王 鑫， 關(guān) 新， 譚開俊， 樂幸福， 呂文正， 張建新， 張 強(qiáng)

(1.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院西北分院，甘肅 蘭州 730020；2.西南石油大學(xué)， 四川 成都 610500；3.中國(guó)石油西南油氣田分公司，四川 成都 610051)

生物礁是由固著生物所建造的原地沉積的碳酸鹽生物建隆。近年來，四川盆地川東北地區(qū)生物礁氣藏連獲突破(洪海濤等，2008)，在普光、龍崗、元壩地區(qū)上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興組均發(fā)現(xiàn)有生物礁大氣田(趙文光等，2010)，進(jìn)一步確立了四川盆地上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興組生物礁氣藏的巨大勘探潛力。

四川盆地生物礁儲(chǔ)層屬于典型的隱蔽油氣儲(chǔ)層，使得生物礁儲(chǔ)層地球物理預(yù)測(cè)存在較多問題。①生物礁油氣儲(chǔ)層多為構(gòu)造-巖性型油氣儲(chǔ)層，為復(fù)雜的巖相復(fù)合圈閉，空間展布具有不規(guī)則性，基于常規(guī)地震同相軸對(duì)比追蹤的“地震相面法”或構(gòu)造勘探方法難以準(zhǔn)確成圖和成像(殷積峰，2008)。②生物礁與非生物礁巖石的物性差異較小，引起地震波運(yùn)動(dòng)學(xué)特征差異不明顯，增加了地球物理反演的不適應(yīng)性(陳勇，2011)。③生物礁儲(chǔ)層內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、巖石類型多、厚薄不一，導(dǎo)致地球物理響應(yīng)特征變化大，無固定模式，且與某些地質(zhì)體(如火山巖體、泥丘、濁積體等)的地震反射結(jié)構(gòu)具有一定的相似性，容易混淆，為勘探開發(fā)帶來難度。

除上述難點(diǎn)外，LHC地區(qū)由于地表地形高差大、出露地層褶皺強(qiáng)烈、地下地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、儲(chǔ)層埋藏較深，導(dǎo)致地震波場(chǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜，地震資料的分辨率和信噪比較低，識(shí)別和解釋生物礁難度更大，導(dǎo)致該區(qū)勘探開發(fā)進(jìn)程受到較大影響。因此，針對(duì)本地區(qū)實(shí)際情況，本次研究從生物礁儲(chǔ)層發(fā)育背景研究入手，采用“相帶劃分—生物礁識(shí)別—儲(chǔ)層反演”逐級(jí)控制的思路，開展相控約束下的生物礁儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，綜合運(yùn)用正演模擬、地震相分析、地震屬性分析和疊前彈性參數(shù)反演等方法，形成適合本地區(qū)生物礁儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的技術(shù)系列，以破解生物礁預(yù)測(cè)難點(diǎn)，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)生物礁儲(chǔ)層展布規(guī)律，加快該區(qū)的勘探開發(fā)進(jìn)程，并為同類型儲(chǔ)層預(yù)測(cè)工作提供借鑒。

1 研究區(qū)概況

LHC地區(qū)構(gòu)造位置處于川東高陡構(gòu)造帶，橫跨華鎣山，晚二疊世處于開江-梁平海槽西側(cè)，發(fā)育開闊臺(tái)地相、臺(tái)地邊緣相、斜坡-海槽相。該地區(qū)處于生烴中心邊緣， 受控于上二疊統(tǒng)烴源層以及下伏烴源層多源聯(lián)合供烴(鄒才能等，2011)，氣源充足，上覆地層發(fā)育多套蓋層，區(qū)內(nèi)油氣成藏主要受控于儲(chǔ)層發(fā)育情況。LHC地區(qū)西鄰龍崗氣田，東靠鐵山氣田，長(zhǎng)興組共鉆井8口，有3口井位于臺(tái)緣帶，測(cè)試2口，獲工業(yè)氣井2口，測(cè)試產(chǎn)量均較高。

