局限臺(tái)地沉積相類型及井震響應(yīng)特征分析
——以四川盆地磨溪地區(qū)龍王廟組為例

楊 芮,金吉能,潘仁芳,黎 洋,王 蓓,張 春

(1.長(zhǎng)江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢430100;2.長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,湖北武漢430100;3.中國(guó)石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院,四川成都610000)

四川盆地中部安岳氣田為典型的深層古老碳酸鹽巖氣田,區(qū)內(nèi)下寒武統(tǒng)龍王廟組為一套深層碳酸鹽巖主力含氣層系,截止2017年底累計(jì)獲得270×108m3的天然氣產(chǎn)量[1-2]。近年來(lái),國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)四川盆地龍王廟組沉積相特征和地球物理響應(yīng)特征等方面進(jìn)行了探討。在沉積特征方面,周進(jìn)高等[3]主要運(yùn)用野外露頭、巖心和測(cè)井資料,描述了顆粒灘發(fā)育的規(guī)律;杜金虎等[4]增加了對(duì)地質(zhì)構(gòu)造、沉積環(huán)境和沉積背景的綜合考量,提出了“雙顆粒灘”的沉積模式;楊威等[5]考慮了地震資料的分析結(jié)果,綜合測(cè)井和地質(zhì)資料建立了“三灘”的沉積模式。在儲(chǔ)層地球物理響應(yīng)特征方面,代瑞雪等[6]從地震模型角度論證了川中龍王廟組非均質(zhì)灘相地震反射模式,郗誠(chéng)等[7]基于巖石物理的地震正演模擬分析總結(jié)了川東地區(qū)龍王廟組的地震反射特征。

龍王廟組的地層可劃分為2個(gè)四級(jí)層序,該時(shí)期整體處于局限臺(tái)地的沉積環(huán)境中,現(xiàn)有研究對(duì)該地層沉積環(huán)境和層序劃分的認(rèn)識(shí)較為統(tǒng)一[8-10],但對(duì)其沉積亞相和微相劃分的認(rèn)識(shí)存在異議[8-9]。此外,顆粒灘為儲(chǔ)集層發(fā)育的基礎(chǔ),研究其展布特征尤為重要,而現(xiàn)有研究除了Ⅰ類儲(chǔ)層的分布較為統(tǒng)一以外,Ⅱ類、Ⅲ類儲(chǔ)層的分布尚未獲得統(tǒng)一認(rèn)識(shí)[11-12]。隨著地震技術(shù)方法的不斷發(fā)展,地震資料的處理和解釋的精度顯著提高[13-17],而現(xiàn)有研究中地震、測(cè)井、巖心等資料的結(jié)合度相對(duì)較低,因此,可在前人研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行延伸和擴(kuò)展。為此,本文結(jié)合測(cè)井資料、巖心和地震等資料,考慮磨溪地區(qū)沉積背景和地質(zhì)構(gòu)造特征,進(jìn)行龍王廟組沉積相類型劃分和地震響應(yīng)特征分析,建立磨溪地區(qū)龍王廟組沉積-地震相模式,為類似沉積儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提供指導(dǎo)思路。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

安岳氣田磨溪區(qū)塊位于四川省遂寧市東南部和重慶市潼南區(qū)東北部之間,構(gòu)造上位于川中樂(lè)山—龍女寺古隆起的東端,是高石梯—磨溪隆起的高隆起部位,是天然氣運(yùn)移和聚集的有利場(chǎng)所[18-20](圖1)。在地層序列方面,磨溪區(qū)塊寒武系由老到新依次發(fā)育下統(tǒng)(筇竹寺組、滄浪鋪組和龍王廟組)、中統(tǒng)(高臺(tái)組)和上統(tǒng)(洗象池組)地層(圖1a),局部地區(qū)不同程度地缺失了高臺(tái)組和洗象池組地層,使得龍王廟組與上覆地層的接觸關(guān)系變得復(fù)雜。該區(qū)塊龍王廟組發(fā)育局限臺(tái)地相白云巖地層,巖性以砂屑云巖、細(xì)晶與砂屑云巖、細(xì)晶云巖、泥晶云巖及砂質(zhì)云巖、含泥質(zhì)條帶云巖等為主。研究區(qū)選取磨溪區(qū)塊核心區(qū)域,面積為1620km2(圖1b),區(qū)內(nèi)現(xiàn)有磨溪12井、磨溪11井等鉆完井共34口,并選取3條連井線以供后續(xù)研究結(jié)果的展示和分析。

