元壩地區(qū)深層礁灘儲(chǔ)層多尺度地震識(shí)別技術(shù)

摘 要

摘要：川東北地區(qū)礁灘儲(chǔ)層埋深大，空間展布復(fù)雜多變，因針對(duì)深層復(fù)雜礁灘儲(chǔ)層的地震預(yù)測(cè)技術(shù)還不夠完善，一直制約著該區(qū)的勘探發(fā)展。為此，以川東北元壩地區(qū)長(zhǎng)興組礁灘儲(chǔ)層為研究對(duì)象
摘要：川東北地區(qū)礁灘儲(chǔ)層埋深大，空間展布復(fù)雜多變，因針對(duì)深層復(fù)雜礁灘儲(chǔ)層的地震預(yù)測(cè)技術(shù)還不夠完善，一直制約著該區(qū)的勘探發(fā)展。為此，以川東北元壩地區(qū)長(zhǎng)興組礁灘儲(chǔ)層為研究對(duì)象，對(duì)礁灘儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了探索和總結(jié)，形成一套以礁灘儲(chǔ)層數(shù)值模擬技術(shù)、小波多尺度邊緣檢測(cè)技術(shù)、基于波形復(fù)雜程度的儲(chǔ)層檢測(cè)技術(shù)、礁灘復(fù)合體空間分布預(yù)測(cè)技術(shù)、地震屬性分析技術(shù)、地震相分析及沉積相解釋技術(shù)、低頻伴影技術(shù)以及“相控法”精細(xì)儲(chǔ)層描述技術(shù)等為核心的多尺度地震識(shí)別方法，并在元壩地區(qū)獲得了良好的應(yīng)用效果，落實(shí)了元壩地區(qū)長(zhǎng)興組臺(tái)緣礁灘復(fù)合體、礁后淺灘、礁間灘、臺(tái)內(nèi)灘4種類型7個(gè)勘探目標(biāo)，已完鉆的井均鉆遇白云巖儲(chǔ)層，并均獲得工業(yè)氣流，表明該技術(shù)方法具有推廣應(yīng)用的價(jià)值。
關(guān)鍵詞：四川盆地東北部；元壩地區(qū)；碳酸鹽巖；生物礁灘；儲(chǔ)集層；晚二疊世；地震勘探；預(yù)測(cè)
    四川盆地元壩地區(qū)上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興組生物礁灘巖性氣藏是在一定的古構(gòu)造高背景上、受臺(tái)地邊緣控制、總體呈北西-南東向展布的臺(tái)地邊緣生物礁灘氣藏[1～2]，儲(chǔ)層巖性以生屑云巖為主，生屑灰?guī)r次之，物性較好，縱向上具有早灘、晚礁，平面上有前礁、后灘的分布特征[3]。鉆井揭示，礁灘儲(chǔ)層埋藏深度平均達(dá)7000m；礁蓋儲(chǔ)層單層最厚達(dá)23m，平均為4.2m，生屑灘儲(chǔ)層單層最厚達(dá)10m，平均為3.9m，較?。粌?chǔ)層段地震資料主頻在20Hz左右，且反射弱，信噪比較低。針對(duì)礁灘儲(chǔ)層的識(shí)別與預(yù)測(cè)雖然取得了一定進(jìn)展[4]，但面對(duì)超深層復(fù)雜礁灘儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)問題，困難依然很大。
1 數(shù)值模擬與地震響應(yīng)特征分析
1.1 生物礁模型的數(shù)值模擬
    圖1是對(duì)過生物礁反射外形特征的地震數(shù)值模擬。圖1-b是根據(jù)圖1-a解釋層位建立的速度模型，為了類比實(shí)際的生物礁埋藏深的特點(diǎn)，將模型的初始延拓深度設(shè)定為4000m；圖1-c是得到的正演記錄，由于生物礁埋藏較深，在該圖上生物礁的隆起特征不明顯，此外，不規(guī)則點(diǎn)的繞射波較發(fā)育，而且繞射弧度大；圖1-d是采用正確的速度模型對(duì)圖1-c進(jìn)行偏移計(jì)算得到的模擬記錄，從圖1-d中可以清楚地看到生物礁的杏仁狀隆起的反射特征。