2 生物礁儲(chǔ)層特征

LHC地區(qū)生物礁根據(jù)礁的生長(zhǎng)形態(tài)及與陸地的關(guān)系可定義為岸礁或裙礁 (張永剛等，2011)，主要分布在開江-梁平長(zhǎng)興期古海槽西側(cè)臺(tái)地邊緣，其分布范圍和形態(tài)與沿岸水下地形特征和水深情況密切相關(guān)，礁體在研究區(qū)規(guī)模不大且側(cè)向間斷發(fā)育(劉偉等，2014)。區(qū)塊內(nèi)生物礁巖性為海綿骨架灰?guī)r、顆?；?guī)r，儲(chǔ)層主要分布在長(zhǎng)興組頂部，呈厚層分布，主要為殘余海綿骨架云巖、殘余顆粒白云巖及角礫狀白云巖等，儲(chǔ)集空間以晶間孔、晶間溶孔為主；儲(chǔ)層孔隙度平均值為4.83%，滲透率平均值為0.52×10-3μm2，整體具低孔-低滲特征。儲(chǔ)層在電性特征上表現(xiàn)為低自然伽馬(整體小于50 API)，低密度(整體低于2.8 g/cm3)，高中子(整體大于4%)，高聲波時(shí)差(整體大于160 μs/m)，但儲(chǔ)層與圍巖測(cè)井響應(yīng)差異不大，且有重疊部分，這一特征也使得生物礁的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)較為復(fù)雜。

3 生物礁儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

根據(jù)本區(qū)生物礁規(guī)模小，側(cè)向連續(xù)性差，儲(chǔ)層直接預(yù)測(cè)困難的特點(diǎn)，本研究將從生物礁儲(chǔ)層發(fā)育背景研究入手，開展相控約束下的生物礁儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。首先在地震上對(duì)臺(tái)緣相帶進(jìn)行劃分，然后在臺(tái)緣相帶內(nèi)借由生物礁特殊的沉積地貌和巖石學(xué)特征而引起的地震響應(yīng)特征對(duì)生物礁進(jìn)行刻畫，再在生物礁發(fā)育范圍內(nèi)進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。下面結(jié)合研究區(qū)實(shí)際地震資料對(duì)生物礁儲(chǔ)層預(yù)測(cè)進(jìn)行詳細(xì)論述。

3.1 臺(tái)緣相帶劃分

臺(tái)緣相帶劃分是本次生物礁儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究的入手點(diǎn)。地震相研究是目前碳酸鹽巖相帶劃分的主要手段(劉洋等，2016)，總的來說，臺(tái)地相和海槽相由于沉積相對(duì)穩(wěn)定，地震相表現(xiàn)為波形連續(xù)性好，振幅較強(qiáng)。而臺(tái)緣和斜坡相巖性不穩(wěn)定，變化較大，地震相呈中連續(xù)—弱連續(xù)、低頻、低振幅反射地震相，臺(tái)緣相與臺(tái)地相、斜坡相的界線往往很難界定。為了更準(zhǔn)確的刻畫相帶范圍，本次研究以正演模型指導(dǎo)下的相界線確定為準(zhǔn)則，再利用敏感屬性對(duì)臺(tái)緣相在平面上的展布進(jìn)行刻畫。

根據(jù)本區(qū)上三疊系地質(zhì)特征，建立適合于本區(qū)特點(diǎn)的反映臺(tái)緣相帶邊界的初始速度模型。目的層上覆地層為飛仙關(guān)組地層，自下而上發(fā)育泥質(zhì)灰?guī)r、微晶灰?guī)r及含泥質(zhì)灰?guī)r，整體較為致密，速度分別取5 988 m/s，6 400 m/s，6 050 m/s。含臺(tái)緣生物礁碳酸鹽巖地層為長(zhǎng)興組地層，自下而上可細(xì)分為生物灰?guī)r(礁基)、礁灰?guī)r(礁核)、白云巖(礁頂)，速度分別取5 680 m/s、6 097 m/s、6 250 m/s。以此模型為基礎(chǔ)，依據(jù)實(shí)際地震資料的頻譜特征，選取主頻為26 Hz 的 Ricker 子波作為入射脈沖，通過波動(dòng)方程正演模擬，得到正演模擬的地震響應(yīng)記錄。由圖1所示正演模擬結(jié)果可看出，臺(tái)緣長(zhǎng)興組頂部表現(xiàn)為中—強(qiáng)波峰反射，這是因?yàn)閺纳细驳母咚倌噘|(zhì)灰?guī)r進(jìn)入低速的礁灰?guī)r形成了正反射系數(shù)，因此形成波峰反射；斜坡長(zhǎng)興組頂部則因上下巖性接近呈空白反射，振幅較弱且波形不連續(xù)，臺(tái)緣與斜坡相帶邊界地震上主要表現(xiàn)為振幅值由強(qiáng)變?nèi)?。相類似的，臺(tái)緣與臺(tái)地相帶邊界地震上主要也表現(xiàn)為振幅值由強(qiáng)變?nèi)醯奶卣鳌?/p>

