川西坳陷須五段頁(yè)巖氣藏地震各向異性

徐天吉，閆麗麗，程冰潔，唐建明，李曙光，楊振武

(1.中國(guó)石化 西南油氣分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院 物探三所,四川 成都 610041; 2.中國(guó)石化 多波地震技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610041; 3.成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院,四川 成都 610059; 4.成都理工大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610059； 5.中國(guó)石化 西南油氣分公司,四川 成都 610041)

?

川西坳陷須五段頁(yè)巖氣藏地震各向異性

徐天吉1，2，閆麗麗3，程冰潔4，唐建明2，5，李曙光1，2，楊振武1，2

(1.中國(guó)石化 西南油氣分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院 物探三所,四川 成都 610041; 2.中國(guó)石化 多波地震技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610041; 3.成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院,四川 成都 610059; 4.成都理工大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610059； 5.中國(guó)石化 西南油氣分公司,四川 成都 610041)

川西坳陷須(須家河組)五段天然氣資源量巨大，具有良好的勘探開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)景；但地質(zhì)認(rèn)識(shí)程度低，尤其針對(duì)氣藏各向異性的研究極少。為了提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度和井位部署成功率，針對(duì)須五段開(kāi)展各向異性研究，有利于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)須五段儲(chǔ)層特征并深入分析天然氣聚集規(guī)律。通過(guò)早期研究發(fā)現(xiàn)，受四川盆地須五時(shí)期的沉積環(huán)境控制，川西坳陷須五段形成了以厚泥頁(yè)巖和薄致密砂巖為主體的巖性組合，頁(yè)巖層橫向變化大，加之頁(yè)巖礦物成分、碎屑顆粒定向排列、周期性薄層沉積及其他非均質(zhì)特性，導(dǎo)致了地層展現(xiàn)出各向異性特征。目前，分析預(yù)測(cè)地層空間各向異性的有效方法并不多，且大多數(shù)方法仍然以地震數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)：通過(guò)分析地震反射及分方位地震屬性對(duì)巖石類(lèi)型、物理性質(zhì)及構(gòu)造形態(tài)等特征的直觀響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)巖層各向異性指示信息的準(zhǔn)確提取。相比較而言，如果不采用分方位地震數(shù)據(jù)，而僅基于全方位疊加地震數(shù)據(jù)的各向同性分析方法，則忽視了頁(yè)巖的各向異性本質(zhì)，不利于地質(zhì)問(wèn)題的準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)。文中采用上述方法思路，基于分方位與全方位疊加地震數(shù)據(jù)，對(duì)比分析了這兩類(lèi)數(shù)據(jù)的地震反射響應(yīng)特征、曲率體屬性、相干體屬性和儲(chǔ)層阻抗等參數(shù)，并在地震各向異性信息的指示下捕捉巖層空間變化特征，成功地實(shí)現(xiàn)了川西須五段氣藏沉積相、巖性、裂縫的精細(xì)解釋和“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層的高精度預(yù)測(cè)。

各向同性；各向異性；全方位；分方位；頁(yè)巖氣；須家河組五段；川西坳陷

四川盆地是上揚(yáng)子地塊的次一級(jí)構(gòu)造單元，中、新生代以來(lái)多期深斷裂運(yùn)動(dòng)使其形成了呈菱形的大型構(gòu)造；并在早印支抬升過(guò)程中，大規(guī)模海侵運(yùn)動(dòng)結(jié)束，海相沉積環(huán)境轉(zhuǎn)化為內(nèi)陸湖相沉積環(huán)境，最終形成了大型內(nèi)陸湖盆[1]。燕山運(yùn)動(dòng)時(shí)期，在四川盆地內(nèi)部，形成了以“三隆三坳”為主體的構(gòu)造格局，即龍門(mén)山山前古隆起、川中古隆起、華鎣山古隆起和川西坳陷、川北坳陷和川鄂坳陷[2]。

川西坳陷是位于四川盆地西部的地殼下降構(gòu)造，主要發(fā)育上三疊統(tǒng)、侏羅系、白堊系、古近系、新近系等地層。其中，上三疊統(tǒng)由下至上，主要發(fā)育馬鞍塘組、小塘子組和須家河組，經(jīng)歷了海相、海陸過(guò)渡相和陸相等正常退覆沉積[3]。燕山期形成的古隆起構(gòu)造促進(jìn)了油氣富集和次生氣藏的產(chǎn)生[2]，在川西坳陷上三疊統(tǒng)，天然氣資源量達(dá)到了345.081012m3[4]，形成了以須(須家河組)二段和須四段為主的致密砂巖深盆氣藏；須三段和須五段則是重要的烴源巖，主要發(fā)育厚度較大的暗色泥頁(yè)巖，有機(jī)質(zhì)豐度高(殘余有機(jī)碳含量為1.1%～2.7%)[4]，熱成熟度適中，生烴能力較強(qiáng)?？傮w而言，在須家河組烴源層系中，須五段烴源巖厚度最大、分布面積最廣，是侏羅系油氣藏最重要的烴源貢獻(xiàn)巖層[5-6]。

