四川盆地九龍山地區(qū)三疊系飛仙關(guān)組薄層鮞粒灘儲(chǔ)層定量描述及預(yù)測

裴森奇，胡 欣，王興志，張本健，王宇峰，李榮容，龍虹宇

1西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院；2中國石油西南油氣田公司川西北氣礦

0 前 言

九龍山構(gòu)造位于四川盆地西北部，大地構(gòu)造位置處于米倉山臺(tái)緣隆起與川北低平褶皺帶過渡區(qū)域的川北古中坳陷低緩構(gòu)造帶，屬地臺(tái)北部邊緣凹陷帶中印支期形成的穩(wěn)定的局部背斜構(gòu)造［1－2］。該區(qū)現(xiàn)有L4井、L16井、L17井、L104井和L004-X1井等共5口井鉆穿下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組鮞粒灘儲(chǔ)層，其中L16井測試獲得工業(yè)氣流，初步顯示了該區(qū)的勘探潛力。九龍山地區(qū)飛仙關(guān)組埋深5000 m左右，常規(guī)地震資料主頻約為30 Hz，已鉆井揭示研究區(qū)飛仙關(guān)組二段（簡稱飛二段）層速度為5 200 m/s，因此該區(qū)地震資料的理論極限分辨率為22 m，而各井鉆遇的儲(chǔ)層單層厚度均小于22 m，小于調(diào)諧厚度，造成常規(guī)地震數(shù)據(jù)識(shí)別薄儲(chǔ)層的難度大。前人雖然進(jìn)行了多種方法的嘗試，如利用稀疏脈沖反演方法［3］、伽 馬反 演結(jié) 合速 度反 演［4-5］、地震屬性分析［6-8］、三維可視化技術(shù)刻畫［9］等，但是這些方法都是以常規(guī)資料為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)的。由于薄儲(chǔ)層在常規(guī)地震剖面上難以識(shí)別，因此薄儲(chǔ)層厚度預(yù)測已成為制約氣藏評(píng)價(jià)與開發(fā)的核心問題。

本次研究采用以動(dòng)態(tài)子波反褶積為核心的拓頻處理技術(shù)，提高了地震資料的分辨率，并結(jié)合伽馬反演和波阻抗分頻反演等技術(shù)，對(duì)鮞粒灘儲(chǔ)層進(jìn)行精細(xì)描述及定量預(yù)測，結(jié)果與實(shí)鉆吻合較好，證實(shí)了本文采用的技術(shù)方法對(duì)鮞粒灘薄儲(chǔ)層預(yù)測具有實(shí)用性和有效性，對(duì)解決其他地區(qū)勘探開發(fā)面臨的類似問題具有一定的借鑒價(jià)值。

1 飛仙關(guān)組儲(chǔ)層特征

飛仙關(guān)組整合于二疊系長興組之上，長興組生物礁古地貌高地和龍門山島鏈為九龍山地區(qū)飛仙關(guān)組的沉積奠定了古地理基礎(chǔ)，飛仙關(guān)期相對(duì)海平面下降促進(jìn)了高能鮞粒灘的形成與遷移［10-12］。海侵期鮞粒灘主要發(fā)育在臺(tái)地邊緣，海退期向斜坡—盆地方向遷移，從而導(dǎo)致飛二段早期鮞粒灘近南北向分布，晚期演化為北東向展布。高能鮞粒灘相疊加準(zhǔn)同生期溶蝕作用而形成規(guī)模優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，發(fā)育高能鮞粒灘儲(chǔ)層。九龍山地區(qū)飛二段沉積期處于臺(tái)地邊緣有利相帶，鮞粒灘體廣泛分布，主灘體位于L16井區(qū)，發(fā)育上下2套鮞粒灘儲(chǔ)層，但單層灘體厚度較薄。

