四川盆地西北部超深層碳酸鹽巖孔縫帶地震檢測

徐明華 付建元 楊 迅 劉俊海 王宇峰

1. 中國石油川慶鉆探工程有限公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院 2. 中國石油西南油氣田公司川西北氣礦

0 引言

四川盆地西北部地區(qū)（以下簡稱川西北地區(qū)）中二疊統(tǒng)茅口組埋深超過5 000 m，屬于超深層碳酸鹽巖沉積。近年來，以中二疊統(tǒng)海相碳酸鹽巖儲(chǔ)層為目標(biāo)的天然氣勘探取得了重要進(jìn)展，九龍山、雙魚石等構(gòu)造多口井在茅口組相繼獲得高產(chǎn)氣流，但是單井測試產(chǎn)量差異巨大，如L16井茅口組測試日產(chǎn)氣量為252×104m3，L004-X1井茅口組測試日產(chǎn)氣量為112×104m3，L4井茅口組測試日產(chǎn)氣量為21×104m3，而處于構(gòu)造較高位置的LT1井茅口組測井解釋無儲(chǔ)層（未測試）。造成上述現(xiàn)象的主要原因是風(fēng)化剝蝕作用改造后巖溶儲(chǔ)層中裂縫發(fā)育程度不同，裂縫是天然氣高產(chǎn)的控制因素[1-4]。由于地層埋深大，常規(guī)地震資料對(duì)裂縫信息反映不明顯，嚴(yán)重制約了地震技術(shù)對(duì)裂縫的精細(xì)描述，前期多輪次研究成果矛盾較大，鉆井失誤較多。為此，筆者以川西北地區(qū)九龍山構(gòu)造為例，在歸納總結(jié)茅口組儲(chǔ)層特征的基礎(chǔ)上，分析了已鉆井儲(chǔ)層的地震響應(yīng)特征，從疊前道集入手，優(yōu)化處理提高地震資料分辨率，對(duì)高分辨率資料開展了疊后分頻混沌體、照明對(duì)稱體、導(dǎo)向似然體等3種屬性研究，通過三色融合預(yù)測茅口組三段（以下簡稱茅三段）裂縫、溶蝕孔縫發(fā)育帶，以期為天然氣開發(fā)井部署與調(diào)整提供依據(jù)。

1 儲(chǔ)層特征

四川盆地西北地區(qū)茅口組地層自下而上可劃分為四段，茅一段和茅二段均以深灰色泥晶生物碎屑灰?guī)r為主，含有生物碎屑、燧石等，基本無產(chǎn)層；茅三段為淺灰—灰白色生物碎屑灰?guī)r、豹斑灰?guī)r夾白云巖，局部為深灰色泥晶生物碎屑灰?guī)r，溶蝕孔縫發(fā)育，該層是區(qū)域性產(chǎn)氣層段；茅四段以硅質(zhì)頁巖、泥晶灰?guī)r為主，大部分受到剝蝕，殘留較薄[5]。

茅三段儲(chǔ)層巖性以粗—中晶云巖、細(xì)晶含灰質(zhì)云巖及亮晶生屑灰?guī)r為主，儲(chǔ)集空間以晶間孔和裂縫為主（圖1），平均孔隙度約為3%，屬于低/特低孔、特低滲儲(chǔ)層，可進(jìn)一步細(xì)分為晶粒（細(xì)晶、中晶、粗晶及馬鞍狀）白云巖形成的孔隙型儲(chǔ)層和生屑灰?guī)r形成的裂縫型儲(chǔ)層。其中，裂縫型儲(chǔ)層的裂縫發(fā)育密集，主要以構(gòu)造縫為主，溶蝕縫和縫合線發(fā)育較差。裂縫組合特征主要為斜交縫和網(wǎng)狀縫，裂縫發(fā)育與地層深度關(guān)系不明顯，受多期區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈影響，裂縫節(jié)理產(chǎn)狀與區(qū)域主構(gòu)造應(yīng)力方向一致性較好，指示茅口組地層經(jīng)歷早期構(gòu)造擠壓抬升、后期伸展松弛過程中，地層沿層理和劈理溶蝕形成現(xiàn)今廣泛發(fā)育裂縫型儲(chǔ)層[4-9]。

