基于多參數反演的巖溶古地貌恢復技術在鄂爾多斯盆地大牛地氣田的應用

孫涵靜

（中國石化華北油氣分公司勘探開發研究院，河南 鄭州 450006）

0 引言

奧陶系馬家溝組是鄂爾多斯盆地下古生界重要的勘探層系之一，近年來，油氣當量快速攀升，具有較好的勘探開發前景。根據前人研究表明，鄂爾多斯盆地中部奧陶系馬家溝組馬五段經歷長期的風化淋濾剝蝕作用，發育巨型巖溶臺地，形成了縱向上成層分布、平面上沿含膏云坪相帶、白云巖相帶延伸的大面積展布的晶間溶孔與膏溶孔洞，為馬五段儲層的形成奠定了基礎。巖溶古地貌是巖溶作用和各類地質作用的綜合結果，古地貌形態對巖溶水的溶蝕作用及其形成的溶蝕孔、洞、縫發育起著控制作用，因此，古地貌研究與恢復對巖溶儲層分布的預測及油氣富集規律研究具有重大意義［1-5］。前人對鄂爾多斯盆地大牛地氣田古地貌開展了一系列研究工作，但古地貌恢復程度大多以井點地層厚度和地震解釋層位為依據，利用殘余厚度法、印模法、層拉平法恢復古地貌形態［6-13］。受太原組煤層屏蔽作用的影響，奧陶系頂部不整合面與風化殼殘留底部標志界面馬五4亞段底界的解釋精度低，古地貌恢復精度不夠高，缺乏對大牛地巖溶古地貌的精細表征。筆者利用疊后解釋性處理技術與多參數反演技術精細追蹤不整合面與馬五段內部的關鍵界面，進行巖溶古地貌恢復并劃分巖溶優勢區，提高了古地貌刻畫精度，并分析了巖溶古地貌對研究區儲層發育的影響。

1 地質概況

大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東北部，奧陶系馬家溝組自下而上可分為五段，其中，馬一段—馬三段發育白云巖夾膏巖和鹽巖、石灰巖夾白云巖，構成蒸發臺地—開闊臺地—蒸發臺地環境的沉積序列；馬四段—馬五段則由石灰巖夾白云巖、白云巖夾膏巖和鹽巖構成開闊臺地—蒸發臺地環境的沉積序列。而馬六段則為奧陶紀最后一次大規模的海侵期，主要為云質灰巖沉積，但包括大牛地氣田的鄂爾多斯盆地區大部分被剝蝕殆盡，僅在祁秦海域有所殘留［14］。目前，馬五段是大牛地氣田馬家溝組天然氣的主力產層，儲集空間以白云巖晶間孔、膏溶孔為主，儲層發育受巖溶古地貌、沉積相、斷裂共同控制，馬五1-4亞段為馬家溝組上組合，馬五5-10亞段為馬家溝組中組合，馬四段—馬一段為馬家溝組下組合［15］。

2 基于多參數反演的古地貌刻畫技術

古地貌恢復方法包括殘余厚度法、印模法、層拉平法及高分辨率層序地層學法等［6-11］。本次研究綜合應用殘余厚度法、印模法結合開殼層位恢復大牛地氣田的古巖溶地貌。大牛地區塊剝蝕強度大，部分區域剝蝕至馬五3亞段，甚至馬五4亞段。據較早期統計，已有45口井鉆遇馬五2亞段，其分布面積占原始沉積面積的73%，而馬五4亞段在全區均有分布［6］8-9。因此，在利用殘余厚度法刻畫古地貌時，將基準面選在馬五4亞段底，原因是該亞段分布穩定、特征明顯，目前尚未發現其在大牛地氣田存在剝蝕現象。

地質界面的精細追蹤是古地貌刻畫的基礎，古地貌刻畫精度和準確性受層位追蹤的限制。受煤層地震強反射影響，奧陶系頂面、馬五4亞段底面追蹤困難。為了獲得更精準的殘留厚度和上覆地層厚度，本次研究形成了一套提頻＋多參數反演的古地貌刻畫技術。

