四川盆地西北部超深層碳酸鹽巖孔縫帶地震檢測

徐明華 付建元 楊 迅 劉俊海 王宇峰

1. 中國石油川慶鉆探工程有限公司地質勘探開發研究院 2. 中國石油西南油氣田公司川西北氣礦

0 引言

四川盆地西北部地區（以下簡稱川西北地區）中二疊統茅口組埋深超過5 000 m，屬于超深層碳酸鹽巖沉積。近年來，以中二疊統海相碳酸鹽巖儲層為目標的天然氣勘探取得了重要進展，九龍山、雙魚石等構造多口井在茅口組相繼獲得高產氣流，但是單井測試產量差異巨大，如L16井茅口組測試日產氣量為252×104m3，L004-X1井茅口組測試日產氣量為112×104m3，L4井茅口組測試日產氣量為21×104m3，而處于構造較高位置的LT1井茅口組測井解釋無儲層（未測試）。造成上述現象的主要原因是風化剝蝕作用改造后巖溶儲層中裂縫發育程度不同，裂縫是天然氣高產的控制因素[1-4]。由于地層埋深大，常規地震資料對裂縫信息反映不明顯，嚴重制約了地震技術對裂縫的精細描述，前期多輪次研究成果矛盾較大，鉆井失誤較多。為此，筆者以川西北地區九龍山構造為例，在歸納總結茅口組儲層特征的基礎上，分析了已鉆井儲層的地震響應特征，從疊前道集入手，優化處理提高地震資料分辨率，對高分辨率資料開展了疊后分頻混沌體、照明對稱體、導向似然體等3種屬性研究，通過三色融合預測茅口組三段（以下簡稱茅三段）裂縫、溶蝕孔縫發育帶，以期為天然氣開發井部署與調整提供依據。

1 儲層特征

四川盆地西北地區茅口組地層自下而上可劃分為四段，茅一段和茅二段均以深灰色泥晶生物碎屑灰巖為主，含有生物碎屑、燧石等，基本無產層；茅三段為淺灰—灰白色生物碎屑灰巖、豹斑灰巖夾白云巖，局部為深灰色泥晶生物碎屑灰巖，溶蝕孔縫發育，該層是區域性產氣層段；茅四段以硅質頁巖、泥晶灰巖為主，大部分受到剝蝕，殘留較薄[5]。

茅三段儲層巖性以粗—中晶云巖、細晶含灰質云巖及亮晶生屑灰巖為主，儲集空間以晶間孔和裂縫為主（圖1），平均孔隙度約為3%，屬于低/特低孔、特低滲儲層，可進一步細分為晶粒（細晶、中晶、粗晶及馬鞍狀）白云巖形成的孔隙型儲層和生屑灰巖形成的裂縫型儲層。其中，裂縫型儲層的裂縫發育密集，主要以構造縫為主，溶蝕縫和縫合線發育較差。裂縫組合特征主要為斜交縫和網狀縫，裂縫發育與地層深度關系不明顯，受多期區域構造運動強烈影響，裂縫節理產狀與區域主構造應力方向一致性較好，指示茅口組地層經歷早期構造擠壓抬升、后期伸展松弛過程中，地層沿層理和劈理溶蝕形成現今廣泛發育裂縫型儲層[4-9]。

圖1 川西北地區茅三段白云巖儲集空間特征照片

九龍山構造位于四川盆地北部，呈NE向延伸[4]。該構造有6口井鉆遇茅三段，測試4口，獲氣井3口，獲氣井成功率為75%；2口井因測井解釋無儲層未測試（表1）。從表1茅三段儲層的統計數據看，各井的儲層厚度差別大，測試產量差別也大；儲層孔隙度介于2.6%～3.2%，平均值為3.1%；巖心及成像測井反映產量高的L16、L004-X1、L104井構造裂縫及溶蝕孔縫發育，未測試的LT1、L17井儲層及裂縫不發育。總體上，儲層越厚，裂縫和溶蝕孔縫發育，氣井產量越高。

表1 茅三段儲層及測試表

2 超深層碳酸鹽巖裂縫檢測

2.1 裂縫檢測技術思路

九龍山構造茅三段常規地震資料主頻介于25～30 Hz，對裂縫響應不明顯，反射基本無異常，疊后裂縫檢測屬性對裂縫不響應，影響了該構造茅口組的勘探開發進展[10]。為此，筆者裂縫檢測研究從疊前資料入手，首先將經過疊前時間偏移處理的共接收點（CRP）道集進行優化處理，保留裂縫響應的微弱信號，開展高頻地震信號恢復，提高地震資料分辨率；再基于高分辨率資料開展裂縫檢測方法試驗。對比分析結果表明，照明對稱體、分頻混沌體、導向似然體對儲層裂縫（洞）體反映特征明顯；再通過多屬性融合，形成儲層裂縫（洞）體綜合預測成果，落實儲層裂縫（洞）分布特征；在優選的3種屬性檢測結果上開展屬性融合，得到綜合反映縫洞體發育的預測平面分布圖，以指導井位部署[11-14]。

