王 靜，張軍華，譚明友，張?jiān)沏y，張營革

(1.中國石油大學(xué)(華東)，山東 青島 266580；2.中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257022)

0 引 言

砂礫巖是一種含礫成分較高的砂巖，也稱為含礫砂巖。國內(nèi)外一般是將礫巖、礫狀砂巖等粗碎屑巖為主的油氣藏統(tǒng)稱為砂礫巖油氣藏[1-2]。砂礫巖油氣藏一般離物源近、發(fā)育期次多、厚度大、單位面積產(chǎn)能高，但巖性變化快，非均質(zhì)性強(qiáng)，儲(chǔ)層連通性不易描述，加之低孔、低滲及較大的埋深，勘探開發(fā)難度較大。因此，在對砂礫巖勘探的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行回顧的基礎(chǔ)上，對該類油氣藏的地質(zhì)、測井和地震基本特征進(jìn)行了詳細(xì)總結(jié)和分析，并對砂礫巖油氣藏的地震預(yù)測與描述方法進(jìn)行了重點(diǎn)闡述，研究結(jié)果對中國正在進(jìn)行的致密油勘探開發(fā)有一定借鑒作用和指導(dǎo)意義。

1 砂礫巖勘探現(xiàn)狀

中國砂礫巖勘探主要集中在渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷、準(zhǔn)噶爾盆地西北緣、南襄盆地泌陽凹陷、松遼盆地徐家圍子斷陷，此外，塔里木盆地庫車坳陷、二連盆地、鄂爾多斯盆地、柴達(dá)木盆地、四川盆地等也有地質(zhì)勘探的應(yīng)用實(shí)例。其中，新疆油田砂礫巖發(fā)育層系為二疊統(tǒng)和三疊統(tǒng)[3]；松遼盆地砂礫巖勘探集中在徐家圍子斷陷[4]；南襄盆地砂礫巖主要分布在泌陽凹陷南部陡坡帶下古近統(tǒng)核桃園組[5]；鄂爾多斯盆地砂礫巖儲(chǔ)集層主要發(fā)育于山西組和下石盒子組[6]；塔里木盆地庫車坳陷主要分布層系為白堊統(tǒng)[7]等。

國外砂礫巖油氣藏勘探開發(fā)文獻(xiàn)報(bào)道較多的為美洲，如美國洛杉磯盆地的上新世Yorba Linda礫巖油氣藏、庫克灣盆地McArthur River油田漸新統(tǒng)Hemlock組礫巖油氣藏[8-9]、阿根廷的庫約盆地Mendoza油田侏羅—白堊系Barrancas組頂部紅色礫巖油氣藏[10]，以及加拿大西部盆地Pembina油田上白堊統(tǒng)Cardium油氣藏[11-12]和巴西的Sergipe-Alagoas盆地Carmopolis油田下白堊統(tǒng)Carmopolis油氣藏[13]等。

2 砂礫巖致密油氣藏基本特征分析

2.1 砂礫巖致密油氣藏的地質(zhì)特征

砂礫巖體縱向上多期疊置，平面上往往沿邊緣斷層或凸起帶呈裙帶狀分布，向湖盆中心方向又有“扇根、扇中、扇緣”等沉積差異。礫巖類油氣藏油氣富集及高產(chǎn)的主要控制因素是沉積相帶和斷裂作用，扇頂亞相是油氣聚集的最有利相帶[14-16]。有學(xué)者根據(jù)扇體的不同位置，將砂礫巖發(fā)育模式分為沖積扇、扇三角洲、三角洲、近岸水下扇、深湖濁積扇[17-18]。

