基于各向異性的生物礁疊前地震識別技術(shù)

黃 平 羅 韌 李 歡

1. 中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院, 四川 成都 610051;2. 中國石油西南油氣田公司川東北氣礦, 四川 達(dá)州 635000

0 前言

自20世紀(jì)80年代四川盆地鐵山構(gòu)造長興組發(fā)現(xiàn)生物礁以來,生物礁地震識別技術(shù)一直處于摸索階段。“八五”國家科技攻關(guān)總結(jié)出地震反射“有中找無”的規(guī)律,“九五”國家科技攻關(guān)發(fā)展為地震反射“有中找無、無中找有”的規(guī)律,但用于生產(chǎn)依然是無心插柳柳成蔭的格局。在“九五”國家科技攻關(guān)時,地質(zhì)研究認(rèn)為臺緣帶是生物礁發(fā)育的有利相帶[1-4]。在此認(rèn)識的指導(dǎo)下,2000年后總結(jié)出了海槽相、斜坡相、臺緣相及臺地相的地震反射特征,分析臺緣帶生物礁地震反射特征,形成了四川盆地生物礁識別技術(shù)[5-9],開拓了生物礁氣藏勘探開發(fā)的新局面。其后也逐步采用了AVO反演、地震疊后反演、地震屬性分析、波形分類等一系列技術(shù),但效果并不理想。十多年過去,這些技術(shù)只能成為臺緣帶地震相分析的輔助手段。由于生物礁的復(fù)雜性,隨著生物礁勘探開發(fā)的推進(jìn),臺緣帶地震相分析識別生物礁方法的局限性逐步顯示出來。最近幾年以生物礁為目標(biāo)的井不斷出現(xiàn)鉆探失誤,通過側(cè)鉆才能鉆遇生物礁。為滿足勘探開發(fā)生產(chǎn)的需求,提高鉆探成功率,本文從生物礁地質(zhì)特征分析入手,指出生物礁體具有各向異性特征,根據(jù)各向異性理論,利用地震疊前分方位數(shù)據(jù)疊加剖面識別生物礁,能提高生物礁預(yù)測的可靠性,提高鉆探的成功率。

1 生物礁的地質(zhì)特征

長興組頂部不管其沉積相是海槽相、陸棚相(或者斜坡相)還是開闊海臺地相,其巖性均為灰?guī)r,只是不同的相帶內(nèi)所含成分不同。海槽相是骨針灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r,陸棚相是生屑泥晶灰?guī)r、礁灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r,而臺地相則為泥～亮晶顆粒灰?guī)r,亮晶蟲藻灰?guī)r、硅質(zhì)條帶灰?guī)r等。目前發(fā)現(xiàn)的生物礁主要位于臺緣帶,從已鉆遇的黃龍礁、五百梯礁、鐵山礁、七里礁、龍崗礁等來看,長興生物礁由灰泥巖、粒泥巖、粘結(jié)巖、骨架巖和障積巖等組成。生物礁縱向上由礁基、礁核及礁蓋三部分組成,見圖1。礁基位于生物礁底部,巖性一般為深灰色中厚至塊狀含棘屑、藻屑、蜓、有孔蟲、腕足等生物屑的粒泥～泥粒巖,含燧石結(jié)核。礁核以中灰色塊狀含鈣質(zhì)海綿、苔蘚蟲、水螅、古石孔藻、管殼石、珊瑚等造礁生物及附礁生物形成的障積巖及海綿粘結(jié)巖為主,少見或沒有骨架巖。礁蓋常發(fā)育在潮坪相或蒸發(fā)潮坪相,因水位低,礁組合暴露,白云化較好,巖性為顆粒白云巖夾棘皮灰?guī)r,泥晶白云巖、紋層狀白云巖等[1-4]。已發(fā)現(xiàn)生物礁的含氣層基本都在礁蓋內(nèi)。橫向上分為礁前(靠近海槽)、礁核和礁后(靠近臺地)。礁前、礁后雖然沉積微相上沒有區(qū)別,但由于其分別靠近海槽和臺地,其巖性有所不同,礁前主要為角礫巖,角礫成分主要為礁灰?guī)r塊體,白云巖及泥晶灰?guī)r。角礫呈棱角狀和次棱角狀,無分選,厚度不大。礁后主要為殼晶砂屑灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r,是淺灘沉積產(chǎn)物。目前對生物礁地震反射特征的研究,主要是從礁前、礁核和礁后的角度出發(fā)。如果順著臺緣,則又可劃分為礁翼和礁核。礁翼位于礁組合的邊部,巖性為塊狀含棘屑、腕足及少量造礁生物屑的粒泥～泥粒巖及礁屑角礫巖,不含燧石。

