井震結(jié)合開展陡坡型生物礁識別與精細刻畫
——以川西北劍閣區(qū)塊為例

李潤彤 張本健 溫中林 王旭麗 孫志昀 胡 婧雷 明 馬宇含 梅 杰

（1.中國石油西南油氣田公司川西北氣礦，四川 江油 621700；2.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院，四川 成都 610041；3.中國石化江漢油田分公司清河采油廠，山東 壽光 262700）

0 引言

生物礁是由原地生長的造礁生物所營造的，能夠抗擊較強的風浪，地形上常呈凸起狀的、獨立的碳酸鹽沉積體［1］。近年來四川盆地川西北劍閣地區(qū)生物礁氣藏勘探開發(fā)不斷取得突破，LG062-C1井鉆遇上二疊統(tǒng)長興組生物礁測試獲101.2×104m3／d的高產(chǎn)工業(yè)氣流，展現(xiàn)了劍閣區(qū)塊生物礁氣藏的勘探開發(fā)潛力。

對于生物礁地震預測，前期認為古地貌分析、振幅能量類、相干類及復數(shù)道分析類地震屬性在研究區(qū)能較好地反映長興組臺緣生物礁的分布特征［2］。但劍閣地區(qū)由臺內(nèi)—臺緣—斜坡—陸棚沉積相變化大，尤其是臺內(nèi)及臺緣生物礁發(fā)育區(qū)存在各類沉積微相，導致地震波形和振幅能量變化復雜，相關(guān)地震屬性的時窗選取會將各類沉積微相復雜的地震動力學特征包含在內(nèi)，難以有效區(qū)分和尋找規(guī)律。其次，劍閣區(qū)塊生物礁發(fā)育類型繁多，前期缺乏對各類生物礁開展地震剖面的有效識別和歸類，從而無法指導下一步的精細解釋工作。因此，以上技術(shù)系列在一定程度上受到地震資料品質(zhì)、層位追蹤精度，地震屬性類型選取及時窗大小的影響［3］，僅對易識別的大型生物礁外部邊界進行初步刻畫，無法滿足精細開發(fā)的需求。本次研究基于“高分辨率、高信噪比”處理資料，在生物礁地質(zhì)發(fā)育模式和剖面特征歸納總結(jié)的指導下對長興組頂界重新開展1×1 精細解釋，并通過殘余厚度法沉積古地貌恢復技術(shù)和三維可視化技術(shù)進行礁體刻畫。此外，為了進一步消除層位解釋精度及振幅能量和波形變化的復雜性對生物礁內(nèi)部精細刻畫帶來的影響，筆者圍繞礁體“上隆凸起”及礁間水道“下凸透鏡”的幾何特征，在多窗口傾角掃描和構(gòu)造導向濾波的基礎(chǔ)上采用幾何類曲率體屬性開展生物礁刻畫。此方法可以對生物礁發(fā)育區(qū)邊界及內(nèi)部開展更加精細的刻畫，其結(jié)果與實鉆井吻合程度高。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

劍閣地區(qū)位于四川盆地西北部，處于上揚子陸塊北緣與秦嶺造山帶結(jié)合部的米倉山臺緣隆起斷褶構(gòu)造帶前緣與川北低平褶皺帶。二疊紀初，地殼全面下沉，上揚子古陸全被海水淹沒，從晚二疊世早期開始，揚子準地臺發(fā)生的局部張裂運動形成廣元—旺蒼—開江—梁平陸棚［4-5］。長興期，劍閣地區(qū)位于開江—梁平陸棚西側(cè)，主要發(fā)育開闊臺地、臺地邊緣、前緣斜坡及陸棚相［6］，臺緣斜坡帶整體具有“南緩北陡、東緩西陡”的特征［7-9］。生物礁發(fā)育區(qū)沿臺地邊緣大規(guī)模展布，長興組地層厚度相較于臺內(nèi)及斜坡—陸棚有明顯的增厚現(xiàn)象，巖性主要為泥晶灰?guī)r、生屑灰?guī)r、礁灰?guī)r、生屑白云巖等。根據(jù)長興組生物礁發(fā)育區(qū)地質(zhì)、測井特征，自下而上可劃分出長一段、長二段、長三段，其中長興組頂界以下長三段的生物礁最發(fā)育，厚度大、分布廣［10］。