圖1 川西北地區(qū)茅三段白云巖儲(chǔ)集空間特征照片

九龍山構(gòu)造位于四川盆地北部，呈NE向延伸[4]。該構(gòu)造有6口井鉆遇茅三段，測試4口，獲氣井3口，獲氣井成功率為75%；2口井因測井解釋無儲(chǔ)層未測試（表1）。從表1茅三段儲(chǔ)層的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，各井的儲(chǔ)層厚度差別大，測試產(chǎn)量差別也大；儲(chǔ)層孔隙度介于2.6%～3.2%，平均值為3.1%；巖心及成像測井反映產(chǎn)量高的L16、L004-X1、L104井構(gòu)造裂縫及溶蝕孔縫發(fā)育，未測試的LT1、L17井儲(chǔ)層及裂縫不發(fā)育。總體上，儲(chǔ)層越厚，裂縫和溶蝕孔縫發(fā)育，氣井產(chǎn)量越高。

表1 茅三段儲(chǔ)層及測試表

2 超深層碳酸鹽巖裂縫檢測

2.1 裂縫檢測技術(shù)思路

九龍山構(gòu)造茅三段常規(guī)地震資料主頻介于25～30 Hz，對(duì)裂縫響應(yīng)不明顯，反射基本無異常，疊后裂縫檢測屬性對(duì)裂縫不響應(yīng)，影響了該構(gòu)造茅口組的勘探開發(fā)進(jìn)展[10]。為此，筆者裂縫檢測研究從疊前資料入手，首先將經(jīng)過疊前時(shí)間偏移處理的共接收點(diǎn)（CRP）道集進(jìn)行優(yōu)化處理，保留裂縫響應(yīng)的微弱信號(hào)，開展高頻地震信號(hào)恢復(fù)，提高地震資料分辨率；再基于高分辨率資料開展裂縫檢測方法試驗(yàn)。對(duì)比分析結(jié)果表明，照明對(duì)稱體、分頻混沌體、導(dǎo)向似然體對(duì)儲(chǔ)層裂縫（洞）體反映特征明顯；再通過多屬性融合，形成儲(chǔ)層裂縫（洞）體綜合預(yù)測成果，落實(shí)儲(chǔ)層裂縫（洞）分布特征；在優(yōu)選的3種屬性檢測結(jié)果上開展屬性融合，得到綜合反映縫洞體發(fā)育的預(yù)測平面分布圖，以指導(dǎo)井位部署[11-14]。

2.2 地震資料高頻信號(hào)恢復(fù)

原始CRP道集保留了地震資料豐富的信息。圖2為過L16井、LT1井的原始CRP道集剖面，原始道集存在道集不平、異常斜干擾，經(jīng)過道集進(jìn)行優(yōu)化處理后，同相軸拉平，斜反射減少，剖面信噪比明顯提高，并保留了L16井吳家坪組底部（茅口組頂部）的細(xì)微反射特征。經(jīng)過疊加的地震剖面如圖3-a所示，剖面特征分辨率明顯提高，茅口組頂部反射保留了道集上異常特征。但仍很難觀察到裂縫體的響應(yīng)，需要進(jìn)一步對(duì)資料作高頻恢復(fù)處理。