圖1 生物礁模型圖Fig.1 Organic reef model

2 生物礁地震預(yù)測技術(shù)

2.1 地下各向異性介質(zhì)

各向異性介質(zhì)的基本模式有兩種：一種是PLT(periodic thin layery)模式,用于描述沉積盆地地層的微細(xì)層理和旋回性薄層引起的各向異性,屬于六方晶系,其對稱軸是垂直的，見圖2-a)。具有此類特征的介質(zhì)稱為PLT介質(zhì)。另一種是裂隙誘導(dǎo)各向異性EDA(extensive dilatancy anisotropy)模式,用于描述由彼此平行的垂直裂隙、微裂隙和定向排列的微細(xì)孔洞引起的各向異性,見圖2-b)。具有此類特征的介質(zhì)稱為EDA介質(zhì)。EDA介質(zhì)廣泛存在于地殼中,也屬于六方晶系,有水平對稱軸,對稱軸在最小水平應(yīng)力方向。實際地質(zhì)目標(biāo)的各向異性一般都是這兩種各向異性的組合或者演變并廣泛存在,理論和實踐均已證明地層各向異性是普遍存在的[10-16]。這種存在導(dǎo)致地層彈性特征隨方向變化,地震波在地層中傳播時其相速度、群速度、偏振方向及衰減隨方向變化,不同方向的地震反射就能反映這種變化。盡管各向異性介質(zhì)是用裂縫、微細(xì)層理和旋回性薄層定義的,但對于地震分辨率而言,是把裂縫發(fā)育區(qū)及微小薄層的組合效應(yīng)當(dāng)作儲層等效體。反之,也可以把任意一個儲層看作由無數(shù)個裂縫薄片組成。簡單描述各向同性介質(zhì)與各向異性介質(zhì):介質(zhì)在不同的方向所測得的性質(zhì)參數(shù)完全相同,則該介質(zhì)為各向同性介質(zhì);反之為各向異性介質(zhì)。性質(zhì)參數(shù)在地震中具體體現(xiàn)為速度和密度,也包含波阻抗。波阻抗差異導(dǎo)致地震反射能量發(fā)生變化。當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)呈現(xiàn)各向異性時,介質(zhì)的彈性參數(shù)就會發(fā)生變化,由此引起地震反射特征發(fā)生變化。

生物礁地震預(yù)測的關(guān)鍵是生物礁地震反射特征分析,主要是沿垂直臺緣的方向觀察從海槽、斜坡到臺緣地層厚度的變化,判斷出臺緣帶的分布,在臺緣帶尋找有隆起、反射雜亂等地震反射特征[17-19],進(jìn)一步識別生物礁。主要研究的是礁前及礁后的地震反射特征,事實上這種特征更多的是由地貌變化帶來的,其次才是生物礁體幾何形態(tài)的影響。而從生物礁不同部位巖性來看,礁前主要為角礫巖,角礫成分主要為礁灰?guī)r塊體,白云巖及泥晶灰?guī)r,礁核以造礁生物及附礁生物形成的障積巖及海綿粘結(jié)巖為主,而礁翼巖性為塊狀含棘屑、腕足及少量造礁生物屑的粒泥～泥粒巖及礁屑角礫巖。從不同角度觀察,生物礁體的巖性有差異,其性質(zhì)參數(shù)也不同,充分體現(xiàn)了其各向異性的性質(zhì)。據(jù)此可以從不同角度研究生物礁體的地震反射特征,就能提高生物礁預(yù)測成功率。