在川西須五段，物源供給主要來(lái)自西部的龍門(mén)山和北部的米倉(cāng)山-大巴山；沉積中心位于德陽(yáng)—彭州一帶。須五段與下伏須四段整合接觸，與上覆下侏羅統(tǒng)白田壩(自流井)組不整合接觸，主要發(fā)育辮狀河三角洲和湖泊沉積體系，區(qū)內(nèi)最厚地層超過(guò)700 m。須五段頁(yè)巖地層橫向分布廣闊、縱向較厚，為有機(jī)質(zhì)的儲(chǔ)集和天然氣的聚集創(chuàng)造了有利條件。近期儲(chǔ)量評(píng)估與實(shí)鉆結(jié)果揭示，川西須五段天然氣資源量超過(guò)71012m3，其中頁(yè)巖氣資源量大于50%，具有較好的勘探開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)景。

1 須五段地質(zhì)與地球物理概況

四川盆地在須五段沉積時(shí)期，物源供給主要來(lái)源于川西北、川東南和川西南。川西北物源由雙魚(yú)石—老關(guān)廟—柘木場(chǎng)一帶進(jìn)入盆地，川西南物源由合川—陽(yáng)高寺一帶進(jìn)入盆地，形成了川西坳陷以濱淺湖為主、由北向南依次發(fā)育三角洲平原、三角洲前緣和濱淺湖的地質(zhì)沉積格局[7]。

在印支運(yùn)動(dòng)晚幕，川西須五段沉積基準(zhǔn)面逐漸抬升，湖水位不斷上漲，在最大湖泛面時(shí)期形成了濱淺湖最大擴(kuò)張區(qū)域。橫向上，地層厚度由沉積中心(德陽(yáng)—彭州一帶)向四周逐漸減薄，在漢旺、都江堰西部地區(qū)出現(xiàn)了地層缺失，在成都、中江等區(qū)域地層厚度達(dá)到40～500 m?？v向上，依據(jù)初次湖泛面、最大湖泛面及測(cè)井、生物化學(xué)特征等關(guān)系，須五段可以劃分為上、中、下3個(gè)亞段，主要發(fā)育灰黑色-深灰色泥頁(yè)巖、灰色-深灰色粉(細(xì))砂巖以及“富泥型”、“富砂型”和“互層型”3類(lèi)優(yōu)勢(shì)巖性組合。

川西須五段3類(lèi)優(yōu)勢(shì)巖性組合代表了區(qū)內(nèi)典型的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層類(lèi)型。鉆井與巖心測(cè)試分析顯示，組成這些儲(chǔ)層的巖石整體十分致密：頁(yè)巖平均孔隙度為2.37%(圖1)；粉砂巖平均孔隙度為4.26%；砂巖平均孔隙度為6.31%。頁(yè)巖粘土含量約35.7%，脆性礦物含量約64.3%；平均有機(jī)碳含量(TOC)為2.35%，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以腐殖型(Ⅲ型干酪根)為主；熱成熟度Ro值介于0.71%～2.41%，以成熟-高成熟階段為主。頁(yè)巖平均含氣量為1.85 m3/t，砂巖平均含氣量為0.71 m3/t，表明非常規(guī)頁(yè)巖氣是川西須五段的主力資源。

此外，川西須五段頁(yè)巖裂縫比較發(fā)育。構(gòu)造縫是川西須五段泥頁(yè)巖中的主要裂縫類(lèi)型，其常常發(fā)育在褶皺構(gòu)造轉(zhuǎn)折端和斷裂附近。井下電成像測(cè)井顯示(圖2b)須五段低角度縫較發(fā)育，傾角主要集中在0～20°，局部發(fā)育斜交縫。層間頁(yè)理縫在川西須五段頁(yè)巖中也十分常見(jiàn)(圖2a)，是在較強(qiáng)水動(dòng)力條件下由一系列薄層頁(yè)巖產(chǎn)生的，其力學(xué)性質(zhì)薄弱，極易剝蝕破碎，張開(kāi)度也較小，易被充填。但是，在砂質(zhì)或其他碎屑含量較高的頁(yè)理面上，頁(yè)理縫也可能張開(kāi)；尤其在與高角度構(gòu)造縫連通時(shí)，能夠形成有利于頁(yè)巖氣解吸、運(yùn)移和聚集的裂縫網(wǎng)絡(luò)空間。在頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中，最初形成的天然氣流主要來(lái)自于較大型的裂縫網(wǎng)絡(luò)中的游離氣；之后，儲(chǔ)存在微裂隙(如頁(yè)理縫)、有機(jī)孔隙和巖石骨架孔隙中的吸附氣和游離氣則是主要?dú)庠?。因此，裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不僅能為吸附氣的解吸提供空間，還能為游離氣的滲流提供運(yùn)移通道或存儲(chǔ)空間，是決定頁(yè)巖氣井能否獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵因素。圖3所示為基于地震最大曲率和相干屬性預(yù)測(cè)的川西須五段S2層裂縫分布情況。由圖可見(jiàn)，在該層?xùn)|部，圍繞較大斷裂(藍(lán)色箭頭所指)，伴生了高密度裂縫帶；在西部，除了較大裂縫外，曲率和相干屬性顯示的微裂縫異常(紅色虛線框內(nèi))分布并不廣泛。

