姚軍,陳祥忠 ,周剛,譚開俊,樂幸福,徐亮
(1.中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院,甘肅蘭州 730020;2.山東理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,山東淄博 255000;3.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院,四川成都 610000)
目前,針對(duì)礁灘體的識(shí)別與儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的地震技術(shù)研究,總體以礁灘體的井震響應(yīng)特征、沉積或古地貌背景以及地震解釋三方面入手,綜合模型正演、地震相分析、地震屬性分析、古地貌恢復(fù)及地震反演等技術(shù),根據(jù)地震反射特征、地震屬性(振幅、頻率、相位)及波阻抗的變化識(shí)別礁灘體。胡偉光等[1-2]、紀(jì)學(xué)武等[3]基于礁灘體與長興組的地震反射特征的明顯差異,在模型正演的基礎(chǔ)上運(yùn)用波形分類、體曲率技術(shù)分析礁灘體地震相并預(yù)測(cè)礁灘體分布。該類方法對(duì)厚度變化較大、與圍巖波形差異明顯的礁灘體的識(shí)別效果較好,對(duì)厚度較小、地震波形特征不明顯的礁灘體的識(shí)別效果較差。楊巍等[4]、曾臻等[5]、陳輝等[6]在古地貌恢復(fù)的基礎(chǔ)上,根據(jù)礁灘體與圍巖的地震反射振幅、相位、頻率等差異利用地震屬性分析預(yù)測(cè)礁灘體分布。該類方法參考礁灘體形成前古地貌,以礁灘體地震反射振幅、相位、頻率變化為依據(jù),是目前利用三維地震資料在平面上綜合識(shí)別礁灘體的常用方法,但由于受二維地震資料的采集年代、位置、線間距、處理參數(shù)等因素的限制,基于二維地震資料的該類方法的礁灘體識(shí)別精度不高。何永垚等[7]通過分析不同沉積背景的生物礁灘及灰泥丘的地震反射特征,運(yùn)用波阻抗反演預(yù)測(cè)礁灘體分布。曾令幫等[8]基于礁灘體的波阻抗差異,綜合運(yùn)用地震相分析、地震屬性分析及反射系數(shù)遞推反演識(shí)別礁灘體。該類方法對(duì)鉆井資料以及地震資料品質(zhì)要求較高,在鉆井較少、構(gòu)造復(fù)雜區(qū)對(duì)礁灘體的識(shí)別效果欠佳。
此外,針對(duì)不同地區(qū)礁灘體的自身特征,人們提出了一些特殊的礁灘體識(shí)別方法,均取得了很好的效果。范興燕等[9]在塔里木盆地鉆遇寒武系的鉆井較少、地震資料品質(zhì)較差的情況下,通過分析剖面地震相利用層序地層學(xué)識(shí)別礁灘體。屈大鵬等[10]基于四川盆地YB區(qū)塊礁灘體內(nèi)部反射連續(xù)性差的特征,利用方差技術(shù)識(shí)別礁灘體。劉玲等[11]針對(duì)伊朗M區(qū)塊礁灘體埋深大、地震資料分辨率較低、剖面反射特征不明顯,基于地震沉積學(xué)研究思路,應(yīng)用雙面解釋技術(shù)識(shí)別礁灘體。曾凡平等[12]基于濱里海盆地A區(qū)塊礁灘體內(nèi)部的強(qiáng)非均質(zhì)性和強(qiáng)速度各性異性特征,利用三階累積量屬性識(shí)別礁灘體。黃捍東等[13]為了提高地震資料解釋精度,基于地震相控隨機(jī)反演建立礁灘體識(shí)別模式,進(jìn)而預(yù)測(cè)四川盆地建南—龍駒壩地區(qū)的礁灘體分布。
