相控約束下的生物礁儲層地震預測研究
——以川東北LHC地區(qū)為例

王 鑫， 關 新， 譚開俊， 樂幸福， 呂文正， 張建新， 張 強

(1.中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院，甘肅 蘭州 730020；2.西南石油大學， 四川 成都 610500；3.中國石油西南油氣田分公司，四川 成都 610051)

生物礁是由固著生物所建造的原地沉積的碳酸鹽生物建隆。近年來，四川盆地川東北地區(qū)生物礁氣藏連獲突破(洪海濤等，2008)，在普光、龍崗、元壩地區(qū)上二疊統(tǒng)長興組均發(fā)現(xiàn)有生物礁大氣田(趙文光等，2010)，進一步確立了四川盆地上二疊統(tǒng)長興組生物礁氣藏的巨大勘探潛力。

四川盆地生物礁儲層屬于典型的隱蔽油氣儲層，使得生物礁儲層地球物理預測存在較多問題。①生物礁油氣儲層多為構造-巖性型油氣儲層，為復雜的巖相復合圈閉，空間展布具有不規(guī)則性，基于常規(guī)地震同相軸對比追蹤的“地震相面法”或構造勘探方法難以準確成圖和成像(殷積峰，2008)。②生物礁與非生物礁巖石的物性差異較小，引起地震波運動學特征差異不明顯，增加了地球物理反演的不適應性(陳勇，2011)。③生物礁儲層內部結構復雜、巖石類型多、厚薄不一，導致地球物理響應特征變化大，無固定模式，且與某些地質體(如火山巖體、泥丘、濁積體等)的地震反射結構具有一定的相似性，容易混淆，為勘探開發(fā)帶來難度。

除上述難點外，LHC地區(qū)由于地表地形高差大、出露地層褶皺強烈、地下地質構造復雜、儲層埋藏較深，導致地震波場錯綜復雜，地震資料的分辨率和信噪比較低，識別和解釋生物礁難度更大，導致該區(qū)勘探開發(fā)進程受到較大影響。因此，針對本地區(qū)實際情況，本次研究從生物礁儲層發(fā)育背景研究入手，采用“相帶劃分—生物礁識別—儲層反演”逐級控制的思路，開展相控約束下的生物礁儲層預測，綜合運用正演模擬、地震相分析、地震屬性分析和疊前彈性參數(shù)反演等方法，形成適合本地區(qū)生物礁儲層預測的技術系列，以破解生物礁預測難點，準確預測生物礁儲層展布規(guī)律，加快該區(qū)的勘探開發(fā)進程，并為同類型儲層預測工作提供借鑒。

1 研究區(qū)概況

LHC地區(qū)構造位置處于川東高陡構造帶，橫跨華鎣山，晚二疊世處于開江-梁平海槽西側，發(fā)育開闊臺地相、臺地邊緣相、斜坡-海槽相。該地區(qū)處于生烴中心邊緣， 受控于上二疊統(tǒng)烴源層以及下伏烴源層多源聯(lián)合供烴(鄒才能等，2011)，氣源充足，上覆地層發(fā)育多套蓋層，區(qū)內油氣成藏主要受控于儲層發(fā)育情況。LHC地區(qū)西鄰龍崗氣田，東靠鐵山氣田，長興組共鉆井8口，有3口井位于臺緣帶，測試2口，獲工業(yè)氣井2口，測試產(chǎn)量均較高。

2 生物礁儲層特征

LHC地區(qū)生物礁根據(jù)礁的生長形態(tài)及與陸地的關系可定義為岸礁或裙礁 (張永剛等，2011)，主要分布在開江-梁平長興期古海槽西側臺地邊緣，其分布范圍和形態(tài)與沿岸水下地形特征和水深情況密切相關，礁體在研究區(qū)規(guī)模不大且側向間斷發(fā)育(劉偉等，2014)。區(qū)塊內生物礁巖性為海綿骨架灰?guī)r、顆粒灰?guī)r，儲層主要分布在長興組頂部，呈厚層分布，主要為殘余海綿骨架云巖、殘余顆粒白云巖及角礫狀白云巖等，儲集空間以晶間孔、晶間溶孔為主；儲層孔隙度平均值為4.83%，滲透率平均值為0.52×10-3μm2，整體具低孔-低滲特征。儲層在電性特征上表現(xiàn)為低自然伽馬(整體小于50 API)，低密度(整體低于2.8 g/cm3)，高中子(整體大于4%)，高聲波時差(整體大于160 μs/m)，但儲層與圍巖測井響應差異不大，且有重疊部分，這一特征也使得生物礁的儲層預測較為復雜。

3 生物礁儲層預測

根據(jù)本區(qū)生物礁規(guī)模小，側向連續(xù)性差，儲層直接預測困難的特點，本研究將從生物礁儲層發(fā)育背景研究入手，開展相控約束下的生物礁儲層預測。首先在地震上對臺緣相帶進行劃分，然后在臺緣相帶內借由生物礁特殊的沉積地貌和巖石學特征而引起的地震響應特征對生物礁進行刻畫，再在生物礁發(fā)育范圍內進行儲層預測。下面結合研究區(qū)實際地震資料對生物礁儲層預測進行詳細論述。

