晉達(dá)，杜浩坤，孟凡冰，秦廣勝，蘇云，李娜

(中原油田物探研究院，河南 鄭州 450046)

0 引言

露頭及鉆井資料揭示，四川盆地晚二疊世—早三疊世為被海槽切割的碳酸鹽巖臺(tái)地沉積，生物礁、灘廣泛發(fā)育，早期勘探圍繞開江—梁平海槽先后發(fā)現(xiàn)了普光和元壩大型礁灘氣田[1]。生物礁的縱橫向展布呈現(xiàn)較強(qiáng)的規(guī)律性，縱向上主要發(fā)育于上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興組，平面上沿開江—梁平海槽邊緣呈狹窄的條帶狀展布[2]；普光地區(qū)長(zhǎng)興組生物礁大面積發(fā)育，多口探井測(cè)獲高產(chǎn)工業(yè)氣流，是增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要勘探目標(biāo)。由于生物礁在地震資料上具備特殊的影像特征，地震方法成為識(shí)別生物礁的主要手段之一。在過(guò)去的十多年中，隨著地震技術(shù)的快速發(fā)展及四川盆地高峰場(chǎng)、毛壩、普光、龍崗、元壩、涪陵等地區(qū)生物礁氣藏的相繼發(fā)現(xiàn)[3]，國(guó)內(nèi)已經(jīng)開展了多項(xiàng)針對(duì)生物礁地震預(yù)測(cè)的技術(shù)方法研究，研究重心主要集中在生物礁地震響應(yīng)特征分析和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法(屬性分析、時(shí)頻分析、波阻抗反演、波形聚類等)的應(yīng)用上[4-10]。前人的研究成果大大提高了生物礁儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的精度，但在不同區(qū)塊，生物礁的發(fā)育模式不同，地下構(gòu)造樣式、地震資料品質(zhì)存在差異，需要針對(duì)實(shí)際情況選取適宜的方法。普光地區(qū)生物礁規(guī)模大，但礁前均靠近大斷層，又受到上覆(嘉陵江組)厚層膏鹽巖的影響，形態(tài)特征不明顯；同時(shí)，優(yōu)質(zhì)的生物礁儲(chǔ)層地震反射特征與泥灰?guī)r類似，為生物礁儲(chǔ)層的精細(xì)預(yù)測(cè)帶來(lái)了困擾。針對(duì)這些問(wèn)題，以2017年二次采集處理地震資料為基礎(chǔ)，結(jié)合普光地區(qū)生物礁測(cè)井資料，運(yùn)用地震模型正演方法明確了生物礁及有效儲(chǔ)層的地震相識(shí)別模式；同時(shí)，利用古地貌分析作為沉積相約束并選取適宜的時(shí)窗以規(guī)避泥灰?guī)r的干擾，再通過(guò)相面法、屬性分析、波阻抗反演等多種方法精細(xì)預(yù)測(cè)生物礁有效儲(chǔ)層的展布，最終形成一套針對(duì)生物礁有效儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)技術(shù)，加快普光地區(qū)長(zhǎng)興組生物礁的勘探進(jìn)程。

1 生物礁地質(zhì)特征

晚二疊世長(zhǎng)興沉積期，普光地區(qū)位于開江—梁平陸棚東側(cè)，工區(qū)內(nèi)由南西到北東依次發(fā)育陸棚—斜坡—臺(tái)緣礁—礁后臺(tái)地沉積亞相(圖1)。由于受到沉積地貌、古洋流方向等因素的影響[2,11-13]，普光地區(qū)與海槽西側(cè)的元壩地區(qū)生物礁發(fā)育模式上存在較大差異[14]，普光地區(qū)生物礁以縱向加積生長(zhǎng)為主，厚度大、地貌高、儲(chǔ)集性高[15]，呈狹窄的條帶狀展布。