圖1 川西坳陷須家河組五段頁(yè)巖樣品微觀孔隙掃描照片F(xiàn)ig.1 Scan photos of micro-pores of shale samples from the 5thmember of the Xujiahe Formation in western Sichuan Basina. HF-1井，埋深3 059 m，泥晶孔隙；b. HF-1井，埋深3 059 m，晶間孔、微孔隙

圖2 川西坳陷HF-2井須五段頁(yè)巖巖心照片(a)、天然裂縫成像測(cè)井(b)和常規(guī)測(cè)井(c)Fig.2 Photo of cores(a),curves of image logging(b)and conventional logging(c)of natural fractures from the Well HF-2 of the 5thmember of the Xujiahe Formation in western Sichuan BasinCNL.補(bǔ)償中子孔隙度；GR.自然伽馬；DEN.密度；RD.深側(cè)向電阻率

再則，就川西須五段地球物理響應(yīng)特征而言，頁(yè)巖地層具有高伽馬(GR)、高聲波時(shí)差(AC)、高電阻率(RD)和低密度(DEN)等測(cè)井響應(yīng)特征(圖2c)。在地震剖面上，可以見(jiàn)到前積反射、丘形反射、透鏡反射等地震響應(yīng)特征(圖4a)。在地震阻抗平面圖上(圖4b)：頁(yè)巖體現(xiàn)為低縱波阻抗，主要分布在中部；砂巖則為高縱波阻抗，主要分布在東、西兩側(cè)。

總之，川西須五段頁(yè)巖氣層具有厚度較大、密度較低、致密性較強(qiáng)、裂縫較發(fā)育、有機(jī)碳含量較高、脆性礦物含量較高、熱成熟度適中等特點(diǎn)，在適當(dāng)?shù)臏囟取毫吧锘瘜W(xué)作用下，利于有機(jī)質(zhì)向烴類(lèi)轉(zhuǎn)化，在較好的保存條件下易形成大型氣藏。

2 須五段頁(yè)巖地震各向異性

大量的文獻(xiàn)及研究證實(shí)，頁(yè)巖存在各向異性[8-12]。這是因?yàn)椋瑯?gòu)成頁(yè)巖的礦物顆粒具有大小、形狀、成份等差異，在定向排列、層理、片理等巖石本體和結(jié)構(gòu)的組合控制下，頁(yè)巖地層各個(gè)方向的力學(xué)性質(zhì)必然不同，必將導(dǎo)致頁(yè)巖各個(gè)方向的脆性、強(qiáng)度、速度等力學(xué)參數(shù)表現(xiàn)出相應(yīng)的差異?；诟飨虍愋越橘|(zhì)理論，頁(yè)巖通常被認(rèn)為是由層狀礦物周期性薄層沉積形成，屬于各向異性介質(zhì)中的橫向各向同性(Transverse Isotropy，簡(jiǎn)稱(chēng)TI)介質(zhì)，其平行層面的速度與垂直層面的速度之差可達(dá)30%以上[9]。TI介質(zhì)包含VTI(Vertical Transverse Isotropy)介質(zhì)和HTI(Horizontal Transverse Isotropy)介質(zhì)，前者的各向同性面垂直于垂直對(duì)稱(chēng)軸，后者的各向同性面垂直于水平對(duì)稱(chēng)軸。為了分析地層的各向異性特征，需要對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行分方位處理，尤其在動(dòng)校正、偏移成像等步驟中，需要基于TI介質(zhì)模型精確分析各向異性參數(shù)，并獲得分方位疊加地震數(shù)據(jù)。

川西須五段頁(yè)巖也不例外?；趯挿轿坏卣饠?shù)據(jù)的速度、振幅、頻率等動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和幾何學(xué)等傳播特性，就能夠分析地層的各向異性。為此，首先對(duì)川西須五段地震資料開(kāi)展了分方位處理，獲得了30°、60°、90°、120°、150°和180°共6個(gè)扇區(qū)的疊加地震數(shù)據(jù)；然后，逐個(gè)分方位提取地震屬性或反演儲(chǔ)層參數(shù)；最后，綜合各個(gè)方位的各類(lèi)地震參數(shù)，對(duì)頁(yè)巖地層展開(kāi)各向異性分析，實(shí)現(xiàn)裂縫、優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層精細(xì)解釋和空間展布預(yù)測(cè)。

圖3 川西坳陷須五段S2層裂縫分布Fig.3 Fracture distribution of S2 layer in the 5th member of the Xujiahe Formation in western Sichuan Basina.最大曲率屬性；b.地震相干屬性(藍(lán)色箭頭指示較大斷裂；紅色虛線框指示微裂縫異常。)

圖4 川西坳陷須五段地震響應(yīng)特征Fig.4 Seismic response characteristics of the 5th member of the Xujiahe Formation in western Sichuan Basina.過(guò)21-4H井全方位疊加地震剖面；b.S2層縱波阻抗(紅色、白色和綠色箭頭分別指示前積反射、丘形反射和透鏡反射；紅色虛線框指示高縱波阻抗。)

