常少英，李 昌，陳婭娜，熊 冉，谷明峰，邵冠銘，朱 茂，丁振純，張 豪，王小芳

1中國石油杭州地質(zhì)研究院；2中國石油集團碳酸鹽巖儲層重點實驗室

0 前 言

碳酸鹽巖在全球油氣勘探與開發(fā)中占有重要地位，近50%的油氣資源分布在碳酸鹽巖中，近60%的油氣產(chǎn)量來自于碳酸鹽巖。然而，由于受不整合面（或?qū)有蚪缑妫?、斷裂、巖相和后期成巖改造等因素的影響，造成了碳酸鹽巖儲層非均質(zhì)性強、平面分布復雜，因此，碳酸鹽巖儲層地震預測一直是油氣勘探面臨的關鍵科學問題之一。雖然經(jīng)歷了多年的攻關,但目前地震儲層預測主要關注數(shù)學-地球物理算法的改進，大多缺乏地質(zhì)模型的約束，人們還沒有建立基于碳酸鹽巖儲層成因和分布地質(zhì)認識的地震儲層預測技術。隨著海相碳酸鹽巖地質(zhì)研究的深化，迫切需要基于儲層地質(zhì)模型約束的地質(zhì)-測井-地震相結(jié)合的儲層預測技術，以解決復雜碳酸鹽巖儲層預測難題。

碳酸鹽巖地震儲層預測是一個 “找規(guī)律、提信息、做解釋”的過程?！罢乙?guī)律”是儲層預測的基礎，即需要建立基于儲層成因認識的地質(zhì)模型，明確儲層發(fā)育主控因素和分布規(guī)律，為地震儲層預測提供約束條件；“提信息”是關鍵，就是在儲層地質(zhì)模型指導下，通過儲層測井識別和評價圖版的標定，把儲層與非儲層的差異信息從地球物理信號中提取出來；“做解釋”是目的，即依據(jù)差異信息解釋儲層的空間展布形態(tài)和分布［1］。

通過塔里木盆地、四川盆地和鄂爾多斯盆地儲層地質(zhì)模型研究，構(gòu)建碳酸鹽巖地震儲層預測技術知識庫，形成針對不同類型碳酸鹽巖儲集體的預測技術。主要技術內(nèi)涵包括地震層序識別、地震巖石物理分析、全方位縱波地震資料分析和不同類型碳酸鹽臺地縱橫向地震沉積結(jié)構(gòu)描述，提取受不整合面（或?qū)有蚪缑妫嗔?、礁灘相和膏質(zhì)白云巖相帶等因素控制的儲層相關地震信息，刻畫礁灘體外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)育特征，提取能刻畫多孔隙介質(zhì)特征的地震信息，預測和評價斷溶體儲層。該技術在塔北奧陶系巖溶儲層和內(nèi)幕斷溶體儲層、四川盆地震旦系—寒武系礁灘儲層、鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組上組合白云巖風化殼儲層的預測中取得了良好的應用實效，儲層預測吻合率提高20%以上。

1 地震儲層預測的地質(zhì)基礎

碳酸鹽巖儲層成因和分布規(guī)律認識以及儲層地質(zhì)模型是地震儲層預測的基礎，是地球物理信息和儲層地質(zhì)信息之間銜接的關鍵，而儲層測井識別和評價圖版則是實現(xiàn)這種銜接的橋梁。碳酸鹽巖儲層地震預測應建立在儲層地質(zhì)模型約束、儲層測井識別和評價圖版標定的基礎上。

1.1 碳酸鹽巖儲層分布規(guī)律及其控制因素

碳酸鹽巖儲層可劃分為巖溶儲層、礁灘儲層和白云巖儲層等3種類型［2-3］，儲層的分布受大型不整合面、層間巖溶面、斷裂系統(tǒng)、臺地類型、礁灘和白云巖體分布等地質(zhì)要素的控制，儲集空間可劃分為大型巖溶縫洞（直徑＞1 m）、小型巖溶縫洞（直徑為50~1000mm）、溶蝕孔洞（直徑為2～50mm）、孔隙（直徑為0.01～2mm）和微孔隙（直徑為＜0.01mm）。

1.1.1 巖溶儲層

本文主要研究3類巖溶儲層：①石灰?guī)r潛山巖溶儲層。儲集空間以大型的巖溶縫洞為主，分布于碳酸鹽巖潛山區(qū)，儲層往往與大型不整合面密切相關［3］，主要在不整合面之下50～100m的深度范圍內(nèi)發(fā)育，其圍巖為致密的石灰?guī)r。②層間巖溶儲層。儲集空間以小型的巖溶縫洞及溶蝕孔洞為主，與內(nèi)幕層間巖溶面密切相關［3］，位于內(nèi)幕層間巖溶面之下0～50m的范圍，巖溶作用強度不如潛山區(qū)，圍巖也為致密的石灰?guī)r。③斷溶體儲層。儲集空間以巖溶縫洞和溶蝕孔洞為主，與不整合面沒有必然的聯(lián)系，而是與縱橫交錯的復雜斷裂系統(tǒng)有關［3］，圍巖為石灰?guī)r。巖溶縫洞、溶蝕孔洞、斷裂及伴生的裂縫構(gòu)成了斷溶體儲層復雜的縫洞系統(tǒng)，儲層發(fā)育跨度達200～300m。