通過正演模型得到臺(tái)緣相帶邊界的響應(yīng)特征均表現(xiàn)為振幅的變化，以此為依據(jù)，本次研究在剖面識(shí)別的基礎(chǔ)上，確定最大波峰振幅為敏感屬性，在平面上對(duì)臺(tái)緣相帶邊界進(jìn)行刻畫。本次屬性提取時(shí)窗以包含完整相位為原則，考慮到地震資料頻率在不同區(qū)域變化較大的實(shí)際情況，本次反映臺(tái)緣與斜坡相帶邊界的屬性提取時(shí)窗為長(zhǎng)興組頂部向下20 ms，反映臺(tái)緣與臺(tái)地相帶邊界屬性提取時(shí)窗為長(zhǎng)興組頂部向下10 ms。圖2所反映的是臺(tái)緣與斜坡相帶邊界，邊界在平面上呈曲折線，沿北西-南東向展布，臺(tái)緣相帶呈現(xiàn)色彩不均勻，表明臺(tái)緣相帶側(cè)向變化快，臺(tái)緣靠海部位振幅較強(qiáng)(綠色)，而相鄰斜坡相帶振幅較弱(藍(lán)色)，色彩連續(xù)均勻，表明該相帶沉積相對(duì)穩(wěn)定，臺(tái)緣與斜坡相帶色差明顯，反映相帶邊界清晰。臺(tái)緣與臺(tái)地相帶邊界也呈類似特征。

通過分別厘定臺(tái)緣相與斜坡相、臺(tái)緣相與臺(tái)地相的界線，刻畫出了工區(qū)臺(tái)緣相帶，在平面上沿北西-南東向呈曲折條帶狀展布，相帶寬度為0.76～1.54 km，這為后續(xù)工作提供了準(zhǔn)確的背景約束。

3.2 生物礁刻畫

生物礁刻畫是本次生物礁儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究的關(guān)鍵。生物礁形成與古地貌高地有密切關(guān)系，且具有獨(dú)特的地貌和巖石學(xué)特征，這些特征決定了生物礁在地震反射剖面上具有不同的反射特征。因此根據(jù)地震相的變化，比如礁體的外部幾何形態(tài)、內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)以及與圍巖的接觸關(guān)系等地震相特征可以識(shí)別礁體(胡偉光等，2010)，這種方法稱為“相變法”。結(jié)合前人的成果和對(duì)本工區(qū)的研究，提出工區(qū)生物礁在地震剖面上具有的相變：礁體外形呈丘狀反射特征，頂面為強(qiáng)反射特征、內(nèi)部為斷續(xù)、雜亂反射或反射空白區(qū)，底部可出現(xiàn)下凹反射特征，翼部出現(xiàn)上超反射特征。利用這些特征，在地震剖面上較為綜合地判定了礁體的邊緣輪廓。

除了剖面識(shí)別外，本次研究還從平面上對(duì)生物礁進(jìn)行刻畫，研究認(rèn)為生物礁穹隆狀外形是工區(qū)生物礁地震識(shí)別的最穩(wěn)定、最明顯的特征，這直接導(dǎo)致了生物礁時(shí)間厚度較圍巖增大。根據(jù)地震反射層層間的這種時(shí)差變化就能在平面上對(duì)生物礁所處范圍進(jìn)行圈定(汪晴川等，2008)。本次研究是在刻畫出的臺(tái)緣相帶內(nèi)，將長(zhǎng)興組頂界到工區(qū)標(biāo)志層—陽新統(tǒng)底界間的時(shí)間厚度作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)差，時(shí)差厚度大的地區(qū)為生物礁發(fā)育區(qū)(黃色)，時(shí)間厚度約為155～175 ms，時(shí)差厚度薄的區(qū)域?yàn)榻搁g致密灰?guī)r沉積(綠色)，共識(shí)別出5個(gè)生物礁(黃色)，呈長(zhǎng)條狀或馬蹄狀展布，在臺(tái)緣帶間斷分布，礁體面積最大為0.49 km2，最小僅為0.13 km2(圖3)，其中①號(hào)礁體與②號(hào)礁體已分別被鉆井證實(shí)，本次預(yù)測(cè)精度較以往工作的有較大提高。

