復雜巖性背景下儲層地震反射特征研究

代瑞雪，郗 誠，冉 崎，陳 康，梁 瀚

中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院，四川 成都610041

引言

四川盆地寒武系滄浪鋪組勘探程度低，雖油氣顯示豐富且多井鉆遇灘相白云巖，但一直未獲突破。值得注意的是，中國石油于2016 年在川東地區(qū)實施了風險探井WT1 井，并于2018 年初在下寒武統(tǒng)滄浪鋪組首次鉆遇兩套厚層塊狀白云巖[1]，滄浪鋪組白云巖潛在儲層的重要發(fā)現(xiàn)，引起了石油地質(zhì)界對這一層系的重視。2019 年11 月，位于川中古隆起北斜坡滄浪鋪組有了重要新發(fā)現(xiàn)，JT1 井在滄浪鋪組下部鉆遇82 m 厚碳酸鹽巖，其中，白云巖厚度26 m，2020 年10 月，在該段測試獲氣51.62×104m3，實現(xiàn)了四川盆地滄浪鋪組油氣勘探首次突破，證明了滄浪鋪組的油氣勘探潛力，開辟了規(guī)模增儲新陣地。但是滄浪鋪組屬于混積相[1-2]，巖相復雜導致了內(nèi)幕地震響應特征復雜，且前期針對滄浪鋪組的研究程度極低，尚未開展過滄浪鋪組針對性的地球物理研究，直接制約了該層系的勘探發(fā)現(xiàn)進程。

因此，針對川中地區(qū)滄浪鋪組開展地震響應特征研究很有必要，對拓展該勘探新領(lǐng)域具有非常重要的意義。本文基于地震及鉆測井資料，針對滄浪鋪組地震響應特征及有利區(qū)帶分布規(guī)律開展綜合研究，以期為推進盆地滄浪鋪組油氣勘探工作提供依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

川中地區(qū)滄浪鋪組屬下寒武統(tǒng)，與下部筇竹寺組、上部龍王廟組呈整合接觸，滄浪鋪組在高磨地區(qū)處于現(xiàn)今構(gòu)造高部位，往北邊為一個北傾單斜構(gòu)造（簡稱北斜坡），海拔在-5 000～-7 000 m（圖1）。其地層厚度變化較大，在120～220 m，地層總體表現(xiàn)為川中古隆起區(qū)薄、斜坡 裂陷區(qū)厚的特點[3]。前期地質(zhì)研究表明，滄浪鋪組巖石類型較為復雜，根據(jù)其不同的組合特征，將滄浪鋪組分為兩段：下段（滄一段）以碳酸鹽巖為主，主要為鮞?；?guī)r、含砂泥質(zhì)灰?guī)r、鮞粒云巖、粉晶云巖夾部分碎屑巖沉積。上段（滄二段）以碎屑巖為主，巖性為泥巖、砂巖、泥質(zhì)砂巖，整體形成碳酸鹽巖和碎屑巖的混合沉積[4-5]。川中地區(qū)高磨—廣安—北斜坡典型井M11—M9—G6—G2—C1—JT1 滄浪鋪組伽馬曲線對比顯示了滄浪鋪組巖性組合，整體呈“二分”形態(tài)，上段呈明顯厚層狀高伽馬顯示（圖2）。

圖1 川中地區(qū)滄浪鋪組頂界構(gòu)造圖Fig.1 Structural map of the top boundary of the Canglangpu Formation in central Sichuan Basin

圖2 M11 井—M9 井—G6 井—G2 井—C1 井—JT1 井伽馬曲線對比圖Fig.2 Comparison of gamma curves of wells M11–M9–G6–G2–C1–JT1

