川南YJ向斜區(qū)茅口組儲層地震預測與主控因素分析

楊柳 ，巫芙蓉 ，郭鴻喜 ，耿超 ，范昆 ，何小會

（1.中國石油東方地球物理公司西南物探研究院，四川 成都 610213；2.中國石油西南油氣田分公司勘探事業(yè)部，四川 成都 610041；3.中國石油西南油氣田分公司蜀南氣礦，四川 瀘州 646000）

0 引言

中二疊統(tǒng)茅口組是四川盆地川南地區(qū)主力產(chǎn)層之一，勘探始于20世紀50年代。自1957年在川南地區(qū)圣燈山構造鉆探的隆10井測試獲工業(yè)氣流以來，勘探歷時長達60余年。截至2018年，茅口組共發(fā)現(xiàn)石灰?guī)r巖溶縫洞型氣藏325個，累計探明儲量852×108m3，自2 井累計產(chǎn)氣量 50.15×108m3［1-2］。前人總結出“三占三沿”（即占高點、沿長軸，占鞍部、沿扭曲，占鼻突、沿斷裂）、“兩打兩優(yōu)先”（即打翼先打肩，打鞍先打高點鞍）和大斷要避開，小斷要緊挨，中斷打上盤等尋找裂縫發(fā)育帶的方法［3］。隨著勘探程度不斷提高，背斜區(qū)已發(fā)現(xiàn)的石灰?guī)r巖溶縫洞型氣藏的日產(chǎn)量和可采儲量逐年下降，可供勘探開發(fā)的背斜區(qū)越來越少。區(qū)域地質研究、鉆井放空顯示及測井分析等信息的增多，展示出茅口組巖溶縫洞系統(tǒng)在川南地區(qū)的分布具有廣闊性。

在“走出構造找?guī)r溶”研究思路的指導下，2020年初，YJ向斜區(qū)鉆探的YJ2井在中二疊統(tǒng)茅口組鉆遇石灰?guī)r巖溶儲層，測試獲高產(chǎn)工業(yè)氣流，日產(chǎn)量為58.8×104m3，展現(xiàn)出茅口組巖溶儲層巨大的勘探潛力。川南地區(qū)茅口組巖溶縫洞型儲層非均質性強，由于目的層埋深較大、地震波吸收衰減快、地表激發(fā)條件等因素導致地震資料成像較差，儲層地震響應特征難以準確建立［3］。本文基于YJ向斜區(qū)高品質三維地震資料和典型新老鉆井井震標定，結合模型正演，研究了內(nèi)幕巖溶儲層和表層巖溶儲層的地震響應特征；優(yōu)選均方根振幅地震屬性，預測了內(nèi)幕巖溶儲層和表層巖溶儲層的分布。通過沉積、巖溶改造、構造裂縫等綜合分析，研究了茅口組儲層的主控因素。

1 區(qū)域地質概況

研究區(qū)位于四川盆地川南古坳中隆低陡穹形帶，包括YJ向斜區(qū)和東西兩側背斜區(qū)，背斜區(qū)斷裂發(fā)育，為川南地區(qū)典型的隆凹相間構造格局（見圖1）。研究區(qū)三維地震資料面積為434 km2。研究區(qū)鉆至茅口組共20余口井，鉆井過程中放空、井漏、氣侵等顯示頻繁，獲工業(yè)氣流的井共15口。在早期“三占三沿”勘探思路指導下，井位主要部署在研究區(qū)兩側構造、翼部和斷裂附近。YJ向斜區(qū)茅口組勘探程度低，目前完鉆且已試油的僅Y1井和YJ2井，均獲工業(yè)氣流。

圖1 四川盆地構造分區(qū)與研究區(qū)茅口組頂面構造立體形態(tài)

四川盆地川南地區(qū)茅口組主要為開闊臺地相沉積，巖性以生物碎屑灰?guī)r為主［4-6］，厚度為 180～400 m，基質巖塊致密、滲透性較差，自下而上劃分為茅一段（40～150 m）、茅二段（20～160 m）、茅三段（0～40 m）和茅四段（0～120 m）。茅一段和茅二段自下而上均劃分為3個亞段，茅口組底部與棲霞組整合接觸。研究區(qū)茅口組殘留茅一段、茅二段和茅三段，厚度為180～220 m。中二疊世末期，茅口組在東吳運動作用下，經(jīng)歷了7～8 Ma的流水侵蝕，廣泛發(fā)育巖溶儲層，與上覆龍?zhí)督M形成了區(qū)域不整合面。此后，茅口組地層經(jīng)歷了多期構造運動，在喜馬拉雅期強烈褶皺活動后，基本形成了現(xiàn)今的形態(tài)。

