川西南碳酸鹽巖古巖溶儲層巖石物理特征及識別
——以廣漢斜坡地區中三疊系雷口坡組四段3亞段為例

楊飛，王順，易楊，劉雅博，韓冰

1.油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室(長江大學)，湖北 武漢 430100 2.長江大學地球物理與石油資源學院，湖北 武漢 430100

碳酸鹽巖儲層在世界油氣生產中占據極其重要的地位，世界總油氣產量的60%來自于碳酸鹽巖儲層，占世界石油產量約2/3的中東地區80%的含油氣層系位于碳酸鹽巖中[1]。中三疊系雷口坡組地層作為四川盆地極具代表性的碳酸鹽巖儲層勘探層位之一，多年來一直受到油氣地質勘探學家的關注。截至目前為止，已探明川中地區雷口坡組一段的磨溪氣田、川西北中壩氣田的雷口坡組三段氣藏、川中營山-龍崗地區的雷口坡組四段(以下簡稱雷四段)氣藏、川東北元壩地區雷四段氣藏、川西凹陷鴨子河構造雷四段氣藏等和其他一些小規模的氣藏。川西地區中三疊系雷四段，雖然沒有形成氣藏，但有大量地層水產出，同樣擁有非常好的儲層。

隨著四川盆地油氣資源勘探的日益深入，川西地區主力產油氣藏多處于開發中后期，區內可采儲量急劇下滑，探尋新的有利油氣區已成為勘探開發的迫切需求。對于四川盆地西南部(以下簡稱川西南)的油氣勘探，2010年以前主要以陸海相相結合的勘探模式，但均未獲得油氣突破[2]。2014年1月，位于川西南龍門山前構造帶石羊場-金馬-鴨子河構造帶上的PZ1井在雷四段上亞段測試獲天然氣產量121.05×104m3/d，證實了該區域雷四段氣藏的可能性。此后，先后實施了YS1井、YSh1井、PZ115井、PZ113井和PZ103井等5口滾動評價井，對氣藏展開了評價，提交的預測儲量和控制儲量都超過千億立方米，川西南雷四段氣藏成為該區域天然氣勘探開發增儲上產的重點區塊。為此，筆者針對川西南廣漢斜坡地區雷口坡組四段3亞段(以下簡稱雷四3亞段)，開展了碳酸鹽巖古巖溶儲層巖石物理特征研究及古巖溶圈閉的識別。

1 區域地質概況

川西南廣漢斜坡地區構造位置隸屬于川西坳陷廣漢-中江斜坡地帶。區內鉆有馬井1井、彭州1井、川科1井、都深1井、新深1井和永勝1井等，以馬井、成都、綿陽等連片三維地震片區為工區，面積可達3474km2(見圖1)。

圖1 川西南廣漢斜坡地區雷四3亞段沉積相圖Fig.1 Sedimentary facies map of the 3rd sub-member of the 4th member of Leikoupo Formation in Guanghan slope area of Southwestern Sichuan

早中三疊世，上揚子西北緣克拉通具“鑲邊”碳酸鹽臺地沉積特征，發育臺緣淺灘和臺內淺灘；中晚三疊世之交，隨著古特提斯洋逐步關閉，川西地區克拉通及其周緣盆地逐漸轉變為前陸盆地，沉積格架由“鑲邊”碳酸鹽臺地沉積轉變為遠端變陡緩坡沉積楔。印支早期運動使地臺整體隆升，海水退出上揚子臺地，中三疊統碳酸鹽巖普遍受到不同程度的剝蝕和喀斯特化，形成區域不整合面。川西南雷口坡組整體處于古巖溶斜坡帶之下，巖溶儲層發育較好[3]；印支早期運動后，晚三疊世馬鞍塘期，川西前陸撓曲穩定翼向克拉通內遷移，形成超覆在中三疊統天井山組緩坡楔之上的馬鞍塘組碳酸鹽巖緩坡沉積楔。

