基于數(shù)字露頭模型的碳酸鹽巖儲集層三維地質(zhì)建模

喬占峰，沈安江，鄭劍鋒，常少英，陳婭娜

（1.中國石油杭州地質(zhì)研究院；2.中國石油天然氣集團公司碳酸鹽巖儲層重點實驗室）

基于數(shù)字露頭模型的碳酸鹽巖儲集層三維地質(zhì)建模

喬占峰1,2，沈安江1,2，鄭劍鋒1,2，常少英1，陳婭娜1

（1.中國石油杭州地質(zhì)研究院；2.中國石油天然氣集團公司碳酸鹽巖儲層重點實驗室）

為了更客觀地認(rèn)識碳酸鹽巖儲集層的宏觀分布和空間結(jié)構(gòu)，提出一種基于數(shù)字露頭模型的碳酸鹽巖儲集層三維地質(zhì)建模方法。以傳統(tǒng)露頭地質(zhì)研究工作為基礎(chǔ)，采用先進(jìn)的數(shù)字化儀器對露頭面進(jìn)行三維數(shù)字化，建立數(shù)字露頭模型，并進(jìn)行地質(zhì)分析，提取關(guān)鍵層面和地質(zhì)信息（巖相、孔隙度、滲透率和聲波速度等），然后根據(jù)三維露頭地質(zhì)信息，利用建模軟件建立三維露頭儲集層地質(zhì)模型，應(yīng)用于地下儲集層研究中。基于數(shù)字露頭模型建立了四川盆地西北部地區(qū)魚洞梁剖面三疊系飛仙關(guān)組鮞粒灘儲集層三維地質(zhì)模型，模型更真實地反映了巖相、孔隙度和滲透率展布及其之間的關(guān)系，為具有相似地質(zhì)條件儲集層的地震資料解釋和儲集層預(yù)測提供更可靠的依據(jù)。圖8表1參15

數(shù)字露頭模型；碳酸鹽巖儲集層；三維地質(zhì)建模；三疊系飛仙關(guān)組；鮞粒灘

0 引言

多數(shù)油氣田擁有大量巖心和測井資料，可用于分析儲集層的垂向結(jié)構(gòu)特征，但欠缺有效方法精細(xì)刻畫儲集層水平方向的非均質(zhì)性。同時，大量三維地震數(shù)據(jù)體無法與井資料的分辨率匹配，嚴(yán)重制約儲集層建模的可靠性。基于連續(xù)的野外露頭剖面可以對儲集體及相關(guān)儲集層屬性進(jìn)行側(cè)向描述和測量[1]。基于激光層析掃描儀LIDAR（Ground-based light detection and ranging）的數(shù)字露頭模型（DOM）技術(shù)是國外近些年興起的一種有效的露頭研究技術(shù)[2-3]，通過對露頭進(jìn)行連續(xù)掃描，再將傳統(tǒng)方法收集的地質(zhì)信息與之相結(jié)合，可以更客觀全面地認(rèn)識露頭揭示的地質(zhì)信息，進(jìn)而建立更逼近實際的三維地質(zhì)模型。朱如凱和鄭劍鋒等分別在對河流三角洲和生物礁的研究中應(yīng)用了LIDAR技術(shù)[4-5]。本文提出一套基于多種露頭數(shù)字化系統(tǒng)（LIDAR、RTK-GPS、GPR和Gigapan等）的三維地質(zhì)建模方法，從露頭地質(zhì)研究到儲集層地質(zhì)建模，再到井下應(yīng)用，為更客觀認(rèn)識地下儲集層特征提供更精細(xì)可靠的類比，最大程度降低儲集層建模的不確定性。

1 儲集層地質(zhì)建模

基于露頭的儲集層地質(zhì)建模應(yīng)包括5個部分：建模露頭剖面篩選、露頭地質(zhì)研究、數(shù)字露頭模型建立、露頭儲集層地質(zhì)模型建立和井下類比研究。

1.1 建模露頭剖面篩選

露頭剖面條件和對地下儲集層的代表性決定露頭儲集層地質(zhì)模型的質(zhì)量和地下應(yīng)用效果，因此露頭剖面篩選是整個建模過程的第一步。要點如下：①明確研究目的，確定建模露頭尺度，大尺度露頭研究儲集層發(fā)育分布，小尺度露頭認(rèn)識儲集層內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)；②露頭與地下儲集層地質(zhì)條件盡可能一致；③露頭出露條件決定模型質(zhì)量。理想的建模露頭應(yīng)涵蓋不同相帶；剖面長度以1～2 km效果最好；多條剖面縱橫交錯，形成的三維模型更接近真實情況。

