李宗杰,王 鵬,陳緒云,李映濤,2

(1.中國石化 西北油田分公司，新疆 烏魯木齊 830011; 2.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

全球白云巖油氣藏占比較大，白云巖地層中可發(fā)育良好的儲集空間，是油氣勘探開發(fā)的重要領(lǐng)域[1]。塔里木盆地寒武系—中-下奧陶統(tǒng)白云巖普遍發(fā)育，白云巖儲集空間類型、成因與主控因素一直是學者研究重點，不同學者對儲集空間類型與成因機制上存在不同認識[2-7]。順南地區(qū)寒武系白云巖埋藏超深、地溫超高，而其上覆的中-下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組與鷹山組下段白云巖是目前勘探研究的現(xiàn)實層系。近些年順北油氣田的勘探表明，油氣井主要分布在走滑斷裂附近，沿走滑斷裂帶發(fā)育的熱液對白云化具有重要作用，同時白云巖儲層具有溶蝕成因與走滑斷裂破碎成因，表明順南地區(qū)中-下奧陶統(tǒng)白云巖成因具有復雜性。

本文將對順南地區(qū)及鄰區(qū)鉆遇中-下奧陶統(tǒng)白云巖的多口井的鉆井、錄井、測井及測試資料進行分析，研究白云巖產(chǎn)層的儲層類型、特征及主控因素，結(jié)合三維地震資料解釋與屬性分析，建立該區(qū)白云巖儲層地震識別模式與預(yù)測技術(shù)，預(yù)測了白云巖儲層的分布，取得了較好地應(yīng)用效果。

1 地質(zhì)背景

順南地區(qū)位于塔里木盆地中部，包括順南1區(qū)與順南2區(qū)，工區(qū)面積8 141.83 km2。構(gòu)造單元跨順托果勒低隆起東南部與古城墟隆起順南緩坡及古城凸起西部(圖1)。順南地區(qū)位于塔中Ⅰ號斷裂帶下盤，古生界整體表現(xiàn)為北西傾的斜坡。

順南地區(qū)經(jīng)歷多期沉積-構(gòu)造演化階段：①寒武紀—早-中奧陶世，順南地區(qū)為穩(wěn)定的淺水碳酸鹽臺地，構(gòu)造較為平緩，下寒武統(tǒng)發(fā)育小型張性正斷層；中奧陶世末，南部卡塔克隆起抬升剝蝕強烈，順南地區(qū)抬升剝蝕較小，北東向走滑斷裂發(fā)育，以壓扭作用為主。②晚奧陶世臺盆分異，塔中發(fā)育良里塔格組鑲邊碳酸鹽巖臺地，順南地區(qū)發(fā)育卻爾卻克群碎屑巖沉積，發(fā)育多條北東東向走滑斷裂；之后大規(guī)模海侵，整體為混積陸棚沉積；晚奧陶世末北東向走滑斷裂帶強烈繼承性活動，以張扭作用為主。③志留紀—泥盆紀，東南緣的強烈擠壓，志留系角度不整合于奧陶系之上，北東向走滑斷裂帶繼承性活動，以張扭作用為主。晚泥盆世順南地區(qū)東南持續(xù)抬升，順南2區(qū)志留系基本被剝蝕殆盡。④石炭紀—二疊紀，順南地區(qū)整體沉降沉積，石炭系角度不整合于上奧陶統(tǒng)-志留系之上，部分北東東向走滑斷裂由左行走滑轉(zhuǎn)變?yōu)橛倚凶呋?，但斷裂活動較弱。⑤中、新生代，順南地區(qū)繼續(xù)穩(wěn)定沉降沉積，構(gòu)造格局基本沒有發(fā)生大的變化，沒有發(fā)現(xiàn)走滑活動痕跡。

順南地區(qū)下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組與中-下奧陶統(tǒng)鷹山組下段發(fā)育白云巖地層，其中蓬萊壩組巖性主要為厚層狀白云巖夾薄層灰質(zhì)白云巖，鷹山組下段巖性主要為白云巖與灰?guī)r互層。

2 奧陶系超深白云巖儲層特征

順南地區(qū)及鄰區(qū)白云巖和過渡性巖類(如白云質(zhì)灰?guī)r或灰質(zhì)白云巖)的基質(zhì)孔隙往往優(yōu)于純灰?guī)r段，但很多純白云巖段并未形成優(yōu)質(zhì)儲層，成因、結(jié)構(gòu)上的差異使得不同類型的白云巖形成了多樣化的孔隙結(jié)構(gòu)類型和不同的儲集性能，塔里木盆地白云巖儲層成因復雜，尤其是中-下奧陶統(tǒng)的白云巖地層由于年代久、埋深大，后生改造作用對儲層的形成起到了關(guān)鍵作用。