2 茅口組儲層特征

2.1 巖性和物性特征

茅一段以淺灰、灰黑色厚層狀泥質生屑灰?guī)r為主，發(fā)育含腕足類眼球狀石灰?guī)r，是較好的烴源層系；茅二段為深灰色厚層塊狀石灰?guī)r，下部含泥質和燧石條帶；茅三段以深灰色塊狀生屑灰?guī)r為主；茅四段為深灰色、灰黑色中—厚層石灰?guī)r夾生屑灰?guī)r，頂、底部有薄層狀燧石結核。結合研究區(qū)及川南周邊地區(qū)鉆遇茅口組的412口井資料分析發(fā)現(xiàn)，儲層主要發(fā)育在茅二段和茅三段，基質孔隙度小于1%，滲透率小于0.01×10-3μm2，為低孔低滲儲層［3］。

2.2 儲集空間類型和特征

川南地區(qū)鉆探證實，茅口組儲集空間主要發(fā)育于溶蝕的縫洞中（見圖2），裂縫（構造縫）難以擔當主要的儲集空間。裂縫滲透率達 27.7×10-3～116.7×10-3μm2，裂縫充當巖溶儲層重要的滲濾通道，與巖溶孔洞的組合是構成縫洞型儲層的關鍵。由于茅口組儲層缺少巖心資料，筆者結合鉆錄井、測井、測試及生產(chǎn)等資料綜合分析，將川南地區(qū)茅口組儲集空間分為4類：巖溶縫洞型（鉆遇溶洞裂縫帶，與鄰區(qū)溶洞溝通）、縫洞型（鉆遇的裂縫帶溝通了鄰區(qū)溶洞）、孤立巖溶型和微縫洞致密型（見圖3）。研究區(qū)4種儲集空間均發(fā)育，巖溶縫洞型發(fā)育時最好，縫洞型發(fā)育時次之，孤立巖溶型和微縫洞致密型發(fā)育時較差。研究區(qū)獲高產(chǎn)工業(yè)氣流井的儲集空間主要為巖溶縫洞型。

圖2 川南地區(qū)茅口組巖心與薄片

圖3 川南地區(qū)茅口組儲集空間類型示意

2.3 儲層縱向分布規(guī)律

川南地區(qū)茅口組巖溶以表層巖溶帶、垂直巖溶帶、水平徑流帶及深部潛流帶等4種形式存在。研究區(qū)主要發(fā)育表層巖溶儲層和內(nèi)幕巖溶儲層，均為薄互層型儲層，層多且厚度小，單層厚度小于10 m。表層巖溶儲層主要發(fā)育于茅三段，距茅口組頂部0～40 m。茅一段泥灰?guī)r地層較致密及巖溶可達深度所限，內(nèi)幕巖溶儲層主要發(fā)育于茅二段，距茅口組頂部40～100 m，局部地區(qū)可達120 m。研究區(qū)已鉆井表明，發(fā)育內(nèi)幕巖溶儲層的井居多，發(fā)育表層巖溶儲層的井較少。

3 儲層地震預測

3.1 地震響應特征

前人雖然從地質成因等方面對茅口組巖溶儲層進行了研究［7-10］，但是缺少地震響應特征方面的研究。本文結合高品質三維地震資料及新老鉆井資料進行精細層位標定，對內(nèi)幕巖溶儲層和表層巖溶儲層的地震響應特征進行了分析。茅口組頂界呈連續(xù)強波峰反射，為上覆龍?zhí)督M泥頁巖與茅三段生屑灰?guī)r所形成；茅口組底界呈較連續(xù)中強波峰反射，為茅一段泥灰?guī)r與棲霞組頂部亮晶生屑灰?guī)r所形成；茅二段底界呈強波谷反射，為茅二段生屑灰?guī)r與茅一段泥灰?guī)r所形成；茅三段地層較薄，底界為強波峰之下零相位。

