四川盆地五百梯地區長興組古地貌恢復及地震預測

趙 虎,孫 勇,趙容容,羅 鑫,安虹伊,陳思锜,徐 姁

(1.西南石油大學天然氣地質四川省重點實驗室,四川成都610500;2.西南石油大學地球科學與技術學院,四川成都610500;3.中國石油西南油氣田分公司勘探事業部,四川成都610041;4.中石油西南油氣田分公司重慶氣礦,重慶400707)

自1976年在建南構造發現第一個上二疊統長興組生物礁氣藏,四川盆地逐漸發現了大量的生物礁氣藏[1-4]。特別是圍繞開江-梁平海槽不斷深化研究,陸續在海槽兩側發現了普光、龍崗、元壩、鐵山等多個中大型生物礁氣藏[5-8]。四川盆地長興組生物礁氣藏勘探主要集中在臺緣相帶,而對于分布范圍廣、面積小、非均質性強的臺內礁研究相對較少[9-10]。針對生物礁儲層的地震地質特征,前人研究認為,古地貌是控制生物礁儲層發育規模的最關鍵因素。目前古地貌恢復技術應用較為成熟,如曾韜等[11]選用殘厚法并結合現代巖溶學和巖溶動力學理論,恢復了元壩地區茅口組頂面巖溶古地貌,為該區下一步儲層勘探提供了方向;胡偉光等[12]將古地貌恢復技術與地震相分析技術、波形分類技術、分頻處理技術和相干體識別技術相結合進行生物礁儲層預測,取得了較好的效果。吳勇等[13]結合古地貌分析技術,提出了一種利用古坡度和相對坡度平面異常特征對生物礁邊界進行識別的方法,并對川東北羅頂寨地區臺緣型生物礁邊界進行了預測。研究表明,識別的生物礁邊界與鉆井結果吻合率高,生物礁邊界局部特征更加精細。而針對規模小、分布散的生物礁儲層預測技術,前人做了大量研究,如林昌榮等[14]提出了一種新型的局部指數擬合異常地震參數提取方法,準確地預測了地層含油氣位置。疊前預測方法在生物礁氣藏勘探中也有較為廣泛的應用,如周路等[15]在大貓坪地區長興組生物礁儲層預測中,針對生物礁體巖性組合復雜,儲集層空間分布復雜、厚度小、非均質性強、埋藏深度大的特點,采用疊前參數反演、波形聚類和頻譜分解技術,刻畫生物礁邊界,預測了生物礁分布,得到了更加精細的生物礁內部特征[14-16]。關于生物礁內部刻畫方面,蒲勇[17]采用正演模擬方法建立了生物礁的地震反射特征,結果顯示,其整體特征呈現為丘狀或杏仁狀隆起,內部多雜亂反射,能量時強時弱,同相軸上超現象明顯,為礁灘體的刻畫提供了重要的依據;姚軍等[18]以長興組地層展布-礁灘體展布-礁灘體儲層分布逐級遞進思路準確預測了遂寧高能帶礁灘儲層分布;王浩等[19]從點、線、面、體多個維度剖析生物礁形態,刻畫了生物礁空間展布。顯然,前人都認為對于非均質性強的生物礁儲層的內幕刻畫,需利用單井相識別、模型正演、古地貌分析、地震屬性優選和儲層定量預測等技術進行綜合研究[20]。五百梯地區經過多年勘探,認為長興組臺內同樣存在礁灘儲層發育的有利區,但臺內礁勘探一直未取得突破,難點在于臺內礁具有分布面積小、演化規律不明顯、非均質性強等特點,儲層預測存在多解性。因此,如何提高儲層預測精度是重中之重[21-22]。

鑒于此,本文提出從地層、沉積相、古地貌及地震反演等方面入手,首先,在地震資料處理時拓寬頻帶,突出礁灘體的地震異常特征,同時結合長興組不同時期古地貌演化特征,明確生物礁的橫向展布特征;其次,利用地質分析等技術,明確儲層縱向發育位置,圈定礁灘體優質儲層發育區域。最后,結合地震屬性和儲層反演等方法,對礁灘儲層進行綜合評價,形成臺內礁的預測模式和方法,降低礁灘儲層預測的多解性。

