川西資陽地區龍王廟組巖溶圈閉識別方法及應用

易 楊，楊 飛，王 順，劉雅博 ，韓 冰

(1. 長江大學地球科學學院，武漢 430100； 2. 油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室，武漢 430100)

碳酸鹽巖古巖溶型儲層的勘探是當前油氣勘探的重要領域。針對以巖溶儲集層為主體的復雜油氣儲層識別和預測技術一直備受關注。長久以來，對于巖溶儲層的識別大都以“甜點”預測為主要導向。隨著地震技術的發展，越來越多的技術被引入到油氣勘探和儲層識別及預測之中，主要包括高分辨率波阻抗反演技術、三維可視化技術、地震屬性分析技術、地震相控技術等[1-5]。這些方法主要以提高地震資料的精度及可靠性為核心，在勘探實踐中取得了一定的成效，也使得儲層識別及預測技術逐漸發展為一門將地質、地震、測井、數學等多學科相結合的新型學科。同時也促進了碳酸鹽巖古巖溶儲層在有利區帶評估以及勘探技術方面得以取得新的進展及認識。但對于利用地震預測技術同測井及地質資料相結合的方式來識別深層海相碳酸鹽巖巖溶圈閉的研究并未形成一套系統且完整的識別方法。

現以儲層沉積學、地震地層學、地震沉積學等多學科為基礎，以沉積相、層序地層及儲層特征為指導，同時以波形聚類分析、地震屬性分析、稀疏脈沖反演等技術為手段，對川西資陽地區龍王廟組巖溶儲層進行儲層識別預測方法的研究及應用。形成一套較為系統的針對勘探程度較低、地震資料相對匱乏、區內井位少等問題的復雜碳酸鹽巖古巖溶儲層識別預測方法。該套方法對勘探程度較淺的深層巖溶區塊的儲層識別的研究，是巖溶儲層識別方法的一個補充和新的實踐，也為川西地區深層海相碳酸鹽巖的下一步油氣勘探提供了重要的方法創新指導及鉆探意見。

1 研究區概況

對于四川盆地資陽地區的油氣勘探，2010年以前主要以陸相地層和海相上組合為主，但均未獲得油氣突破。2011年以后，中石化西南油氣公司針對川西海相開展攻關研究，在區帶評價上取得多個重要進展，在川西海相二疊系研究上，取得三個方面重要認識：一是大邑古隆起-龍泉山古隆起周緣為生物礁灘有利發育帶，二是長興組發育與元壩氣田同樣的巖相帶，三是茅口組異常特征可靠，溶蝕孔洞明顯，規模可能超過蜀南地區，具有巨大的勘探前景。在川西南海相下組合研究上，認為川西南下組合勘探前景良好，發現龍王廟組發育白云巖層，確定了龍王廟組有利儲層展布面積[6-8]。資陽研究區概況如圖1所示。

圖 1 資陽工區概況圖Fig.1 General map of Ziyang work area

盡管如此，川西坳陷深層海相碳酸鹽巖領域勘探程度仍然很低，川西坳陷研究區內，震旦系-中、下三疊統海相碳酸鹽巖地層埋深較大，僅較少鉆井揭示古生代地層，并且井下構造復雜，斷層多，只取得較少的資料，制約了對該區油氣成藏條件的深入認識[9-11]。需要開展進一步研究，特別是深層海相巖溶圈閉的識別。

利用資陽工區的三維地震資料以及龍王廟組構造、沉積特征，采用多種地震相儲層預測方法，建立了資陽工區龍王廟組儲層識別模式，并開展龍王廟組地震巖性預測及碳酸鹽巖溶圈閉識別方法的研究，明確了龍王廟組優質儲層發育區為工區西北部，并圈定了該區域內主要的巖溶圈閉，為該區域內深層儲層后期勘探開發提供依據。

2 構造特征與沉積特征

2.1 構造特征

資陽地區整體處于樂山-龍女寺古隆起之上，為一個簡單的單斜，由于三維工區范圍所限，在資陽探區內，斷裂和局部構造均不發育[12]。龍王廟組因遭受長期剝蝕，龍王廟組整體較薄，主體厚度在50～80m。由于西北部分抬升，在工區西北龍王廟組剝蝕嚴重，地層厚度在0～88m，且整體呈現為東南厚、西北薄的特點(圖 2)。