2.1 超深白云巖儲層特征

2.1.1 巖石學特征

順南地區(qū)鷹下段開始逐漸出現(xiàn)云灰?guī)r頻繁互層的特征，向下白云石含量逐漸增多，至蓬萊壩組開始逐漸出現(xiàn)大套純白云巖地層?；影自茙r往往厚度較薄，一般不小于1 m，可見云化殘余結(jié)構(gòu)，主要為殘余砂屑細晶白云巖和(藻)紋層狀微晶白云巖，原巖結(jié)構(gòu)的可識別性因后期交代作用程度的強弱而不同(圖2a,b)。鏡下特征顯示此類白云巖的晶粒級普遍偏小，以粉細晶為主，晶型以半自形為主。厚度較大的白云巖多為晶粒白云巖，該類云巖的原始結(jié)構(gòu)已無法識別，是研究區(qū)主要的一類基質(zhì)白云巖?？煞譃榧毦ё孕?半自形白云巖和中晶它形白云巖，前者晶面平直，自形程度較高，有時可見環(huán)帶結(jié)構(gòu)，是晶間孔發(fā)育的有利巖石類型；后者顆粒呈鑲嵌接觸關(guān)系，晶面較臟，沒有明顯的環(huán)帶結(jié)構(gòu)，基質(zhì)孔隙發(fā)育不佳，需要后期成巖改造(圖2c,d)。

2.1.2 儲集空間類型

巖心上主要識別到包括微裂縫/裂縫和白云石晶間(溶)孔兩類儲集空間。其中，微裂縫/裂縫除了縫壁平直且無充填的構(gòu)造破裂微裂縫外(圖2e)，其特點還體現(xiàn)在薄片尺度下，部分孔隙具有一定的定向排列性，與微裂縫延伸具有顯著的伴生關(guān)系，屬于裂縫型孔隙特征，同時，微裂縫發(fā)育部位也是晶間孔發(fā)生擴容的有利部位(圖2f)。晶間(溶)孔則為隨機分布發(fā)育，無明顯規(guī)律，通常被方解石半充填，少量孔隙可見黃鐵礦和螢石(圖2g，h)。

2.1.3 儲層類型

順南地區(qū)鷹山組下段白云巖/云灰?guī)r互層段鉆井儲層均為漏失，未見放空，儲層類型以裂縫-孔隙型為主，局部溶蝕孔洞發(fā)育。古隆1井在鷹山組下段氣測、后效明顯，測井解釋鷹山組Ⅲ類儲層12層/91.3 m，6 252.8～6 419.3 m中途測試折氣產(chǎn)量10 067 m3/d。取心顯示主要為裂縫，局部弱溶蝕孔；產(chǎn)氣段成像測井顯示儲層類型以裂縫孔洞型為主，溶蝕孔洞有一定程度的發(fā)育，大部分溶蝕孔洞順層分布，表明巖性對溶蝕作用有較大影響，部分溶蝕孔洞有沿裂縫分布趨勢。依據(jù)裂縫圖像特征及定量計算結(jié)果，裂縫主要集中發(fā)育于相對低阻段地層。對古隆1井鷹山組下段取心段物性測試分析顯示，儲層基質(zhì)孔隙不發(fā)育，以低孔、低滲為主(69%的樣品孔隙度在0.5%～1%)，后期改造對儲層發(fā)育至關(guān)重要。地震資料則顯示，鷹山組下段的白云巖或云灰?guī)r互層橫向上具有區(qū)域順層分布趨勢，具有包括連續(xù)弱反射、雜亂強反射、雜亂弱反射等多種反射特征，從實鉆和地震標定情況分析，白云巖裂縫孔隙型儲層對應(yīng)于串珠狀、短板狀等強反射異常。

