塔中順南地區(qū)奧陶系縫洞型儲層地震響應特征正演模擬分析

王保才,劉 軍,馬靈偉,李宗杰,鐘學彬

(1.中國石油化工股份有限公司西北油田分公司勘探開發(fā)研究院,新疆烏魯木齊830011;2.中國地質大學(武漢)地球物理與空間信息學院,湖北武漢430074)

塔中順南地區(qū)位于塔里木盆地腹部,區(qū)域構造位置位于塔中1號斷層下盤、滿加爾坳陷南斜坡,南與卡塔克隆起相連,東與古城墟隆起相鄰?？碧窖芯勘砻?該區(qū)奧陶系碳酸鹽巖具有儲層發(fā)育的地質條件及成藏基礎,儲集空間類型以巖溶縫洞為主,勘探已在奧陶系碳酸鹽巖多個層系鉆遇儲層和油氣,展示該區(qū)良好的勘探開發(fā)前景[1-2]。但奧陶系碳酸鹽巖縫洞型儲層埋藏深度大(>6500m),地質情況復雜,巖溶發(fā)育強度總體較弱[3-4],儲層厚度不大,儲層與非儲層段地球物理特征差異小[5],加之深層地震反射信號弱,信噪比低,反射特征不明顯,給儲層的地震響應特征認識及有效預測評價帶來諸多難題[6-7]。

針對研究區(qū)域目標儲層反射特征不清及儲層預測難度大等問題,基于順南地區(qū)三維地震資料,在研究目標儲層反射特征的基礎上,結合區(qū)內鉆井、測井及地質綜合解釋等資料,分層系建立符合地下地質特征的縫洞型儲層地震地質模型[8-10],采用非均勻介質波動方程并基于交錯網(wǎng)格有限差分格式進行數(shù)值模擬[11-13],正演模擬觀測系統(tǒng)依據(jù)實際野外采集參數(shù)進行設計,通過改變儲層結構形態(tài)、空間發(fā)育規(guī)模、發(fā)育位置(碳酸鹽巖頂部、中部及內幕)等因素來研究目標儲層響應的運動學及動力學特征,進而建立順南地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖縫洞型儲層地震識別模式,力求為該區(qū)不同層系內縫洞型儲層的有效預測提供依據(jù)。

1 研究區(qū)域地質背景及地震響應特征

表1 塔中順南地區(qū)奧陶系巖石物理參數(shù)

注:“▽”表示地層未鉆穿。

圖1 順南地區(qū)奧陶系過SN1-SN5-SN4井地震時間偏移剖面

2 理論模型建立及地震響應特征分析

結合鉆井、測井及地震解釋資料,依據(jù)研究區(qū)域奧陶系地層結構及各地層巖石物理參數(shù),建立一間房組內部不同位置發(fā)育厚度為25m縫洞型儲層模型(圖2)。儲層等效速度為5600m/s;上覆良里塔格組速度為4950m/s;恰爾巴克組厚度為20m,速度為5235m/s;一間房組厚度為122m,速度為5950m/s;下伏鷹山組速度為5980m/s。

依據(jù)實際地震資料目標層位地震子波類型及頻譜特征,正演模擬采用主頻為22Hz雷克子波。

圖2 一間房組內部不同位置儲層發(fā)育的理論模型及模擬地震記錄a 無儲層發(fā)育; b 頂部儲層發(fā)育; c 中部儲層發(fā)育; d 底部儲層發(fā)育; e 模擬地震記錄疊合顯示

3 實際儲層模型建立及地震響應特征分析

3.1 一間房組縫洞型儲層模型及地震響應特征分析

利用非均勻介質波動方程進行正演模擬計算,正演模擬采用與地震資料采集接近的觀測系統(tǒng):炮間距50m,道間距50m,排列長度5950m,滿覆蓋次數(shù)為60次;地震激發(fā)子波為主頻22Hz雷克子波。

3.2 奧陶系內幕縫洞型儲層模型建立及地震響應特征分析

順南地區(qū)奧陶系鷹山組及蓬萊壩組地層較厚,各地層之間及儲層與非儲層之間巖石物性差異不大(表1),實際地震剖面中奧陶系內幕主要表現(xiàn)為弱—中強反射特征,縫洞型儲層地震波場特征十分復雜。為了建立奧陶系內幕縫洞型儲層與地震響應波場特征之間的關系,建立如圖4a所示的儲層模型,各地層厚度及巖石物理參數(shù)與一間房組縫洞型儲層模型一致。

奧陶系內幕縫洞型儲層模型設計(圖4a)及其研究目的如下。

1) 設計了8個發(fā)育規(guī)模不等的孤立縫洞單元(縱、橫向尺度分別為:①10m×20m;②10m×20m;③20m×20m,④20m×40m,⑤20m×80m,⑥20m×200m;⑦20m×200m;⑧40m×200m),其中縫洞體單元①的充填等效速度為2000m/s,⑦的充填等效速度為4800m/s,其余的均為5200m/s;目的是研究不同發(fā)育規(guī)模孤立縫洞體單元的地震響應波場特征。