1 區域地質背景

研究區位于四川盆地東部開江縣、開縣境內,開江—梁平海槽東側,區域構造位于印支期開江古隆起的東北斜坡上,大天池構造帶北傾末端斷下盤的潛伏構造,構造形態為一短軸狀背斜,剖面形態為箱狀。工區面積為800余km2,工區內在長興組生物礁儲層獲氣井18口,工業氣井16口(圖1)。長興組自下而上分為3段,其中,長一段厚度為40～180m,巖性以灰巖夾泥頁巖為主;長二段厚度為20～145m,巖性以顆?；規r、泥晶灰巖、礁灰(云)巖為主;長三段厚度為10～110m,巖性以泥晶灰巖、顆?；規r為主,含少量礁灰(云巖)。地層厚度變化大,斜坡相帶長興組整體厚度為91～200m;臺緣帶整體厚度較大,為167～245m;臺地帶厚度為150～160m,局部存在加厚區,厚度為305m(圖2)。

圖1 研究區位置

圖2 長興組斜坡-臺緣-臺地帶東西向連井測井曲線

研究發現,區內發育有臺緣礁、臺內二排礁和三排礁,但受地震分辨率的影響,臺內二、三排礁寬度較小、內部刻畫困難,針對這一問題,本文利用基于連續小波變換的拓頻方法,對地震數據進行了拓低頻處理,提高同相軸連續性。由于波傳播過程中不同頻帶信號都有所損失,導致頻帶變窄,對此,本文提出將地震信號分解到連續小波域,優選小尺度小波信號(低頻信號),并進行適當的補償,具體思路如下。

首先,對地震數據進行連續小波變換(CWT)處理,變換公式如下:

(1)

式中:W(τ,s)為小波系數;f(t)為原始信號;s為縮放參數,控制小波函數的伸縮;τ為位置參數,控制小波函數的平移;Ψ*為小波母函數。

其次,提取分解后的各個尺度小波信號的極值(極大值和極小值),利用“極值信號”與對應尺度小波信息重構原始信號。

(2)

最后,將低頻諧波信息進行能量增強,變換回時間域,并加入到原始數據中,這樣即可拓展地震數據的頻帶寬度。

(3)

式中:CΨ為小波的可容許條件;Ψ為小波函數。

圖3給出了地震數據拓低頻處理前、后的剖面。由圖3可以看出,經過拓低頻處理后,礁灘體內部丘狀反射得以體現(藍色箭頭),提高了礁灘體的識別精度。

圖3 地震數據拓低頻處理前(a)、后(b)地震剖面

2 礁灘體識別及刻畫

2.1 礁灘體演化分析

2.1.1 巖石學特征

五百梯地區長興組巖石類型可劃分為灰巖、白云巖及過渡類型三大類,其中灰巖類包括礁灰巖、顆?；規r、泥晶灰巖等,造礁生物以苔蘚蟲、海綿為主,少量珊瑚,附礁生物包括介形蟲、棘皮、雙殼等。云巖類包括礁云巖、顆粒云巖、晶粒云巖、泥晶云巖等。溶蝕孔洞與礁云巖、顆粒云巖、晶粒云巖關系密切,且多以未充填為主(圖4)。

圖4 五百梯地區長興組典型巖石類型巖心圖版a 生屑灰巖; b 生屑云巖; c 泥晶灰巖; d 生物礁云巖; e 生物礁灰巖; f 中晶云巖; g 灰質粉晶云巖; h 含云砂屑灰巖; i 細晶棘屑云巖

2.1.2 沉積相發育特征

晚二疊世長興組沉積時期,川東地區為碳酸鹽巖臺地、海槽、臺地邊緣沉積體系,根據研究區巖石學、沉積構造、測井相及區域格局分析,研究區可以劃分為臺地邊緣、前緣斜坡和開闊臺地3個相,同時受海平面變化的影響,發育了多個礁、灘相沉積旋回(圖5)。研究區臺地邊緣及臺內高部位為礁灘體的集中發育區,其中臺緣帶長興組中上部廣泛發育生物礁,連續性較好。橫向上,礁相主要發育在長三段中上部,自西向東表現為臺緣帶橫向連續性好、分布穩定,臺內厚度薄、期次多。礁灘體自長二期開始發育,垂向上發育多個灘間海-粒屑灘的垂向變淺旋回,開闊臺地內灘間低能沉積,礁欠發育,單個礁灘體規模小,套數增多(圖6)?？傮w看,有利相帶位于上部的長三段,橫向上發育在臺緣及臺內局部高地貌部位,且臺緣外帶優于臺緣內帶。

圖5 TD11井第1筒心沉積微相垂向發育序列

2.2 礁灘體地震識別模式

2.2.1 單井分析

圖7顯示了長興組典型井合成記錄。由圖7可見,斜坡相帶內長興組頂為波峰反射,中強振幅、連續性好、時間厚度小;臺緣相帶內長興組厚度明顯增大,長興組頂為波谷反射,能量明顯變差,連續性變差,長興組內部同相軸增多、存在復波。