圖 2 資陽三維工區龍王廟組頂面構造圖Fig.2 Top structural map of Longwangmiao formation in Ziyang 3D work area

圖 3 資陽1井單井相圖Fig.3 Phase diagram of single well Ziyang 1

圖 4 資陽地區龍王廟組典型巖石特征圖Fig.4 Typical rock characteristics map of Longwangmiao formation in Ziyang area

由于資陽探區遭受多期構造運動影響，均主要表現為升降運動，且早期加里東運動時期為西北隆升，晚期喜山運動卻又呈現為西南抬升，使得剝蝕線與構造等值線近似垂直，構造圈閉與地層圈閉均不發育。但由于龍王廟組直接與二疊系接觸，其頂面為一大型不整合面，使得龍王廟組發育碳酸鹽巖溶圈閉，是油氣可能的優質儲集層段。因此，在結合前人研究成果的基礎上，對資陽探區龍王廟進行碳酸鹽巖溶圈閉識別是必要的。

2.2 沉積特征

龍王廟組做為該區域重要儲層發育段及富含油氣段。資陽1井揭示寒武系龍王廟組巖性主要為灰、深灰色粉晶白云巖、鮞粒白云巖、微晶白云巖、含砂白云巖、砂質白云巖，圖4(a)、圖4(c)、圖4(e)為實物巖芯取樣，數據為取樣深度；圖4(b)、圖4(d)、圖4(f)、圖 4(g)、圖 4(h)為利用偏光顯微鏡進行鏡下巖芯薄片觀察。資陽1井龍王廟組可進一步劃分為龍一段和龍二段，沉積微相主要為云坪、淺灘及砂質云坪。

3 巖溶圈閉識別方法及應用

3.1 識別方法

對于碳酸鹽巖圈閉，地震儲層預測技術是其主要手段之一，地震儲層預測技術自問世以來，發展迅速并得到了廣泛的重視，尤其是近10年來，針對碳酸鹽巖儲層預測方法的研究不斷活躍，地震預測技術被廣泛地應用于油氣勘探與開發領域，并取得了可觀的經濟效益。但對于利用地震預測技術與測井及地質資料相結合的方式來識別深層海相碳酸鹽巖巖溶圈閉并未形成一套完整的識別方法，針對碳酸鹽巖巖溶圈閉識別為目的，以川西資陽地區龍王廟組巖溶儲層為例，總結出一套系統的識別方法并加以應用。

川西深層為海相碳酸鹽巖地層，海相深層碳酸鹽巖油氣勘探的核心在于深層優質碳酸鹽巖儲層預測，而地震儲層預測技術是一項綜合技術，需要將地震、測井和地質知識有機地結合起來，才能應對復雜地質條件下的儲層預測。在碳酸鹽巖溶圈閉識別與研究方面，川西資陽地區深層海相碳酸鹽巖儲層作為重點勘探目的層，且遭受了風化剝蝕，具有碳酸鹽巖溶圈閉發育條件。通過對碳酸鹽巖溶段的巖石物理特征進行分析與地質統計，確定巖溶儲層段與非巖溶儲層段的差異，特別是在波阻抗上的差異；然后根據巖溶儲層的波阻抗特征，進行地震巖性預測，半定量地刻畫巖溶儲層的發育區，再結合巖溶儲層在地震屬性上的特征，進行碳酸鹽巖溶圈閉的識別，最后利用波形聚類的方法圈定巖溶圈閉的邊界。形成了一套針對碳酸鹽巖古巖溶圈閉的識別方法技術路線(圖 5)。

圖 5 巖溶有利區識別方法技術路線圖Fig.5 Technical roadmap for identifying carbonate karst trap

3.2 巖溶圈閉識別

對于研究區內碳酸鹽巖巖溶圈閉識別方法的研究，主要是利用資陽1井鉆探成果，對碳酸鹽巖巖溶段進行地質統計，結合其地球物理特征，確定巖溶在地震上的特征，從而開展探區巖溶發育區的識別，圈定巖溶圈閉，最后結合波阻抗反演得到的巖性特征來圈定有利區帶的分布。

