地震波衰減的含氣檢測方法及有利圈閉預(yù)測
——以巴探5 井三維區(qū)寒武系鹽下白云巖儲層為例

陳慶龍，云 露 ，蒲仁海，周吉春，韓 強

（1. 西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室 地質(zhì)學(xué)系，西安 710069；2 .中石化西北油田分公司，烏魯木齊 830011）

伴隨著油氣開采力度的加大，非構(gòu)造油氣藏的勘探開發(fā)變得尤為重要。寒武、奧陶系白云巖、灰?guī)r是非構(gòu)造油氣藏的極佳儲集層，以晶間溶孔、溶蝕孔洞、晶間微孔和裂縫作為其主要儲集空間[1-3]，但由于其儲層隱蔽性，勘探難度較大，在缺乏構(gòu)造條件下，發(fā)現(xiàn)鹽下白云巖儲層具有很大難度。伴隨2013 年中深1 井首次在中寒武統(tǒng)阿瓦塔格組和下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組鉆獲工業(yè)油氣流[4]，實現(xiàn)了在寒武系鹽下白云巖的油氣突破，揭開了深層鹽下白云巖油氣勘探的序幕。在此基礎(chǔ)上，利用巴探5 井三維地震資料，以希對下古生界地層非構(gòu)造油氣勘探也有所突破。

巴探5 井位于巴楚隆起西南海米羅斯斷裂北側(cè)潛伏背斜，隆起程度較低。該井在中下奧陶統(tǒng)鷹山組灰?guī)r中鉆遇工業(yè)氣流，在下寒武統(tǒng)揭示了2 套白云巖與膏鹽巖的儲蓋組合，但構(gòu)造研究表明尚無構(gòu)造圈閉存在，也無油氣顯示。研究區(qū)斷裂發(fā)育程度高，存在北東東、北西西和近東西3 組斷裂帶，與已探明的沿斷裂帶展布的塔西南玉北油氣田和塔河以南順北油氣田發(fā)育規(guī)律相似[5-6]，且區(qū)內(nèi)發(fā)育白云巖與鹽巖的良好儲蓋組合，因而形成非構(gòu)造圈閉氣藏概率極大。該文重點探討如何預(yù)測這種可能存在的碳酸鹽巖氣層，利用地震波衰減的含氣檢測方法，結(jié)合儲層蓋層地質(zhì)特征，對巴探5 井中寒武統(tǒng)阿瓦塔格組和下寒武統(tǒng)吾松格爾組鹽下白云巖存在的可能氣藏進行預(yù)測，以期為鹽下白云巖隱蔽氣藏勘探提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

巴楚隆起位于塔里木盆地一級構(gòu)造單元塔中隆起西段，北接阿瓦提凹陷，南鄰麥蓋提斜坡[7]，從震旦紀(jì)開始經(jīng)歷了加里東—海西克拉通和印支—喜馬拉雅前陸盆地兩大構(gòu)造期。圖1 所示為巴探5 井研究區(qū)域位置圖及過巴探5 井三維地震剖面與反射界面對應(yīng)關(guān)系。區(qū)內(nèi)寒武系以白云巖、灰?guī)r及兩者過渡巖為主，早寒武世早期沿斜坡、臺內(nèi)洼地和盆地區(qū)發(fā)育深水硅藻泥巖和灰?guī)r，中晚期發(fā)育以泥粉晶白云巖為主的開闊臺地，中晚寒武世發(fā)育以膏巖為主的蒸發(fā)臺地環(huán)境[8]。作為有利的鹽下白云巖發(fā)育區(qū)，白云巖以粉-泥晶白云巖為主，形成于局限臺地的超鹽度蒸發(fā)環(huán)境中[9-10]。蓋層以致密鹽巖、膏巖為主，夾雜不等厚泥巖，形成以中部泥晶、粉晶白云巖為儲層，上部鹽巖、膏巖為蓋層的良好儲蓋組合，但烴源巖發(fā)育情況較差，盆地內(nèi)分布范圍最廣的玉爾吐斯組黑色泥頁巖在工區(qū)內(nèi)缺失。

圖1 巴探5 井研究區(qū)域位置圖及過巴探5 井三維地震剖面與反射界面對應(yīng)關(guān)系Fig.1 Study area location map of well BT5 and corresponding relation between three-dimensional seismic profile and reflection interface of well BT5