圖2 塔里木盆地順南地區(qū)白云巖巖石學與儲集空間特征Fig.2 The petrology and reservoir space characteristics of dolomite in Shunnan area,Tarim Basina.順南蓬1井，埋深7 560.46 m，3ql，殘余砂屑細晶白云巖，原巖全部被白云石交代，鑄體薄片；b.順南5-2井，O1-2y，含灰質(zhì)紋層狀細晶白云巖，白云石呈層狀分布，以細晶為主，少量中晶，呈自形-半自形,晶間可見少量泥質(zhì)并吸附褐黑色有機質(zhì)(-)；c.古隆1井，埋深6 530.98 m，O1-2y，細晶白云巖，晶體呈自形半自形，晶間充填有機質(zhì)(-)；d.順南蓬1井，埋深7 561.1 m,3 ql，中-粗晶白云巖，晶體呈鑲嵌接觸，巖性致密，孔隙發(fā)育受后期溶蝕作用控制(+)；e.順南蓬1#，埋深7 559.56 m，3ql，不等晶白云巖，微裂縫叫發(fā)育，產(chǎn)狀平直無充填，鑄體薄片；f.順南501井，埋深6 952.06 m，O1-2y，孔隙發(fā)育具有定向性，微裂縫與擴溶縫，鑄體薄片；g.順南蓬1井，埋深7 557.45 m,3ql，顆粒幻影白云巖，晶間 孔發(fā)育，鑄體薄片；h.順南501井，埋深6 652.06 m，O1-2y，細晶自形白云巖，發(fā)育云石晶間孔、晶間溶孔，鑄體薄片

2.2 超深白云巖儲層成因及主控因素

2.2.1 白云石化機制

中等程度的白云石化形成了以古隆1井為代表的細晶-自形/半自形白云巖，該類白云巖通常以等摩爾交代的形式形成有效的晶間孔。此外，順南5-2井和順南蓬1井中可見殘余結(jié)構(gòu)白云巖，則可能是早期白云石化的產(chǎn)物，其孔隙發(fā)育程度更多受原巖結(jié)構(gòu)的控制。

2.2.2 沉積相帶與區(qū)域構(gòu)造對白云石化的共同影響

沉積相對于早期白云石化起到了至關(guān)重要的作用，順南地區(qū)在早奧陶世，雖然處于穩(wěn)定臺地相區(qū)之內(nèi)，但受到鷹山組沉積期古地貌和區(qū)域性構(gòu)造活動影響，與中央隆起帶其他地區(qū)相比，白云石化作用整體較弱。其原因是早奧陶世，研究區(qū)處于古城臺地西側(cè)地勢平緩區(qū)域，屬于開闊臺地相帶，水體環(huán)境較深且循環(huán)通暢，缺少弱蒸發(fā)的海水環(huán)境，使得順南地區(qū)鷹山組的早期白云石化欠發(fā)育，大規(guī)模白云石化作用出現(xiàn)的層位更低，埋深更大。

2.2.3 深部流體(熱液)對儲層的改造

古隆1井及鄰區(qū)的古城6井鷹山組白云巖的溶蝕孔隙內(nèi)均見瀝青充填，推測存在有機酸溶蝕作用，導致發(fā)生晶間孔擴容現(xiàn)象改善孔隙。此外，研究區(qū)在順南501井與古隆1井鷹山組均識別到熱液改造的相關(guān)證據(jù)[8]，其中順南501井取心段中發(fā)現(xiàn)螢石和方解石伴生充填裂縫，且白云石充填物和方解石充填物的FeO和MnO含量較高，螢石包裹體均一溫度為165～175 ℃，超出圍巖溫度約30 ℃[9-10]，屬于典型熱液特征。古隆1井取心段中裂縫孔洞內(nèi)充填有大量的鞍形白云石，另見黃鐵礦和石英伴生。同時還見到與熱液破裂作用相關(guān)的碎裂化結(jié)構(gòu)。裂縫延伸的規(guī)模顯著控制了鞍形白云石的分布規(guī)律，表明構(gòu)造熱液作用是儲層形成的重要成因機制。

2.2.4 斷裂及構(gòu)造破裂作用

順南地區(qū)發(fā)育多組的NE向與NNE向走滑斷裂，其中NNE向斷裂斷穿整個鷹山組，NE向斷裂則斷至石炭系底部，斷裂多期活動，早期屬于壓扭走滑性質(zhì)，晚期轉(zhuǎn)變?yōu)閺埮?，為上行熱液改造儲層提供了關(guān)鍵通道[11-12]。如順南5井和古隆2井在鷹山組上段裂縫走向與NE向斷裂呈平行/近平行關(guān)系，表明其嚴格受斷裂活動控制。又如古隆1井測井解釋顯示，在鷹山組內(nèi)幕物性最好的井段之上地層傾向SW，之下傾向NE，推測鉆遇了背斜轉(zhuǎn)折端或斷層地層破碎，該段裂縫發(fā)育，溶蝕孔洞也較為發(fā)育。進一步研究表明，裂縫主要走向為NE，傾向SW，與該區(qū)NE向斷裂的展布特征一致。可見構(gòu)造斷裂與研究區(qū)內(nèi)幕白云巖裂縫-孔隙型儲層形成關(guān)系密切。