1.2 露頭地質(zhì)研究

露頭地質(zhì)研究是儲集層建模的基礎(chǔ)，需客觀描述巖性、巖相和物性等空間變化。工作內(nèi)容包括：①剖面實測。剖面間距根據(jù)橫向相變關(guān)系確定；詳細(xì)描述露頭巖性和物性，分析其垂向變化規(guī)律；采集必要的樣品，采樣間隔根據(jù)巖性和物性變化情況確定；可采集自然伽馬、聲波速度等資料。②橫向追蹤關(guān)鍵層界面和地質(zhì)體，如層序界面、典型巖相界面、地質(zhì)體尖滅點等，以地質(zhì)體結(jié)構(gòu)的合理劃分和真實刻畫為原則。③薄片觀察和物性測定，并進(jìn)行巖相類型劃分。巖相類型劃分與儲集層類型和物性特征應(yīng)盡可能匹配。④基于若干條二維剖面研究，對沉積相模式、儲集層成因機理和分布規(guī)律形成認(rèn)識，并作為建立三維巖相、孔隙度、滲透率模型的控制屬性。

1.3 數(shù)字露頭模型建立

利用先進(jìn)儀器和技術(shù)將露頭剖面數(shù)字化，并與地質(zhì)信息結(jié)合，在三維空間中分析地質(zhì)信息。利用數(shù)字露頭模型可進(jìn)行直觀的三維空間分析，方便重復(fù)分析研究。

1.3.1 露頭數(shù)字化

目前露頭數(shù)字化儀器主要有LIDAR、GPR（Ground-penetrating radar，探地雷達(dá)）、RTK-GPS（動態(tài)GPS）和Gigapan等。LIDAR利用激光雙程旅行時測距計算高程，結(jié)合激光激發(fā)儀坐標(biāo)，對露頭進(jìn)行空間定位，通過激光束逐點逐層掃描形成近真實的三維露頭面（見圖1）。激光移動步長根據(jù)儀器與露頭間距和需要精度確定。為避免露頭不規(guī)則形態(tài)造成遮擋面數(shù)據(jù)缺失，應(yīng)合理選擇掃描方向和范圍，多次多角度掃描，保證兩次掃描有足夠的重疊區(qū)，全覆蓋露頭面[2]。在相鄰掃描體重疊區(qū)挑選3個以上的對應(yīng)點進(jìn)行配對，逐對拼接，形成三維空間相對位置接近真實的露頭拼接數(shù)據(jù)體。

圖1 數(shù)字露頭采集系統(tǒng)示意圖

激光數(shù)據(jù)體強度（或色差）主要受反射量控制（如表面光滑程度等），通常存在視覺誤差，并不直接反映地質(zhì)信息，直接準(zhǔn)確的巖相和界面等地質(zhì)解譯需要高精度照片的輔助。

Gigapan是高分辨率照片采集儀器，可控制照相機的轉(zhuǎn)動或移動，對露頭進(jìn)行照片采集。照片集拼接后形成全景照片（見圖1），用于彌補激光數(shù)據(jù)體在地質(zhì)解釋過程中的視覺誤差。

RTK-GPS包括1個基站和1個移動站，利用基站與衛(wèi)星交互來校正移動站位置（見圖1）?？臻g分辨率為厘米級，可對采樣點和典型界面進(jìn)行精確的空間定位，勾勒地質(zhì)體輪廓。

GPR工作原理與地震類似，只是GPR是利用電磁波，通過激發(fā)器和接收器的平移得到二維和三維數(shù)據(jù)體（見圖1）。GPR可對地下約20余米深度范圍內(nèi)地質(zhì)體的典型層面和地質(zhì)體界面進(jìn)行提取。通過電性與巖相、物性的關(guān)系分析，進(jìn)行巖相和有效儲集層的三維刻畫。通過與露頭面數(shù)據(jù)（LIDAR和RTK-GPS）結(jié)合，可豐富三維空間數(shù)據(jù)，輔助解決地下井震結(jié)合的尺度差問題。其效果受地表條件影響較大，如地形起伏、植被覆蓋、含水等。

根據(jù)儀器特點和露頭條件選取數(shù)字化儀器（見圖1），近直立露頭面可采用LIDAR、GPR、Gigapan；近平躺露頭面可采用RTK-GPS、GPR。通常難以對某一露頭采用所有儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，只能選取盡可能多的儀器來豐富數(shù)字化數(shù)據(jù)體。

1.3.2 數(shù)字露頭與地質(zhì)信息結(jié)合

數(shù)字化儀器獲取的數(shù)據(jù)只是空間上一系列的點，需將其與地質(zhì)信息結(jié)合。通過比對高分辨率照片，將實測剖面和取樣點標(biāo)定在LIDAR數(shù)據(jù)體上，其精度決定三維空間上巖相等地質(zhì)信息的準(zhǔn)確性[3]；然后利用軟件（Polywork）將其連線并加密內(nèi)插，生成三維虛擬井，其中加密間隔根據(jù)取樣間隔和巖層變化頻率確定；以虛擬井的關(guān)鍵層界面點為限定，在數(shù)字露頭面上追蹤層界面[3]；最終根據(jù)取樣點和實測巖相厚度，將地質(zhì)信息（包括巖相、孔隙度和滲透率等）加載到井軌跡上。這樣通過高精度照片比對和實測剖面標(biāo)定，即可對數(shù)字露頭面進(jìn)行較為詳盡的地質(zhì)解釋。虛擬井的地質(zhì)信息和露頭層界面線作為建模的輸入數(shù)據(jù)，與地質(zhì)信息相結(jié)合的露頭數(shù)字化體即為DOM。

