四川盆地涪陵地區茅口組熱液白云巖儲層預測

王良軍， 楊 誠， 王慶波， 賈剛剛

(1.中國石化 勘探分公司，成都 610041；2.阿派斯科技(北京)有限公司，北京 100051)

0 引言

涪陵區塊地理位置處于重慶市萬州以南、涪陵以北、墊江以東、忠縣以西廣大地區，構造位置屬于四川盆地川東高陡褶皺帶萬縣復向斜南部茍家場高陡構造及兩側向斜帶，北西側為云安廠-大天池高陡構造，南東向為高峰場-大池干井高陡構造。

熱液白云巖油氣藏的勘探開發在北美地區已有一百多年歷史，熱液白云巖儲層在很多盆地不同層系都形成了油氣田，并且日益受到全球地關注。前期研究成果表明，四川盆地川中-川東涪陵一帶緊鄰北西向15號基底斷裂，處于中二疊統茅口組熱液白云巖發育區帶[1-3]。近期鉆探證實涪陵及鄰區茅口組白云巖發育，臥龍河、大池干等構造多口井獲高產氣流[3]。經過多年的研究，已經對熱液白云巖油氣藏形成了以下認識[4-7]：

1)熱液白云巖儲層的分布主要受構造因素的控制。熱液白云石化作用一般發生在構造活動比較強烈的盆地。大量文獻[5-6]表明，熱液流體的大規模運移及由此引起的一系列地質作用都與斷裂作用有關。深大斷裂有利于熱液的流動、礦化和白云巖化作用，并在縱向通道和雁行凹陷(槽)中發育白云巖[7-11]。

2)在離開主斷層(裂縫)的區域，熱液白云巖儲層的橫向分布受沉積相的控制。主要的沉積相控制了從主斷裂帶橫向展布出來的次級熱液白云巖儲層的發育，儲層的高品質與高能灘相有關，這些高能灘相帶具有較高的滲透率，為遠離主斷層的區域提供了流體橫向運移的通道[3，10-11]。

3)裂縫系統的發育能提高致密碳酸鹽巖地層的滲透性，增加對油氣的疏通能力,對熱液白云巖油藏的高產有積極的作用[12]。

基于以上認識，作者首先從涪陵地區茅口組白云巖的地質主控因素分析入手。根據該區前期的研究，基本明確了熱液白云巖儲層發育的地質主控因素為，深達基底的深大斷裂及高能灘沉積相帶[10]。因此，對該地區茅口組白云巖儲層分布預測的思路是：基底斷裂精細描述+有利沉積相帶分析+精細地震反演有機結合。首先開展構造精細解釋，精細識別和刻畫基底古斷裂，落實基底斷裂的展布特征；同時開展高能生屑灘沉積相的分布研究，通過井震標定研究地震相與沉積相之間的關系，尋找有利于白云巖儲層發育的高能灘的分布范圍；最終以中緩坡高能相帶與基底斷裂的疊合區作為白云巖儲層發育的重點研究指向區，在該重點區域內應用地震反演等地球物理方法，預測有利白云巖儲層的分布。

1 研究區斷裂特征

研究區位于川東弧形高陡褶皺帶茍家場高陡構造及兩側向斜區，構造呈北東向延伸。利用研究區三維地震資料，采用相干分析等方法研究基底斷裂及分布。研究區斷層比較發育，以北東向斷層為主，斷層特點是斷距較大、延伸長、高角度逆斷層，切割地層多等特點。

三維解釋表明，在工區中部發育一條深達前震旦系地層的基底斷裂(F15，圖1，圖2)，該斷裂的性質為張扭性走滑斷層，垂直切割了北東向展布的茍家場高陡構造，斷層延伸方向為北西向、傾向近直立，斷面兩側同相軸交叉或錯斷，多見斷點繞射，剖面上發育花狀構造，斷裂的根部斷至結晶基底，向上斷至上二疊統吳家坪組-長興組(圖1)，分析為二疊系晚期峨眉地裂運動所產生，為區域15號基底斷裂[13]的一部分。