3 地震識別模式

3.1 巖石物理分析

地球物理問題之所以復雜，歸根到底是因為巖石組分復雜，而對巖石物理性質(zhì)的研究是利用地震資料預(yù)測油氣的物理基礎(chǔ)。地震巖石物理研究的主要工作內(nèi)容為：一方面通過反演方法推斷已知巖石和礦物的地質(zhì)情況，另一方面通過正演方法推測礦物和巖石進行人工改變后對巖石地質(zhì)和物理性質(zhì)所造成的影響。所以，巖石物理學為儲層特性與地震特性搭建了一架橋梁[13-16]。

3.1.1 測井資料巖石物理統(tǒng)計分析

基于順南地區(qū)實鉆鉆遇情況及測井解釋成果，統(tǒng)計出各層系不同巖性的巖石物理參數(shù)平均值(圖3)，可以看出，隨著地層年代增加及埋藏深度加大，地層的速度、密度及波阻抗逐漸增加；同一地層不同巖性之間巖石物理參數(shù)表現(xiàn)出一定的差異，總體來說砂泥巖段平均波阻抗差異不大，火成巖及灰?guī)r波阻抗明顯高于砂泥巖段；對于目標層位(鷹山組)不同巖性之間平均波阻抗差異也不大，地震剖面上為弱反射特征，為該區(qū)奧陶系白云巖儲層地震波場特征認識帶來一定困難。

3.1.2 巖心實測巖石物理統(tǒng)計分析

針對本區(qū)目標奧陶系碳酸鹽巖儲層，選擇具有代表性的巖心樣品，提供給實驗室進行巖石物理參數(shù)測試，獲得具有代表性的巖石物理參數(shù)。本次測試共采集12口井，典型樣品25塊，均取自一間房組和鷹山組碳酸鹽巖，巖性有灰?guī)r、白云巖、砂屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r和白云質(zhì)灰?guī)r等，部分巖性為儲層或油氣層。在實驗室25 ℃，5 MPa條件下，開展測試工作(表1)。

順南地區(qū)實際地層條件下中-下奧陶統(tǒng)儲層圍巖速度分布范圍：一類儲層未有測井曲線及取心，估算縱波速度低于5 400～5 600 m/s；二類儲層縱波速度集中在5 600～5 800 m/s；三類儲層縱波速度分布為5 800～6 000 m/s，圍巖縱波速度大于6 100 m/s。

圖3 順南地區(qū)各層系不同巖石物理參數(shù)統(tǒng)計Fig.3 Statistics on different petrophysical parameters of each sequence in Shunnan area

表1 順南地區(qū)巖心縱波測試結(jié)果(部分數(shù)據(jù))Table 1 Results of P-wave test in the cores from Shunnan area(partial data)

3.2 正演模擬與識別模式

在順南2井三維工區(qū)內(nèi)，蓬萊壩組(深度>7 000 m)存在一套孔洞型、孔隙型儲層，結(jié)合鄰區(qū)鉆井標定、地質(zhì)認識及巖石物理參數(shù)分析成果，參考圖4a中實際地震剖面特征，依據(jù)實際深度，建立該區(qū)儲層地震地質(zhì)模型(圖4b)

4 地震預(yù)測技術(shù)

4.1 能量類屬性預(yù)測孔洞型儲層

瞬時振幅是反射強度的量度，就是解析信號的實部與虛部總能量的平方根，主要反映能量上的變化，可以突出特殊巖層的變化。從碳酸鹽巖儲層預(yù)測經(jīng)驗來看，能量的大小代表了碳酸鹽巖內(nèi)幕儲層的發(fā)育程度。為消除負值影響，取均方根振幅(圖6)。

圖4 順南地區(qū)實際地震剖面與正演模擬地震剖面Fig.4 The actual seismic profile and forward modeling seismic profile in Shunnan areaa.實際地震剖面；b.設(shè)計的正演地質(zhì)模型；c.正演模擬結(jié)果(觀測系統(tǒng)：地震主頻20 Hz，零相位雷克子波激發(fā)，炮檢距50 m,道間距25 m，自激自收，波動方程數(shù)值模擬。)

圖5 塔里木盆地順南2井南部三維地震剖面Fig.5 The 3D seismic section to the south of Well Shunnan 2,Tarim Basin

圖6 順南地區(qū)奧陶系蓬萊壩組地震屬性示意圖Fig.6 The schematic diagram of seismic attributes in the Ordovician Penglaiba Formation,Shunnan areaa.蓬萊壩組上層均方根振幅；b.蓬萊壩組 下層均方根振幅

