四川盆地涪陵地區(qū)茅口組熱液白云巖儲層預(yù)測

王良軍， 楊 誠， 王慶波， 賈剛剛

(1.中國石化 勘探分公司，成都 610041；2.阿派斯科技(北京)有限公司，北京 100051)

0 引言

涪陵區(qū)塊地理位置處于重慶市萬州以南、涪陵以北、墊江以東、忠縣以西廣大地區(qū)，構(gòu)造位置屬于四川盆地川東高陡褶皺帶萬縣復(fù)向斜南部茍家場高陡構(gòu)造及兩側(cè)向斜帶，北西側(cè)為云安廠-大天池高陡構(gòu)造，南東向?yàn)楦叻鍒?大池干井高陡構(gòu)造。

熱液白云巖油氣藏的勘探開發(fā)在北美地區(qū)已有一百多年歷史，熱液白云巖儲層在很多盆地不同層系都形成了油氣田，并且日益受到全球地關(guān)注。前期研究成果表明，四川盆地川中-川東涪陵一帶緊鄰北西向15號基底斷裂，處于中二疊統(tǒng)茅口組熱液白云巖發(fā)育區(qū)帶[1-3]。近期鉆探證實(shí)涪陵及鄰區(qū)茅口組白云巖發(fā)育，臥龍河、大池干等構(gòu)造多口井獲高產(chǎn)氣流[3]。經(jīng)過多年的研究，已經(jīng)對熱液白云巖油氣藏形成了以下認(rèn)識[4-7]：

1)熱液白云巖儲層的分布主要受構(gòu)造因素的控制。熱液白云石化作用一般發(fā)生在構(gòu)造活動比較強(qiáng)烈的盆地。大量文獻(xiàn)[5-6]表明，熱液流體的大規(guī)模運(yùn)移及由此引起的一系列地質(zhì)作用都與斷裂作用有關(guān)。深大斷裂有利于熱液的流動、礦化和白云巖化作用，并在縱向通道和雁行凹陷(槽)中發(fā)育白云巖[7-11]。

2)在離開主斷層(裂縫)的區(qū)域，熱液白云巖儲層的橫向分布受沉積相的控制。主要的沉積相控制了從主斷裂帶橫向展布出來的次級熱液白云巖儲層的發(fā)育，儲層的高品質(zhì)與高能灘相有關(guān)，這些高能灘相帶具有較高的滲透率，為遠(yuǎn)離主斷層的區(qū)域提供了流體橫向運(yùn)移的通道[3，10-11]。

3)裂縫系統(tǒng)的發(fā)育能提高致密碳酸鹽巖地層的滲透性，增加對油氣的疏通能力,對熱液白云巖油藏的高產(chǎn)有積極的作用[12]。

基于以上認(rèn)識，作者首先從涪陵地區(qū)茅口組白云巖的地質(zhì)主控因素分析入手。根據(jù)該區(qū)前期的研究，基本明確了熱液白云巖儲層發(fā)育的地質(zhì)主控因素為，深達(dá)基底的深大斷裂及高能灘沉積相帶[10]。因此，對該地區(qū)茅口組白云巖儲層分布預(yù)測的思路是：基底斷裂精細(xì)描述+有利沉積相帶分析+精細(xì)地震反演有機(jī)結(jié)合。首先開展構(gòu)造精細(xì)解釋，精細(xì)識別和刻畫基底古斷裂，落實(shí)基底斷裂的展布特征；同時開展高能生屑灘沉積相的分布研究，通過井震標(biāo)定研究地震相與沉積相之間的關(guān)系，尋找有利于白云巖儲層發(fā)育的高能灘的分布范圍；最終以中緩坡高能相帶與基底斷裂的疊合區(qū)作為白云巖儲層發(fā)育的重點(diǎn)研究指向區(qū)，在該重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)應(yīng)用地震反演等地球物理方法，預(yù)測有利白云巖儲層的分布。

1 研究區(qū)斷裂特征

研究區(qū)位于川東弧形高陡褶皺帶茍家場高陡構(gòu)造及兩側(cè)向斜區(qū)，構(gòu)造呈北東向延伸。利用研究區(qū)三維地震資料，采用相干分析等方法研究基底斷裂及分布。研究區(qū)斷層比較發(fā)育，以北東向斷層為主，斷層特點(diǎn)是斷距較大、延伸長、高角度逆斷層，切割地層多等特點(diǎn)。

