張連進(jìn), 蘭雪梅, 王 昊, 譚開俊, 樂幸福,王俊杰, 王 斌, 文 雯

(1.中國石油 西南油氣田分公司勘探開發(fā)研究院，成都 610051；2.中國石油 川慶鉆探工程公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院，成都 610051；3.中國石油 勘探開發(fā)研究院西北分院，蘭州 730020；4. 中國石油 天然氣集團(tuán)公司油藏描述重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730020)

0 引言

四川盆地二疊系具有豐富的天然氣資源，其中棲霞組和茅口組一直是盆地天然氣勘探開發(fā)的重要層系之一，而四川盆地西北部棲霞組則是目前最為現(xiàn)實(shí)和最有潛力的勘探領(lǐng)域[1-3]。近年來，通過深化盆地西北部復(fù)雜構(gòu)造帶深層棲霞組地質(zhì)認(rèn)識(shí)，相繼部署了多口探井，均發(fā)現(xiàn)孔隙型白云巖儲(chǔ)層[2-4]，并獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流，進(jìn)一步證實(shí)了該區(qū)棲霞組良好的勘探開發(fā)前景。棲霞組地層埋藏深、儲(chǔ)層較薄且非均質(zhì)性較強(qiáng)，早期部署的二維地震資料深層反射成像差、分辨率低，導(dǎo)致構(gòu)造難以落實(shí)、儲(chǔ)層預(yù)測精度低。近年來，圍繞四川盆地西北部復(fù)雜構(gòu)造帶深層棲霞組勘探，規(guī)模實(shí)施了三維地震和束線三維地震，并開展了三維地震資料連片處理，提高了深層資料品質(zhì)。在這些新的三維地震資料基礎(chǔ)上，通過基于構(gòu)造物理模擬的構(gòu)造建模、古地貌恢復(fù)、基于正演模擬的地震屬性分析、儲(chǔ)層預(yù)測等一系列地震資料解釋技術(shù)攻關(guān)，進(jìn)一步落實(shí)了棲霞組構(gòu)造形態(tài)和圈閉規(guī)模，明確了儲(chǔ)層的縱橫向上展布和高產(chǎn)富集區(qū)，為該區(qū)勘探開發(fā)井位部署提供了技術(shù)支撐。

圖1 川西北區(qū)域構(gòu)造位置Fig.1 The structure of the study area is located

1 地質(zhì)特征

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

四川盆地西北部(簡稱川西北)位于龍門山斷褶皺帶北段，東鄰川北古中拗陷低緩帶，西與松潘甘孜地槽相接，大致呈北東—南西走向(圖1)。早二疊世，來自周緣的海水向盆地內(nèi)部侵入，在石炭系之上沉積了濱岸沼澤相的梁山組。隨后發(fā)生大規(guī)?？焖俸Ｇ?，沉積了以臺(tái)地相淺海碳酸鹽巖為主的棲霞組，自西向東依次發(fā)育盆地、斜坡、臺(tái)緣灘和開闊臺(tái)地[5-7]。棲霞組地層厚度約70 m～140 m，中上部以灰白-淺灰色生屑灰?guī)r和淺灰色-灰色厚層塊狀細(xì)-中晶生屑云巖為主，下部以深灰色-黑灰色薄-中層狀泥晶生屑、生物灰?guī)r為主。

1.2 儲(chǔ)層特征

川西北棲霞組儲(chǔ)層主要位白云巖，以晶粒白云巖和豹斑狀白云巖為主[2]?？v向上，白云巖儲(chǔ)層主要分布在棲霞組中上部；橫向上，白云巖儲(chǔ)層單層厚度相對較薄，但可連續(xù)對比追蹤、分布范圍廣。棲霞組白云巖儲(chǔ)層發(fā)育多種儲(chǔ)集空間類型，以晶間孔、溶孔和溶蝕孔洞為主。全直徑孔隙度在2.05%～13.38%之間，平均為4.0%，中值為3.5%，主要分布在2%～4%之間；全直徑滲透率在0.000 328 mD～27.2 mD之間，平均為2.26 mD，中值為0.175 mD，主要分布在0.01 mD～10 mD之間。孔隙度和滲透率總體上具有較好的正相關(guān)關(guān)系，其儲(chǔ)集性能隨白云石化作用和溶蝕作用增強(qiáng)而逐漸變好。

2 深層地震資料解釋關(guān)鍵技術(shù)

2.1 基于構(gòu)造物理模擬的復(fù)雜構(gòu)造建模技術(shù)