4.2 波形聚類分析預(yù)測裂縫-孔隙型儲層

聚類是數(shù)據(jù)研究中的重要方向之一，其內(nèi)容就是將物理或抽象對象的集合分成由類似的對象組成的多個類的過程，由聚類所生成的簇是一組數(shù)據(jù)對象的集合，這些對象與同一個簇中的對象彼此相似，與其他簇中的對象相異。迄今為止，研究人員已經(jīng)提出許多種波形聚類算法，在地震數(shù)據(jù)分析中，比較常見的有K-means算法、DBSCAN(密度聚類)算法和FCM(模糊均值)算法等。

K-means聚類算法，即根據(jù)相似性原則，將具有較高相似度的數(shù)據(jù)對象劃分至同一類簇，將具有較高相異度的數(shù)據(jù)對象劃分至不同類簇。用于地震數(shù)據(jù)體所代表的意義即為地震波形的相似性分類。本文使用此種算法。

DBSCAN聚類算法，假定類別可以通過樣本分布的緊密程度決定，同一類別的樣本之間緊密相連，將緊密相連的樣本劃為一類，就得到了一個類別，即由密度可達關(guān)系導出的最大密度相連的樣本集合。

FCM聚類算法，是基于對目標函數(shù)的優(yōu)化基礎(chǔ)上的一種數(shù)據(jù)聚類方法，聚類結(jié)果是每一個數(shù)據(jù)點對聚類中心的隸屬程度，思想就是使得被劃分到同一簇的對象之間相似度最大，不同簇之間的相似度最小。

基于正演模擬與波形聚類分析結(jié)果，利用鄰區(qū)實鉆標定與本區(qū)地震資料對比，明確本區(qū)蓬萊壩組儲層地震相特征為低頻-中強振幅-強連續(xù)特征，蓬萊壩組上段有利區(qū)為圖7a中的②和④，下段有利區(qū)為圖7b中的的⑦和⑧。

依據(jù)研究結(jié)果，部署鉆探順南蓬1井(圖8)，在蓬萊壩組低頻-強振幅-強連續(xù)地震相區(qū)域獲得良好油氣顯示，鉆探過程中發(fā)生溢流并點火成功，驗證了儲層預(yù)測方法的有效性。

5 結(jié)論

1)順南地區(qū)鷹下段開始逐漸出現(xiàn)云灰?guī)r頻繁互層的特征，向下白云石含量逐漸增多，至蓬萊壩組開始出現(xiàn)大套純白云巖地層?；|(zhì)白云巖可分為細晶自形/半自形白云巖和中晶它形白云巖。儲集空間類型主要為微裂縫/裂縫和白云石晶間(溶)孔兩類。斷裂與研究區(qū)內(nèi)幕白云巖裂縫-孔隙性儲層形成關(guān)系密切，構(gòu)造背景下的熱液作用可能是儲層形成的重要成因機制之一。

圖7 順南地區(qū)奧陶系蓬萊壩組地震剖面與波形聚類屬性圖Fig.7 The seismic profile and wave form clustering attribute map of the Ordovician Penglaiba Formation,Shunnan areaa.上層(剖面上綠線-黃線)地震剖面；b.上層波形聚類結(jié)果示意圖；c.下層(剖面上黃線-紫線)地震剖面； d.下層波形聚類結(jié)果示意圖 ①中頻率-弱振幅-弱連續(xù);②低頻率-強振幅-強連續(xù);③中頻率-弱振幅-弱連續(xù);④低頻率-中振幅-強連續(xù);⑤低頻率-弱振幅- 強連續(xù);⑥中頻率-中振幅-強連續(xù);⑦低頻率-中振幅-強連續(xù);⑧低頻率-強振幅-強連續(xù)

圖8 塔里木盆地順南地區(qū)順南蓬1井地震剖面Fig.8 The seismic section acrossing Well Peng 1 in Shunnan area,Tarim Basin

2)在超深層(>7 000 m)低信噪比資料條件下，基于正演模擬及實鉆標定，明確了低頻-中強振幅-強連續(xù)的地震相為白云巖儲層有利發(fā)育區(qū)，利用地震波形的特征分析能夠較好地預(yù)測白云巖儲層發(fā)育情況。

3)白云巖儲層描述與預(yù)測是碳酸鹽巖勘探的重要方向之一，是一個需要長期研究、實踐、再研究的反復過程?；?guī)r、云巖及其互層交替出現(xiàn)，使得儲層在地震資料上反射特征整體偏弱，描述困難，深化白云巖儲層地球物理特征，豐富白云巖儲層預(yù)測技術(shù)，可為塔里木盆地同類型油氣藏的勘探開發(fā)提供一些借鑒。