雷四段時期，地層整體處于海退期，自龍門山斷裂帶向東的沉積相帶依次為斜坡-半深海盆地相、開闊臺地-臺地邊緣淺灘相、局限臺地及剝蝕區。在雷四段形成早期，蒸發作用最為強烈，在川西坳陷一帶形成了一個大膏鹽湖，以厚大膏鹽沉積為主，夾部分深色微晶白云巖；雷四段中期，蒸發作用逐漸減弱，海水逐漸淡化，以蒸發潮坪亞相沉積為主，由膏鹽巖-微晶白云巖互層組合向上變化為微晶白云巖夾膏巖；雷四段晚期，迎來了雷口坡期最后一次海侵，以局限潮坪、藻砂屑灘亞相為主，巖性為微晶白云巖、灰質白云巖、白云質灰巖、藻砂屑灰巖組合[4，5]。雷四3亞段頂部的局限臺地相碳酸鹽巖儲層中發育與印支期不整合面相關的古巖溶儲層，該儲層在廣漢斜坡地區分布廣，厚度較大，物性條件較好，是川西南海相地層中重要的油氣勘探目標區域。

2 雷四3亞段地層及構造特征

2.1 地層特征

川西南中晚三疊世地層發育齊全，晚三疊世的印支運動使得川西南原本拉張的構造環境轉變為擠壓，產生構造反轉，川西凹陷進入了前陸盆地演化階段，并逐漸從海相環境過渡到陸相環境。廣漢斜坡地區廣泛發育雷口坡組地層，由上至下第四系-中三疊統雷口坡組均發育較全，僅局部地區雷四段剝蝕嚴重。

廣漢斜坡地區局限臺地相分布范圍較廣，區內雷四3亞段地層厚度100～170m，可識別出潮間帶上、潮間帶下2個亞相。雷四3亞段下儲層段在區內保存完整，厚度約50～120m，且以含泥質白云巖、藻砂屑白云巖、藻砂屑灰巖及微晶白云巖為主；上儲層段厚約0～50m，巖性主要為藻砂屑藻凝塊灰巖(見圖2)。由于在沉積時期區域地勢相對低緩，海平面的升降作為地層沉積的重要影響因素，使得沉積微相出現頻繁變化的特點。雷四段孔隙型儲層主要分布于中上亞段，其中以雷四3亞段發育最好，是川西南近期的主要勘探目的層之一[6]。廣漢斜坡地區雷四3亞段的碳酸鹽巖古巖溶較為發育，是該次研究古巖溶儲層的目標層位。

2.2 構造特征

川西坳陷雷口坡組具有“兩隆、兩凹、兩斜坡”的構造格局，“兩隆”為金馬-鴨子河-安縣隆起帶、新場隆起帶，“兩凹”為元通-安德凹陷、綿竹凹陷，“兩斜坡”為廣漢-中江斜坡、永興-綿陽斜坡[7]。研究區整體呈現為東北部低西南部高的斜坡，高點位于研究區南部永勝1井一帶，最淺處海拔-3500m。

廣漢斜坡地區雷口坡組地層的剝蝕發生于早印支運動期間，該時期四川盆地在構造上整體表現為抬升，地勢上表現為西高東低的特點。雷四段的沉積地層厚度由西南向東逐漸降低，且后期受印支運動影響，整個區域受到擠壓推覆作用產生大量逆沖斷裂(見圖3紅色斜線)。四川盆地雷口坡組地層沉積的范圍廣、規模大，其中以雷四段殘留地層厚度最大，對比于四川盆地其他地區，川西南雷四段地層的殘留厚度偏薄，雷口坡組頂部長期表現為一個西低東高的大斜坡(即廣漢-中江斜坡帶)。

該次研究利用井震結合的地震層位標定方式對研究區主要儲層雷四3亞段底進行了層位標定。雷四3亞段與上部須家河組底接觸，在地震剖面上常見明顯的尖滅現象(見圖4)。在層位標定的基礎上全面剖析研究區雷四3亞段的空間展布特征，為后續進一步識別該層有利儲集區奠定基礎。