圖1 普光地區(qū)長(zhǎng)興組沉積相分布

1.1 巖性特征

單期的生物礁從下自上發(fā)育礁基—礁核—礁蓋[16]，由于普光地區(qū)長(zhǎng)興組生物礁厚度大，具備垂向疊置沉積特征，一般發(fā)育多期次的成礁旋回。礁基作為生物礁發(fā)育的硬底，巖性主要為砂屑、生物碎屑灰?guī)r；礁核主要由海綿障積巖、骨架巖、粘結(jié)巖組成(圖2a)，具備丘狀外形；礁蓋位于生物礁頂部，由于長(zhǎng)期暴露水面，導(dǎo)致礁蓋受到波浪和水流的改造作用形成生屑灘并強(qiáng)烈白云巖化[17]，其巖性主要為顆粒白云巖、細(xì)—粉晶白云巖、灰質(zhì)白云巖。普光地區(qū)生物礁儲(chǔ)層在縱向分布上，以礁蓋儲(chǔ)層最為發(fā)育，厚度大、物性好，巖性主要以礫屑白云巖、生屑白云巖為主，溶蝕孔洞發(fā)育(圖2b)；礁核儲(chǔ)層相對(duì)發(fā)育，物性較好，巖性以礁灰?guī)r、生屑灰?guī)r為主。儲(chǔ)層空間類型主要為晶間孔、粒間溶孔、晶間溶孔、生物腔體孔、溶孔、溶洞。

普光氣田一般發(fā)育多期次的成礁旋回，但成礁旋回的構(gòu)成在不同的區(qū)域存在差異。普光主體地區(qū)生物礁發(fā)育期次相對(duì)較多，生長(zhǎng)速率相對(duì)較快，各期次生物礁礁頂易于暴露形成多套礁蓋儲(chǔ)層，成礁旋回為：礁基—礁核—礁蓋—礁核—礁蓋；毛壩、大灣、分水嶺地區(qū)生物礁發(fā)育期次相對(duì)較少，生長(zhǎng)速率相對(duì)較慢，僅在長(zhǎng)興組晚期暴露水面，形成一套礁蓋儲(chǔ)層，成礁旋回為：礁基—礁核—礁基—礁核—礁蓋。

圖2 普光地區(qū)生物礁儲(chǔ)層地質(zhì)特征

1.2 物性特征

根據(jù)大數(shù)據(jù)樣品統(tǒng)計(jì)，普光地區(qū)長(zhǎng)興組生物礁儲(chǔ)層孔隙度(圖2c)以5%～10%的部分為主，占比48%，其次為大于10%和2%～5%的部分，分別占比22%和20%；其中，生物礁頂部礁蓋顆粒白云巖和礁核海綿礁白云巖物孔隙度最高，平均孔隙度分別為9.55%、9.5%。滲透率(圖2d)以大于1 mD的部分為主，占比51%，其次為0.25～1 mD和0.002～0.25 mD的部分，分別占比17%和30%。整體來(lái)講，普光地區(qū)長(zhǎng)興組生物礁儲(chǔ)層屬于中孔高滲型儲(chǔ)層。

1.3 測(cè)井響應(yīng)特征

根據(jù)pg5井、pg6井、f2井、dw102井的測(cè)井曲線分析(圖2e)，生物礁礁蓋顆粒白云巖儲(chǔ)層具備明顯的低自然伽馬值、高聲波時(shí)差特征；礁核處海綿礁白云巖、礁灰?guī)r、生屑灰?guī)r自然伽馬值較低，海綿礁白云巖聲波時(shí)差高于礁灰?guī)r和生屑灰?guī)r。整體而言，白云巖段的聲波時(shí)差高于灰?guī)r段，深、淺側(cè)向電阻率低于灰?guī)r段。

