王高峰,劉 宏,劉 南,唐昱哲,丁 偉,喬 琳,譚秀成

(1.西南石油大學地球科學與技術學院,四川成都610500;2.中國石油碳酸鹽巖儲層重點實驗室沉積與成藏分室,四川成都610500;3.中海石油(中國)有限公司深圳分公司,廣東深圳518057;4.中國石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司勘探事業(yè)部,四川成都610041)

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川西北劍閣地區(qū)上二疊統(tǒng)長興組生物礁儲層的地球物理特征及正演模擬

王高峰1,2,劉 宏1,2,劉 南3,唐昱哲1,2,丁 偉4,喬 琳4,譚秀成1,2

(1.西南石油大學地球科學與技術學院,四川成都610500;2.中國石油碳酸鹽巖儲層重點實驗室沉積與成藏分室,四川成都610500;3.中海石油(中國)有限公司深圳分公司,廣東深圳518057;4.中國石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司勘探事業(yè)部,四川成都610041)

川西北劍閣地區(qū)二疊系長興組生物礁儲層具有埋深大、非均質(zhì)性強、氣水關系復雜、地震反射多變和勘探難度大等特點。巖心觀察結果表明,生物礁呈多期發(fā)育特征,優(yōu)質(zhì)儲層多發(fā)育于晚期礁蓋白云巖中。利用鉆井及測錄井等資料,建立精細地質(zhì)模型,通過地震正演模擬,總結出劍閣地區(qū)長興組生物礁及礁儲層的地震響應特征,分析不同礁儲層發(fā)育條件對地震響應的影響,從而建立了研究區(qū)生物礁及礁儲層地震識別模式,認為儲層厚度及儲層縱向發(fā)育位置是影響生物礁地震反射模式的重要因素。采用地質(zhì)-地震緊密結合的研究思路為四川盆地礁灘氣藏地震勘探提供理論依據(jù)。

生物礁;地震正演;儲層;地質(zhì)模型;地震反射特征

生物礁是由造礁生物原地生長所營造的一種具有抗浪格架的碳酸鹽巖建隆[1],生物礁灘型儲層以其高孔、高滲特征歷來被視為油氣勘探的重點,隨著近年來普光、元壩、龍崗及劍閣等地區(qū)二疊系長興組生物礁氣藏勘探獲得重大突破[2-3],四川盆地生物礁氣藏勘探備受關注。目前廣泛用于生物礁地震預測的技術主要包括地震相分析、波形分類[4]、地震屬性分析及地震正、反演分析等[2,5],獲得了較好的效果。

BUBB等[6]依據(jù)生物礁的不同形態(tài)模擬了10種生物礁地震幾何學特征;SHERIFF等[7]提出了生物礁在常規(guī)地震剖面上的識別方法;熊曉軍等[8]開展了生物礁及其儲層的波動力學研究,并總結了其地震響應特征。丘型正地貌反射、內(nèi)部雜亂反射、底部上提或下拉反射等特征[9-17]是生物礁典型的地震反射模式,總體而言,前人主要根據(jù)生物礁頂部、內(nèi)部及圍巖的反射結構、振幅和連續(xù)性特征識別生物礁[9-10]。但受海平面變化、同沉積斷裂演化等多種因素影響,生物礁的發(fā)育規(guī)模、形態(tài)、橫向遷移、儲層發(fā)育等特征均存在較大變化,利用振幅、連續(xù)性等屬性預測生物礁有時存在陷阱[11],且少有人系統(tǒng)總結礁儲層發(fā)育這一重要因素對生物礁反射特征的影響。本文基于地質(zhì)-地球物理緊密結合的思路,通過地震正演模擬,總結了劍閣地區(qū)生物礁儲層地震反射特征及礁儲層發(fā)育情況對地震反射特征的影響,為四川盆地礁灘型氣藏勘探提供新的理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