構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)是構(gòu)造變形過程和形成機(jī)制研究的有效手段，已在復(fù)雜構(gòu)造研究中發(fā)揮了十分重要的作用。構(gòu)造物理模擬遵循實(shí)驗(yàn)相似性基本原理，利用適當(dāng)?shù)臋C(jī)械裝置和材料，通過將原型進(jìn)行同比例放大或縮小，在實(shí)驗(yàn)室條件下再現(xiàn)地質(zhì)歷史過程[8]，從而研究構(gòu)造變形的形成機(jī)制，揭示構(gòu)造變形各要素之間的內(nèi)在聯(lián)系，分析不同變形機(jī)制和邊界條件下的構(gòu)造模式[9]。為了真實(shí)再現(xiàn)川西北復(fù)雜構(gòu)造的構(gòu)造模式和成因機(jī)制，利用構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行正演模擬(圖2)。由圖2可以看出，總體具前展式的構(gòu)造變形特征，由一組高角度疊瓦逆沖巖片和一組低角度疊瓦逆沖巖片組成。前者主要以垂直抬升為主，后者通過深部滑脫層和中部滑脫層的共同作用依次形成3組疊置巖片體，形成淺部高陡構(gòu)造和深部低幅度構(gòu)造。該種構(gòu)造變形屬于深部滑脫面和中部軟弱滑脫面共同作用，形成的復(fù)雜逆沖疊瓦體系。

在構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合鉆井測井資料、地面露頭地質(zhì)資料、井旁構(gòu)造恢復(fù)以及構(gòu)造幾何學(xué)分析，建立川西北構(gòu)造模式。從造山帶向盆地方向的構(gòu)造變形具明顯差異性(圖3)。在逆沖推覆構(gòu)造帶，外來巨厚泥盆系、志留系推覆體直接逆掩在三疊系—二疊系之上。在準(zhǔn)原地沖斷帶，以多套三疊系—二疊系巖片的垂向疊置形成疊瓦狀構(gòu)造。原在地隱伏帶，下構(gòu)造層以基底卷入弱變形為主，形成寬緩隆起；中構(gòu)造層以斷層擠壓褶皺變形為主，形成眾多背斜、斷背斜和斷塊；上構(gòu)造層以被動(dòng)變形為主，形成整體南東傾的單斜。

圖2 川西北復(fù)雜構(gòu)造物理模擬過程Fig.2 The process of the complex structure physical modeling in northwest of Sichuan basin

圖3 川西北構(gòu)造模式圖(2016CXB02疊前時(shí)間偏移剖面)Fig.3 The tectonics pattern in northwest of sichuan basin(2016CXB02 pre-stack time migratio profile)

2.2 古地貌恢復(fù)技術(shù)

古地貌恢復(fù)對于尋找碳酸鹽巖沉積高能相帶和巖溶儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)具有重要的指導(dǎo)意義。古地貌恢復(fù)通常采用殘余地層厚度法(殘厚法)和沉積補(bǔ)償厚度法(印模法)[10]，該區(qū)棲霞組上覆地層茅口組沉積之后，東吳運(yùn)動(dòng)茅口組地層遭受抬升剝蝕，因此古地貌恢復(fù)難以用印模法實(shí)現(xiàn)。根據(jù)鉆井資料和地震資料，采用殘厚法對棲霞組的沉積古地貌加以恢復(fù)(圖4)。由圖4可以看出，川西北棲霞組沉積前古地貌總體表現(xiàn)為“西北高、東南低”的特征，江油—?jiǎng)﹂w一帶古地貌高，廣泛發(fā)育臺(tái)緣灘，這些臺(tái)緣灘在經(jīng)歷了一系列白云石化作用和巖溶作用后在古地貌高帶形成了廣泛分布的白云巖儲(chǔ)層。

圖4 四川盆地西北部棲霞組沉積古地貌(棲霞組殘余地層厚度)Fig.4 In the northwestern sichuan basin before the qixia formation sedimentary paleo geomorphology (Qixia group residual strata thickness)

圖5 棲霞組儲(chǔ)層正演模擬偏移剖面Fig.5 The migration section for forward modeling of the Qixia formation reservoir(a)高速度模型；(b)中速度模型；(c)低速度模型

2.3 基于正演模擬的地震屬性技術(shù)