圖1 F15走滑斷層地震剖面Fig.1 F15 slip fault cross section

圖2 研究區茅口組頂部沿層相干切片Fig.2 Coherence slices along beds of the top Maokou group

張扭(走滑)基底斷層有利于富鎂熱液的流動、礦化和白云巖化作用，因此F15斷層周圍及與其他斷層的交匯處等區域是熱液白云巖發育的優勢構造部位(圖2)。

2 白云巖儲層特征

本區茅口組地層的巖性包括生屑灰巖、硅質灰巖、白云巖、含灰質白云巖。儲層的巖性主要為主要為深灰色、黑灰色細-中晶白云巖、含硅質白云巖，常與硅質巖伴生。根據三方面的分析，明確了本區茅口組白云巖以熱液成因為主[5-6]：①巖石學研究，川中-涪陵地區茅口組白云巖多發育熱液破裂縫洞(圖3(a)，圖3(d))，其中多充填有鞍狀白云石，晶面彎曲，波狀消光特征明顯(圖3(a))；②同位素證據[5-6]；③包裹體測溫證據，較高的均一化溫度。本區白云巖儲層儲集空間類型多樣，包括溶蝕孔洞、裂縫、晶間(溶)孔、粒間(溶)孔(圖3(a)，圖3(b)，圖3(c))。儲層類型主要為裂縫-孔隙及裂縫-孔洞型。茅口組灰巖原巖原始孔隙度較低，一般小于2%。白云巖化作用過程中形成大量晶間孔，顯著增加了孔隙度，以細-中晶白云巖最為發育。工區內T6井鉆遇23 m白云巖，取心實測孔隙度為2.23%～4.34%，平均孔隙度為3.34%，滲透率0.000 11 md～2.73 md，平均為0.014 md。鄰區華鎣山二崖剖面茅口組白云巖厚28 m，實測孔隙度為2.43%～4.58%，平均孔隙度為3.28%；滲透率為0.034 4 md

圖3 涪陵地區茅口組白云巖宏觀與微觀特征Fig.3 Photomicrographs showing the macroscopic and microscopic characteristics of Maoukou formation dolomite , Fuling area(a)細-中晶白云巖，鞍狀白云石，具波狀消光，EY-80樣品，二崖剖面，正交偏光；(b)細晶白云巖，晶間孔、晶間溶孔發育，5491.02m樣品， T6井，單偏光，鑄體薄片(藍色為鑄體)；(c)細-中晶白云巖，晶間孔發育，EY-86樣品，二崖剖面，單偏光，鑄體薄片(藍色為鑄體)；(d)深灰色細晶白云巖，熱液破裂縫洞發育，T6井，巖心照片

～0.336 3 md，平均為0.083 6 md。

3 沉積特征

茅口組地層沉積期，四川盆地所處的上揚子臺地西部地區為緩坡型碳酸鹽巖臺地沉積[14-15]，主要沉積相類型為內緩坡相、中緩坡相、外緩坡相和盆地相等。本研究區主要為中緩坡沉積相帶(圖 4)。

圖4 四川盆地茅口組三段沉積相圖[13]Fig.4 Sedimentary facies of the Maoukou formation 3 member in Sichuan basin

四川盆地茅口組白云巖儲層主要發育在茅二-茅三段的內緩坡-中緩坡相帶，尤其是中緩坡高能灘相帶控制了有利白云巖儲層的展布。研究區茅三時期為中緩坡沉積，發育多期淺灘沉積旋回，顆粒灘相灰巖較好的孔、滲性使之比泥晶灰巖更易發生白云巖化，似層狀白云巖多發育在相對高能的顆粒灘層段。研究區再往北區域逐漸過渡到外緩坡相帶，其相對低能沉積環境不利于熱液改造形成白云巖層狀孔隙性儲層，以豹斑狀白云巖為主，巖性致密，物性較差。

由圖5可以看出,從W93井以南區域的井都位于中緩坡沉積相帶，很多井在茅三段發育了厚薄不一的白云巖儲層；從W88井以北區域的井位于外緩坡沉積相帶，該相帶的井在茅三段不發育白云巖儲層。因此，涪陵地區的中緩坡高能相帶與基底斷裂疊合區，應該為勘探熱液白云巖儲層的有利區域。

圖5 臥龍河構造茅口組跨越不同沉積相帶連井對比圖Fig.5 Connected wells profile crossing different sedimentary facies zones(a)對比圖；(b)剖面位置示意圖

4 儲層定量預測

4.1 儲層預測思路

在前述勘探熱液白云巖儲層的有利區域內，應用地球物理技術方法，對白云巖儲層厚度、物性的分布開展精細的定量預測。為有針對性的選擇合適的反演方法，需要在開展地震反演之前進行儲層的地球物理特征分析，以制定相應的地震反演及儲層預測技術流程。