3.3 儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

儲(chǔ)層預(yù)測(cè)是本次生物礁儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究的落腳點(diǎn)。針對(duì)工區(qū)生物礁儲(chǔ)層的實(shí)際，采用稀疏脈沖反演方法來預(yù)測(cè)礁體的分布。稀疏脈沖反演是建立在一個(gè)趨勢(shì)約束的脈沖反演算法上， 在計(jì)算中，采用延遲脈沖模型來反演地震波的整個(gè)波形，并且延遲時(shí)間不是整數(shù)，因此可以滿足研究所需的準(zhǔn)確程度。另外，把地震道模擬成一個(gè)稀疏脈沖序列，加上噪聲項(xiàng)形成反褶積模型，產(chǎn)生寬帶的反演輸出，最大限度地體現(xiàn)地震資料振幅、頻率、相位等特征。稀疏脈沖反演可以綜合運(yùn)用測(cè)井及地震資料，得到同時(shí)具有高的垂向分辨率和好的橫向連續(xù)性的反演剖面(周仲禮等，2008)。如前所述，工區(qū)內(nèi)儲(chǔ)層與圍巖在包括聲波時(shí)差在內(nèi)的常規(guī)測(cè)井曲線上響應(yīng)特征差異不大。經(jīng)過多輪實(shí)驗(yàn)，本次研究認(rèn)定在疊前彈性參數(shù)中的泊松比為工區(qū)儲(chǔ)層敏感參數(shù)，因此本次采用稀疏脈沖的泊松比反演技術(shù)，反演范圍為臺(tái)緣相帶，重點(diǎn)質(zhì)量控制區(qū)域?yàn)楸敬窝芯靠坍嫵龅纳锝赴l(fā)育區(qū)。

基于lg001-29、lg001-28、lh002-x1ce、lh002-x2等典型井測(cè)井解釋成果及測(cè)試結(jié)論等生產(chǎn)成果，將孔隙度大于2%的定義為儲(chǔ)層，確定工區(qū)儲(chǔ)層反演的門檻值。圖4為工區(qū)典型井縱波阻抗與泊松比交匯圖，由此確定工區(qū)儲(chǔ)層泊松比門檻值上限為1.83，下限為1.62，在此范圍內(nèi)多為生物礁儲(chǔ)層。由此，利用疊前地震角道集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而來的泊松比數(shù)據(jù)體在相控約束下對(duì)生物礁儲(chǔ)層進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

圖5為工區(qū)近垂直于相帶的過典型生物礁井LH002-x1ce井的泊松比反演剖面。圖中白色表示致密圍巖，因受生物礁發(fā)育影響，其成層性較差，泊松比強(qiáng)弱交互，變化較快；紅色及綠色表示儲(chǔ)層，主要分布在長(zhǎng)興組地層的上部，呈團(tuán)塊展布，不連續(xù)。上述的反演結(jié)果既體現(xiàn)了生物礁與圍巖的差異，又體現(xiàn)了生物礁內(nèi)部的非均質(zhì)性，與地質(zhì)認(rèn)識(shí)相吻合。從平面反演結(jié)果(圖6)可以看出，儲(chǔ)層整體分布不均，儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)與生物礁發(fā)育區(qū)有良好的相關(guān)性，生物礁發(fā)育區(qū)的儲(chǔ)層厚度一般在28～36 m，其他地方則以12～18 m居多。上述儲(chǔ)層預(yù)測(cè)成果在勘探實(shí)踐中獲得了較好的驗(yàn)證。

4 結(jié)束語

通過對(duì)LHC工區(qū)地質(zhì)背景、儲(chǔ)層特征與地震資料的分析，針對(duì)地震資料存在分辨率和信噪比較低的問題， 從生物礁儲(chǔ)層發(fā)育背景研究入手，確立了適合于本區(qū)的“相帶劃分—生物礁識(shí)別—儲(chǔ)層反演”逐級(jí)控制的生物礁儲(chǔ)層預(yù)測(cè)思路，形成了一套相控約束的生物礁儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法:

(1)在正演模擬的基礎(chǔ)上，利用最大波峰振幅等敏感屬性厘定臺(tái)緣相帶邊界，結(jié)合地震相研究等手段刻畫臺(tái)緣相帶，結(jié)果顯示工區(qū)臺(tái)緣在平面上沿北西-南東向呈曲折條帶狀展布，寬度為0.76～1.54 km，為生物礁儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提供了精確的相帶約束。

(2)在相帶約束的基礎(chǔ)上和生物礁地震響應(yīng)模式的指導(dǎo)下，利用基于時(shí)差厚度的生物礁識(shí)別方法，在臺(tái)緣帶識(shí)別出5個(gè)生物礁，為儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提供了準(zhǔn)確的巖相約束。

(3)在巖相約束的基礎(chǔ)上，根據(jù)已鉆井的測(cè)井響應(yīng)特征與測(cè)試資料，利用基于稀疏脈沖的泊松比反演預(yù)測(cè)出臺(tái)緣帶的儲(chǔ)層厚度。經(jīng)勘探實(shí)踐證實(shí)，較前人的方法有較大提高，大大降低了該區(qū)生物礁勘探開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，有力加快了該區(qū)的勘探開發(fā)進(jìn)程，并為同類型儲(chǔ)層預(yù)測(cè)工作提供了借鑒。