1.1.2 礁灘儲層

礁灘儲層的巖性可以是石灰?guī)r，也可以是保留或殘留原巖結(jié)構(gòu)的白云巖，但經(jīng)歷白云石化的礁灘儲層，物性要遠好于灰?guī)r礁灘儲層。中國古老深層海相碳酸鹽巖以沉積原生孔隙為主，如經(jīng)歷表生和埋藏溶蝕作用，則可伴生溶蝕孔洞，構(gòu)成多重孔喉結(jié)構(gòu)的儲集體。優(yōu)質(zhì)儲層主要位于向上變淺旋回上部的礁灘體中［3-4］，這類儲層一般在鑲邊臺緣及臺內(nèi)裂陷周緣以礁灘體呈條帶狀分布，厚度較大，而在碳酸鹽緩坡以顆粒灘呈準層狀大面積分布［3］。

1.1.3 白云巖儲層

白云巖儲層包括2類，儲集空間均以孔隙和溶蝕孔洞為主：①埋藏-熱液改造型白云巖儲層，為連續(xù)地層序列中的晶粒白云巖儲層。據(jù)沈安江等［3］研究認為細—中晶白云巖的原巖絕大多數(shù)為礁灘相沉積，其特征和分布規(guī)律與礁灘儲層相似，白云石化往往與發(fā)育的斷裂系統(tǒng)有關。②白云巖風化殼儲層，為不整合面（或?qū)娱g巖溶面）之下的白云巖儲層，包括膏質(zhì)白云巖儲層、礁灘白云巖儲層和晶粒白云巖儲層。其中，膏質(zhì)白云巖儲層沿膏鹽湖周緣呈環(huán)帶狀分布，孔隙以膏模孔為主，位于不整合面之下0～50m的深度范圍；不整合面之下的礁灘白云巖儲層和晶粒白云巖儲層的分布范圍和深度不受不整合面控制，是先存白云巖儲層被抬升到不整合面之下，但表生溶蝕作用可以進一步改善儲層物性［3］。

1.2 儲層測井識別特征

以塔北輪南奧陶系潛山巖溶儲層、四川盆地二疊系茅口組頂部層間巖溶儲層、塔北哈拉哈塘奧陶系斷溶體儲層、四川盆地震旦系—寒武系礁灘儲層、四川盆地中二疊統(tǒng)棲霞組晶粒白云巖儲層、鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組膏質(zhì)白云巖儲層為例，建立5種類型碳酸鹽巖儲層的測井識別方法（表1），為地震儲層預測提供依據(jù)。

巖溶儲層和斷溶體儲層主要以巖溶縫洞為儲集空間，測井響應特征與巖溶縫洞的充填程度與發(fā)育程度有關：未充填溶洞電阻率明顯降低（高阻背景下的低電阻特征），并且井徑擴徑嚴重，當砂泥質(zhì)充填溶洞時，則自然伽馬值較高［5］；溶蝕孔洞越發(fā)育，密度降低幅度越大，電成像上不規(guī)則、較大面積的暗色斑狀或團塊狀顯示越明顯［6-7］。礁灘儲層主要以基質(zhì)孔為儲集空間，發(fā)育少量溶蝕孔洞，常規(guī)測井響應特征表現(xiàn)為低自然伽馬、低密度、低電阻率和高聲波時差、高中子，成像測井動態(tài)圖上分布不規(guī)則的黑色暗斑，反映溶蝕孔洞發(fā)育，孔隙度高 、連通性強［8-9］。晶粒白云巖儲層主要以晶間孔和晶間溶孔為儲集空間，發(fā)育少量溶蝕孔洞，常規(guī)測井曲線一般表現(xiàn)為圓滑的“W”型［10］（“兩高三低”）（表1），當溶蝕孔洞發(fā)育時，電成像測井表現(xiàn)為“豹斑”狀離散不規(guī)則分布的黑色星點。膏質(zhì)白云巖儲層主要以膏?？诪閮臻g，一般深側(cè)向電阻率小于1000Ω·m，淺側(cè)向電阻率小于500Ω·m［11］?；趯@些儲層的常規(guī)測井響應特征、成像測井特征和斯通利波響應特征（表1）的綜合分析，通過井-震標定，為儲層地震預測提供依據(jù)。

表1 碳酸鹽巖不同類型儲層測井響應特征Table 1 Logging response characteristics of different types of carbonate reservoirs

2 地震儲層預測技術進展

由于儲層的分布受大型不整合面、層間巖溶面、斷裂系統(tǒng)、臺地類型、礁灘體和白云巖體分布等地質(zhì)要素的控制，因此準確的地質(zhì)模型是碳酸鹽巖儲層預測的關鍵。結(jié)合中國石油集團碳酸鹽巖儲層重點實驗室關于我國海相碳酸鹽巖儲層成因［3］、多尺度的儲層地質(zhì)建模［12］及構(gòu)造-巖相古地理特征的研究成果［13］，筆者開展了基于儲層地質(zhì)模型約束、測井儲層識別和評價圖版標定的6項地震儲層預測技術攻關（表2），取得了重要進展，為碳酸鹽巖儲層預測提供了技術支撐。

2.1 臺地類型及巖相特征地震識別技術

2.1.1 技術現(xiàn)狀

臺地類型判識對相控型礁灘（白云巖）儲層的分布預測十分重要。長期以來，碳酸鹽臺地類型識別主要利用“相面法”（即利用臺地的地震反射特征，包括反射結(jié)構(gòu)、反射振幅、反射頻率、反射同相軸的連續(xù)性等地震參數(shù)），分析地質(zhì)體的古地貌形態(tài)、坡度、封閉性、鑲邊性及斷控特征，依據(jù)鑲邊、緩坡、陡坡、開放、封閉等要素將碳酸鹽臺地劃分為9種類型［14］。同樣利用“相面法”，對臺緣、臺內(nèi)洼地、臺內(nèi)灘等相帶進行劃分，總結(jié)不同類型碳酸鹽臺地地震沉積學特征，建立沉積模式和地震反射響應特征模版［15］。