從滄浪鋪組地質(zhì)背景來看：1）沉積相特征方面，古隆起、古裂陷、古臺緣及古陸共同控制了滄浪鋪組沉積格局，盆地內(nèi)滄一段西部以濱岸—混積陸棚相碎屑巖沉積為主，東部以清水陸棚碳酸鹽巖沉積為主，發(fā)育顆粒灘相，滄二段在川中古隆起高磨地區(qū)形成混積淺水陸棚沉積。2）儲層發(fā)育特征方面，川中地區(qū)滄浪鋪組下段灘相白云巖儲層發(fā)育，為塊狀孔隙型，儲層儲集巖性主要為殘余鮞粒云巖、砂屑云巖、粉晶云巖和灰質(zhì)云巖，儲集空間主要為粒間溶孔、晶間溶孔及晶間孔，儲層厚度在2～26 m，儲層孔隙度為2%～5%，滲透率在0.01～0.10 mD，其中，北斜坡儲層條件最優(yōu)，鉆井揭示，射洪地區(qū)滄浪鋪組云化鮞粒碳酸鹽巖儲層具有連片分布趨勢。3）油氣成藏條件方面，川中古隆起北斜坡燈影組臺緣帶規(guī)模大、寒武系灘相儲層發(fā)育，上傾方向存在巖性封隔帶，緊鄰生烴中心，灘相儲層直接覆蓋在筇竹寺組優(yōu)質(zhì)烴源巖之上，具備形成規(guī)模巖性圈閉的基本地質(zhì)條件。因此，滄浪鋪組在川中古隆起北斜坡地區(qū)具有巨大的勘探潛力[6-12]。

2 滄浪鋪組巖相地震反射特征

2.1 研究思路

地質(zhì)研究表明，滄浪鋪組為混積相沉積，目前針對混積相的研究大多數(shù)停留在混積相的類型特征和沉積模式，針對類似滄浪鋪組這樣混積相的地震響應特征研究極其少，由于地震響應是地震波對地下介質(zhì)變化的綜合反映，因此，最重要的是首先建立起針對性的巖相-地震相關(guān)系模板，總結(jié)出巖性-地震響應之間的規(guī)律，理清滄浪鋪組地層的巖性組合，明確碳酸鹽巖平面優(yōu)勢相帶分布，再在碳酸鹽巖中識別儲層。

2.2 巖相地震反射模式

對川中地區(qū)80 余口鉆井開展了合成地震記錄標定，明確了滄浪鋪組地震反射特征，滄浪鋪組頂界為龍王廟組白云巖及滄浪鋪組粉砂巖接觸界面，表現(xiàn)為強波谷反射；滄浪鋪組底界由于下部筇竹寺組頂部巖性的復雜性，地震響應特征存在波峰、波谷及波峰臨界點多種地震反射特征，但可以選取附近穩(wěn)定可連續(xù)追蹤的強波谷作為滄浪鋪組底界標志層。

以過JT1 井地震剖面（圖3）為例，滄浪鋪組頂、底為可連續(xù)對比追蹤的強波谷，但是滄浪鋪組內(nèi)幕地震反射特征復雜，存在短距離內(nèi)雙軸—單軸地震反射特征快速變化，其特有的混積相地震反射特征變化直接影響了滄浪鋪組儲層地震反射特征的識別。

圖3 過JT1 井地震反射剖面Fig.3 Seismic reflection profile of Well JT1

由于滄浪鋪組頂、底地震反射特征較穩(wěn)定，因此，重點研究滄浪鋪組內(nèi)幕地震反射特征的變化，結(jié)合實際井分類總結(jié)了滄浪鋪組不同巖性組合的典型地震反射特征，建立了5 種類型的滄浪鋪組內(nèi)幕地震響應模式，明確了滄浪鋪組內(nèi)幕巖相-地震相變化規(guī)律。

1）“雙強”地震反射特征。表現(xiàn)為滄浪鋪組內(nèi)部出現(xiàn)上下兩根強波峰同相軸，結(jié)合鉆井分析認為，這類模式主要代表上部含泥質(zhì)較多的碎屑巖與碳酸鹽巖的巖性組合模式。上面強軸為滄二段碎屑巖內(nèi)部巖性變化形成的波峰反射，下面強軸為滄浪鋪組內(nèi)部滄一段和滄二段分界面即碎屑巖與碳酸鹽巖形成的波峰反射，典型井為GS17 井。