2.2 地震資料高頻信號恢復

原始CRP道集保留了地震資料豐富的信息。圖2為過L16井、LT1井的原始CRP道集剖面，原始道集存在道集不平、異常斜干擾，經過道集進行優化處理后，同相軸拉平，斜反射減少，剖面信噪比明顯提高，并保留了L16井吳家坪組底部（茅口組頂部）的細微反射特征。經過疊加的地震剖面如圖3-a所示，剖面特征分辨率明顯提高，茅口組頂部反射保留了道集上異常特征。但仍很難觀察到裂縫體的響應，需要進一步對資料作高頻恢復處理。

圖2 CRP道集優化處理前、后對比圖

圖3 連井優化道集疊加與頻譜恢復高分辨率剖面對比圖

頻譜恢復技術由美國著名地球物理學家Castagna J教授等基于全新的、開創性的地震信號理論研發而成[15]。時間域內的脈沖對（地層單元頂底面）在頻率域的反射系數譜具有周期性，振蕩周期是地層厚度的確定性函數，在地震信號品質最好的主頻段內也包含有薄層的反射系數譜的信息，利用這一性質可以對薄層反射記錄進行同步耦合尋優擬合，求得薄層厚度和反射系數，從而提高地震資料分辨率。

頻譜恢復技術采用先驗信息，通過分頻方法，來獲取局部頻譜信息，獨立逐道計算恢復原始數據的高頻成分，不做道間相關，進而可產生高分辨率地震數據體。頻譜恢復技術的最大優勢之一是利用地震信號中信噪比最高的主頻部分預測高頻成分，而非簡單的對原始地震信號中高頻組分進行加強，從而避免了高頻噪音對薄層信息的壓制與干擾[15]。圖3-b為經頻譜恢復技術處理后的高分辨率剖面，剖面相位與原始剖面保持一致，波形分辨率明顯提高。圖4為不同流程下地震資料的頻譜對比，圖4中黑色線為九龍山構造原始地震資料主頻為28 Hz，頻寬介于15～50 Hz，頻帶較窄，儲層、小斷層、微溶洞帶識別困難；圖4中紅色線為道集優化后疊加資料頻譜曲線，低頻恢復，高頻資料得到保留；圖4中藍色曲線為頻譜恢復高分辨地震資料頻譜，主頻約45 Hz，頻寬介于5～80 Hz，低頻保持一致，高頻能量得到恢復，振幅強弱關系合理，橫向振幅變化自然，對各類地質現象表現更為明顯。

圖4 不同處理流程的地震資料頻譜對比圖

實鉆中L16井、L004-X1井區裂縫發育，在圖3-b中茅口組頂部反射變弱，下部出現弱反射，對比標定分析認為，茅口組頂部裂縫、溶蝕孔縫發育的地震響應模式為頂變弱下伴弱反射，而LT1井區裂縫不發育，其地震反射特征為頂強下空白反射，從道集到剖面上特征一致。

2.3 疊后地震裂縫檢測方法

不同地震屬性反映不同的地質信息，筆者進行對比研究了多種屬性的裂縫檢測，最終優選出3種地震屬性從不同的角度對裂縫、溶蝕孔縫帶發育特征進行描述。

2.3.1 分頻混沌體

混沌體可以用來進行斷層、溶蝕帶成像，對地震雜亂特征進行分類，同時混沌體可以反映一些特殊地質體邊界特征，比如反映鹽膏侵入、礁灘構造、河道充填等邊界特征。地震數據體中的混沌信號是測量缺少傾角和方位角組織結構的一種估計方法，用來將雜亂的信號特征進行分類；混沌體屬性值介于0～1.0；X、Y、Z方向上的間隔是用來計算地震數據雜亂程度的窗口大小，其值越大，結果越平滑。

圖5為過L004-X1井—L16井—L4井—LT1井的連井高分辨分頻混沌體屬性剖面。L004-X1井、L16井茅三段分頻混沌體屬性剖面高值異常明顯，該段巖心裂縫、溶蝕孔縫發育；L4井茅三段分頻混沌體屬性剖面相對發育，附近有高值邊界異常；LT1井茅三段分頻混沌體屬性剖面沒有高值異常，該段巖心裂縫不發育，但該井在棲霞組二段測試日產氣量達106×104m3，分頻混沌體屬性剖面顯示測試段為高值區。

圖5 過L004-X1井—L16井—L4井—LT1井分頻混沌體屬性剖面圖

2.3.2 3D照明對稱體

基于照明技術的對稱性是近年來發展起來的一項地震裂縫發育帶檢測技術，對稱性用來度量地震數據的雜亂程度，使用高階統計量方法分析地震信號樣點分布概率的不對稱程度可以作為識別斷層、裂縫、河道及其他地質特征的工具。3D照明對稱體是在對稱性基礎上，將原始屬性中不連續、不規則的斷層面進行組合和連接，使斷層面更符合地質規律，同時可消除采集腳印的影響，提高分辨能力。