目前礁灘體儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的主要方法為地震反演,根據(jù)礁灘體儲(chǔ)層的井震響應(yīng)特征采用相應(yīng)的反演方法。張志偉等[14]根據(jù)低頻伴影與儲(chǔ)層中流體的密切關(guān)系,利用低頻伴影和波阻抗反演預(yù)測(cè)礁灘體儲(chǔ)層分布。蔣煉等[15]綜合波阻抗反演和多屬性反演預(yù)測(cè)礁灘體儲(chǔ)層的油、水分布。龍勝祥等[16]、劉國萍等[17]運(yùn)用波阻抗反演、曲線重構(gòu)多屬性反演結(jié)合三維可視化精細(xì)雕刻礁灘體儲(chǔ)層。張向濤等[18]結(jié)合拓頻處理的多種地震反演技術(shù)預(yù)測(cè)礁灘型儲(chǔ)層分布。上述方法能夠定量或半定量地預(yù)測(cè)礁灘體儲(chǔ)層分布,并通過三維可視化技術(shù)精細(xì)刻畫礁灘體儲(chǔ)層的空間分布,為礁灘體油氣勘探提供了重要依據(jù)。
本文基于前人研究成果,針對(duì)四川盆地上二疊統(tǒng)長興組遂寧高帶(下稱遂寧高帶)礁灘體,分兩步預(yù)測(cè)礁灘體儲(chǔ)層分布:首先識(shí)別礁灘體,通過分析礁灘體地震響應(yīng)特征,結(jié)合地震相識(shí)別、古地貌恢復(fù)等明確礁灘體展布特征;其次預(yù)測(cè)礁灘體儲(chǔ)層,運(yùn)用正演模擬分析礁灘體儲(chǔ)層的地震響應(yīng)特征,結(jié)合地震屬性分析與地震反演準(zhǔn)確預(yù)測(cè)遂寧高帶礁灘體儲(chǔ)層分布。
研究區(qū)位于川中古隆中斜平緩帶,長興組武勝—蓬溪臺(tái)凹西南緣,地理位置在四川省遂寧市、資陽市安岳縣及重慶市潼南縣境內(nèi)(圖1)。歷經(jīng)多年勘探,該區(qū)震旦系燈影組、寒武系龍王廟組、上三疊統(tǒng)須家河組先后獲得天然氣勘探突破,發(fā)現(xiàn)了中國最古老、單體儲(chǔ)量規(guī)模最大的碳酸鹽巖特大型氣田——安岳氣田,主力產(chǎn)層自下而上為震旦系燈影組燈二段、燈四段以及寒武系龍王廟組。天然氣聚集、成藏主要受古裂陷、古隆起、古圈閉和保存條件的時(shí)空配置共同作用[19-20]。遂寧高帶發(fā)育碳酸鹽巖臺(tái)地淺緩坡相、臺(tái)地邊緣礁灘相,生物礁灘成帶發(fā)育,存在下寒武統(tǒng)筇竹寺組泥頁巖、下二疊統(tǒng)棲霞組—茅口組泥灰?guī)r、上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M泥巖和煤層三套烴源巖,筇竹寺組的近北西向烴源斷裂(斷至下寒武統(tǒng))發(fā)育,具有形成生物礁灘氣藏的有利生、儲(chǔ)、蓋條件[21-23],是該區(qū)天然氣勘探的潛在領(lǐng)域。目前,遂寧高帶礁灘領(lǐng)域未獲實(shí)質(zhì)突破,主要原因就是不了解長興組礁灘體的分布及礁灘體儲(chǔ)層的發(fā)育程度。因此,準(zhǔn)確預(yù)測(cè)遂寧高帶礁灘體分布及儲(chǔ)層發(fā)育程度成為進(jìn)一步勘探長興組礁灘領(lǐng)域的基本條件。
圖1 研究區(qū)位置圖
