元壩地區(qū)燈影組四段丘灘體相控儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

蘇建龍,蒲 勇,繆志偉,李文成,李雷濤,朱巖松,林 琳

(中國石油化工股份有限公司勘探分公司,四川成都610041)

早期四川盆地震旦系地層油氣勘探區(qū)域主要集中于川中古隆起,2011年GS1井在燈影組獲得油氣勘探突破,揭示川中—川北地區(qū)燈影組古裂陷東側(cè)向臺(tái)地邊緣帶具有較好的天然氣勘探潛力[1-2]。燈影組主要為碳酸鹽巖臺(tái)地沉積,在燈二段、燈四段發(fā)育豐富的“藻白云巖”,燈四段以紋層石、疊層石為主,為藻丘相和顆粒灘相疊合的丘灘復(fù)合體(以下簡(jiǎn)稱“丘灘體”),在此發(fā)育較厚(約180m)的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層[3]。區(qū)域地質(zhì)研究認(rèn)為川北元壩地區(qū)燈影組四段丘灘儲(chǔ)層較為發(fā)育,受沉積相控制明顯[4-5];但目的層系埋藏深(>7500m),且研究區(qū)內(nèi)無鉆井鉆遇燈影組地層,因此開展丘灘儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究的難度較大。

前期針對(duì)川北地區(qū)燈影組展開的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究較少[6],我們認(rèn)為從有利相帶、丘灘體發(fā)育模式及無井區(qū)相控儲(chǔ)層反演等方面開展攻關(guān)研究,方可準(zhǔn)確地描述燈四段丘灘儲(chǔ)層的發(fā)育規(guī)律。調(diào)研無井或少井地區(qū)的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù),發(fā)現(xiàn)部分學(xué)者提出了可供借鑒的預(yù)測(cè)思路。李春鵬等[7]提出采用基于背景驅(qū)動(dòng)的地震反演方法對(duì)勘探程度低的地區(qū)開展儲(chǔ)層評(píng)價(jià);馬妍妍等[8]提出少井條件下的儲(chǔ)層相控建模方法,提高了少井或無井地區(qū)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)模型的精度;丁芳等[9]提出少井條件下的多源趨勢(shì)融合技術(shù),并建立符合地質(zhì)規(guī)律的儲(chǔ)層模型。本文首先充分挖潛地質(zhì)資料,并將其作為約束條件,分別研究了地震相帶刻畫及丘灘體識(shí)別的方法;然后以相控儲(chǔ)層反演為核心,開展了丘灘體相控儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究;最后結(jié)合地質(zhì)、物探資料預(yù)測(cè)了元壩地區(qū)燈四段丘灘儲(chǔ)層的展布特征,描述了丘灘儲(chǔ)層的發(fā)育規(guī)律,研究成果有效支撐了研究區(qū)風(fēng)險(xiǎn)勘探領(lǐng)域的井位部署。

1 燈影組四段地震相刻畫

燈四段藻類丘灘儲(chǔ)層發(fā)育主要受沉積相控制,其地震相刻畫的精度影響相控儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。為此分析燈影組四段沉積晚期古地貌,并結(jié)合地震反射特征,建立地震相識(shí)別模式,進(jìn)而刻畫元壩地區(qū)燈四段藻類丘灘體發(fā)育的有利相帶。

1.1 沉積古地貌分析

元壩地區(qū)燈影組四段沉積晚期古地貌(圖1)主要表現(xiàn)為中部高古地貌地區(qū)在沉積時(shí)期能量最高,為臺(tái)地邊緣沉積相;東側(cè)古地貌較高區(qū)域?yàn)榫窒夼_(tái)地沉積;西側(cè)古地貌低的區(qū)域?yàn)樾逼?陸棚沉積。臺(tái)地邊緣相帶內(nèi)古地貌差異明顯,主要發(fā)育兩個(gè)高古地貌的條帶,一個(gè)條帶沿臺(tái)地邊緣“陡坎”呈近南北向展布,另一條帶位于臺(tái)地邊緣相帶內(nèi)側(cè)。

