四川盆地西北部復雜構造帶深層地震資料解釋關鍵技術及應用

張連進, 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研究院，成都 610051；2.中國石油 川慶鉆探工程公司地質勘探開發研究院，成都 610051；3.中國石油 勘探開發研究院西北分院，蘭州 730020；4. 中國石油 天然氣集團公司油藏描述重點實驗室，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實和最有潛力的勘探領域[1-3]。近年來，通過深化盆地西北部復雜構造帶深層棲霞組地質認識，相繼部署了多口探井，均發現孔隙型白云巖儲層[2-4]，并獲得高產工業氣流，進一步證實了該區棲霞組良好的勘探開發前景。棲霞組地層埋藏深、儲層較薄且非均質性較強，早期部署的二維地震資料深層反射成像差、分辨率低，導致構造難以落實、儲層預測精度低。近年來，圍繞四川盆地西北部復雜構造帶深層棲霞組勘探，規模實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。在這些新的三維地震資料基礎上，通過基于構造物理模擬的構造建模、古地貌恢復、基于正演模擬的地震屬性分析、儲層預測等一系列地震資料解釋技術攻關，進一步落實了棲霞組構造形態和圈閉規模，明確了儲層的縱橫向上展布和高產富集區，為該區勘探開發井位部署提供了技術支撐。

圖1 川西北區域構造位置Fig.1 The structure of the study area is located

1 地質特征

1.1 區域地質背景

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部侵入，在石炭系之上沉積了濱岸沼澤相的梁山組。隨后發生大規模快速海侵，沉積了以臺地相淺海碳酸鹽巖為主的棲霞組，自西向東依次發育盆地、斜坡、臺緣灘和開闊臺地[5-7]。棲霞組地層厚度約70 m～140 m，中上部以灰白-淺灰色生屑灰巖和淺灰色-灰色厚層塊狀細-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、生物灰巖為主。

1.2 儲層特征

川西北棲霞組儲層主要位白云巖，以晶粒白云巖和豹斑狀白云巖為主[2]。縱向上，白云巖儲層主要分布在棲霞組中上部；橫向上，白云巖儲層單層厚度相對較薄，但可連續對比追蹤、分布范圍廣。棲霞組白云巖儲層發育多種儲集空間類型，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關系，其儲集性能隨白云石化作用和溶蝕作用增強而逐漸變好。

2 深層地震資料解釋關鍵技術

2.1 基于構造物理模擬的復雜構造建模技術

構造物理模擬實驗是構造變形過程和形成機制研究的有效手段，已在復雜構造研究中發揮了十分重要的作用。構造物理模擬遵循實驗相似性基本原理，利用適當的機械裝置和材料，通過將原型進行同比例放大或縮小，在實驗室條件下再現地質歷史過程[8]，從而研究構造變形的形成機制，揭示構造變形各要素之間的內在聯系，分析不同變形機制和邊界條件下的構造模式[9]。為了真實再現川西北復雜構造的構造模式和成因機制，利用構造物理模擬實驗進行正演模擬(圖2)。由圖2可以看出，總體具前展式的構造變形特征，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，形成淺部高陡構造和深部低幅度構造。該種構造變形屬于深部滑脫面和中部軟弱滑脫面共同作用，形成的復雜逆沖疊瓦體系。

在構造物理模擬實驗的基礎上，結合鉆井測井資料、地面露頭地質資料、井旁構造恢復以及構造幾何學分析，建立川西北構造模式。從造山帶向盆地方向的構造變形具明顯差異性(圖3)。在逆沖推覆構造帶，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造。原在地隱伏帶，下構造層以基底卷入弱變形為主，形成寬緩隆起；中構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；上構造層以被動變形為主，形成整體南東傾的單斜。

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

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

2.2 古地貌恢復技術

古地貌恢復對于尋找碳酸鹽巖沉積高能相帶和巖溶儲層發育區具有重要的指導意義。古地貌恢復通常采用殘余地層厚度法(殘厚法)和沉積補償厚度法(印模法)[10]，該區棲霞組上覆地層茅口組沉積之后，東吳運動茅口組地層遭受抬升剝蝕，因此古地貌恢復難以用印模法實現。根據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(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為“西北高、東南低”的特征，江油—劍閣一帶古地貌高，廣泛發育臺緣灘，這些臺緣灘在經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