2.2 砂礫巖致密油氣藏的測井響應(yīng)特征

砂礫巖地層電阻率測井對應(yīng)高阻異常，曲線形態(tài)則與沉積時(shí)的水進(jìn)水退旋回、離物源區(qū)的距離及供給速率、水流能量、沉積背景等因素有關(guān)[14]。以下為幾個(gè)典型油田的砂礫巖測井響應(yīng)特征：塔里木庫車地區(qū)砂礫巖具有低聲波、高密度、高電阻、低中子的特征[19-20]；鹽家地區(qū)鹽22塊砂礫巖儲(chǔ)層測井曲線特征為高伽馬、中高自然電位、中低密度、中低井徑、中低聲波，含礫砂巖的電阻率呈相對低值，而礫狀砂巖的電阻率值相對較高[21]；準(zhǔn)噶爾盆地西北緣砂礫巖儲(chǔ)層自然電位為負(fù)異常、平直響應(yīng)特征，自然伽馬呈高值，密度值中低，與鹽家油田砂礫巖的特征極為相似[22-23]。

綜上所述，砂礫巖儲(chǔ)層的測井響應(yīng)特征基本表現(xiàn)為高伽馬值、中低聲波值，且隨著儲(chǔ)層中礫石含量的增多，電阻率值增大。

2.3 砂礫巖致密油氣藏的地震相特征

沉積類型不同，砂礫巖體的地震相也不同。蔡全升等人[24]將砂礫巖地震相特征總結(jié)為5種形式：沖積扇地震相向盆方向?yàn)樾ㄐ?，平行盆緣方向?yàn)榍鹦?，?nèi)部見斜交或發(fā)散結(jié)構(gòu)；扇三角洲內(nèi)部呈不明顯的前積結(jié)構(gòu)；三角洲反射外形為寬緩席狀，內(nèi)部具疊瓦式或“S”形前積結(jié)構(gòu)；近岸水下扇反射外形呈楔形或丘形，扇中可見斜交前積和波狀結(jié)構(gòu)，扇端連續(xù)性較好；深湖濁積扇在剖面上反射外形為丘形或透鏡狀，內(nèi)部為波狀-雜亂結(jié)構(gòu)。

3 砂礫巖致密油氣藏地震預(yù)測與描述方法

3.1 基于屬性分析及融合的砂礫巖預(yù)測方法

3.1.1 屬性分析方法

由于砂礫巖體的成因、巖石物性等存在差異，當(dāng)?shù)卣鸩ㄍㄟ^砂礫巖扇體時(shí)，地震波的傳播速度、振幅、頻率等特征參數(shù)均會(huì)發(fā)生明顯變化，因此，利用地震屬性信息進(jìn)行砂礫巖體預(yù)測對砂礫巖致密油氣藏勘探的突破起到重要作用，比較有效的地震屬性有相干屬性、最大振幅屬性、波形分類屬性、相對波阻抗屬性等。例如利用相干分析技術(shù)，可以推斷沉積環(huán)境的變化，確定有利儲(chǔ)層的沉積相帶；利用振幅類屬性可以劃分砂礫巖體巖性及預(yù)測有利扇體發(fā)育帶；根據(jù)時(shí)頻類屬性，在一定條件下可以確定出砂礫巖儲(chǔ)層的內(nèi)部沉積結(jié)構(gòu)，從而預(yù)測儲(chǔ)層在橫向和縱向上的變化[25-28]。

3.1.2 屬性融合方法

單一地震屬性只能描述地震波形的某一種特征，對多屬性進(jìn)行優(yōu)化、融合，可以得到更為可靠的預(yù)測結(jié)果，有利于清晰準(zhǔn)確地突出有利目標(biāo)。

屬性融合可分為3種類型：①將構(gòu)造圖疊合在屬性上，這是一種簡單而又很直觀的融合顯示方式，在實(shí)際解釋中經(jīng)常采用；②采用二元色或RGB顯示技術(shù)，將2種或3種屬性融合顯示，可用于砂礫巖的立體雕刻；③地震多屬性聚類融合或井約束基礎(chǔ)上的屬性融合，可稱為廣義上的融合方法，目前應(yīng)用較多的有聚類分析方法、模式識(shí)別方法、支持向量機(jī)方法等，隨著大數(shù)據(jù)和人工智能的發(fā)展，基于深層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與訓(xùn)練的深度學(xué)習(xí)也正應(yīng)用于儲(chǔ)層預(yù)測中。