圖7 長興組典型井合成記錄a 斜坡相合成記錄; b 臺緣相合成記錄

將工區內各井合成記錄進行統計并分析后發現:位于臺緣相帶內的井,長興組地層厚度為157～270m不等,平均厚度為218m,長興組頂能量弱、存在復波,部分井存在空白、雜亂反射;位于臺地二排礁的井,地層厚度為160～300m不等,平均厚度為230m,長興組頂能量弱,存在復波;位于斜坡相帶內的井,地層厚度為92～133m不等,平均厚度95m,時間厚度明顯變小,長興組頂能量強,連續性好?？傮w看,無論是臺緣還是臺內發育礁灘的部位,長興組地震反射特征表現為頂部能量明顯變弱、空白反射、連續性差,地層明顯增厚。

2.2.2 剖面分析

過井剖面可印證上述分析的反射特征(圖8)。圖9顯示了長興組臺內二排礁地震反射特征及生長演化模式。從圖9a可以清晰地劃分出礁核和礁翼的分布特征。礁核位于古地貌高部位,儲層較發育,速度較低,振幅變弱,是最有利的勘探區域,而礁翼分布于高地貌的兩側,礁欠發育,灘體較發育,地震反射不明顯。綜上研究,建立了研究區礁灘體生長演化模式(圖9b),該演化模式顯示造礁生物通常沿砂屑灘、生屑灘等地貌高點建造,并通常經歷定殖期、拓殖期、泛殖期等達到繁盛,形成較明顯的正地形。隨著礁體進一步生長及海平面變化,可能因出露海平面之上或水體過深而進入消亡期,生物礁一經暴露于海平面之上,常受到大氣水溶蝕或混合水白云化作用而形成儲層。結合以上地震地質認識,識別出礁灘體地震有利相帶50余km2。

圖8 長興組地震反射特征a 東西向地震剖面; b 東西向地震測線位置

圖9 長興組臺內二排礁地震反射特征(a)及生長演化模式(b)

3 古地貌特征分析

3.1 不同時期古地貌恢復

古地貌是控制長興組儲層發育的關鍵因素。結合研究區地質特征及前人研究基礎,本文選擇殘厚法繪制了研究區古地貌圖,分別以龍潭組底和長興組底進行層拉平計算,繪制各時期古地貌圖。圖10給出了研究區主要沉積期的古地貌。由圖10a可見,長興組沉積前研究區為緩坡沉積,水深自西向東逐漸變淺。受斷層影響,緩坡內可見局部沉積高地貌區域,沉積地貌高部位主要沿北西—南東向和北東—南西向展布,以前者為主,其中,TD7-TD17-H4一線地貌較為明顯,奠基了長興組海槽的雛形。該期沉積地貌分布與長興組沉積前斷層分布密切相關,也為后期礁灘體生長建造提供了基礎。

圖10 研究區主要沉積期古地貌a 龍潭組古地貌; b 長興組古地貌; c 長一段+長二段古地貌; d 長三段古地貌

長興組古地貌(圖10b)反映了長興組沉積模式及礁灘體建造,受礁灘體建造的影響,臺地邊緣沿TD002-1-TD021-5井一線及以東地區分布,整體呈現出北窄陡、南寬緩的特征,中部地區臺地邊緣水體淺、能量高,礁灘體發育,形成礁灘復合體,連片分布,以垂向加積作用為主。南部區域水體相較于中部較深,能量低,礁灘體建造相對較弱,礁灘體在長興期具有向內帶遷移的特征,礁灘體間廣泛分布低能的灘間海、礁后瀉湖沉積。整體上臺緣外帶比臺緣內帶更適于礁灘建造,形成的沉積地貌更高,水體更淺。開闊臺地內,整體以相對低能的灘間海沉積為主,礁灘復合體發育相對富集,形成二排礁分布。二排礁相較于臺緣礁更窄、更陡,二排礁復合體整體為北西—南東向分布,是在長興組沉積前的高地貌基礎上建造和演化。臺地內的其它區域偶見點礁、馬蹄型礁。長興組由于礁灘體的生長建造,形成了鑲邊明顯的臺地邊緣及臺內礁灘復合體分布帶,但受水體深度、沉積前地形及斷層的影響,不同區域礁灘體發育規模、分布范圍具有較大差異。

進一步研究發現,長興組早中期高地貌格局已經形成(圖10c),長三時期生物礁繼續發育(圖10d),形成了研究區現今的長興組生物礁格局。圖10d顯示晚期生長的礁體主要集中在臺緣外帶,臺緣內帶和二排礁發育相對較少,這意味著優質儲層將會集中在臺緣外帶,與區內高產井分布一致,也為臺內礁灘儲層的勘探提供了方向。