3.1.1 內(nèi)幕巖溶儲層

本文以典型井YJ2井和Y7井為代表，結合儲層欠發(fā)育的Y8井進行綜合分析（見圖4）。YJ2井茅二段發(fā)育4套薄互層型儲層，厚度分別為8.3，2.8，6.1，12.0 m，累計厚度為29.2 m，儲層中部距茅口組頂部55 m，測試獲日產(chǎn)氣量為58.80×104m3。Y7井茅二段發(fā)育3套薄互層型儲層，厚度分別為3.2，2.0，5.2 m，累計厚度為10.4 m，儲層中部距茅口組頂部86 m，測試獲日產(chǎn)氣量為 35.56×104m3，累計產(chǎn)氣量為 0.38×108m3。Y8 井茅二段儲層欠發(fā)育，測試為微氣，已關井報廢。

茅口組內(nèi)幕巖溶儲層發(fā)育時，為一條帶狀或眼球狀中強振幅“亮點”反射特征，“亮點”范圍為儲層分布的范圍。YJ2井和Y7井儲層物性相近，YJ2井儲層厚度大于Y7井，YJ2井振幅反射比Y7井更強（見圖4a，4b）。Y7井西側較遠部位“亮點”較強，為儲層發(fā)育主要部位。Y8井內(nèi)幕巖溶儲層欠發(fā)育，地震響應特征無變化（見圖 4c）。

圖4 研究區(qū)典型井茅口組內(nèi)幕巖溶儲層地震響應特征

3.1.2 表層巖溶儲層

本文以典型井D20井和D13井為代表（見圖5），結合儲層欠發(fā)育的Y8井進行綜合分析。D20井茅三段發(fā)育1套表層巖溶儲層，厚度12 m，儲層中部距茅口組頂部19 m，測試獲日產(chǎn)氣量為10.84×104m3。D13井茅三段發(fā)育1套表層巖溶儲層，厚度6 m，儲層中部距茅口組頂部8 m，測試獲日產(chǎn)氣量為1.79×104m3。Y8井表層巖溶儲層欠發(fā)育，測試為干層。

茅口組表層巖溶儲層發(fā)育，儲層較厚時（大于10 m），茅口組頂界波峰為頻率降低、振幅變?nèi)醯姆瓷涮卣鳎ê喎Q低頻弱振）。表層巖溶儲層較薄或儲層欠發(fā)育時，茅口組頂界低頻弱振特征不明顯（見圖5）。

圖5 研究區(qū)典型井茅口組表層巖溶儲層地震響應特征

3.1.3 模型正演分析

在充分考慮地層結構、巖溶縫洞空間分布和大小的基礎上，結合實際測井速度、地震主頻等數(shù)據(jù)（龍?zhí)督M泥頁巖速度為3 800 m/s，茅三段和茅二段生屑灰?guī)r速度均為6 400 m/s，茅一段泥灰?guī)r速度為5 200 m/s，儲層段速度為5 000 m/s，地震主頻為30 Hz，采樣間隔為2 ms），按照內(nèi)幕巖溶儲層和表層巖溶儲層的發(fā)育模式，分別建立地質模型進行正演分析。正演結果表明：內(nèi)幕巖溶儲層厚度大于10 m時，茅口組內(nèi)部中強振幅反射特征明顯，隨著厚度增加，振幅反射增強；儲層厚度小于10 m時，茅口組內(nèi)部振幅反射增強不明顯。表層巖溶儲層厚度大于10 m時，茅口組頂界低頻弱振特征明顯，隨著厚度增加，頻率降低，振幅反射減弱。

3.2 儲層地震預測

根據(jù)內(nèi)幕巖溶儲層和表層巖溶儲層的發(fā)育特征及地震響應特征，在精細地震解釋的基礎上，優(yōu)選均方根振幅地震屬性進行振幅屬性提取與分析，預測了YJ向斜區(qū)茅口組巖溶儲層分布（見圖6）。