圖1 磨溪地區(qū)區(qū)域地質(zhì)概況a 寒武系巖性柱狀剖面; b 井位分布; c 四川盆地大地構(gòu)造特征

2 沉積相類型及特征

受樂(lè)山—龍女寺古隆起發(fā)育的影響,磨溪區(qū)塊龍王廟組在沉積時(shí)期內(nèi)整體處于水體較淺、水動(dòng)力相對(duì)較強(qiáng)的沉積環(huán)境。前人研究結(jié)果普遍認(rèn)為龍王廟組沉積期發(fā)育局限臺(tái)地相沉積,并根據(jù)兩期水體向上逐漸變淺的規(guī)律將其劃分為2個(gè)四級(jí)層序(Sq1和Sq2)[9],但對(duì)于該區(qū)局限臺(tái)地亞相的劃分結(jié)果存在差異[3,8,10]。本文基于巖心、鏡下薄片觀察及測(cè)井資料,分析自然伽馬、泥質(zhì)含量和孔隙度之間的關(guān)系,認(rèn)為龍王廟組可劃分為云坪、臺(tái)內(nèi)灘、灘間洼地和潟湖4種亞相(圖2),并對(duì)各亞相類型特征進(jìn)行分析。

2.1 臺(tái)內(nèi)灘

臺(tái)內(nèi)(顆粒)灘亞相發(fā)育于Sq1和Sq2的高位體系域時(shí)期。該類沉積亞相可進(jìn)一步劃分為灘核和灘翼微相。灘核的巖性主要為砂屑云巖及鮞粒云巖,其中,砂屑云巖的磨圓和分選均較好,觀察巖心常見(jiàn)密集發(fā)育的針孔和小洞,且常見(jiàn)高角度裂縫。灘翼的巖性主要為顆粒云巖和泥晶云巖,其中顆粒云巖單體發(fā)育厚度薄,縱向上呈現(xiàn)出與泥晶云巖互層發(fā)育的特征。此外,臺(tái)內(nèi)灘亞相表現(xiàn)為自然伽馬和泥質(zhì)含量低、孔隙度高的測(cè)井響應(yīng)特征,垂向上自下而上呈現(xiàn)灘翼到灘核的發(fā)育特征(圖2a)。

2.2 云坪

云坪亞相一般形成于Sq1和Sq2的上部,處于海平面下降末期,其分布較為局限,只在部分井周緣區(qū)域發(fā)育。巖性為淺色粉-細(xì)晶云巖,巖石晶間孔與晶內(nèi)溶孔發(fā)育。大體上,云坪亞相表現(xiàn)為自然伽馬較高、泥質(zhì)含量較低和孔隙度中等偏下的測(cè)井響應(yīng)特征(圖2b)。

2.3 灘間洼地

灘間洼地亞相位于Sq1、Sq2的中下部,巖性主要為致密塊狀厚層泥晶云巖,夾少量泥質(zhì)紋層,少部分可見(jiàn)溶蝕孔洞的發(fā)育。灘間洼地亞相表現(xiàn)為自然伽馬和泥質(zhì)含量較高、孔隙度較低的測(cè)井響應(yīng)特征。該類亞相常與臺(tái)內(nèi)灘亞相伴生,自下而上呈現(xiàn)灘間洼地—臺(tái)內(nèi)灘的發(fā)育特征(圖2c)。

2.4 潟湖

潟湖亞相處于Sq1、Sq2兩套層序的底部,在全區(qū)發(fā)育較為穩(wěn)定,處于低能的水體沉積時(shí)期,巖性為深色塊狀泥晶白云巖夾泥質(zhì)條帶。潟湖亞相表現(xiàn)為自然伽馬和泥質(zhì)含量高、孔隙度低的測(cè)井響應(yīng)特征(圖2d)。

