江青春 李建忠,2 汪澤成 黃士鵬 蘇 旺 姜 華 曾富英 魯衛(wèi)華 畢 赫

1.中國石油勘探開發(fā)研究院 2. 中國石油吐哈油田公司

0 引言

以膏鹽巖為蓋層的油氣藏十分典型。據統(tǒng)計，全球約有8%的油氣藏以膏鹽巖為蓋層，其蘊含的石油探明儲量卻可以占到世界油氣探明儲量的55%[1]，以膏鹽巖為蓋層的油氣藏在全球大型油氣藏中所占的比例極高。這類油氣藏的特征是在膏鹽巖邊緣往往發(fā)育高能顆粒灘，而下部的洼陷區(qū)在海侵期多會發(fā)育厚層的烴源巖，進而形成下生上儲的油氣成藏組合。四川盆地川東地區(qū)[2-3]，鄂爾多斯盆地馬家溝組[4]等地區(qū)的勘探都揭示存在以膏鹽巖為蓋層的油氣藏。同時，不少學者也認為膏鹽巖發(fā)育區(qū)之下的震旦系可能是未來深層天然氣勘探的重要領域與方向[5-8]。研究膏鹽巖分布特征，預測膏鹽巖分布規(guī)律，對于發(fā)現和研究大型油氣藏具有十分重要的意義。近年來，我國學者對于川東地區(qū)寒武系膏鹽巖蓋層和碳酸鹽巖儲層的研究，主要集中于膏鹽巖構造與油氣圈閉關系[9-13]、膏鹽巖巖性特征與成因分析[14-17]、膏鹽巖沉積模式[18-28]、膏鹽巖層地震響應特征[29-35]以及通過地震屬性等方法定性預測膏鹽巖層的平面展布[27-29]等方面。然而，隨著精細油氣勘探和開發(fā)需求的發(fā)展，除了需要定性的巖性、沉積模型、地震響應特征分析外，定量的二維以及三維膏鹽巖分布預測也成為一項亟待解決的難題。通過膏鹽巖的精確刻畫與分布識別，既能夠從地質的角度精確描述蓋層的發(fā)育特征，又能夠從工程的角度事先做好準備，防止發(fā)生卡鉆和工程事故，從而能夠提高工程鉆探效率，縮短鉆井周期。對此，本文以川東地區(qū)的膏鹽巖構造和沉積研究為基礎，應用相控校正系數法，定量預測了該區(qū)寒武系的膏鹽巖厚度平面分布。

構造特征上，川東地區(qū)高陡構造帶構造十分復雜。震旦紀以區(qū)域性裂陷拉張伴隨強烈的差異升降運動，形成多個近南北向展布的裂陷。寒武紀沉積期，在加里東運動擠壓效應的影響下，盆地西南部形成一套陸棚—混積臺地相沉積；盆地東南部華鎣山和七曜山一帶，基底斷裂形成了相對封閉的沉積凹陷，即“萬州—宜賓凹陷”。這套構造體系的發(fā)育，為后期碳酸鹽巖半局限臺地和蒸發(fā)潟湖的形成創(chuàng)造了十分有利的條件。地層特征上看，川東地區(qū)寒武系自下而上發(fā)育有筇竹寺組、滄浪鋪組、龍王廟組以及高臺組（圖1），沉積環(huán)境以碎屑陸棚、混積陸棚、開闊臺地、半局限臺地、蒸發(fā)潮坪—潟湖等沉積體系為主。其中寒武系碳酸鹽巖—膏鹽巖共生體系主要發(fā)育在寒武系高臺組和龍王廟組中。龍王廟組的膏鹽巖沉積中心位于重慶—合江地區(qū)（臨7井附近）,膏鹽巖最厚可達419.9 m。高臺組膏鹽巖沉積中心在石柱—利川附近，膏鹽巖最厚可超過1 200 m。在兩個膏鹽巖沉積中心之間的部分地區(qū)（如座3井附近），高臺—龍王廟組膏鹽巖均發(fā)育（圖2）。