1.4 露頭儲集層地質(zhì)模型建立

儲集層地質(zhì)模型建立包括3個步驟：建立地層格架、巖相模型和物性模型?？衫媒＼浖ㄈ鏕oCad、Petrel等）建立儲集層地質(zhì)模型。

①三維地層格架建立，首先以DOM中三維層界線為出發(fā)點進(jìn)行外推，得到三維層面。三維層面與地質(zhì)實際的一致性與控制點（露頭面）分布有關(guān)，符合實際層界面是建立逼近真實的地層格架的基礎(chǔ)。然后在三維層面間劃分小層。通常內(nèi)部分割方法為：等比例、上超、下超和削截[6]，網(wǎng)格縱向分辨率應(yīng)與取樣率盡可能匹配。

②在建立的三維地層格架內(nèi)，以虛擬井的巖相信息為輸入數(shù)據(jù)，計算每個小層內(nèi)各巖相的分布概率，將其作為控制信息，結(jié)合露頭面橫向追蹤認(rèn)識，確定合適的變差函數(shù)和算法，在所有網(wǎng)格中進(jìn)行巖相模擬。

③以實測孔隙度和滲透率作為控制點輸入。通過粗化過程將控制點按算術(shù)平均法（孔隙度）和幾何平均法（滲透率）推廣到井上其他鄰近網(wǎng)格。以巖相模型為控制屬性，選取合適的算法，對孔隙度和滲透率在全部網(wǎng)格中分別模擬。

由于軟件模擬只反映數(shù)學(xué)結(jié)果，模型質(zhì)量的控制需充分結(jié)合露頭地質(zhì)認(rèn)識，對迭代次數(shù)、內(nèi)插方法、參數(shù)選取和屬性控制等進(jìn)行調(diào)整。最終的儲集層地質(zhì)模型應(yīng)盡可能真實反映巖相和優(yōu)質(zhì)儲集層在三維空間的分布和空間結(jié)構(gòu)特征。

1.5 井下類比研究

露頭儲集層地質(zhì)模型在井下研究中的應(yīng)用主要包括3個方面：①結(jié)合數(shù)字化手段在二維、三維空間上系統(tǒng)分析露頭，可以更客觀地認(rèn)識地質(zhì)體，獲得的沉積相和巖相模型更符合地下實際情況，為利用井震資料建立儲集層模型提供更接近真實的概念模型。②通過分析巖相類型與速度間的關(guān)系，基于巖相模型建立地震正演模型。分析地震屬性對巖相的地震響應(yīng)的影響，為地下地層的地震資料解釋和地下儲集層預(yù)測的參數(shù)選擇提供依據(jù)。③小尺度露頭儲集層地質(zhì)模型可更精細(xì)地刻畫儲集層內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對流動單元的特征和劃分認(rèn)識更為客觀，對油藏開發(fā)具有重要指導(dǎo)意義。

實際上，由于研究目的不同，具體的應(yīng)用需結(jié)合實際情況進(jìn)行調(diào)整：如針對大尺度的儲集層，要求露頭范圍達(dá)數(shù)千米，實測剖面間距相對較大，需要RTK-GPS與LIDAR結(jié)合，對地下的應(yīng)用主要集中在提供概念模型和正演模型。而針對小尺度的儲集層空間結(jié)構(gòu)模型，要求露頭尺度較小，但連續(xù)性較好，實測剖面密度也相對較大，LIDAR可實現(xiàn)全覆蓋，對地下的應(yīng)用也主要集中在流動單元的分析，尺度不足以進(jìn)行地震正演。

2 應(yīng)用實例

2.1 露頭篩選

本次研究目的是刻畫四川盆地開江—梁平海槽西側(cè)三疊系飛仙關(guān)組臺緣鮞粒灘儲集層的井間非均質(zhì)性。建模區(qū)域為魚洞梁剖面，其位于四川盆地西北部地區(qū)江油市東北方向約50 km處，與龍崗、元壩氣田地質(zhì)條件相似，同處于開江—梁平海槽西側(cè)臺緣，在近垂直臺緣走向（南北向）連續(xù)出露約220 m，可較好解剖臺地邊緣鮞粒灘儲集層在井間尺度上的非均質(zhì)性。飛仙關(guān)組由2個三級層序構(gòu)成（上三級層序和下三級層序）[7]，建模層段位于下三級層序高位體系域上部，由3個四級旋回和7個向上變淺的五級旋回構(gòu)成（見圖2），對應(yīng)地下主力儲集層段。

