陳會(huì)霞 潘 蓓 季春輝 李文成 張志宇 郝祥禮

（1.中國(guó)石化勘探分公司，四川 成都 610041；2.長(zhǎng)沙礦冶研究院有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410012）

0 引言

茅口組碳酸鹽巖是四川盆地油氣勘探的重點(diǎn)層系，A7井在茅三段測(cè)試獲得日產(chǎn)105.9×104m3的高產(chǎn)工業(yè)氣流，實(shí)現(xiàn)了四川盆地茅口組臺(tái)緣高能灘相新領(lǐng)域的油氣勘探重大突破［1］。前期地質(zhì)研究認(rèn)為，元壩地區(qū)茅三段高能灘相儲(chǔ)層主要發(fā)育在臺(tái)地邊緣相內(nèi)，近期鉆井揭示元壩地區(qū)茅三段臺(tái)緣灘相儲(chǔ)層受到巖溶作用改造，形成巖溶孔洞型儲(chǔ)集層，是油氣勘探的有利區(qū)［2-3］。然而鉆井揭示茅三段巖溶儲(chǔ)層厚度薄、非均質(zhì)性強(qiáng)，且元壩地區(qū)茅口組地層埋深普遍大于7 000 m，常規(guī)地震資料對(duì)于儲(chǔ)層的識(shí)別能力不足?；谝陨蠁?wèn)題，筆者針對(duì)元壩地區(qū)茅三段的地質(zhì)構(gòu)造特征開(kāi)展地震資料優(yōu)化處理、古地貌恢復(fù)、結(jié)構(gòu)張量屬性分析，以期刻畫(huà)出茅三段巖溶體的展布。

1 研究區(qū)概況

元壩地區(qū)位于四川盆地北部，整體為一個(gè)大型低緩構(gòu)造帶。川北地區(qū)茅口組沉積過(guò)程分為兩個(gè)階段，茅一、茅二沉積期為穩(wěn)定沉降的碳酸鹽巖緩坡沉積。受峨眉地裂運(yùn)動(dòng)影響，早期存在的基底斷裂活動(dòng)產(chǎn)生的差異性升降使得川北地區(qū)茅口組早期緩坡沉積格局轉(zhuǎn)變?yōu)槊┤砥诶瓘埩严莸呐_(tái)棚格局，形成開(kāi)江—梁平陸棚雛形，元壩地區(qū)地處開(kāi)江—梁平陸棚西側(cè)，發(fā)育臺(tái)地邊緣—斜坡—陸棚沉積相帶。

早二疊世末期，受峨眉地幔柱隆升影響，四川盆地遭受差異抬升，茅口組頂部出露地表，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的沉積間斷，期間遭受了長(zhǎng)期的風(fēng)化剝蝕和大氣水淋濾溶蝕作用，在茅口組內(nèi)部形成了大量的孔洞空間，茅口組頂部形成了地表巖溶地貌［4］。元壩地區(qū)茅三段臺(tái)緣淺灘繼承性演化為巖溶高古地貌，一方面古地貌高部位淺灘具有一定基質(zhì)孔隙，良好的物質(zhì)基礎(chǔ)有利于后期不整合巖溶疊加改造，形成茅口組頂部孔隙—孔洞型儲(chǔ)層，另一方面暴露巖溶作用使得茅三段中部發(fā)育半充填巖溶縫洞儲(chǔ)層［5］。

2 茅三段巖溶體刻畫(huà)

四川盆地在茅口組末期發(fā)生了大面積表生成巖作用，沿不整合面或斷裂形成巖溶縫洞型儲(chǔ)層，目前對(duì)于四川盆地巖溶儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)方法主要是基于測(cè)井和地震資料來(lái)分析巖溶儲(chǔ)層的地震響應(yīng)特征［6-10］。元壩地區(qū)多口鉆井巖心巖溶特征明顯，但是儲(chǔ)層薄、非均質(zhì)性強(qiáng)，其測(cè)井、地震響應(yīng)不明確，目前無(wú)法通過(guò)常規(guī)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)手段進(jìn)行精細(xì)刻畫(huà)，筆者主要探索利用鉆井建立的巖溶地質(zhì)模式，結(jié)合古巖溶地貌和結(jié)構(gòu)張量屬性分析來(lái)精細(xì)刻畫(huà)茅三段巖溶體的展布。