劍閣地區(qū)位于四川盆地川西地區(qū)北部,處于上揚子陸塊北緣與秦嶺造山帶接合部的米倉山臺緣隆起斷褶構造帶前緣與川北低平褶皺帶。二疊紀初,地殼全面下沉,上揚子古陸全被海水淹沒,劍閣地區(qū)處于南秦嶺洋的一部分,二疊系地層碳酸鹽巖沉積發(fā)育,晚二疊世拉張斷裂形成廣旺—開江—梁平海槽[18-19]。長興期,劍閣地區(qū)位于開江—梁平海槽西側(cè)(圖1a),主要發(fā)育開闊臺地、臺地邊緣、前緣斜坡及海槽相。臺地邊緣大規(guī)模發(fā)育生物礁、灘亞相,生物礁類型主要為堤礁和島礁[20]。長興組地層與下伏吳家坪組整合接觸,與上覆飛仙關組假整合接觸,巖性主要為泥晶灰?guī)r、生屑灰?guī)r、礁格架灰?guī)r、生屑白云巖等。近年來的勘探成果表明,劍閣地區(qū)長興組生物礁規(guī)模大,儲層質(zhì)量良好[21](圖1),具有較大的勘探潛力;同時,也存在埋深大(>6500m),地震資料主頻較低,生物礁儲層預測難度較大等難題。

圖1 研究區(qū)位置(a)及沉積相帶分布(b)

2 生物礁及地球物理響應特征

2.1 生物礁及礁型儲層特征

2.1.1 生物礁發(fā)育特征

劍閣地區(qū)臺緣帶生物礁沿開江—梁平海槽西側(cè)呈帶狀分布(圖1b),一般發(fā)育3期成礁旋回。生物礁巖石類型主要為骨架巖、障積-粘結巖、生屑顆粒巖3類,其中礁核微相由灰-灰黑色骨架巖和障積-粘結巖組成,巖性主要為(藻粘結)生屑灰?guī)r、海綿灰?guī)r等,為生物礁的主體部分;礁基微相一般為灰色生屑灰?guī)r及泥晶灰?guī)r,為生物礁的生長發(fā)育提供了相對高的地貌環(huán)境;礁蓋微相則由土黃色中層狀生屑顆?；?guī)r及顆粒白云巖組成,當相對海平面下降較快,礁體頂部發(fā)育低能細粒的潮坪沉積,為礁坪微相。礁基、礁核、礁蓋組成一個完整的成礁旋回(圖2)。四川盆地生物礁發(fā)育受基底斷裂控制[22],劍閣地區(qū)生物礁主要沿臺緣呈北西向帶狀展布,在基底斷裂活動較頻繁的區(qū)帶常發(fā)育大規(guī)模的島礁,如劍閣地區(qū)LG62井、LG63井。

圖2 劍閣地區(qū)長興組生物礁沉積模式(1ft≈0.3048m)

2.1.2 生物礁儲層特征

觀察巖心、薄片并結合成像測井資料建立了生物礁儲層發(fā)育模式。劍閣地區(qū)生物礁儲層多發(fā)育于成礁旋回頂部的礁蓋微相,巖性以細-粉晶白云巖及殘余生屑白云巖為主,溶蝕孔洞極為發(fā)育,儲集性能優(yōu)良,是長興組的主力產(chǎn)層。巖心分析資料統(tǒng)計,劍閣地區(qū)長興組儲層總體以中-高孔、中-高滲為特征,部分高孔層段儲層孔隙度超過20%,殘余粒間孔、粒間溶孔及晶間(溶)孔廣泛發(fā)育,孔喉配置優(yōu),滲透性能好,儲層累計厚度大,一般在20～100m,顯示生物礁型碳酸鹽巖儲層極好的儲集性能。而生物礁的主體礁核部位為障積-粘結結構的致密礁灰?guī)r,礁核部位往往不發(fā)育儲層。區(qū)內(nèi)多井連井儲層對比顯示長興組儲層均發(fā)育在每個成礁旋回頂部的礁蓋微相的生屑灘白云巖中(圖3)，這種繼承發(fā)育在古地貌高地的灘相白云巖儲層受海平面變化影響,易出露水面接受大氣淡水淋濾改造,因而溶蝕孔洞極為發(fā)育。但礁儲層縱向發(fā)育位置有一定變化,部分井區(qū)一旦鉆揭長興組頂界面,即可發(fā)現(xiàn)這套優(yōu)質(zhì)儲層,部分井區(qū)儲層發(fā)育離長興組頂界面有一定距離。