2.1 利用提頻技術精細追蹤馬五4亞段底面

從地震剖面和合成記錄標定可以看出（圖1），馬五4亞段底面與地震波T10f存在一定的對應關系，但由于受上覆煤層強屏蔽、風化殼殘留厚度不一的影響及地震資料頻率的限制，T10f 波形特征不連續，追蹤困難，地震精細解釋難度大。針對這些問題，采用疊后提頻處理技術和譜反演技術對疊后資料進行解釋性處理，突破地震資料的頻寬限制，分辨調諧厚度下的薄層，提高主要層位識別能力。譜反演技術的核心是基于匹配追蹤分解算法的地震信號時頻分析技術，譜反演處理的最終輸出結果為地震反射系數，其視分辨率要遠高于常規輸入的地震數據，其結果可以用來精細刻畫薄儲層形態、識別地層層序的邊界和變化點、解釋微小斷裂等［16-18］。在譜反演技術的解釋性處理基礎上，通過測井、地震精細標定，T10f（馬五4亞段底界）對應T9b 之下弱波峰，在高頻處理數據體上結合原始地震剖面和合成記錄標定成果可在全區進行馬五4亞段底界面的精細追蹤對比。

圖1 大牛地氣田X井合成記錄圖

2.2 利用多參數反演融合技術精細刻畫奧陶系頂部不整合面

前期古地貌刻畫通常是利用地震解釋層位T9b作為奧陶系頂不整合面。從圖1可以看出，受太原組煤層發育和本溪組地層展布的影響，T9b標定在太1段底部煤層發育處，并不能代表下古生界頂面，奧陶系頂面T9 對應到T9b 下面波峰與波谷轉換處。隨著所處區域的不同，有可能對應到波谷的上沿或者是波峰下沿，在原始地震剖面上無法準確追蹤。針對以上問題，通過研究區巖石物理交匯分析，認識到本溪組的鋁土巖與下古生界的碳酸鹽巖具有明顯的波阻抗界面，同時本溪組具有高自然伽馬的特征；采用多參數反演即波阻抗反演、自然伽馬反演，再依據波阻抗、自然伽馬界限值進行融合，將波阻抗橫向趨勢和自然伽馬測井數據的縱向高分辨率充分結合，利用子體檢測功能可以快速識別T9 界面，風化殼頂面預測誤差小于4 m（圖2）。

圖2 多參數反演融合剖面與常規地震剖面對比圖

2.3 速度建模技術

為了進一步提高預測精度，采用井震約束下速度模型進行關鍵層位的時深轉換。以井點速度為輸入、地震速度空間趨勢為約束，實施約束插值實現速度的定量性（井）與預測性（體）融合，用于實現時深轉換工作。優化后速度無論在垂向結構還是橫向趨勢上，定量性都有所提升。

3 古地貌單元劃分與評價

在區域沉積模式指導下，根據大牛地氣田風化殼上覆本溪組＋太1段地層厚度和馬五1-4亞段殘留厚度變化建立古地貌正演模型（圖3）。正演結果顯示，古地貌反射特征隨地層厚度變化發生改變。結合地震剖面與鉆井數據分析可知，在巖溶高地，馬五1-4亞段殘留厚度薄，T9b 與T10e 呈“兩峰一谷、小時差”的反射特征，T10f 多位于波谷中，整體呈中低頻的單波或復合波，難以識別。隨著馬五5亞段上覆殘留地層厚度加大，“雙波峰、單波谷”形態發生變化，T9b 與T10e 之間時差增大。在巖溶斜坡區，T10e 呈復合波，上波谷隨殘留厚度增大，逐漸變為寬緩波谷—復合波；在斜坡殘丘區，T10e呈復合波，當馬五4亞段巖溶角礫巖發育時，其波阻抗值較低，與馬五5亞段高阻抗形成阻抗差異界面，T10f 呈明顯的中強波峰反射。在上覆地層厚度大、殘留厚度小的侵蝕溝谷區，T9b波峰下沿不光滑，呈復合波形態。

圖3 大牛地氣田古地貌模型正演圖

3.1 古地貌單元劃分

本次研究采用印模法和殘余厚度法結合鉆井開殼層位及古地貌單元反射特征，恢復研究區不整合面巖溶古地貌。印模法選擇本溪組與太原組太1段為標志層，石炭紀的沉積是超覆性沉積，必然對風化殼古地貌起到填平補齊的作用；其次不整合面上覆地層的沉積厚度與加里東期侵蝕面呈鏡像關系。這樣就可以根據本溪組與太1段的沉積厚度來反映加里東期的古地貌基本形態。從加里東期風化殼總體上來看，地層的剝蝕缺失與加里東期侵蝕面呈正相關關系，即地層剝蝕越多的地區，古地貌也相對較高，地層剝蝕越少的地區，古地貌也相對較低。所以研究加里東期古地貌，不但要從上覆地層厚度來考慮，也要從風化殼殘留厚度來考慮，只有兩者有機地結合起來，才能真實地反映加里東期古地貌形態。根據正反印模原理，用古風化殼界面上、下兩套不同沉積體系的地層厚度［19］，建立研究區二級、三級地貌細化定量劃分標準（表1）。