圖6 YJ向斜區(qū)茅口組巖溶儲層分布

3.2.1 內(nèi)幕巖溶儲層

本研究提取茅二段均方根振幅地震屬性，預測內(nèi)幕巖溶儲層的分布。YJ2井和Y7井等內(nèi)幕巖溶儲層發(fā)育井位于圖6a暖色調(diào)區(qū)域 （強振幅），D9井等內(nèi)幕巖溶儲層欠發(fā)育井位于圖6a冷色調(diào)區(qū)域（弱振幅）。由圖6a和圖1b可以看出，內(nèi)幕巖溶儲層在背斜區(qū)和向斜區(qū)廣泛發(fā)育。統(tǒng)計研究區(qū)所有已鉆井進行驗證，吻合率達87%，預測研究區(qū)內(nèi)幕巖溶儲層發(fā)育區(qū)的面積可達330 km2。

3.2.2 表層巖溶儲層

沿地震剖面茅口組頂界往下15 ms（距頂部0～40 m）提取均方根振幅地震屬性，預測表層巖溶儲層的分布。D20井和D13井等表層巖溶儲層發(fā)育井位于圖6b暖色調(diào)區(qū)域（弱振幅），Y8井等表層巖溶儲層欠發(fā)育井位于圖6b冷色調(diào)區(qū)域（強振幅）。由圖6b和圖1b可以看出，表層巖溶儲層主要發(fā)育在向斜區(qū)。統(tǒng)計研究區(qū)所有已鉆井進行驗證，吻合率達91%，預測研究區(qū)表層巖溶儲層發(fā)育區(qū)的面積可達90 km2。

4 儲層主控因素分析

4.1 顆粒灘相沉積

二疊系沉積前，四川盆地呈西高東低的古構造格局。早二疊世發(fā)生海侵，使得整個上揚子陸塊淹沒，中國南方變?yōu)樘妓猁}巖臺地。四川盆地由東向西為克拉通邊緣淺水坳陷、斜坡帶、臺地邊緣淺灘、開闊臺地、局限臺地、濱海潮坪，水體呈西淺東深的格局［4-6］。川南地區(qū)在茅二段、茅三段時期為開闊臺地相沉積，沉積的一套厚層生屑灰?guī)r是巖溶儲層廣泛發(fā)育的物質基礎。

4.2 東吳期巖溶改造

四川盆地受中二疊世末東吳運動的影響，地殼大面積抬升，茅口組中上部碳酸鹽巖長期遭受不同程度的淡水淋濾，以及沿斷裂垂直滲流和水平徑流的影響，易發(fā)育巖溶儲層［11-17］。儲層發(fā)育程度和規(guī)模主要受巖溶古地貌和巖溶斷裂的控制。

4.2.1 巖溶古地貌

古地貌恢復的方法很多，四川盆地應用較多的為茅口組殘余厚度法和龍?zhí)督M印模厚度法。以往研究認為：茅口組殘余厚度越大的地區(qū)，出露地層越新，表明剝蝕量越少，為地勢較低的區(qū)域；而殘余厚度越小的地區(qū)，出露地層越老，表明剝蝕量越大，為地勢較高的區(qū)域［13-14］。中二疊世末，川北地區(qū)吳家坪組（即川南地區(qū)龍?zhí)督M）底部存在深水沉積現(xiàn)象，茅口組剝蝕程度嚴重，殘留茅二段a，b，c亞段的厚度不等，短時間內(nèi)抬升急劇降低，在構造演化上難以解釋。

隨著鉆井增多及地質研究的深入，越來越多的學者認識到茅口組頂部存在地層較薄（5～25 m）的深水沉積孤峰段［18-19］。四川盆地茅口組地層沉積較薄，與東吳期流水侵蝕共同形成川北巖溶盆地［20-21］。筆者認為：茅口組殘余厚度較大地區(qū)（補齊的上覆龍?zhí)督M厚度較?。┐頄|吳期茅口組地勢較高；而茅口組殘余厚度較小地區(qū)（補齊的上覆龍?zhí)督M厚度較大）代表東吳期茅口組地勢較低。川西南及川東南地區(qū)殘留茅四段，為巖溶高地，水動力條件較強，巖溶儲層較發(fā)育。川中及川南地區(qū)殘留茅三段和茅二a亞段，為巖溶斜坡，水動力條件最強，巖溶儲層最為發(fā)育，是茅口組巖溶儲層最重要的勘探區(qū)域。川北地區(qū)殘留的茅二段a，b，c亞段為巖溶盆地，水動力條件較差，巖溶儲層欠發(fā)育。大氣淡水由川西南和川東南巖溶高地的淡水補給區(qū)向川南和川中地區(qū)侵蝕，匯入川北巖溶盆地。

