非均質(zhì)灘相儲層地震反射特征及識別

代瑞雪，冉 崎，關 旭，梁 瀚，賴 強

中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院，四川 成都 610041

引 言

碳酸鹽巖是重要的油氣勘探開發(fā)領域，其油氣儲量約占世界油氣儲量的60%[1-3]。全球大型碳酸鹽巖油氣田的儲層類型主要有生物礁、顆粒灘、白云巖、不整合與風化殼[4-5]。其中，顆粒灘是一類重要的勘探對象，它是在波浪、潮汐流等作用下，主要由各種碳酸鹽顆粒（砂屑，礫屑，鮞粒，球粒，生屑，藻粒等）形成的一些大型沉積底形[6]。近年來，國內(nèi)外已發(fā)現(xiàn)多個顆粒灘型油氣田，如世界上最大油田——Arabian盆地侏羅系臺內(nèi)灘加瓦爾（Ghawar）油田，美國泥盆系-賓西法尼亞系臺內(nèi)灘等，國內(nèi)主要集中在塔里木盆地和四川盆地[7-9]。塔里木盆地包括沿塔中I號坡折帶分布的奧陶系良里塔格組顆粒灘[10-11]，塔河地區(qū)奧陶系鷹山組顆粒灘[12]；四川盆地包括沿開江—梁平海槽分布的川東北下三疊統(tǒng)飛仙關組鮞灘[13-14]、川中寒武系龍王廟組顆粒灘[15]。從以上顆粒灘類型來看，主要有臺內(nèi)灘和臺緣灘兩種類型，其中，對臺緣灘的研究較深入，主要沿臺緣帶分布，儲層較厚且分布較廣；而對臺內(nèi)灘的研究目前較薄弱，灘體規(guī)模較臺緣灘小，單層較薄且分布規(guī)律性差，這類儲層的地震識別難度更大。

前人研究表明，川中地區(qū)下寒武統(tǒng)龍王廟組發(fā)育非均質(zhì)性較強的臺內(nèi)灘[16-18]，儲層地震反射特征復雜多樣。本文以此為典型研究對象，試圖通過對非均質(zhì)灘相儲層的地震反射特征開展研究，建立一套針對性的儲層地震識別方法，為灘相儲層地震預測提供有效的思路與方法。

1 地質(zhì)概況

寒武系龍王廟組氣藏位于四川盆地的中部，構造位置位于樂山—龍女寺古隆起的東端，龍王廟組顆粒灘主要位于局限臺地內(nèi)，具有良好的油氣成藏條件，儲層巖性主要為粒屑云巖、晶粒云巖，儲集層類型為裂縫-孔隙型，儲集性能較優(yōu)越。

四川盆地震旦系—寒武系勘探始于20世紀40年代，經(jīng)過1940—1964年威遠發(fā)現(xiàn)階段、1965—2005年持續(xù)探索階段、2006—2012年風險勘探階段及2011年—現(xiàn)今整體勘探高效評價階段后，在“古隆起、古裂陷、古灘相、古圈閉”為一體的“四古”成藏理論體系指導下，2012年9月，M8井在龍王廟組獲高產(chǎn)工業(yè)氣流，發(fā)現(xiàn)中國最大單體海相整裝碳酸鹽巖氣藏[19-21]。

目前，磨溪龍王廟組氣藏已經(jīng)進入開發(fā)階段，口口井高產(chǎn)。同時，基于對古隆起背景上龍王廟組儲層發(fā)育的地質(zhì)認識，2013年以來，加快了對磨溪外圍區(qū)（包括高石梯、龍女寺及古隆起北斜坡）的整體部署勘探步伐。值得注意的是，早期認為磨溪外圍區(qū)龍王廟組和磨溪主體儲層發(fā)育特征應一致，然而，新鉆井結果卻顯示外圍區(qū)龍王廟儲層與主體存在明顯差異，非均質(zhì)性較強的灘相儲層造成了地震反射多樣化，主體區(qū)的“亮點”儲層識別模式在外圍區(qū)存在多解性，這一問題制約了對川中地區(qū)龍王廟組灘相儲層分布的整體認識。

2 思路與方法

為了解川中地區(qū)龍王廟組儲層的分布規(guī)律，需要探討3方面的問題：一是儲層如何變化？二是地震反射特征怎樣變化？三是用哪種地震手段識別儲層？

筆者通過對地質(zhì)、鉆井及測井等相關資料的深入分析，明確了磨溪主體及外圍區(qū)龍王廟組儲層的發(fā)育特征，總結了地震反射模式，同時，在理論及實際正演模擬研究基礎上，明晰了儲層反射特征多樣化的原因，確立了龍王廟組有利地震反射特征，最終，利用針對性的儲層地震識別技術摸清了川中龍王廟組灘相儲層的分布規(guī)律。