3.2 基于反演的砂礫巖預(yù)測及描述方法

由于砂礫巖儲(chǔ)層一般由多期扇體疊置而成，橫向變化快，非均質(zhì)性強(qiáng)，因而給儲(chǔ)層預(yù)測帶來了困難。地震資料反演技術(shù)可充分利用測井、鉆井、地質(zhì)資料為油氣藏描述提供豐富的構(gòu)造、層位和巖性等信息，可從常規(guī)的地震剖面推導(dǎo)出地層的波阻抗、密度、速度、孔隙度、滲透率等信息。目前用于砂礫巖儲(chǔ)層預(yù)測較多的反演方法主要包括常規(guī)波阻抗反演、疊前彈性波阻抗反演和疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演等。

3.2.1 常規(guī)波阻抗反演

常規(guī)波阻抗反演是利用地震資料反演地層波阻抗(或速度)的地震特殊處理解釋技術(shù)，可用于識(shí)別砂礫巖體內(nèi)幕以及砂體描述[29-30]，但常規(guī)波阻抗反演存在模型化嚴(yán)重的問題。在該方法基礎(chǔ)上研究出隨機(jī)地震反演方法，反演結(jié)果更加符合砂礫巖沉積的特點(diǎn)，符合區(qū)域地質(zhì)規(guī)律，相對常規(guī)波阻抗反演具有較高的可信度[31]。

3.2.2 疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演

疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演是將疊前反演和隨機(jī)反演技術(shù)相結(jié)合，將地震橫向分辨率和測井縱向分辨率有機(jī)結(jié)合，以測井?dāng)?shù)據(jù)為主，將地震數(shù)據(jù)作為井間變化的約束條件，尋求各類沉積類型的儲(chǔ)層參數(shù)變化規(guī)律。不僅能夠解決砂礫巖儲(chǔ)層與圍巖阻抗疊置情況下有效儲(chǔ)層的識(shí)別問題，而且能夠有效提高縱向分辨率。該方法主要包括地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)參數(shù)分析、隨機(jī)模擬、隨機(jī)反演3個(gè)環(huán)節(jié)[32-33]。

圖1a和圖1b分別為克拉瑪依油田WSD區(qū)過A1—A3井的約束稀疏脈沖反演與地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演效果對比分析。其中，紅黃色代表儲(chǔ)層，藍(lán)綠色表示非儲(chǔ)層，黑色曲線為波阻抗曲線，與反演結(jié)果基本對應(yīng)，目的層底部P3w12段儲(chǔ)層普遍發(fā)育，與已知地質(zhì)認(rèn)識(shí)較為符合。相對于圖1a所示的約束稀疏脈沖反演，圖1b所示的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演在縱、橫向上的分辨率有很大程度提高，砂體的薄厚變化、尖滅特征以及砂體間的疊置關(guān)系清晰可見，可穩(wěn)定薄砂體或較厚的單砂體，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層砂體的精細(xì)追蹤解釋[32]。

圖1 稀疏脈沖反演與地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演效果對比分析

3.2.3 疊前彈性反演

疊前彈性反演通過對疊前道集數(shù)據(jù)進(jìn)行角道集疊加得到不同角度范圍內(nèi)的地震數(shù)據(jù)(分別為近、中、遠(yuǎn)角道集數(shù)據(jù))，利用井震標(biāo)定提取不同角道集數(shù)據(jù)對應(yīng)的子波，然后合成一個(gè)綜合子波用于反演，建立反演模型，最終在反演模型的約束下進(jìn)行AVO縱橫波聯(lián)合反演，得到多種彈性參數(shù)數(shù)據(jù)體，主要包括縱橫波阻抗數(shù)據(jù)體、縱橫波速度比數(shù)據(jù)體、剪切模量以及楊氏模量數(shù)據(jù)體等，能較好地預(yù)測優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的分布特征。疊前彈性反演保持了多種彈性參數(shù)反演的一致性，增強(qiáng)了反演結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性，可以實(shí)現(xiàn)對地下地質(zhì)體的最佳預(yù)測[34]。