圖1 元壩地區(qū)燈四段沉積晚期古地貌

1.2 地震相帶精細(xì)刻畫

作為量化評(píng)估沉積相變化的有利手段,地震相反映了沉積環(huán)境的變化。地震相刻畫方法主要包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、聚類統(tǒng)計(jì)及主成分分析等方法,此類方法對(duì)地震道間的振幅、頻率、相位及波形等屬性進(jìn)行分類,識(shí)別出沉積相的變化,從而實(shí)現(xiàn)利用地震相來量化沉積相的變化過程[11]。

根據(jù)沉積古地貌特征,分析元壩地區(qū)燈四段地震資料反射特征,開展燈四段地震相帶的識(shí)別及刻畫。通過分析該地區(qū)燈四段的地震資料(圖2)建立了4種地震相帶的地震識(shí)別模式:①深水陸棚相,地層較薄,整體呈平行、亞平行結(jié)構(gòu),內(nèi)部泥質(zhì)含量高,振幅為穩(wěn)定強(qiáng)軸;②斜坡相,地層厚度變化大,外形呈楔狀結(jié)構(gòu),內(nèi)部為亞平行強(qiáng)軸反射,具有振幅能量強(qiáng),頻率低的特征;③臺(tái)地邊緣相(簡(jiǎn)稱臺(tái)緣相),地層厚度大,外形呈丘狀結(jié)構(gòu),內(nèi)幕為斷續(xù)雜亂反射,內(nèi)部地震軸多(2～4軸),具有中、強(qiáng)振幅,中、高頻率的特征;④局限臺(tái)地相(簡(jiǎn)稱臺(tái)地相),地層較厚,外形呈亞平行、平行結(jié)構(gòu),內(nèi)幕為連續(xù)中、強(qiáng)軸,內(nèi)部地震軸少(1～2軸),具有中、低頻率的特征。

圖2 元壩地區(qū)燈四段地震相刻畫剖面

利用地震相識(shí)別模式刻畫了元壩地區(qū)燈四段地震相帶平面展布,結(jié)果如圖3所示,其中臺(tái)地邊緣相帶位于元壩地區(qū)中部,呈近南北向展布,橫向展布寬度約20～35km,認(rèn)為該區(qū)域?yàn)樵獕蔚貐^(qū)燈四段藻類丘灘體發(fā)育的有利相帶。

圖3 元壩地區(qū)燈四段地震相帶平面展布

2 燈影組四段丘灘體識(shí)別及描述

分析沉積古地貌,發(fā)現(xiàn)元壩地區(qū)燈影組四段臺(tái)地邊緣相帶內(nèi)存在沉積厚度差異明顯的情況,說明丘灘體的發(fā)育特征具有多樣性。本文在分析燈四段丘灘體沉積環(huán)境、發(fā)育模式的基礎(chǔ)上,建立丘灘體地震識(shí)別模式,以準(zhǔn)確描述元壩地區(qū)燈四段臺(tái)緣帶內(nèi)丘灘體發(fā)育有利區(qū)帶。

2.1 丘灘體發(fā)育模式分析

2.1.1 丘灘體沉積環(huán)境分析

元壩地區(qū)燈影組四段為潮坪相沉積,沉積時(shí)期氣候干燥,水體較為安靜[12]。丘灘體發(fā)育主要受潮汐水動(dòng)力作用及微古地貌共同控制,丘灘體基本層形態(tài)受沉積環(huán)境能量影響大。當(dāng)沉積環(huán)境能量低時(shí),丘灘體發(fā)育基本層主要表現(xiàn)出錐狀、指狀等特征;隨著沉積環(huán)境能量增高,丘灘體發(fā)育基本層表現(xiàn)為隆起的礁狀、丘狀結(jié)構(gòu)(圖4a)。單個(gè)丘灘體發(fā)育規(guī)模相對(duì)較小,通常為厘米-米級(jí)。從臺(tái)緣帶丘灘體宏觀發(fā)育模式(圖4b)可以看出,臺(tái)緣帶微古地貌較高位置發(fā)育丘狀、弧狀丘灘體,形成隆起外形結(jié)構(gòu);在相對(duì)低能量的沉積環(huán)境中,丘灘體發(fā)育規(guī)模相對(duì)較小,且較為分散,可形成柱狀、微幅丘狀等外形結(jié)構(gòu)[13]。