圖2 臺(tái)內(nèi)灘、云坪、灘間洼地及潟湖沉積相特征a 顆粒灘(磨溪9井); b 云坪(磨溪20井); c灘間洼地(磨溪103井); d 潟湖(磨溪11井)

3 測(cè)井響應(yīng)特征

3.1 單井相特征

結(jié)合典型井柱狀剖面、測(cè)井相特征可進(jìn)一步明確龍王廟組各沉積相類型的垂向疊置關(guān)系和層序結(jié)構(gòu),以磨溪12井為例說(shuō)明(圖3)。在前人研究認(rèn)識(shí)[9]基礎(chǔ)上,結(jié)合自然伽馬/自然電位測(cè)井相特征和巖性變化特征,可明顯識(shí)別出兩套沉積旋回,由下往上呈潟湖—灘間洼地—臺(tái)內(nèi)灘—云坪的垂直疊置關(guān)系(圖3),沉積物粒度由小變大,單個(gè)沉積旋回中海平面呈先急劇上升到緩慢下降的規(guī)律性變化特征。因此,基于沉積旋回和海平面升降特征將龍王廟組沉積體劃分為2個(gè)四級(jí)層序,每個(gè)四級(jí)層序均包含了海侵體系域(對(duì)應(yīng)潟湖亞相)和高位體系域(對(duì)應(yīng)其它亞相),其分界線可依據(jù)上旋回底部潟湖(或?yàn)╅g洼地)測(cè)井曲線特征來(lái)確定,即自然伽馬、泥質(zhì)含量曲線凸起呈“尖刺狀”,可將整條曲線劃分為上、下兩個(gè)“箱型”特征,電阻率表現(xiàn)為正異常,孔隙度較小。

圖3 龍王廟組磨溪12井綜合柱狀剖面

研究的關(guān)鍵在于判別各沉積亞相、微相沉積的垂向疊置關(guān)系,確定各自分界線。研究中依據(jù)前述各亞、微相沉積的典型巖性特征和孔隙度值域范圍進(jìn)行亞、微相分界線的判別,將孔隙度判別標(biāo)準(zhǔn)大致確定為:潟湖和云坪亞相沉積體孔隙度均值小于2.5%,而臺(tái)內(nèi)灘亞相沉積的孔隙度較大,其均值大于2.5%,其中灘核微相的孔隙發(fā)育情況更優(yōu)于灘翼,孔隙度均值大于5.0%。經(jīng)亞、微相判別和劃分后,垂向上各亞相自下而上呈潟湖—灘間洼地—臺(tái)內(nèi)灘的循環(huán)疊置關(guān)系,符合該區(qū)海平面上升—下降的規(guī)律性變化趨勢(shì)。

3.2 連井對(duì)比特征

在龍王廟組單井沉積相分析的基礎(chǔ)上,對(duì)相鄰多井層序架構(gòu)和沉積相展布進(jìn)行橫向?qū)Ρ?以明確研究區(qū)龍王廟組的橫向沉積展布特征,選取3條典型連井沉積相剖面(包括東西向一條與南北向兩條)進(jìn)行展示(圖4a,圖4b,圖4c)。

在東西方向上,以磨溪110-磨溪12-磨溪10-磨溪204-磨溪11-磨溪46井的連井沉積微相剖面(圖4a)為例進(jìn)行說(shuō)明。從連井對(duì)比分析中可以得出以下認(rèn)識(shí):①磨溪區(qū)塊中西部和東部在Sq2時(shí)期地層厚度有所減薄,在Sq1時(shí)期整體變化不太明顯,龍王廟組整體沉積厚度呈現(xiàn)出先變薄再變厚又變薄的特征;②各沉積亞相展布較為穩(wěn)定,臺(tái)內(nèi)灘、灘間洼地、潟湖亞相可在整個(gè)區(qū)域識(shí)別和對(duì)比,而云坪亞相沉積只在部分井(如磨溪12井、磨溪10井等)Sq1和Sq2層序頂部可識(shí)別;③龍王廟組以臺(tái)內(nèi)灘沉積為主體,其中灘翼微相沉積展布范圍較廣,灘(核)主體在部分井區(qū)較為發(fā)育,且在該連井線上可識(shí)別出兩個(gè)灘(核)主體。