圖6為過L004-X1井—L16井—L4井—LT1井的連井高分辨照明對稱體屬性剖面圖，圖中可見L004-X1井、L16井、L4井茅三段位于最有利的異常發育帶，顯示茅三段裂縫發育帶，LT1井茅三段裂縫不發育，預測剖面無高值異常區。高分辨照明對稱體屬性預測與實鉆井裂縫發育情況吻合較好。

圖6 過L004-X1井—L16井—L4井—LT1井照明對稱體屬性剖面圖

2.3.3 導向似然體

似然性是一種準確預測和精細刻畫斷層的地震不連續性屬性，其原理是預測相鄰道平均能量相干差異，相干值范圍介于0～1.0，該屬性主要用于捕獲和精細刻畫感興趣區域的大斷裂和裂縫，用相干算法掃描斷層傾角識別斷裂最大似然，具有強大的小斷裂探測功能，可以在水平切片和縱向剖面上刻畫出非常清晰的斷裂，結合裂縫密度、連通性等分析，以實現斷裂系統的探測[16]。

圖7 L004-X1井—L16井—L4井—LT1井導向似然體屬性剖面圖

圖7為L004-X1井—L16井—L4井—LT1井的連井高分辨導向似然體屬性剖面圖，圖7中可見L004-X1井、L16井附近茅三段發育小斷層，L4井茅三段周邊也有小斷裂，LT1井茅三段異常不明顯，但該棲霞組二段發育小斷層，與井的情況比較吻合，檢測效果較好。

3 九龍山構造茅三段孔（洞）縫體預測

九龍山構造鉆井揭示茅三段儲層段主要發育在茅口組頂面向下50 m的范圍內，為此，提取茅口組頂面向下20 ms時窗內的屬性平均值來反映地震屬性變化。

圖8-a為茅三段儲層段對稱體屬性平均值，紅色高值反映斷裂發育帶，綠色反映微裂縫發育帶；圖8-b為茅三段儲層段導向似然體屬性平均值，紅色高值反映斷裂發育，綠色反映斷裂附附近的伴生微裂縫發育帶；圖8-c為茅三段儲層段混沌體屬性平均值，紅色高值反映大斷裂及溶蝕帶發育帶，綠色反映微裂縫伴生的溶蝕帶。

圖8 九龍山構造茅三段儲層段高分辨裂縫屬性平面分布圖

圖9 九龍山構造茅三段儲層段3種裂縫屬性融合圖

通過三色融合技術將3種屬性進行綜合分析，圖9為3種屬性融合圖。從圖9中可得到：①九龍山構造斷裂以近東西向和近南北向為主，構造頂部裂縫發育較差，向構造轉折部位裂縫更發育；②斷裂帶上伴生大量溶蝕帶，在圖9中為深紫色的圓弧形異常體；③溶蝕帶周邊發育大量的微細斷裂帶，多呈放射狀。

在九龍山構造氣水界面之上具有開發價值的是具有一定延伸范圍的斷裂且伴生溶蝕孔縫帶，如已證實的L16井—L4井—L004-X1井一帶；孤立的溶蝕帶或者微小斷裂帶工業價值小；溝通低部位的斷裂帶產水概率大，如L104井位于南北向的斷裂帶溶蝕帶上，儲層較發育，但測試產水。該裂縫預測成果與已鉆井巖心資料、測井解釋結論、試氣成果一致。新完鉆LT2在茅三段井漏明顯，顯示出該段裂縫發育，與預測結果吻合；而根據成果調整部署的L004-3井在茅三段井漏明顯，測井解釋裂縫發育。表明針對茅三段巖溶裂縫型儲層的裂縫預測技術思路可行、方法可靠、結果可信，為九龍山構造超深層碳酸鹽巖井位部署提供了科學依據。

4 結論

1）川西北地區茅三段超深層碳酸鹽巖儲層主要為巖溶裂縫型儲層，構造裂縫及溶蝕孔縫發育，易形成較大規模的裂縫發育帶，是該地區勘探開發的重要領域。

2）川西北地區超深層原始地震資料主頻介于25～30 Hz，對裂縫帶響應不明顯，但采用疊前道集優化處理技術和頻譜恢復技術組合，可以保護裂縫帶的微弱信號，使地震資料主頻達到45 Hz，有效地提升地震資料的頻譜，振幅強弱關系合理，橫向振幅變化自然，地質現象表現更為明顯。

3）采用的照明對稱體、導向似然體、分頻混沌體能從不同角度反映地震資料表達的地質信息，裂縫檢測結果與鉆井巖心資料、測井解釋結論、測試資料成果匹配良好，通過3種屬性的三色融合，能較好地反映九龍山構造茅三段碳酸鹽巖斷裂發育帶、巖溶孔縫發育帶，為開發井部署提供可靠的依據。