3.1 臺緣相帶劃分

臺緣相帶劃分是本次生物礁儲層預測研究的入手點。地震相研究是目前碳酸鹽巖相帶劃分的主要手段(劉洋等，2016)，總的來說，臺地相和海槽相由于沉積相對穩(wěn)定，地震相表現(xiàn)為波形連續(xù)性好，振幅較強。而臺緣和斜坡相巖性不穩(wěn)定，變化較大，地震相呈中連續(xù)—弱連續(xù)、低頻、低振幅反射地震相，臺緣相與臺地相、斜坡相的界線往往很難界定。為了更準確的刻畫相帶范圍，本次研究以正演模型指導下的相界線確定為準則，再利用敏感屬性對臺緣相在平面上的展布進行刻畫。

根據(jù)本區(qū)上三疊系地質特征，建立適合于本區(qū)特點的反映臺緣相帶邊界的初始速度模型。目的層上覆地層為飛仙關組地層，自下而上發(fā)育泥質灰?guī)r、微晶灰?guī)r及含泥質灰?guī)r，整體較為致密，速度分別取5 988 m/s，6 400 m/s，6 050 m/s。含臺緣生物礁碳酸鹽巖地層為長興組地層，自下而上可細分為生物灰?guī)r(礁基)、礁灰?guī)r(礁核)、白云巖(礁頂)，速度分別取5 680 m/s、6 097 m/s、6 250 m/s。以此模型為基礎，依據(jù)實際地震資料的頻譜特征，選取主頻為26 Hz 的 Ricker 子波作為入射脈沖，通過波動方程正演模擬，得到正演模擬的地震響應記錄。由圖1所示正演模擬結果可看出，臺緣長興組頂部表現(xiàn)為中—強波峰反射，這是因為從上覆的高速泥質灰?guī)r進入低速的礁灰?guī)r形成了正反射系數(shù)，因此形成波峰反射；斜坡長興組頂部則因上下巖性接近呈空白反射，振幅較弱且波形不連續(xù)，臺緣與斜坡相帶邊界地震上主要表現(xiàn)為振幅值由強變弱。相類似的，臺緣與臺地相帶邊界地震上主要也表現(xiàn)為振幅值由強變弱的特征。

通過正演模型得到臺緣相帶邊界的響應特征均表現(xiàn)為振幅的變化，以此為依據(jù)，本次研究在剖面識別的基礎上，確定最大波峰振幅為敏感屬性，在平面上對臺緣相帶邊界進行刻畫。本次屬性提取時窗以包含完整相位為原則，考慮到地震資料頻率在不同區(qū)域變化較大的實際情況，本次反映臺緣與斜坡相帶邊界的屬性提取時窗為長興組頂部向下20 ms，反映臺緣與臺地相帶邊界屬性提取時窗為長興組頂部向下10 ms。圖2所反映的是臺緣與斜坡相帶邊界，邊界在平面上呈曲折線，沿北西-南東向展布，臺緣相帶呈現(xiàn)色彩不均勻，表明臺緣相帶側向變化快，臺緣靠海部位振幅較強(綠色)，而相鄰斜坡相帶振幅較弱(藍色)，色彩連續(xù)均勻，表明該相帶沉積相對穩(wěn)定，臺緣與斜坡相帶色差明顯，反映相帶邊界清晰。臺緣與臺地相帶邊界也呈類似特征。

通過分別厘定臺緣相與斜坡相、臺緣相與臺地相的界線，刻畫出了工區(qū)臺緣相帶，在平面上沿北西-南東向呈曲折條帶狀展布，相帶寬度為0.76～1.54 km，這為后續(xù)工作提供了準確的背景約束。

3.2 生物礁刻畫

生物礁刻畫是本次生物礁儲層預測研究的關鍵。生物礁形成與古地貌高地有密切關系，且具有獨特的地貌和巖石學特征，這些特征決定了生物礁在地震反射剖面上具有不同的反射特征。因此根據(jù)地震相的變化，比如礁體的外部幾何形態(tài)、內部反射結構以及與圍巖的接觸關系等地震相特征可以識別礁體(胡偉光等，2010)，這種方法稱為“相變法”。結合前人的成果和對本工區(qū)的研究，提出工區(qū)生物礁在地震剖面上具有的相變：礁體外形呈丘狀反射特征，頂面為強反射特征、內部為斷續(xù)、雜亂反射或反射空白區(qū)，底部可出現(xiàn)下凹反射特征，翼部出現(xiàn)上超反射特征。利用這些特征，在地震剖面上較為綜合地判定了礁體的邊緣輪廓。