3.2.1 巖石物理特征

資陽地區龍王廟組整體為局限臺地臺內灘沉積，巖性主要由殘余鮞粒粉晶云巖、粉晶云巖、含石英粉砂粉晶云巖組成，縱向上依據測井曲線特征及巖性組合可以劃分為上、下兩段，下部以砂質、石英質粉晶白云巖、殘余鮞粒云巖為主，上段主要為粉晶云巖、殘余鮞粒云巖。儲層巖性為灘相砂屑白云巖、鮞粒白云巖及細粉晶白云巖等。在每段中上部臺內灘相鮞粒白云巖最為發育，也是儲層最發育的層。

根據資陽1井的鉆探成果，龍王廟組儲層空間主要為晶間孔、晶間溶孔、縫合線、溶縫4種類型。

(1)晶間孔：晶間孔為細粉晶白云巖常見孔隙，受溶蝕作用影響，常常形成晶間溶孔，在龍王廟組粉晶云巖中常見，占總孔隙的42.36%。

(2)晶間溶孔：常見于殘余鮞粒云巖、細粉晶白云巖中，由白云石溶蝕擴大而形成。其形成主要為同生期，細粉晶白云巖在形成期間，由于大氣以及層隙水的導入，從而形成晶間溶孔，占總孔隙的43.77%。

(3)縫合線：龍王廟組縫合線較為發育，在縫合線發育帶晶體較小、晶間孔尤為發育，常被瀝青充填，巖心上呈“絲帶狀”，這類儲集空間占總孔隙的12.02%。

(4)溶縫：在局部地區還發育一些裂縫受后溶蝕改造形成的溶縫，占總孔隙的1.84%。從儲集空間縱向分布來看，龍王廟組中上部面孔率最高，多發育晶間孔及晶間溶孔，中下部面孔率較低，晶間孔、晶間溶孔、縫合線、溶縫這4類儲集空間都發育。

通過利用資陽1井資料對龍王廟組巖溶儲層和非儲層的孔隙度和地震波阻抗的關系做了地質統計，得出龍王廟組巖溶儲層和非儲層段的孔隙度和地震波阻抗之間的關系交會圖(圖 6)。可知，龍王廟組巖溶儲層的阻抗范圍在1.05×107～1.5×107kg/(m2·s)，非儲層波阻抗較大，大于1.45×107kg/(m2·s)。儲層段的孔隙度在2%～6%，主體在3%～4%，非儲層段的孔隙度則在2%以下。

將龍王廟組儲層段的波阻抗與孔隙度進行交會計算，擬合出儲層段孔隙度與波阻抗之間的函數關系式(Y=-9×10-7X+14.809，X為波阻抗值)，儲層段孔隙度與波阻抗呈現為負相關(圖 7)，即隨波阻抗增大，孔隙度減小。為后續利用波阻抗估算儲層孔隙度奠定基礎。

圖 6 儲層與非儲層孔隙度與波阻抗交會圖Fig.6 Cross plot of porosity and wave impedance between reservoir and non reservoir

圖 7 儲層與非儲層孔隙度與波阻抗擬合關系圖Fig.7 Fitting relationship between porosity and wave impedance of reservoir and non reservoir

圖 8 龍王廟組地震均方根屬性平面Fig.8 Seismic root mean square attributeplan of Longwangmiao formation

3.2.2 地震屬性分析

根據前述地球物理統計的結果，龍王廟組巖溶地層頂部反射為弱振幅，地震波阻抗亦為低波阻抗。在對研究區巖溶儲層進行井震結合標定時發現，均方根振幅屬性能較好地刻畫巖溶儲層的空間展布特征。為此利用地震的均方根振幅屬性對龍王廟組巖溶儲層發育區進行定性的優選。

根據資陽地區龍王廟組方根振幅圖(圖 8)，研究區均方根屬性可劃分為強振幅區、較強振幅區、中-強振幅區、中振幅區、弱-中振幅區及弱振幅區。巖溶儲層發育的區域在屬性圖上表現為弱-中振幅特征，黃色及紅色區域即為巖溶儲層發育的區塊。研究區內龍王廟組地層在尖滅線的南側發育有兩個振幅區域，展布面積較大，與其他區域差異明顯，為可能的巖溶圈閉發育的有利區域。這種利用地震振幅屬性，定性地對巖溶圈閉發育區進行了初步預測，然后再結合地震波形聚類的方式，進行進一步的確定[14]。最后利用地震巖性預測進行半定量的估算，將3種方法的有利區進行融合，即為資陽探區龍王廟組巖溶圈閉發育有利區。