本區茅口組地層中，儲層主要分布于物性相對較好的熱液白云巖中。因此儲層預測步驟是首先對白云巖的空間展布進行預測，然后再對白云巖的孔隙度參數進行預測[16-17]。

通過對本區及鄰區Yx1、T2、Jj1、Mx39等4口鉆井的統計，確定了茅口組不同巖性的地球物理參數分布值范圍(表1)。

表1 研究區茅口組地層地球物理參數統計表

通過統計分析已鉆井波阻抗與縱橫波速度比Vp/Vs參數的交會關系表明(圖 6)：本區茅口組白云巖的密度值比灰巖高，而灰巖的速度值相對較高，使得灰巖與白云巖的波阻抗值大部分重疊，因此僅用波阻抗AI參數難以區分灰巖和白云巖。加入橫波信息的縱橫波速度比Vp/Vs參數可以更好地區分灰巖與白云巖，綜合利用波阻抗AI和Vp/Vs兩個參數就可以有效地區分灰巖與白云巖(圖6)，實現對白云巖儲層的預測。這兩個參數的獲得需要應用到地震疊前彈性反演的技術手段。圖6中藍色的灰巖樣點與粉紅色白云巖樣點明顯分布于不同的區域，可以擬合一個紅色的線條作為巖性識別線來區分它們，位于線條上部的為灰巖，而下部的為白云巖。這條紅色巖性識別線的擬合的方程式為：

圖6 測井統計茅口組不同巖性的AI與Vp/Vs交會圖Fig.6 AI vs. Vp/Vs crossplot for different lithologies of Maokou formation based on log data statistics

圖7 疊前彈性反演工作流程圖Fig.7 Pre-stack elastic inversion work flow chart

Vp/Vs=a0+a1×AI

(1)

其中：a0和a1為常數，它們取值的不同使得紅色巖性識別線在交會圖中的位置不同，在本區建議常數a0取值為1.1，a1的取值為0.000 048，這樣的取值使紅色巖性識別線正好可以區分不同的巖性。

完成地震疊前彈性反演處理后，得到AI和Vp/Vs兩個參數體，將它們帶入公式Vp/Vs-(a0+a1×AI)中得到巖性指示體，該數據體中正數的部分為灰巖的分布，而負數的部分為預測白云巖的分布。得到白云巖的分布后，應用區分白云巖儲層和致密白云巖的AI門檻值a2(圖6中藍色的線條，其具體的值在測井資料統計中確定，在本區其值確定為17 400((g·cm-3)·(m·s-1)))，將AI值小于a2的部分確定為白云巖儲層的分布。

測井資料統計分析還表明，茅口組白云巖儲層的波阻抗AI參數與孔隙度POR基本呈負相關關系，即地層的孔隙度越高，則其波阻抗值越低。因此，從測井資料中統計出孔隙度POR與波阻抗AI之間的關系式POR=f(AI)，然后利用該關系式將反演的儲層AI參數轉換為POR，實現對白云巖儲層孔隙度的預測。

綜合上述分析，在茅口組地層開展儲層預測的地球物理工作流程是：①利用地震疊前彈性反演求取縱橫波速度比Vp/Vs和波阻抗AI參數；②綜合利用這兩個參數來刻畫白云巖儲層的分布；③應用AI與POR之間的相關關系，計算白云巖儲層范圍內的孔隙度分布(圖7)。

4.2 地震疊前彈性反演

地震疊前反演是利用CRP道集，結合測井、VSP提供的縱橫波速度及密度信息，反演計算出縱波速度、橫波速度和密度。系統分析鉆井揭示儲層與圍巖、油層與水層縱橫波速度分布特征，預測儲層及油氣層的空間發育特征。

4.2.1 彈性阻抗的計算

在常規地震中，我們只用縱波，而且假設是由垂直入射得到的疊加地震數據， 在垂直入射時是沒有轉換波的。當縱波以一定的角度入射到地下反射界面上時，它的能量分解成四種不同的波的類型：①反射縱波；②反射橫波；③轉換縱波；④轉換橫波。在假設無噪音的情況下垂直入射時，地震道是反射系數R和子波W褶積，即：

S=R*W

(2)

對于有角度的入射，褶積模型為式(3)。

S(θ)=R(θ)*W(θ)

(3)