圖2 魚洞梁剖面（剖面1）沉積儲集層綜合柱狀圖

2.2 露頭地質(zhì)研究與認(rèn)識

2.2.1 野外工作

為了在縱橫向控制建模區(qū)鮞粒灘特征，詳細(xì)測量5條剖面（剖面間隔20～50 m），建立沉積儲集層綜合柱狀圖（見圖2）。采集柱塞樣品200件，采樣間隔10～50 cm，以巖性變化為準(zhǔn)。對每個樣品進(jìn)行薄片磨制和孔滲測試，橫向追蹤關(guān)鍵層面（高頻層序界面、典型巖相界面和尖滅點等），記錄巖相變化和沉積構(gòu)造特征，在高頻層序格架內(nèi)分析儲集層沉積特征。

2.2.2 巖相類型及特征

通過露頭和薄片觀察，將巖相類型劃分為7種（見表1）。

表1 魚洞梁剖面飛仙關(guān)組鮞粒灘巖相與儲集層特征

與現(xiàn)代沉積和國外研究實例對比發(fā)現(xiàn)，解剖段鮞粒灘沉積與巴哈馬鮞粒灘[8-10]和德國西南部三疊系鮞粒灘的巖相類型[11]具有相似性。核形石泥粒灰?guī)r和球粒砂屑泥?；?guī)r為臺緣內(nèi)側(cè)—臺內(nèi)相帶相對低能產(chǎn)物，發(fā)育小型雙向交錯層理，表明沉積過程受潮汐影響；鮞粒顆粒灰?guī)r分選好，交錯層理厚度大，橫向延伸短，為潮道沉積；鮞粒顆粒云巖、藻紋層云巖和晶粒云巖互層，是灘體上部潮坪化的產(chǎn)物。沉積構(gòu)造和巖相組合特征顯示建模區(qū)鮞粒灘總體為1套臺緣后側(cè)中—高能沉積，且臺緣潮控特征明顯。

各巖相孔隙類型和孔滲特征差異明顯（見表1）。根據(jù)Choquette、Pray和Lucia提出的碳酸鹽巖儲集層孔隙分類[12-13]，灰?guī)r類儲集層以發(fā)育鑄模孔等孤立型孔隙為主（見表1），孔隙度主要為0～5%，少數(shù)可達(dá)10%，滲透率小于0.1×10-3μm2，少數(shù)可達(dá)2×10-3μm2（裂縫影響）。若無裂縫和粒間溶孔發(fā)育則不構(gòu)成有效儲集層。球粒砂屑藻粘結(jié)灰（云）巖受白云石化作用改造，發(fā)育窗格孔和晶間微孔，具有較高的孔隙度和滲透率，構(gòu)成有效儲集層。

云巖類儲集層孔隙類型多樣，鑄?？缀土ｉg孔隙均較發(fā)育，孔滲條件較好（見表1）。鮞粒云巖孔滲條件最好，孔隙度為0.823%～27.370%，平均為16.210%，滲透率為（0.001～50.630）×10-3μm2，滲透率大于0.1×10-3μm2的樣品比例約為85%。以粒間孔為主的樣品的滲透率明顯較以鑄?？诪橹鞯臉悠返臐B透率更高；晶粒白云巖受晶間方解石充填程度影響，孔隙度和滲透率分布范圍較廣，但孔滲相關(guān)性非常好；藻紋層云巖主要發(fā)育窗格孔和鑄?？椎裙铝⑿涂紫?，孔隙度為1.49%～23.62%，平均為7.51%，滲透率為（0.001～30.190）×10-3μm2，滲透率小于0.1×10-3μm2的樣品比例為67%。由于窗狀孔和鮞粒鑄?？撞痪鶆虬l(fā)育以及被方解石充填，其孔滲相關(guān)性偏差，微裂縫的存在提高了部分樣品的滲透率。

2.3 數(shù)字露頭模型

由于露頭面近直立，采用LIDAR對露頭全覆蓋掃描，并采集Gigapan照片。露頭區(qū)地表植被覆蓋嚴(yán)重，起伏不平，不適合進(jìn)行GPR采集。LIDAR掃描步長為15～20 mm，足夠解釋露頭細(xì)微信息。多次掃描數(shù)據(jù)體拼接后得到1個近真實露頭面（見圖3）。

將剖面取樣點加密為虛擬井，根據(jù)最小取樣間隔（10 cm），加密至10 cm的取樣間隔。以虛擬井層面點限定，結(jié)合Gigapan高分辨率照片，在數(shù)字露頭面上追蹤層面（層序界面、巖相界面和潮道輪廓線等）（見圖4a）。進(jìn)一步將層面、樣品點位置、巖性、孔隙度和滲透率等地質(zhì)信息（見圖4b，4c）以虛擬井的形式加載到露頭面上，轉(zhuǎn)換為DOM（見圖4a）。

