減與儲層參數(shù)、流體、彈性參數(shù)和頻率參數(shù)之間的關(guān)系，流體的存在和運(yùn)動是彈性波頻散和衰減的主要原因，也是來自油、氣體直接的、獨(dú)特的信息。巖石物理研究表明，當(dāng)?shù)卣鸩ㄔ诤黧w的地層中傳播時(shí)，地震波的速度隨著頻率增高而增大，即出現(xiàn)頻散現(xiàn)象。

圖7是沿茅口組頂部向下40 ms的瞬時(shí)頻散譜。圖中Ⅰ區(qū)代表頻散高值，Ⅱ區(qū)代表較高頻散值，其余為低頻散值。在圖中可以清楚的看到荷包場地區(qū)的兩條呈Y字形的大斷層，斷層邊界清晰。高產(chǎn)井包15井、包33井、包42井等井均處于圖中的Ⅰ類、Ⅱ類范圍內(nèi)；而包16井、包19井等井均為干井落在圖中的低頻散區(qū)域中，與鉆井情況吻合率達(dá)到86%。

圖7 茅口組儲層段瞬時(shí)頻散譜

（3）從波峰到最大頻率的斜率

由模型正演可知，當(dāng)碳酸鹽巖儲層中出現(xiàn)裂縫和溶洞時(shí)，由于其中有流體填充，地震波的高頻成分會快速衰減。茅口組碳酸鹽巖儲層縫洞發(fā)育，被油、氣、水或巖性差異的物質(zhì)充填后，地震波在傳播過程中形成“能量快速衰減”現(xiàn)象，高頻成分通過縫洞系統(tǒng)時(shí)能量很快衰減，甚至消失，即“高頻吸收”現(xiàn)象。由此可以通過波峰到最大頻率的斜率來衡量縫洞含有流體后對地震波的吸收衰減作用，斜率大表示高頻成分很快被吸收，斜率小表示沒有吸收。圖8是茅口組儲層段的波峰到最大頻率的斜率屬性。圖中Ⅰ區(qū)為斜率高值，表示該區(qū)域的高頻成分被很快的吸收；Ⅱ區(qū)為斜率高值到低值的過渡區(qū)。從波峰圖中可以清楚地看到荷包場內(nèi)的兩條呈Y字形的大斷層，且斷層邊界清楚。圖中包15井、包33井、包42井等幾口高產(chǎn)井均落在圖中的Ⅰ區(qū)；而包3井、包30井等均為干井，落在圖中相對的斜率低值區(qū)域。該屬性預(yù)測結(jié)果與時(shí)鉆情況吻合率達(dá)到86%。

圖8 茅口組儲層段波峰到最大頻率的斜率

（4）紋理屬性

Dengliang Gao把地震紋理定義為地震數(shù)據(jù)體的反射振幅樣式，用來描述每個(gè)采樣點(diǎn)在數(shù)據(jù)體的大小及其與周圍點(diǎn)的變化關(guān)系［6－7］。一系列相鄰的地震紋理基元構(gòu)成地震紋理基元體。通過數(shù)學(xué)歸一化計(jì)算把地震數(shù)據(jù)變換成L個(gè)灰度等級，每個(gè)紋理基元的灰度值用g（x，y，z）表示。

該屬性能清楚地指示出荷包場地區(qū)的兩條大斷層（圖9）。高產(chǎn)井包15井、包18井、包21井、包33井、包42井，中產(chǎn)井包11井、包22井、包45井均落在圖中的Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)范圍內(nèi)，指示出Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)是目的層中含油氣的有利區(qū)塊。而干井包19井和包30井均落在巖溶不發(fā)育的Ⅰ、Ⅱ區(qū)以外。該屬性與鉆井情況的吻合率達(dá)74%。

圖9 振幅包絡(luò)的紋理屬性

（5）相干

相干技術(shù)是運(yùn)用相關(guān)原理突出相鄰道之間地震信號的非相似性，進(jìn)而達(dá)到檢測斷層和反映地質(zhì)異常特征展布的一項(xiàng)地震技術(shù)。地震道之間信號相干值的大小是判別斷層或裂縫存在的一個(gè)重要標(biāo)志。

研究結(jié)果（圖10）表明：凡是裂縫巖溶發(fā)育的如包21井、包24井、包33井、包42井等均在相干剖面上表現(xiàn)為不相干，而裂縫不發(fā)育的包3井在相干剖面上表現(xiàn)為相干。

