曲靖盆地茨營(yíng)組三段Ⅳ砂組含氣性的地震預(yù)測(cè)

摘 要

摘要：云南曲靖盆地目前鉆有8口探井，其中兩口井在新近系茨營(yíng)組三段Ⅳ砂組鉆到了氣層，揭示出其淺層蘊(yùn)藏有較豐富的天然氣資源。為了提高探井成功率，利用8口探井的測(cè)井資料作為約束
摘要：云南曲靖盆地目前鉆有8口探井，其中兩口井在新近系茨營(yíng)組三段Ⅳ砂組鉆到了氣層，揭示出其淺層蘊(yùn)藏有較豐富的天然氣資源。為了提高探井成功率，利用8口探井的測(cè)井資料作為約束條件，對(duì)主要儲(chǔ)層茨三段Ⅳ砂組進(jìn)行了地震波阻抗反演；在此基礎(chǔ)上，分析了儲(chǔ)層巖性、速度與含氣性的關(guān)系，認(rèn)識(shí)到砂巖儲(chǔ)層高波阻抗背景下的低波阻抗是儲(chǔ)層含氣的地震響應(yīng)特征。該研究成果可為該盆地的淺層氣勘探和提高探井成功率提供一種指向。
關(guān)鍵詞：曲靖盆地；新近紀(jì)；淺層氣藏；波阻抗；反演；地震勘探；預(yù)測(cè)
    新生代在印度板塊與歐亞板塊“陸陸”碰撞、東部多個(gè)洋殼向西俯沖的區(qū)域構(gòu)造背景下，云南省境內(nèi)發(fā)育了數(shù)百個(gè)古近系-新近系陸相沉積盆地，其中現(xiàn)今殘留面積大于200km2(或厚度大于1000m)的有26個(gè)[1]，它們普遍具有良好的淺層氣成藏條件。2004年，曲靖盆地發(fā)現(xiàn)了鳳來(lái)村構(gòu)造氣藏和陸家臺(tái)子巖性圈閉氣藏。其中，鳳1井和曲2井完井測(cè)試在新近系茨營(yíng)組三段Ⅳ砂組分別獲得無(wú)阻流量10×104m3/d和25×104m3/d的高產(chǎn)工業(yè)氣流，含氣深度分別為325～335m和455～470m，但工區(qū)內(nèi)的其他6口探井都未鉆遇氣藏，探井成功率相對(duì)較低。針對(duì)此問(wèn)題，以錄井、測(cè)井和地震資料為基礎(chǔ)，在儲(chǔ)層識(shí)別的基礎(chǔ)上，探討了利用測(cè)井資料和波阻抗數(shù)據(jù)體識(shí)別氣藏的方法，對(duì)于曲靖盆地的氣藏勘探和提高探井成功率具有指向意義。
    目前淺層氣的勘探主要是利用多種資料，開(kāi)展地質(zhì)綜合研究，確定勘探目標(biāo)區(qū)，同時(shí)利用地球物理方法預(yù)測(cè)儲(chǔ)集體的空間展布，確定有利鉆探井位。概括起來(lái)，淺層氣藏的勘探方法可以分為3大類：①地面物探技術(shù)(包括地震勘探技術(shù))；②測(cè)井技術(shù)；③化探技術(shù)。其中，對(duì)于井間和無(wú)井地區(qū)的儲(chǔ)層分布特征，主要是依靠地震資料并通過(guò)地震反演的方法來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)[2～4]，往往具有較好的效果。
1 地質(zhì)概況