2）“上強下弱”地震反射特征。表現(xiàn)為滄浪鋪組內(nèi)部出現(xiàn)上下兩根波峰同相軸，上面同相軸振幅較強，下面同相軸振幅弱，結(jié)合鉆井分析，認為這類模式主要代表內(nèi)部碎屑巖較多、碳酸鹽很薄的巖性組合模式。上面強軸為滄二段碎屑巖內(nèi)部巖性變化與子波旁瓣形成的綜合反射界面，下面弱軸為滄浪鋪組內(nèi)部滄一段和滄二段分界面即厚層碎屑巖與薄層碳酸鹽巖形成的弱波峰，典型井為MX111 井，這種模式往往代表滄浪鋪組內(nèi)部碳酸鹽巖很薄或不發(fā)育的情況。

3）“上弱下強”地震反射特征。表現(xiàn)為滄浪鋪組內(nèi)部出現(xiàn)上、下兩根波峰同相軸，上面同相軸振幅弱，下面同相軸強，結(jié)合鉆井資料分析，認為這類模式主要代表上部為較厚的碎屑巖與碳酸鹽巖的巖性組合模式。上面弱軸主要為子波旁瓣與滄二段碎屑巖內(nèi)部巖性變化形成的綜合反射界面，下面強軸為滄浪鋪組內(nèi)部滄一段和滄二段分界面即碎屑巖與碳酸鹽巖形成的強阻抗界面，典型井為MX8井（圖4），這種模式往往代表了滄浪鋪組上部碎屑巖較厚，下部碳酸鹽巖發(fā)育一般的情況。

圖4 MX8 井滄浪鋪組“上弱下強”地震反射特征對比圖Fig.4 Comparison of“upper weak and lower strong”seismic reflection characteristics of the Canglangpu Formation in Well MX8

4）“單強”地震反射特征。為滄浪鋪組內(nèi)部出現(xiàn)一根波峰同相軸，結(jié)合井分析認為這類模式主要代表最常見的上部碎屑巖和碳酸鹽巖的巖性組合模式，典型井為GS1 井（圖5）和MX12 井，這種模式往往代表了滄浪鋪組碳酸鹽巖發(fā)育比例較大情況。

圖5 GS1 井滄浪鋪組“單強”地震反射特征對比圖Fig.5 Comparison of“single and strong”seismic reflection characteristics of the Canglangpu Formation in Well GS1

5）“復波單強”地震反射特征。為滄浪鋪組內(nèi)部出現(xiàn)一根帶有復波的波峰同相軸，結(jié)合鉆井資料分析，認為這類模式主要代表上部為碎屑巖，靠近內(nèi)部巖性界面可能存在儲層的巖性組合模式，典型井為JT1 井，這種模式往往代表了滄浪鋪組內(nèi)部碳酸鹽巖可能發(fā)育有儲層的情況。

綜上所述，在5 種模式中，“單強”和“復波單強”地震響應模式代表滄浪鋪組內(nèi)部碳酸鹽巖的比例較高的兩種模式，目前，結(jié)合井震資料來看，這兩種模式為較優(yōu)勢碳酸鹽巖地震相（圖6）。

圖6 川中地區(qū)滄浪鋪組典型地層垂向組合模式圖Fig.6 Seismic reflection model of lithofacies of Canglangpu Formation in central Sichuan Basin