2.1.2 技術進展

本文在碳酸鹽臺地識別標準、沉積結(jié)構(gòu)特征、古地貌恢復、臺內(nèi)沉積微相劃分等方面取得4項進展：

（1）量化地震識別標準，構(gòu)建鑲邊臺地臺緣帶、臺內(nèi)裂陷、碳酸鹽緩坡地震沉積結(jié)構(gòu)類型及識別參數(shù)知識庫。

（2）建立了基于露頭資料約束的碳酸鹽臺地地震分頻層序地層劃分技術［12，16］，以表征地震層序的級別、數(shù)目、樣式及層序演化與控制因素，通過對露頭-巖心-測井等資料的綜合分析，得到更加符合碳酸鹽巖沉積結(jié)構(gòu)發(fā)育規(guī)律的結(jié)論。

（3）建立了碳酸鹽緩坡低幅度古地貌恢復技術。如圖1所示：首先根據(jù)現(xiàn)今構(gòu)造圖數(shù)據(jù)確定現(xiàn)今構(gòu)造趨勢面圖數(shù)據(jù)，進而確定各井間網(wǎng)格點的擬構(gòu)造幅度，該擬構(gòu)造幅度為現(xiàn)今構(gòu)造圖上的點相對于現(xiàn)今構(gòu)造趨勢面的豎直方向幅度（圖1a）；接著根據(jù)現(xiàn)今構(gòu)造圖的剝蝕線數(shù)據(jù)確定待推算地區(qū)沉積期的構(gòu)造趨勢面圖數(shù)據(jù)（圖1b）；然后根據(jù)沉積期構(gòu)造趨勢面數(shù)據(jù)和擬構(gòu)造幅度確定沉積期構(gòu)造的相對高低數(shù)據(jù)（圖1c）；最后根據(jù)沉積期構(gòu)造的相對高低數(shù)據(jù)生成沉積期微幅度古地貌。這為碳酸鹽臺地沉積微相劃分提供了依據(jù)。

（4）形成了基于巖石結(jié)構(gòu)數(shù)計算的碳酸鹽巖沉積多參數(shù)巖相識別技術。通過改進的Lucia巖石結(jié)構(gòu)組分測井識別技術，采用基于巖石結(jié)構(gòu)數(shù)計算的多參數(shù)巖相識別技術，實現(xiàn)對碳酸鹽巖巖相橫向展布特征的識別。該技術發(fā)揮了地質(zhì)認識與井-震資料結(jié)合的優(yōu)勢，克服了常規(guī)單一地震屬性分析遇到的多解性難題［17］。

圖1 緩坡型微幅度古地貌恢復示意圖Fig.1 Schematic diagram of micro-amplitude paleogeomorphology restoration of gentle slope type

2.2 層序界面地震識別技術

2.2.1 技術現(xiàn)狀

層序界面（不整合面，巖溶界面）在碳酸鹽巖巖溶儲層形成過程中起著關鍵的控制作用。利用常規(guī)測井資料識別不整合面［18］，一是存在多解性，二是靈敏度不夠。不整合面（風化殼）是一種地層結(jié)構(gòu)，在地震剖面上具強反射響應特征，根據(jù)地震反射同相軸的終止形式可以判別不整合面類型，即依據(jù)不整合面上下地層接觸關系，可識別出上超/削蝕型、整一/削蝕型、上超/整一型、整一/整一型等4種類型。相對于前面3種大型不整合面，第4種整一/整一型主要為層間巖溶界面（如塔北地區(qū)鷹山組三段和四段之間的地層接觸界面［19］），由于發(fā)育在深層碳酸鹽巖內(nèi)幕，往往缺乏地質(zhì)模型，而且受地震反射能量衰減、分辨率低等條件限制，這類界面的地震識別難度較大。

2.2.2 技術進展

通過碳酸鹽巖儲層主控因素和發(fā)育模式研究，發(fā)現(xiàn)普遍存在層序界面控制儲層發(fā)育的規(guī)律，因此，進一步挖掘三維地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)信息，在層序界面的地震識別以及與層序界面有關的儲層預測技術方面，取得以下幾個方面的進展：

（1）層序界面識別技術。地震同相軸對于一、二級層序響應具有較好的一致性，而對于三級層序或者更高級層序而言，地震反射同相軸不一定與傾斜的地質(zhì)時間界面相一致，而是地震頻率成分控制了地震反射同相軸的傾角和結(jié)構(gòu)，如前積碳酸鹽巖臺地邊緣沉積和陸坡沉積中的地震反射［20］。本文在利用地震信息識別更高級別的層序界面方面建立了 “三步法”解決方案：第1步，利用與研究區(qū)相對應的露頭或連井對比剖面建立地質(zhì)模型，并采用不同頻率子波進行地震正演模擬；第2步，選擇能夠表征地質(zhì)模型沉積結(jié)構(gòu)的正演子波頻率，并對原始地震體進行分頻處理，提取能夠表征沉積結(jié)構(gòu)的頻率體；第3步，在取得的頻率體上識別反射結(jié)構(gòu)特征，進行地震層序劃分，完成約束儲層單元的地震層序框架解釋。