例：蕭鈺. 出版業(yè)信息化邁入快車道[EB/OL]. (2001-12-19)[2002-04-15]. http:www.creader.com/news. 20011219/200112190019.html.

圖4 丘灘體發(fā)育模式a 丘灘體基本層發(fā)育特征; b 臺(tái)緣帶丘灘體宏觀模式

2.1.2 丘灘體地震識(shí)別模式

根據(jù)丘灘體發(fā)育模式,在地震資料及其屬性剖面上初步建立如圖5所示元壩地區(qū)燈四段的丘灘體地震識(shí)別模式。在地震剖面及地震瞬時(shí)相位剖面上識(shí)別丘狀、錐狀的單個(gè)丘灘復(fù)合體(圖5中黑色和紅色雙箭頭實(shí)線)。其中,丘狀丘灘體發(fā)育規(guī)模較大,沉積時(shí)期生長速度相對(duì)快,形成丘狀隆起外形結(jié)構(gòu),主要集中于臺(tái)地的西邊緣及古地貌相對(duì)較高的位置;錐狀、指狀丘灘體發(fā)育于臺(tái)緣帶內(nèi)古地貌相對(duì)較低的位置。

圖5 元壩地區(qū)燈四段丘灘體地震識(shí)別模式a 地震瞬時(shí)相位屬性剖面; b 地震剖面

因單個(gè)丘灘體發(fā)育體積較小,故通過地震資料識(shí)別丘灘體多解性較強(qiáng)。因此本文將相對(duì)集中發(fā)育的多個(gè)丘灘復(fù)合體定義為丘灘體群(圖5中白色和紅色雙箭頭虛線),通過刻畫丘灘體群的包絡(luò)面來描述元壩地區(qū)燈四段丘灘體的發(fā)育特征。

2.2 丘灘體地震識(shí)別及描述

2.2.1 丘灘體地震正演模擬分析

在分析丘灘體發(fā)育模式的基礎(chǔ)上開展丘灘體地震正演模擬研究,根據(jù)圖5b建立元壩地區(qū)燈四段臺(tái)緣帶丘灘體沉積地質(zhì)模式(圖6a)。依據(jù)鄰區(qū)鉆井、露頭等資料分析燈四段白云巖及丘灘儲(chǔ)層的地球物理參數(shù),利用波動(dòng)方程法開展正演模擬。由丘灘體沉積地質(zhì)模式下的地震正演模擬剖面(圖6b)可以看出,外形丘狀隆起部位古地貌相對(duì)位置較高,內(nèi)幕發(fā)育規(guī)模較大的丘狀、弧形狀丘灘體,地震反射能量為中等強(qiáng)度;古地貌相對(duì)較低的位置主要發(fā)育規(guī)模較小的錐狀、指狀丘灘體,受地震分辨率的影響,該地震剖面中出現(xiàn)小規(guī)模雜亂反射特征。

圖6 元壩地區(qū)燈四段丘灘體地震正演模擬分析結(jié)果a 丘灘體沉積地質(zhì)模式; b 丘灘體沉積地質(zhì)模式下的地震正演模擬剖面

分析丘灘體沉積地質(zhì)模式及正演模擬結(jié)果,建立元壩地區(qū)燈影組四段丘灘體地震識(shí)別模式(表1)。丘灘體在臺(tái)緣相呈丘狀隆起的外形結(jié)構(gòu),古地貌較高的位置發(fā)育丘狀、弧形狀丘灘體,古地貌較低的位置發(fā)育指狀、錐狀丘灘體;臺(tái)地相局部發(fā)育藻灘,呈平行、亞平行的外形結(jié)構(gòu)。