長興組主要為一套海相碳酸鹽巖沉積,以灰?guī)r為主。上部主要為生物灰?guī)r、生屑灰?guī)r及灰?guī)r的巖石組合,測(cè)井曲線特征主要呈高聲波時(shí)差、高補(bǔ)償密度、低自然伽馬;底部為一套灰?guī)r,測(cè)井曲線特征主要呈高聲波時(shí)差、高補(bǔ)償密度、低自然伽馬,向上常出現(xiàn)薄層泥巖,測(cè)井曲線特征主要呈低聲波時(shí)差、低補(bǔ)償密度、高自然伽馬(圖2)。長興組中、上部巖性較單一,測(cè)井響應(yīng)變化較?。婚L興組下部受薄層泥巖的影響,聲波時(shí)差、補(bǔ)償密度、自然伽馬曲線值均發(fā)生高、低起伏變化,整體上相對(duì)于中、上部而言,聲波時(shí)差值、補(bǔ)償密度值降低,自然伽馬值升高。此外,長興組與上覆飛仙關(guān)組及下伏龍?zhí)督M的測(cè)井響應(yīng)特征差異明顯:在飛仙關(guān)組底界面向下聲波時(shí)差、補(bǔ)償密度、自然伽馬值明顯降低,這是由飛仙關(guān)組底部泥巖與長興組頂部灰?guī)r的巖性差異引起的;在長興組底界面向上聲波時(shí)差、補(bǔ)償密度值升高,受泥巖影響自然伽馬值變化不大。根據(jù)研究區(qū)實(shí)際地震資料品質(zhì),采用主頻為30 Hz的雷克子波對(duì)鉆井層位進(jìn)行合成地震記錄標(biāo)定,其中23口井的合成地震記錄道與井旁地震道在給定時(shí)窗(長興組頂界面向上、底界面向下各20 ms)的平均相關(guān)系數(shù)達(dá)到92%,時(shí)深關(guān)系準(zhǔn)確、可靠。合成地震記錄標(biāo)定表明:飛仙關(guān)組底部發(fā)育泥巖或泥質(zhì)灰?guī)r,速度低于長興組灰?guī)r,在長興組頂界面反射系數(shù)為正(波峰);龍?zhí)督M以頁巖、泥巖為主,夾部分煤層,受長興組底部高速灰?guī)r層影響,長興組底界面反射系數(shù)為負(fù)(波谷)(圖2)。
圖2 L1井合成地震記錄標(biāo)定
目前有兩口鉆井(PL18、L1)鉆遇遂寧高帶礁灘體。在過PL18井地震剖面上,礁灘體反射特征為:丘狀、時(shí)差增大,頂部為弱波峰、內(nèi)部為連續(xù)弱波峰反射(圖3)。在過L1井地震剖面上,礁灘體反射特征為:丘狀、時(shí)差增大,頂部為弱波峰、內(nèi)部為斷續(xù)弱波峰反射(圖4)。因此,遂寧高帶礁灘體地震響應(yīng)特征主要呈丘狀及弱振幅。根據(jù)以上特征,結(jié)合長興組厚度、振幅類屬性及古地貌背景可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)礁灘體分布。
圖3 過PL18井地震剖面
圖4 過L1井地震剖面
長興組礁灘體分布受古地貌控制,其中古地貌高區(qū)域是礁灘體發(fā)育的潛在區(qū)域。因此為明確遂寧高帶礁灘體的分布,首先需明確研究區(qū)的古地貌背景。結(jié)合遂寧高帶23口井的合成地震記錄標(biāo)定結(jié)果,通過聯(lián)合解釋遂寧高帶二、三維地震資料,準(zhǔn)確標(biāo)定了長興組頂、底界面。該區(qū)無大斷距斷裂且構(gòu)造起伏平緩,長興組巖性橫向變化較小,因此長興組時(shí)間域和深度域厚度圖均準(zhǔn)確反映了長興組厚度變化。但該區(qū)二維測(cè)線部署區(qū)域鉆井較少,影響時(shí)深轉(zhuǎn)換精度,因此根據(jù)長興組時(shí)間域地層厚度圖(圖5),應(yīng)用殘厚法并結(jié)合三維可視化技術(shù)得到長興組古地貌圖(圖6)??梢姡涸搮^(qū)東北部為武勝—蓬溪臺(tái)凹,長興組厚度小,古地貌較低;中部為武勝—蓬溪臺(tái)凹邊緣高帶(遂寧高帶),長興組厚度大,古地貌較高;西南部逐漸過渡到海陸過渡相,長興組厚度逐漸變小,古地貌較低(圖6)。