2.3 滄浪鋪組有利相帶平面分布特征

2.3.1 滄一段的地層厚度分析

基于地震響應模式及井間地震響應特征的研究，明確了滄一段和滄二段的分界面解釋方案，繪制了川中古隆起北斜坡地區(qū)滄浪鋪組滄一段地層厚度圖，如圖7 所示。由圖可以看出，北斜坡滄一段地層厚度在75～100 m，其中，發(fā)育從裂陷槽東側(cè)向東南方延伸的C1 井區(qū)、JT1 井區(qū)及JT1 井西南部3個厚值區(qū)，均呈條帶狀分布，且沿著NW SE 向展布。JT1 井和C1 井鉆井證實，滄一段的地層厚度與碳酸鹽巖的厚度成正比關(guān)系，滄一段的這3 個厚值區(qū)也是有利碳酸鹽巖潛在發(fā)育區(qū)。

圖7 滄一段地層厚度圖Fig.7 Stratigraphic thickness of the first Member of Canglangpu Formation

2.3.2 SOM 波形聚類分析

沉積地層任何物性參數(shù)的變化都會反映在地震道波形形狀的變化上，地震道形狀分類代表了地震信號的真實橫向異常，一定時窗范圍內(nèi)，同一目的層其波形特征應該保持一致[13-16]，地層自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聚類（SOM）也就是對向量聚類，它是將相似度較大的波形分為同一類，波形聚類相似度較小的波形分為不同類。其基本思路是：定義“聚類中心”，代表不同類的典型波形。先隨機選取初始聚類中心，再迭代地更新聚類中心直至收斂到真實聚類中心，最后用聚類中心劃分各地震道的波形，某一波形對哪一聚類中心的相似度最大則分為哪一類，不同的波形表示不同的地震相，因此，可以根據(jù)波形聚類的結(jié)果劃分沉積相[17-19]。

依據(jù)建立的滄浪鋪組巖相—地震相特征響應模板，對JT1 井區(qū)三維開展了SOM 聚類分析法劃分優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖地震相，SOM 波形聚類分析平面圖顯示，總共劃分了5 個顏色（圖8），其中，棕紅色代表單軸波形特征，對應滄浪鋪組內(nèi)幕地震響應模式4和模式5，紅色、黃色、藍色和綠色均代表雙軸特征，對應模式3、模式2 和模式1，雖然都是屬于雙軸模式，但是下方的軸越靠近底部代表滄一段的地層厚度越薄，其中，綠色則代表碳酸鹽巖最不發(fā)育的模式。SOM 波形聚類平面圖中顯示，北斜坡JT1 井區(qū)和C1 井區(qū)碳酸鹽巖較發(fā)育，優(yōu)質(zhì)波形大致形成3 個NW—SE 向分布區(qū)帶，其中，紅色和黃色波形分布較多，藍色和綠色波形較少（圖8）?？梢园l(fā)現(xiàn)，SOM 刻畫的有利相帶分布趨勢與滄一段地層厚度圖基本一致。

圖8 滄浪鋪組SOM 波形聚類分析平面圖Fig.8 SOM waveform clustering analysis of Canglangpu Formation

2.3.3 基于譜分解的相對阻抗反演

滄一段的厚度刻畫法和SOM 波形聚類分析方法基本刻畫了滄浪鋪組有利相帶的展布，為了更進一步刻畫滄一段的碳酸鹽巖，選擇了阻抗反演來反映滄一段巖性的變化。針對滄浪鋪組，選擇了基于譜分解的相對阻抗反演，這種反演方法采用簡單的遞推計算方法，計算速度快、而且這種基于遞推算法的反演只需少量鉆井資料進行控制就可實現(xiàn)，雖然存在不能分辨薄層的局限性，但是這種相對阻抗反演結(jié)果較為客觀，不受人為因素干擾，相對阻抗反演結(jié)果能夠真實反映地下波阻抗的分布規(guī)律，尤其適用于巖性差異較大，巖性界面清晰的地層[20-23]。通過單井分析與標定來看，滄浪鋪組內(nèi)幕的碳酸鹽巖和碎屑巖存在明顯的波阻抗差，滿足利用相對阻抗預測巖性的條件可以依據(jù)明顯的阻抗差反推巖性。