2.1 地震反射各向異性

當(dāng)?shù)貙咏Y(jié)構(gòu)、巖性、物性等發(fā)生變化時(shí)，將產(chǎn)生不同的地震反射。川西須五段主要以濱淺湖沉積相為主，水動(dòng)力較強(qiáng)，陸源碎屑沉積成巖過(guò)程不穩(wěn)定，非均質(zhì)性較強(qiáng)，導(dǎo)致地震波場(chǎng)復(fù)雜、反射類(lèi)型較多。如圖5所示，隨著方位角的變化，21-4H井對(duì)應(yīng)目標(biāo)儲(chǔ)層的地震反射特征明顯不同，反射強(qiáng)弱、同相軸連續(xù)性、傳播時(shí)間等展現(xiàn)出了明顯的差異性。如果目標(biāo)儲(chǔ)層巖性、沉積或構(gòu)造特征等沒(méi)有發(fā)生變化，則在不同方位可能產(chǎn)生了物性、充填物、結(jié)構(gòu)或裂縫等變化。因而，較強(qiáng)的巖層各向異性直接導(dǎo)致了地震各向異性，反之，基于地震各向異性能夠推斷巖層內(nèi)部特征。在地球物理領(lǐng)域，這是一種通過(guò)地震相的響應(yīng)特征直接分析認(rèn)識(shí)沉積相中存在的地質(zhì)問(wèn)題的前沿方法。

將分方位(圖5)與全方位地震數(shù)據(jù)(圖4a，綠色箭頭所指為相應(yīng)目標(biāo)儲(chǔ)層)進(jìn)行比較，后者雖然地震同相軸更清晰、更連續(xù)，反映出目標(biāo)儲(chǔ)層構(gòu)造比較穩(wěn)定、巖性與物性等沒(méi)有發(fā)生顯著變化，但不能獲得地層隨方位角變化的信息；前者由于受數(shù)據(jù)疊加次數(shù)等因素的影響，資料品質(zhì)相對(duì)較低，但可以觀察到明顯的地層變化引起了地震各向異性現(xiàn)象。即從30°～90°，目標(biāo)儲(chǔ)層(紅色箭頭所指)的地震反射由弱到強(qiáng)、由斷續(xù)到連續(xù)；從90°～180°，反射強(qiáng)度變化不明顯，但波形卻由“胖”變“瘦”，顯示地震頻率發(fā)生了由低到高的變化；從30°～180°，可以觀察到地震傳播時(shí)間在逐漸縮短，反映地震波速度在增大，推斷地層可能致密性增加或裂縫欠發(fā)育或充填流體減少。因?yàn)楫?dāng)儲(chǔ)層較致密、裂縫欠發(fā)育或孔隙流體充填較少的情況下，儲(chǔ)層阻抗較高，決定了地震傳播速度較快、耗時(shí)較少；而當(dāng)?shù)貙又g阻抗差增加時(shí)，地震反射將增強(qiáng)。從30°～180°的地震剖面上，可以較明顯地觀察到這些振幅、速度、時(shí)間等地震響應(yīng)特征。

圖5 川西坳陷21-4H井須五段分方位地震反射剖面Fig.5 Azimuth seismic reflection profiles of the 5th member of the Xujiahe Formation from Well21-4H in western Sichuan Basina.方位角30°;b.方位角60°;c.方位角90°;d.方位角120°;e.方位角150°;f.方位角180°(紅色箭頭指示目標(biāo)儲(chǔ)層)

2.2 阻抗各向異性

在川西須五段，縱波阻抗是用于判斷儲(chǔ)層巖性變化的重要參數(shù)。前文已闡述，測(cè)井與地震響應(yīng)特征表明，川西須五段頁(yè)巖阻抗較低，砂巖阻抗較高。由圖6可見(jiàn)，隨著方位角的變化，縱波阻抗的強(qiáng)弱、起伏特征等具有明顯的各向異性。在21-4H井S2層，上覆頁(yè)巖層較薄，下伏頁(yè)巖層較厚，中間夾了一套薄砂巖，屬于“互層型”巖性組合。該砂層在30°～120°內(nèi)阻抗變化不明顯，反映地層較穩(wěn)定，橫向展布的連續(xù)性較好，而在150°～180°阻抗由高變低且相比其它方位角變化較大，推測(cè)砂層逐漸缺失而被頁(yè)巖層替代。

圖7顯示，在川西須五段S2層河湖沉積體系中發(fā)育河道、沖積扇和決口扇等微相，巖性組合以泥頁(yè)巖和砂巖為主，砂巖主要分布在河道或沖積扇中。從方位角30°～180°，縱波阻抗能較好地描述頁(yè)巖和砂巖沿層展布的邊界。但是，在方位150°(圖7e)中刻畫(huà)的微型河道(藍(lán)色虛線)的幾何形態(tài)、巖性組合、輪廓邊界、流向等特征最清晰；其他方位阻抗(圖7a—d，f)和全方位阻抗(圖4b)對(duì)該河道的刻畫(huà)均相對(duì)較差。21-4H井鉆遇了該套薄河道砂體，上覆和下伏較厚有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖為其提供了豐富的烴源，并形成了“源內(nèi)氣藏”格局，促使該井獲得了較好的工業(yè)產(chǎn)能(表1)。