研究區(qū)主要位于巖溶斜坡（一級地貌單元），淡水補給主要來自川東南方向，受局部古地貌的影響，形成殘丘、峰叢壟脊、坡地、侵蝕溝谷等二級地貌單元。研究區(qū)井位大多未鉆穿茅口組，采用龍?zhí)督M印模厚度法，通過地震解釋刻畫古地貌，經(jīng)實鉆井校正，能夠準確刻畫東吳期茅口組的巖溶古地貌。從恢復的研究區(qū)巖溶古地貌可以看出，研究區(qū)西南部為殘丘，東部為峰叢壟脊，中北部為坡地（見圖7）。淡水從南部和東部經(jīng)侵蝕溝谷匯入，中北部的坡地流水侵蝕最為強烈，最易形成表層巖溶儲層。淡水隨著中北部東吳期巖溶斷裂下滲溶蝕，形成內(nèi)幕巖溶儲層。殘丘和峰叢壟脊地形較陡，隆起處脆性石灰?guī)r地層也易形成斷裂，淡水下滲溶蝕有利于發(fā)育內(nèi)幕巖溶儲層。

圖7 研究區(qū)茅口組巖溶古地貌立體示意

4.2.2 巖溶斷裂

由茅口組頂界相干切片（見圖8）、地震剖面解釋和構造演化分析可知，研究區(qū)主要發(fā)育北北東、北東和東西走向3組斷裂。北北東和北東走向斷裂為西部龍洞坪、東部壇子壩背斜區(qū)主斷裂，在加里東期形成，東吳期繼承性發(fā)育，于燕山—喜山期強烈擠壓形成現(xiàn)今展布特征。東西走向斷裂在東吳期形成，斷開龍?zhí)督M和茅口組內(nèi)部，為右行走滑斷裂。東吳期斷開茅口組的3組斷裂對內(nèi)幕巖溶儲層發(fā)育具有建設性作用，預測儲層發(fā)育區(qū)與3組斷裂的平面分布有較好的一致性。

圖8 研究區(qū)茅口組頂界相干切片

4.3 燕山—喜山期構造裂縫

四川盆地在燕山—喜山期遭受全面擠壓，在川南地區(qū)形成大量褶皺沖斷帶［22-23］，伴隨斷裂形成大量裂縫，溝通了東吳期巖溶儲層，形成了巖溶縫洞型和縫洞型儲層。燕山—喜山期形成的裂縫主要位于研究區(qū)兩側的背斜區(qū)。

5 結論

1）YJ向斜區(qū)茅口組儲集空間類型主要為巖溶縫洞型和縫洞型，巖溶縫洞型儲層的發(fā)育是茅口組高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要因素。茅口組發(fā)育內(nèi)幕巖溶儲層和表層巖溶儲層，內(nèi)幕巖溶儲層主要發(fā)育于距茅口組頂部40～100 m的茅二段，表層巖溶儲層主要發(fā)育于距茅口組頂部0～40 m的茅三段。

2）茅口組內(nèi)幕巖溶儲層厚度大于10 m時，茅口組內(nèi)部中強振幅反射特征明顯，隨著厚度增加，振幅反射增強；儲層厚度小于10 m時，茅口組內(nèi)部振幅反射不明顯。表層巖溶儲層厚度大于10 m時，茅口組頂界低頻弱振特征明顯，隨著厚度增加，頻率降低，振幅反射減弱。

3）均方根振幅地震屬性能較好地預測茅口組儲層分布，內(nèi)幕巖溶儲層在研究區(qū)廣泛發(fā)育，表層巖溶儲層主要發(fā)育于向斜區(qū)。

4）YJ向斜區(qū)茅口組儲層主要受顆粒灘相沉積、東吳期巖溶改造以及燕山—喜山期構造裂縫的控制。沉積是生屑灰?guī)r形成的基礎，巖溶改造是物性改善的關鍵，裂縫是油氣滲濾的重要通道。