2.2.2 丘灘體地震描述分析

元壩地區(qū)燈四段臺(tái)地邊緣帶丘灘體規(guī)模變化大,地震資料受分辨率限制無法對(duì)所有的丘灘體成像。因此,本文通過刻畫丘灘體群的包絡(luò)面來描述元壩地區(qū)燈四段丘灘體發(fā)育的有利范圍。由地震資料及瞬時(shí)相位屬性剖面(圖5)可以看出,丘狀、弧形等規(guī)模較大的丘灘體群的頂、底包絡(luò)面厚度大;錐狀、指狀等規(guī)模較小的丘灘體群的頂、底包絡(luò)面厚度小。通過刻畫丘灘體群(圖5中白色和紅色雙箭頭虛線)的厚度來描述丘灘體發(fā)育特征,厚度大的部位發(fā)育丘狀、弧狀等相對(duì)規(guī)模大的有利丘灘體,厚度小的部位發(fā)育錐狀、指狀等相對(duì)規(guī)模小的丘灘體。

表1 丘灘體地震響應(yīng)識(shí)別模式

利用上述方法描述了元壩地區(qū)燈四段丘灘體展布特征,結(jié)果如圖7所示,紅、黃色區(qū)域表示丘灘體較厚的區(qū)域,發(fā)育相對(duì)高能的丘狀丘灘體,丘灘儲(chǔ)層較發(fā)育;綠、藍(lán)色區(qū)域?yàn)榍馂w較薄的區(qū)域,發(fā)育相對(duì)低能的錐狀、指狀丘灘體,丘灘儲(chǔ)層逐漸變差。由此可知,元壩地區(qū)燈四段臺(tái)緣帶內(nèi)丘灘體主要發(fā)育在沿“陡坎”的西側(cè)邊緣條帶及內(nèi)側(cè)微古地貌相對(duì)位置較高的條帶,證明了燈影組四段沉積時(shí)期丘灘體發(fā)育主要受潮汐水動(dòng)力與沉積古地貌共同控制。

圖7 元壩地區(qū)燈四段丘灘體展布特征

3 丘灘體相控儲(chǔ)層反演研究

元壩地區(qū)燈影組埋深大,無鉆井鉆遇燈影組地層,其勘探程度較低,因而丘灘儲(chǔ)層反演難度較大[14]。本文在分析丘灘儲(chǔ)層特征的基礎(chǔ)上,結(jié)合地質(zhì)、地震資料,開展無井相控儲(chǔ)層反演研究,利用反演結(jié)果描述元壩地區(qū)燈四段丘灘儲(chǔ)層發(fā)育規(guī)律。

3.1 丘灘儲(chǔ)層地球物理特征

元壩地區(qū)燈影組無鉆井資料,而鄰區(qū)同相帶的鉆井(如GS1井)及露頭資料顯示燈四段發(fā)育豐富的臺(tái)緣相丘灘體,上、下亞段儲(chǔ)層疊置發(fā)育,儲(chǔ)層位于兩個(gè)旋回的高位域。通過分析燈四段丘灘儲(chǔ)層地球物理特征,認(rèn)為燈四段臺(tái)地邊緣相丘灘儲(chǔ)層伽馬值<23API,波阻抗為14080～19200g·cm-3·m·s-1。由燈四段丘灘儲(chǔ)層孔隙度與波阻抗交會(huì)結(jié)果(圖8)可以看出,當(dāng)丘灘儲(chǔ)層物性變好,即孔隙度增大時(shí),波阻抗逐漸降低。根據(jù)擬合曲線(圖8中黑色曲線)分析丘灘儲(chǔ)層門檻值,當(dāng)孔隙度為2%時(shí)(Ⅲ類儲(chǔ)層下限),丘灘儲(chǔ)層波阻抗為18000g·cm-3·m·s-1;當(dāng)孔隙度為5%時(shí)(Ⅱ類儲(chǔ)層下限),丘灘儲(chǔ)層波阻抗為160709g·cm-3·m·s-1;當(dāng)孔隙度為10%時(shí)(Ⅰ類儲(chǔ)層下限),丘灘儲(chǔ)層波阻抗為14280g·cm-3·m·s-1。因此,開展準(zhǔn)確的波阻抗反演可精確地預(yù)測(cè)燈四段丘灘儲(chǔ)層發(fā)育規(guī)律。