2.1 儲層地質(zhì)模式

通過梳理川中83口井龍王廟組儲層的發(fā)育特征，明確了磨溪主體和外圍區(qū)（龍女寺、高石梯、北斜坡）儲層特征的差異，主要體現(xiàn)在以下3個方面。

（1）主體區(qū)儲層普遍優(yōu)于外圍區(qū)

磨溪主體儲層平均厚度32.8 m，北斜坡地區(qū)平均厚度31.2 m，高石梯地區(qū)平均厚度18.5 m，龍女寺地區(qū)平均厚度16.7 m；儲層孔隙度存在同樣變化規(guī)律：磨溪地區(qū)儲層平均孔隙度4.4%，北斜坡地區(qū)平均孔隙度4.0%，高石梯地區(qū)平均孔隙度3.3%，龍女寺地區(qū)平均孔隙度3.2%。

（2）儲層發(fā)育位置明顯不同

利用前人建立的測井-沉積相圖版，把龍王廟組分為上下兩個亞段[22-23]，主體區(qū)龍王廟組儲層上下亞段均有發(fā)育，而外圍儲層主要發(fā)育在上亞段。

（3）內(nèi)部巖性不同

連井伽馬對比顯示，外圍區(qū)存在明顯的高伽馬段，且含高伽馬段的井點圍繞古隆起呈帶狀分布。

依據(jù)川中地區(qū)龍王廟組灘相儲層的變化規(guī)律，可以建立相應的儲層地質(zhì)模式（圖1）。該模式描述了磨溪主體發(fā)育灘相厚儲層，外圍區(qū)高石梯龍女寺發(fā)育灘相薄儲層，儲層基本發(fā)育在上亞段，內(nèi)部存在高伽馬泥巖段，且儲層非均質(zhì)性更強。

圖1 川中地區(qū)龍王廟組儲層地質(zhì)模式Fig.1 Geological model of the reservoirs in Longwangmiao Formation in Central Sichuan

2.2 儲層地震反射模式

為進一步明晰地震反射特征變化的成因，明確龍王廟組有利儲層地震反射特征，需要開展地震波場正問題的研究。針對川中地區(qū)龍王廟組構造平緩、地層厚度變化不大的特點，選取基于射線追蹤的正演模擬，按照理論模型→實際井模型的思路開展正演模擬研究。

2.2.1 理論模型

首先考慮無儲層的情況，龍王廟頂界是高臺組底部的白云質(zhì)砂巖與下伏龍王廟組白云巖的界面，底界是龍王廟組白云巖和下伏滄浪鋪組頂部粉砂巖的界面。

根據(jù)反射波理論，存在波阻抗差異即存在反射波[24]，高臺組—龍王廟組—滄浪鋪組為明顯的低速—高速—低速變化特征，龍王廟組頂界表現(xiàn)為強波峰，底界表現(xiàn)為強波谷。儲層發(fā)育時，龍王廟組儲層顯示了多種地震反射特征，為了解影響反射特征的原因，從儲層厚度、地震主頻、儲層發(fā)育位置、孔隙度及有無高伽馬段等5個方面設計不同約束條件的地質(zhì)模型（圖2）。

圖2 川中地區(qū)龍王廟組儲層理論正演Fig.2 Theoretical model of Longwangmiao Formation in Central Sichuan

理論模型響應表明，（1）儲層底界對應波峰（內(nèi)部亮點），儲層越厚，亮點特征越明顯，儲層厚度小于14 m時幾乎不能識別；（2）儲層發(fā)育在頂部時，反射特征變化最多（圖2）；（3）地震資料主頻越低，識別儲層能力越弱；（4）儲層孔隙度降低，儲層亮點振幅變?nèi)酰唬?）單獨的高伽馬段無明顯反射，當與儲層距離較近時會略微增強儲層亮點振幅。

從理論模型正演得出結論：儲層底界對應亮點波峰，儲層發(fā)育特征主要影響龍王廟組頂界反射特征，其中，儲層厚度和發(fā)育位置影響最大。

2.2.2 實際井模型

在理論模型的基礎上，對實際單井模型開展研究，進一步驗證了理論模型儲層的變化規(guī)律，明確優(yōu)質(zhì)反射模式，總結龍王廟組地震反射模式有以下5種（圖3）。