1.1 巖性特征

九龍山地區(qū)飛二段巖石類型多樣，主要為大套泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r夾中—薄層鮞粒灰?guī)r。儲(chǔ)集巖類主要為亮晶鮞粒灰?guī)r、含灰殘余鮞粒白云巖和豆?；?guī)r，其中亮晶鮞?；?guī)r和含灰殘余鮞粒白云巖中發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。

亮晶鮞?；?guī)r 以淺灰色、灰色、灰白色和褐灰色為主，中—厚層狀，鮞粒含量在60%～75%之間，多呈顆粒支撐，多數(shù)分選及磨圓好；顆粒之間的充填物以亮晶方解石膠結(jié)物為主，其膠結(jié)期次一般有2～3期；發(fā)育粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔和鑄模孔，孔隙多被瀝青半充填。

含灰殘余鮞粒白云巖 以淺灰色、灰褐色為主，常以層狀或透鏡狀?yuàn)A于厚層鮞?；?guī)r之中；鮞粒一般由細(xì)粉晶他形白云石構(gòu)成；發(fā)育晶間溶孔、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔和鑄?？?，局部形成蜂窩狀或針狀溶孔，孔隙被少量瀝青充填，面孔率一般為5%～15%。

豆?；?guī)r 一般位于大套鮞粒灰?guī)r的下部，呈灰色、灰褐色；豆粒含量為40%～60%，粒徑為0.2～0.5 cm，其他顆粒為鮞粒和生物碎屑；粒間以2期亮晶方解石膠結(jié)物為主；見少量被瀝青充填的粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔。

1.2 物性及孔隙特征

飛二段鮞粒灘儲(chǔ)層實(shí)測32塊樣品的孔隙度分布范圍在0.92%～16.92%之間，平均孔隙度為3.54%（其中孔隙度小于2%的樣品占40.6%），孔隙度大于2%的樣品的平均孔隙度為5.04%。30塊樣品的巖心滲透率大多數(shù)介于（0.0001～3.39）×10-3μm2之間，平均為0.184×10-3μm2，在（0.001～0.1）×10-3μm2之間的樣品較多，占43%；滲透率變化范圍大、非均質(zhì)性強(qiáng)?？傮w來看，研究區(qū)飛二段主要發(fā)育低孔中—低滲儲(chǔ)層。巖心及薄片顯示飛二段儲(chǔ)層主要發(fā)育粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔，其次發(fā)育微裂縫等。

1.3 巖石物理參數(shù)及正演模擬

首先，通過多參數(shù)交會(huì)圖分析來明確研究區(qū)識(shí)別巖性與儲(chǔ)層的敏感參數(shù)，為后續(xù)儲(chǔ)層反演提供理論與解釋的依據(jù)。圖1a為飛二段自然伽馬（GR）與密度的交會(huì)圖，其中紅色圓點(diǎn)代表灘體，灰色圓點(diǎn)代表非灘體，灘體的GR值＜26API，利用GR能較好地識(shí)別巖性。在識(shí)別出灘體后，通過分析飛二段波阻抗與密度交會(huì)圖（圖1b）發(fā)現(xiàn)：孔隙度＞2%的鮞粒灘儲(chǔ)層波阻抗值基本小于15500×102g/(cm2·s)、且大于14000×102g/(cm2·s)。因此，可通過波阻抗來判識(shí)鮞粒灘儲(chǔ)層。

圖1 四川盆地九龍山地區(qū)飛二段巖石物理參數(shù)交會(huì)圖Fig.1 Crossplot of physical parameters of Member 2 of Feixianguan Formation in Jiulongshan area,Sichuan Basin