    采用相同的方法，對(duì)29個(gè)不同的生物礁模型進(jìn)行了地震響應(yīng)的數(shù)值模擬，綜合多個(gè)模型的數(shù)值模擬結(jié)果可以將生物礁在時(shí)間剖面上的特征歸納為以下3項(xiàng)：①外形上，呈丘狀或杏仁狀隆起，兩翼對(duì)稱或非對(duì)稱；②由于礁體內(nèi)部充填物性的差異，生物礁頂部的反射有時(shí)呈強(qiáng)反射，有時(shí)也呈弱反射，生物礁內(nèi)部多雜亂反射，隱約成層，反射有時(shí)強(qiáng)，有時(shí)弱；③由于長(zhǎng)興組總體上處于海侵期，與生物礁巖隆伴隨的披覆、上超現(xiàn)象明顯。通過上述特征的數(shù)值模擬，為生物礁的地震識(shí)別提供了理論依據(jù)。
1.2 生物礁、灘儲(chǔ)層及礁灘復(fù)合體地震響應(yīng)的數(shù)值模擬
    元壩地區(qū)的礁、灘儲(chǔ)層為主力氣層之一，其中臺(tái)內(nèi)灘、臺(tái)地邊緣灘和前積體灘為重要的類型。結(jié)合生物礁、灘儲(chǔ)層的地震剖面特征，進(jìn)行了多個(gè)礁、灘儲(chǔ)層的正演模擬，得到幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：①礁、灘儲(chǔ)層由于與圍巖的物性差異較大，即與圍巖的波阻抗差異加大，其在地震剖面上往往形成較強(qiáng)的地震反射，呈“亮點(diǎn)”特征；②隨著礁、灘儲(chǔ)層物性變好，即隨孔隙度增加，地震反射振幅逐漸增強(qiáng)；③由于淺灘儲(chǔ)層的厚度有時(shí)很薄，同一灘體在不同部位的厚度差異大，因此在灘體內(nèi)部可能會(huì)因?yàn)檎{(diào)諧而造成內(nèi)部呈雜亂或呈短段中弱反射。
1.3 生物礁的地震剖面特征
依據(jù)生物礁灘數(shù)值模擬結(jié)果，分析具有生物礁灘反射特征的地震剖面表明，生物礁灘在地震剖面上的形態(tài)呈丘狀凸起，主要表現(xiàn)為低頻、弱振幅、丘狀雜亂反射特征，礁底有強(qiáng)反射中斷，兩端有上超現(xiàn)象，礁前斜坡比礁后斜坡為陡，礁蓋反射呈亮點(diǎn)現(xiàn)象。
2 邊緣檢測(cè)技術(shù)及生物礁邊界刻畫
常規(guī)的邊緣檢測(cè)算法若采用小尺度的邊緣檢測(cè)算子，對(duì)生物礁位置定位比較精確，但信噪比較低；若采用大尺度的邊緣檢測(cè)算子，對(duì)噪聲壓制比較好，但位置相對(duì)模糊。采用小波域尺度積算法的邊緣檢測(cè)方法[5]可以準(zhǔn)確地描述生物礁的邊界。
基于特征值計(jì)算的第三代相干數(shù)據(jù)體技術(shù)，利用相鄰地震信號(hào)的相似性來描述地層和巖性的橫向不均勻性，也可較準(zhǔn)確地檢測(cè)出生物礁發(fā)育的邊界及分布范圍。
3 地震層位精細(xì)對(duì)比及礁灘復(fù)合體空間分布預(yù)測(cè)
    生物礁異常體的外部界面粗糙，內(nèi)部反射雜亂，缺少連續(xù)追蹤的地震反射同相軸，地震層位識(shí)別陷阱多，但生物礁在沉積上有獨(dú)特的形成和演化規(guī)律，有比較明顯的巖隆反射特征，這是識(shí)別生物礁異常體的關(guān)鍵[6]。一方面，通過井震分析，結(jié)合數(shù)字模擬技術(shù)得到的生物礁、灘的地震響應(yīng)特征，在實(shí)際地震記錄上進(jìn)行識(shí)別；另一方面，借助相位剖面進(jìn)行對(duì)比識(shí)別，相位受能量影響較小，因此在振幅弱的地方可能上下層的相位差異仍然比較明顯。