在南北方向上,以磨溪103-磨溪12-磨溪19-磨溪8井(圖4b)與磨溪51-磨溪202-磨溪11-磨溪205井(圖4c)兩條連井剖面為例進(jìn)行說(shuō)明。從圖中可以看出,相比東西向剖面,南北向剖面龍王廟組地層存在明顯的厚度變化趨勢(shì),即由北向南沉積厚度呈現(xiàn)出由薄變厚再變薄的變化特征,其中Sq2時(shí)期沉積厚度的變化更為明顯。同樣,南北向連線上臺(tái)內(nèi)灘、潟湖亞相沉積都可進(jìn)行識(shí)別和橫向?qū)Ρ?但灘間洼地只可在部分井區(qū)進(jìn)行對(duì)比,其中磨溪103井周緣區(qū)域?yàn)╅g洼地亞相沉積較為發(fā)育,容易識(shí)別。此外,對(duì)比兩個(gè)沉積時(shí)期灘(核)主體展布可知,Sq2時(shí)期的灘(核)主體較Sq1時(shí)期的規(guī)模大、展布范圍廣。

圖4 研究區(qū)沉積微相連井剖面a 磨溪110-磨溪12-磨溪10-磨溪204-磨溪11-磨溪46井; b 磨溪103-磨溪12-磨溪19-磨溪8井; c 磨溪51-磨溪202-磨溪11-磨溪205井

4 地震響應(yīng)特征

4.1 地震相類型及特征

不同巖性或巖性組合會(huì)產(chǎn)生不同的地震響應(yīng)特征,因此,可通過(guò)識(shí)別這些不同的響應(yīng)特征來(lái)判別相應(yīng)的沉積相類型,進(jìn)行沉積展布解釋。

以碳酸鹽巖沉積理論為依據(jù),基于井震資料進(jìn)行合成地震記錄與層位精細(xì)標(biāo)定,追蹤不同地震相在地震測(cè)線上的分布,再采用波形聚類分析法[17],識(shí)別并劃分出各沉積亞、微相所對(duì)應(yīng)的地震響應(yīng)特征及其展布范圍,建立磨溪地區(qū)龍王廟組的地震相解釋方案。據(jù)此將龍王廟組各沉積亞相類型的地震響應(yīng)特征劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類地震相(表1)。從表1可知,灘間洼地對(duì)應(yīng)于Ⅰ類地震相,頂部為連續(xù)強(qiáng)波峰反射,中下部為空白反射和強(qiáng)波谷反射;臺(tái)內(nèi)灘亞相沉積對(duì)應(yīng)Ⅱ、Ⅲ類地震相,其中不同地震相類型所對(duì)應(yīng)的臺(tái)內(nèi)灘發(fā)育程度有所差異。井震對(duì)比確定灘翼微相對(duì)應(yīng)于Ⅱ類,其頂、底部為連續(xù)波谷反射,中間為中—強(qiáng)連續(xù)波峰反射;灘核微相對(duì)應(yīng)于Ⅲ類地震相,頂部為連續(xù)強(qiáng)波峰,中間為兩套連續(xù)波谷和強(qiáng)波峰,底部為連續(xù)強(qiáng)波谷;云坪亞相只在部分井兩個(gè)層序頂部發(fā)育且分布范圍較小,潟湖亞相在兩個(gè)層序底部發(fā)育,也可從連井對(duì)比剖面中識(shí)別出來(lái),但所占比重較小,因而這兩種亞相沉積在地震剖面中均不能識(shí)別。