2.3 曲率體各向異性

近年來(lái)，地震曲率體屬性已經(jīng)被廣泛地用于刻畫(huà)地質(zhì)體構(gòu)造形態(tài)、地層界面彎曲程度、應(yīng)力場(chǎng)分布特征等方面[13]。研究已證實(shí)，地層褶皺或彎曲變形時(shí)的應(yīng)力過(guò)程,可以由曲率與裂縫或斷層之間的關(guān)系直接反映[14]，曲率在描述斷層和預(yù)測(cè)裂縫方面具有分辨率高、識(shí)別微裂縫能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)[13]。因此，基于疊后地震數(shù)據(jù)計(jì)算曲率體屬性并用于裂縫檢測(cè)，已經(jīng)成為眾多裂縫預(yù)測(cè)手段中的一種先進(jìn)的通用方法。針對(duì)川西須五段存在的低角度縫、網(wǎng)狀縫等預(yù)測(cè)難點(diǎn)，本文基于疊后地震數(shù)據(jù)最大曲率計(jì)算方法[13]，提取了不同方位的最大曲率體屬性，獲得了裂縫密度、走向等空間發(fā)育信息。如圖8所示，在S2層各方位曲率屬性上，黑色為曲率高值異常，代表裂縫的發(fā)育情況，即黑色越密集裂縫密度越高，黑色的延伸方向?yàn)榱芽p走向。由圖可觀察到：較大型斷裂具有相似的曲率異常特征(藍(lán)色箭頭所指)，而小尺度斷層和微裂縫的分布差異較大(紅色虛線框內(nèi))；在30°方位，西部發(fā)育高密度裂縫，其他方位則相對(duì)較低；在30°～180°，東部裂縫發(fā)育均較強(qiáng)；微裂縫走向以近南北向?yàn)橹?，相?duì)略大尺度的裂縫近東西發(fā)育，該特征在30°方位裂縫預(yù)測(cè)圖上體現(xiàn)得最明顯。

圖6 川西坳陷21-4H井須五段分方位縱波阻抗剖面Fig.6 Impedance profiles of azimuth compressional waves from well 21-4H in the 5th member of the Xujiahe Formation in western Sichuan Basina.方位角30°;b.方位角60°;c.方位角90°;d.方位角120°;e.方位角150°;f.方位角180°

2.4 相干體各向異性

相干體屬性具有突出地震信號(hào)不相關(guān)性的特點(diǎn)，常常用于描述地層的不連續(xù)性，是斷層和裂縫自動(dòng)化解釋中最常用的地震屬性。圖9顯示了川西須五段S2層地震相干屬性隨方位角的變化情況：斷層或較大規(guī)模裂縫具有相似的低值相干異常(如藍(lán)色箭頭所指)；但是，小尺度裂縫或小規(guī)模裂縫帶的分布差異則較大，該特征在方位角30°裂縫預(yù)測(cè)圖上最明顯(紅色虛線框內(nèi))?？梢?jiàn)，川西須五段各向異性較強(qiáng)，存在各方位裂縫分布不均勻的特征。

3 綜合預(yù)測(cè)

四川盆地須五沉積時(shí)期，受湖岸地形、洪水面與枯水面的水位差、高能沉積環(huán)境等因素控制，湖盆邊緣或近岸的粗碎屑物質(zhì)供給了主要沉積物源，在川西坳陷形成了大規(guī)模的濱淺湖近岸沉積相。在強(qiáng)烈的岸浪與湖盆回流的沖淘、篩選改造作用和枯水期氧化作用下，沉積物的組份、結(jié)構(gòu)和形態(tài)變化復(fù)雜，直接導(dǎo)致地層出現(xiàn)較強(qiáng)的非均質(zhì)性和各向異性。這些地層特征，在前文所述的地震反射、阻抗、曲率和相干等屬性上均有直觀體現(xiàn)。

在地層非均質(zhì)性和各向異性的影響下，川西須五段裂縫發(fā)育較強(qiáng)，包括高角度縫、低角度縫、小尺度縫、大尺度縫、開(kāi)啟縫和充填縫等多種類(lèi)型。地震曲率和相干屬性雖然不能精確地提供裂縫開(kāi)啟性、充填性等信息，但在裂縫走向、發(fā)育密度、網(wǎng)絡(luò)連接特征等方面卻能實(shí)現(xiàn)精細(xì)解釋。對(duì)比圖8和圖9可以發(fā)現(xiàn)，曲率和相干屬性在描述斷層、大尺度裂縫方面具有相似能力；但在小尺度和微裂縫刻畫(huà)方面，曲率分辨能力更強(qiáng)。綜合兩種屬性體現(xiàn)的裂縫特征，可以進(jìn)一步提高裂縫預(yù)測(cè)精度。圖10a即為S2層分方位曲率和相干綜合預(yù)測(cè)裂縫分布情況，其清晰地展示了斷層、大尺度裂縫和微裂縫的沿層發(fā)育特征。前期地層應(yīng)力研究認(rèn)為，川西須五段S2地層最大主應(yīng)力方向?yàn)槟媳毕?，其?duì)斷裂帶的分布具有很強(qiáng)的控制作用；水平井微地震壓裂監(jiān)測(cè)結(jié)果也顯示，區(qū)內(nèi)裂縫走向以南北向?yàn)橹?圖10c)。這些研究認(rèn)識(shí)與圖10a顯示的結(jié)果高度一致。對(duì)比圖10中的兩類(lèi)預(yù)測(cè)結(jié)果，顯然，分方位比全方位裂縫綜合預(yù)測(cè)效果更好，描述的裂縫細(xì)節(jié)更清晰。