三維解釋表明，在工區(qū)中部發(fā)育一條深達(dá)前震旦系地層的基底斷裂(F15，圖1，圖2)，該斷裂的性質(zhì)為張扭性走滑斷層，垂直切割了北東向展布的茍家場高陡構(gòu)造，斷層延伸方向?yàn)楸蔽飨?、傾向近直立，斷面兩側(cè)同相軸交叉或錯斷，多見斷點(diǎn)繞射，剖面上發(fā)育花狀構(gòu)造，斷裂的根部斷至結(jié)晶基底，向上斷至上二疊統(tǒng)吳家坪組-長興組(圖1)，分析為二疊系晚期峨眉地裂運(yùn)動所產(chǎn)生，為區(qū)域15號基底斷裂[13]的一部分。

圖1 F15走滑斷層地震剖面Fig.1 F15 slip fault cross section

圖2 研究區(qū)茅口組頂部沿層相干切片F(xiàn)ig.2 Coherence slices along beds of the top Maokou group

張扭(走滑)基底斷層有利于富鎂熱液的流動、礦化和白云巖化作用，因此F15斷層周圍及與其他斷層的交匯處等區(qū)域是熱液白云巖發(fā)育的優(yōu)勢構(gòu)造部位(圖2)。

2 白云巖儲層特征

本區(qū)茅口組地層的巖性包括生屑灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r、白云巖、含灰質(zhì)白云巖。儲層的巖性主要為主要為深灰色、黑灰色細(xì)-中晶白云巖、含硅質(zhì)白云巖，常與硅質(zhì)巖伴生。根據(jù)三方面的分析，明確了本區(qū)茅口組白云巖以熱液成因?yàn)橹鱗5-6]：①巖石學(xué)研究，川中-涪陵地區(qū)茅口組白云巖多發(fā)育熱液破裂縫洞(圖3(a)，圖3(d))，其中多充填有鞍狀白云石，晶面彎曲，波狀消光特征明顯(圖3(a))；②同位素證據(jù)[5-6]；③包裹體測溫證據(jù)，較高的均一化溫度。本區(qū)白云巖儲層儲集空間類型多樣，包括溶蝕孔洞、裂縫、晶間(溶)孔、粒間(溶)孔(圖3(a)，圖3(b)，圖3(c))。儲層類型主要為裂縫-孔隙及裂縫-孔洞型。茅口組灰?guī)r原巖原始孔隙度較低，一般小于2%。白云巖化作用過程中形成大量晶間孔，顯著增加了孔隙度，以細(xì)-中晶白云巖最為發(fā)育。工區(qū)內(nèi)T6井鉆遇23 m白云巖，取心實(shí)測孔隙度為2.23%～4.34%，平均孔隙度為3.34%，滲透率0.000 11 md～2.73 md，平均為0.014 md。鄰區(qū)華鎣山二崖剖面茅口組白云巖厚28 m，實(shí)測孔隙度為2.43%～4.58%，平均孔隙度為3.28%；滲透率為0.034 4 md

圖3 涪陵地區(qū)茅口組白云巖宏觀與微觀特征Fig.3 Photomicrographs showing the macroscopic and microscopic characteristics of Maoukou formation dolomite , Fuling area(a)細(xì)-中晶白云巖，鞍狀白云石，具波狀消光，EY-80樣品，二崖剖面，正交偏光；(b)細(xì)晶白云巖，晶間孔、晶間溶孔發(fā)育，5491.02m樣品， T6井，單偏光，鑄體薄片(藍(lán)色為鑄體)；(c)細(xì)-中晶白云巖，晶間孔發(fā)育，EY-86樣品，二崖剖面，單偏光，鑄體薄片(藍(lán)色為鑄體)；(d)深灰色細(xì)晶白云巖，熱液破裂縫洞發(fā)育，T6井，巖心照片

～0.336 3 md，平均為0.083 6 md。

3 沉積特征

茅口組地層沉積期，四川盆地所處的上揚(yáng)子臺地西部地區(qū)為緩坡型碳酸鹽巖臺地沉積[14-15]，主要沉積相類型為內(nèi)緩坡相、中緩坡相、外緩坡相和盆地相等。本研究區(qū)主要為中緩坡沉積相帶(圖 4)。