圖5 長興組時(shí)間域地層厚度圖
圖6 長興組古地貌圖
基于長興組遂寧高帶古地貌背景,根據(jù)礁灘體地震響應(yīng)特征,結(jié)合地震屬性分析刻畫礁灘體分布。在對(duì)研究區(qū)二、三維地震資料進(jìn)行存儲(chǔ)位數(shù)和振幅能量統(tǒng)一校正的基礎(chǔ)上,提取了長興組層間均方根振幅屬性(圖7),將地層厚度較大、古地貌較高、均方根振幅較小的地區(qū)判斷為礁灘體發(fā)育區(qū)。以此為依據(jù)預(yù)測(cè)了長興組遂寧高帶礁灘體分布(圖8)。共識(shí)別礁灘體21個(gè),總面積達(dá)4297 km2,遂寧高帶礁灘體平行于武勝—蓬溪臺(tái)凹自南東向北西呈雁列式展布,共分為三排礁灘體:第一排靠近臺(tái)凹,獨(dú)立成排呈北西向展布;第二排、第三排自南東向北西方向由單排礁灘體逐漸分叉(PL19井附近),隨后相對(duì)平行成排,呈北西向展布。
圖7 長興組層間均方根振幅屬性圖
圖8 長興組遂寧高帶礁灘分布圖
遂寧高帶目前鉆遇礁灘體的多口鉆井中,僅部分獲氣或含水顯示,未獲氣或含水顯示的鉆井在長興組鉆遇大套灰?guī)r,巖性致密,說明該區(qū)礁灘體儲(chǔ)層的發(fā)育程度存在差異。因此,在準(zhǔn)確刻畫礁灘體展布規(guī)律的基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)礁灘體儲(chǔ)層,明確礁灘體儲(chǔ)層分布對(duì)該領(lǐng)域的下一步勘探至關(guān)重要。
為進(jìn)一步準(zhǔn)確預(yù)測(cè)該區(qū)長興組礁灘體儲(chǔ)層分布,需首先確定礁灘體儲(chǔ)層的測(cè)井和地震響應(yīng)特征。PL18井鉆井證實(shí),長興組頂部發(fā)育一套厚度約為25 m的儲(chǔ)層,雖無天然氣產(chǎn)出,但日產(chǎn)水118 m3,說明長興組儲(chǔ)層非常發(fā)育,物性較好。儲(chǔ)層段主要測(cè)井響應(yīng)特征為:中等聲波時(shí)差、中等密度、低自然伽馬、低電阻率;與上、下圍巖的自然伽馬值無明顯區(qū)別,但聲波時(shí)差、密度、電阻率值明顯下降(圖9a),說明儲(chǔ)層段波阻抗值較上、下圍巖低。依據(jù)PL18井礁灘體儲(chǔ)層測(cè)井響應(yīng)特征進(jìn)行正演模擬,以確定礁灘體儲(chǔ)層的地震響應(yīng)特征。正演模型層速度由PL18井聲波時(shí)差曲線得到,依據(jù)圖3建立正演模型。為確定礁灘體儲(chǔ)層的地震響應(yīng)特征,建立了兩個(gè)正演模型,即礁灘體含儲(chǔ)層正演模型(圖9b上)及礁灘體無儲(chǔ)層正演模型 (圖9c上)??梢姡航笧w儲(chǔ)層發(fā)育時(shí),儲(chǔ)層段頂、底部為弱波峰,整個(gè)礁灘體地震反射能量較弱(圖9b下),與實(shí)際地震剖面(圖3)一致;礁灘體儲(chǔ)層不發(fā)育時(shí),儲(chǔ)層段頂部為中強(qiáng)波峰,較左、右地層振幅低,內(nèi)部為中弱波谷,整個(gè)礁灘體地震反射能量變?nèi)?圖9c下)。
圖9 PL18井儲(chǔ)層正演模擬圖