圖7 川西坳陷須五段S2層分方位縱波阻抗Fig.7 Impedance of azimuth compressional waves from S2 in the 5th member of the Xujiahe Formation in western Sichuan Basina.方位角30°;b.方位角60°;c.方位角90°;d.方位角120°;e.方位角150°;f.方位角180°(紅色虛線框指示砂巖分布區(qū)；藍(lán)色虛線指示微型河道。)

井 號(hào)天然氣獲產(chǎn)情況井 號(hào)天然氣獲產(chǎn)情況HF-2工業(yè)產(chǎn)能X21-4H工業(yè)產(chǎn)能X25工業(yè)產(chǎn)能X22-1H低產(chǎn)X209工業(yè)產(chǎn)能XC29工業(yè)產(chǎn)能X26工業(yè)產(chǎn)能XC23低產(chǎn)

綜合圖7e和圖10a,能夠分析儲(chǔ)層中的裂縫發(fā)育特征，進(jìn)而預(yù)測(cè)川西須五段S2層中的“甜點(diǎn)”區(qū)域(圖10c)。前文已經(jīng)闡述，川西須五段頁(yè)巖層具有厚度較大、有機(jī)碳豐度高、熱成熟度適中、生烴潛力大、粘土含量低、脆性礦物含量高等有利于頁(yè)巖氣富集的特點(diǎn)；在該前提下，裂縫網(wǎng)絡(luò)較發(fā)育的區(qū)域，可以視為頁(yè)巖“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層。在圖10c所示的巖性與裂縫綜合預(yù)測(cè)結(jié)果中，川西須五段S2層中部頁(yè)巖分布面積較大且近南北向的裂縫發(fā)育密度較高、裂縫網(wǎng)絡(luò)連接較好；西部河道和沖積扇沉積微相中發(fā)育了大面積的砂巖，其中裂縫較發(fā)育的區(qū)域可視為孔隙度相對(duì)較高的砂巖“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層。對(duì)比圖10中的兩類(lèi)綜合預(yù)測(cè)結(jié)果，顯然，分方位(c)比全方位(d)效果更好，更清晰地描述了河道沉積相邊界、砂頁(yè)巖空間展布和裂縫走向、發(fā)育密度等。這是由于在解釋過(guò)程中，分方位數(shù)據(jù)量更大(類(lèi)似疊前比疊后數(shù)據(jù)量更大)，提供的信息更加豐富，更適用于刻畫(huà)地層的非均質(zhì)和方位各向異性特征，因而在巖性判別、沉積微相邊界描述和裂縫預(yù)測(cè)等方面能更有效地突出地質(zhì)細(xì)節(jié)，有利于地震精細(xì)解釋和地質(zhì)認(rèn)識(shí)程度的進(jìn)一步提高。

圖8 川西坳陷須五段S2層分方位地震最大曲率體屬性Fig.8 Maximum curvature attribution of azimuth seismic data from S2 in the 5th member of the Xujiahe Formation in western Sichuan Basina.方位角30°；b.方位角60°；c.方位角90°；d.方位角120°；e.方位角150°；f.方位角180°(黑色指示曲率高值異常，黑色越密集裂縫密度越高，黑色的延伸方向?yàn)榱芽p走向。藍(lán)色箭頭指示較大型斷裂。紅色虛線框指示小尺度斷層和微裂縫。)

圖9 川西坳陷須五段S2層分方位地震相干屬性Fig.9 Coherence attribution of azimuth seismic data from S2 in the 5th member of the Xujiahe Formation in western Sichuan Basina.方位角30°;b.方位角60°;c.方位角90°;d.方位角120°;e.方位角150°;f.方位角180°(黑色指示地震相干屬性，顏色越黑代表相干值越小、裂縫或斷層越發(fā)育，黑色越密集代表裂縫密度越高。藍(lán)色箭頭指示斷層或較大規(guī)模斷裂。紅色虛線框指示小尺度裂縫或小規(guī)模裂縫帶。)