圖 9 龍王廟組波形聚類分析Fig.9 Waveform cluster analysis of Longwangmiao formation

3.2.3 地震波形聚類分析

資陽探區龍王廟組地震資料的主頻較高，可以達到40Hz。由于龍王廟組地層較薄，地震剖面上T0厚度僅在20～30ms，波形聚類分析時窗，時窗長度為30ms，以龍王廟組地層中部為中心。波形分類數6個，平滑間距5個共深度點道集(common depth point aathers，CDP)。

由于資陽探區為海相沉積，沉積相類型相對單調，根據時窗內的聚類篩選，確定采用6種波形聚類：①頂部波峰，中間波谷；②平坦型；③頂部波谷，中間波峰；④底部波谷，中間波峰；⑤底部波峰，中間波谷；⑥剝蝕區。

根據龍王廟組波形聚類結果(圖 9)，將地震屬性和地震波形聚類定性預測巖溶儲層的結果和地震屬性定量預測的巖溶儲層成果進行融合，采用地震波形聚類的方法確定巖溶儲層的尖滅線。可以很清晰地確定高臺組的地層尖滅線。另外，在振幅屬性所確定的有利巖溶圈閉發育區，根據具有相似的地震地質特征，則會具有同類的波形特征，亦就是從波形分析的角度，刻畫巖溶圈閉的邊界[15-16]。

3.2.4 地震巖性預測

對于研究區內巖溶儲層巖性的半定量地震預測，首先是通過波阻抗反演，求得探區內儲層段的地震波阻抗體，然后再利用前期定量巖石物理地質核計的結果，將波阻抗體轉換成巖溶儲層與非巖溶儲層巖性體。最后計算區內巖溶儲層的厚度，以此圈定巖性有利區，從而達到定量-半定量預測巖性儲層的目的。

在進行波阻抗反演前，需要先通過利用資陽1井進行時深標定(圖 10)，確定井上波阻抗與地震剖面井旁波阻抗的對應關系。標定子波為井旁道統計子波，子波長度為100ms(圖 11)。結果表明在目的層范圍內，合成記錄與井旁道的相關性較高，說明利用波阻抗反演的方式能較好地反映巖溶儲層的巖性特征。

圖 10 資陽1井時深標定結果與合成記錄Fig.10 Hourly depth calibration results and synthetic records of Ziyang 1 Well

圖 11 資陽1井井旁道子波圖Fig.11 Ziyang 1 well side road sub-wave diagram

對于波阻抗反演方法，這里選擇稀疏脈沖反演。由于研究區井數較少，可利用井資料相對匱乏，而稀疏脈沖波阻抗反演能適用于井數較少的區域，其主要優點是能獲得寬頻帶的反射系數，較好地解決地震記錄的欠定問題，使反演得到的波阻抗模型更趨于真實[17-19]。對于資陽探區，稀疏脈沖反演的時窗為高臺組底界面-50ms至龍王廟組底界面+50ms。反射系數的稀疏程度為1%，該參數越小，塊狀化影響越小。低頻阻抗補償的頻率為10Hz，由于在建立初始模型時已將15Hz以上的高頻成分濾掉，故該參數不敏感。龍王廟組的反演波阻抗剖面上，可見龍王廟組中上部波阻抗橫向的明顯變化，高波阻抗與低波阻抗區別明顯，波阻抗高值主要集中于中上部的構造高位層段，即紅色及黃色區域(圖 12)。

圖 12 過資陽1井L2842線波阻抗反演剖面Fig.12 Wave impedance inversion profile of L2842 in well Ziyang 1

圖 13 過資陽1井L2842線儲層與非儲層預測剖面Fig.13 Wave impedance inversion profile of L2842 in well Ziyang 1

在前期巖石物理統計基礎上，確定巖溶儲層、非儲層波阻抗門檻值。據此，將反演得到波阻抗體轉換為儲層、非儲層巖體。資陽1井龍王廟組巖溶儲層的門檻值1.45×107(kg/m3·m/s)阻抗小于1.45×107(kg/m3·m/s)則為巖溶儲層段，大于該值的則為非儲層段。過資陽1井的巖溶儲層剖面，剖面中棕色區域即為巖溶儲層段(圖 13)。