劍閣地區(qū)長興組生物礁斜坡坡度超過了23°，最大可達40°，在沉積背景上屬于陡坡型臺地邊緣礁灘相沉積，縱向多期次生物礁疊置生長，以堤礁和島礁為主［11］，海平面及地貌變化控制了生物礁在旋回中的沉積位置和生物礁的橫向遷移，由此導致生物礁發(fā)育模式復雜多樣［12］，具有大小規(guī)模不一、縱向多期疊置、橫向多排生長的特點。長一段生物礁不發(fā)育，主要為開闊臺地相內(nèi)堆積有地貌微隆起特征的風暴成因泥晶生物（屑）灰?guī)r（礁基），為低能灘體沉積，且隨著沉積地貌逐漸隆升發(fā)育局部高能生屑灘。長二段—長三段陸棚區(qū)快速坳陷，沉積分異加劇，在臺盆分異及前期生屑灘堆積微隆起的雙重因素影響下發(fā)育臺緣沉積體系。沉積環(huán)境有利于生物礁的快速生長發(fā)育，各種造礁生物大量繁殖，區(qū)內(nèi)生物礁體的生長發(fā)育模式受到了海平面相對變化的控制，當海平面快速上升時，造礁生物避免被“淹死”，后期礁在早期礁的基礎(chǔ)上向陸退積生長。當海平面快速下降時，造礁生物為了尋找有利的生長環(huán)境避免“干死”，后期礁在早期礁的基礎(chǔ)上則會向海盆方向遷移，形成向海盆進積生長的礁體。當海平面緩慢上升，可容空間與碳酸鹽巖沉積速率基本保持一致時，礁體以垂向加積為主，形成未發(fā)生遷移的縱向疊置多期次孤立式礁體。此外，還有橫向上連續(xù)生長發(fā)育的多個并列式礁體。

2 生物礁精細刻畫

為了將不同規(guī)模和類型的礁體及礁間水道（潟湖）微相識別刻畫出來，必須針對原始地震資料的不足開展高分辨率、高信噪比處理，進一步提高對地質(zhì)現(xiàn)象細節(jié)的反映能力，在此基礎(chǔ)上，開展井震結(jié)合，單井—剖面—平面生物礁特征識別和敏感地震屬性刻畫，以實現(xiàn)真正意義上的生物礁精細刻畫。

2.1 地震資料“高分辨率、高信噪比”處理技術(shù)

通過對原始地震數(shù)據(jù)的分析認為，主要存在以下問題制約了資料品質(zhì)：①單炮數(shù)據(jù)散射面波、線性干擾、異常振幅等噪聲較重；②單炮縱向有效信號衰減較快，橫向上不同炮和不同道之間都存在能量差異；③低降速層縱橫向變化引起靜校正問題；④疊前時間偏移速度場精度影響成像質(zhì)量；⑤頻譜較窄，主頻較低難以滿足礁體精細刻畫及儲層預測的地質(zhì)需求。針對上述不足，筆者在“高分辨率、高信噪比”常規(guī)處理流程的基礎(chǔ)上重點開展了：①近地表變網(wǎng)格初至波層析反演靜校正參數(shù)優(yōu)化試驗，提高靜校正量的精度；②低頻掃描質(zhì)控下的疊前分頻分域高保真去噪，注重低頻端的保護；③縱橫向振幅補償和多方法反褶積子波處理，消除不同單炮能量及地震子波的橫向差異；④精細速度分析，加密速度控制點，進行常速和變速掃描，以此建立高精度疊加速度場，確保偏移歸位準確。處理結(jié)果拓寬了原始資料頻譜，主頻得到提高，低頻端有效信號得到較好地保護，處理成果頻寬由20～45 Hz拓寬到10～60 Hz，主頻由30 Hz提高到40 Hz（圖1）。為后續(xù)生物礁發(fā)育區(qū)各類沉積微相的識別及刻畫奠定了資料基礎(chǔ)。