    在精細(xì)層位對(duì)比解釋的基礎(chǔ)上，基于古地貌恢復(fù)的生物礁灘三維成圖，便可繪制出礁灘復(fù)合體的空間分布圖。圖2為根據(jù)三維地震資料繪制的飛仙關(guān)組沉積前古地貌展布網(wǎng)，反映了長(zhǎng)興組生物礁的空間展布，早期在臺(tái)地內(nèi)形成了灘相沉積，隨著長(zhǎng)興期生物礁快速生長(zhǎng)和加積，在臺(tái)地邊緣形成生物礁灘復(fù)合帶。礁灘復(fù)合體空間分布圖確定后，相應(yīng)的沉積相帶也可解釋出來，圖中可明顯地劃分出陸棚、斜坡、臺(tái)地邊緣礁、臺(tái)內(nèi)灘、開闊臺(tái)地等相帶。
 

4 地震波形分類技術(shù)及沉積相解釋
    由于生物礁具有與圍巖不同的特殊結(jié)構(gòu)，因此，識(shí)別的主要標(biāo)志體現(xiàn)在其外部反射結(jié)構(gòu)、內(nèi)部反射特征和波形的差異方面。利用生物礁的結(jié)構(gòu)和波形與圍巖的差異，可以依據(jù)長(zhǎng)興組頂、底界以及內(nèi)部波形特征開展地震相分析，結(jié)合鉆井進(jìn)行沉積微相劃分，圈定生物礁、灘分布的平面展布特征。
   在元壩地區(qū)基于地震波形分類及沉積相解釋結(jié)果表明，在吳家坪組碳酸鹽巖緩坡臺(tái)地的基礎(chǔ)上，長(zhǎng)興組礁灘復(fù)合相帶發(fā)育早期成灘和晚期成礁旋回，早期生屑灘發(fā)育，晚期為礁蓋白云巖發(fā)育期，形成上下兩套儲(chǔ)層，且礁、灘儲(chǔ)層具有疊置連片的特征。
   陸棚相具強(qiáng)振幅、高連續(xù)及平行地震相；臺(tái)地邊緣斜坡相具中弱振幅、亞平行及斜交前積地震相；臺(tái)地邊緣礁灘相總體具中弱振幅及亞平行地震相，內(nèi)部發(fā)育弱振幅、雜亂及丘狀地震相，為礁灘相的典型特征；開闊臺(tái)地相以中振幅、中連續(xù)及亞平行相為特征。
5 地層切片技術(shù)及多期次礁灘演化分析
   由于生物礁、灘發(fā)育在縱向上具有多期次和遷移性，在橫向上具有加積和疊置連片性，單個(gè)的礁體或?yàn)w受地震分辨率的限制難以進(jìn)行刻畫。選用反映礁灘發(fā)育敏感的地震屬性進(jìn)行地層切片分析可以對(duì)不同期次的礁灘演化規(guī)律及其分布特征進(jìn)行分析。
    圖3是在長(zhǎng)興期層序格架劃分基礎(chǔ)上，對(duì)兩個(gè)Ⅲ級(jí)層序中控制儲(chǔ)層發(fā)育的體系域進(jìn)行地震屬性的等時(shí)地層切片，能較好地反映了長(zhǎng)興組礁、灘體的發(fā)育和演化規(guī)律。長(zhǎng)一段下部為海侵體系域(SQ1-TST)，B1井及以西地區(qū)為開闊臺(tái)地相沉積，B1井以東相變?yōu)榕_(tái)地邊緣斜坡陸棚沉積，儲(chǔ)層不發(fā)育。長(zhǎng)一段上部為高位體系域(SQ1-HST)，B5井西南地區(qū)為臺(tái)地邊緣淺灘相沉積，淺灘相儲(chǔ)層發(fā)育；B1井以東相變?yōu)榕_(tái)地邊緣斜坡陸棚沉積，地層薄，儲(chǔ)層不發(fā)育。長(zhǎng)二段下部為海侵體系域(SQ2-TST)，B5井以西南地區(qū)為開闊臺(tái)地相沉積，局部地勢(shì)較高部位(如B101井)發(fā)育生屑白云巖儲(chǔ)層；B1、B5井以東地區(qū)相變?yōu)榕_(tái)地邊緣斜坡 陸棚沉積，儲(chǔ)層不發(fā)育。