圖4 四川盆地茅口組三段沉積相圖[13]Fig.4 Sedimentary facies of the Maoukou formation 3 member in Sichuan basin

四川盆地茅口組白云巖儲層主要發(fā)育在茅二-茅三段的內(nèi)緩坡-中緩坡相帶，尤其是中緩坡高能灘相帶控制了有利白云巖儲層的展布。研究區(qū)茅三時期為中緩坡沉積，發(fā)育多期淺灘沉積旋回，顆粒灘相灰?guī)r較好的孔、滲性使之比泥晶灰?guī)r更易發(fā)生白云巖化，似層狀白云巖多發(fā)育在相對高能的顆粒灘層段。研究區(qū)再往北區(qū)域逐漸過渡到外緩坡相帶，其相對低能沉積環(huán)境不利于熱液改造形成白云巖層狀孔隙性儲層，以豹斑狀白云巖為主，巖性致密，物性較差。

由圖5可以看出,從W93井以南區(qū)域的井都位于中緩坡沉積相帶，很多井在茅三段發(fā)育了厚薄不一的白云巖儲層；從W88井以北區(qū)域的井位于外緩坡沉積相帶，該相帶的井在茅三段不發(fā)育白云巖儲層。因此，涪陵地區(qū)的中緩坡高能相帶與基底斷裂疊合區(qū)，應(yīng)該為勘探熱液白云巖儲層的有利區(qū)域。

圖5 臥龍河構(gòu)造茅口組跨越不同沉積相帶連井對比圖Fig.5 Connected wells profile crossing different sedimentary facies zones(a)對比圖；(b)剖面位置示意圖

4 儲層定量預(yù)測

4.1 儲層預(yù)測思路

在前述勘探熱液白云巖儲層的有利區(qū)域內(nèi)，應(yīng)用地球物理技術(shù)方法，對白云巖儲層厚度、物性的分布開展精細(xì)的定量預(yù)測。為有針對性的選擇合適的反演方法，需要在開展地震反演之前進(jìn)行儲層的地球物理特征分析，以制定相應(yīng)的地震反演及儲層預(yù)測技術(shù)流程。

本區(qū)茅口組地層中，儲層主要分布于物性相對較好的熱液白云巖中。因此儲層預(yù)測步驟是首先對白云巖的空間展布進(jìn)行預(yù)測，然后再對白云巖的孔隙度參數(shù)進(jìn)行預(yù)測[16-17]。

通過對本區(qū)及鄰區(qū)Yx1、T2、Jj1、Mx39等4口鉆井的統(tǒng)計，確定了茅口組不同巖性的地球物理參數(shù)分布值范圍(表1)。

表1 研究區(qū)茅口組地層地球物理參數(shù)統(tǒng)計表

通過統(tǒng)計分析已鉆井波阻抗與縱橫波速度比Vp/Vs參數(shù)的交會關(guān)系表明(圖 6)：本區(qū)茅口組白云巖的密度值比灰?guī)r高，而灰?guī)r的速度值相對較高，使得灰?guī)r與白云巖的波阻抗值大部分重疊，因此僅用波阻抗AI參數(shù)難以區(qū)分灰?guī)r和白云巖。加入橫波信息的縱橫波速度比Vp/Vs參數(shù)可以更好地區(qū)分灰?guī)r與白云巖，綜合利用波阻抗AI和Vp/Vs兩個參數(shù)就可以有效地區(qū)分灰?guī)r與白云巖(圖6)，實(shí)現(xiàn)對白云巖儲層的預(yù)測。這兩個參數(shù)的獲得需要應(yīng)用到地震疊前彈性反演的技術(shù)手段。圖6中藍(lán)色的灰?guī)r樣點(diǎn)與粉紅色白云巖樣點(diǎn)明顯分布于不同的區(qū)域，可以擬合一個紅色的線條作為巖性識別線來區(qū)分它們，位于線條上部的為灰?guī)r，而下部的為白云巖。這條紅色巖性識別線的擬合的方程式為：

圖6 測井統(tǒng)計茅口組不同巖性的AI與Vp/Vs交會圖Fig.6 AI vs. Vp/Vs crossplot for different lithologies of Maokou formation based on log data statistics