其中：S(θ)是含角度信息的地震資料；R(θ)是含角度信息的反射系數，由井上的縱波時差、橫波時差和密度，利用Zoeppritz 方程得到:W(θ)是含角度信息的子波, 可由含角度信息的反射系數和含角度信息的地震數據估算而獲得。

在實際工作中，含角度信息的地震數據由不同偏移距數據疊加而得到，就象反射系數R用于計算縱波阻抗AI一樣,含角度信息的反射系數R(θ)用于計算彈性阻抗 (EI)[18]。

縱波阻抗為：AI=ρVp

(4)

彈性阻抗為：EI(θ)=ρVp(1+εsin2θ)

(5)

若用 Aki and Richards 近似反射系數，則R(θ)為式(6)。

(2*ΔVs/Vs+Δρ/ρ)

(6)

(7)

對于彈性阻抗EI的計算主要有四種方法計算：①Aki& Richards；②Knott-Zoeppritz equation；③BP elastic impedance；④BP elastic impedance(high angles)。

4.2.2 疊前彈性反演原理和方法

眾所周知，地震反射在零偏移距(零入射角)時只反映縱波信息，當隨入射角增大，橫波速度的影響逐漸增加。Zoeppritz方程精確地描述了這一現象。Shuey簡化的Zoeppritz方程表述為式(8)。

(8)

用彈性波阻抗EI替代原波阻抗，則：

(9)

(10)

上述是綜合利用不同偏移距疊加的地震數據反演得到彈性波阻抗、然后計算縱、橫波速和密度的反演思想，該思想是通過疊前反演方法來實現的。方法流程是：①對疊前道集進行限角疊加，分別得到小、中、大入射角的疊加數據； ②分別做小、中、大入射角的子波估算，分別反演出多個角度的彈性阻抗；③代入Zoeppritz方程，通過權重疊加得到縱波速度、橫波速度、密度等參數(圖7)。

4.3 預測成果

應用上述技術流程得到的茅口組白云巖儲層預測成果如圖8所示。

圖8 茅口組白云巖儲層預測成果三維空間展示圖Fig.8 3D demonstrative diagram of Maoukou formation dolomite reservoir prediction(a)預測白云巖儲層分布的三維空間展示圖；(b)儲層展布成果上分析的白云巖儲層形成模式

近期在圖8(a)中的白云巖儲層預測⑴區范圍內鉆探了T6井，在茅口組鉆獲23 m厚的白云巖儲層和11.08*104m3/d的工業氣流，證實了熱液白云巖預測技術方法在涪陵地區的適用性與有效性。從圖8(b)可以看出：茅口組熱液白云巖儲層發育受控于基底斷裂，東吳運動晚期峨眉地裂運動導致地幔深部的富鎂熱液流體沿著深部斷裂向上運移至茅三段灰巖中，由于上部龍潭組致密巖層的阻隔而側向運移，使相對高孔滲的生屑灘灰巖發生白云石化，形成有利儲層。

5 結論

1)在川東涪陵地區，中緩坡顆粒灘相是茅口組白云巖發育的基礎，基底斷裂為富鎂熱液的運移提供通道，是白云巖儲層形成的關鍵，中緩坡高能相帶與基底斷裂疊合區是熱液白云巖儲層發育有利區域。因此，基底斷裂精細描述+有利淺灘沉積相帶分析+精細地震反演有機結合的預測思路，能夠預測該區茅口組白云巖儲層分布。

2)在高能相帶疊加基底斷裂的有利范圍內，通過已鉆井資料,用波阻抗AI和Vp/Vs兩個參數建立巖性識別線方程式Vp/Vs=a0+a1×AI，應用疊后地震反演獲得的波阻抗值AI和疊前地震反演獲得的縱橫波速比Vp/Vs這兩個參數體帶入公式Vp/Vs-(a0+a1×AI)得到巖性指示體，可以較為有效地區分灰巖與白云巖。研究區刻畫白云巖儲層所使用的AI值域為15 800 g·cm-3·m·s-1～18 650 g·cm-3·m·s-1，Vp/Vs門檻值為1.79，即同時滿足15 800≤AI≤18 650和Vp/Vs≤1.79的部分為白云巖。

3)得到白云巖的分布后，應用區分白云巖儲層和致密白云巖的AI門檻值a2(研究區其值確定為17 400 g·cm-3·m·s-1，即AI值小于a2的部分確定為白云巖儲層的分布。最后應用AI與POR之間的相關關系，計算儲層范圍內的孔隙度分布。

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