長(zhǎng)二段上部為高位體系域(SQ2-HST)，B5、B1井以西南地區(qū)為臺(tái)地邊緣礁灘沉積，儲(chǔ)層發(fā)育，物性好、厚度大、分布廣；B1、B5井以東地區(qū)相變?yōu)榕_(tái)地邊緣斜坡-陸棚沉積，儲(chǔ)層不發(fā)育。因此，長(zhǎng)興組的儲(chǔ)層明顯受到沉積體系域的控制，主要發(fā)育在高位體系域內(nèi)的臺(tái)地邊緣礁灘相中，并且表現(xiàn)為早期以灘相沉積為主，晚期以礁相沉積為主，平面上具有前礁后灘的特點(diǎn)。

6 波形復(fù)雜程度及儲(chǔ)層非均質(zhì)性刻畫
    受生物礁、灘發(fā)育的影響，其礁灘儲(chǔ)層的發(fā)育存在非均質(zhì)性和復(fù)雜性。在儲(chǔ)層發(fā)育帶，地震波波形變得復(fù)雜，可利用表征復(fù)雜程度的特征量進(jìn)行儲(chǔ)層檢測(cè)[7]。關(guān)聯(lián)維和近似熵正是這樣的特征量。關(guān)聯(lián)維絕對(duì)值越小，表明波形越復(fù)雜，熵越大，不確定性越強(qiáng)。
    圖4是長(zhǎng)興組頂部關(guān)聯(lián)維分析結(jié)果。實(shí)鉆的B102井和8103h井在長(zhǎng)興組上部鉆遇礁蓋白云巖儲(chǔ)層，B102井測(cè)試獲工業(yè)氣流，不含水，而8103h井出水，且海拔位置比B102井還高，證明這2口井分屬不同的氣藏，儲(chǔ)層預(yù)測(cè)及反演結(jié)果難以進(jìn)行區(qū)分，而基于波形復(fù)雜程度的關(guān)聯(lián)維分析表明兩二者之間存在變化且互不連通。因此可以利用反映波形復(fù)雜程度的屬性來刻畫儲(chǔ)層的非均質(zhì)性和復(fù)雜性，但無法區(qū)分礁和灘。
 

7 低頻伴影技術(shù)及含氣儲(chǔ)層識(shí)別
    地震低頻伴影是指油氣藏正下方的地震低頻強(qiáng)反射能量，地震低頻伴影作為油氣層識(shí)別的一個(gè)重要標(biāo)志，地震波穿過具有較強(qiáng)吸收衰減作用的油氣層時(shí)，波的低頻能量相對(duì)衰減小，高頻能量衰減較強(qiáng)烈。這是對(duì)地震低頻伴影的物理、地質(zhì)機(jī)理的一種合理的解釋或猜測(cè)。Korneev等人利用彌散 黏滯型波動(dòng)方程成功模擬了地震信號(hào)的低頻效應(yīng)[8]。賀振華等在彌散-粘滯型波動(dòng)方程的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了地震低頻伴影的模擬[9]，說明油氣儲(chǔ)層對(duì)地震信號(hào)時(shí)頻譜中高頻成分的較強(qiáng)吸收衰減是產(chǎn)生低頻伴影的主要原因。
    從時(shí)頻分析結(jié)果中，在儲(chǔ)層段和儲(chǔ)層段的正下方切取不同頻率的共頻率沿層切片，便可進(jìn)行低頻伴影現(xiàn)象分析。在地震頻率較低時(shí)(8Hz)，所圈定范圍內(nèi)的含氣儲(chǔ)層的地震反射能量強(qiáng)(紅色區(qū))，其正下方出現(xiàn)相同的強(qiáng)反射能量，這些低頻強(qiáng)能量就是地震低頻伴影；而當(dāng)?shù)卣痤l率為10、12Hz時(shí)，低頻能量上強(qiáng)下強(qiáng)的區(qū)域縮?。划?dāng)?shù)卣痤l率為16Hz時(shí)，表現(xiàn)為由低頻向中高頻過渡特征；當(dāng)頻率升高，從18、22、28、38Hz變化，有利儲(chǔ)層的地震能量表現(xiàn)為上強(qiáng)下弱特征，沒有地震低頻伴影現(xiàn)象。由此可以推斷所圈定范圍為礁蓋儲(chǔ)層含氣的有利區(qū)域(圖5)。