此外,遂寧高帶某些鉆井鉆遇的礁灘體含多段儲(chǔ)層,以PL19井為例,其儲(chǔ)層段主要包含四段,厚度較小,自上而下分別為1、5、3、3 m,其中上面兩段合試日產(chǎn)氣0.093萬m3,日產(chǎn)水10.8 m3(圖10a)。依據(jù)該井長興組儲(chǔ)層段特征,建立了包含兩套儲(chǔ)層的礁灘體正演模型。含多套儲(chǔ)層的礁灘體地震響應(yīng)特征同樣頂部為弱波峰,內(nèi)部出現(xiàn)弱波峰,整個(gè)礁灘體地震反射能量較弱(圖10b)。龍勝祥等[16]認(rèn)為元壩氣田長興組礁灘體儲(chǔ)層呈弱振幅、低頻地震響應(yīng)特征,振幅強(qiáng)弱與儲(chǔ)層厚度和物性有關(guān)。由于元壩氣田長興組礁灘體為臺(tái)緣相,其厚度較大,根據(jù)振幅和頻率特征即可定性描述礁灘體儲(chǔ)層。張長寶等[24]通過對(duì)土庫曼斯坦阿姆河右岸區(qū)塊礁灘體儲(chǔ)層的正演模擬,認(rèn)為礁灘體儲(chǔ)層呈中弱反射,地震反射同相軸連續(xù)性差。對(duì)比前人研究成果,在現(xiàn)有地震資料的分辨率條件下,遂寧高帶礁灘體儲(chǔ)層正演模擬結(jié)果表明,地震響應(yīng)呈弱振幅特征,但遂寧高帶的臺(tái)內(nèi)礁灘體厚度較小,儲(chǔ)層欠發(fā)育時(shí)內(nèi)部呈中弱波谷反射特征,因此其內(nèi)部地震響應(yīng)的波峰個(gè)數(shù)更準(zhǔn)確地反映了儲(chǔ)層發(fā)育程度。
圖10 PL19井儲(chǔ)層正演模擬圖
根據(jù)正演模擬結(jié)果,可運(yùn)用GeoEast地震解釋系統(tǒng)通過地震屬性分析及波阻抗反演進(jìn)一步預(yù)測(cè)遂寧高帶長興組礁灘體儲(chǔ)層分布。長興組遂寧高帶礁灘體若存在儲(chǔ)層,則會(huì)在其內(nèi)部產(chǎn)生弱波峰,而長興組底界為波谷,則向上會(huì)產(chǎn)生1個(gè)中強(qiáng)波峰。因此,礁灘體內(nèi)部儲(chǔ)層最少產(chǎn)生兩個(gè)波峰(若礁灘體厚度較大,含多段儲(chǔ)層,則最少產(chǎn)生3個(gè)波峰);礁灘體內(nèi)部無儲(chǔ)層,則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)波峰。根據(jù)上述認(rèn)識(shí),通過提取波峰個(gè)數(shù)大于2的波峰個(gè)數(shù)平面屬性定性預(yù)測(cè)礁灘體儲(chǔ)層分布(圖11),可以看出礁灘體非均質(zhì)性較強(qiáng),儲(chǔ)層分布不均勻。
圖11 長興組遂寧高帶礁灘體波峰個(gè)數(shù)屬性圖
在定性預(yù)測(cè)礁灘體儲(chǔ)層分布的基礎(chǔ)上,在遂寧高帶三維地震資料覆蓋的主體區(qū)通過波形指示反演定量預(yù)測(cè)儲(chǔ)層厚度。波形指示反演充分利用地震波形的橫向變化反演儲(chǔ)層空間的相變特征,進(jìn)而分析儲(chǔ)層垂向巖性組合的高頻結(jié)構(gòu)特征,充分體現(xiàn)了相控的思想[25],對(duì)于長興組礁灘體這種具有明顯地震響應(yīng)差異的地質(zhì)體非常適用。圖12為過MX1-MX11井波阻抗反演剖面。由圖可見:MX1井位于第二排礁灘體,儲(chǔ)層段距礁灘體頂部20 m,厚度為18 m,井點(diǎn)處由頂部向下長興組波阻抗值存在明顯低值段;MX11井位于第一排礁灘體和第二排礁灘體之間,井點(diǎn)處長興組波阻抗值較大,波阻抗曲線變化不明顯,儲(chǔ)層不發(fā)育。