2.1 地震資料優(yōu)化處理

元壩地區(qū)茅三段地層埋深大，原始剖面主頻較低、頻帶窄，且茅三段內(nèi)部反射特征變化微弱、巖溶特征難以識(shí)別，儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的難度大。本次針對(duì)茅三段巖溶目標(biāo)進(jìn)行基于壓縮感知的提高分辨率處理，處理后的地震資料主頻由25 Hz提升到40 Hz，帶寬由10～55 Hz拓寬至6～82 Hz，提高分辨率資料低頻保留良好，地層及沉積結(jié)構(gòu)保持一致；高頻拓寬效果顯著，茅三段內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)豐富，能更清楚地反映茅三段地貌變化特征（圖1），為后期儲(chǔ)層預(yù)測(cè)奠定了基礎(chǔ)［11］。

圖1 地震資料提頻前后對(duì)比圖

構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波技術(shù)可以通過(guò)利用地層傾角和方位角進(jìn)行定向?yàn)V波，將原始地震資料中不連續(xù)的同相軸進(jìn)行濾波修飾，在壓制隨機(jī)噪聲的同時(shí)提高地震資料信噪比［12］。本次研究開(kāi)展基于以傾角為導(dǎo)向的構(gòu)造濾波優(yōu)化處理，提高了原始數(shù)據(jù)信噪比（圖2a、圖2b黑色箭頭處），茅口組頂界同相軸振幅橫向能量突變、斷點(diǎn)更清晰、干脆（圖2a、圖2b黃色圓圈處），提高了對(duì)茅三段巖溶體的識(shí)別能力（圖2）。

圖2 基于壓縮感知的提高分辨率處理地震資料構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波處理前后對(duì)比圖

2.2 巖溶古地貌刻畫(huà)

古地貌決定了古巖溶的深度、范圍和強(qiáng)度，古地貌恢復(fù)對(duì)于認(rèn)識(shí)巖溶儲(chǔ)層的發(fā)育規(guī)律、尋找有利區(qū)帶具有重要的指導(dǎo)意義［13］。由于元壩地區(qū)茅三段殘余地層厚度大的區(qū)域整體沉積能量較高，殘余地層厚度小的區(qū)域沉積能量較低，殘余厚度大小與古巖溶地貌高低具有正相關(guān)性，表現(xiàn)為低部位侵蝕為主的巖溶特征［14-15］，因此可以采用殘余厚度法對(duì)其古巖溶地貌進(jìn)行恢復(fù)。根據(jù)元壩鉆井茅口組地層沉積相分析，元壩地區(qū)茅三段為不等厚沉積，這表明茅三段底面難以作為基準(zhǔn)面來(lái)恢復(fù)茅三段巖溶古地貌，而該區(qū)茅一段、棲霞地層區(qū)域分布廣泛，厚度基本穩(wěn)定，且無(wú)明顯構(gòu)造隆起、斷裂，屬整體抬升特征，因而筆者以茅一段頂面作為茅口組頂面古巖溶地貌恢復(fù)基準(zhǔn)面，利用殘余厚度法來(lái)恢復(fù)茅口組頂面古巖溶地貌。

元壩地區(qū)茅三段巖溶古地貌整體呈北西—南東走向，最高地貌位于A7井附近（圖3）。根據(jù)茅口組頂面至茅二段底面厚度、內(nèi)部相對(duì)高差，結(jié)合古地理環(huán)境、古水動(dòng)力分析，將元壩地區(qū)茅口組頂面古巖溶地貌劃分為3類(lèi)二級(jí)地貌單元（表1）。