圖1 川東地區(qū)寒武系地層綜合柱狀圖

圖2 四川盆地寒武系膏鹽巖沉積厚度趨勢圖

在構造分析和沉積分析的基礎上，為了開展川東地區(qū)寒武系膏鹽層厚度的定量預測，本文在膏鹽/地層厚度之比分析基礎上，利用模型正演建立了不同巖性組合地震識別模式，將川東地區(qū)二維地震數據轉換成相控校正系數，進而實現相控校正系數平面圖編制及寒武系膏巖層厚度定量預測。

1 膏鹽巖與地層厚度比率分析

通過對川東地區(qū)寒武系膏鹽巖層發(fā)育段的巖性組合特征、水動力特征、沉積構造、連續(xù)沉積厚度及發(fā)育位置等方面差異進行對比，明確了寒武系含膏鹽巖地層的3種沉積環(huán)境，分別為：靜水潟湖、擾動潟湖、臺地—緩坡沉積（圖3）。并從巖性組合、膏鹽巖單層層厚、凹陷程度、封閉情況、發(fā)育位置、典型巖性組合、膏鹽巖厚度與地層厚度之比7個方面對3種沉積單元進行了對比，分析了各個沉積單元的具體特征。

圖3 四川盆地下寒武統(tǒng)膏鹽巖沉積模式圖

3種沉積單元的典型沉積特征表現為：

1）開闊—半局限臺地沉積：巖性主要發(fā)育白云巖、顆粒白云巖、重結晶白云巖，且白云巖發(fā)育厚度較大。在臺地相沉積時，古地貌較高，受到了較強的潮汐作用，局部古地理的高部位可形成顆粒灘。半局限—臺地沉積模式中局部古地理高沉積地層無膏鹽巖發(fā)育，膏鹽巖厚度與地層厚度之比為 0；在局部發(fā)育的薄層膏鹽巖層的巖性組合中，膏鹽巖厚度在地層厚度中占比在 10%～20% 之間。

2）半局限臺洼沉積：巖性以白云巖、鹽巖、石膏鹽巖及石膏質白云巖等為主，膏鹽巖單層厚度一般小于50 m，構造位置多位于相對低洼處的封閉—半封閉潟湖范圍中。巖性組合主要為互層型組合，表現為多層膏鹽巖與白云巖地層的互層沉積。膏鹽巖厚度在地層厚度中占比在20%～30%之間。

3）靜水潟湖沉積：主要發(fā)育石膏巖、鹽巖等巖性，膏鹽巖單層厚度大于50 m。構造位置多位于古地理沉積凹陷深部的封閉潟湖范圍內，潟湖內部沉積能量低、水體鹽度極高。靜水潟湖區(qū)整體發(fā)育厚層膏鹽巖型巖性組合，沉積物以膏巖層夾白云巖為主，膏鹽巖厚度與地層厚度之比介于60%～80%之間；局部靜水潟湖核心區(qū)巖性組合以巨厚膏巖、鹽巖為主，膏鹽巖厚度在地層厚度中占比大于80%（表 1）。

表1 川東寒武系膏鹽巖巖性組合特征表

2 多巖性組合模型正演

川東寒武系不同巖性組合內的膏巖厚度在地層厚度的占比不同，其地震響應特征也有差異。為了實現寒武系膏鹽巖層厚度預測，需要建立不同的巖性組合與地震反射之間的對應關系[6-8]。本文通過模型正演，建立了不同巖性組合與地震反射結構的對應關系，進而對寒武系不同層位的膏鹽巖層厚度進行預測。

2.1 模型正演參數設計

2.1.1 速度、密度參數

用于模型正演的主要參數包括速度和密度參數[11]。通過對研究區(qū)典型鉆井的測井聲波數據及密度數據的分析，得到了寒武系膏鹽巖層、砂泥巖層、石灰?guī)r層以及白云巖層的速度與密度參數（表2）。