4.2 地震相展布特征分析

結(jié)合巖心、鉆井和地震解釋成果進(jìn)行地震相模式識(shí)別與分析,選取了兩條南北向地震剖面的地震相識(shí)別結(jié)果進(jìn)行展示(圖5)。根據(jù)地震解釋方案,在過(guò)磨溪103-磨溪12-磨溪19-磨溪8井剖面上自北向南依次解釋為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅱ類、Ⅲ類地震相展布,在過(guò)磨溪51-磨溪202-磨溪11-磨溪205井剖面上自北向南依次解釋為Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅱ類地震相展布?？傊?3個(gè)“Ⅱ類-Ⅲ類-Ⅱ類”地震相組合模式分別對(duì)應(yīng)3套完整的臺(tái)內(nèi)灘(核)主體分布,其在平面上分布于磨溪12井周緣、磨溪8井周緣、磨溪11井周緣較大范圍的區(qū)域;在3套臺(tái)內(nèi)灘主體之間為臺(tái)內(nèi)灘灘翼微相分布區(qū)域,分布于磨溪19井周緣、磨溪205井周緣區(qū)域。此外,Ⅰ類地震相主要分布于磨溪103井周緣區(qū)域。對(duì)比井震展布特征可知,3類地震相連井展布特征(圖5)與連井沉積相特征(圖4)一致。

圖5 磨溪地區(qū)龍王廟組典型地震相剖面a 磨溪103-磨溪12-磨溪19-磨溪8井; b 磨溪51-磨溪202-磨溪11-磨溪205井

4.3 沉積相模式建立

結(jié)合連井對(duì)比分析和地震相剖面分析結(jié)果,在碳酸鹽巖局限臺(tái)地相沉積模式基礎(chǔ)上,構(gòu)建了研究區(qū)龍王廟組的“三灘”沉積模式,其沉積模式如圖6所示。從橫向上看,研究區(qū)龍王廟組地層位于四川盆地碳酸鹽巖內(nèi)緩坡構(gòu)造帶上,整體表現(xiàn)為西低、東高的特征,龍王廟沉積相帶由西向東依次表現(xiàn)為灘間洼地、灘翼、灘核、灘翼、灘核、灘翼、灘核、灘翼、灘間洼地的“三灘”沉積展布特征;從垂向上看,Sq2時(shí)期相比Sq1時(shí)期臺(tái)內(nèi)灘(核)主體更為發(fā)育,灘(核)主體連續(xù)沉積厚度變大,橫向展布變寬,連通性較好。此外,研究區(qū)灘主體沉積呈多期灘核疊置分布特征,這些處于水下高部位的灘核沉積容易發(fā)生準(zhǔn)同生期、表生期溶蝕作用,使得孔隙大量發(fā)育,形成良好的儲(chǔ)集空間。

圖6 磨溪地區(qū)龍王廟組沉積相模式

5 局限臺(tái)地相橫向分布特征

磨溪地區(qū)龍王廟組灘主體發(fā)育厚度較大,沉積范圍也較廣,儲(chǔ)集特性良好,是該區(qū)油氣勘探的目標(biāo)儲(chǔ)層。在龍王廟組早期,由于水體較深,使得臺(tái)內(nèi)灘主體的展布較為局限,至龍王廟組晚期時(shí),隨海水漸漸退出研究區(qū),臺(tái)內(nèi)灘主體的展布范圍增大,形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。因而利用巖心、測(cè)井和地震資料等,對(duì)沉積相展布進(jìn)行橫向預(yù)測(cè),可明確龍王廟組局限臺(tái)地沉積有利相帶的平面展布特征。

首先,基于單井微相劃分進(jìn)行顆地比(顆粒巖累計(jì)厚度與地層厚度之比)的計(jì)算和統(tǒng)計(jì),建立各沉積微相的平面展布范圍的劃分方案。統(tǒng)計(jì)可知,研究區(qū)內(nèi)灘核微相顆粒巖含量>50%,灘翼微相顆粒巖含量為40%～50%,灘間洼地亞相中顆粒巖含量<40%,據(jù)此在各單井上計(jì)算出各亞、微相的顆地比。

