元壩地區深層礁灘儲層多尺度地震識別技術

摘 要

摘要：川東北地區礁灘儲層埋深大，空間展布復雜多變，因針對深層復雜礁灘儲層的地震預測技術還不夠完善，一直制約著該區的勘探發展。為此，以川東北元壩地區長興組礁灘儲層為研究對象
摘要：川東北地區礁灘儲層埋深大，空間展布復雜多變，因針對深層復雜礁灘儲層的地震預測技術還不夠完善，一直制約著該區的勘探發展。為此，以川東北元壩地區長興組礁灘儲層為研究對象，對礁灘儲層預測技術進行了探索和總結，形成一套以礁灘儲層數值模擬技術、小波多尺度邊緣檢測技術、基于波形復雜程度的儲層檢測技術、礁灘復合體空間分布預測技術、地震屬性分析技術、地震相分析及沉積相解釋技術、低頻伴影技術以及“相控法”精細儲層描述技術等為核心的多尺度地震識別方法，并在元壩地區獲得了良好的應用效果，落實了元壩地區長興組臺緣礁灘復合體、礁后淺灘、礁間灘、臺內灘4種類型7個勘探目標，已完鉆的井均鉆遇白云巖儲層，并均獲得工業氣流，表明該技術方法具有推廣應用的價值。
關鍵詞：四川盆地東北部；元壩地區；碳酸鹽巖；生物礁灘；儲集層；晚二疊世；地震勘探；預測
    四川盆地元壩地區上二疊統長興組生物礁灘巖性氣藏是在一定的古構造高背景上、受臺地邊緣控制、總體呈北西-南東向展布的臺地邊緣生物礁灘氣藏[1～2]，儲層巖性以生屑云巖為主，生屑灰巖次之，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，礁灘儲層埋藏深度平均達7000m；礁蓋儲層單層最厚達23m，平均為4.2m，生屑灘儲層單層最厚達10m，平均為3.9m，較薄；儲層段地震資料主頻在20Hz左右，且反射弱，信噪比較低。針對礁灘儲層的識別與預測雖然取得了一定進展[4]，但面對超深層復雜礁灘儲層的預測問題，困難依然很大。
1 數值模擬與地震響應特征分析
1.1 生物礁模型的數值模擬
    圖1是對過生物礁反射外形特征的地震數值模擬。圖1-b是根據圖1-a解釋層位建立的速度模型，為了類比實際的生物礁埋藏深的特點，將模型的初始延拓深度設定為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，不規則點的繞射波較發育，而且繞射弧度大；圖1-d是采用正確的速度模型對圖1-c進行偏移計算得到的模擬記錄，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29個不同的生物礁模型進行了地震響應的數值模擬，綜合多個模型的數值模擬結果可以將生物礁在時間剖面上的特征歸納為以下3項：①外形上，呈丘狀或杏仁狀隆起，兩翼對稱或非對稱；②由于礁體內部充填物性的差異，生物礁頂部的反射有時呈強反射，有時也呈弱反射，生物礁內部多雜亂反射，隱約成層，反射有時強，有時弱；③由于長興組總體上處于海侵期，與生物礁巖隆伴隨的披覆、上超現象明顯。通過上述特征的數值模擬，為生物礁的地震識別提供了理論依據。
1.2 生物礁、灘儲層及礁灘復合體地震響應的數值模擬
    元壩地區的礁、灘儲層為主力氣層之一，其中臺內灘、臺地邊緣灘和前積體灘為重要的類型。結合生物礁、灘儲層的地震剖面特征，進行了多個礁、灘儲層的正演模擬，得到幾點認識：①礁、灘儲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的地震反射，呈“亮點”特征；②隨著礁、灘儲層物性變好，即隨孔隙度增加，地震反射振幅逐漸增強；③由于淺灘儲層的厚度有時很薄，同一灘體在不同部位的厚度差異大，因此在灘體內部可能會因為調諧而造成內部呈雜亂或呈短段中弱反射。
1.3 生物礁的地震剖面特征
依據生物礁灘數值模擬結果，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呈丘狀凸起，主要表現為低頻、弱振幅、丘狀雜亂反射特征，礁底有強反射中斷，兩端有上超現象，礁前斜坡比礁后斜坡為陡，礁蓋反射呈亮點現象。
2 邊緣檢測技術及生物礁邊界刻畫
常規的邊緣檢測算法若采用小尺度的邊緣檢測算子，對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算子，對噪聲壓制比較好，但位置相對模糊。采用小波域尺度積算法的邊緣檢測方法[5]可以準確地描述生物礁的邊界。
基于特征值計算的第三代相干數據體技術，利用相鄰地震信號的相似性來描述地層和巖性的橫向不均勻性，也可較準確地檢測出生物礁發育的邊界及分布范圍。
3 地震層位精細對比及礁灘復合體空間分布預測
    生物礁異常體的外部界面粗糙，內部反射雜亂，缺少連續追蹤的地震反射同相軸，地震層位識別陷阱多，但生物礁在沉積上有獨特的形成和演化規律，有比較明顯的巖隆反射特征，這是識別生物礁異常體的關鍵[6]。一方面，通過井震分析，結合數字模擬技術得到的生物礁、灘的地震響應特征，在實際地震記錄上進行識別；另一方面，借助相位剖面進行對比識別，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。
    在精細層位對比解釋的基礎上，基于古地貌恢復的生物礁灘三維成圖，便可繪制出礁灘復合體的空間分布圖。圖2為根據三維地震資料繪制的飛仙關組沉積前古地貌展布網，反映了長興組生物礁的空間展布，早期在臺地內形成了灘相沉積，隨著長興期生物礁快速生長和加積，在臺地邊緣形成生物礁灘復合帶。礁灘復合體空間分布圖確定后，相應的沉積相帶也可解釋出來，圖中可明顯地劃分出陸棚、斜坡、臺地邊緣礁、臺內灘、開闊臺地等相帶。
 