表2 模型正演中不同巖性的速度及密度參數表

2.1.2 地震子波主頻

研究區(qū)主要地震測線振幅譜分析結果表明，研究區(qū)主要二維測線在寒武系地震資料主頻約20 Hz左右。40 Hz以上地震信息能量迅速衰減，有效信號較弱。對此，模型正演的子波主頻采用20 Hz。

2.1.3 二維模型的設計

二維地質模型的設計包括模型結構的設計以及模型中巖性厚度的設計。模型結構設計主要考慮外形特征。模型的外形特征通常由沉積相形態(tài)結構決定（如三角洲、生物礁灘體、河流相）等。研究區(qū)二維模型的設計以膏鹽巖層沉積模式為主，并結合實際鉆井的巖性組合來實現二維模型的建立。二維模型中的巖性厚度通常以實際典型鉆井地層厚度進行約束[13]，對4種不同的膏鹽巖巖性組合類型，選取就近典型井的實際地層厚度進行約束。

2.2 不同巖性組合模型正演

2.2.1 無膏鹽巖型巖性組合正演特征

高臺組頂部表現為強波峰反射特征，龍王廟組底部表現為強波谷反射特征，地震反射波組穩(wěn)定。在高臺—龍王廟組內部，由于沒有明顯的地層巖性變化，整體巖性比較單一，故而層間無明顯的地震反射界面。對于無膏鹽巖型巖性組合，整體表現為“弱振幅—空白”反射特征的地震響應（圖4）。

圖4 無膏鹽巖型巖性組合二維模型正演圖（以資陽1井為參考）

2.2.2 薄層膏鹽巖型巖性組合正演特征

對于錄井上的薄膏鹽巖層巖性組合的區(qū)域（膏鹽巖厚度小于10 m的區(qū)域），在高臺—龍王廟組間出現了弱波峰反射。薄層膏鹽巖波阻抗略低，在正演剖面上表現為空白反射背景下的中強振幅反射特征。與無膏鹽巖型模型正演結果有一定差異。值得注意的是，厚層膏鹽層反射強度比薄層膏鹽層的反射強度強，表明膏鹽巖反射強度與膏鹽巖厚度正相關。正演結果表明高臺—龍王廟組的白云巖地層內部發(fā)育單層一定厚度膏鹽巖（膏鹽巖厚度大于10 m）（圖 5）。

圖5 薄層膏鹽巖型巖性組合二維模型正演圖（以丁山1井為參考）

2.2.3 互層膏鹽巖型巖性組合正演特征

錄井上為互層型巖層巖性組合的區(qū)域，且在正常應力條件下，模型正演表現為極低的波阻抗特征，在地震剖面上表現為“多個強振幅”地震反射特征，反射波組特征與薄層膏鹽巖層的差異非常明顯，易于識別。模型正演結果表明在高臺—龍王廟組穩(wěn)定白云巖地層內部發(fā)育多套膏鹽層，膏鹽層具有一定厚度（單層厚度在16～25 m之間）（圖6）。

圖6 互層型膏鹽巖巖性組合二維模型正演圖（以座3井為參考）

錄井上為互層型巖層巖性組合的區(qū)域，且處于擠壓環(huán)境下，由于膏鹽巖層具有強烈的塑性特征，相對較厚層的膏鹽巖層易于發(fā)生塑性變形，原來相對穩(wěn)定的膏鹽巖層逐漸變?yōu)椤叭喟櫊睢⑾隳c狀”構造，其地震響應特征由原來的穩(wěn)定強反射逐漸變?yōu)椤岸梯S狀不穩(wěn)定強反射”地震響應，在地震剖面上易于識別（圖7）。

圖7 互層型膏鹽巖巖性組合二維模型正演圖（擠壓應力條件下）

2.2.4 厚層膏鹽巖型巖性組合正演特征

厚層膏鹽巖型巖性組合是指在高臺—龍王廟組之間發(fā)育多套巨厚的膏鹽巖層。膏鹽巖層的厚度基本超過數百米。從沉積環(huán)境來看，該類巖性組合地層均發(fā)育在靜水潟湖中。沉積水體很深，水體沉積能量很弱且鹽度極高。這類區(qū)域的在中心的正演特征表現為空白反射特征，在兩側的互層型膏鹽巖發(fā)育區(qū)，表現為多個強振幅反射特征（圖8）。