（2）層序界面控制下的儲層弱振幅提取技術。該項技術所針對的是受不整合面控制的儲層弱振幅信息如何提取的問題。巖溶不整合界面的上下巖性阻抗差值較大，形成較強振幅的地震反射，屏蔽了不整合面附近弱振幅儲層的地震響應，制約了該類儲層的有效預測。在實際研究過程中，利用主成分分析法去除不整合面的強屏蔽，即提取地震數(shù)據(jù)中代表背景的信息，去除其屏蔽效應，剩余的有效信息則反映弱振幅儲層信息，這個過程就是把強反射背景隱藏下的、不整合面以下能反映儲層特征的有效反射信號釋放出來，使儲層地震響應特征更清晰，從而達到有效預測儲層的目的（圖2）。

圖2 受不整合面控制的弱地震振幅儲層提取正演Fig.2 Forward modeling of weak seismic amplitude extraction of reservoir controlled by unconformity

（3）去除薄層地震反射調(diào)諧效應的分頻融合技術。該項技術針對的地質(zhì)問題是：在層間巖溶地層中，往往發(fā)育薄層碳酸鹽巖儲層，地震信號通過這類儲層的上下2個界面時，容易產(chǎn)生地震波的調(diào)諧效應（因地層厚度變化帶來振幅變大或變小，與儲層本身的性質(zhì)沒有關系），制約了有效儲層的預測。技術對策的內(nèi)涵是利用分頻融合，進行調(diào)諧反演具有去子波恢復地層厚度的功能，去除調(diào)諧效應，用于薄層的儲層識別，可以提高薄儲層預測準確率。

2.3 巖溶儲層地震識別技術

2.3.1 技術現(xiàn)狀

巖溶儲層具有強地震振幅特征，振幅類和頻率類地震屬性在縫洞處有異常表現(xiàn)。目前已經(jīng)形成了一系列巖溶儲層地震預測技術［21-23］，如儲層井-震精細標定技術、巖溶古地貌分析技術、地震多屬性儲層預測技術、疊后地震波阻抗反演和疊前地震彈性參數(shù)反演技術、地震相波形分類分析技術、基于波動方程的地震正演技術、基于地震各向異性分析的裂縫預測技術、儲層空間三維可視化雕刻技術、多信息融合儲層綜合評價技術等。這些技術主要用于易識別的大型巖溶洞穴的預測。然而，巖溶洞穴型儲層非均質(zhì)性強，橫向連通性識別較難，小型洞穴和孔洞的地震響應特征并不十分明顯，僅僅依賴地球物理手段無法準確定義識別儲層的閾值。

2.3.2 技術進展

針對巖溶儲層預測向精細化發(fā)展的生產(chǎn)需求，在以下4個方面取得進展：

（1）巖溶儲層分層解釋技術［24-27］。 采用“三步驟”進行巖溶儲層分層解釋評價：首先，依據(jù)儲層受海平面升降、構(gòu)造運動控制的成巖機理以及結(jié)合現(xiàn)代巖溶水文知識，在古地貌恢復的基礎上，按古地貌由高到低的順序選取代表井，確定巖溶排泄基準面，劃分單井洞穴層；然后，選取等時沉積界面，拉平地震數(shù)據(jù)體，將單井洞穴層標定在地震剖面上；最后，精細解釋出洞穴層，提取振幅均方根屬性，預測每一層洞穴的平面分布，在單層洞穴分布認識的基礎上，分析洞穴的連通性。

（2）雜亂弱振幅反射特征儲層預測技術。該技術利用巖溶趨勢面分析方法，近似求取地層界面反射波，根據(jù)波的疊加原理，有效分解出縫洞型儲層的地震響應，從而達到對縫洞型儲層有效預測的目的。地震波趨勢異常預測技術不但能識別串珠狀地震反射所代表的儲層，還可有效識別雜亂狀弱振幅地震反射所代表的儲層。

（3）利用相干加權(quán)能量變化屬性和多子波分解與重構(gòu)技術［28］，以類似于“儲層編碼”的形式表達不同儲層類型及發(fā)育程度，精細標定不同類型巖溶儲層的地震反射特征。

（4）形成基于地震屬性組合的巖溶儲層預測新方法：①斷裂-裂縫系統(tǒng)識別組合方法，包括多窗口掃描、構(gòu)造導向濾波、相干類屬性、方差類屬性、邊緣檢測、邊緣保護平滑濾波、紋理類屬性、能量梯度屬性、體曲率類屬性、基于曲率屬性的玫瑰圖、振幅差異屬性、螞蟻體、形態(tài)指數(shù)等；②孔洞儲層識別地震屬性組合，包括自定義屬性體計算、數(shù)據(jù)比例融合、基于沉積模式的地層切片、單頻類（高亮體）屬性、時頻分析。