2 生物礁地震響應(yīng)特征

生物礁是一種特殊的碳酸鹽沉積體，其地震響應(yīng)特征與圍巖有明顯的區(qū)別。但普光地區(qū)的生物礁礁前均靠近斷層，丘形外觀不明顯；同時(shí)，上覆存在的嘉陵江組厚層膏鹽巖導(dǎo)致長(zhǎng)興組、飛仙關(guān)組地層信噪比降低，為生物礁地震相的識(shí)別帶來(lái)困擾。針對(duì)這一問(wèn)題，2017年二次采集處理的地震資料優(yōu)化了斷裂帶成像質(zhì)量，提高了膏鹽巖下地層的信噪比[18]，為生物礁及儲(chǔ)層的地震識(shí)別提供了資料基礎(chǔ)。文中除古地貌分析外，均使用二次采集處理資料；古地貌分析則使用老地震資料，因?yàn)槠涓采w范圍大于二次采集處理資料。

為了更好地解析生物礁的地震響應(yīng)特征，依據(jù)測(cè)井資料和實(shí)際地震剖面解釋方案，建立了過(guò)F2井的長(zhǎng)興組臺(tái)地—臺(tái)緣生物礁—斜坡地質(zhì)模型(表1)。F2井處的生物礁受斷層影響較小，能夠基本保持原始形態(tài)，僅礁前陡坡轉(zhuǎn)變?yōu)槟鏀鄬?圖3c)。地質(zhì)模型中(圖3a)，F(xiàn)2井處的臺(tái)地邊緣生物礁寬度約為 2 km；生物礁處長(zhǎng)興組最大地層厚度為590～600 m(去除斷層影響)，礁后臺(tái)地長(zhǎng)興組最大地層厚度為560 m。根據(jù)F2井的巖性特征和地震剖面特征，將生物礁粗略分為兩個(gè)成礁旋回；第二個(gè)成礁旋回頂部受到長(zhǎng)期的暴露溶蝕作用，發(fā)育礁蓋白云巖儲(chǔ)層，第一個(gè)成礁旋回可能因?yàn)榈貏?shì)較低沒(méi)有暴露出水面，礁蓋白云巖儲(chǔ)層不發(fā)育；成礁旋回內(nèi)部主要為海綿礁灰?guī)r和生物碎屑灰?guī)r互層，由于二者之間速度、密度相近，建立模型時(shí)將其簡(jiǎn)化為一種巖性(海綿礁灰?guī)r)。礁后臺(tái)地主要發(fā)育厚層的致密灰?guī)r，其中夾有厚度較薄的生屑灘；礁前斜坡帶的水體急劇加深，長(zhǎng)興組地層厚度隨之急劇減薄，巖性逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槟嗑Щ規(guī)r和泥灰?guī)r。

表1 生物礁地質(zhì)模型巖石物理參數(shù)

a—生物礁地質(zhì)模型;b—正演剖面;c—實(shí)際剖面

對(duì)比模型正演地震剖面(圖3b)和實(shí)際地震剖面(圖3c)，可以看出二者具備很好的相似性，證實(shí)了圖4a中臺(tái)地邊緣生物礁地質(zhì)模型的可信度。在此基礎(chǔ)上，將生物礁的各項(xiàng)地震響應(yīng)特征(圖3b、c)與其地質(zhì)特征(圖3a)依次進(jìn)行了對(duì)比分析：

1)礁體外形為丘狀反射。這是因?yàn)樵旖干锷L(zhǎng)速率高于周圍同期沉積物的增長(zhǎng)速率，形成明顯的丘狀外形。丘狀反射是生物礁最典型的地震響應(yīng)特征，但在普光工區(qū)，礁前多靠近大型斷層，無(wú)法形成完整的丘狀反射，僅能用地層增厚的現(xiàn)象在臺(tái)地邊緣帶判別生物礁存在與否。

2)礁頂多為強(qiáng)振幅反射。長(zhǎng)興組晚期生物礁長(zhǎng)期暴露水面，導(dǎo)致礁蓋受到波浪和水流的改造作用形成生屑灘并強(qiáng)烈白云巖化，礁蓋白云巖儲(chǔ)層具備孔隙度大、縱波速度低、密度低的物性特征，與下伏礁核的海綿礁灰?guī)r存在明顯的波阻抗差異，所以礁頂出現(xiàn)強(qiáng)波谷和強(qiáng)波峰的“亮點(diǎn)”反射特征。該特征是生物礁發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的重要標(biāo)志，也是儲(chǔ)層預(yù)測(cè)工作應(yīng)給予關(guān)注的重點(diǎn)。