圖12 遂寧高帶過MX1-MX11井長興組波阻抗反演剖面
根據(jù)鉆井統(tǒng)計(jì),長興組礁灘體儲(chǔ)層的波阻抗值范圍為12000~15000 m/s·g/cm3,以此為依據(jù),在波阻抗數(shù)據(jù)體上提取儲(chǔ)層(圖13)。圖14為遂寧高帶過MX1-MX11井長興組礁灘體儲(chǔ)層反演剖面。由圖可見:①長興組礁灘體儲(chǔ)層基本發(fā)育在中上段,MX1井點(diǎn)處礁灘體儲(chǔ)層發(fā)育,而MX11井點(diǎn)處基本無儲(chǔ)層,反演結(jié)果與鉆井?dāng)?shù)據(jù)較吻合;②在礁灘體底部泥巖之上存在局部儲(chǔ)層,剖面上長興組底部的3個(gè)薄層是由于泥巖與灰?guī)r的波阻抗值漸變而形成的,并非礁灘體的儲(chǔ)層響應(yīng)。
圖13 長興組遂寧高帶礁灘體儲(chǔ)層波阻抗—自然伽馬交會(huì)圖
圖14 遂寧高帶過MX1-MX11井長興組礁灘體儲(chǔ)層反演剖面
以長興組頂、底界面為約束,運(yùn)用GeoEast解釋系統(tǒng)提取礁灘體儲(chǔ)層波阻抗體時(shí)間厚度值(代表滿足礁灘體儲(chǔ)層波阻抗值域范圍的時(shí)間厚度),其與長興組地層平均速度相乘再除以2,得到礁灘體儲(chǔ)層厚度圖(圖15)。鉆遇礁灘體的12口鉆井?dāng)?shù)據(jù)表明,圖15的礁灘體儲(chǔ)層厚度平均絕對(duì)誤差小于2%。由圖15可見:遂寧高帶第一排礁灘體儲(chǔ)層最發(fā)育,厚度為12~46 m,其東部和西部儲(chǔ)層較發(fā)育,中部儲(chǔ)層厚度較小;第二排礁灘體儲(chǔ)層厚度為8~36 m,東部MX3井附近儲(chǔ)層最發(fā)育,中部及西部儲(chǔ)層厚度較小。結(jié)合長興組古地貌(圖6)可知,礁灘體儲(chǔ)層發(fā)育程度整體受古地貌與礁灘體距武勝—蓬溪臺(tái)凹的距離共同控制,古地貌越高、距武勝—蓬溪臺(tái)凹越近的礁灘體儲(chǔ)層越發(fā)育。
圖15 長興組遂寧高帶礁灘體儲(chǔ)層厚度圖
本文運(yùn)用地震響應(yīng)特征分析、地震屬性分析、模型正演、地震波阻抗反演等技術(shù)精細(xì)雕刻了長興組遂寧高帶礁灘體展布及儲(chǔ)層分布,為該區(qū)礁灘體勘探提供了重要依據(jù),對(duì)其他地區(qū)礁灘體的識(shí)別及儲(chǔ)層預(yù)測(cè)具有借鑒意義,并取得以下認(rèn)識(shí)。
(1)遂寧高帶礁灘體規(guī)模較大,共發(fā)育三排礁灘體,呈北西—南東向雁列式展布,其儲(chǔ)層發(fā)育程度受古地貌和礁灘體距武勝—蓬溪臺(tái)凹的距離共同控制,自南西向北東逐漸發(fā)育,且礁灘體非均質(zhì)性較強(qiáng),儲(chǔ)層分布不均勻。
(2)提出了由點(diǎn)到面、由粗到細(xì)的礁灘體識(shí)別及儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法:以鉆井?dāng)?shù)據(jù)為參考,地震響應(yīng)特征為依據(jù),通過層位精細(xì)解釋、古地貌恢復(fù)、地震屬性分析準(zhǔn)確刻畫了礁灘體展布;在此基礎(chǔ)上,根據(jù)礁灘體儲(chǔ)層測(cè)井和地震響應(yīng)特征,優(yōu)選地震屬性、地震反演方法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了礁灘體儲(chǔ)層分布。