地震正演模擬是用物理模型和數(shù)學(xué)模型代替地下真實(shí)介質(zhì)，用物理實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)計(jì)算模擬地震記錄的形成過程，以得到理論地震記錄的各種方法和技術(shù)[11]。通過地震正演模擬可以建立不同巖性組合、不同儲(chǔ)層類型、不同儲(chǔ)層厚度、不同儲(chǔ)層物性以及不同流體充填的地震響應(yīng)特征，為地震資料解譯和儲(chǔ)層預(yù)測提供依據(jù)[12]。

圖6 四川盆地西北部最大波峰振幅屬性平面圖Fig.6 The plan of maximum peak amplitude in the NW of Sichuan basin

圖7 棲霞組波阻抗值與孔隙度值交匯圖Fig.7 The crossplot of wave impedance and porosity in the Qixia formation

通過測井—地震標(biāo)定，當(dāng)棲霞組白云巖儲(chǔ)層發(fā)育時(shí)，地震響應(yīng)特征為寬波谷中的弱波峰或復(fù)波反射，振幅能量有差異；當(dāng)棲霞組白云巖儲(chǔ)層不發(fā)育時(shí)，地震響應(yīng)特征為寬波谷，無弱波峰或復(fù)波反射。

圖8 過ST9-ST8-ST3-SY001-1波阻抗反演剖面和孔隙度反演剖面Fig.8 The wave impedance profile and the porosity profileof well ST9-ST8-ST3-SY001-1(a)波阻抗反演剖面;(b)孔隙度反演剖面

圖9 四川盆地西北部棲霞組儲(chǔ)層厚度平面圖Fig.9 The plan of thickness of the qixia formation reservoir in the NW of Sichuan basin

為了進(jìn)一步研究白云巖儲(chǔ)層的反射特征和振幅能量的差異，采用二維全波場波動(dòng)方程開展正演模擬(圖5)。設(shè)置三組模型：①儲(chǔ)層低速度為5 600 m/s(對應(yīng)儲(chǔ)層孔隙度為5.0%);②儲(chǔ)層中等速度為5 800 m/s(對應(yīng)儲(chǔ)層孔隙度為3.8%);③ 儲(chǔ)層高速度為6 000 m/s(對應(yīng)儲(chǔ)層孔隙度為3.2%)。同時(shí)考慮儲(chǔ)層發(fā)育部位距茅口組底界距離分別為30 m、20 m、10 m，子波頻率均為30 Hz(與實(shí)際地震資料主頻一致)。由圖5可以看出，儲(chǔ)層孔隙度越高，波峰的振幅越強(qiáng)；儲(chǔ)層發(fā)育部位距離茅口組底界小于10 m時(shí)，儲(chǔ)層地震響應(yīng)呈復(fù)波反射。通過多種振幅屬性試驗(yàn)，優(yōu)選最大波峰振幅屬性(圖6)開展儲(chǔ)層定性預(yù)測。從圖6可看出，呈條狀的強(qiáng)振幅能量帶儲(chǔ)層物性較好，與實(shí)鉆井吻合。這一強(qiáng)振幅能量帶分布范圍廣，主要分布在ST11—ST6—ST1區(qū)域。

2.4 深層白云巖薄儲(chǔ)層預(yù)測技術(shù)

地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演方法，將高分辨率的測井信息與低分辨率的地震資料有機(jī)結(jié)合起來[13-14]，兼顧了測井資料的縱向分辨率和地震資料的橫向分辨率，從而獲得具有較強(qiáng)預(yù)測性的高分辨率反演剖面，能夠有效解決薄儲(chǔ)層預(yù)測。

從測井資料來看，棲霞組白云巖儲(chǔ)層具有高聲波時(shí)差、低自然伽馬、高中子、深淺雙側(cè)向電阻率正差異等特征。通過測井資料交匯分析，確定儲(chǔ)層門檻值(孔隙度大于2.0%、波阻抗小于1.639 5×104g/cm3·m/s)(圖7)。儲(chǔ)層預(yù)測步驟：①開展自然伽馬曲線反演，消除泥質(zhì)灰?guī)r或含泥白云巖(低速地層)的影響[15];②采用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行波組抗反演得到儲(chǔ)層厚度;③根據(jù)波阻抗與孔隙度關(guān)系得到儲(chǔ)層孔隙度。從反演結(jié)果來看(圖8)，地震預(yù)測與實(shí)鉆井較吻合，說明這種反演方法是切實(shí)有效的。

圖10 四川盆地西北部棲霞組儲(chǔ)層孔隙度平面圖Fig.10 The plan of the qixia formation porosity in the NW of Sichuan basin