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

川西坳陷須五段天然氣資源量巨大，地質(zhì)認(rèn)識(shí)程度低，尤其在各向異性方面研究極少。然而，頁(yè)巖受自身的礦物成分、碎屑顆粒的定向排列結(jié)構(gòu)、周期性的薄層沉積環(huán)境等因素的控制，巖層通常具有較強(qiáng)的各向異性。在地震解釋過(guò)程中，基于地震數(shù)據(jù)提取的各類(lèi)方位屬性參數(shù)，是巖層各向異性信息的直接響應(yīng)；如果僅利用全方位地震數(shù)據(jù)進(jìn)行各向同性解釋?zhuān)厝缓鲆晭r層的各向異性本質(zhì)，降低地質(zhì)認(rèn)識(shí)精度。本文基于分方位與全方位地震數(shù)據(jù)，對(duì)比分析了這兩類(lèi)數(shù)據(jù)在刻畫(huà)沉積相、巖性、裂縫等方面的差異，獲得如下認(rèn)識(shí)：

1) 在川西須五段河湖沉積體系的河道、沖積扇等微相中，受高能環(huán)境和沉積控制作用，地層以泥頁(yè)巖和砂巖為主體巖性組合，巖性橫向變化大，巖層空間分布不均勻，巖石非均質(zhì)性和各向異性較強(qiáng)。

2) 分方位地震數(shù)據(jù)的反射特征和阻抗、曲率體和相干體等屬性，直觀地反映了川西須五段沉積相、巖性和裂縫發(fā)育等細(xì)節(jié)，有利于頁(yè)巖氣藏中沉積相與巖性邊界、“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層的精確描述。

圖10 川西坳陷須五段S2層分方位與全方位綜合預(yù)測(cè)效果對(duì)比Fig.10 Comparison of prediction based on azimuth and wide-azimuth seismic data of S2 in the 5th member of the Xujiahe Formation in western Sichuan Basina.分方位裂縫綜合預(yù)測(cè)；b.全方位裂縫綜合預(yù)測(cè)；c.分方位“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層綜合預(yù)測(cè)；d.全方位“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層綜合預(yù)測(cè)(紅色虛線框指示砂巖分布區(qū);藍(lán)色虛線指示微型河道;藍(lán)色箭頭指示較大型斷裂;藍(lán)色實(shí)線包圍區(qū)指示砂巖“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層;紅色實(shí)線包圍區(qū)指示頁(yè)巖“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層。)

[1] 胡廣成,鮑志東.四川盆地上三疊統(tǒng)須四段和須五段沉積相[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008,27(4):508-511. Hu Guangcheng,Bao Zhidong.Sedimentary facies of fourth and fifth members of upper Triassic Xujiahe formation,Sichuan basin[J].Journal of Liaoning Technical University(Natural Science),2008,27(4):508-511.

[2] 孫瑋,劉樹(shù)根,韓克猷,等.四川盆地燕山期古構(gòu)造發(fā)展及對(duì)油氣的影響[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012,39(1):70-75. Sun Wei,Liu Shugen,Han Keyou,et al.Effect of the evolution of palaeotectonics on the petroleum genesis in Yanshan period,Sichuan Basin,China[J].Journal of Chengdu University of Technology(Science & Technology Edition),2012,39(1):70-75.

[3] 陳冬霞,謝明賢,張曉鵬,等.川西坳陷須五段陸相頁(yè)巖氣聚集條件分析[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版),2013,10(26):5-10. Chen Dongxia,Xie Mingxian,Zhang Xiaopeng,et al.Shale gas accumulation conditions and its exploration and development prospects of the 5th Member of the Xujiahe Formation of Upper Triassic in We-stern Sichuan Depression[J].Journal of Yangtze University(Natural Science Edition),2013,10(26):5-10.

[4] 唐立章,張貴生,張曉鵬,等.川西須家河組致密砂巖成藏主控因素[J].天然氣工業(yè),2004,24(9):5-7. Tang Lizhang,Zhang Guisheng,Zhang Xiaopeng,et al.Main control factors of forming the tight sands stone gas reservoirs in Xujiahe formation in west Sichuan depression[J].Natural Gas Industry,2004,24(9):5-7.

[5] 沈忠民,劉濤,呂正祥.川西坳陷侏羅系天然氣氣源對(duì)比研究[J].高校地質(zhì)學(xué)報(bào),2008,14(4):577-582. Shen Zhongmin,Liu Tao,Lv Zhengxiang.A comparison study on the gas source of Jurassic natural gas in the western Sichuan depression[J].Geological Journal of China Universities,2008,14(4):577-582.

[6] 葉軍.川西坳陷侏羅系烴源巖評(píng)價(jià)[J].油氣地質(zhì)與采收率,2001,8(3):11-14. Ye Jun.Evaluation on hydrocarbon source rocks in Jurassic system of Chuanxi depression[J].Oil & Gas Recovery Techinology,2001,8(3):11-14.

[7] 黃亮,孟海龍,周鑫宇,等.四川盆地須五段烴源巖地化特征及有利烴源巖分布預(yù)測(cè)[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,15(5):1-4. Huang Liang,Meng Hailong,Zhou Xinyu,et al.Research on source characteristics and favorable source rock distribution areas prediction of the fifth Member of Xujiahe Formation of Sichuan Basin[J].Journal of Chongqing University of Science and Technology(Natural Sciences Edition),2013,15(5):1-4.