其次,以地震相和最大正振幅等屬性分布為約束,采用多屬性擬合方法對(duì)多井顆地比值進(jìn)行橫向分布預(yù)測(cè),繪制顆地比平面分布圖,劃分出Sq1和Sq2兩個(gè)時(shí)期的沉積微相平面展布區(qū)域。在此,Sq1和Sq2兩個(gè)時(shí)期各微相平面展布范圍的劃分依據(jù)如下:顆地比>0.5的區(qū)域?yàn)闉┖宋⑾?灘主體)的平面分布范圍;顆地比為0.4～0.5的區(qū)域?yàn)闉┮砦⑾嗟钠矫娣植挤秶?顆地比<0.4的區(qū)域?yàn)闉╅g洼地亞相的平面分布范圍;云坪亞相與潟湖亞相在研究區(qū)所占比重較小,在此不作考慮。

最后,在“三灘”沉積模式指導(dǎo)下圈定臺(tái)內(nèi)灘主體分布范圍(圖7,圖8),作為龍王廟組的有利相帶分布區(qū)域。由圖7和圖8可以看出,在磨溪地區(qū)整個(gè)構(gòu)造圈閉范圍內(nèi),發(fā)育3個(gè)臺(tái)內(nèi)灘主體有利相帶,主要分布于研究區(qū)西部磨溪12-磨溪210-磨溪9-磨溪101井區(qū)域、中南部磨溪8-磨溪18井區(qū)和東部磨溪11-磨溪16-磨溪46-磨溪107井區(qū)域,灘主體整體沿東西向展布(黃色-橙色區(qū)),而灘主體中間過(guò)渡區(qū)域?yàn)闉┮砦⑾喑练e(淺黃色),研究區(qū)四周邊緣地區(qū)部分發(fā)育灘間洼地亞相沉積(綠色-藍(lán)色區(qū)),分布較為局限。相比Sq1時(shí)期,Sq2時(shí)期在灘主體范圍增大的同時(shí),灘核微相沉積存在相對(duì)向東遷移的趨勢(shì)。由井震資料對(duì)比可知,灘主體平面解釋結(jié)果與連井沉積相解釋結(jié)果一致,說(shuō)明該方法在沉積相平面展布解釋具有可行性。

圖7 磨溪地區(qū)龍王廟組Sq1時(shí)期臺(tái)內(nèi)灘亞相平面展布

圖8 磨溪地區(qū)龍王廟組Sq2時(shí)期臺(tái)內(nèi)灘亞相平面展布

6 結(jié)論

1) 依據(jù)巖心、鏡下薄片和測(cè)井等資料,將研究區(qū)局限臺(tái)地沉積相劃分為4種亞相:云坪亞相、臺(tái)內(nèi)灘亞相、灘間洼地亞相以及潟湖亞相,其中臺(tái)內(nèi)灘亞相又可劃分為灘核微相與灘翼微相。

2) 依據(jù)本區(qū)龍王廟組地震剖面反射特征識(shí)別出3種地震相類型,分別對(duì)應(yīng)指示:灘間洼地亞相(Ⅰ類)、灘翼微相(Ⅱ類)和灘主體即灘核微相(Ⅲ類),還明確了3套“Ⅱ類-Ⅲ類-Ⅱ類”地震相展布組合關(guān)系。

3) 結(jié)合連井相剖面和地震相特征,明確了磨溪地區(qū)龍王廟組沉積模式,即在垂向上呈現(xiàn)多灘體疊合的發(fā)育特征,且Sq2時(shí)期相比Sq1時(shí)期臺(tái)內(nèi)灘(核)主體更為發(fā)育,灘(核)主體連續(xù)沉積厚度變大;橫向上,明確了研究區(qū)龍王廟沉積相帶由西向東依次表現(xiàn)為灘間洼地、灘翼、灘核、灘翼、灘核、灘翼、灘核、灘翼、灘間洼地的“三灘”沉積展布特征。

4) 基于顆地比和最大正振幅屬性分布,繪制了Sq1和Sq2兩個(gè)時(shí)期的沉積亞相平面展布區(qū)域,圈定了含有3個(gè)臺(tái)內(nèi)灘主體的有利相帶分布區(qū)域。井震對(duì)比認(rèn)為臺(tái)內(nèi)灘主體平面解釋結(jié)果與單井沉積相解釋結(jié)果是一致的,說(shuō)明該方法在沉積相平面展布解釋方面具有可行性。