3)礁體內(nèi)部多為空白或雜亂反射。生物礁內(nèi)部是造礁生物形成的塊狀格架地質(zhì)體[11]，同時(shí)礁體內(nèi)部礁基生屑灰?guī)r和礁核海綿礁灰?guī)r的波阻抗差異小，故形成振幅微弱的斷續(xù)反射。普光主體生物礁由于發(fā)育多套礁蓋儲(chǔ)層，內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)“亮點(diǎn)”反射，但振幅強(qiáng)度低于頂部。

4)礁體兩側(cè)存在上超現(xiàn)象。由于生物礁沉積厚度遠(yuǎn)大于周緣同期沉積物，礁翼沉積物向礁體周緣上超。該特征也是識(shí)別生物礁的重要標(biāo)志，可以依據(jù)上超點(diǎn)的位置判定礁體的形態(tài)。

在生物礁地震響應(yīng)特征中，“丘形反射”可以用于相面法和古地貌分析圈定生物礁的分布范圍；而礁蓋白云巖儲(chǔ)層具備的強(qiáng)振幅“亮點(diǎn)”反射特征，可以用于屬性分析和波阻抗反演精細(xì)刻畫儲(chǔ)層的展布，但同樣具備這一反射特征的還包括礁后灘和長(zhǎng)興組內(nèi)部廣泛發(fā)育的一套泥灰?guī)r高鈾層(圖3c)，其中泥灰?guī)r高鈾層是儲(chǔ)層預(yù)測(cè)時(shí)必須規(guī)避的巖性。

3 生物礁儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

在前文所建立的生物礁儲(chǔ)層地震相識(shí)別模式中，礁蓋白云巖儲(chǔ)層和泥灰?guī)r高鈾層均具備強(qiáng)振幅“亮點(diǎn)”反射特征，為儲(chǔ)層預(yù)測(cè)工作帶來(lái)了困擾。由于生物礁儲(chǔ)層的分布受到沉積相帶的影響較大，可以通過(guò)沉積相帶的約束和適宜的時(shí)窗選取規(guī)避泥灰?guī)r的干擾，再利用相面法、屬性分析、波阻抗反演進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，從而降低儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的多解性。

3.1 古地貌分析

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)特征分析可知，普光地區(qū)在長(zhǎng)興沉積期發(fā)育陸棚—斜坡—臺(tái)地邊緣礁—礁后臺(tái)地沉積相，各沉積相之間具備明顯的古地貌差異，地貌從高到低依次為臺(tái)地邊緣礁、礁后臺(tái)地、斜坡、陸棚沉積相；同時(shí)，長(zhǎng)興沉積期臺(tái)地處于縱向建造階段，各沉積相的沉積速率差異導(dǎo)致了沉積厚度的差異，加劇了各沉積相之間古地貌的差異，沉積厚度與古地貌高度具備正相關(guān)關(guān)系。因此，沉積厚度可以反映長(zhǎng)興沉積期的古地貌高低，進(jìn)而反映各沉積相的展布。普光地區(qū)長(zhǎng)興組頂部?jī)H存在一些三、四級(jí)層序海平面變化引起的低位域準(zhǔn)同生巖溶現(xiàn)象，與上覆地層呈整合接觸關(guān)系，長(zhǎng)興組的殘余厚度等同于沉積厚度。因此，可以通過(guò)計(jì)算長(zhǎng)興組的殘余厚度來(lái)獲取長(zhǎng)興組末期的古地貌信息。