3.2 演化及控制因素

隨著海平面下降及礁灘體營建,地貌高部位出露海平面,接受大氣淡水溶蝕及混合水白云化作用,形成礁灘體孔洞型、孔隙型儲層。長興組末期,受區域性暴露影響,長興組頂部受近地表巖溶影響形成溶洞型、縫洞型儲層,部分被充填。埋藏期,地層水及深部熱液流體沿斷層、裂縫及先期孔洞進入地層,進一步改善了儲集性能(圖11)。顯然古地貌是控制生物礁發育的最關鍵因素,控制著長興組有利相帶的分布,古地貌的高部位是勘探的有利區域,相帶變化的坡折帶是發育儲層的最佳部位,而且臺緣外帶(靠近斜坡帶)礁灘儲層優于臺緣內帶(靠近臺地一側),這為礁灘儲層預測提供了方向。

圖11 五百梯地區長興組礁灘體發育模式

3.3 古地貌與礁灘儲層的耦合關系

針對礁灘儲層與古地貌的關系,選擇了工區內已鉆井資料進行分析(表1)。表1中測試產量在20×104m3/d以上的高產井基本分布在臺緣外側,位于古地貌高部位,長興組頂同相軸都存在雜亂、空白反射等特征。而臺緣內側的TD75井儲層不發育,該井位于古地貌低部位。發育于臺緣中間的TD2井雖有16.70m的儲層,但位于古地貌低部位,儲層物性差,未能獲得規模產量。值得一提的是位于臺地內二排礁中間的TD002-X18井,雖只有5.30m的儲層,但位于臺內古地貌高部位,獲得了16.90×104m3/d的測試產量,預示著臺內二排礁同樣具有勘探潛力,且儲層發育模式與臺緣相似。

表1 已鉆井特征分析

以上分析結果進一步佐證了古地貌是控制礁灘儲層發育的關鍵因素的認識,古地貌高部位后期容易發生白云化作用,為礁灘儲層改造提供了有利條件。但白云化作用也存在橫向非均質性,從而導致長興組頂呈現出振幅變化大、連續性差的反射特征?？傮w來看,礁灘儲層發育在臺緣和臺內二排礁相帶內,地震反射特征較為明顯,且外側優于內側,古地貌高部位才可發育較好的儲層。

4 有利勘探目標優選

從以上研究來看,五百梯地區礁灘儲層橫向上集中在臺緣礁和臺內二排礁區域,縱向上主要分布在長興組頂部的長三段和長二段上部區域。為了進一步細化儲層的展布特征,我們結合地震反演和油氣檢測等方法進行了長興組儲層預測。首先利用測井資料分析出工區內儲層測井響應特征:速度5400～6300m/s、波阻抗小于17000m/s·g/cm3、孔隙度大于1.5%。并根據井數據建立了波阻抗、孔隙度和速度之間的擬合關系,進行長興組儲層厚度預測。預測結果顯示,厚度大的儲層發育在臺緣帶的中南部,該區域典型井如TD002-11井獲氣16.90×104m3/d,儲層預測厚度為51.60m,預測吻合度高。臺內二排礁儲層厚度穩定,優勢儲層分布在工區的中南部,為二排礁有利勘探區域。

綜上分析,依據“一礁一藏”的勘探思路,劃分了研究區一類和二類有利區(圖12中青色和綠色區域)。表2給出了長興組有利勘探區的劃分標準。臺緣外側中部古地貌高部位容易產生白云化作用,高孔隙度、低阻抗分布,為工區內的最有利區域,臺緣內側的局部古地貌高部位也可劃分為一類有利區。臺內二排礁中南部儲層分布較穩定,與臺緣外帶的儲層特征一致,綜合分析該區同為一類有利區。

圖12 五百梯區塊長興組礁灘儲層綜合評價結果

5 結論

1) 研究發現長興組早中期高地貌格局已經形成,長三時期礁灘體繼續發育,形成了研究區現今的長興組礁灘發育格局,晚期生長的礁灘體主要集中在臺緣外帶及臺內二排礁的高部位。

2) 長興組沉積末期古地貌整體呈現斜坡相帶低,臺緣及臺內二排礁局部高的特征,高地貌是礁灘體發育的主要區域,其頂部的礁核發育區為儲層發育的最有利部位。

3) 古地貌控制下的礁灘體才是儲層發育的主體部位,研究區最有利的儲層發育區位于臺緣外帶及臺內二排礁部分區域。

4) 古地貌是控制礁灘發育的關鍵因素,控制著長興組儲層分布。高地貌是勘探的最有利區域,這一現象在地震、地質資料中都有體現,為臺內礁灘儲層的勘探提供了依據及借鑒意義,也意味著臺內局部高地貌地區仍然發育了規模性礁灘儲層。