4 有利儲層分布預測

4.1 巖溶圈閉預測

資陽地區海相層系較老，烴源巖演化時間長、演化程度高，具備多期供油氣、多期成藏的特點，因此古構造在油氣成藏過程中起著重要的控制作用。通過對研究區主要目的層龍王廟組的古構造分析來看，二疊系龍潭組沉積前，工區西北部構造位置最高，利于古油藏形成。目前在工區東南部鉆探的資陽1井，龍王廟組儲層發育，但含氣性較差，主要含水。分析主要可能與古、今構造位置較有關，工區北部及西部較高的古構造區含油氣豐度較高，為下步勘探有利區。

根據前人的勘探成果，在基于地質認識及測井資料的基礎上，結合本次巖溶圈閉識別方法的應用，將上述方法中通過波形聚類圈定的波形有利區、均方根振幅圈定的振幅有利區以及波阻抗反演圈定的巖性有利區，相疊合得出研究區綜合巖溶有利區，即圖中粉色區域(圖 14)。確定資陽龍王廟組巖溶圈閉有3個(表 1)，初步估算圈閉總面積可達54.16km2，其中1號圈閉最大，閉合面積為32.27km2，其次為2號，面積為9.15km2，3號最小為7.74km2。

圖 14 龍王廟組巖溶有利區分布圖Fig.14 Distribution map of favorable karst areas in Longwangmiao formation

表 1 資陽工區巖溶圈閉要素表Table 1 Key elements of karst traps in Ziyang work area

研究區內1號巖溶圈閉條件最好，不但面積大，且處于晚二疊世龍潭期古構造高處，又有斷裂溝通油源，頂部又有高臺組泥質白云巖做蓋層，具有良好生、儲、蓋組合，圈閉頂點海拔為-3575m，閉合幅度達375m。其南部古構造低部位鉆探資陽1井在龍王廟組儲層發育，巖心中見瀝青，雖然未獲氣流，但產少量氣，點火成功。說明石油地質條件更好的區塊，有望取得油氣勘探的突破。

4.2 應用效果及意義

通過針對資陽地區龍王廟組巖溶圈閉識別方法及應用的研究，明確了古巖溶圈閉的識別方法：通過分析碳酸鹽巖溶圈閉地震屬性特征，結合碳酸鹽巖溶物性上的差異，進行相控下地震巖性預測，綜合地球物理定性與定量的預測結果，是識別碳酸鹽巖溶圈閉的有效途徑。

在研究過程中，綜合運用了地質、測井、地震的方法，對資陽三維工區古巖溶儲層進行了定量和定性的分析和預測，建立了一套適合川西資陽三維工區的巖溶儲層預測技術的系統方法及步驟，確定了該區古巖溶圈閉的地層及分布特征，并且為類似復雜巖溶儲層的識別問題提供了較為成熟的技術路線和思路。同時，也為整個川西地區深海相碳酸鹽巖有利儲層的鉆探提供了一定依據，推進了藏勘探進程。

對于川西地區經過多年的海相碳酸鹽巖勘探，雖然取得了巨大的突破，但由于古老海相碳酸鹽巖埋藏深，當前的地震資料主要是針對中淺層聚焦成像處理，深層成像效果并不理想，給深層海相碳酸鹽巖勘探帶來很大困難[17-18]。古巖溶圈閉的識別方法及精細刻畫技術還有待完善與提高。

5 結論

(1)川西資陽地區海相層系較老，深海相碳酸鹽巖儲集層具有面積廣、厚度薄、構造復雜等特點。龍王廟組碳酸鹽巖儲層形成及展布主要受巖溶作用的控制，是該區域內巖溶圈閉形成的主要原因。

(2)通過分析碳酸鹽巖溶圈閉地震屬性特征，結合碳酸鹽巖溶物性上的差異，進行相控下地震巖性預測，綜合地球物理定性與定量的預測結果以及古地貌的恢復，是識別碳酸鹽巖溶圈閉的有效途徑。

(3)通過本次巖溶圈閉識別方法的應用，認為資陽地區西北部構造位置最高，利于古油藏形成。在該區北部及西部較高的古構造區寒武系龍王廟組識別出碳酸鹽巖溶圈閉3個。