2.2 生物礁地球物理響應特征

2.2.1 測井響應特征

生物礁作為高能碳酸鹽巖建隆,總體表現(xiàn)為“低伽馬、高電阻率、高密度”等典型特征[23]。生物礁發(fā)育于陸源物質(zhì)少、泥質(zhì)含量極低等特殊沉積環(huán)境,自然伽馬曲線表現(xiàn)為低值,尤其礁核段表現(xiàn)為極低值,一般小于10API,曲線平直,起伏小;井徑曲線平緩;礁核含泥量低且整體骨架及充填物致密,儲層不發(fā)育,故巖石密度一般較大,平均約為2.69g/cm3;聲波傳播速度在礁灰?guī)r中較快,平均速度超過6250m/s;電阻率顯示為高值,一般大于10000Ω·m(圖3,圖4)。

圖3 研究區(qū)長興組生物礁聯(lián)井格架(長興組頂界面拉平)

上覆在礁核之上的礁蓋灘相生屑白云巖,因溶蝕孔洞極為發(fā)育加上流體充填,儲層發(fā)育段聲波速度常在4800～6150m/s,密度值降低明顯,平均約為2.55g/cm3,電阻率呈高背景值下的明顯降低。整體上,生物礁灘儲層在常規(guī)測井曲線上響應特征較為明顯,易于識別,生物礁與圍巖、礁灘儲層與礁灰?guī)r及其它巖類之間聲速特征差別明顯。

圖4 研究區(qū)生物礁微相及其儲層巖石物理識別模式

2.2.2 地震響應特征

劍閣地區(qū)長興組生物礁地震響應受古地貌背景、礁體規(guī)模、礁儲層發(fā)育情況及縱向演化、圍巖巖性突變等多因素影響,地震反射模式多樣,導致地震資料解釋存在較大的不確定性。

丘狀反射背景下,內(nèi)部斷續(xù)雜亂是生物礁典型地震相特征。在四川盆地長興組生物礁地震預測研究中,長興組頂界面(飛仙關組底界面)是重要的地震反射界面,而研究區(qū)內(nèi)常規(guī)偏移地震剖面上的長興組頂界面地震反射變化較大。通過井-震精細標定發(fā)現(xiàn),在開闊臺地亞相內(nèi),長興組頂界面標定為連續(xù)強反射波峰位置,而在斜坡-海槽相帶則標定為一強相位波谷位置,在臺地邊緣生物礁發(fā)育位置長興組頂界面既可能是波峰反射,亦可能反轉(zhuǎn)為波谷反射,且能量變化大(圖5)。

在整體丘狀反射背景下,內(nèi)部地震反射結構也呈多樣化特征。近年來,劍閣、元壩等地區(qū)生物礁氣藏地震勘探結果表明,內(nèi)部呈明顯“亮點”反射特征的礁灘體常獲得較高的產(chǎn)能,同時,內(nèi)部呈斷續(xù)弱反射特征的礁灘體也可能獲得較好產(chǎn)能。因此,生物礁儲層預測存在較大不確定性。

圖5 研究區(qū)長興組生物礁地震響應特征(剖面位置見圖1)

3 生物礁儲層正演模擬

經(jīng)過生物礁儲層地質(zhì)模型的建立與精細井-震標定認為,在相同沉積相帶內(nèi),劍閣地區(qū)長興組生物礁儲層的厚度、儲層縱向發(fā)育位置及儲層物性是影響生物礁地震反射模式的重要因素,利用實鉆井資料設計出兩組理論模型,利用射線追蹤法模擬地震波反射特征,研究各因素對生物礁地震反射特征的影響。

3.1 生物礁儲層厚度模型正演

因研究區(qū)礁灘儲層主要發(fā)育在長興組頂部,且受礁體規(guī)模、沉積古地貌及海平面升降等因素的影響,礁灘儲層發(fā)育情況差別大,設計出一組儲層厚度變化正演模型(表1),儲層厚度分別為5,10,20,30m,儲層頂界距長興組頂界面20m。利用測井資料統(tǒng)計各模型單元速度值,取上覆飛仙關組飛一段至飛仙關組三段地層平均速度為6050m/s;長興組地層平均速度為6230m/s;下伏龍?zhí)督M地層平均速度為5350m/s;生物礁儲層平均速度為6000m/s。我們設定平均埋深在6500m左右的長興組碳酸鹽巖地震資料主頻為26Hz。

正演結果表明,隨儲層厚度逐漸增大,因反射波疊加干涉作用,長興組頂界面反射振幅由強變?nèi)?其相位從波峰逐漸過渡到波谷,而儲層底界反射振幅由弱變強(表1)。礁儲層不發(fā)育時,長興組頂界面為連續(xù)強反射特征(波峰);當儲層厚度為5m和10m時,長興組頂界面為弱反射特征,同時礁內(nèi)部為弱反射;當儲層厚度為20m和30m時,長興組頂界面為弱反射特征,相位也逐漸發(fā)生變化,此時,隨儲層厚度增大,礁內(nèi)部出現(xiàn)明顯“亮點”反射特征。