圖3 魚洞梁剖面建模段LIDAR掃描效果圖（不同顏色表示多次掃描數(shù)據(jù)體）

2.4 露頭儲集層地質(zhì)模型

2.4.1 三維地層格架模型

魚洞梁剖面沿河溝出露，露頭面凹凸變化，有利于創(chuàng)建近真實的三維層面。對DOM上追蹤的層界面進(jìn)行外推，由于露頭在井間尺度上的層序界面和巖相面總體為層狀疊置，選擇最小曲率插值法進(jìn)行層面外推，采用人工算法，以根據(jù)實測地層傾角（22°）和傾向（268°）建立的趨勢面作為控制面，利用露頭識別的輪廓線控制局部發(fā)育的潮道和灘體尖滅等，構(gòu)建三維地層格架。

格架內(nèi)的小層網(wǎng)格是控制地質(zhì)模型細(xì)節(jié)的重要因素。本次研究除采用通常的分割方法（等比例上超、下超和削截）外，還采用趨勢面控制層內(nèi)結(jié)構(gòu)?？v向上將厚度為25 m的露頭劃分為622個小層，平面網(wǎng)格大小為1 m×1 m，最終三維地質(zhì)元模型包含13 590 700個網(wǎng)格。

2.4.2 巖相模型

在三維地層格架內(nèi)，以虛擬井巖相信息作為輸入數(shù)據(jù)，以每個小層內(nèi)各巖相的分布概率作為控制信息，選取合適的算法，在全部網(wǎng)格中進(jìn)行巖相模擬，得到鮞粒灘三維巖相模型（見圖5a、5b）。

由露頭地質(zhì)研究和巖相模型可知：①建模段總體分為兩部分，以FHS-2為過渡段，F(xiàn)HS-1位于高位體系域中下部，只揭示頂部，核形石泥?；?guī)r橫向上穩(wěn)定發(fā)育，頂部為鮞粒灰?guī)r。FHS-2中下部（FFHS-2和FFHS-3）以球粒泥?；?guī)r、核形石泥粒灰?guī)r和鮞?；?guī)r交互發(fā)育為特征，橫向上交叉發(fā)育，連續(xù)性相對較差；上部由潮控鮞粒灘組成，鮞粒灘底部砂屑藻粘結(jié)灰（云）巖少量發(fā)育。層序頂部開始淺灘化，發(fā)育潮坪相藻紋層云巖或晶粒云巖，此時南部（臺內(nèi)）則仍發(fā)育灰?guī)r。FHS-2代表水體逐漸變淺、鮞粒灘潮坪化階段。FHS-3主要發(fā)育鮞粒云巖，夾晶粒云巖和藻紋層云巖，構(gòu)成鮞粒云巖、藻紋層云巖/晶粒云巖旋回。鮞粒云巖橫向上連續(xù)性較好。②不同巖相類型的規(guī)模和尺度有差別。FFHS-1層序核形石泥?；?guī)r厚度穩(wěn)定，約2 m，橫向延伸超出露頭范圍；而FFHS-3層序的核形石泥?；?guī)r厚度和橫向變化頻率高，與鮞?；?guī)r和球粒灰?guī)r互層，厚度為0.5～2.0 m，橫向延伸100～150 m。球粒泥粒灰?guī)r厚度約為0.3～2.0 m，橫向厚度變化較大，夾鮞?；?guī)r或核形石灰?guī)r延伸范圍超過150 m。藻粘結(jié)砂屑灰（云）巖為補丁狀，厚約0.1～1.0 m，橫向延伸約為10 m。藻紋層云巖厚度為0.3～1.0 m，橫向延伸50～150 m，與晶粒云巖在縱向和橫向上伴隨發(fā)育。晶粒云巖厚度為0.4～1.5 m，橫向延伸范圍與其厚度相關(guān)，約20～100 m。鮞粒云巖單層厚度為1～2 m，橫向延伸可超過200 m。

圖4 數(shù)字露頭與地質(zhì)信息結(jié)合示意圖

圖5 魚洞梁剖面鮞粒灘三維巖相模型

2.4.3 物性模型

薄片觀察和孔隙度測定結(jié)果顯示，建模段各類巖相均有發(fā)育孔隙的潛力，因此所有孔隙度數(shù)據(jù)均作為控制點輸入。按算術(shù)平均法將控制點數(shù)據(jù)粗化到剖面上鄰近網(wǎng)格，進(jìn)一步建立三維孔隙度模型（見圖6a）。考慮到研究區(qū)巖相差異較大，而對巖石滲透率起主要控制作用的是粒間孔隙[13]，因此首先建立了粒間孔隙模型，以此作為控制屬性建立滲透率模型（見圖6b），強化了巖石組構(gòu)對儲集層物性的控制作用。