遼河坳陷清水地區(qū)的實(shí)際應(yīng)用效果表明，疊后波阻抗反演剖面上對于含灰粉砂巖和含灰泥巖的預(yù)測同細(xì)砂巖相當(dāng)，均表現(xiàn)為高波阻抗，預(yù)測存在誤區(qū)；而疊前彈性反演得到的疊前拉梅常數(shù)乘密度剖面能準(zhǔn)確預(yù)測出細(xì)砂巖，其余巖性的層段預(yù)測為非儲(chǔ)層，表明疊前彈性反演結(jié)果更為準(zhǔn)確[34]。

3.3 砂礫巖儲(chǔ)層裂縫識(shí)別及預(yù)測方法

目前應(yīng)用較多的疊后裂縫檢測技術(shù)包括相干體分析、曲率分析、螞蟻體技術(shù)等屬性分析技術(shù)，疊前裂縫檢測技術(shù)主要是縱波各向異性裂縫預(yù)測技術(shù)。除此之外，隨機(jī)建模技術(shù)可以描述裂縫的儲(chǔ)集能力及井間裂縫連通信息，并根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法將一系列與裂縫密切相關(guān)的巖石物性、地震屬性及油氣井產(chǎn)能數(shù)據(jù)有機(jī)整合在一起，對裂縫分布方位進(jìn)行定量化分析，尋找裂縫潛在發(fā)育位置[35]；基于井震結(jié)合的地震屬性裂縫預(yù)測方法，將測井解釋得到的疊后大裂縫分布特征和疊前CRP道集計(jì)算得到的小裂縫特征進(jìn)行綜合分析，最終得到砂礫巖儲(chǔ)層裂縫預(yù)測結(jié)果[36]。

在致密油氣藏的開發(fā)過程中，裂縫網(wǎng)絡(luò)是此類儲(chǔ)層獲得工業(yè)油氣流的關(guān)鍵所在，裂縫網(wǎng)絡(luò)的形成除了與天然裂縫以及地應(yīng)力的分布有關(guān)外，還與巖石的脆性特征密切相關(guān)。目前，針對儲(chǔ)層的脆性指數(shù)預(yù)測主要包括脆性礦物含量計(jì)算、地球物理反演以及測井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算等幾類方法。其中，基于疊前地震的脆性預(yù)測方法，對巖石力學(xué)參數(shù)楊氏模量和泊松比進(jìn)行直接反演，在信噪比較低的情況下，可有效提高脆性參數(shù)反演精度[37]。

4 結(jié) 論

(1) 砂礫巖致密油氣藏地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，巖性復(fù)雜，巖相變化快，低孔低滲，且橫向展布不均勻，對其地質(zhì)特征、測井響應(yīng)特征以及地震相特征進(jìn)行詳盡的分析有助于儲(chǔ)層的預(yù)測。

(2) 目前對砂礫巖致密儲(chǔ)層的預(yù)測方法大體上包括：屬性分析和反演方法。通過前者可以提取明顯反映砂礫巖體的地震屬性，然后利用多種統(tǒng)計(jì)類方法可以對儲(chǔ)層參數(shù)進(jìn)行預(yù)測；通過波阻抗反演、疊前彈性反演等反演方法，可以反映地下巖層的空間變化情況，進(jìn)而確定儲(chǔ)層的連通性以及裂縫展布等。

(3) 為了進(jìn)一步提高砂礫巖致密儲(chǔ)層的勘探開發(fā)效果，需要理論和實(shí)際應(yīng)用的密切結(jié)合。要充分利用現(xiàn)有的儲(chǔ)層預(yù)測方法，并在其基礎(chǔ)上研究新的技術(shù)，如基于深層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與訓(xùn)練的深度學(xué)習(xí)方法，以期取得常規(guī)方法難以取得的效果。