圖8 燈四段丘灘儲(chǔ)層孔隙度與波阻抗交會(huì)顯示

3.2 無井相控儲(chǔ)層反演研究

在研究區(qū)未鉆遇燈影組地層的情況下,針對(duì)臺(tái)緣相帶內(nèi)丘灘儲(chǔ)層特征,橫向上依據(jù)地震相帶變化規(guī)律[15],縱向上以地質(zhì)低頻信息為約束條件,開展精準(zhǔn)相控初始模型構(gòu)建及儲(chǔ)層反演,力求客觀預(yù)測(cè)丘灘儲(chǔ)層的展布規(guī)律。

3.2.1 構(gòu)建相控初始模型

分析地震相刻畫結(jié)論及丘灘儲(chǔ)層發(fā)育模式,認(rèn)為元壩地區(qū)燈四段臺(tái)緣相丘灘儲(chǔ)層地質(zhì)模型具有以下特征:①橫向上地震相帶邊界清晰,臺(tái)地邊緣相對(duì)丘灘儲(chǔ)層的控制較為明顯;②縱向上丘灘儲(chǔ)層具有良好的成層性,主要發(fā)育在燈四段兩個(gè)亞段的中上部位置;③分析鄰區(qū)鉆井(GS1井)資料,認(rèn)為20～30Hz的中、低頻測(cè)井信息可表征臺(tái)緣相丘灘儲(chǔ)層的發(fā)育位置。

利用野外露頭及鄰井資料的中、低頻(20～30Hz)信息,以地震相帶為約束條件構(gòu)建出元壩地區(qū)燈四段相控波阻抗低頻模型(圖9a),該模型顯示丘灘儲(chǔ)層主要發(fā)育在臺(tái)緣相帶內(nèi),兩套丘灘儲(chǔ)層分別發(fā)育在燈四段地層兩個(gè)亞段的中上部。與虛擬井反演所用的波阻抗初始模型(圖9b)對(duì)比可知,相控波阻抗低頻模型被賦予更多準(zhǔn)確的地質(zhì)信息,為無井相控儲(chǔ)層反演奠定了基礎(chǔ)。

圖9 元壩地區(qū)燈四段波阻抗初始模型a 相控波阻抗低頻模型; b 虛擬井反演所用的波阻抗初始模型

3.2.2 丘灘儲(chǔ)層相控反演

構(gòu)建相控波阻抗低頻模型后,利用疊后反演算法進(jìn)行無井相控儲(chǔ)層反演[16]。在反演過程中保持相控模型的中、低頻信息(20～30Hz)不變,使得預(yù)測(cè)結(jié)果更符合丘灘儲(chǔ)層的發(fā)育特征;因中、高頻信息主要來源于地震資料的可靠頻帶信號(hào),故所預(yù)測(cè)的丘灘儲(chǔ)層細(xì)節(jié)特征保持了結(jié)果的客觀性。

通過相控反演的波阻抗剖面(圖10a)可以清晰地識(shí)別出臺(tái)緣相、局限臺(tái)地相和斜坡相,認(rèn)識(shí)丘灘儲(chǔ)層的內(nèi)幕結(jié)構(gòu)及發(fā)育規(guī)律。與常規(guī)虛擬井反演的波阻抗剖面(圖10b)對(duì)比可知,同等地震資料條件下,相控儲(chǔ)層反演結(jié)果更符合丘灘儲(chǔ)層的地質(zhì)發(fā)育規(guī)律。