模式1：龍王廟組呈內(nèi)部單軸特征，儲層較厚且靠近頂界，頂界為波谷，內(nèi)部強波峰大致對應儲層底界，隨著儲層厚度和孔隙度的增加，內(nèi)部強波峰能量加強（如M204井）。

模式2：龍王廟組呈雙軸地震反射特征，儲層厚度較大（10～60 m），頂界弱波峰，內(nèi)部強波峰大致對應儲層底界（如M13井）。

模式3：龍王廟組呈雙軸地震反射特征，儲層中等厚度且靠近中部，頂界為強波峰，內(nèi)部弱峰反射（如G10井）。

模式4：龍王廟組呈單軸復波地震反射特征，儲層厚較薄且發(fā)育在頂部，頂界為復波反射特征（如M23井）。

模式5：龍王廟組呈單軸地震反射特征，無儲層發(fā)育，頂界為強波峰（如G2井）。

綜合儲層實鉆結果，認為各模式的優(yōu)劣順序為：模式1/模式2→模式3/模式4→模式5。從統(tǒng)計結果來看，磨溪主體和北斜坡以模式1、模式2和模式4為主，而高石梯和龍女寺以模式3和模式5為主。

圖3 川中地區(qū)龍王廟組地震反射模式Fig.3 Reflection patterns of Longwangmiao Formation in Central Sichuan

2.3 儲層地震識別研究

前期研究表明，龍王廟組儲層發(fā)育情況決定其地震反射模式，即儲層的底界對應亮點波峰，儲層發(fā)育情況影響了龍王廟組頂界反射特征，則基于灘體正演模擬優(yōu)選出的儲層地震識別技術更具有針對性。依據(jù)“儲層底界對應亮點波峰”，選擇三維地質(zhì)體空間雕刻技術和龍王廟組內(nèi)部最大波峰振幅屬性來刻畫內(nèi)部亮點儲層；依據(jù)“儲層發(fā)育影響龍王廟組頂界反射特征”，選取龍王廟組頂部弱振幅來輔助刻畫儲層展布。

2.3.1 三維地質(zhì)體空間雕刻

三維地質(zhì)體空間雕刻是利用三維地震數(shù)據(jù)的顯示、描述來分析地下諸多地質(zhì)現(xiàn)象和沉積特征，完成對目標體的追蹤與雕刻[25-26]。前人在川東北二疊系長興組根據(jù)“丘狀體頂部弱振幅+相位變化劇烈”識別生物礁，“礁體內(nèi)部弱振幅”取得了較好的儲層識別效果。

本次研究借鑒其思路，由于儲層基本發(fā)育在上亞段，龍王廟底界沉積較穩(wěn)定，為全區(qū)可追蹤的波谷，那么考慮拉平穩(wěn)定沉積的龍王廟組底界，向上提取合適時窗，利用儲層內(nèi)部亮點反射刻畫儲層展布。如圖4，儲層亮點切片顯示磨溪主體內(nèi)部“亮點”反射連片分布，外圍區(qū)龍女寺和高石梯有零星“亮點”分布，與地震剖面吻合。

圖4 川中地區(qū)龍王廟組灘相儲層空間雕刻圖Fig.4 Internal bright spot delineation diagram of Longwangmiao Formation in Central Sichuan

2.3.2 地震振幅屬性提取

對龍王廟組的儲層識別也考慮了屬性技術。地震波場是地層巖性、物性及含流體特性的綜合反映，表征地震波場運動學及動力學特征變化最常用的方法就是地震屬性，地震屬性從20世紀60年代至今，已發(fā)展到基本成熟階段[27-28]。本文在以運動學、動力學為基礎的地震屬性分類中，根據(jù)儲層越厚、亮點越明顯的特征，針對性地優(yōu)選出龍王廟組內(nèi)部最大波峰屬性來表征儲層。屬性平面圖顯示，磨溪主體龍王廟組內(nèi)部強振幅連片分布，外圍區(qū)龍王廟組內(nèi)部強振幅呈條帶狀分布，且內(nèi)部呈不連續(xù)特征。