2 地震波衰減的含氣檢測

2.1 數(shù)據(jù)與方法

地震波在黏滯性地層中傳播時，會發(fā)生縱波能量的衰減[11-15]，造成地震振幅減弱，稱為吸收衰減[16-18]。當(dāng)?shù)貙雍瑹N，特別是含氣時，會導(dǎo)致地層的吸收衰減增大，產(chǎn)生低頻能量相對增高，高頻能量相對降低，峰頻降低等現(xiàn)象[19-27]，尤其對于10 m 以上的較厚氣層響應(yīng)效果比較明顯。該現(xiàn)象為利用地震衰減進行地層烴類檢測提供了理論依據(jù)。

表征地震波衰減的方法很多，如地層因子法、頻譜斜率法、能量積分比法等[28-31],該研究主要采用疊后地震頻譜能量差法，由于時間分辨率與頻率分辨率存在消長關(guān)系[32]，為了獲得較高的頻率分辨率和識別含氣層一般存在的每5 Hz 發(fā)生的頻譜能量變化[33]，對三維地震數(shù)據(jù)體進行較大時窗（50～100 ms）的離散傅里葉變換，將時間域地震數(shù)據(jù)分解為5 Hz，10 Hz，15 Hz，20 Hz，25 Hz，30 Hz 能量體，通過沿層提取目的層能量,使其最小值和最大值均一化成0 與100（無量綱），計算頻譜每個峰頻與其兩側(cè)平均能量的差值，可以有效識別20～50 ms 時窗內(nèi)存在衰減的層位和平面展布。根據(jù)鄂爾多斯和塔北其他已知氣田地震縱波衰減實例的統(tǒng)計，在不含氣的地層背景主頻約為30 Hz 的情況下，發(fā)生衰減后的地層在10～25 Hz 的某個峰頻位置會出現(xiàn)能量差值大于10（無量綱）的正差異，氣層厚度大于20 m 的幾乎所有不同儲層類型的氣藏均存在這種正差異異常[34]。所以用傅里葉變換后的峰頻能量差法可以有效識別出一個三維地震區(qū)存在的時間厚度為10～50 ms（地層厚度約20～100 m）的高頻能量相對降低、低頻能量相對升高和峰頻變低的層位和平面分布。在識別出三維地震區(qū)發(fā)生衰減的層位和展布后，對他們開展精細(xì)的構(gòu)造、沉積相、圈閉和成藏條件分析，排除非含氣造成的衰減，評價含油氣潛力，最后確定其圈閉油氣藏類型和可靠性。

2.2 含氣檢測

利用該方法識別出可能的含氣層位中下寒武統(tǒng)阿瓦塔格組和吾松格爾組，并分別在阿瓦塔格組20 Hz頻譜體和吾松格爾組15 Hz 頻譜體出現(xiàn)紅色正能量衰減異常區(qū)域，如圖2 所示。

該方法對于氣藏聚集的預(yù)測主要通過衰減異常區(qū)域表現(xiàn)，并且在衰減異常區(qū)域，相對背景地層主頻，出現(xiàn)低頻能量相對增高，高頻能量相對降低，主頻降低的特點。因此紅色正能量衰減異常和頻率變化，作為預(yù)測鹽下白云巖儲層含氣的直接表現(xiàn)。

在中寒武統(tǒng)阿瓦塔格組利用頻譜能量差法計算得到的阿瓦塔格組頂部T81+50 ms 時窗能量衰減平面圖上，研究區(qū)存在東、西兩處能量衰減正異常，如圖2a 所示。圖3 所示為中寒武統(tǒng)阿瓦塔格組（T81+50 ms）衰減異常區(qū)內(nèi)外頻譜的比較情況。據(jù)頻譜圖顯示，西部的能量衰減異常區(qū)主頻約為14 Hz，東部的衰減異常區(qū)主頻約為18 Hz，而非異常區(qū)背景地層主頻約為21 Hz，在衰減異常區(qū)出現(xiàn)了高頻能量相對降低，低頻能量相對增高的頻譜含氣特征。同時在過衰減異常區(qū)域的地震剖面上，衰減異常區(qū)域位于坡折帶上，表現(xiàn)為中強振幅，如圖4a 和圖4b 所示。同時T81界面是一個超覆不整合面，可能存在巖溶和淡水白云巖作用，從而發(fā)育溶蝕孔儲層[35]。

圖2 目的層衰減異常平面圖Fig.2 Plane map of attenuation anomaly in target layer

圖3 中寒武統(tǒng)阿瓦塔格組（T81+50 ms）衰減異常區(qū)內(nèi)外頻譜比較圖Fig.3 Spectrum comparison of attenuation anomalies in the middle Cambrian Avatage Formation (T81+50 ms)

而在下寒武統(tǒng)吾松格爾組，在其底部的衰減異常圖上（如圖2b 所示），衰減異常位于工區(qū)東南角，異常區(qū)頻譜的低頻能量增高，高頻能量降低，峰頻降低至10～13 Hz，而同層位非衰減區(qū)峰頻（主頻）約為25 Hz。