圖8 厚層型膏鹽巖巖性組合二維模型正演圖

在強烈應力擠壓條件下，厚層膏鹽巖層形成強烈的塑性變形，形成向上沖的構造擠壓應力，在厚層膏鹽巖層發(fā)育大型的蓋層滑脫型斷層，并在膏鹽巖滑脫層上部通常形成蓋層滑脫構造。這類巖性組合的正演特征表現為中心區(qū)典型的空白反射特征，部分地區(qū)表現為“眼球狀”的變形特征，其受到擠壓應力影響明顯；在膏鹽巖層上部形成凸起的背斜構造，通常伴隨大型膏鹽巖滑脫斷裂系統(tǒng)。而兩側的互層型膏鹽巖區(qū)，表現為多個強反射波組合特征（圖 9）。

圖9 厚層型膏鹽巖巖性組合二維模型正演圖（擠壓變形條件下）

利用二維模型正演建立了不同巖性組合下的膏鹽巖層地震響應特征。各巖性組合的地震響應特征為：薄層膏鹽巖型為弱—中強反射特征；互層膏鹽巖型為多個中—強振幅反射，在構造變形較強地區(qū)變成“短軸不穩(wěn)定強反射組合”；厚層膏鹽巖型呈現“空白反射”特征，在擠壓應力條件下，常形成滑脫構造體系，表現為“眼球狀”的反射特征（表 3）。

表3 寒武系膏鹽巖層的地震識別模式及預測表

3 應用相控校正系數法進行膏鹽巖厚度預測

由于膏鹽巖層發(fā)育以及厚度受到巖性組合控制明顯，如無膏鹽型巖性組合的膏鹽巖厚度約為0，互層膏鹽型巖性組合的膏鹽巖厚度占地層厚度的20%～30%?？梢酝ㄟ^不同巖性組合地震響應特征的識別結果，首先實現地層巖性組合的平面特征分析，然后根據不同巖性組合中膏鹽巖厚度與地層厚度之比的關系，分析相控校正系數的平面分布，最后實現相控條件下不同巖性組合的膏鹽巖層厚度預測。

3.1 各巖性組合平面特征分析

利用高臺—龍王廟組巖性組合的地震響應差異，將各條地震剖面劃分為不同巖性組合類型（無膏鹽巖型、薄層膏鹽巖型、互層膏鹽巖型、厚層膏鹽巖型）。進而在各條二維地震剖面的地層解釋和巖性解釋的基礎上，對研究區(qū)高臺—龍王廟組巖性組合進行平面插值，開展研究區(qū)的巖性組合平面特征分析（圖10）。

圖10 川東地區(qū)高臺—龍王廟組巖性組合平面圖

研究區(qū)高臺—龍王廟組巖性組合平面特征顯示，從西到東沉積水體具有逐漸變深的特征，沉積相橫向分帶性明顯。研究區(qū)西側整體沉積水體較淺，沉積巖性組合以無膏鹽巖型與薄層膏鹽巖型巖性組合為主；中部大部分地區(qū)為互層膏鹽型巖性組合，表明當時沉積水體整體較深，互層型膏鹽巖層普遍發(fā)育；東部沉積水體更深，同時能夠沉積厚度較大的膏鹽巖，主體為厚層膏鹽型巖性組合；在研究區(qū)的東部建深1井附近為靜水潟湖沉積中心，發(fā)育厚層膏鹽巖，表現為厚層膏鹽巖型巖性組合。

3.2 膏鹽校正系數分析

在巖性組合平面特征分析的基礎上，根據不同巖性組合中膏鹽巖層與地層厚度比的關系（表3），將不同巖性組合區(qū)賦予不同的校正系數值（如在無膏鹽巖型與薄層膏鹽巖型邊界，膏鹽巖層厚度占比為0.1；將薄層膏鹽與互層膏鹽型邊界，膏鹽厚度賦值0.2；以此類推），從而得到整個研究區(qū)不同巖性組合條件下膏鹽巖厚度的校正系數。以膏鹽巖厚度的校正系數為基礎，利用反網格化成圖方法，對研究區(qū)沉積相控膏鹽巖賦值，并對其進行網格化，得到研究區(qū)相控膏鹽巖厚度校正系數的平面展布（圖11）。