圖10 包33井相干剖面

4 預(yù)測方法及效果分析

研究表明，對于碳酸鹽巖巖溶型儲層預(yù)測可采用下述多參數(shù)綜合分析方法：首先借助巖石物理實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果及波動方程模型正演技術(shù)，獲得目標(biāo)區(qū)塊碳酸鹽巖縫洞型儲層敏感地震屬性集合，以此指導(dǎo)地震屬性提取及分析；然后通過過井剖面總結(jié)出巖溶型儲層的地震反射特征，并進(jìn)行拾??；最終，對多屬性融合分析、地震反射特征拾取及速度反演結(jié)果作綜和判別，獲得其縫洞發(fā)育區(qū)的綜合預(yù)測。圖11即為該方法在荷包場地區(qū)應(yīng)用的結(jié)果，圖中Ⅰ、Ⅱ類分別指示了儲層發(fā)育的有利區(qū)和較有利區(qū)。從該綜合預(yù)測圖上分析可以看出：研究區(qū)域內(nèi)的兩條大斷層邊界清楚，斷層走勢與解釋斷層趨勢一致。而高產(chǎn)井包10井、包15井、包42井、包18井、包21井、包24井、包33井（包46井），中產(chǎn)井包11井、包22井、包45井大多位于圖中彩色所指示的巖溶發(fā)育范圍內(nèi)；干井包16井、包19井、包30井都位于巖溶不發(fā)育的地區(qū)。

圖11 荷包場茅口組縫洞發(fā)育區(qū)預(yù)測圖（地震多參數(shù)融合分析）

綜合預(yù)測結(jié)果表明荷包場區(qū)內(nèi)主要有4個(gè)相對連續(xù)的儲層發(fā)育區(qū)帶：Ⅰ沿包④號斷層上盤；Ⅱ東部靠近包③號斷層下盤一側(cè)（包16—包33井附近）；Ⅲ東部包③號斷層上盤分布了兩個(gè)有利區(qū)域：包16—包45井以東、包33—包30井以東；Ⅳ中部包④號斷下盤有多個(gè)有利區(qū)塊，特別是在包15井—包3井以西的斷層下盤及研究區(qū)的西邊和南邊的綠色所示區(qū)塊都可能是一個(gè)較有利的勘探目標(biāo)。

5 結(jié)論

（1）通過物理模型分析、模型正演數(shù)值模擬及地震屬性分析發(fā)現(xiàn)：茅口組儲層發(fā)育時(shí)，在地震反射特征上會明顯出現(xiàn)強(qiáng)波谷異常、頻率異常、地震反射能量吸收衰減及頻散現(xiàn)象。

（2）茅口組巖溶型儲層發(fā)育時(shí)，在常規(guī)地震剖面上茅頂以下40 ms范圍內(nèi)常出現(xiàn)橫向振幅突變、極性反轉(zhuǎn)、同相軸分叉合并、“眼球狀”反射、局部低幅度隆起、時(shí)差增大等地震響應(yīng)特征。

（3）多參數(shù)融合分析方法，不僅適用碳酸鹽巖巖溶型儲層，也值得其它非均質(zhì)性強(qiáng)的巖性作儲層預(yù)測時(shí)借鑒。

（4）綜合預(yù)測表明：荷包場地區(qū)除了包③號、包④號斷層附近，仍然存在多處儲層相對發(fā)育的區(qū)塊，具有良好的油氣勘探前景。

1 孫建庫，朱仕軍，沈國昭.碳酸鹽巖地震儲層橫向預(yù)測［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2005.

2 張公社，朱仕軍，馬國光，等.利用全三維縱波資料進(jìn)行裂縫檢測［J］.石油地球物理勘探，2004，39（1）：41－44.

3 劉向君，楊超，陳喬，等.孔洞型碳酸鹽巖地層超聲波實(shí)驗(yàn)研究［J］.天然氣工業(yè)，2011，31（8）：56－59.

4 李勝軍，劉偉方，高建虎.正演模擬技術(shù)在碳酸鹽巖溶洞響應(yīng)特征研究中的應(yīng)用［J］.巖性油氣藏，2011，23（4）：106－109.

5 李煜偉，李硯，呂宗剛，等.雙相介質(zhì)BISQ地震油氣預(yù)測技術(shù)［J］.天然氣工業(yè)，2009，29（12）：29－31.

6 DENGLIANG GAO.Structure－oriented texture model regression Application to seismic visualization and interpretation［J］.SEG Expanded Abstracts，2006，25：1083.

7 DENGLIANG GAO.Application of seismic texture model regression to seismic facies characterization and interpretation［J］.The Leading Edge，2008，27：394.

（修改回稿日期 2013－09－16 編輯 陳玲）

蔣曉迪，女，1983年出生，現(xiàn)為西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院在讀碩士研究生，主要從事地震與地質(zhì)的綜合研究。地址：（610500）四川省成都市新都區(qū)西南石油大學(xué)。電話：15928121729。E－mail：xiaodijiang＠sohu.com