同時通過均方根振幅屬性圖，可以進一步分析出衰減異常區(qū)與無異常區(qū)巖性變化特征。研究區(qū)中寒武統(tǒng)阿瓦塔格組頂界為T81強反射標(biāo)志層，向下50 ms（T81+50 ms）時窗的均方根屬性平面圖上，巴探5 井位于紫色弱振幅區(qū)域，對應(yīng)泥晶、粉晶白云巖與巖鹽互層，其中5 269～5 298 m 的29 m 鹽巖是一個很好的蓋層。圖5 所示為目的層均方根振幅平面圖，其中圖5a 中紅綠色強振幅區(qū)域可能發(fā)育晶間孔和裂縫的較低速白云巖儲層。下寒武統(tǒng)吾松格爾組發(fā)育蒸發(fā)臺地白云巖、鹽巖、灰?guī)r等，且底部存在8 m 厚灰色泥巖烴源巖，如圖6 所示。該組存在白云巖儲層與上覆鹽巖和泥巖蓋層的優(yōu)質(zhì)儲蓋組合，鹽巖累厚約90 m，兩層白云巖儲層分別厚約20 m 和30 m。其底界T84向上50 ms 均方根振幅平面圖上，紅綠色強振幅區(qū)域可能反映了存在低速白云巖儲層的地區(qū)，如圖5b 所示。

通過比較均方根振幅屬性圖與衰減異常平面圖，發(fā)現(xiàn)衰減異常位置與強振幅位置存在吻合性，衰減異常區(qū)多緊靠斷裂發(fā)育區(qū)存在，因此其異常區(qū)域整體小于強振幅區(qū)域。阿瓦塔格組與吾松格爾組紅綠色強振幅區(qū)域揭示白云巖儲層分布范圍，衰減異常區(qū)表明在白云巖儲層范圍內(nèi)，且有斷裂構(gòu)造發(fā)育，其紅色正能量異常區(qū)域有氣藏存在。

圖4 目的層過衰減異常區(qū)地震剖面Fig.4 Seismic profiles in over-attenuated anomalous areas of target formation

圖5 目的層均方根振幅平面圖Fig.5 The RMS amplitude plane of the target layer

圖6 巴探5 井寒武系綜合柱狀圖Fig.6 Comprehensive column diagram of Cambrian in Well BT5

3 有利圈閉預(yù)測

3.1 氣藏類型及圈閉面積

將衰減異常區(qū)域與構(gòu)造、圈閉特征結(jié)合，分析中下寒武統(tǒng)阿瓦塔格組與吾松格爾組白云巖儲層含氣可能性。圖7 所示為寒武系時間域構(gòu)造圖。與鹽下白云巖衰減異常區(qū)疊合平面圖阿瓦塔格組頂部（T81+50 ms）能量衰減異常平面圖及T81界面等To構(gòu)造圖疊合，可以看出兩處衰減異常區(qū)均位于海米東斷裂南北兩側(cè)，如圖7a 所示。斷裂除可能改善儲層外[36-37]，同時是異常的邊界。東部衰減異常區(qū)西北上傾側(cè)和西側(cè)以斷裂為界，異常東側(cè)邊界則與儲層尖滅有關(guān)，下傾邊界與構(gòu)造等深線不平行，說明圈閉不受構(gòu)造高低控制，可能為斷裂與巖性的復(fù)合圈閉。西部衰減異常區(qū)的上傾和側(cè)向以斷裂為邊界，下傾邊界與構(gòu)造等To 線吻合，故屬于斷塊圈閉，斷裂起到油氣運移與封堵氣藏作用。該斷裂系統(tǒng)可將緊鄰麥蓋提斜坡內(nèi)玉爾吐斯組烴源巖生成的油氣運移至巴探5 井區(qū)白云巖儲層內(nèi)。東、西2 個圈閉的面積分別為22.28 km2和14.03 km2,閉合度分別為100 ms（約175 m）和80 ms（約140 m）。因此巴探5 井在中寒武統(tǒng)阿瓦塔格組頂部（T81+50 ms）存在的衰減異常可能由29 m 鹽巖蓋層下與白云巖儲層有關(guān)的斷裂巖性復(fù)合圈閉氣藏造成（如圖6 和圖7a 所示）。