滄一段相對波阻抗預測碳酸鹽巖厚度平面圖顯示，JT1 井實鉆碳酸鹽巖厚度為72 m，預測值為70 m，反映預測結(jié)果較為準確。從有利區(qū)分布特征來看，北斜坡滄一段碳酸鹽巖厚值區(qū)主要發(fā)育有3個區(qū)帶，分別為JT1 井西南部、JT1 井區(qū)及C1 井區(qū)，碳酸鹽巖厚值區(qū)走向呈近東西向，與滄一段厚度圖及SOM 波形聚類平面圖趨勢一致；JT1 井的西部碳酸鹽厚度較大，同樣表現(xiàn)為由西至東逐漸減薄的地質(zhì)特征，JT1 井西南部整體碳酸鹽巖連片程度較JT1 井略差，但也具有形成連片碳酸鹽巖展布的潛力（圖9）。滄一段的地層厚度、滄浪鋪組SOM 波形聚類分析及基于譜分解的相對阻抗反演3 種方式得出的結(jié)果均顯示，滄浪鋪組有利相帶主要集中在3 個沿NW—SE 向分布的區(qū)帶。

圖9 滄一段碳酸鹽巖厚度平面圖Fig.9 Thickness of carbonate rock in the first Member of Canglangpu Formation

3 滄浪鋪組儲層地震反射特征及分布

3.1 儲層地震響應特征

川中地區(qū)滄浪鋪組測井解釋成果表明，滄浪鋪組儲層基本發(fā)育在滄一段碳酸鹽巖頂部，其單層厚度幾乎都在10.0 m 以下，其中，儲層發(fā)育最優(yōu)質(zhì)的井為JT1 井和C1 井，JT1 井縱向發(fā)育4 套儲層，只有中間兩套為優(yōu)質(zhì)白云巖儲層，累計厚度在14.5 m，在地震剖面上反射特征表現(xiàn)為內(nèi)部巖性界面呈復波反射，C1 井內(nèi)部發(fā)育一套厚17.0 m 的白云巖儲層，在地震剖面上反射特征表現(xiàn)為滄浪鋪組內(nèi)部巖性界面下方出現(xiàn)亮點特征（圖10）。

圖10 滄浪鋪組優(yōu)質(zhì)儲層地震反射模式Fig.10 Seismic reflection model of high quality reservoirs of Canglangpu Formation

因此，建立了兩類滄浪鋪組優(yōu)質(zhì)儲層地震反射模式：模式I 代表薄互層儲層為巖性界面強軸伴復波模式；模式II 代表厚儲層為巖性界面強軸伴亮點模式，即是當滄浪鋪組內(nèi)部巖性界面強軸之下出現(xiàn)復波及亮點時，為滄浪鋪組優(yōu)質(zhì)儲層反射模式。

3.2 地震屬性定性預測儲層

滄浪鋪組優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育時，滄一段頂界巖性強軸之下出現(xiàn)復波及亮點特征，這兩種特征均會造成滄一段內(nèi)部振幅值增大，儲層越厚通常反映的振幅值越高，因此，可以針對性地優(yōu)選出滄一段內(nèi)部最大波峰振幅屬性來表征儲層。

圖11 為滄一段最大波峰振幅屬性圖，預測平面圖顯示，區(qū)域上共發(fā)育C1 井區(qū)、JT1 井區(qū)及JT1井西南部3 個呈條帶狀分布沿著NWSE 向展布的振幅屬性有利區(qū)，預測的有利區(qū)分布范圍與地層厚度圖、SOM 波形分類圖及儲層對比圖分布趨勢基本一致，相互驗證了成果的可靠性。但是滄一段部分地區(qū)也存在碎屑巖，碎屑巖的出現(xiàn)也會導致振幅值的變化，單一依靠振幅屬性還不能準確判斷有利儲層分布，需要根據(jù)多種手段進一步確定儲層分布。

圖11 滄一段最大波峰振幅屬性圖Fig.11 Maximum wave crest attribute of the first Member of Canglangpu Formation