    曲靖盆地位于云南省東部的曲靖-沾益地區(qū)，處于上揚(yáng)子地塊西緣與康滇地塊交接處，是疊置在古生界碳酸鹽巖褶皺基底之上的新近紀(jì)殘留型盆地[5]。盆地整體呈南北向展布，為一個(gè)狹長(zhǎng)形東斷西超的不對(duì)稱箕狀斷陷，長(zhǎng)約24km，寬約10km，面積約為213km2，最大埋深約2000m。盆地內(nèi)地勢(shì)較為平坦，基本為一個(gè)平壩，平均海拔在1800m左右，相對(duì)高差可達(dá)300m。盆地可進(jìn)一步劃分為3個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元，即東部斷褶帶、中央斷坳帶和西部褶皺斜坡帶(圖1)。盆內(nèi)發(fā)育地層主要為漸新統(tǒng)蔡家沖組和上新統(tǒng)茨營(yíng)組。盆地的形成演化經(jīng)歷了5個(gè)階段6個(gè)時(shí)期：早-中漸新世斷陷階段(包括①拉分?jǐn)嘞萜?小屯組沉積期，②箕狀斷陷期一蔡家沖組沉積期)、漸新世晚期一上新世早期整體抬升萎縮階段(剝蝕期)、晚上新世坳陷階段(茨營(yíng)組沉積期)、上新世末壓扭抬升萎縮階段(構(gòu)造定型和剝蝕期)和第四紀(jì)穩(wěn)定沉降階段。
2 預(yù)測(cè)方法與流程
2.1 預(yù)測(cè)方法
    此次研究以地質(zhì)、測(cè)井、地震資料對(duì)目的層段位進(jìn)行精細(xì)標(biāo)定，之后采用剖面放大多窗口類比追蹤解釋技術(shù)、局部自動(dòng)追蹤技術(shù)和任意切線技術(shù)對(duì)目的層段進(jìn)行層位解釋，以保證結(jié)果盡可能地準(zhǔn)確，符合層位閉合原理的要求。在此基礎(chǔ)上，利用波阻抗反演的方法對(duì)過(guò)井剖面的氣層進(jìn)行解釋。波阻抗反演法是從反射地震資料導(dǎo)出的一項(xiàng)反演技術(shù)，它把測(cè)井和地震資料結(jié)合起來(lái)進(jìn)行綜合分析，充分利用了測(cè)井縱向分辨率高、地震橫向分辨率高這兩大優(yōu)點(diǎn)。
   針對(duì)勘探初期盆地內(nèi)鉆井相對(duì)較少的問(wèn)題，在實(shí)際應(yīng)用中筆者采用了稀疏脈沖反演[6～7]的(CSSI)方法來(lái)求取波阻抗值。稀疏脈沖反演是基于稀疏脈沖反褶積的遞推反演方法，該方法的主要特點(diǎn)是適合于井?dāng)?shù)較少的地區(qū)，能獲得寬頻帶的反射系數(shù)，能較好地解決地震記錄的欠定問(wèn)題，從而使反演得到的波阻抗數(shù)據(jù)更趨于真實(shí)[8]。
   遞推反演方法根據(jù)反射系數(shù)進(jìn)行遞推計(jì)算地層波阻抗，其關(guān)鍵在于用原始地震記錄估算反射系數(shù)和波阻抗，得到與已知鉆井資料最吻合的波阻抗信息。
   無(wú)噪音偏移地震反射記錄的理論模型為反射系數(shù)和子波的褶積。即
    S(t)=r(t)×W(t)    (1)
式中S(t)為地震記錄；r(t)為反射系數(shù)；W(t)為地震子波。
通過(guò)子波反褶積處理，可由地震記錄得到地層的反射系數(shù)。地層的反射系數(shù)和波阻抗有如下關(guān)系：
 