除了剖面識別外，本次研究還從平面上對生物礁進行刻畫，研究認為生物礁穹隆狀外形是工區(qū)生物礁地震識別的最穩(wěn)定、最明顯的特征，這直接導致了生物礁時間厚度較圍巖增大。根據(jù)地震反射層層間的這種時差變化就能在平面上對生物礁所處范圍進行圈定(汪晴川等，2008)。本次研究是在刻畫出的臺緣相帶內，將長興組頂界到工區(qū)標志層—陽新統(tǒng)底界間的時間厚度作為標準時差，時差厚度大的地區(qū)為生物礁發(fā)育區(qū)(黃色)，時間厚度約為155～175 ms，時差厚度薄的區(qū)域為礁間致密灰?guī)r沉積(綠色)，共識別出5個生物礁(黃色)，呈長條狀或馬蹄狀展布，在臺緣帶間斷分布，礁體面積最大為0.49 km2，最小僅為0.13 km2(圖3)，其中①號礁體與②號礁體已分別被鉆井證實，本次預測精度較以往工作的有較大提高。

3.3 儲層預測

儲層預測是本次生物礁儲層預測研究的落腳點。針對工區(qū)生物礁儲層的實際，采用稀疏脈沖反演方法來預測礁體的分布。稀疏脈沖反演是建立在一個趨勢約束的脈沖反演算法上， 在計算中，采用延遲脈沖模型來反演地震波的整個波形，并且延遲時間不是整數(shù)，因此可以滿足研究所需的準確程度。另外，把地震道模擬成一個稀疏脈沖序列，加上噪聲項形成反褶積模型，產(chǎn)生寬帶的反演輸出，最大限度地體現(xiàn)地震資料振幅、頻率、相位等特征。稀疏脈沖反演可以綜合運用測井及地震資料，得到同時具有高的垂向分辨率和好的橫向連續(xù)性的反演剖面(周仲禮等，2008)。如前所述，工區(qū)內儲層與圍巖在包括聲波時差在內的常規(guī)測井曲線上響應特征差異不大。經(jīng)過多輪實驗，本次研究認定在疊前彈性參數(shù)中的泊松比為工區(qū)儲層敏感參數(shù)，因此本次采用稀疏脈沖的泊松比反演技術，反演范圍為臺緣相帶，重點質量控制區(qū)域為本次研究刻畫出的生物礁發(fā)育區(qū)。

基于lg001-29、lg001-28、lh002-x1ce、lh002-x2等典型井測井解釋成果及測試結論等生產(chǎn)成果，將孔隙度大于2%的定義為儲層，確定工區(qū)儲層反演的門檻值。圖4為工區(qū)典型井縱波阻抗與泊松比交匯圖，由此確定工區(qū)儲層泊松比門檻值上限為1.83，下限為1.62，在此范圍內多為生物礁儲層。由此，利用疊前地震角道集數(shù)據(jù)轉換而來的泊松比數(shù)據(jù)體在相控約束下對生物礁儲層進行了預測。

圖5為工區(qū)近垂直于相帶的過典型生物礁井LH002-x1ce井的泊松比反演剖面。圖中白色表示致密圍巖，因受生物礁發(fā)育影響，其成層性較差，泊松比強弱交互，變化較快；紅色及綠色表示儲層，主要分布在長興組地層的上部，呈團塊展布，不連續(xù)。上述的反演結果既體現(xiàn)了生物礁與圍巖的差異，又體現(xiàn)了生物礁內部的非均質性，與地質認識相吻合。從平面反演結果(圖6)可以看出，儲層整體分布不均，儲層發(fā)育區(qū)與生物礁發(fā)育區(qū)有良好的相關性，生物礁發(fā)育區(qū)的儲層厚度一般在28～36 m，其他地方則以12～18 m居多。上述儲層預測成果在勘探實踐中獲得了較好的驗證。

4 結束語

通過對LHC工區(qū)地質背景、儲層特征與地震資料的分析，針對地震資料存在分辨率和信噪比較低的問題， 從生物礁儲層發(fā)育背景研究入手，確立了適合于本區(qū)的“相帶劃分—生物礁識別—儲層反演”逐級控制的生物礁儲層預測思路，形成了一套相控約束的生物礁儲層預測方法:

(1)在正演模擬的基礎上，利用最大波峰振幅等敏感屬性厘定臺緣相帶邊界，結合地震相研究等手段刻畫臺緣相帶，結果顯示工區(qū)臺緣在平面上沿北西-南東向呈曲折條帶狀展布，寬度為0.76～1.54 km，為生物礁儲層預測提供了精確的相帶約束。

(2)在相帶約束的基礎上和生物礁地震響應模式的指導下，利用基于時差厚度的生物礁識別方法，在臺緣帶識別出5個生物礁，為儲層預測提供了準確的巖相約束。

(3)在巖相約束的基礎上，根據(jù)已鉆井的測井響應特征與測試資料，利用基于稀疏脈沖的泊松比反演預測出臺緣帶的儲層厚度。經(jīng)勘探實踐證實，較前人的方法有較大提高，大大降低了該區(qū)生物礁勘探開發(fā)風險，有力加快了該區(qū)的勘探開發(fā)進程，并為同類型儲層預測工作提供了借鑒。