8 “相控法"儲(chǔ)層預(yù)測(cè)及精細(xì)描述
8.1 相控地質(zhì)建模
    在地震、沉積相研究的基礎(chǔ)上，利用解釋層位和儲(chǔ)層頂?shù)讓游蛔鳛榧s束層，對(duì)陸棚、斜坡、礁灘復(fù)合體等不同相區(qū)建立主控制層的插值權(quán)重，采用協(xié)同建模的方法進(jìn)行三維精細(xì)構(gòu)造建模和相控地質(zhì)建模，構(gòu)建出符合礁灘儲(chǔ)層地質(zhì)特征的非層狀初始模型。
8.2 高精度地震反演
    充分利用已有鉆井、測(cè)井資料和高分辨率目標(biāo)處理的地震數(shù)據(jù)開展高精度相控井約束地震反演，得到波阻抗數(shù)據(jù)體，進(jìn)而以該數(shù)據(jù)體作為軟約束開展伽馬隨機(jī)反演，根據(jù)統(tǒng)計(jì)值設(shè)置伽馬門檻對(duì)波阻抗數(shù)據(jù)體進(jìn)行濾波，得到反映純儲(chǔ)層的波阻抗和速度數(shù)據(jù)體。
    研究區(qū)相帶變化大，長(zhǎng)興組橫跨了多個(gè)相帶，完鉆井揭示各井在長(zhǎng)興組儲(chǔ)層速度差異很大。如果只是簡(jiǎn)單用聲阻抗及伽馬作為門檻值來區(qū)分儲(chǔ)層、非儲(chǔ)層，只能局限在某一個(gè)相帶，而如果全區(qū)采用相同門檻值則可能去掉了好的儲(chǔ)層或不能完全去除泥灰?guī)r，同時(shí)從反演剖面上很難直觀地分辨出儲(chǔ)層，給儲(chǔ)層精細(xì)預(yù)測(cè)及描述帶來了困難。為了突出儲(chǔ)層特征，可采用對(duì)儲(chǔ)層反映最為敏感的孔隙度曲線重構(gòu)聲波曲線進(jìn)行擬聲波曲線波阻抗反演，進(jìn)一步突出高速非儲(chǔ)層背景下的儲(chǔ)層低速特征，提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的分辨率，從而能有效反映儲(chǔ)層縱橫向展布特征。
   開展多尺度礁灘儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)和精細(xì)描述，落實(shí)了元壩地區(qū)長(zhǎng)興組臺(tái)緣礁灘復(fù)合體、礁后淺灘、礁間灘、臺(tái)內(nèi)灘等4種類型7個(gè)勘探目標(biāo)。至2010年底，完鉆井8口均鉆遇白云巖儲(chǔ)層，并均獲得工業(yè)天然氣。
   實(shí)踐證明，以地質(zhì)分析與沉積相研究為指導(dǎo)、以數(shù)值模擬與地震相分析為基礎(chǔ)、以邊界檢測(cè)與儲(chǔ)層內(nèi)部復(fù)雜性刻畫為條件、以相控多參數(shù)反演與儲(chǔ)層精細(xì)描述為核心的礁灘儲(chǔ)層多尺度綜合識(shí)別技術(shù)是開展超深層碳酸鹽巖礁灘儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的有效方法。
   參加研究工作的還有陳祖慶、盛秋紅、彭嫦姿、賀振華、黃德濟(jì)、文曉濤等，在此表示感謝！
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(本文作者：蒲勇 中國(guó)石化勘探南方分公司)