2.4 斷溶體儲層地震識別技術

2.4.1 技術現(xiàn)狀

對于斷裂控制的巖溶儲層預測，斷裂的識別是關鍵步驟。不同尺度的斷裂系統(tǒng)往往會采用不同的識別技術。大尺度斷裂系統(tǒng)（一般指幾百米至千米級的斷裂系統(tǒng)）的識別主要應用相干類技術，通過計算縱向和橫向局部波形的極性、振幅、相位的相似性而得到的相干值來判斷，地層邊界、特殊巖性體的不連續(xù)性產(chǎn)生低相干值。中等尺度斷裂系統(tǒng)（一般指數(shù)十米至百米級的斷裂系統(tǒng)）的識別主要采用頻率域三維斷裂檢測技術，通過高分辨率頻譜分解，生成一系列單頻體，得到其相應的振幅體和相位體，再對不同頻率的振幅體和相位體進行邊緣增強，從而識別波形、振幅和相位等的不連續(xù)屬性，采用自適應的主成分分析法得到反映不同尺度斷裂的檢測屬性體和數(shù)據(jù)體。小尺度斷裂系統(tǒng)（數(shù)米至數(shù)十米級的斷裂系統(tǒng)）的識別主要利用地震屬性敏感信息，重新計算地震屬性和排列組合，分析地層傾角，進行構(gòu)造導向濾波處理，然后提取多頻段地震數(shù)據(jù)，采用相干增強技術精細刻畫小斷層。

2.4.2 技術進展

針對受不同性質(zhì)、不同尺度斷裂控制的儲層預測，在以下3個方面取得進展：

（1）逆沖走滑斷裂形成的斷溶體識別。由于斷距小，易受地震波調(diào)諧效應影響，識別難度較大。技術對策主要有：①提取地震屬性敏感信息，并制定敏感地震屬性組合，具體過程為首先分析地層傾角，進行構(gòu)造導向濾波處理，然后提取多頻段地震數(shù)據(jù)，最后采用多尺度體曲率、相干、方差、邊緣檢測、傾角、螞蟻體、斷層形態(tài)指數(shù)等計算方法和主成分分析屬性融合技術，取得更好的裂縫識別效果（圖3）；②應用較新的最大似然法斷裂系統(tǒng)預測計算方法［29］，通過對地震數(shù)據(jù)體掃描，計算數(shù)據(jù)樣點之間的相似性，獲得斷裂發(fā)育的最可能位置及概率；③利用OVT域數(shù)據(jù)五維地震裂縫預測等技術的優(yōu)勢［30］，為解決該類斷裂預測的難題提供了新的手段。

（2）斷溶體微裂縫系統(tǒng)（特別是溶蝕縫）的識別。這類裂縫系統(tǒng)受構(gòu)造影響較小，地震響應弱，識別難度大，因此需要依據(jù)溶蝕縫受暴露面、沉積相帶控制的規(guī)律，在各向異性介質(zhì)方位AVO分析的基礎上，利用自適應AVO疊前各向異性檢測技術，消除各項同性后進行疊前裂縫檢測，從而克服了常規(guī)疊加處理的缺陷，使地震資料的分辨率得到大幅度提高，從而使裂縫檢測結(jié)果更加可靠。

（3）斷溶體儲層邊界識別技術。由于斷溶體受斷裂及巖性的雙重影響，因此確立基底斷裂精細描述、有利巖相分析、精細地震屬性分析的技術路線，采用各向異性高斯濾波器的梯度結(jié)構(gòu)張量分析（振幅梯度對三維地震數(shù)據(jù)體圖像進行紋理分析）方法，得到較準確的傾角、反映沉積結(jié)構(gòu)的混沌和橫向梯度等，再用傾角和相干數(shù)據(jù)體結(jié)合得到高精度的相干和曲率來精細刻畫斷裂系統(tǒng)及巖相，從而實現(xiàn)斷溶體儲層邊界識別［31-34］。

圖3 應用常規(guī)技術與新屬性融合技術識別斷裂-裂縫的效果對比Fig.3 Effect comparison of conventional technology and new attribute fusion technology in identifying fault-fracture

2.5 礁灘體地震識別技術

2.5.1技術現(xiàn)狀

礁灘儲集體預測主要依據(jù)地震剖面上直接和間接的識別標志（地震反射特征）［35］。直接標志包括外部和內(nèi)部特征：外部特征表現(xiàn)為丘狀和透鏡狀地震反射，礁灘體外部邊緣常出現(xiàn)上超及繞射等特有的地震反射現(xiàn)象；內(nèi)部特征表現(xiàn)為振幅、頻率和相位的連續(xù)性及結(jié)構(gòu)與圍巖有較大的差別，礁灘內(nèi)部反射較為雜亂或無反射。間接標志是由于速度差異，在礁灘體部位常出現(xiàn)上拉或下拉及在礁灘體上方有披覆現(xiàn)象，波形聚類是地震相分析的常規(guī)手段，也是巖相和沉積相分析的基礎，可以表征塊狀介質(zhì)厚層的構(gòu)形特征。

2.5.2技術進展

依據(jù)地震反射特征預測礁灘體存在多解性，隨著礁灘儲層勘探開發(fā)的深入，需要進行更為精細的地震表征技術。在礁灘地質(zhì)模型解剖認識的基礎上，隨著地震處理手段和礁灘體成像精度的提高，礁灘儲層的地震預測技術取得了重要進展，主要體現(xiàn)在3個方面：

（1）臺地邊緣礁灘體沉積構(gòu)型地震描述技術。通過對儲層類型、物性、厚度、測試結(jié)果及頻譜特征、空間位置、幾何形態(tài)等主要儲層特征參數(shù)進行統(tǒng)計，明確礁灘復合體外部多為不對稱的正向楔狀體，內(nèi)幕主要存在串珠狀強振幅、非串珠弱振幅等多種優(yōu)質(zhì)儲層地震響應特征［36-38］。