a)PLT模式a)PLT mode

b)EDA模式b)EDA mode

2.2 地震數(shù)據(jù)的各向異性特性

地震勘探針對巖性氣藏采集的三維地震數(shù)據(jù)是具有較高覆蓋次數(shù)的寬方位數(shù)據(jù),偏移疊加剖面包含了各個方位角的數(shù)據(jù),疊加之后,在不同程度上掩蓋了不同方位角地震數(shù)據(jù)的特性。如果將地震疊前集數(shù)據(jù)按方位角進(jìn)行均勻劃分,將不同方位角內(nèi)的地震數(shù)據(jù)疊加,分析疊加數(shù)據(jù)體的地震反射特征,就能更好地研究地質(zhì)目標(biāo)的各向異性特征，見圖3。

圖3 不同方位角劃分圖Fig.3 Division of different azimuth

為進(jìn)一步說明地震數(shù)據(jù)全部疊加與分方位角疊加之間的差異,比較分析見圖4。

圖4展示了15°、45°、75°、105°、135°、165°方位角及全方位地震數(shù)據(jù)疊加剖面,圓圈內(nèi)是一儲層發(fā)育區(qū),可以看到不同方位角疊加剖面上,振幅值是不一樣的,反映了儲層的各向異性特征[20],而在全部疊加剖面上,看不出這樣的變化。

2.3 利用各向異性特征識別臺緣帶

識別生物礁的前提是找到臺緣,地震上主要是根據(jù)從海槽到斜坡到臺緣地層厚度從薄變厚的特征來識別臺緣;而從海槽到臺緣地層的變化并不都是清楚的,當(dāng)斜坡變得緩且長時,從海槽到臺緣的地層厚度變化較小,導(dǎo)致難以準(zhǔn)確識別臺緣。生物礁主要沿臺緣發(fā)育,但并非連續(xù)發(fā)育,說明臺緣方向物性參數(shù)也在發(fā)生變化,具有各向異性特征。因此可以利用各向異性理論識別臺緣,為生物礁識別打下良好的基礎(chǔ)。

圖5 xline 2060不同方位角疊加剖面圖 Fig.5 Different azimuth stack profile of xline 2060

臺緣帶是生物礁發(fā)育的有利相帶,主要特征是從海槽到陸棚再到臺緣,地層厚度增加。當(dāng)陸棚坡度較陡時,海槽到臺緣地震反射特征清楚;當(dāng)陸棚坡度較緩時,地震反射特征不清楚,可利用各向異性來識別臺緣帶。當(dāng)?shù)卣鹌拭娲怪庇谙鄮r,能最佳地展現(xiàn)相帶的變化。工區(qū)三維地震資料在部署時考慮到了這一因素,根據(jù)二維地震資料研究取得對相帶展布方向的認(rèn)識,三維工區(qū)設(shè)計xline方向方位角約40°,基本與相帶垂直。從圖5近似垂直相帶的xline 2060全疊加剖面及其對應(yīng)的15°方位角疊加剖面對比可看出,海槽到斜坡到臺緣的特征都不清楚,顯然還沒有找到臺緣帶的最佳成像位置。而從45°方位角疊加剖面看,飛仙關(guān)組底部明顯出現(xiàn)上隆現(xiàn)象,臺緣帶特征清楚。45°與40°(xline方向)兩個方向近似,全疊加剖面臺緣特征不明顯,而分方位角疊加剖面臺緣特征明顯,這充分說明全疊加掩蓋了地質(zhì)目標(biāo)在不同方位的個性，而分方位疊加則突出了地質(zhì)目標(biāo)在不同方位的個性，展示了各向異性的特征。

在構(gòu)造另一位置,xline 2028線的分方位角疊加剖面和全疊加剖面上臺緣帶的反射特征分析表明,全疊加剖面臺緣帶特征不清晰,見圖6。15°方位角疊加剖面臺緣特征相對明顯,45°角方向疊加剖面上臺緣上隆的丘狀特征很清楚,3個強峰突然中斷凸現(xiàn)了臺緣帶的存在,進(jìn)一步說明全疊加剖面與分方位角疊加剖面的差異及分方位角疊加剖面識別地質(zhì)目標(biāo)的優(yōu)勢。