孔隙度和滲透率模型與巖相展布總體一致?？紫稁е黧w發(fā)育于鮞粒云巖段，鮞?；?guī)r段也有相當(dāng)部分發(fā)育孔隙帶（孔隙度為2%～5%）。云巖段中，雖然孔隙度總體大于5%，但縱向上孔隙度差異明顯，局部層段孔隙度小于5%；橫向非均質(zhì)性也較強，建模區(qū)北部孔隙度明顯更大。滲透率模型中，解剖段下部核形石、球粒和鮞粒灰?guī)r的滲透率均小于0.1×10-3μm2，滲透率大于0.1×10-3μm2的區(qū)域主要發(fā)育在云巖段中。云巖段中高滲透帶以薄層發(fā)育，被滲透率小于0.1×10-3μm2的層段分割。橫向上，各小層滲透率變化較明顯。

圖6 魚洞梁剖面建模段孔隙度模型和滲透率模型

2.5 儲集層地質(zhì)模型與應(yīng)用

通過魚洞梁剖面地質(zhì)建模，對井間尺度上鮞粒灘儲集層的非均質(zhì)性形成了較為深入的認(rèn)識。

2.5.1 有效儲集層發(fā)育特征

露頭儲集層地質(zhì)模型揭示了臺緣鮞粒灘中有效儲集層展布特征（見圖7）。巖相模型（見圖5a）中，下部灰?guī)r段孔隙度大于2%的部分的比例約為30%（見圖7a），其中FHS-1上部和FHS-2中上部的鮞?；?guī)r為儲集層主體，少量核形石泥粒灰?guī)r、球粒泥?；?guī)r和藻粘結(jié)砂屑灰（云）巖也具有較好的儲集性。而上部云巖段絕大部分孔隙度大于2%，云巖段的儲集能力約占該段總體儲集層的95%以上。建模段有效儲集層（孔隙度大于2%且滲透率大于0.1×10-3μm2的層段）總比例約為50%（見圖7b）。

圖7 魚洞梁剖面建模段有效儲集層展布特征

下部灰?guī)r層段只發(fā)育少量儲集層，以鮞?；?guī)r和藻粘結(jié)灰（云）巖為主，具有層薄、范圍小、連通性差的特點，無裂縫改造則基本沒有可開采性。另外少量核形石泥粒灰?guī)r和球粒泥?；?guī)r也可成為有效儲集層，但由于分布范圍太小，同樣被視為無效儲集層。

上部云巖為主力有效儲集層段，具有層薄、橫向尖滅特征，縱向被隔層分割較為強烈。有效儲集層中鮞粒云巖所占比例最大，晶粒云巖和藻紋層云巖也有一定貢獻(xiàn)。橫向上，鮞粒云巖、晶粒云巖和藻紋層云巖可交叉接觸。總體上，有效儲集層的發(fā)育規(guī)模、尺度和頻率與巖相類型特征對應(yīng)。

2.5.2 隔夾層發(fā)育特征

孔隙度小于2%且滲透率小于0.1×10-3μm2的層段被稱為隔夾層，在流動單元中起隔擋作用，將有效儲集層分割為薄層狀（見圖7、圖8）。

圖8 魚洞梁剖面建模段儲集層段夾層特征

通過薄片和物性資料分析，魚洞梁剖面儲集層隔夾層有3種成因：①不同巖相的滲透性差異；②單一巖相中相對滲透率差異；③成巖導(dǎo)致的低滲透帶。不同巖相儲集層的滲透率差異可達(dá)幾個數(shù)量級，特別是藻紋層云巖，相對于顆粒云巖和晶粒云巖，其低滲透性足以構(gòu)成流體流動的隔層。單一巖相中的相對滲透率差異主要由巖石組構(gòu)差異造成，如以粒間溶孔為主和以鑄?？谆蛄?nèi)溶孔為主的鮞粒云巖的滲透率差異較大。兩種鮞粒云巖的形成與高頻海平面旋回變化有關(guān)，通?；影l(fā)育，因此造成同一巖相中縱向上滲透率具有明顯的差異。雖然其儲滲性能均達(dá)到有效儲集層標(biāo)準(zhǔn)，但因為滲透率的差異明顯，因此對流體流動有一定的分割性。成巖作用導(dǎo)致的非滲透帶主要為方解石的強烈膠結(jié)帶。在高頻旋回中下部，大氣水溶蝕導(dǎo)致方解石過飽和而發(fā)生沉淀作用，對巖石孔隙進(jìn)行破壞性的充填（鮞粒云巖、晶粒云巖和藻紋層云巖中均有見到），并構(gòu)成較為連續(xù)的隔夾層（見圖8），強烈影響油氣流動。

2.5.3 建模對地下鮞粒灘儲集層啟示

通過魚洞梁剖面的地質(zhì)建模，對開江—梁平海槽西側(cè)臺緣鮞粒灘儲集層形成幾點認(rèn)識。

①云巖類是主要儲集巖類型，在粒間孔和裂縫發(fā)育條件下，灰?guī)r類可構(gòu)成有效儲集層。結(jié)合前人資料，元壩氣田[14]和龍崗氣田[15]發(fā)育的灰?guī)r類儲集層和云巖類儲集層與魚洞梁剖面地質(zhì)特征具有非常好的相似性，鮞粒云巖和晶粒云巖對儲集層的貢獻(xiàn)最大，鮞?；?guī)r在粒間溶孔欠發(fā)育和無裂縫改造的情況下物性比較差。