圖1 地震資料“高分辨率、高信噪比”處理成果對比剖面圖

2.2 生物礁的單井—剖面識別

生物礁的識別與精細刻畫是基于生物礁地質(zhì)認識及單井地震響應(yīng)特征的基礎(chǔ)上進行的。在利用“高分辨率、高信噪比”處理資料開展精細合成記錄標定的基礎(chǔ)上選取劍閣地區(qū)不同沉積相的典型鉆遇井開展生物礁—灘地震剖面特征對比分析。LG62井為生物礁鉆遇井，測試產(chǎn)量高，錄井薄片可見串管海綿、衛(wèi)根珊瑚等造礁生物，并發(fā)育明顯的藻粘結(jié)結(jié)構(gòu)，自然伽馬（GR）曲線呈大段平直特征（圖2），過井剖面可見長興組地層地震反射時差明顯增大，飛一段底界同相軸呈“上隆頂凸”丘狀，儲層發(fā)育且含氣性較好時，長興組底部會出現(xiàn)同相軸“下拉底凹”的反射特征且下拉程度與礁體厚度及測試產(chǎn)量成正比［13］，頂部具有“亮點”反射特征（圖3a）。LG69 井為礁后生屑灘鉆遇井，巖性以代表強水動力機械作用形成的內(nèi)碎屑顆?；?guī)r、亮晶生屑灰?guī)r為主，缺乏堅固的礁骨架灰?guī)r和造礁生物，電性曲線整體成鋸齒狀，無大段平直低GR曲線特征（圖4），剖面上表現(xiàn)為低頻、中—弱反射，同相軸隆起幅度較小，無明顯的斷續(xù)“亮點”反射特征（圖3b）。臺內(nèi)潟湖常發(fā)育于臺緣礁后，與廣海連通性較差，屬于低海平面之下的半封閉淺水沉積盆地，地震剖面上呈現(xiàn)中間厚度大，向兩端減薄至尖滅的透鏡狀反射特征，臺內(nèi)礁與臺內(nèi)潟湖常伴生發(fā)育，潟湖上超一端發(fā)育局部微隆起、中—弱振幅、雜亂反射特征的臺內(nèi)點礁。礁間水道發(fā)育于礁體與礁體明顯隆起之間，為下凸透鏡狀強振幅反射特征（圖3c）。

圖2 LG62井生物礁鉆遇井柱狀圖

圖3 劍閣區(qū)塊生物礁發(fā)育區(qū)沉積相地震剖面對比圖

圖4 LG69井生屑灘鉆遇井柱狀圖

在上述生物礁發(fā)育地質(zhì)認識及單井地震響應(yīng)特征的指導下，對劍閣地區(qū)生物礁發(fā)育類型開展了剖面識別和總結(jié)。研究認為，劍閣地區(qū)臺緣生物礁主要發(fā)育橫向并列式、縱向退積式、孤立式、縱向進積式4種類型的生物礁［14］（表1），此外，臺內(nèi)潟湖周邊發(fā)育局部分布的小規(guī)模點礁。