圖7 疊前彈性反演工作流程圖Fig.7 Pre-stack elastic inversion work flow chart

Vp/Vs=a0+a1×AI

(1)

其中：a0和a1為常數(shù)，它們?nèi)≈档牟煌沟眉t色巖性識別線在交會圖中的位置不同，在本區(qū)建議常數(shù)a0取值為1.1，a1的取值為0.000 048，這樣的取值使紅色巖性識別線正好可以區(qū)分不同的巖性。

完成地震疊前彈性反演處理后，得到AI和Vp/Vs兩個參數(shù)體，將它們帶入公式Vp/Vs-(a0+a1×AI)中得到巖性指示體，該數(shù)據(jù)體中正數(shù)的部分為灰?guī)r的分布，而負(fù)數(shù)的部分為預(yù)測白云巖的分布。得到白云巖的分布后，應(yīng)用區(qū)分白云巖儲層和致密白云巖的AI門檻值a2(圖6中藍(lán)色的線條，其具體的值在測井資料統(tǒng)計中確定，在本區(qū)其值確定為17 400((g·cm-3)·(m·s-1)))，將AI值小于a2的部分確定為白云巖儲層的分布。

測井資料統(tǒng)計分析還表明，茅口組白云巖儲層的波阻抗AI參數(shù)與孔隙度POR基本呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即地層的孔隙度越高，則其波阻抗值越低。因此，從測井資料中統(tǒng)計出孔隙度POR與波阻抗AI之間的關(guān)系式POR=f(AI)，然后利用該關(guān)系式將反演的儲層AI參數(shù)轉(zhuǎn)換為POR，實(shí)現(xiàn)對白云巖儲層孔隙度的預(yù)測。

綜合上述分析，在茅口組地層開展儲層預(yù)測的地球物理工作流程是：①利用地震疊前彈性反演求取縱橫波速度比Vp/Vs和波阻抗AI參數(shù)；②綜合利用這兩個參數(shù)來刻畫白云巖儲層的分布；③應(yīng)用AI與POR之間的相關(guān)關(guān)系，計算白云巖儲層范圍內(nèi)的孔隙度分布(圖7)。

4.2 地震疊前彈性反演

地震疊前反演是利用CRP道集，結(jié)合測井、VSP提供的縱橫波速度及密度信息，反演計算出縱波速度、橫波速度和密度。系統(tǒng)分析鉆井揭示儲層與圍巖、油層與水層縱橫波速度分布特征，預(yù)測儲層及油氣層的空間發(fā)育特征。

4.2.1 彈性阻抗的計算

在常規(guī)地震中，我們只用縱波，而且假設(shè)是由垂直入射得到的疊加地震數(shù)據(jù)， 在垂直入射時是沒有轉(zhuǎn)換波的。當(dāng)縱波以一定的角度入射到地下反射界面上時，它的能量分解成四種不同的波的類型：①反射縱波；②反射橫波；③轉(zhuǎn)換縱波；④轉(zhuǎn)換橫波。在假設(shè)無噪音的情況下垂直入射時，地震道是反射系數(shù)R和子波W褶積，即：

S=R*W

(2)

對于有角度的入射，褶積模型為式(3)。

S(θ)=R(θ)*W(θ)

(3)

其中：S(θ)是含角度信息的地震資料；R(θ)是含角度信息的反射系數(shù)，由井上的縱波時差、橫波時差和密度，利用Zoeppritz 方程得到:W(θ)是含角度信息的子波, 可由含角度信息的反射系數(shù)和含角度信息的地震數(shù)據(jù)估算而獲得。

在實(shí)際工作中，含角度信息的地震數(shù)據(jù)由不同偏移距數(shù)據(jù)疊加而得到，就象反射系數(shù)R用于計算縱波阻抗AI一樣,含角度信息的反射系數(shù)R(θ)用于計算彈性阻抗 (EI)[18]。

縱波阻抗為：AI=ρVp

(4)

彈性阻抗為：EI(θ)=ρVp(1+εsin2θ)

(5)

若用 Aki and Richards 近似反射系數(shù)，則R(θ)為式(6)。

(2*ΔVs/Vs+Δρ/ρ)

(6)

(7)

對于彈性阻抗EI的計算主要有四種方法計算：①Aki& Richards；②Knott-Zoeppritz equation；③BP elastic impedance；④BP elastic impedance(high angles)。