②鮞粒灘儲集層在縱橫向上非均質(zhì)性強。潮道遷移對臺緣鮞粒灘進(jìn)行了復(fù)雜的分割，導(dǎo)致形成強烈的橫向非均質(zhì)性。建模結(jié)果顯示各巖相橫向延伸范圍多為100～200 m，延伸范圍外或尖滅或與其他巖相過渡，只有少量核形石泥?；?guī)r和球粒砂屑泥?；?guī)r等相對低能的不構(gòu)成有效儲集層的巖類延伸范圍較大。鮞粒云巖橫向上延伸較遠(yuǎn)，可大于200 m，但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，發(fā)育交錯層理。雖然地下天然氣可跨交錯層理流動，但不同巖石組構(gòu)導(dǎo)致的滲透性差異對其流動仍有一定影響?？v向非均質(zhì)性主要受控于高頻層序?qū)ε_緣淺灘的影響。主力儲集層云巖段由于水體淺，鮞粒云巖頻繁地經(jīng)歷暴露溶蝕改造作用，并受潮坪化影響，導(dǎo)致鮞粒云巖、晶粒云巖和藻紋層云巖互層，有效儲集層段厚度為0.5～1.0 m，少數(shù)層段局部厚度大于1.0 m。

③地質(zhì)背景分析顯示露頭位于臺緣內(nèi)側(cè)靠近臺內(nèi)處。儲集層在縱向和橫向上的巖相分布，以及儲集層的非均質(zhì)性也符合臺緣內(nèi)側(cè)相帶變化快、潮坪分割鮞粒灘相的特征。因此地質(zhì)建模對鮞粒灘巖性氣藏邊緣的井間地質(zhì)分析具有重要指導(dǎo)意義。

3 結(jié)語

基于露頭的碳酸鹽巖儲集層地質(zhì)建模從露頭研究出發(fā)，可更客觀地認(rèn)識地質(zhì)體的宏觀分布和空間結(jié)構(gòu)，為地下儲集層研究提供更真實的地質(zhì)模型。

建模露頭篩選和露頭地質(zhì)研究在建模過程中至關(guān)重要。所篩選露頭的出露條件決定最終模型的效果，而所篩選的露頭與地下儲集層的相似性直接決定最終模型可用性。儲集層建模以地質(zhì)認(rèn)識為出發(fā)點，通過數(shù)學(xué)方法實現(xiàn)，因此前期的露頭地質(zhì)研究決定最終模型的效果和合理性，以及能否解決地下儲集層研究存在的問題。

通過魚洞梁剖面實例研究，闡述基于數(shù)字露頭模型的碳酸鹽巖三維儲集層地質(zhì)建模方法和流程，加深了對鮞粒灘儲集層內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)和非均質(zhì)性的認(rèn)識，也證明該方法在油氣勘探開發(fā)中具有重要意義。

[1] Kerans C,Lucia F J,Senger R K.Integrated characterization of carbonate ramp reservoirs using Permian San Andres Formation outcrop analogs[J].AAPG Bulletin,1994,78(2):181-216.

[2] Bellian J A,Kerans C,Jennette D C.Digital outcrop models:Applications of terrestrial scanning lidar technology in stratigraphic modeling[J].Journal of Sedimentary Research,2005,75(2):166-176.

[3] Janson X,Kerans C,Bellian J A,et al.Three-dimensional geological and synthetic seismic model of Early Permian redeposited basinal carbonate deposits,Victorio Canyon,west Texas[J].AAPG Bulletin,2007,91(10):1405-1436.

[4] 朱如凱,白斌,袁選俊,等.利用數(shù)字露頭模型技術(shù)對曲流河三角洲沉積儲層特征的研究[J].沉積學(xué)報,2013,31(5):867-877.Zhu Rukai,Bai Bin,Yuan Xuanjun,et al.A new approach for outcrop characterization and geostatistical analysis of meandering channels sandbodies within a delta plain setting using digital outcrop models:Upper Triassic Yanchang tight sandstone Formation,Yanhe outcrop,Ordos Basin[J].Acta Sedimentologica Sinica,2013,31(5):867-877.

[5] 鄭劍鋒,沈安江,喬占峰,等.基于激光雷達(dá)技術(shù)的三維數(shù)字露頭及其在地質(zhì)建模中的應(yīng)用:以巴楚地區(qū)大班塔格剖面礁灘復(fù)合體為例[J].海相油氣地質(zhì),2014,19(3):72-78.Zheng Jianfeng,Shen Anjiang,Qiao Zhanfeng,et al.LIDAR-based 3D digital outcrop modeling and application in geologic modeling:A case of modeling of middle Ordovician reef-beach carbonate body at Dabantage Outcrop in Bachu Uplift,Tarim Basin[J].Marine Origin Petroleum Geology,2014,19(3):72-78.