[8] 王倩,王鵬,項(xiàng)德貴,等.頁(yè)巖力學(xué)參數(shù)各向異性研究[J].天然氣工業(yè),2012,32(12):62-65 Wang Qian,Wang Peng,Xiang Degui,et al.Anisotropic property of mechanical parameters of shales[J].Natural Gas Industry,2012,32(12):62-65.

[9] Jennifer M,Leslie,Don C,et al.A refraction seismic field study to determine the anisotropic parameters of shales[J].Geophysics,1999,64(4):1247-1252.

[10] 高德利.地層各向異性的評(píng)估方法[J].石油學(xué)報(bào),1993,14(2):96-101. Gao Deli.A method for the evaluation of formationanisotropy[J].Acta Petrolei Sinica,1993,14(2):96-101.

[11] 趙平勞,姚增.層狀巖石動(dòng)靜態(tài)力學(xué)參數(shù)相關(guān)性的各向異性[J].蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1993,29(4):225-229. Zhao Pinglao,Yao Zeng.The anisotropy of the dynamic parameters with the static parameters of bedded rock[J].Journal of Lanzhou University,1993,29(4):225-229.

[12] 劉斌,席道瑛,葛寧潔,等.不同圍壓下巖石中泊松比的各向異性[J].地球物理學(xué)報(bào),2002,45(6):880-890. Liu Bin,XiDaoying,Ge Ningjie,et al.Anisotropy of Poisson’s ratio in rock samples under confining pressures[J].Chinese Journal of Geophysics,2002,45(6):880-890.

[13] 孔選林,李軍,徐天吉,等.三維曲率體地震屬性提取技術(shù)研究及應(yīng)用[J].石油天然氣學(xué)報(bào),2011,33(5):71-75. Kong Xuanlin,Li Jun,Xu Tianji,et al.Research and application of 3D volumetric curvature seismic attribute extraction technology[J].Journal of Oil and Gas Technology,2011,33(5):71-75.

[14] 張旭峰,張進(jìn)學(xué),牟克勛,等.體屬性分析在精細(xì)構(gòu)造研究中的應(yīng)用[J].新疆石油地質(zhì),2012,33(5):599-601. Zhang Xufeng,Zhang Jinxue,Mou Kexun,et al.Application of volumetrictric attributes analysis to fine structural interpretation[J].Xinjiang Petroleum Geology,2012,33(5):599-601.

(編輯 張亞雄)

Seismic anisotropy of shale gas reservoirs in the 5thmember of the Xujiahe Formation in western depression of Sichuan Basin

Xu Tianji1,2,Yan Lili3,Cheng Bingjie4,Tiang Jianming2,5,Li Shuguang1,2,Yang Zhenwu1,2

(1.No.3GeophysicalResearchBranchofExploration&ProductionInstitute,SouthwestOil&GasBranchCompany,SINOPEC,Chengdu,Sichuan610041,China;2.KeyLaboratoryofMultiWaveSeismicTechnology，BranchSINOPEC,Chengdu,Sichuan610041,China;3.CollegeofEarthScience,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China;4.StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitationEngineering,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China;5.SouthwestOil&GasBranchCompany,SINOPEC,Chengdu,Sichuan610041,China)

The huge gas potential in the 5thmember of the Xujiahe Formation has made it one of the hottest exploration targets in China.However,the formation has not been well explored and many geological “mysteries” remained unsolved-anisotropy of the gas reservoirs there is one of them.A research was carried out on the anisotropy to better understand the reservoirs features and accumulation patterns,so as to improve the precision of reservoir prediction and success rate of well drilling.Previous study shows that the member had been controlled by sedimentary environment and formed lithologic assemblage dominated by thick mudstone and shale and thin tight sandstone.Looking horizontally,the shale varies drama-tically and shows strong anisotropy due to complicated mineral combination,directional alignment of detrital grains,cyclic veneer and other heterogeneous features.There have had no effective method for analyzing and predicting the anisotropy so far.Available methods are mostly based on seismic data to obtain anisotropy information of rocks through analyses of seismic reflection and the direct responses of azimuth attributes upon rock types,physical features and structure configurations.Comparatively speaking,anisotropy feature of shale formations is likely to be ignored by isotropy analyses based solely on stacked wide-azimuth seismic data.By combining both the azimuth and wide-azimuth stacked seismic data,we compared and analyzed the seismic reflection responses,curvature attributes,coherence attributes and impedances of the two sets of data,and then captured features of reservoir space under the guidance of the anisotropy information.A fine interpretation of sedimentary facies,lithology and fracture of the reservoirs and an accurate prediction of sweet spots in the member were then achieved by applying the above-mentioned method and data yield from it.

isotropy，anisotropy,wide-azimuth,azimuth,shale gas,5thmember of the Xujiahe Formation,western Sichuan Basin

2014-06-23;

2015-02-01。

徐天吉(1975—)，男，高級(jí)工程師，石油物探。E-mail:xu_tianji@126.com。

國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目(41204071)；國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(“863”計(jì)劃)項(xiàng)目(2013AA064201)；國(guó)家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金項(xiàng)目(U1262206)。

0253-9985(2015)02-0319-11

10.11743/ogg20150218

T631.4

A