吾松格爾組衰減異常平面圖與其底面T84等To構(gòu)造圖疊合，工區(qū)東南角衰減異常區(qū)北東邊界受一個北西向斷裂的限定，該斷裂與2 個小型北東向斷裂共同組成了一個斷鼻圈閉（黃色）的邊界，其圈閉面積小于衰減異常范圍（如圖7b 所示）。所以，該異常如果含氣的話，則應(yīng)屬于斷層巖性復(fù)合圈閉氣藏，圈閉面積為19.98 km2，閉合度為70 ms（約122.5 m）。雖然該異常區(qū)構(gòu)造位置偏低，但由于白云巖儲層上覆為鹽巖，封蓋條件較好，又有多條小斷裂溝通烴源，所以很可能是一個有利的復(fù)合圈閉氣藏。

圖7 寒武系時間域構(gòu)造圖與鹽下白云巖衰減異常區(qū)疊合平面圖Fig.7 The overlapping plane map of Cambrian time-domain tectonic map and subsalt dolomite attenuation anomaly area

3.2 圈閉分布與烴源巖位置關(guān)系

中寒武統(tǒng)阿瓦塔格組及下寒武統(tǒng)吾松格爾組識別的衰減異常均為鹽下白云巖儲蓋組合，制約鹽下白云儲層成藏的關(guān)鍵條件為古隆起發(fā)育背景和烴源巖背景[38]。巴楚隆起存在與成藏期相匹配的古構(gòu)造背景[39-40]，因此圈閉與烴源巖之間的位置關(guān)系及供烴路徑是異常區(qū)氣藏成藏的關(guān)鍵制約因素。

巴楚—麥蓋提斜坡下寒武統(tǒng)玉兒吐斯組烴源巖分布較廣，和田氣田、巴什托普油田、玉北油田油氣均來自玉兒吐斯組烴源巖[41]。但與柯坪露頭和其他地區(qū)鉆井相比，研究區(qū)位于古隆起，下寒武統(tǒng)烴源巖發(fā)育較差，臺凹區(qū)廣泛發(fā)育的玉爾吐斯組黑色泥頁巖在巴探5 井缺失或相變?yōu)楹稚珵橹鞯脑颇鄮r，只在下寒武統(tǒng)吾松格爾組存在兩層8 m 厚鹽下灰黑色泥巖，所以本地區(qū)的烴源供應(yīng)有限。中深1 井的勘探突破為目的層找尋烴源巖提供了思路，中深1 井位于古隆起邊緣，下寒武統(tǒng)烴源巖欠發(fā)育。但玉爾吐斯組優(yōu)質(zhì)烴源巖距該井僅1.5 km[42]，中深1 井區(qū)異常發(fā)育的走滑斷裂，促使油氣沿斷裂向中深1 井白云巖儲層運聚。

借鑒中深1 井生氣供氣條件，研究區(qū)中下寒武統(tǒng)發(fā)育的沿膏巖層滑脫的逆沖斷裂斷穿多套地層，構(gòu)成油氣輸導(dǎo)體系，阿瓦塔格組和吾松格爾組構(gòu)造-巖性復(fù)合圈閉油氣的匯聚基本都沿該輸導(dǎo)體系逆斷層向上運移，可促使烴源區(qū)生成的油氣向緊鄰的巴楚隆起海米羅斯構(gòu)造帶和巴探5 井區(qū)鹽下白云巖儲層中運聚，從而可能使目的層白云巖儲層獲得油氣充注成藏。阿瓦塔格組氣藏由逆沖斷裂向上運移至其白云巖儲層，在斜坡帶坡折點分別由正、逆斷層封堵，形成二級階梯式氣藏儲存，如圖4 所示。

4 結(jié)論

1）利用地震波衰減的含氣檢測方法，識別出中下寒武統(tǒng)阿瓦塔格組和吾松格爾組2 個含氣層，并在其鹽下白云巖儲層識別出紅色正能量衰減，其含氣厚度20 m 以上。

2）地震波衰減的含氣檢測方法，地震響應(yīng)特征表現(xiàn)為地震縱波低頻振幅相對增強，高頻振幅相對降低，主頻相對降低5～10 Hz。

3）結(jié)合儲蓋組合、構(gòu)造和斷裂分析研究，認(rèn)為該氣藏類型為巖性、構(gòu)造-巖性復(fù)合氣藏，且阿瓦塔格組東西2 個氣藏圈閉面積分別為22.28 km2和14.03 km2，吾松格爾組氣藏圈閉面積19.98 km2。

4）雖然研究區(qū)巴探5 井缺失寒武系玉爾吐斯組烴源巖，只有下寒武統(tǒng)吾松格爾組存在的2 套8 m厚鹽下灰色泥巖可作為烴源巖。但由于斷裂發(fā)育，可促使隆起附近下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組黑色泥巖生烴后朝該區(qū)運聚成藏。