表1 元壩地區(qū)茅口組頂面古巖溶地貌類(lèi)型劃分表

圖3 元壩地區(qū)茅三晚期巖溶古地貌圖

巖溶高地位于元壩地區(qū)北部，地形、地勢(shì)平坦，地形微起伏，地表水系不發(fā)育，負(fù)地形以淺洼地為主。該地區(qū)屬元壩地區(qū)高部位、地下水補(bǔ)給區(qū)。大氣降水以垂向入滲為主，巖溶作用主要沿裂縫進(jìn)行淋濾、滲濾，受地形坡降的影響，巖溶地下水分別向北側(cè)、西南側(cè)徑流排泄。由于巖溶高地向兩側(cè)坡降較小，地下水側(cè)向徑流緩慢，因而此時(shí)期巖溶作用主要位于淺部0～40 m范圍，巖溶以溶蝕孔洞為主。巖溶峰叢位于元壩地區(qū)東南部，地形起伏大，溝谷發(fā)育。該地區(qū)較巖溶高地位置相對(duì)低一些，屬地下水補(bǔ)給、徑流區(qū)。地下水補(bǔ)給除接受大氣降水垂向入滲外，還接受高地貌區(qū)的側(cè)向徑流補(bǔ)給，因而整體巖溶作用強(qiáng)度比巖溶高地稍強(qiáng)。巖溶作用也主要發(fā)生在淺部0～80 m范圍，受水動(dòng)力強(qiáng)度和暴露時(shí)間的影響，巖溶以溶蝕孔洞、溶蝕裂縫為主，溶蝕縫洞規(guī)模較小。巖溶丘叢位于元壩地區(qū)西南部，地形、地勢(shì)有一定的起伏，屬元壩地區(qū)相對(duì)低部位、地下水徑流排泄區(qū)，地下水主要接受巖溶高地和巖溶峰叢的側(cè)向徑流排泄，整體水巖作用周期相對(duì)較長(zhǎng)，但由于地下水徑流緩慢，巖溶作用強(qiáng)度相對(duì)較弱（圖3）。

2.3 巖溶體地震異常識(shí)別

鉆井揭示元壩地區(qū)茅三段巖溶發(fā)育規(guī)模較小且充填嚴(yán)重，巖溶儲(chǔ)層薄、非均質(zhì)性強(qiáng)，且不同巖溶相內(nèi)巖溶縫洞體發(fā)育程度及地震響應(yīng)特征存在差異。A7井、A701井、A702井位于巖溶高地內(nèi)（圖3），茅三段頂部巖溶作用較弱，頂部風(fēng)化殘積層基本不發(fā)育（圖4），局部發(fā)育孔隙—孔洞型儲(chǔ)層；垂向滲流作用相對(duì)較弱，局部裂縫發(fā)育，被附近巖溶側(cè)向泥質(zhì)充填，部分半充填，偶見(jiàn)殘余孔洞；水平潛流基本不發(fā)育。地震上表現(xiàn)為殘余地層厚，頂?shù)捉缑鏅M向連續(xù)性強(qiáng)、頂?shù)字腥醪ǚ澹瑑?nèi)部空白或復(fù)波的反射特征。A8井位于峰叢的斜坡區(qū)（圖3），茅三段頂部巖溶作用強(qiáng)，頂部風(fēng)化殘積層較厚（圖4），巖心顯示垂向滲流作用強(qiáng)，充填方解石、硅質(zhì)等，殘余孔洞少，水平潛流帶可見(jiàn)大量殘余溶洞（圖5）。地震上表現(xiàn)為頂界面起伏大、頂?shù)赘哳l強(qiáng)波峰反射特征。A15井位于丘叢內(nèi)地貌最低的位置（圖3），代表了基質(zhì)物性比較致密，巖溶儲(chǔ)層基本不發(fā)育。

圖4 元壩地區(qū)A8—A702—A701—A7井茅三段巖溶分帶及儲(chǔ)層連井對(duì)比圖

圖5 A8井茅三段巖心照片

三維地震數(shù)據(jù)包含了大量的地質(zhì)信息，基于三維地震數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)巖溶縫洞體的準(zhǔn)確檢測(cè)是定量預(yù)測(cè)巖溶儲(chǔ)層的關(guān)鍵。梯度結(jié)構(gòu)張量（GST）算法不僅對(duì)地震道的波形和振幅橫向變化敏感，而且包含反射界面的傾角和方位角信息，可依據(jù)地質(zhì)體的結(jié)構(gòu)特征直觀地提取相干屬性，物理特性更明確［16-17］。對(duì)比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)類(lèi)屬性，如相干、曲率、方差等算法，GST算法具有更強(qiáng)的抗噪性和分辨能力，對(duì)于巖溶體的識(shí)別和描述效果更好，該屬性目前已在塔北巖溶體［18］、順北斷縫體［19］和川南茅口組巖溶等領(lǐng)域取得了較好的應(yīng)用效果。