表1 川西北劍閣區(qū)塊生物礁發(fā)育模式表

2.3 利用殘余厚度法沉積古地貌恢復技術(shù)和三維可視化技術(shù)精細刻畫生物礁隆起

基于上述研究成果對全區(qū)長興組頂界重新開展1×1網(wǎng)格化精細解釋，并利用地層時間厚度的變化來間接指示生物礁的發(fā)育。在得到長興組頂界的精細解釋成果后，選擇茅口組底界作為穩(wěn)定輔助層拉平后開展殘余厚度法沉積古地貌恢復并利用三維可視化技術(shù)更加直觀地表示出多個地質(zhì)體的相對空間關(guān)系，最大限度地明確生物礁的空間展布形態(tài)［15］。劍閣地區(qū)茅口組底—長興組頂?shù)臅r間厚度在三維空間中的展示（圖5a）反映了生物礁帶沿臺緣呈厚層隆起狀展布，局部放大可以清晰地看到LG63井區(qū)發(fā)育有連接成環(huán)狀的、中心部分凹下成潟湖的大型環(huán)礁（圖5b），LG62井區(qū)靠近斜坡發(fā)育兩處小型環(huán)礁，向臺內(nèi)發(fā)育一排礁體（圖5c），JM1井區(qū)發(fā)育平行于海岸線的兩排礁體，整體隆起程度較低，臺內(nèi)發(fā)育一處斜列式點礁堆積帶（圖5d），礁體與礁體、礁體與礁間水道（潟湖）的接觸關(guān)系清晰可辨，與實鉆井對比分析，吻合程度較好。

圖5 生物礁精細三維立體刻畫圖

2.4 基于多窗口傾角掃描開展幾何類曲率體生物礁內(nèi)部刻畫

為了進一步消除層位解釋精度及振幅能量和波形變化的復雜性對生物礁內(nèi)部精細刻畫帶來的影響，還緊緊圍繞礁體“上隆凸起”及礁間水道“下凸透鏡”的幾何特征，在多窗口傾角掃描和構(gòu)造導向濾波的基礎(chǔ)上開展大型環(huán)礁及堤礁內(nèi)部多方法幾何類曲率體屬性刻畫試驗，結(jié)論認為，最大負曲率能較好地反映生物礁內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這種方法受地震資料品質(zhì)的影響較小，且更加客觀真實。

隨著地球物理算法的開發(fā)，多窗口傾角掃描技術(shù)可以在不用拾取層位的情況下計算地震反射界面的傾角和方位角，以減少對層位解釋精度的依賴性。通常，利用垂直窗口進行傾角和方位角的估算比在拾取的層位上進行估算能提供更穩(wěn)定的估算結(jié)果，生成的傾角體和方位角體是曲率體及構(gòu)造導向濾波的基礎(chǔ)。劍閣區(qū)塊陡坡型生物礁在地震剖面上表現(xiàn)出“上隆頂凸”的丘狀幾何特征，長興組頂界反射層傾角發(fā)生顯著的變化，因此在包含長興組頂時窗范圍內(nèi)的傾角最陡處和最緩處，利用相鄰地震道時差及該層地震波速度計算傾角的最大及最小值，在此值范圍內(nèi)對整個工區(qū)該時窗內(nèi)進行多窗口的傾角和方位角的掃描估算，單窗口掃描不能反映地層整體的真實傾角值，而多窗口掃描通過求取一定數(shù)量窗口內(nèi)傾角相似程度最大的窗口對應(yīng)的值作為當前分析點的傾角、方位角，提高了傾角體和方位角體的計算精度。

構(gòu)造導向濾波利用了地層傾角和方位角沿地層進行定向性濾波，目的是為了提高地震數(shù)據(jù)的品質(zhì)，使地震數(shù)據(jù)同相軸連續(xù)，同時巖性邊界等特征更清楚。在此基礎(chǔ)上提取的曲率體屬性比從原始地震數(shù)據(jù)中直接提取的效果會更好，異常體邊界刻畫得更加清楚。生物礁表現(xiàn)為正曲率異常，呈透鏡狀的礁間水道和潟湖為負曲率異常，其絕對值大小可以反映生物礁和礁間水道凸起和下凹的彎曲程度，曲率絕對值越大，彎曲程度越高。