式中ri為界面反射系數(shù)；ρi+1、ρi分別為界面兩側(cè)介質(zhì)的密度；vi+1、vi分別為界面兩側(cè)介質(zhì)的速度；Zi+1、Zi分別為界面兩側(cè)介質(zhì)的波阻抗。
由式(2)可得：
 
    因此，可以通過(guò)遞推的方法由反射系數(shù)計(jì)算出地層每層的波阻抗或?qū)铀俣取＜?/span>
 
式中Z0為初始層波阻抗；Zi+1為第i+1層的波阻抗。
    利用式(4)，可以從聲波時(shí)差曲線及密度曲線上選擇標(biāo)準(zhǔn)層波阻抗作為基準(zhǔn)波阻抗，將反褶積得到的反射系數(shù)轉(zhuǎn)換為波阻抗。
    具體反演的方法是從地震道中，根據(jù)稀疏的原則抽取反射系數(shù)，與子波褶積生成合成地震記錄，利用合成地震記錄與原始地震道的殘差修改反射系數(shù)，得到新的反射系數(shù)序列，再做合成記錄。如此迭代，得到一個(gè)能最佳逼近原始地震道的反射序列，然后再求得相對(duì)波阻抗，并與各井絕對(duì)波阻抗曲線擬合的阻抗趨勢(shì)(低頻背景)相加，就得到了絕對(duì)波阻抗。
2.2 巖性與速度關(guān)系分析
    利用波阻抗值來(lái)判別巖性和對(duì)含氣砂巖進(jìn)行判別的一個(gè)重要條件就是不同巖性的速度要具有差異性，因此，本次研究對(duì)盆地內(nèi)兩口氣井(鳳1井和曲2井)茨營(yíng)組三段的巖性和速度特征進(jìn)行分析，其結(jié)果如圖2所示。這兩口井在茨營(yíng)組三段Ⅳ砂組以粉砂巖為主同時(shí)夾有大量泥巖，其整體速度較低，介于1400～2200m/s之間，以1980m/s為界，砂巖和粉砂巖的速度較之泥巖要高，介于1980～2200m/s，而泥巖的速度較低，介于1700～1980m/s，部分粉砂巖和泥巖速度有疊置現(xiàn)象，但整體上仍可以利用速度將砂泥巖區(qū)分開(kāi)，從圖中可以看出當(dāng)砂巖中如果含氣的話，其速度則明顯降低，但鳳1井和曲2井含氣砂巖的速度降低程度不同，鳳1井的速度降低較大，為1400m/s左右；曲2井速度降低幅度較小，為1800m/s左右。
    上述分析表明：同一深度處，砂巖的速度明顯高于泥巖，當(dāng)速度大于1980m/s時(shí)，可將地層解釋為砂巖，當(dāng)速度小于1980m/s時(shí)，可解釋為泥巖或含氣砂巖，而含氣砂巖的低速特征在400m之上的地層中表現(xiàn)更加明顯，判斷準(zhǔn)確率較高。綜上所述，根據(jù)速度隨深度變化特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果可以得出結(jié)論：在茨營(yíng)組三段Ⅳ砂組可以用速度特征來(lái)進(jìn)行反演，區(qū)分儲(chǔ)層的巖性和判別氣層，從而為反演方法的利用提供依據(jù)。
3 含氣砂巖的識(shí)別
3.1 砂泥巖與波阻抗的統(tǒng)計(jì)關(guān)系
    利用波阻抗反演結(jié)果來(lái)區(qū)分砂泥巖的巖性時(shí)要求二者的波阻抗要有較大差別，否則對(duì)于目的層段的含氣性預(yù)測(cè)具有不確定性，甚至得到錯(cuò)誤的結(jié)果。因此，對(duì)工區(qū)內(nèi)8口探井目的層段的砂泥巖波阻抗特征進(jìn)行分析，其結(jié)果如圖3所示?？梢钥闯觯旱妥匀毁ゑR及JIJ}聲波時(shí)差區(qū)域主要為高波阻抗分布區(qū)，高自然伽馬及高聲波時(shí)差區(qū)域主要為低波阻抗分布區(qū)。這說(shuō)明了砂巖以高波阻抗為主，泥巖以低波阻抗為主，可以應(yīng)用反演的波阻抗結(jié)果來(lái)判別砂泥巖，進(jìn)而進(jìn)行含氣性預(yù)測(cè)。
 
3.2 反演結(jié)果預(yù)測(cè)目的層段含氣性可行性分析
    為了對(duì)含氣地層的波阻抗特征進(jìn)行分析，選取7兩條連井剖面(剖面位置見(jiàn)圖1)AB和CD來(lái)進(jìn)行對(duì)比，其波阻抗值特征如圖4所示。其中，AB剖面過(guò)鳳1井和鳳2井，鳳1井在目的層段發(fā)現(xiàn)氣層，CD剖面過(guò)曲參1井和曲2井，曲2井在目的層段鉆遇氣層，其他兩口井在茨營(yíng)組三段Ⅳ砂組為不含氣砂巖地層。
   從圖4可以看出：AB和CD剖面中未鉆遇氣層的鳳2井和曲參1井地層在目的層段呈現(xiàn)出高波阻抗特征，而測(cè)井曲線表現(xiàn)出低值；兩條剖面中的鳳1井和曲2井在目的層段為砂巖氣層，所以自然伽馬曲線為低值，而波阻抗值由于含氣的影響，明顯呈現(xiàn)低值特征。因此，結(jié)合測(cè)井曲線，可以利用砂巖高波阻抗背景下的低波阻抗特征進(jìn)行氣層預(yù)測(cè)。
4 結(jié)論
   1) 波阻抗具有明確的物理意義，一方面可以反映巖性的變化，另一方面可以指示油氣藏的分布，特別是對(duì)氣藏的識(shí)別是較為有效的。氣層會(huì)引起地層密度的減小，也會(huì)引起地震波速度的降低，這些因素都會(huì)使波阻抗值降低。
   2) 茨營(yíng)組三段砂泥巖具有明顯的波阻抗差別，而且當(dāng)砂巖含氣時(shí)，儲(chǔ)層速度會(huì)明顯地降低，因此可以用波阻抗反演來(lái)區(qū)別主要儲(chǔ)層的巖性特征，進(jìn)一步可以通過(guò)高波阻抗背景值下的低波阻抗來(lái)預(yù)測(cè)、識(shí)別砂體可能的含氣性。
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(本文作者：王冰潔1,2 王靜3 潘曉晨4 1.構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院；3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院；4.中國(guó)石化勝利油田分公司河口采油廠)