3.3 丘灘儲(chǔ)層精細(xì)描述

對(duì)元壩地區(qū)燈四段相控反演剖面(圖10a)中兩個(gè)丘灘體群,開展丘灘儲(chǔ)層精細(xì)描述研究,結(jié)果如圖11 所示(白色箭頭線反映丘灘儲(chǔ)層發(fā)育特征)。臺(tái)緣相外側(cè)帶發(fā)育的丘灘體群(圖10a中左側(cè)藍(lán)色虛線框)受臺(tái)地邊緣水動(dòng)力及較高微古地貌共同控制,當(dāng)丘灘體靠近“陡坎”時(shí),水動(dòng)力較強(qiáng),丘灘儲(chǔ)層發(fā)育規(guī)模較大,呈縱向加積特征,儲(chǔ)層層內(nèi)微古地貌逐漸變低,丘灘儲(chǔ)層規(guī)模逐漸變小(圖11a);臺(tái)緣相內(nèi)側(cè)條帶丘灘體群(圖10a中右側(cè)藍(lán)色虛線框)主要受古地貌控制,在微古地貌相對(duì)較高的位置,丘灘儲(chǔ)層規(guī)模變大,丘狀、弧狀的丘灘儲(chǔ)層疊置發(fā)育,在微古地貌相對(duì)較低的位置發(fā)育指狀等小規(guī)模丘灘體(圖11b)。

圖10 元壩地區(qū)燈四段相控反演結(jié)果a 相控反演波阻抗剖面; b 虛擬井反演波阻抗剖面

圖11 元壩地區(qū)燈四段丘灘體描述剖面a 臺(tái)緣相外側(cè)帶; b 臺(tái)緣相內(nèi)側(cè)帶

由元壩地區(qū)燈四段丘灘體相控反演波阻抗平面展布(圖12)可知,燈四段臺(tái)地邊緣相內(nèi)波阻抗值較小,丘灘儲(chǔ)層較為發(fā)育;局限臺(tái)地內(nèi)波阻抗值相對(duì)較高,儲(chǔ)層不發(fā)育,預(yù)測(cè)結(jié)果符合地質(zhì)認(rèn)識(shí)。臺(tái)緣相內(nèi)側(cè)帶儲(chǔ)層發(fā)育非均質(zhì)性較強(qiáng),與燈四段沉積時(shí)期古地貌吻合度較高,也證明元壩地區(qū)燈四段丘灘儲(chǔ)層主要受沉積相、微古地貌等因素共同控制。

圖12 元壩地區(qū)燈四段相控反演波阻抗平面展布

4 結(jié)論及建議

本文針對(duì)元壩地區(qū)燈四段丘灘儲(chǔ)層特征,開展地震相刻畫、丘灘體地震識(shí)別及無井相控儲(chǔ)層反演的研究。首先建立燈四段地震相識(shí)別模式,刻畫臺(tái)地邊緣有利相帶范圍;然后建立臺(tái)緣帶丘灘體地震識(shí)別模式,描述丘灘體發(fā)育有利區(qū)帶;最后開展相控儲(chǔ)層反演研究,預(yù)測(cè)丘灘儲(chǔ)層展布特征,預(yù)測(cè)結(jié)果符合丘灘體沉積規(guī)律。

元壩地區(qū)燈四段丘灘體相控儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究認(rèn)為解決無井探區(qū)的碳酸鹽巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)難題,應(yīng)結(jié)合地質(zhì)、物探資料,以相控反演為核心開展相控儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。在相控地質(zhì)模型建立過程中,要突出表征地震有效頻帶信息;在相控反演過程中,應(yīng)保護(hù)儲(chǔ)層優(yōu)勢(shì)頻帶信息,保持地震資料的客觀性,方可得到符合地質(zhì)規(guī)律的預(yù)測(cè)結(jié)果。