4 地震波形分類技術及沉積相解釋
    由于生物礁具有與圍巖不同的特殊結構，因此，識別的主要標志體現在其外部反射結構、內部反射特征和波形的差異方面。利用生物礁的結構和波形與圍巖的差異，可以依據長興組頂、底界以及內部波形特征開展地震相分析，結合鉆井進行沉積微相劃分，圈定生物礁、灘分布的平面展布特征。
   在元壩地區基于地震波形分類及沉積相解釋結果表明，在吳家坪組碳酸鹽巖緩坡臺地的基礎上，長興組礁灘復合相帶發育早期成灘和晚期成礁旋回，早期生屑灘發育，晚期為礁蓋白云巖發育期，形成上下兩套儲層，且礁、灘儲層具有疊置連片的特征。
   陸棚相具強振幅、高連續及平行地震相；臺地邊緣斜坡相具中弱振幅、亞平行及斜交前積地震相；臺地邊緣礁灘相總體具中弱振幅及亞平行地震相，內部發育弱振幅、雜亂及丘狀地震相，為礁灘相的典型特征；開闊臺地相以中振幅、中連續及亞平行相為特征。
5 地層切片技術及多期次礁灘演化分析
   由于生物礁、灘發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，單個的礁體或灘體受地震分辨率的限制難以進行刻畫。選用反映礁灘發育敏感的地震屬性進行地層切片分析可以對不同期次的礁灘演化規律及其分布特征進行分析。
    圖3是在長興期層序格架劃分基礎上，對兩個Ⅲ級層序中控制儲層發育的體系域進行地震屬性的等時地層切片，能較好地反映了長興組礁、灘體的發育和演化規律。長一段下部為海侵體系域(SQ1-TST)，B1井及以西地區為開闊臺地相沉積，B1井以東相變為臺地邊緣斜坡陸棚沉積，儲層不發育。長一段上部為高位體系域(SQ1-HST)，B5井西南地區為臺地邊緣淺灘相沉積，淺灘相儲層發育；B1井以東相變為臺地邊緣斜坡陸棚沉積，地層薄，儲層不發育。長二段下部為海侵體系域(SQ2-TST)，B5井以西南地區為開闊臺地相沉積，局部地勢較高部位(如B101井)發育生屑白云巖儲層；B1、B5井以東地區相變為臺地邊緣斜坡 陸棚沉積，儲層不發育。長二段上部為高位體系域(SQ2-HST)，B5、B1井以西南地區為臺地邊緣礁灘沉積，儲層發育，物性好、厚度大、分布廣；B1、B5井以東地區相變為臺地邊緣斜坡-陸棚沉積，儲層不發育。因此，長興組的儲層明顯受到沉積體系域的控制，主要發育在高位體系域內的臺地邊緣礁灘相中，并且表現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。