（2）臺內(nèi)泛灘儲層地震預測技術。引進“埋藏深度約束的相控”概念，“相”就是一個由單井解釋的巖性、物性、含油性定義的巖層類別，不同的巖層類別代表了不同的彈性參數(shù)組合 （巖石物理參數(shù)組合），在深度趨勢約束下，用地震彈性參數(shù)將其區(qū)分，結(jié)合貝葉斯分類算法參與地震反演，達到泛灘儲層分布預測的目的。

（3）臺內(nèi)相帶分異地震多屬性分析技術。碳酸鹽臺內(nèi)沉積體系存在面狀和塊狀2種沉積特征。因此，需要尋求能表征這2種沉積特征的地震屬性，經(jīng)分析分別確定為地震結(jié)構(gòu)類信息與沉積屬性類信息，通過融合這2種屬性來表征碳酸鹽臺內(nèi)沉積結(jié)構(gòu)［39］。同時，采用波阻抗反演和基于調(diào)諧與分頻分析的高分辨率儲層預測技術，提高礁灘體的分辨能力與刻畫精度，從而刻畫臺地內(nèi)部巖相分異特征。

2.6 白云巖體地震識別技術

2.6.1技術現(xiàn)狀

常規(guī)晶粒白云巖地震儲層預測技術主要是通過井-震儲層標定、波阻抗反演或提取多種與儲層有關的地震屬性，繼而建立不同地震屬性與某些地質(zhì)參數(shù)之間的關聯(lián)性，包括明確地震屬性中的振幅、阻抗、頻率及能量衰減等4種基本類型參數(shù)的特征意義［40］，從而實現(xiàn)晶粒白云巖儲層地震預測。然而，白云巖巖相識別存在2個難點：一是巖相非均質(zhì)性強，單靠測井數(shù)據(jù)，無法掌握巖相橫向變化快的特點；二是地層結(jié)構(gòu)復雜，晶粒白云巖與泥灰?guī)r呈薄互層出現(xiàn)，各反射界面之間的反射波彼此干涉，地質(zhì)特征解譯尚不夠清晰，在缺乏井-震數(shù)據(jù)有效結(jié)合的情況下,單靠地震剖面很難識別出白云巖巖相的邊界。

2.6.2技術進展

針對白云巖儲層預測的難點，本文研究通過技術攻關在以下3個方面取得進展：

（1）白云巖儲層巖石物理敏感參數(shù)分析技術。白云石含量高低對儲層儲集性能有較大影響［41］，這為應用地震屬性識別層序格架內(nèi)白云巖儲層分布提供了理論依據(jù)。在開展鉆井取心段測井巖性識別的基礎上，通過巖石物理分析明確楊氏模量與縱橫波的速度比能夠識別白云石含量，而通過楊氏模量與白云石含量的統(tǒng)計回歸可以確定白云石含量與楊氏模量的關系。據(jù)此，在疊前彈性參數(shù)反演的基礎上，利用重構(gòu)單井白云石含量曲線進行白云石含量反演，確定高白云石含量的儲層平面及縱向分布特征。最后綜合應用疊后地震反演獲得的波阻抗值和疊前地震反演獲得的縱橫波速度比，實現(xiàn)對白云巖儲層的預測［42-45］。

（2）白云石化灘相控建模技術。采用貝葉斯-蒙特卡洛隨機模擬相控建模和大數(shù)據(jù)分析技術，自動建立地震相與測井 “白云石化灘相”之間的對應關系，這樣不僅可以模擬波阻抗，而且可以模擬任何對白云石化灘相儲層敏感的曲線，模擬結(jié)果在縱向上與測井資料的分辨率保持一致，橫向上與地震分辨率一致，從而精細預測白云巖儲層、流體、物性的空間分布。

（3）內(nèi)幕白云巖巖溶儲層預測技術。首先通過地震純波數(shù)據(jù)的相對波阻抗計算，獲得純波相對波阻抗體；再對地震純波數(shù)據(jù)體進行地層Q吸收因子計算，獲得地層Q吸收數(shù)據(jù)體；然后構(gòu)建相對波阻抗與Q吸收數(shù)據(jù)體的融合公式，以及統(tǒng)計已鉆井儲層阻抗及吸收因子信息優(yōu)化雙屬性融合參數(shù)；最后利用新型融合參數(shù)的數(shù)據(jù)體來預測儲層分布。

3 應用實效分析

碳酸鹽巖儲層地震預測技術進展為儲層分布預測提供了技術支撐。由于儲層的成因和分布受多種因素控制，所以各個地區(qū)的儲層預測需要針對相應的地質(zhì)要素進行地震識別技術的組合應用，達到綜合預測儲層分布的目的。

3.1 巖溶儲層地震預測應用實效

這類儲層的地震識別，需要應用不整合面識別和巖溶儲層地震識別2項關鍵技術，綜合預測巖溶縫洞的分布。本文以塔里木盆地輪古西奧陶系潛山巖溶儲層預測為例［24，27］，展示這兩項關鍵技術的應用實效。

輪古西地區(qū)位于塔北隆起輪南低凸起，奧陶系鷹山組油藏的埋深超過5600m，儲層發(fā)育受不整合面和表生巖溶作用控制，儲集空間以大型巖溶縫洞為主。首先通過對研究區(qū)46口鉆井巖溶洞穴的測井識別和統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)不整合面之下發(fā)育4層巖溶縫洞體（圖4）：第1層厚度為80～100m，第2層厚度為110～160 m，第3層厚度為120～175m，第4層厚度為120～180m，儲集空間均為縫洞-孔洞儲層。據(jù)此，在古地貌恢復的基礎上，應用不整合面識別和巖溶縫洞分層地震解釋技術，對這4層巖溶縫洞體進行平面分布預測（圖5）。