地震正演模擬是用物理模型和數學模型代替地下真實介質，用物理實驗和數學計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[11]。通過地震正演模擬可以建立不同巖性組合、不同儲層類型、不同儲層厚度、不同儲層物性以及不同流體充填的地震響應特征，為地震資料解譯和儲層預測提供依據[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—地震標定，當棲霞組白云巖儲層發育時，地震響應特征為寬波谷中的弱波峰或復波反射，振幅能量有差異；當棲霞組白云巖儲層不發育時，地震響應特征為寬波谷，無弱波峰或復波反射。

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

為了進一步研究白云巖儲層的反射特征和振幅能量的差異，采用二維全波場波動方程開展正演模擬(圖5)。設置三組模型：①儲層低速度為5 600 m/s(對應儲層孔隙度為5.0%);②儲層中等速度為5 800 m/s(對應儲層孔隙度為3.8%);③ 儲層高速度為6 000 m/s(對應儲層孔隙度為3.2%)。同時考慮儲層發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(與實際地震資料主頻一致)。由圖5可以看出，儲層孔隙度越高，波峰的振幅越強；儲層發育部位距離茅口組底界小于10 m時，儲層地震響應呈復波反射。通過多種振幅屬性試驗，優選最大波峰振幅屬性(圖6)開展儲層定性預測。從圖6可看出，呈條狀的強振幅能量帶儲層物性較好，與實鉆井吻合。這一強振幅能量帶分布范圍廣，主要分布在ST11—ST6—ST1區域。

2.4 深層白云巖薄儲層預測技術

地質統計學反演方法，將高分辨率的測井信息與低分辨率的地震資料有機結合起來[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，從而獲得具有較強預測性的高分辨率反演剖面，能夠有效解決薄儲層預測。

從測井資料來看，棲霞組白云巖儲層具有高聲波時差、低自然伽馬、高中子、深淺雙側向電阻率正差異等特征。通過測井資料交匯分析，確定儲層門檻值(孔隙度大于2.0%、波阻抗小于1.639 5×104g/cm3·m/s)(圖7)。儲層預測步驟：①開展自然伽馬曲線反演，消除泥質灰巖或含泥白云巖(低速地層)的影響[15];②采用地質統計學方法進行波組抗反演得到儲層厚度;③根據波阻抗與孔隙度關系得到儲層孔隙度。從反演結果來看(圖8)，地震預測與實鉆井較吻合，說明這種反演方法是切實有效的。

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

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

3 應用效果

通過深層地震資料解釋關鍵技術的攻關研究，建立了構造模式，落實了構造細節和圈閉展布，明確了棲霞組白云巖儲層的縱橫向分布和高產富集區，逐步形成了復雜構造帶深層地震資料解釋關鍵技術，有力推動了川西北棲霞組勘探開發井位部署。

3.1 落實構造特征

在構造模式指導下，開展精細構造解釋，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；刻畫了多個背斜、斷背斜和斷塊圈閉，落實了圈閉規模。發育的多排構造圈閉與①號斷裂和白云巖有利儲層發育區疊合，形成了大型構造—巖性圈閉。地震資料解釋精度與實鉆對比，相對誤差小于1%，提高了解釋精度。

3.2 明確儲層展布

通過基于正演模擬的地震屬性分析和疊后地質統計學反演，開展了儲層定性和定量預測，明確了白云巖儲層的縱橫向分布以及甜點儲層的分布，為高產井部署提供了支撐。儲層地震預測與實鉆井誤差較小(儲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)，滿足儲層預測要求。

3.3 指導勘探部署

根據儲層預測結果，采用儲能系數方法開展綜合評價，優選I類儲層發育區面積為1 248 km2，明確了高產富集區，據此部署了探井15口、評價井9口，ST8、SY132等多口井獲得高產，見到了很好的生產效果，加快了川西北深層海相碳酸鹽巖天然氣勘探開步伐。

4 結論

1)通過構造物理模擬實驗、井旁構造恢復以及構造幾何學分析，結合鉆井測井資料和地面露頭地質資料，建立了川西北構造模式，為后續精細構造解釋、構造特征和圈閉規模落實提供了借鑒。

2)棲霞組儲層呈弱波峰或復波地震響應特征，利用基于正演模擬的地震屬性分析和疊后地質統計學反演方法定性、定量地開展白云巖薄儲層預測，取得較好效果，是行之有效的實用技術。

3)逐步形成的復雜構造深層地震資料解釋關鍵技術，較好地解決了復雜構造帶深層構造落實和薄儲層預測等難題，明確了高產富集區，為勘探開發井位部署提供了有效的技術支撐，生產效果較好。