圖11 川東地區(qū)高臺—龍王廟組膏鹽巖厚度校正系數平面圖

從膏鹽巖相控校正系數平面圖看出，研究區(qū)西部膏鹽巖相控校正系數較低，校正值為0，中東部大部分地區(qū)校正系數在0.2～0.4之間，東部以及東南部靜水潟湖區(qū)，膏鹽巖層校正系數較大（校正系數基本大于0.5）；在工區(qū)建深1井東北部以及西南部的部分地區(qū)，膏鹽巖層校正系數甚至超過0.8。

3.3 沉積相控校正系數下的膏鹽巖厚度預測

在分析膏鹽巖相控校正系數平面特征的基礎上，結合地層厚度預測結果，將兩套數據網格相乘，得到基于相控校正系數膏鹽巖厚度預測結果。預測結果表明：研究區(qū)膏鹽巖層厚度自西向東逐漸增厚的特征，研究區(qū)西部膏鹽巖層的厚度多小于10 m，中部大部分地區(qū)膏鹽巖層的厚度為幾十到數百米，而研究區(qū)東部膏鹽巖層的厚度超過1 300 m。膏鹽巖層沉積厚度巨大（圖12）。

圖12 川東地區(qū)高臺—龍王廟組相控系數校正下的膏鹽巖厚度預測平面圖

定量的膏鹽巖層厚度預測，對于優(yōu)選勘探區(qū)十分重要。從鉆井施工角度看，在川東地區(qū)的石柱—利川附近，寒武系厚層膏鹽巖非常發(fā)育，鉆井工程風險較高；同時，從勘探選區(qū)的角度看，厚層膏鹽巖區(qū)為沉積水體較深地區(qū)，水動力能量較弱，不利于高能淺灘發(fā)育?？碧接欣麉^(qū)以膏鹽巖不發(fā)育的臺地—淺灘沉積環(huán)境為主（圖13），主要分布在合川—廣安西部以及座3井東部的局部地區(qū)。

圖13 川東地區(qū)高臺—龍王廟組沉積相平面圖

3.4 預測結果可靠性評價

研究區(qū)范圍內鉆至寒武系鉆井4口（太和1、五探1、座3、建深1），膏鹽巖厚度預測時，將太和1井、五探1井、座3井參與厚度校正，而建深1井作為盲井進行驗證。對比實鉆膏鹽巖厚度以及地震預測厚度，參與校正井預測誤差均小于10 m，而驗證井（建深1）預測誤差為95 m，整體誤差較?。ū?）。

表4 寒武系膏鹽層地震預測厚度與實鉆厚度對比表 單位：m

4 油氣地質意義

針對膏鹽層厚度的精確預測，對于碳酸鹽巖油氣勘探部署具有十分重要的油氣地質意義。首先，碳酸鹽巖盆地內油氣藏的形成，與膏鹽層的存在有著密切的關系。膏鹽層的形成環(huán)境往往是在高位體系域時期海平面下降的強蒸發(fā)背景下形成（圖13），在此之前的海侵期，膏鹽湖盆沉積中心的低洼區(qū)，有利于筇竹寺組優(yōu)質海相烴源巖的發(fā)育。同時膏鹽層的形成環(huán)境具有水體受限、能量低的特點，易于形成有機質富集的還原環(huán)境，從而發(fā)育與膏鹽相伴生的烴源巖，因此川東地區(qū)的兩個膏鹽湖盆中心區(qū)推測筇竹寺地層較厚，且可能發(fā)育優(yōu)質的厚層烴源巖和與膏鹽巖相伴生的烴源巖。