4.2.2 疊前彈性反演原理和方法

眾所周知，地震反射在零偏移距(零入射角)時只反映縱波信息，當(dāng)隨入射角增大，橫波速度的影響逐漸增加。Zoeppritz方程精確地描述了這一現(xiàn)象。Shuey簡化的Zoeppritz方程表述為式(8)。

(8)

用彈性波阻抗EI替代原波阻抗，則：

(9)

(10)

上述是綜合利用不同偏移距疊加的地震數(shù)據(jù)反演得到彈性波阻抗、然后計算縱、橫波速和密度的反演思想，該思想是通過疊前反演方法來實(shí)現(xiàn)的。方法流程是：①對疊前道集進(jìn)行限角疊加，分別得到小、中、大入射角的疊加數(shù)據(jù)； ②分別做小、中、大入射角的子波估算，分別反演出多個角度的彈性阻抗；③代入Zoeppritz方程，通過權(quán)重疊加得到縱波速度、橫波速度、密度等參數(shù)(圖7)。

4.3 預(yù)測成果

應(yīng)用上述技術(shù)流程得到的茅口組白云巖儲層預(yù)測成果如圖8所示。

圖8 茅口組白云巖儲層預(yù)測成果三維空間展示圖Fig.8 3D demonstrative diagram of Maoukou formation dolomite reservoir prediction(a)預(yù)測白云巖儲層分布的三維空間展示圖；(b)儲層展布成果上分析的白云巖儲層形成模式

近期在圖8(a)中的白云巖儲層預(yù)測⑴區(qū)范圍內(nèi)鉆探了T6井，在茅口組鉆獲23 m厚的白云巖儲層和11.08*104m3/d的工業(yè)氣流，證實(shí)了熱液白云巖預(yù)測技術(shù)方法在涪陵地區(qū)的適用性與有效性。從圖8(b)可以看出：茅口組熱液白云巖儲層發(fā)育受控于基底斷裂，東吳運(yùn)動晚期峨眉地裂運(yùn)動導(dǎo)致地幔深部的富鎂熱液流體沿著深部斷裂向上運(yùn)移至茅三段灰?guī)r中，由于上部龍?zhí)督M致密巖層的阻隔而側(cè)向運(yùn)移，使相對高孔滲的生屑灘灰?guī)r發(fā)生白云石化，形成有利儲層。

5 結(jié)論

1)在川東涪陵地區(qū)，中緩坡顆粒灘相是茅口組白云巖發(fā)育的基礎(chǔ)，基底斷裂為富鎂熱液的運(yùn)移提供通道，是白云巖儲層形成的關(guān)鍵，中緩坡高能相帶與基底斷裂疊合區(qū)是熱液白云巖儲層發(fā)育有利區(qū)域。因此，基底斷裂精細(xì)描述+有利淺灘沉積相帶分析+精細(xì)地震反演有機(jī)結(jié)合的預(yù)測思路，能夠預(yù)測該區(qū)茅口組白云巖儲層分布。

2)在高能相帶疊加基底斷裂的有利范圍內(nèi)，通過已鉆井資料,用波阻抗AI和Vp/Vs兩個參數(shù)建立巖性識別線方程式Vp/Vs=a0+a1×AI，應(yīng)用疊后地震反演獲得的波阻抗值A(chǔ)I和疊前地震反演獲得的縱橫波速比Vp/Vs這兩個參數(shù)體帶入公式Vp/Vs-(a0+a1×AI)得到巖性指示體，可以較為有效地區(qū)分灰?guī)r與白云巖。研究區(qū)刻畫白云巖儲層所使用的AI值域?yàn)?5 800 g·cm-3·m·s-1～18 650 g·cm-3·m·s-1，Vp/Vs門檻值為1.79，即同時滿足15 800≤AI≤18 650和Vp/Vs≤1.79的部分為白云巖。

3)得到白云巖的分布后，應(yīng)用區(qū)分白云巖儲層和致密白云巖的AI門檻值a2(研究區(qū)其值確定為17 400 g·cm-3·m·s-1，即AI值小于a2的部分確定為白云巖儲層的分布。最后應(yīng)用AI與POR之間的相關(guān)關(guān)系，計算儲層范圍內(nèi)的孔隙度分布。

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