很明顯,不同角度臺緣—斜坡帶的地震反射特征是有差異的,這有助于利用各向異性特征準(zhǔn)確識別臺緣帶的展布。

圖6 xline 2028線不同方位角疊加剖面圖Fig.6 Different azimuth stack profile of xline 2028

2.4 利用各向異性特征識別生物礁

傳統(tǒng)生物礁識別技術(shù)是從海槽到陸棚(斜坡)到臺緣地層厚度增大的現(xiàn)象識別臺緣帶,在臺緣帶上根據(jù)已知井生物礁的反射特征來預(yù)測生物礁。這里主要研究礁前和礁后的地震反射特征。根據(jù)生物礁地質(zhì)特征,不同位置具有不同的巖性,也就有不同的地震反射,若能找到這些特征,就可準(zhǔn)確識別生物礁。

lg 84井在長興組中上部鉆遇生物礁儲層,見圖7。儲層頂界距飛仙關(guān)組底界60 m左右。在時間剖面上,儲層頂距飛仙關(guān)組底界約20 ms左右。

在圖8全方位角疊加剖面上,在飛仙關(guān)組底向下20 ms,lg 84井處沒有較強的地震反射,儲層反射特征不明顯。在圖8中15°方位角疊加剖面上,該位置出現(xiàn)一個亮點反射。測井資料標(biāo)定證實該反射為生物礁儲層的反射,與井結(jié)果相吻合。繼續(xù)觀察圖8中45°和75°方位角疊加剖面,在距離飛仙關(guān)組底20 ms左右的位置,這個亮點反射依然存在,但“亮點”振幅值的強弱和“亮點”的長短均與15°方位角疊加剖面有差異,說明“亮點”在不同方位角有不同的特征,體現(xiàn)了生物礁儲層的各向異性。可見,不同方位角疊加剖面比偏移疊加(全疊加)剖面能更好地體現(xiàn)生物礁儲層各向異性的地震反射特征,有效識別生物礁,提高生物礁預(yù)測成功率。

圖7 lg 84井測井解釋成果圖Fig.7 Well logging interpretation of Well lg 84

圖8 生物礁儲層在不同方位角疊加剖面的地震反射特征圖Fig.8 Seismic reflection characteristics of organic reef reservoir at different azimuth stack profile

2.5 推廣應(yīng)用效果

將該方法推廣應(yīng)用到q 1構(gòu)造,q 8井以石炭系為鉆探目標(biāo)。在飛仙關(guān)組底界下面有不連續(xù)的強反射,見圖9。在全疊加剖面上,該反射雖然不連續(xù),但追蹤范圍過大,不具有生物礁的特征。通過分方位角疊加,在15°方位疊加剖面上,該強反射有明顯變化,和其它已鉆生物礁的反射特征相似,在45°方位疊加剖面和75°方位疊加剖面上,該反射繼續(xù)發(fā)生變化并趨于穩(wěn)定,從其特征上看,可以判斷為生物礁儲層的反射,建議對其試油,獲工業(yè)氣流。

圖9 過q 8井不同方位角疊加剖面圖Fig.9 Different azimuth stack profile of Well q 8

3 結(jié)論

1)根據(jù)各向異性理論,利用疊前不同方位角疊加剖面分析臺緣帶和生物礁的地震反射特征,可以有效提高生物礁預(yù)測成功率。

2)利用臺緣帶及生物礁儲層的各向異性特征以及不同方位角的疊加數(shù)據(jù),凸顯了地質(zhì)目標(biāo)不同方位角地震反射特征,尋找到臺緣帶及生物礁儲層最好的成像效果,比常規(guī)偏移疊加剖面能更清晰地識別臺緣帶和生物礁,更為準(zhǔn)確地展示生物礁儲層的地震反射特征,提高了生物礁預(yù)測成功率。