從長(zhǎng)興末期古地貌圖(圖4)可以看出，工區(qū)內(nèi)古地貌高差較大，分帶明顯：工區(qū)西南部地貌最低，為陸棚沉積環(huán)境(藍(lán)色區(qū)域)；斜坡沉積環(huán)境地貌次低，為西北—東南展布的狹窄條帶(綠色區(qū)域)；臺(tái)地邊緣生物礁地貌最高，展布為緊貼斜坡的狹窄條帶(紅色區(qū)域)；礁后臺(tái)地沉積環(huán)境地貌次高，廣泛發(fā)育在工區(qū)東北部(黃色區(qū)域)。普光地區(qū)生物礁為縱向加積生長(zhǎng)，規(guī)模大、地貌高，在古地貌圖上能夠清晰地顯示其輪廓；同時(shí)，古地貌圖所刻畫的生物礁與鉆井結(jié)果相符，認(rèn)為古地貌分析是識(shí)別普光地區(qū)生物礁的重要手段。

圖4 普光地區(qū)長(zhǎng)興末期古地貌

3.2 屬性分析定性識(shí)別儲(chǔ)層

屬性的篩選是屬性分析的關(guān)鍵，適宜的屬性或?qū)傩越M合能夠突出目標(biāo)信號(hào)的特征，簡(jiǎn)化儲(chǔ)層預(yù)測(cè)工作。根據(jù)前文的生物礁儲(chǔ)層地震響應(yīng)特征分析可知，生物礁頂部的礁蓋白云巖儲(chǔ)層與圍巖存在明顯的波阻抗差異，表現(xiàn)為強(qiáng)振幅“亮點(diǎn)”反射(儲(chǔ)層頂界為波谷、底界為波峰)，因此振幅類屬性是刻畫礁蓋白云巖儲(chǔ)層的最佳屬性，在這里主要選用最大波谷反射振幅屬性，依據(jù)如下：①波峰和波谷振幅強(qiáng)度均能反映生物礁儲(chǔ)層物性，但在碳酸鹽巖中，儲(chǔ)層之上的巖性多為泥質(zhì)含量較低的高速圍巖層，儲(chǔ)層頂界多為強(qiáng)波谷；而儲(chǔ)層之下的巖性可能為泥質(zhì)含量較高的低速泥灰?guī)r層，儲(chǔ)層底界未必形成強(qiáng)波峰。②最大波谷振幅相較于均方根振幅、平均振幅等屬性對(duì)于波阻抗突變具備更高的靈敏度。由于目標(biāo)是生物礁頂部的礁蓋白云巖儲(chǔ)層，所以屬性分析的時(shí)窗選取為長(zhǎng)興組的頂部；從圖3c可知，長(zhǎng)興組進(jìn)入礁前斜坡帶以后地層迅速變薄，此時(shí)頂部時(shí)窗會(huì)包含泥灰?guī)r的強(qiáng)振幅響應(yīng)，因此屬性分析的平面范圍僅限于臺(tái)地邊緣相變線以北的區(qū)域。

圖5為二次采集處理資料長(zhǎng)興組頂部最大波谷振幅圖，工區(qū)范圍為老地震資料的北部(圖3中的紫色虛線所示)。強(qiáng)振幅表示生物礁礁蓋白云巖儲(chǔ)層和礁后灘儲(chǔ)層，可以看出礁蓋白云巖儲(chǔ)層主要集中在狹窄的臺(tái)地邊緣帶上，與古地貌圖(圖4)中展示的生物礁分布相符；同時(shí)長(zhǎng)興組頂部的礁后灘儲(chǔ)層也具備亮點(diǎn)反射特征(圖3)，在F2井、mb1井、pg6井生物礁后有生屑灘發(fā)育。