從棲霞組儲(chǔ)層厚度平面圖(圖9)可看出，棲霞組白云巖儲(chǔ)層整體連片分布，呈“西厚東薄、北厚南薄”的特征，厚度普遍在12 m～35 m之間，局部地區(qū)儲(chǔ)層發(fā)育，厚度普遍大于21 m(如ST1、ST3、ST9等井區(qū))。東部地區(qū)儲(chǔ)層不發(fā)育，厚度普遍小于9 m(如LG70井區(qū))。從根據(jù)波阻抗與孔隙度關(guān)系得到的儲(chǔ)層孔隙度平面圖(圖10)可看出，棲霞組白云巖儲(chǔ)層孔隙度分布與儲(chǔ)層厚度分布特征基本類似，孔隙度普遍在3%～4.5%之間。局部地區(qū)儲(chǔ)層物性較好，孔隙度普遍大于3.5%(如ST1、ST3、ST9等井區(qū))。東部地區(qū)儲(chǔ)層物性較差，孔隙度普遍小于3%(如LG70井區(qū))。

3 應(yīng)用效果

通過深層地震資料解釋關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)研究，建立了構(gòu)造模式，落實(shí)了構(gòu)造細(xì)節(jié)和圈閉展布，明確了棲霞組白云巖儲(chǔ)層的縱橫向分布和高產(chǎn)富集區(qū)，逐步形成了復(fù)雜構(gòu)造帶深層地震資料解釋關(guān)鍵技術(shù)，有力推動(dòng)了川西北棲霞組勘探開發(fā)井位部署。

3.1 落實(shí)構(gòu)造特征

在構(gòu)造模式指導(dǎo)下，開展精細(xì)構(gòu)造解釋，刻畫了多條斷層的展布，特別是①號斷裂的展布，拓展了①號斷裂下盤原地隱伏帶的勘探面積；刻畫了多個(gè)背斜、斷背斜和斷塊圈閉，落實(shí)了圈閉規(guī)模。發(fā)育的多排構(gòu)造圈閉與①號斷裂和白云巖有利儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)疊合，形成了大型構(gòu)造—巖性圈閉。地震資料解釋精度與實(shí)鉆對比，相對誤差小于1%，提高了解釋精度。

3.2 明確儲(chǔ)層展布

通過基于正演模擬的地震屬性分析和疊后地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演，開展了儲(chǔ)層定性和定量預(yù)測，明確了白云巖儲(chǔ)層的縱橫向分布以及甜點(diǎn)儲(chǔ)層的分布，為高產(chǎn)井部署提供了支撐。儲(chǔ)層地震預(yù)測與實(shí)鉆井誤差較小(儲(chǔ)層厚度絕對誤差范圍在0.6 m～3 m之間，孔隙度絕對誤差范圍在0.1%～0.5%之間)，滿足儲(chǔ)層預(yù)測要求。

3.3 指導(dǎo)勘探部署

根據(jù)儲(chǔ)層預(yù)測結(jié)果，采用儲(chǔ)能系數(shù)方法開展綜合評價(jià)，優(yōu)選I類儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)面積為1 248 km2，明確了高產(chǎn)富集區(qū)，據(jù)此部署了探井15口、評價(jià)井9口，ST8、SY132等多口井獲得高產(chǎn)，見到了很好的生產(chǎn)效果，加快了川西北深層海相碳酸鹽巖天然氣勘探開步伐。

4 結(jié)論

1)通過構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)、井旁構(gòu)造恢復(fù)以及構(gòu)造幾何學(xué)分析，結(jié)合鉆井測井資料和地面露頭地質(zhì)資料，建立了川西北構(gòu)造模式，為后續(xù)精細(xì)構(gòu)造解釋、構(gòu)造特征和圈閉規(guī)模落實(shí)提供了借鑒。

2)棲霞組儲(chǔ)層呈弱波峰或復(fù)波地震響應(yīng)特征，利用基于正演模擬的地震屬性分析和疊后地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演方法定性、定量地開展白云巖薄儲(chǔ)層預(yù)測，取得較好效果，是行之有效的實(shí)用技術(shù)。

3)逐步形成的復(fù)雜構(gòu)造深層地震資料解釋關(guān)鍵技術(shù)，較好地解決了復(fù)雜構(gòu)造帶深層構(gòu)造落實(shí)和薄儲(chǔ)層預(yù)測等難題，明確了高產(chǎn)富集區(qū)，為勘探開發(fā)井位部署提供了有效的技術(shù)支撐，生產(chǎn)效果較好。