圖6展示了隨儲層厚度連續(xù)變化條件下,長興組頂界面和儲層頂、底界面3個反射界面振幅的變化情況,為深埋低頻條件下,利用振幅屬性預測生物礁儲層提供了理論依據(jù)。

表1 生物礁儲層厚度模型正演

圖6 不同儲層厚度模型對應各界面相對振幅的變化

3.2 生物礁儲層發(fā)育位置模型正演

長興組頂界面斷續(xù)弱反射是識別生物礁的重要標志,長興組頂部由連續(xù)強反射過渡到斷續(xù)弱反射的模式一般被認為是開闊臺地與臺地邊緣礁的相界線,該認識已經(jīng)通過上述模型正演證實。但生物礁儲層發(fā)育受礁體規(guī)模及生物礁橫向遷移、海平面變化、同沉積斷裂活動等因素影響,生物礁及生屑灘儲層縱向發(fā)育位置差異較大,且發(fā)育多期次的成礁旋回,并非所有的儲層都發(fā)育在長興組頂部,因而地震響應模式存在一定差異,油氣勘探中發(fā)現(xiàn)即使長興組頂界面為連續(xù)強反射特征(波峰),仍然可能發(fā)育生物礁儲層。

因此,設計了礁灘儲集體距長興組頂界面不同距離的正演模型(表2),分別距長興組頂界0,5,10,20,30,50m,儲層厚度設定為30m,其余參數(shù)均不變。正演結果(表2)表明,當儲集體位于距長興組頂界面較短距離(0～10m)時,長興組頂界面反射由開闊臺地的波峰位置直接相變?yōu)椴ü任恢?儲層底界面則對應下一個波峰位置。隨著儲集體距長興組頂界面距離的增大(20,30,50m),長興組頂界面與儲層頂界面的干涉逐漸減弱,長興組頂界面逐漸又演變成連續(xù)強反射(波峰)特征,在長興組內(nèi)部出現(xiàn)一透鏡狀“亮點”反射。正演結果與實際過井地震剖面吻合較好。借助于楔形模型,數(shù)值模擬出儲層距離長興組頂界面不同深度條件下各反射界面相對振幅連續(xù)變化曲線,結果如圖7所示。

表2 生物礁儲層發(fā)育位置模型正演

注：1. 飛仙關組地層(綠色)速度6050m/s,長興組地層(紫紅色)速度6230m/s,長興組內(nèi)儲層(黃色)速度6000m/s。 2. 厚度為儲層頂界距長興組頂界面厚度。

圖7 不同儲層發(fā)育位置模型對應各界面相對振幅的變化

4 應用效果分析

對劍閣地區(qū)6口實鉆井(其中4口為生物礁氣井)進行精細的井-震標定發(fā)現(xiàn),各實鉆生物礁地震響應特征與正演模擬結果基本吻合,整體上丘狀隆起反射特征明顯。

LG62井和LG63井儲層厚度大,溶蝕孔洞極發(fā)育,聲波速度明顯降低,且發(fā)育在長興組頂部,合成地震記錄顯示長興組頂界面反射由波峰相位轉(zhuǎn)變?yōu)椴ü认辔?因為儲層極為發(fā)育,儲集物性好,地震剖面上長興組頂部“亮點”特征明顯,向下轉(zhuǎn)變?yōu)槿醴瓷涮卣?圖8a和圖8b,對應關系見表3),說明早期礁灘儲層質(zhì)量一般。飛仙關組地層位于LG62井、LG63井中間的一口生物礁氣井JM1井則表現(xiàn)為不同反射特征,其長興組頂界面反射標定為波峰位置,測井解釋主要儲層段發(fā)育距長興組頂部32m,且儲層厚度較薄,地震剖面上“亮點”反射特征不明顯,聲波速度降低不明顯(圖8c,對應關系見表3)。LG68井頂部儲層較薄,造成頂部振幅減弱,中下部儲層較發(fā)育,其“亮點”特征明顯(圖8d,對應關系見表3)。而位于礁灘間海微相的LG69井,由于能量相對較弱,以低能泥晶灰?guī)r及泥質(zhì)生屑灰?guī)r沉積為主,地震剖面上表現(xiàn)為連續(xù)中強反射,無丘狀隆起特征,長興組頂界面反射標定在波峰位置(圖8e)。實鉆生物礁井過井地震剖面表明,生物礁地震響應特征不僅受生物礁及其圍巖速度變化的影響,更受礁灘儲層厚度、物性、縱向發(fā)育位置等多種因素影響,與不同儲層條件下的模型正演結果一致。