從圖5可以看出，巖溶殘丘及巖溶溝谷是主要的古地貌形態(tài)（圖5中黃色代表巖溶臺地，藍色代表巖溶洼地，深藍色線條為巖溶溝谷)，自東向西可劃分為巖溶臺地、巖溶斜坡和巖溶洼地三級巖溶地貌，在地表相連的巖溶溝谷形成古明河，而在潛山面以下相連的洞穴則形成暗河。奧陶系鷹山組巖溶儲層主要為泥晶灰?guī)r、亮晶砂屑灰?guī)r,其中裂縫和溶蝕孔洞相互溝通，形成了以縫洞系統(tǒng)為主要儲集空間的碳酸鹽巖儲集體。

圖4 塔北輪古西奧陶系潛山巖溶洞穴縱向發(fā)育統(tǒng)計圖Fig.4 Longitudinal development statistics of karst caves of Ordovician buried hill in west Lungu of Tabei Uplift,Tarim Basin

圖5 塔北輪古西奧陶系潛山巖溶儲層分層預測圖（據(jù)參考文獻［24］）Fig.5 Stratigraphic prediction map of karst reservoir of Ordovician buried hill in west Lungu of Tabei Uplift,Tarim Basin(cited from literature ［24］)

3.2 斷溶體儲層地震預測應用實效

這類儲層的地震識別，需要應用斷裂系統(tǒng)和巖溶縫洞識別2項關鍵技術。本文以塔北哈拉哈塘油田奧陶系潛山區(qū)斷溶體儲層預測為例［32］，展示這2項地震儲層預測技術的應用實效。

哈拉哈塘油田位于塔北隆起輪南低凸起的西部斜坡帶，被滿加爾、草湖等生排烴凹陷環(huán)繞，儲層受斷裂控制明顯，巖溶洞穴沿斷裂分布，是典型的斷溶體油氣藏。目的層奧陶系各組地層平緩，整體表現(xiàn)為向東南方向傾斜的單斜構(gòu)造,現(xiàn)今構(gòu)造面貌是多期構(gòu)造運動疊加改造的結(jié)果，斷裂展布及發(fā)育受控于多期次的構(gòu)造運動。采用斷溶體油藏斷裂系統(tǒng)解釋技術和巖溶縫洞識別技術（圖6），首先進行斷層分層系解釋，為斷裂分段評價提供基礎資料，并解釋不同斷裂帶之間、同一斷裂不同發(fā)育段之間含油氣規(guī)模的差異；然后，在斷裂系統(tǒng)識別的基礎上進行斷溶體劃分和評價（如圖7，等值線為儲層厚度，紅線為斷溶體油藏單元邊界）。斷溶體劃分和評價為斷溶體油藏勘探和高效開發(fā)井部署實現(xiàn)由點狀溶洞向溶蝕斷裂面的轉(zhuǎn)變發(fā)揮了重要的作用，鉆井成功率由65%提高到82%。

圖6 塔北哈拉哈塘油田奧陶系潛山區(qū)結(jié)構(gòu)張量地震屬性斷裂預測剖面圖Fig.6 Fracture prediction profile of structural tensor seismic attribute of Ordovician buried hill in Halahatang oilfield of Tabei Uplift,Tarim Basin

圖7 塔北哈拉哈塘油田奧陶系潛山區(qū)斷溶體油藏邊界劃分及評價圖Fig.7 Boundary division and evaluation map of fault-karst reservoir of Ordovician buried hill in Halahatang oilfield of Tabei Uplift,Tarim Basin

3.3 礁灘儲層地震預測應用實效

以四川盆地龍女寺地區(qū)寒武系龍王廟組為例展示礁灘儲層預測技術的應用實效。四川盆地龍王廟組沉積期發(fā)育典型的碳酸鹽緩坡，在緩坡背景下，隨海平面升降發(fā)生的高能帶側(cè)向遷移，造成臺內(nèi)規(guī)模發(fā)育的泛灘呈準層狀大面積分布，并發(fā)生白云石化。龍王廟組顆粒灘白云巖儲層無論是側(cè)向上還是垂向上均具有強烈的非均質(zhì)性，顆粒灘（主要為砂屑白云巖）是孔隙的載體，灘間的泥晶白云巖較為致密，導致側(cè)向上儲層與致密層相互交替。顆粒灘主要發(fā)育于向上變淺旋回的上部，并受層序界面控制，垂向上多套發(fā)育，相互疊置。所以緩坡臺地背景下的白云石化灘體識別是龍王廟組儲層預測的關鍵。

在井-震標定的基礎上，應用臺地類型、礁灘體和白云巖體地震識別這3項技術進行儲層預測：首先基于地震層序地層體，在關鍵層序界面切片上進行巖相劃分，引入巖相信息，建立統(tǒng)計巖石物理巖相模型；然后構(gòu)建基于巖相約束的目標反演函數(shù)，利用統(tǒng)計巖石物理巖相模型產(chǎn)生包含巖相信息的彈性參數(shù)與儲層物性參數(shù)訓練樣本集；最后利用訓練樣本集，對基于巖相約束的目標反演函數(shù)進行求解，獲得川中龍王廟組白云巖儲層分布預測圖（圖8）。龍王廟組顆粒灘儲層主要發(fā)育于龍王廟組上段，受海岸線控制，海岸線的遷移導致顆粒灘大面積分布。通過地震識別技術的應用使礁灘體預測驗證吻合率由原來的76%提高到93%。