[6] Tinker S W.Building the 3-D jigsaw puzzle:Applications of sequence stratigraphy to 3-D reservoir characterization,Permian Basin[J].AAPG Bulletin,1996,80(4):460-485.

[7] 喬占峰,李國蓉,龍勝祥,等.川東北地區(qū)飛仙關(guān)組層序地層特征及演化模式[J].沉積學(xué)報,2010,28(3):462-470.Qiao Zhanfeng,Li Guorong,Long Shengxiang,et al.Characteristics and evolution model of sequence stratigraphy of Feixianguan Formation in the Northeast of Sichuan Basin[J].Acta Sedimentologica Sinica,2010,28(3):462-470.

[8] Gonzalez R,Eberli G P.Sediment transport and bedforms in a carbonate tidal inlet:Lee Stocking Islands,Exuma,Bahamas[J].Sedimentology,1997,44(6):1015-1030.

[9] Rankey E C,Riegl B,Steffen K.Form,function and feedbacks in a tidally dominated ooid shoal,Bahamas[J].Sedimentology,2006,53(6):1191-1210.

[10] Rankey E C,Reeder S L.Holocene oolitic marine sand complexes of the Bahamas[J].Journal of Sedimentary Research,2011,81(2):97-117.

[11] Palermo D,Aigner T,Nardon S,et al.3D facies modelling of carbonate sand bodies:Outcrop analogue study in an epicontinental basin:Triassic,SW Germany[J].AAPG Bulletin,2010,94(4):475-512.

[12] Choquette P W,Pray L C.Geologic nomenclature and classification of porosity in carbonates[J].AAPG Bulletin,1970,54(2):107-250.

[13] Lucia F J.Petrophysical parameters estimated from visual description of carbonate rocks:A field classification of carbonate pore space[J].Journal of Petroleum Technology,1983,35(3):626-637.

[14] 胡東風(fēng).普光氣田與元壩氣田礁灘儲層特征的差異性及其成因[J].天然氣工業(yè),2011,31(10):1-5.Hu Dongfeng.Difference and its origin of reef shoal complex reservoir of Puguang and Yuanba Gasfield[J].Natural Gas Industry,2011,31(10):1-5.

[15] 祝海華,鐘大康.四川盆地龍崗氣田三疊系飛仙關(guān)組儲集層特征及成因機理[J].古地理學(xué)報,2013,15(2):275-282.Zhu Haihua,Zhong Dakang.Characteristics and formation mechanism of the Triassic Feixianguan Formation reservoir in Longgang Gas Field,Sichuan Basin[J].Journal of Palaeogeography,2013,15(2):275-282.

（編輯 林敏捷）

Three-dimensional carbonate reservoir geomodeling based on the digital outcrop model

Qiao Zhanfeng1,2,Shen Anjiang1,2,Zheng Jianfeng1,2,Chang Shaoying1,Chen Yana1
(1.PetroChina Hangzhou Research Institute of Geology,Hangzhou 310023,China;2.CNPC Key Laboratory of Carbonate Reservoir,Hangzhou 310023,China)

To better know the spatial distribution and architecture of carbonate reservoirs,three-dimensional carbonate reservoir geologic modeling based on the digital outcrop model (DOM) is proposed.Based on the traditional geologic study of outcrops,combined with digitizing the outcrop walls by utilizing the advanced instrument (LIDAR,RTK-GPS,GPR,Gigapan,etc),DOM is built,from which geological information based on measured sections and samples (litho-facies,porosity,permeability,sonic velocity) is extracted and used to build the 3-D outcrop reservoir geologic model by modeling software.Eventually the 3-D reservoir geologic model of outcrop is used to guide the subsurface research.The DOM-based 3-D reservoir geologic model for oolitic reservoirs of Triassic Feixianguan Formation in Yudongliang outcrop,NW Sichuan Basin,reveals more realistic spatial distribution of litho-facies,porosity and permeability,and their relationship,consequently providing more reliable evidence for seismic data interpretation and reservoir prediction of subsurface reservoirs with similar geological conditions.

digital outcrop model;carbonate reservoir;3-D geologic modeling;Triassic Feixianguan Formation;oolitic beach

國家油氣重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”（2011ZX05004-002）

TE122

A

1000-0747(2015)03-0328-10

10.11698/PED.2015.03.09

喬占峰（1983-），男，內(nèi)蒙古涼城人，碩士，中國石油杭州地質(zhì)研究院工程師，主要從事碳酸鹽巖層序地層和沉積儲集層研究。地址：浙江省杭州市西溪路920號，中國石油杭州地質(zhì)研究院海相油氣地質(zhì)研究所，郵政編碼：310023。E-mail：qiaozf_hz@petrochina.com.cn

2014-05-05

2015-03-18