4 綜合有利區(qū)預測

巖相古地理背景研究表明，滄一期，北斜坡為清水淺水陸棚沉積，碳酸鹽巖顆粒灘較為發(fā)育，白云巖化的顆粒灘對儲層的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。滄二期，陸源物質(zhì)大量輸入，原清水淺水陸棚區(qū)演變?yōu)榛旆e淺水陸棚，導致滄二段以碎屑巖為主。在加里東運動末期，受到古隆起抬升作用影響，上覆地層遭受到不同程度的剝蝕，而滄浪鋪組靠近剝蝕區(qū)，早期白云石化顆粒灘也容易受到巖溶作用改造形成較具規(guī)模的儲層。

成藏要素配置表明，JT1 井位于現(xiàn)今構(gòu)造斜坡區(qū)，而上傾方向的斷裂、滄一段的碎屑巖以及灘間致密巖性易形成高部位封堵，具備發(fā)育構(gòu)造-巖性圈閉氣藏的可能性。同時，滄浪鋪組直接覆蓋在筇竹寺組烴源巖之上，并且斷裂系統(tǒng)發(fā)育，烴源條件優(yōu)越。綜上所述，北斜坡滄浪鋪組具有較大勘探潛力[24-27]。

綜合研究區(qū)的實際地質(zhì)情況及勘探程度，研究認為，滄浪鋪組巖相-地震相復雜，單一的預測方法具有一定風險，提出古隆起北斜坡滄浪鋪組有利區(qū)優(yōu)選的核心評價指標，認為可以利用滄一段地層厚度、滄一段碳酸鹽分布和滄一段最大波峰屬性3 個參數(shù)指導有利區(qū)優(yōu)選，并提出了“有重點、有先后、分層次”的勘探開發(fā)部署建議，建議圍繞古隆起北斜坡，首先在滄一段地層厚值區(qū)找到碳酸鹽巖發(fā)育區(qū)，再在碳酸鹽巖發(fā)育區(qū)里找尋儲層潛在發(fā)育區(qū)，最終預測出3 個勘探綜合有利區(qū)，共計1 270 km2（圖12）。

圖12 滄一段有利區(qū)綜合預測平面圖Fig.12 Comprehensive prediction of favorable areas of the first Member of Canglangpu Formation

5 結(jié)論

1）川中地區(qū)滄浪鋪組具有巖性復雜的混積相沉積特征，造成了滄浪鋪組內(nèi)幕地震響應特征復雜，須采用地球物理-地質(zhì)相結(jié)合的綜合手段對其內(nèi)部巖性分布開展精細刻畫。

2）基于實鉆結(jié)果，總結(jié)了川中地區(qū)滄浪鋪組的5 種巖相-地震相反射模式，首次明確了川中地區(qū)滄浪鋪組巖相-地震相對應關(guān)系，其中，單軸模式和單軸復波模式為最優(yōu)質(zhì)的碳酸鹽巖發(fā)育模式。

3）川中地區(qū)滄浪鋪組儲層薄且縱橫向非均質(zhì)性強，依據(jù)實鉆結(jié)果建立了滄浪鋪組優(yōu)質(zhì)儲層模式，薄互層儲層為巖性界面強軸伴復波模式，厚儲層為巖性界面強軸伴亮點模式。

4）川中古隆起北斜坡滄浪鋪組有利區(qū)綜合優(yōu)選表明，滄浪鋪組發(fā)育C1 井區(qū)、JT1 井區(qū)及JT1 井西南部等3 個呈NW—SE 向展布條帶狀分布的有利區(qū)，古隆起北斜坡滄浪鋪組具有形成的巖性圈閉氣藏的良好條件，是下一步勘探的重要領(lǐng)域。

5）建立了一套適用于川中地區(qū)滄浪鋪組復雜巖性背景下儲層地震反射特征研究方法，為混積相的薄儲層地震預測提供了有效的思路。