6 波形復雜程度及儲層非均質性刻畫
    受生物礁、灘發育的影響，其礁灘儲層的發育存在非均質性和復雜性。在儲層發育帶，地震波波形變得復雜，可利用表征復雜程度的特征量進行儲層檢測[7]。關聯維和近似熵正是這樣的特征量。關聯維絕對值越小，表明波形越復雜，熵越大，不確定性越強。
    圖4是長興組頂部關聯維分析結果。實鉆的B102井和8103h井在長興組上部鉆遇礁蓋白云巖儲層，B102井測試獲工業氣流，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，儲層預測及反演結果難以進行區分，而基于波形復雜程度的關聯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雜程度的屬性來刻畫儲層的非均質性和復雜性，但無法區分礁和灘。
 

7 低頻伴影技術及含氣儲層識別
    地震低頻伴影是指油氣藏正下方的地震低頻強反射能量，地震低頻伴影作為油氣層識別的一個重要標志，地震波穿過具有較強吸收衰減作用的油氣層時，波的低頻能量相對衰減小，高頻能量衰減較強烈。這是對地震低頻伴影的物理、地質機理的一種合理的解釋或猜測。Korneev等人利用彌散 黏滯型波動方程成功模擬了地震信號的低頻效應[8]。賀振華等在彌散-粘滯型波動方程的基礎上實現了地震低頻伴影的模擬[9]，說明油氣儲層對地震信號時頻譜中高頻成分的較強吸收衰減是產生低頻伴影的主要原因。
    從時頻分析結果中，在儲層段和儲層段的正下方切取不同頻率的共頻率沿層切片，便可進行低頻伴影現象分析。在地震頻率較低時(8Hz)，所圈定范圍內的含氣儲層的地震反射能量強(紅色區)，其正下方出現相同的強反射能量，這些低頻強能量就是地震低頻伴影；而當地震頻率為10、12Hz時，低頻能量上強下強的區域縮小；當地震頻率為16Hz時，表現為由低頻向中高頻過渡特征；當頻率升高，從18、22、28、38Hz變化，有利儲層的地震能量表現為上強下弱特征，沒有地震低頻伴影現象。由此可以推斷所圈定范圍為礁蓋儲層含氣的有利區域(圖5)。

8 “相控法"儲層預測及精細描述
8.1 相控地質建模
    在地震、沉積相研究的基礎上，利用解釋層位和儲層頂底層位作為約束層，對陸棚、斜坡、礁灘復合體等不同相區建立主控制層的插值權重，采用協同建模的方法進行三維精細構造建模和相控地質建模，構建出符合礁灘儲層地質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、測井資料和高分辨率目標處理的地震數據開展高精度相控井約束地震反演，得到波阻抗數據體，進而以該數據體作為軟約束開展伽馬隨機反演，根據統計值設置伽馬門檻對波阻抗數據體進行濾波，得到反映純儲層的波阻抗和速度數據體。
    研究區相帶變化大，長興組橫跨了多個相帶，完鉆井揭示各井在長興組儲層速度差異很大。如果只是簡單用聲阻抗及伽馬作為門檻值來區分儲層、非儲層，只能局限在某一個相帶，而如果全區采用相同門檻值則可能去掉了好的儲層或不能完全去除泥灰巖，同時從反演剖面上很難直觀地分辨出儲層，給儲層精細預測及描述帶來了困難。為了突出儲層特征，可采用對儲層反映最為敏感的孔隙度曲線重構聲波曲線進行擬聲波曲線波阻抗反演，進一步突出高速非儲層背景下的儲層低速特征，提高儲層預測的分辨率，從而能有效反映儲層縱橫向展布特征。
   開展多尺度礁灘儲層地震預測和精細描述，落實了元壩地區長興組臺緣礁灘復合體、礁后淺灘、礁間灘、臺內灘等4種類型7個勘探目標。至2010年底，完鉆井8口均鉆遇白云巖儲層，并均獲得工業天然氣。
   實踐證明，以地質分析與沉積相研究為指導、以數值模擬與地震相分析為基礎、以邊界檢測與儲層內部復雜性刻畫為條件、以相控多參數反演與儲層精細描述為核心的礁灘儲層多尺度綜合識別技術是開展超深層碳酸鹽巖礁灘儲層預測的有效方法。
   參加研究工作的還有陳祖慶、盛秋紅、彭嫦姿、賀振華、黃德濟、文曉濤等，在此表示感謝！
參考文獻
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(本文作者：蒲勇 中國石化勘探南方分公司)