3.4 晶粒白云巖儲層地震預測技術應用實效

這類儲層的地震識別，需要應用不整合面、斷裂系統(tǒng)、白云巖體地震識別3項關鍵技術。本文以川東地區(qū)棲霞組晶粒白云巖儲層預測為例，展示這3項技術的應用實效。

川東地區(qū)棲霞組儲層的主要巖性是晶粒白云巖(殘余顆粒白云巖和中—細晶白云巖),溶蝕孔洞、殘余粒間孔、生物體腔孔和裂縫是主要儲集空間,顆粒灘亞相、準同生溶蝕作用是儲層形成的主控因素,其中顆粒灘是儲層發(fā)育的物質(zhì)基礎和原生孔隙的載體,準同生溶蝕作用將原生孔隙擴溶成孔洞,是改善儲集空間的關鍵。因此不整合面識別和相控反演是預測該類儲層分布的關鍵技術手段。

圖8 川中龍王廟組顆粒灘白云巖儲層預測Fig.8 Prediction of granulated shoal dolomite reservoir of Longwangmiao Formation in central Sichuan Basin

利用不整合面識別技術系列中的層序界面分離法去除低頻旋回層序界面的地震波形，剩余地震波形的變化反映了次級旋回沉積環(huán)境和巖性組合的空間變化，同時使地震剖面上的斷裂系統(tǒng)更加清晰（圖9），更能表征儲層受層序界面及斷裂控制的發(fā)育特征。然后針對剩余地震波形數(shù)據(jù)體，采用貝葉斯-蒙特卡洛隨機模擬相控建模和大數(shù)據(jù)分析技術，自動建立地震相與測井 “白云石化灘相”之間的對應關系，結(jié)合波阻抗模擬，較好地達到晶粒白云巖儲層地震預測的效果。通過該技術的運用，刻畫了川東地區(qū)棲霞組晶粒白云巖儲層的分布，白云巖儲層為低阻抗響應特征（見圖10紅色部分）。

圖9 川東檀木場地區(qū)去除不整合面技術應用前后地震剖面Fig.9 Seismic profiles before and after application of unconformity surface removal technology in Tanmuchang area in east Sichuan Basin

圖10 川東檀木場地區(qū)棲霞組晶粒白云巖儲層預測分布圖（波阻抗反演）Fig.10 Prediction map of crystalline dolomite reservoir of Qixia Formation in Tanmuchang area of east Sichuan Basin(impedance inversion)

3.5 膏質(zhì)白云巖儲層地震預測技術應用實效

這類儲層的地震識別，需要應用不整合面、相控反演地震識別2項關鍵技術。本文以鄂爾多斯盆地馬家溝組上組合白云巖儲層預測為例，展示這2項技術的應用實效。

鄂爾多斯盆地東南部地區(qū)馬家溝組上組合（馬五1—馬五4）受海進—海退旋回性變化的影響，沉積環(huán)境為碳酸鹽臺地背景下的蒸發(fā)潮坪，沉積微相主要發(fā)育泥質(zhì)白云巖坪、灰質(zhì)白云巖坪、膏質(zhì)白云巖坪和含膏白云巖坪，巖石類型主要有含膏細—粉晶白云巖、砂屑白云巖、粉晶白云巖和含灰白云巖，這一時期蒸發(fā)和暴露作用較強，主要發(fā)育膏質(zhì)白云巖風化殼儲層。依據(jù)地質(zhì)認識，首先識別不整合面，構(gòu)建能夠反映地質(zhì)特征的低頻初始模型，同時通過構(gòu)建地震巖石物理模型，建立了地球物理參數(shù)和儲層巖性間的對應關系（圖11），這為上組合白云巖儲層和含氣性預測奠定了理論基礎。研究表明：橫波波阻抗基本能夠區(qū)分白云巖，泊松比或拉梅系數(shù)能識別有效含氣儲層（中—粗晶白云巖）（圖12）。

圖11 鄂爾多斯盆地東南部地區(qū)馬家溝組上組合巖石物理分析圖版Fig.11 Petrophysical analysis chart of upper assemblage of Majiagou Formation in Southeast Ordos Basin

圖12 鄂爾多斯盆地東南部地區(qū)馬家溝組上組合膏質(zhì)白云巖相控有效儲層預測剖面圖Fig.12 Prediction profile of effective reservoir controlled by gypsum and dolomite of upper assemblage of Majiagou Formation in Southeast Ordos Basin

4 結(jié) 論

本文開展了地質(zhì)-測井-地震一體化的碳酸鹽巖儲層地震預測技術攻關，形成了基于碳酸鹽巖儲層成因和分布規(guī)律地質(zhì)認識、儲層地質(zhì)模型約束的地震儲層預測技術，并取得良好的應用實效。

（1）形成了臺地類型及巖相特征地震識別、層序界面（不整合面、巖溶界面）地震識別、巖溶儲層地震識別、斷溶體儲層地震識別、礁灘體地震識別和白云巖體地震識別等6項技術，為巖溶儲層、礁灘儲層和白云巖儲層預測提供了技術手段。

（2）針對不同成因類型碳酸鹽巖儲層，在明確其分布主控因素的基礎上，優(yōu)選地震儲層預測技術組合，在塔里木盆地、四川盆地和鄂爾多斯盆地的巖溶儲層、礁灘儲層和白云巖儲層預測中取得了良好的應用實效，儲層預測驗證吻合率提高了20%以上。