在上述生成的多窗口傾角掃描+構(gòu)造導向濾波體的基礎(chǔ)上開展長興組頂界多種曲率體屬性參數(shù)試驗，其中最大負曲率能夠很好地反映出礁體“上隆凸起”及礁間水道“下凸透鏡”的幾何特征，將二者區(qū)分開來。由最大負曲率屬性圖（圖6）可以看出，橙紅色區(qū)域為負曲率，代表礁體邊界或者可能含水層的礁間水道，LG63 正眼井鉆遇橙紅色區(qū)域解釋為純水層。藍色區(qū)域為正曲率即“瘤狀”體代表生物礁發(fā)育區(qū)的上隆凸起形態(tài)，LG63 側(cè)眼井鉆遇藍色區(qū)域測井解釋108 m 氣層。LG63 井區(qū)為一大型環(huán)礁，其內(nèi)部垂直臺緣帶方向可以進一步刻畫出多個并列式及向海進積式礁體，礁體之間發(fā)育礁間水道（圖6a～圖6b）。JM1井區(qū)堤礁內(nèi)部可以進一步刻畫兩排與海岸線平行的礁體，礁體之間隔以潟湖（圖6e）。LG62井區(qū)內(nèi)部發(fā)育多個礁體，其中靠近斜坡礁體發(fā)育規(guī)模大，靠近臺內(nèi)第二排礁規(guī)模較小，LG062-H2井鉆遇后排礁測試產(chǎn)量為66.26×104m3／d，與屬性圖吻合較好（圖6c～圖6d）。JM1 井鉆遇礁后，未鉆遇生物礁主體發(fā)育部位測試產(chǎn)量僅4.7×104m3／d，與屬性圖刻畫結(jié)果吻合度較高（圖6e～圖6f）。整體上曲率屬性平面圖生物礁發(fā)育區(qū)與地震剖面吻合度較高，可指導下一步該區(qū)域開發(fā)井的高效部署。

圖6 劍閣區(qū)塊生物礁最大負曲率屬性刻畫圖

2.5 應(yīng)用與展望

川西北劍閣地區(qū)生物礁氣藏整體開發(fā)程度較低，目前區(qū)內(nèi)僅有一口穩(wěn)定生產(chǎn)井。前期資源評價認為該區(qū)域潛在的天然氣地質(zhì)儲量前景廣闊，具備規(guī)?？碧介_發(fā)的資源潛力。此輪針對生物礁的剖面識別分類及礁帶內(nèi)部的精細刻畫，實現(xiàn)了不同規(guī)模和類型礁體的半定量—定量表征，可有效指導下一步生物礁氣藏工藝井的部署工作，降低井位部署風險。

3 結(jié)論

1）在“高分辨率、高信噪比”地震資料和區(qū)內(nèi)生物礁發(fā)育地質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，井震結(jié)合對不同類型和規(guī)模的生物礁開展剖面識別、分類、刻畫，再到全區(qū)的精細解釋，認為劍閣區(qū)塊共發(fā)育5種類型的生物礁。利用殘余厚度法古地貌恢復技術(shù)和三維可視化技術(shù)精細刻畫生物礁隆起細節(jié)，可以進一步明確劍閣區(qū)塊臺內(nèi)— 臺緣生物礁空間展布特征。

2）利用礁體“上隆凸起”及礁間水道“下凸透鏡”的幾何特征，開展基于多窗口傾角掃描+構(gòu)造導向濾波+最大負曲率技術(shù)來精細刻畫大型環(huán)礁和堤礁的內(nèi)部特征，可以將礁體與水道的幾何特征差異較好地區(qū)分開來，能有效彌補波形、振幅類屬性對生物礁內(nèi)部細節(jié)刻畫得不足，基于本次刻畫結(jié)果，認為全區(qū)大型礁帶內(nèi)部發(fā)育多個“瘤狀”礁體，具備規(guī)模開發(fā)潛力。