圖2 CRP道集優(yōu)化處理前、后對(duì)比圖

圖3 連井優(yōu)化道集疊加與頻譜恢復(fù)高分辨率剖面對(duì)比圖

頻譜恢復(fù)技術(shù)由美國著名地球物理學(xué)家Castagna J教授等基于全新的、開創(chuàng)性的地震信號(hào)理論研發(fā)而成[15]。時(shí)間域內(nèi)的脈沖對(duì)（地層單元頂?shù)酌妫┰陬l率域的反射系數(shù)譜具有周期性，振蕩周期是地層厚度的確定性函數(shù)，在地震信號(hào)品質(zhì)最好的主頻段內(nèi)也包含有薄層的反射系數(shù)譜的信息，利用這一性質(zhì)可以對(duì)薄層反射記錄進(jìn)行同步耦合尋優(yōu)擬合，求得薄層厚度和反射系數(shù)，從而提高地震資料分辨率。

頻譜恢復(fù)技術(shù)采用先驗(yàn)信息，通過分頻方法，來獲取局部頻譜信息，獨(dú)立逐道計(jì)算恢復(fù)原始數(shù)據(jù)的高頻成分，不做道間相關(guān)，進(jìn)而可產(chǎn)生高分辨率地震數(shù)據(jù)體。頻譜恢復(fù)技術(shù)的最大優(yōu)勢之一是利用地震信號(hào)中信噪比最高的主頻部分預(yù)測高頻成分，而非簡單的對(duì)原始地震信號(hào)中高頻組分進(jìn)行加強(qiáng)，從而避免了高頻噪音對(duì)薄層信息的壓制與干擾[15]。圖3-b為經(jīng)頻譜恢復(fù)技術(shù)處理后的高分辨率剖面，剖面相位與原始剖面保持一致，波形分辨率明顯提高。圖4為不同流程下地震資料的頻譜對(duì)比，圖4中黑色線為九龍山構(gòu)造原始地震資料主頻為28 Hz，頻寬介于15～50 Hz，頻帶較窄，儲(chǔ)層、小斷層、微溶洞帶識(shí)別困難；圖4中紅色線為道集優(yōu)化后疊加資料頻譜曲線，低頻恢復(fù)，高頻資料得到保留；圖4中藍(lán)色曲線為頻譜恢復(fù)高分辨地震資料頻譜，主頻約45 Hz，頻寬介于5～80 Hz，低頻保持一致，高頻能量得到恢復(fù)，振幅強(qiáng)弱關(guān)系合理，橫向振幅變化自然，對(duì)各類地質(zhì)現(xiàn)象表現(xiàn)更為明顯。

圖4 不同處理流程的地震資料頻譜對(duì)比圖

實(shí)鉆中L16井、L004-X1井區(qū)裂縫發(fā)育，在圖3-b中茅口組頂部反射變?nèi)?，下部出現(xiàn)弱反射，對(duì)比標(biāo)定分析認(rèn)為，茅口組頂部裂縫、溶蝕孔縫發(fā)育的地震響應(yīng)模式為頂變?nèi)跸掳槿醴瓷洌鳯T1井區(qū)裂縫不發(fā)育，其地震反射特征為頂強(qiáng)下空白反射，從道集到剖面上特征一致。

2.3 疊后地震裂縫檢測方法

不同地震屬性反映不同的地質(zhì)信息，筆者進(jìn)行對(duì)比研究了多種屬性的裂縫檢測，最終優(yōu)選出3種地震屬性從不同的角度對(duì)裂縫、溶蝕孔縫帶發(fā)育特征進(jìn)行描述。

2.3.1 分頻混沌體

混沌體可以用來進(jìn)行斷層、溶蝕帶成像，對(duì)地震雜亂特征進(jìn)行分類，同時(shí)混沌體可以反映一些特殊地質(zhì)體邊界特征，比如反映鹽膏侵入、礁灘構(gòu)造、河道充填等邊界特征。地震數(shù)據(jù)體中的混沌信號(hào)是測量缺少傾角和方位角組織結(jié)構(gòu)的一種估計(jì)方法，用來將雜亂的信號(hào)特征進(jìn)行分類；混沌體屬性值介于0～1.0；X、Y、Z方向上的間隔是用來計(jì)算地震數(shù)據(jù)雜亂程度的窗口大小，其值越大，結(jié)果越平滑。