通過(guò)結(jié)構(gòu)張量屬性與鉆井精細(xì)刻度，如圖6、圖7所示，紅色區(qū)（結(jié)構(gòu)張量屬性值大于0.056）反映的是巖溶早期充填作用，可分為表生暴露巖溶裂縫充填鈣泥質(zhì)期和表生暴露后龍?zhí)督M碎屑充填期兩期作用。其中縱向區(qū)域?yàn)閯偝练e不久的茅口組地層遭受大氣淡水溶蝕后，灰泥和生屑順?biāo)粠霒|吳作用形成的垂向裂縫，裂縫附近巖石垮落而形成的巖溶垮塌區(qū)，整體以角礫與滲流的泥、生屑混合物快速堆積填充。該區(qū)垂向充填較為嚴(yán)重，但推測(cè)洞底附近存在橫向徑流帶，并存留未被充填孔洞。茅口組頂面橫向展布的紅色區(qū)域?yàn)轱L(fēng)化殘積層，為暴露巖溶期結(jié)束后，吳家坪組泥和煤對(duì)巖溶縫洞的二次充填，導(dǎo)致儲(chǔ)集空間進(jìn)一步減小。黃色區(qū)（結(jié)構(gòu)張量屬性值介于0.040～0.056）和綠色區(qū)（結(jié)構(gòu)張量屬性值介于0.025～0.040）為巖溶作用輻射區(qū)，前兩期填充作用相對(duì)較弱，進(jìn)入埋藏期后可能有一定程度的方解石填充，整體殘余孔洞較多，有較大可能為儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)。

圖6 元壩地區(qū)結(jié)構(gòu)張量屬性疊合地震連井剖面A-A'

圖7 元壩地區(qū)結(jié)構(gòu)張量屬性疊合地震連井剖面B-B'

結(jié)構(gòu)張量屬性與已鉆井吻合程度高，可以有效地反映茅三段巖溶異常體的可能展布形態(tài)。根據(jù)結(jié)構(gòu)張量屬性刻畫(huà)的異常體的展布分析認(rèn)為，不同地貌單元內(nèi)巖溶發(fā)育程度存在差異，整體上峰叢巖溶發(fā)育程度最高，其次是高地，丘叢最低。峰叢巖溶程度最高，相帶內(nèi)紅色區(qū)范圍大，表現(xiàn)為頂部風(fēng)化層以及溝谷或者地貌低部位有垂向和側(cè)向溶蝕充填，溝谷兩側(cè)的黃綠色區(qū)為巖溶作用輻射區(qū)，充填作用相對(duì)較弱，殘留孔洞多，儲(chǔ)層發(fā)育；高地巖溶程度較高，相帶內(nèi)紅色區(qū)范圍較大，主要表現(xiàn)為頂部風(fēng)化層及局部多個(gè)巖溶漏斗的垂向滲流帶充填，黃綠色區(qū)范圍小，表現(xiàn)為巖溶漏斗周?chē)膸r溶輻射，殘余孔洞較少，儲(chǔ)層發(fā)育程度低；丘叢巖溶程度最低，相帶內(nèi)紅色區(qū)范圍小，黃綠色區(qū)范圍大，局部地貌高部位的殘丘內(nèi)可能發(fā)育巖溶儲(chǔ)層（圖6、圖7）。

3 結(jié)論

1）對(duì)地震資料進(jìn)行基于壓縮感知的提高分辨率處理和構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波處理可以有效提高有利區(qū)巖溶體刻畫(huà)的精細(xì)程度。

2）元壩地區(qū)茅三段不同巖溶地貌巖溶縫洞系統(tǒng)發(fā)育程度和規(guī)模差異大，古地貌結(jié)合結(jié)構(gòu)張量屬性分析有效減少了預(yù)測(cè)結(jié)果的多解性，與已鉆井吻合度高，是該區(qū)巖溶體預(yù)測(cè)的有效技術(shù)手段，對(duì)其他相似地區(qū)的油氣勘探具有借鑒意義。

3）元壩地區(qū)茅三段巖溶發(fā)育程度整體上峰叢最高，其次是高地，丘叢最低，巖溶體主要發(fā)育于巖溶高地中—上層的垂向滲流帶及巖溶峰叢溝谷兩側(cè)的水平潛流帶內(nèi)。殘留巖溶孔洞主要發(fā)育于巖溶峰叢溝谷兩側(cè)的巖溶輻射區(qū)，以及高地內(nèi)巖溶漏斗周?chē)膸r溶輻射區(qū)，是巖溶儲(chǔ)層的有利發(fā)育區(qū)。