同時(shí)，還結(jié)合儲(chǔ)層楔狀正演模型來說明不同厚度儲(chǔ)層條件下的地震響應(yīng)特征。圖2a為建立的地質(zhì)模型，在飛二段中發(fā)育一段楔狀的儲(chǔ)層，各地層的巖石物理參數(shù)見表1，參數(shù)值來源于對(duì)實(shí)際工區(qū)測井資料的統(tǒng)計(jì)。采用45 Hz的雷克子波與模型地層剖面褶積后得到圖2b所示的地震響應(yīng)剖面：整體上，儲(chǔ)層頂界對(duì)應(yīng)波谷反射，儲(chǔ)層底界對(duì)應(yīng)波峰反射；當(dāng)鮞粒灘儲(chǔ)層小于6 m時(shí)無獨(dú)立反射，當(dāng)其大于6 m時(shí)，隨著儲(chǔ)層厚度增加，儲(chǔ)層底界反射振幅變強(qiáng)。而研究區(qū)儲(chǔ)層厚度在11.3～39.6 m之間，因此當(dāng)?shù)卣鹬黝l為45Hz時(shí)，利用地震資料預(yù)測薄儲(chǔ)層是可行的。

圖2 四川盆地九龍山地區(qū)飛仙關(guān)組地質(zhì)模型（a）與地震理論響應(yīng)剖面（b）Fig.2 Geological model(a)and theoretical seismic response profile(b)of Feixianguan Formation in Jiulongshan area,Sichuan Basin

表1 四川盆地九龍山地區(qū)飛二段正演模型巖石物理參數(shù)表Table 1 Petrophysical parameters of forward model of Member 2 of Feixianguan Formation in Jiulongshan area,Sichuan Basin

2 鮞粒灘儲(chǔ)層精細(xì)描述

測井巖石物理分析表明：飛二段鮞粒灘體GR值基本上小于26 API，與上、下地層區(qū)分明顯，可采用GR反演預(yù)測出灘體的分布。灘體中鮞粒灘儲(chǔ)層與圍巖相比，速度略低，波阻抗基本上介于（14 000～15 500）×102g/(cm2·s)之間，而灘體中非儲(chǔ)層的波阻抗一般大于 15500×102g/(cm2·s)。 因此，可在GR 反演刻畫出灘體的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行波阻抗反演，在GR小于26API的地震體中尋找相對(duì)低的阻抗體，從而精細(xì)刻畫飛二段鮞粒灘薄儲(chǔ)層。

2.1 保幅寬頻高分辨率處理

由于常規(guī)時(shí)間偏移數(shù)據(jù)體難以滿足研究區(qū)的薄儲(chǔ)層預(yù)測，為此需要進(jìn)一步拓展地震資料頻帶以提高分辨率，才能對(duì)薄儲(chǔ)層做出精細(xì)預(yù)測。為保證拓頻處理后的地震數(shù)據(jù)保持原有的信噪比、相對(duì)振幅關(guān)系和時(shí)頻特性，在采用反褶積技術(shù)、譜整形及譜白化技術(shù)、Q補(bǔ)償技術(shù)等常規(guī)處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，再采用動(dòng)態(tài)子波反褶積技術(shù)進(jìn)一步提高資料分辨率［13］。

信噪比與分辨率往往是一對(duì)矛盾，在提高分辨率的同時(shí)，會(huì)降低資料的信噪比。因此，本次研究的思路是在正演指導(dǎo)下優(yōu)選處理參數(shù)（圖3）：在可分辨地質(zhì)體的前提下，適當(dāng)提高地震資料主頻。從圖3可以看到，當(dāng)主頻大于45 Hz時(shí)，地震數(shù)據(jù)就能區(qū)分儲(chǔ)層頂?shù)祝虼藶榱吮ＷC后續(xù)地震資料的信噪比，地震拓頻數(shù)據(jù)體的主頻控制在45Hz。

目前常用的反褶積方法大多基于常子波的褶積模型，然而實(shí)際地震子波在地下傳播過程中總是時(shí)變和空變的。為此將地震剖面分為很多小的時(shí)窗段，在每一小段內(nèi)都計(jì)算一個(gè)地震子波，進(jìn)而得到時(shí)變與空變的動(dòng)態(tài)子波，最后將這個(gè)動(dòng)態(tài)子波用于反褶積，這樣可明顯提高地震資料的分辨率［14］。