2) 設計了3個不同發(fā)育規(guī)模的縫洞群,縫洞群A的單個縫洞體發(fā)育規(guī)模約為8m×40m,縫洞群B的單個縫洞體發(fā)育規(guī)模約為12m×100m,縫洞群C的單個縫洞體發(fā)育規(guī)模約為15m×200m;縫洞體充填等效速度均為5600m/s;目的是研究不同發(fā)育規(guī)?？p洞群產(chǎn)生的地震響應波場特征。

3) 設計了3條不同斷距和不同樣式的斷裂帶,F1和F3均為縱向斷距40m的正斷層,F1斷裂寬度為50m,F3斷裂寬度為20m;F2為縱向斷距0的走滑斷層[15],斷裂寬度為50m;斷裂帶內充填速度為5700～5900m/s;目的是研究高角度、不同斷距及不同樣式斷裂帶產(chǎn)生的地震響應波場特征。

圖4 奧陶系內幕縫洞型儲層模型及地震響應特征a 奧陶系內幕縫洞型儲層模型; b 正演模擬偏移剖面; c 正演偏移剖面中提取的均方根振幅曲線(歸一化后)

圖4b為奧陶系內幕縫洞型儲層模型正演模擬數(shù)據(jù)的偏移剖面,可以看出:

1) 不同發(fā)育規(guī)模的孤立縫洞體單元在地震剖面上對應為“串珠狀”反射特征,串珠狀反射能量強弱與縫洞體空間發(fā)育規(guī)模正向相關(圖4c),即縫洞體發(fā)育縱、橫向尺度越大對應串珠狀反射能量越強(②—⑥與⑧對比);相同發(fā)育規(guī)?？p洞體與圍巖波阻抗差異越大對應串珠狀反射能量越強(①與②,⑥與⑦對比);同時,在地震剖面上縫洞體識別能力不僅與縫洞體空間發(fā)育規(guī)模有關,還與縫洞體內充填的速度大小有關,充填速度越小在地震剖面上可識別縫洞體規(guī)模越小(①與②對比)。

2) 小規(guī)模(8m×40m)縫洞群在地震剖面上對應為雜亂弱反射特征(圖4b中A位置),隨著縫洞群規(guī)模增加,縫洞體之間產(chǎn)生的繞射波相互干涉,在地震剖面上形成雜亂中強振幅異常(圖4b中B—C位置)。

3) 高角度正斷層在地震剖面上存在明顯的同相軸錯斷;對于斷裂寬度較大的斷裂帶,由于斷裂帶與兩側圍巖存在波阻抗差異,表現(xiàn)為沿斷裂帶長“串珠狀”振幅異常(圖4b中F1與F3對比);走滑斷層無縱向斷距在地震剖面上為空白反射(圖4b中F2)。

可見,正演模擬結果與實際地震剖面中斷裂帶反射特征吻合。

4 奧陶系縫洞型儲層地震識別模式建立

基于以上非均勻介質正演模擬結果建立了順南地區(qū)奧陶系頂部(一間房組)及內幕(鷹山組、蓬萊壩組)縫洞型儲層與地震響應特征之間的關系,結合實際地震剖面的精細解釋,歸納并建立了順南地區(qū)奧陶系縫洞型儲層地震響應特征及識別模式(表2)。

表2 塔中順南地區(qū)奧陶系縫洞型儲層地震響應特征及識別模式

5 結束語

建立復雜儲層與其地震響應之間的關系是利用地震資料進行碳酸鹽巖縫洞型儲層地震響應特征識別與儲層預測的關鍵,正演模擬技術為研究塔中順南地區(qū)奧陶系縫洞型儲層地震響應特征提供了一種方便有效的手段。基于正演模擬結果的對比分析,可以建立縫洞型儲層的地震識別模式,有利于提高研究區(qū)域縫洞型儲層波場特征的認識,降低儲層預測的風險。然而,由于碳酸鹽巖自身結構的復雜性及地下地質體異常的多解性,地震識別模式并不是一成不變的,后續(xù)應結合更多的新鉆井資料,對塔中順南地區(qū)奧陶系縫洞型儲層地震識別模式作進一步驗證和完善。

參 考 文 獻

[1] 王從鑌,龔洪林.塔中地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲層巖石地球物理特征研究[J].石油物探,2009,48(3):290-293

Wang C B,Gong H L.Study on petrophysical characteristics of Ordovician carbonate reservoir in central Tarim basin[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2009,48(3):290-293

[2] 趙迎月,顧漢明,李宗杰,等.塔中地區(qū)奧陶系典型地震體地震識別模式[J].吉林大學學報(地球科學版),2010,40(6):1262-1270

Zhao Y Y,Gu H M,Li Z J,et al.The seismic wave field recognition mode of typical geological bodies in the ordovician in Tazhong area[J].Journal of Jilin University(Earth seismic edition),2010,40(6):1262-1270