圖2 馬井1井雷四3亞段沉積相特征圖Fig. 2 Sedimentary facies characteristics of the 3rd sub-member of the 4th member of Leikoupo Formation of well Majing 1

圖3 廣漢斜坡地區雷口坡組地震剖面圖Fig. 3 Seismic profile of Leikoupo Formation in Guanghan slope area

3 古巖溶儲層巖石物理特征

圖4 雷四3亞段地層尖滅典型地震剖面Fig. 4 Typical stratigraphic pinchout seismic profile of the 3rd sub-memberof the 4th member of Leikoupo Formation

圖5 廣漢斜坡地區各井雷四3亞段巖石波阻抗特征Fig. 5 Wave impedance characteristics of rocks of each well in the 3rd sub-member of the 4th member of Leikoupo Formation in Guanghan slope area

雷四3亞段是廣漢斜坡地區的優質儲

層，其發育的主要控制因素是白云巖化+早期暴露溶蝕+晚期埋藏溶蝕。白云巖化作用是作為優質儲層發育的重要巖性基礎，在白云化過程中形成大量以晶間孔為主的基質孔隙，為后期成巖改造提供了較好的流體通道[8]。古表生溶蝕作用為優質儲層形成提供了有利條件，在鉆井過程中主要表現為井漏、鉆井放空等現象，在巖心和薄片中，也發現褐色方解石晶體，懸垂狀、等厚環邊膠結、滲流粉砂等古表生巖溶作用的顯著標志。古表生巖溶是指在顆粒巖中雖然產生了大量溶蝕孔、洞、縫，但由于較強的膠結、充填作用，導致顆粒巖類在古表生期表現為以孔隙破壞為主的過程，而在晶粒白云巖及含顆粒的晶粒白云巖中，則以保存和加強白云化后形成的基質孔為主，同時產生了一定的溶蝕孔、洞、縫。晚期埋藏溶蝕作用作為優質儲層形成的重要原因，進入再埋藏環境后，溶蝕流體沿前期保存的基質孔、溶孔洞及裂縫，產生規模溶蝕。

對廣漢斜坡地區上的川科1井、馬井1井、彭州1井等5口井的雷四3亞段分別就古巖溶儲層段和非儲層段進行巖石物理分析(永勝1井因構造位置較高，雷四3亞段已剝蝕殆盡，因此未被列為該次統計范圍之中)。該次巖石物理分析主要針對波阻抗與孔隙度的關系進行。根據研究區內鉆井雷四3亞段的巖石物理分析結果，同一深度條件下，古巖溶儲層段的波阻抗小于非儲層段，其閾值為16100g·m/(s·cm3)，即波阻抗≤16100g·m/(s·cm3)為儲層，波阻抗>16100g·m/(s·cm3)為非儲層(見圖5)。統計研究區內鉆井的孔隙度與波阻抗的關系發現，孔隙度≥2%時為儲層，孔隙度<2%時為非儲層，且孔隙度與波阻抗之間存在負相關性，即隨著孔隙度的增大，波阻抗減小(見圖6)。

4 古巖溶儲層識別

圖6 廣漢斜坡地區雷四3亞段孔隙度與波阻抗交會圖Fig.6 Intersection diagram of porosity and wave impedance in the 3rd sub-member of the 4th member of Leikoupo Formation in Guanghan slope area

圖7 古巖溶儲層識別技術路線圖Fig.7 Technical roadmap for paleokarst reservoir identification

圖8 廣漢斜坡地區雷四3亞段波形聚類分析圖Fig.8 Waveform cluster analysis diagram of the 3rd sub-member of the 4th member of Leikoupo Formation in Guanghan slope area