在整個(gè)處理過程中，為了保證高分辨率處理后的同相軸是保真的，采用如下4條質(zhì)控法則：①頻帶得到有效拓寬；②波組特征清晰，能有效追蹤儲(chǔ)層反射軸；③地震數(shù)據(jù)相位特征保持不變；④與合成記錄的匹配程度好。以過L4井的地震剖面為例（圖4），拓頻后地震主頻由常規(guī)的30 Hz（圖4a）提高到45 Hz（圖4b），頻帶寬度由常規(guī)的10～57 Hz拓寬到10～85 Hz。從合成記錄的對(duì)比情況來看，合成道與井旁道的對(duì)應(yīng)關(guān)系較好，這說明拓頻后增加的反射軸是可靠的。

圖3 四川盆地九龍山地區(qū)L4井不同頻率地震正演模擬Fig.3 Forward seismic modeling with different frequencies of Well L4 in Jiulongshan area,Sichuan Basin

圖4 四川盆地九龍山地區(qū)過L4井地震剖面和頻譜拓頻前后對(duì)比Fig.4 Comparison of seismic profile and frequency spectrum before and after frequency expansion of Well L4 in Jiulongshan area,Sichuan Basin

2.2 自然伽馬反演

在提高地震資料分辨率的基礎(chǔ)上，采用多屬性、多權(quán)值GR預(yù)測方法來進(jìn)行GR反演預(yù)測灘體。該方法假設(shè)GR曲線上某采樣點(diǎn)的值是地震屬性道上對(duì)應(yīng)位置附近多個(gè)采樣點(diǎn)的貢獻(xiàn)，通過建立GR與多屬性、多樣點(diǎn)的非線性方程來達(dá)到預(yù)測目的。

在過L16井的GR反演剖面中（圖5），GR值小于26 API預(yù)測為灘體，GR值大于26 API預(yù)測為非灘體。剖面上反映出灘體向工區(qū)西部逐漸減薄、消失，飛二段下亞段由L16井區(qū)的灘體向東逐漸相變?yōu)镚R值較高的灰?guī)r。預(yù)測結(jié)果與實(shí)際地質(zhì)情況吻合，因此利用GR反演能有效預(yù)測九龍山地區(qū)飛二段灘體的分布。

圖5 四川盆地九龍山地區(qū)L104井—L16井—L4井—L004井—X1井—L17井GR反演剖面（剖面位置見圖6）Fig.5 GR inversion profile of Well L104-L16-L4-L004-X1 L17 in Jiulongshan area,Sichuan Basin（the section position is shown in Fig.6）

利用GR反演數(shù)據(jù)體，以GR值26 API為門檻值，分別計(jì)算出飛二段上、下2段灘體的厚度（圖6，圖7）。飛二段上亞段灘體呈北東向分布，飛二段下亞段灘體呈近南北向分布，其展布特征主要受沉積時(shí)期臺(tái)地邊緣的分布所控制。

圖6 四川盆地九龍山地區(qū)飛二段上亞段灘體厚度分布預(yù)測Fig.6 Prediction map of shoal thickness of the upper submember of Feixianguan Member 2 in Jiulongshan area,Sichuan Basin

圖7 四川盆地九龍山地區(qū)飛二段下亞段灘體厚度分布預(yù)測Fig.7 Prediction map of shoal thickness of the lower submember of Feixianguan Member 2 in Jiulongshan area,Sichuan Basin