表1 大牛地氣田三級地貌劃分標準表

以大牛地氣田某井區為例，巖溶古地貌可劃分為巖溶高地和巖溶斜坡兩個二級地貌單元，不發育巖溶盆地［20］。為了進一步細化三級地貌的分布情況，將巖溶高地進一步劃分為殘丘、臺地、潛坑等3個三級地貌單元；巖溶斜坡劃分為臺緣—臺地、階坪、殘丘等3 個三級地貌單元；其余區域劃分為斜坡—溝槽過渡帶（圖4）。

圖4 大牛地氣田某井區巖溶古地貌劃分圖

巖溶高地主要發育于研究區西南部和北部，上覆地層與下伏地層殘余厚度具有“上薄下薄”的特征，上覆本溪組與太1段厚度薄，小于30 m，局部本溪組缺失。風化殼剝蝕層位較深，出露層位以馬五3—馬五4為主，馬五5亞段以上地層殘留厚度小于50 m。巖溶斜坡地層保存較好，為正向地貌單元，馬五5亞段以上地層殘留厚度大于50 m，主要出露馬五上部小層。斜坡—溝槽過渡帶是由水流溶蝕沖刷、匯聚而形成的負向地貌單元，具有“上厚下薄”的特征，上覆地層厚度大，馬五5亞段以上地層殘留厚度小于50 m，開殼層位以馬五3—馬五4小層為主。

3.2 古地貌巖溶優勢區劃分

馬五6+7亞段以含膏云巖和白云巖為主，儲層類型以膏溶孔和白云巖晶間孔為主，巖溶古地貌對儲層分布具有控制作用。從巖溶古地貌分布情況來看，巖溶高地殘存厚度最小，最有利于流體下滲；其次，巖溶高地—巖溶斜坡過渡帶地表徑流發育，有利于保持流體的溶蝕性，也具有較好的巖溶作用，其中相對最靠近中央古隆起附近的高地區域更加有利于溶蝕及發生膏溶作用［1］134-135，從馬五6+7亞段氣層厚度與馬五1-4亞段殘余厚度分布統計來看，也證實這兩者的關系是負相關（圖5）。根據氣層厚度5 m 作為取值依據，對應殘余厚度門限值約為58 m，結合巖溶古地貌劃分標準、滲流特征、氣層厚度—殘余厚度相關性及產能井分布可知，殘余厚度小于58 m（氣層厚度5 m）為相對巖溶有利區（藍綠色區域、溝槽為不利區），以該標準對大牛地氣田巖溶有利區進行劃分（圖6）：①中西部殘余厚度小于58 m地貌區（西部巖溶高地、高地—階坪過渡區）優勢明顯，面積為512.5 km2，目前多口高產井均位于該區域；②北部殘余厚度小于58 m 地貌區（北部巖溶高地、高地—階坪過渡區），面積為620.5 km2；③東部殘余厚度小于58 m 地貌區（除溝槽外的過渡區），面積為475.63 km2。

圖5 馬五6+7亞段氣層厚度與馬五1-4亞段殘余厚度相關性分析圖

圖6 大牛地氣田古地貌分區評價圖

4 結論

1）針對馬五1-4亞段波形受煤層強反射和風化殼殘留厚度影響、追蹤困難的問題，利用提頻＋多參數反演的地震層位精細追蹤技術，實現了奧陶系頂和馬五5亞段頂等關鍵界面的精細追蹤，風化殼殘余厚度預測誤差控制在4 m之內，實現了古地貌定性到定量、二級地貌單元到三級地貌單元的精細刻畫。

2）通過對開殼層位、不整合面下伏風化溶蝕殘留厚度和上覆地層厚度的描述與分析，認為任何一種厚度分析法都有其局限性，因此本次研究采用“開殼層位＋殘余厚度法＋印模法”聯合古地貌解釋技術，充分考慮了每一種古地貌的劃分因素。可見在進行不整合面古巖溶分析時必須綜合考慮上覆地層厚度和殘留厚度。

3）根據巖溶古地貌單元滲流特征，結合氣層厚度—殘余厚度相關性及產能井分布對古地貌進行分區評價，殘余厚度小于58 m為相對巖溶有利區（巖溶溝槽區除外）。