圖8 劍閣地區(qū)長興組實鉆井地震響應特征a LG62井; b LG63井; c JM1井; d LG68井; e LG69井

表3 實鉆生物礁井儲層統(tǒng)計表(依據(jù)測井解釋成果)

5 結論

1) 川西北劍閣地區(qū)二疊系長興組生物礁沿北西向臺地邊緣呈帶狀分布,呈多期發(fā)育特征,生物礁巖石類型主要為骨架巖、障積-粘結巖、生屑顆粒巖3類,其中礁核微相巖性主要為(藻粘結)生屑灰?guī)r、海綿灰?guī)r等,儲層不發(fā)育,優(yōu)質(zhì)儲層主要發(fā)育在晚期礁蓋微相白云巖中。

2) 劍閣地區(qū)長興組生物礁地震響應多變,不僅受生物礁及其圍巖速度變化影響,更受礁灘儲層厚度、物性、縱向發(fā)育位置等多種因素影響,依據(jù)研究區(qū)實鉆井建立了不同儲層發(fā)育特征的地質(zhì)模型。深埋低頻條件下的生物礁地震正演模擬結果表明,長興組頂界面和儲集體頂、底界面及丘狀體內(nèi)部的反射振幅及相位等均存在較大差異,存在多種地震響應模式。

3) 不同儲層條件下的實鉆生物礁氣井地震響應特征與正演模擬結果吻合度高,地質(zhì)-地球物理結合分析是提高生物礁氣藏勘探成功率的重要手段。

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(編輯：顧石慶)

Seismic forward modeling on the reef reservoir of Upper Permian Changxing formation in Jian’ge area,northwest Sichuan Basin

WANG Gaofeng1,2,LIU Hong1,2,LIU Nan3,TANG Yuzhe1,2,DING Wei4,QIAO Lin4,TAN Xiucheng1,2

(1.SchoolofGeoscienceandTechnology,SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu610500,China;2.PetroChinaDepositionandAccumulationDepartmentofKeyLaboratoryofCarbonateReservoirs,Chengdu610500,China;3.ShenzhenBranch,CNOOC(China)Co.,Ltd.Shenzhen518057,China;4.ExplorationDivisionofPetroChinaSouthwestOilandGasFieldCompany,Chengdu610041,China)

Reef reservoir of Upper Permian Changxing Formation of Jian’ge Area,northwest Sichuan Basin is characterized by deep burial depth,strong heterogeneity,complicated gas-water distribution,variable seismic reflection and difficult exploration.Core observation shows that the reef development was of multi-phases and high-quality reservoirs always existed in the late reef cap dolomite.Based on well logging and drilling data,a refined geologic model is built and seismic response characteristics of reef and reef reservoir for the Changxing formation in Jian’ge is summarized by seismic forward modeling.Thus,we have established the seismic identification mode for reef and reef reservoir after analyzing the impact of different reef reservoir development conditions on the seismic response in the study area.Finally,we conclude that reservoir thickness and reservoir vertical position are important factors on reef seismic reflection mode.The research idea of seismic and geology close combination provides theoretical foundations for seismic exploration of reef-shoal reservoirs in Sichuan Basin.

reef,seismic forward modeling,reservoir,geological model,seismic reflection characteristics

2015-12-02;改回日期：2016-08-26。

王高峰(1994—),男,碩士在讀,研究方向為儲層地質(zhì)學、地震沉積學。

劉宏(1981—),男,博士,副教授,主要研究方向為碳酸鹽巖儲層地質(zhì)學、地震地層學。

四川省教育廳“非常規(guī)油氣”創(chuàng)新團隊(省教專127)資助。

This research is financially supported by Sichuan Provincial Education Department “Unconventional oil and gas” Innovation Team (Grant No.127).

P631

A

1000-1441(2016)06-0831-09

10.3969/j.issn.1000-1441.2016.06.008