內(nèi)部亮點刻畫及最大波峰振幅屬性對于識別發(fā)育在龍王廟組中部的儲層有較好的效果，但對于儲層較薄且發(fā)育在頂部（如M23井龍王廟組頂界呈復波反射特征）時效果較差，需采用輔助方式識別此類儲層。前期正演模擬認為，龍王廟組儲層發(fā)育情況直接影響龍王廟組頂界的地震反射特征，且井上統(tǒng)計表明，龍王廟組儲垂厚越大，頂界振幅越弱，按照這個思路提取頂界的沿層屬性，即可間接反映儲層的發(fā)育情況。從龍王廟組頂界弱振幅的提取結果來看，儲層較厚的井點均落在振幅較弱的區(qū)域（圖 5）。

2.4 龍王廟組儲層分布規(guī)律

2.4.1 龍王廟組儲層地震識別吻合度

3種儲層地震識別方法表征了同樣的地球物理反射特征規(guī)律，利用龍王廟組實鉆結果進行驗證，認為大于10 m為儲層發(fā)育，經(jīng)統(tǒng)計，亮點空間雕刻與實鉆井符合率為85.1%，內(nèi)部強振幅與實鉆井符合率為88.8%，頂部弱振幅與實鉆井符合率為90.1%。

2.4.2 龍王廟組儲層分布規(guī)律

在川中地區(qū)龍王廟組儲層發(fā)育特征研究基礎上，把龍王廟組灘體分為灘主體、灘緣、灘間海及點灘4個微沉積單元，其中，灘核代表水動力較強，為海侵海退期微地貌高地沉積水體足夠動蕩模式的最有利儲集微相帶[29]，按照地震相-沉積相對應關系，以模式1（頂界波谷，內(nèi)部強峰）和模式2（頂界弱峰，內(nèi)部強峰）為主；灘緣和點灘代表總體水動力不強，能量較低，屬于低能沉積，以模式3（頂界強峰，內(nèi)部弱峰）和模式4（頂界復波）為主；灘間海代表正常浪基面以下的臺地內(nèi)較低洼地區(qū)[30-31]，以模式 5（頂界強峰）為主（圖6）。

圖5 川中地區(qū)龍王廟組頂部弱振幅屬性圖Fig.5 Weak amplitude property map of the top boundary of Longwangmiao Formation in central Sichuan

圖6 川中地區(qū)龍王廟組灘相模式圖Fig.6 Intraplatform shoal facies mode chart of Longwangmiao Formation in Central Sichuan

在地震相-沉積相對應基礎上，刻畫出三維區(qū)龍王廟組儲層展布如圖7所示，圖中紅色代表內(nèi)部強振幅區(qū)，黃色代表頂部弱振幅區(qū)，其中，紅黃色相重疊區(qū)域代表儲層最發(fā)育區(qū)。從儲層發(fā)育規(guī)律來看：（1）磨溪主體灘體連片疊置；（2）外圍區(qū)發(fā)育環(huán)主體北東向條帶狀點灘。

圖7 川中地區(qū)龍王廟組灘相儲層分布圖Fig.7 Shoal distribution of Longwangmiao Formation in Central Sichuan

目前，川中龍王廟組的儲層分布規(guī)律已得到后續(xù)鉆井的證實，高石梯A井，B井均鉆遇優(yōu)質(zhì)儲層且測試獲得高產(chǎn)，北斜坡兩口井鉆遇厚度超過30 m的儲層，證實了外圍區(qū)依舊有優(yōu)質(zhì)儲層的分布，雖然構造位置較低，但是與斷層組合可發(fā)育巖性-構造圈閉，為下一步有利勘探區(qū)（圖8）。

圖8 灘相儲層分布圖Fig.8 Plane and profile map of shoal distribution

3 結 論

（1）建立了一套適用于川中地區(qū)的非均質(zhì)灘相儲層地震識別方法，為灘相儲層預測提供了有效的思路與方法。

（2）建立了川中地區(qū)龍王廟組5種地震反射模式，其中，模式1（頂界波谷或者零界點，內(nèi)部強波峰）和模式2（頂界弱波峰，內(nèi)部強峰反射）為最優(yōu)質(zhì)的儲層地震反射模式。

（3）按照“儲層底界對應亮點波峰，儲層發(fā)育程度影響龍王廟頂界地震反射”的思路優(yōu)選了敏感性儲層識別技術，認為三維地質(zhì)體空間雕刻及地震多屬性復合技術能有效識別儲層。

（4）川中地區(qū)龍王廟組磨溪主體為灘體連片發(fā)育區(qū)，外圍區(qū)發(fā)育北東向條帶狀展布點灘。其中，古隆起斜坡有形成的巖性圈閉油氣藏的條件，是下一步勘探的重要領域。