圖5為過L004-X1井—L16井—L4井—LT1井的連井高分辨分頻混沌體屬性剖面。L004-X1井、L16井茅三段分頻混沌體屬性剖面高值異常明顯，該段巖心裂縫、溶蝕孔縫發(fā)育；L4井茅三段分頻混沌體屬性剖面相對(duì)發(fā)育，附近有高值邊界異常；LT1井茅三段分頻混沌體屬性剖面沒有高值異常，該段巖心裂縫不發(fā)育，但該井在棲霞組二段測試日產(chǎn)氣量達(dá)106×104m3，分頻混沌體屬性剖面顯示測試段為高值區(qū)。

圖5 過L004-X1井—L16井—L4井—LT1井分頻混沌體屬性剖面圖

2.3.2 3D照明對(duì)稱體

基于照明技術(shù)的對(duì)稱性是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)地震裂縫發(fā)育帶檢測技術(shù)，對(duì)稱性用來度量地震數(shù)據(jù)的雜亂程度，使用高階統(tǒng)計(jì)量方法分析地震信號(hào)樣點(diǎn)分布概率的不對(duì)稱程度可以作為識(shí)別斷層、裂縫、河道及其他地質(zhì)特征的工具。3D照明對(duì)稱體是在對(duì)稱性基礎(chǔ)上，將原始屬性中不連續(xù)、不規(guī)則的斷層面進(jìn)行組合和連接，使斷層面更符合地質(zhì)規(guī)律，同時(shí)可消除采集腳印的影響，提高分辨能力。

圖6為過L004-X1井—L16井—L4井—LT1井的連井高分辨照明對(duì)稱體屬性剖面圖，圖中可見L004-X1井、L16井、L4井茅三段位于最有利的異常發(fā)育帶，顯示茅三段裂縫發(fā)育帶，LT1井茅三段裂縫不發(fā)育，預(yù)測剖面無高值異常區(qū)。高分辨照明對(duì)稱體屬性預(yù)測與實(shí)鉆井裂縫發(fā)育情況吻合較好。

圖6 過L004-X1井—L16井—L4井—LT1井照明對(duì)稱體屬性剖面圖

2.3.3 導(dǎo)向似然體

似然性是一種準(zhǔn)確預(yù)測和精細(xì)刻畫斷層的地震不連續(xù)性屬性，其原理是預(yù)測相鄰道平均能量相干差異，相干值范圍介于0～1.0，該屬性主要用于捕獲和精細(xì)刻畫感興趣區(qū)域的大斷裂和裂縫，用相干算法掃描斷層傾角識(shí)別斷裂最大似然，具有強(qiáng)大的小斷裂探測功能，可以在水平切片和縱向剖面上刻畫出非常清晰的斷裂，結(jié)合裂縫密度、連通性等分析，以實(shí)現(xiàn)斷裂系統(tǒng)的探測[16]。

圖7 L004-X1井—L16井—L4井—LT1井導(dǎo)向似然體屬性剖面圖

圖7為L004-X1井—L16井—L4井—LT1井的連井高分辨導(dǎo)向似然體屬性剖面圖，圖7中可見L004-X1井、L16井附近茅三段發(fā)育小斷層，L4井茅三段周邊也有小斷裂，LT1井茅三段異常不明顯，但該棲霞組二段發(fā)育小斷層，與井的情況比較吻合，檢測效果較好。

3 九龍山構(gòu)造茅三段孔（洞）縫體預(yù)測

九龍山構(gòu)造鉆井揭示茅三段儲(chǔ)層段主要發(fā)育在茅口組頂面向下50 m的范圍內(nèi)，為此，提取茅口組頂面向下20 ms時(shí)窗內(nèi)的屬性平均值來反映地震屬性變化。