2.3 AVF法波阻抗反演

波阻抗反演作為聯(lián)系地震、測井及地質(zhì)信息的紐帶，是儲(chǔ)層地震預(yù)測的核心技術(shù)。由于工區(qū)井?dāng)?shù)較少且分布在局部區(qū)域，難以建立一個(gè)反映全區(qū)的可靠低頻模型；并且工區(qū)構(gòu)造變化較大，通過單一子波難以得到準(zhǔn)確的反演結(jié)果。而分頻反演無需子波提取，也不需要初始低頻模型，因此選用波阻抗分頻反演技術(shù)定量預(yù)測鮞粒灘儲(chǔ)層的空間分布。分頻反演首先對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，確定數(shù)據(jù)的有效頻帶范圍，利用小波分頻技術(shù)將地震數(shù)據(jù)分成低、中、高頻分頻數(shù)據(jù)體；然后通過支持向量機(jī)（SVM）的方法計(jì)算出不同厚度下振幅與頻率（AVF）之間的關(guān)系，將AVF關(guān)系引入反演，從而建立起測井目標(biāo)曲線與地震波形之間的非線性映射關(guān)系，得到反演結(jié)果。在分頻反演過程中，由于加入了AVF關(guān)系，有效地降低了反演的自由度。

圖8為連井的波阻抗反演剖面，井上投影曲線為波阻抗曲線。反演剖面整體上與井匹配較好。利用GR和波阻抗反演數(shù)據(jù)體，以GR值小于26 API、波阻抗值介于（14 000～15 500）×102g/(cm2·s)為條件，分別計(jì)算出飛二段上、下段的儲(chǔ)層厚度（圖9，圖10）：飛二段上亞段儲(chǔ)層與灘體展布形態(tài)一致，呈北東向分布，L16井區(qū)儲(chǔ)層厚度最大；飛二段下亞段儲(chǔ)層分布呈南北向，在L104井附近發(fā)育一套南北走向的儲(chǔ)層。

圖9 四川盆地九龍山地區(qū)飛二段上亞段儲(chǔ)層厚度分布預(yù)測圖Fig.9 Prediction map of reservoir thickness of the upper submember of Feixianguan Member 2 in Jiulongshan area,Sichuan Basin

圖10 四川盆地九龍山地區(qū)飛二段下亞段儲(chǔ)層厚度分布預(yù)測圖Fig.10 Prediction map of reservoir thickness of the lower submember of Feixianguan Member 2 in Jiulongshan area,Sichuan Basin

2.4 應(yīng)用效果分析

根據(jù)上述灘體與儲(chǔ)層的預(yù)測結(jié)果，并結(jié)合關(guān)于沉積相的認(rèn)識(shí)，在研究區(qū)部署了LT1井，鉆探過程中在飛仙關(guān)組獲得了良好油氣顯示。LT1井揭示的飛二段上亞段儲(chǔ)層厚度為18.5m，地震預(yù)測厚度為18m；揭示的下亞段儲(chǔ)層厚度為17.8m，預(yù)測厚度為16m。實(shí)鉆厚度與預(yù)測結(jié)果基本吻合，說明采用本文方法預(yù)測、描述薄層鮞粒灘儲(chǔ)層是可行的。

3 結(jié) 論

（1）巖石物理分析表明，九龍山地區(qū)飛二段鮞粒灘體GR值小于26API，鮞粒灘儲(chǔ)層的波阻抗值介于（14 000～15500）×102g/(cm2·s)。

（2）單井正演模擬及疊后數(shù)據(jù)拓頻處理表明，地震主頻達(dá)到45 Hz，頻寬為10～85 Hz時(shí)，能夠分辨出飛二段上、下亞段儲(chǔ)層，且在地震剖面上有可追蹤的獨(dú)立反射軸。

（3）GR反演能有效預(yù)測飛二段灘體分布，在此基礎(chǔ)上通過波阻抗分頻反演可進(jìn)一步預(yù)測鮞粒灘儲(chǔ)層的空間展布?？坍嫿Y(jié)果表明：受臺(tái)緣帶分布的控制，飛二段上、下亞段儲(chǔ)層的分布方向不同，上亞段儲(chǔ)層大體呈北東方向展布，下亞段儲(chǔ)層呈南北方向展布。