其次，此次膏鹽層的精確刻畫，對于川東地區(qū)膏鹽湖盆之下震旦系的天然氣勘探具有十分重要的現實意義。川東厚層膏鹽巖發(fā)育區(qū)，其下為震旦系燈影組，該套地層受桐灣運動的區(qū)域性暴露溶蝕影響，可形成規(guī)模性的丘灘相巖溶儲層，與其上的筇竹寺組烴源巖可構成上生下儲或旁生側儲的成藏組合。同時膏鹽層的發(fā)育可以為燈影組提供良好的蓋層及保存條件，川東地區(qū)寒武系膏鹽巖厚度在100～1 500 m，平均厚度在500 m以上（圖12），因此膏鹽巖發(fā)育區(qū)之下的震旦系保存條件優(yōu)越，未來隨著該區(qū)地震資料品質的提升，必將能夠識別出規(guī)模的丘灘體，海侵期膏鹽湖盆區(qū)優(yōu)質的筇竹寺組烴源巖在高過成熟階段其生成的液態(tài)烴經規(guī)模裂解后通過斷裂或者不整合輸導進入震旦系丘灘體，在上覆寒武系高臺組—龍王廟組膏鹽蓋層的封蓋下得以成藏和保持。構成了優(yōu)越的生儲蓋成藏序列，未來鹽下震旦系必將成為川東深層天然氣勘探的重要領域與方向。

同時，圍繞膏鹽巖湖盆邊緣的古地貌高部位往往會形成高能顆粒灘，與下部膏鹽湖盆中心區(qū)筇竹寺組烴源巖構成下生上儲的成藏組合。這一成藏特點在世界范圍內碳酸鹽巖盆地油氣勘探實踐中得到了證實[36-41]，如國外的濱里海盆地、墨西哥灣盆地等地區(qū)，國內的鄂爾多斯盆地都存在湖盆邊緣高能顆粒灘型儲集體，發(fā)現大中型油氣藏的勘探案例。本次通過對川東地區(qū)二維地震資料的深入分析，對川東寒武系膏鹽巖邊緣顆粒灘進行了精細的刻畫，在兩個膏鹽湖盆邊緣識別出6個大型顆粒灘體（圖13），未來通過進一步深化該區(qū)帶的成藏條件，在該區(qū)帶部署風險探井，必將獲得川東地區(qū)寒武系膏鹽湖盆邊緣顆粒灘的勘探突破。

最后，膏鹽巖的精確刻畫和定量預測，對于工程施工方面也具有重要的指導意義[42]。在實際鉆探過程中，可以根據精確預測的膏鹽層厚度做出施工部署，同時可避開膏鹽巖區(qū)域開展勘探工作。或應用預測結果，對于潛在的膏鹽巖區(qū)事先做好工程技術準備，防止發(fā)生卡鉆和工程事故，從而達到縮短鉆井周期，提高工程鉆探效率的目的。

5 結論

1）依據膏鹽的有無和薄厚將川東地區(qū)寒武系的地層組合劃分成無膏鹽型、薄層膏鹽型、互層膏鹽型、厚層膏鹽型（厚層膏鹽滑動）4種類型，模型正演揭示其地震響應特征差異性顯著。

2）在沉積模式指導下，結合不同膏鹽鹽地層組合的正演特征應用相控校正系數法對川東地區(qū)寒武系膏鹽巖層的厚度進行了定量預測，預測結果與實鉆井吻合度較高，發(fā)現建深1井區(qū)和太和1以東區(qū)域存在兩個膏鹽中心，可能是筇竹寺烴源巖的優(yōu)勢發(fā)育區(qū)。

3）兩個膏鹽湖盆邊緣膏鹽較薄的豐都、萬州以西地區(qū)古地貌較高，識別出6個大型顆粒灘，是未來的風險勘探潛在領域。

4）膏鹽巖的精細刻畫，明確了其分布范圍，而這套膏鹽巖是川東地區(qū)震旦系與寒武系氣藏的重要蓋層，起到很好的保存和封蓋作用，同時對于膏鹽巖區(qū)事先做好工程技術準備，防止發(fā)生卡鉆和工程事故也具有現實的工程意義。