圖8-a為茅三段儲(chǔ)層段對(duì)稱體屬性平均值，紅色高值反映斷裂發(fā)育帶，綠色反映微裂縫發(fā)育帶；圖8-b為茅三段儲(chǔ)層段導(dǎo)向似然體屬性平均值，紅色高值反映斷裂發(fā)育，綠色反映斷裂附附近的伴生微裂縫發(fā)育帶；圖8-c為茅三段儲(chǔ)層段混沌體屬性平均值，紅色高值反映大斷裂及溶蝕帶發(fā)育帶，綠色反映微裂縫伴生的溶蝕帶。

圖8 九龍山構(gòu)造茅三段儲(chǔ)層段高分辨裂縫屬性平面分布圖

圖9 九龍山構(gòu)造茅三段儲(chǔ)層段3種裂縫屬性融合圖

通過三色融合技術(shù)將3種屬性進(jìn)行綜合分析，圖9為3種屬性融合圖。從圖9中可得到：①九龍山構(gòu)造斷裂以近東西向和近南北向?yàn)橹?，?gòu)造頂部裂縫發(fā)育較差，向構(gòu)造轉(zhuǎn)折部位裂縫更發(fā)育；②斷裂帶上伴生大量溶蝕帶，在圖9中為深紫色的圓弧形異常體；③溶蝕帶周邊發(fā)育大量的微細(xì)斷裂帶，多呈放射狀。

在九龍山構(gòu)造氣水界面之上具有開發(fā)價(jià)值的是具有一定延伸范圍的斷裂且伴生溶蝕孔縫帶，如已證實(shí)的L16井—L4井—L004-X1井一帶；孤立的溶蝕帶或者微小斷裂帶工業(yè)價(jià)值??；溝通低部位的斷裂帶產(chǎn)水概率大，如L104井位于南北向的斷裂帶溶蝕帶上，儲(chǔ)層較發(fā)育，但測試產(chǎn)水。該裂縫預(yù)測成果與已鉆井巖心資料、測井解釋結(jié)論、試氣成果一致。新完鉆LT2在茅三段井漏明顯，顯示出該段裂縫發(fā)育，與預(yù)測結(jié)果吻合；而根據(jù)成果調(diào)整部署的L004-3井在茅三段井漏明顯，測井解釋裂縫發(fā)育。表明針對(duì)茅三段巖溶裂縫型儲(chǔ)層的裂縫預(yù)測技術(shù)思路可行、方法可靠、結(jié)果可信，為九龍山構(gòu)造超深層碳酸鹽巖井位部署提供了科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié)論

1）川西北地區(qū)茅三段超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層主要為巖溶裂縫型儲(chǔ)層，構(gòu)造裂縫及溶蝕孔縫發(fā)育，易形成較大規(guī)模的裂縫發(fā)育帶，是該地區(qū)勘探開發(fā)的重要領(lǐng)域。

2）川西北地區(qū)超深層原始地震資料主頻介于25～30 Hz，對(duì)裂縫帶響應(yīng)不明顯，但采用疊前道集優(yōu)化處理技術(shù)和頻譜恢復(fù)技術(shù)組合，可以保護(hù)裂縫帶的微弱信號(hào)，使地震資料主頻達(dá)到45 Hz，有效地提升地震資料的頻譜，振幅強(qiáng)弱關(guān)系合理，橫向振幅變化自然，地質(zhì)現(xiàn)象表現(xiàn)更為明顯。

3）采用的照明對(duì)稱體、導(dǎo)向似然體、分頻混沌體能從不同角度反映地震資料表達(dá)的地質(zhì)信息，裂縫檢測結(jié)果與鉆井巖心資料、測井解釋結(jié)論、測試資料成果匹配良好，通過3種屬性的三色融合，能較好地反映九龍山構(gòu)造茅三段碳酸鹽巖斷裂發(fā)育帶、巖溶孔縫發(fā)育帶，為開發(fā)井部署提供可靠的依據(jù)。