地震預測技術是碳酸鹽巖古巖溶儲層識別的主要途徑之一[9]，其技術路線如下：首先確定碳酸鹽巖古巖溶儲層發育的有利沉積相帶；然后分析碳酸鹽巖古巖溶儲層的地震屬性特征，進行地震屬性定性識別；再結合碳酸鹽巖古巖溶儲層物性上的差異進行相控下的地震巖性預測，定量-半定量地進行碳酸鹽巖古巖溶儲層有利區預測；最后綜合地球物理定量-半定量的預測結果，圈定碳酸鹽巖古巖溶圈閉(見圖7)。

由于任何地下地層的變化都會引起地震波形的變化，可以通過提取地震信息在空間上的相似性來描述地質信息的空間變化[10]。在特定目的層時窗內，根據地震道波形特征，逐道對比，求同存異，突出各地震道的相似性，刻畫地震波形在橫向上的變化，在平面上以不同顏色代表不同地震相類型，再依據地震相反映的沉積相變化，明確沉積相在平面上的展布特征。

由于研究區沉積相為局限臺地相，亞相類型不多，因此采用6種波形聚類對雷四3亞段地震相劃分(見圖8)，明確了雷四3亞段的沉積相展布特征，剝蝕區、底部波峰中間波谷、底部波谷中間波峰、頂部波谷中間波峰、平坦型、頂部波峰中間波谷等波形聚類分別對應潟湖、含膏潟湖、膏湖、藻屑灘、藻砂屑灘、砂屑灘[11-13]。

古巖溶儲層的定量-半定量預測是通過波阻抗反演求得地震波阻抗體，再利用前期巖石物理特征結果，將波阻抗體轉換成古巖溶儲層與非古巖溶儲層巖性體，最后計算古巖溶儲層厚度，預測古巖溶儲層有利區分布范圍[14,15]。利用都深1井、馬井1井等進行時深標定，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。在都深1井-馬井1井連井波阻抗反演剖面上(見圖9)可以看出，波阻抗與井旁道的波阻抗符合度較高，說明該次波阻抗反演結果是可靠的。再根據前期古巖溶儲層巖石物理特征確定的古巖溶儲層、非儲層的波阻抗門檻值(16100g·m/(s·cm3))，將反演波阻抗體轉換為儲層、非儲層巖體，得到古巖溶儲層預測剖面，剖面中的棕色(氣層)部分即為古巖溶儲層(見圖10)。

注：T3x1表示須家河組一段；T3x2表示須家河組二段；T3x6表示須家河組六段；表示雷四3亞段。圖9 都深1井-馬井1井連井波阻抗反演剖面圖Fig.9 Wave impedance inversion profile of well Dushen 1-well Majing 1

圖10 都深1井-馬井1井連井巖古溶儲層預測剖面Fig.10 Prediction section of paleokarst reservoir in well Dushen 1-well Majing 1

在反演體中統計雷四3亞段古巖溶儲層厚度，絕大部分大于20m，再將雷四3亞段古巖溶儲層厚度與有利古巖溶儲層有利區圖相疊合，并以40m為限，優選出4個巖溶圈閉(見圖11)，規模均較大，總面積為645km2，其中①號和②號規模最大，均超過200km2。

圖11 雷四3亞段古巖溶儲層厚度與有利古巖溶儲層有利區疊合圖Fig.11 Overlap diagram of paleokarst reservoir thickness and favorable area of favorable paleokarst reservoir in the 3rd sub-member of the 4th member of Leikoupo Formation

5 結論

1)川西南廣漢斜坡地區中三疊系雷口坡組四段局限臺地相碳酸鹽巖古巖溶儲層發育，是油氣勘探的重點層段，其中雷四3亞段厚度最大，與上覆須家河組不整合接觸，在地震剖面上可識別明顯的尖滅點，且發育大量與不整合相關的古巖溶儲層，主要分布于雷口坡組頂面之下。

2)利用巖石物理特征、波形聚類分析、波阻抗反演等方法識別川西南廣漢斜坡地區雷四3亞段古巖溶儲層有利區，可指導該區碳酸鹽巖的油氣勘探。