[3] 焦存禮,何碧竹,邢秀娟,等.塔中地區(qū)奧陶系加里東中期Ⅰ幕古巖溶特征及控制因素研究[J].中國石油勘探,2010(1):21-26

Jiao C L,He B Z,Xing X J,et al.Characteristics and controlling factors of Palaeo-karstification in middle Caledonian in Tazhong area[J].China Petroleum Exploration,2010(1):21-26

[4] 王世星,曹輝蘭,靳文芳,等.碳酸鹽巖縫洞系統(tǒng)地震響應特征分析和塔中卡1區(qū)縫洞儲層預測[J].石油物探,2005,44(5):421-427

Wang S X,Cao H L,Jin W F,et al.Seismic response and prediction of fracture-cavity system in carbonate reservoir:a case study in the Ka-1 field[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2005,44(5):421-427

[5] 宋桂橋,馬靈偉,李宗杰.基于隨機介質正演模擬的塔中順南地區(qū)風化殼儲層地震響應特征分析[J].石油物探,2013,52(3):307-312

Song G Q,Ma L W,Li Z J.The analysis of seismic response characteristics of weathered crust reservoir based on random medium forward modeling in Tazhong Shunnan area[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2013,52(3):307-312

[6] 任麗丹,王保才,劉軍.頻率衰減梯度屬性在塔中卡塔克1區(qū)塊儲層預測中的應用[J].石油天然氣學報,2012,34(12):59-63

Ren L D,Wang B C,Liu J.Application of frequency attenuation gradient in reservoir prediction in Block Kartake 1 of Tazhong area[J].Journal of Oil and Gas Technology,2012,34(12):59-63

[7] 楊江峰,關達,朱文斌,等.塔里木盆地塔中卡1區(qū)三維工區(qū)碳酸鹽巖儲層預測技術與應用[J].石油與天然氣地質,2012,33(1):61-68

Yang J F,Guan D,Zhu W B,et al.Carbonate reservoir prediction technology and its application in Ka-1 3D acreage in Tazhong area,Tarim Basin[J].Oil&Gas Geology,2012,33(1):61-68

[8] 蔡成國,趙迎月,顧漢明.塔河油田三疊系儲層地震正演模擬及應用研究[J].石油天然氣學報,2008,30(3):92-94

Cai C G,Zhao Y Y,Gu H M.Research and application of seismic forward modeling of Triassic reservoir in the oilfield[J].Journal of Oil and Gas Technology,2008,30(3):92-94

[9] 馬靈偉,顧漢明,趙迎月,等.應用隨機介質正演模擬刻畫深水臺緣礁碳酸鹽巖儲層[J].石油地球物理勘探,2013,48(4):583-590

Ma L W,Gu H M,Zhao Y Y,et al.Sculpturing platform-edge reef carbonate reservoirs in deep-water with random media forward modeling[J].Oil Geophysical Prospecting,2013,48(4):583-590

[10] 張旭光.玉北地區(qū)碳酸鹽巖儲層地震響應特征研究[J].石油物探,2012,51(5):493-500

Zhang X G.Study on seismic response characteristics of carbonate reservoir in Yubei area[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2012,51(5):493-500

[11] 閔小剛,顧漢明,朱定.塔河油田孔洞模型的波動方程正演模擬[J].勘探地球物理進展,2006,29(3):187-191

Ming X G,Gu H M,Zhu D.Wave equation forward modeling of cavern models in Tahe oilfield[J].Progress in Exploration Geophysics,2006,29(3):187-191

[12] 李國平,程利敏,孟令媛,等.非均勻介質交錯網(wǎng)格高階差分地震波數(shù)值模擬[J].石油天然氣學報,2010,32(4):220-224

Li G P,Cheng L M,Meng L Y,et al.High-order staggered grid difference seismic wave simulation in heterogeneous media[J].Journal of Oil and Gas Technology,2010,32(4):220-224

[13] 李宗杰.正演模擬驗證疊前彈性阻抗反演在碳酸鹽儲層預測中的應用[J].石油物探,2013,52(3):323-328

Li Z J.Application of pre-stack elastic impedance in carbonate reservoirs prediction based on forward modeling technology[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2013,52(3):323-328

[14] 錢榮鈞.對地震切片解釋中一些問題的分析[J].石油地球物理勘探,2007,42(4):482-487

Qian R J.Analysis of some issues in interpretation of seismic slices[J].Oil Geophysical Prospecting,2007,42(4):482-487

[15] 楊圣彬,劉軍,李慧莉,等.塔中北圍斜區(qū)北東向走滑斷裂特征及其控油作用[J].石油與天然氣地質,2013,34(6):797-802

Yang S B,Liu J,Li H L,et al.Characteristics of the NE-trending strike-slip fault system and its control on oil accumulation in north peri-cline area of the Tazhong paleouplift[J].Journal of Oil and Gas Technology,2013,34(6):797-802