圖5 普光地區(qū)長(zhǎng)興組頂部最大波谷振幅

3.3 波阻抗反演定量識(shí)別儲(chǔ)層

通過(guò)前文的生物礁儲(chǔ)層地震響應(yīng)特征分析可知，礁蓋白云巖儲(chǔ)層的強(qiáng)振幅“亮點(diǎn)”反射是因?yàn)閮?chǔ)層與圍巖存在較大的波阻抗差異；而儲(chǔ)層的波阻抗變低是因?yàn)槠淇紫栋l(fā)育及含流體引起的速度及密度變低，因此波阻抗反演是識(shí)別礁蓋白云巖儲(chǔ)層的有效方法。根據(jù)礁蓋白云巖儲(chǔ)層低波阻抗特征，利用鉆井資料建立精細(xì)地質(zhì)模型，對(duì)長(zhǎng)興組進(jìn)行了波阻抗稀疏脈沖反演。圖6為過(guò)f2井的波阻抗反演剖面，與圖4c的地震剖面相對(duì)應(yīng)，可以看出生物礁頂部的白云巖儲(chǔ)層“低波阻抗異?！钡玫搅溯^好的反映；同樣具備低波阻抗特征的礁后灘、高鈾層在反演剖面上亦有響應(yīng)。反演結(jié)果(儲(chǔ)層厚度約為30 m)與測(cè)井儲(chǔ)層解釋厚度(約為27 m)、地質(zhì)模型吻合度高，證明了該方法在生物礁儲(chǔ)層識(shí)別中的有效性。

通過(guò)多口井波阻抗與儲(chǔ)層巖性的交會(huì)分析，以特定的縱波阻抗為門閥值提取長(zhǎng)興組生物礁儲(chǔ)層的有效厚度。為了規(guī)避長(zhǎng)興組內(nèi)部廣泛發(fā)育的低波阻抗高鈾層，利用生物礁優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層主要發(fā)育在長(zhǎng)興組頂部的特性，將縱向上的時(shí)窗選定為長(zhǎng)興組頂部向下60 ms的范圍內(nèi)；由于該時(shí)窗在地層厚度較低的斜坡帶上依然會(huì)覆蓋到高鈾層，所以橫向上以臺(tái)地邊緣相變線為界，僅計(jì)算相變線以北的儲(chǔ)層厚度。圖7為長(zhǎng)興組頂部礁蓋白云巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)層厚度分布圖，儲(chǔ)層主要集中分布在狹窄的臺(tái)地邊緣帶內(nèi)，生物礁儲(chǔ)層厚度大約為30～100 m，平面分布規(guī)律與已完井揭示的規(guī)律一致，與古地貌圖相符。

圖6 過(guò)f2井波阻抗反演剖面

圖7 普光地區(qū)長(zhǎng)興組生物礁儲(chǔ)層厚度分布

3.4 多屬性融合預(yù)測(cè)儲(chǔ)層

為了進(jìn)一步提高生物礁儲(chǔ)層預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性，針對(duì)生物礁丘形外觀、處于古地貌高地的特點(diǎn)，將古地貌結(jié)果、沉積相圖、屬性分析、波阻抗反演進(jìn)行融合分析，融合方式為等比例加權(quán)，得到普光地區(qū)長(zhǎng)興組生物礁儲(chǔ)層概率圖(圖8)，預(yù)測(cè)結(jié)果與鉆井結(jié)果更為相符。

4 結(jié)論

文中通過(guò)正演模擬、精細(xì)井震標(biāo)定建立了生物礁及礁蓋白云巖儲(chǔ)層的地震相識(shí)別模式，認(rèn)為生物礁具備典型的丘形反射特征，礁蓋白云巖儲(chǔ)層為強(qiáng)振幅“亮點(diǎn)”反射。針對(duì)生物礁的丘形反射，利用地震相識(shí)別及古地貌分析圈定了普光地區(qū)生物礁的有利分布范圍；在此基礎(chǔ)上，針對(duì)儲(chǔ)層的亮點(diǎn)反射特征，優(yōu)選了最大波谷振幅屬性及波阻抗反演對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行了精細(xì)預(yù)測(cè)，并通過(guò)沉積相帶約束和適宜的時(shí)窗選取規(guī)避了不利巖性(泥灰?guī)r)的干擾，提高了生物礁儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的精度，認(rèn)為生物礁及儲(chǔ)層主要沿開江—梁平陸棚東側(cè)臺(tái)緣呈狹窄的條帶狀展布。

圖8 普光地區(qū)長(zhǎng)興組生物礁儲(chǔ)層概率