四川盆地五百梯地区长兴组古地貌恢复及地震预测

赵 虎,孙 勇,赵容容,罗 鑫,安虹伊,陈思锜,徐 姁

(1.西南石油大学天然气地质四川省重点实验室,四川成都610500;2.西南石油大学地球科学与技术学院,四川成都610500;3.中国石油西南油气田分公司勘探事业部,四川成都610041;4.中石油西南油气田分公司重庆气矿,重庆400707)

自1976年在建南构造发现第一个上二叠统长兴组生物礁气藏,四川盆地逐渐发现了大量的生物礁气藏[1-4]。特别是围绕开江-梁平海槽不断深化研究,陆续在海槽两侧发现了普光、龙岗、元坝、铁山等多个中大型生物礁气藏[5-8]。四川盆地长兴组生物礁气藏勘探主要集中在台缘相带,而对于分布范围广、面积小、非均质性强的台内礁研究相对较少[9-10]。针对生物礁储层的地震地质特征,前人研究认为,古地貌是控制生物礁储层发育规模的最关键因素。目前古地貌恢复技术应用较为成熟,如曾韬等[11]选用残厚法并结合现代岩溶学和岩溶动力学理论,恢复了元坝地区茅口组顶面岩溶古地貌,为该区下一步储层勘探提供了方向;胡伟光等[12]将古地貌恢复技术与地震相分析技术、波形分类技术、分频处理技术和相干体识别技术相结合进行生物礁储层预测,取得了较好的效果。吴勇等[13]结合古地貌分析技术,提出了一种利用古坡度和相对坡度平面异常特征对生物礁边界进行识别的方法,并对川东北罗顶寨地区台缘型生物礁边界进行了预测。研究表明,识别的生物礁边界与钻井结果吻合率高,生物礁边界局部特征更加精细。而针对规模小、分布散的生物礁储层预测技术,前人做了大量研究,如林昌荣等[14]提出了一种新型的局部指数拟合异常地震参数提取方法,准确地预测了地层含油气位置。叠前预测方法在生物礁气藏勘探中也有较为广泛的应用,如周路等[15]在大猫坪地区长兴组生物礁储层预测中,针对生物礁体岩性组合复杂,储集层空间分布复杂、厚度小、非均质性强、埋藏深度大的特点,采用叠前参数反演、波形聚类和频谱分解技术,刻画生物礁边界,预测了生物礁分布,得到了更加精细的生物礁内部特征[14-16]。关于生物礁内部刻画方面,蒲勇[17]采用正演模拟方法建立了生物礁的地震反射特征,结果显示,其整体特征呈现为丘状或杏仁状隆起,内部多杂乱反射,能量时强时弱,同相轴上超现象明显,为礁滩体的刻画提供了重要的依据;姚军等[18]以长兴组地层展布-礁滩体展布-礁滩体储层分布逐级递进思路准确预测了遂宁高能带礁滩储层分布;王浩等[19]从点、线、面、体多个维度剖析生物礁形态,刻画了生物礁空间展布。显然,前人都认为对于非均质性强的生物礁储层的内幕刻画,需利用单井相识别、模型正演、古地貌分析、地震属性优选和储层定量预测等技术进行综合研究[20]。五百梯地区经过多年勘探,认为长兴组台内同样存在礁滩储层发育的有利区,但台内礁勘探一直未取得突破,难点在于台内礁具有分布面积小、演化规律不明显、非均质性强等特点,储层预测存在多解性。因此,如何提高储层预测精度是重中之重[21-22]。

鉴于此,本文提出从地层、沉积相、古地貌及地震反演等方面入手,首先,在地震资料处理时拓宽频带,突出礁滩体的地震异常特征,同时结合长兴组不同时期古地貌演化特征,明确生物礁的横向展布特征;其次,利用地质分析等技术,明确储层纵向发育位置,圈定礁滩体优质储层发育区域。最后,结合地震属性和储层反演等方法,对礁滩储层进行综合评价,形成台内礁的预测模式和方法,降低礁滩储层预测的多解性。

1 区域地质背景

研究区位于四川盆地东部开江县、开县境内,开江—梁平海槽东侧,区域构造位于印支期开江古隆起的东北斜坡上,大天池构造带北倾末端断下盘的潜伏构造,构造形态为一短轴状背斜,剖面形态为箱状。工区面积为800余km2,工区内在长兴组生物礁储层获气井18口,工业气井16口(图1)。长兴组自下而上分为3段,其中,长一段厚度为40～180m,岩性以灰岩夹泥页岩为主;长二段厚度为20～145m,岩性以颗粒灰岩、泥晶灰岩、礁灰(云)岩为主;长三段厚度为10～110m,岩性以泥晶灰岩、颗粒灰岩为主,含少量礁灰(云岩)。地层厚度变化大,斜坡相带长兴组整体厚度为91～200m;台缘带整体厚度较大,为167～245m;台地带厚度为150～160m,局部存在加厚区,厚度为305m(图2)。

图1 研究区位置

图2 长兴组斜坡-台缘-台地带东西向连井测井曲线

研究发现,区内发育有台缘礁、台内二排礁和三排礁,但受地震分辨率的影响,台内二、三排礁宽度较小、内部刻画困难,针对这一问题,本文利用基于连续小波变换的拓频方法,对地震数据进行了拓低频处理,提高同相轴连续性。由于波传播过程中不同频带信号都有所损失,导致频带变窄,对此,本文提出将地震信号分解到连续小波域,优选小尺度小波信号(低频信号),并进行适当的补偿,具体思路如下。

首先,对地震数据进行连续小波变换(CWT)处理,变换公式如下:

(1)

式中:W(τ,s)为小波系数;f(t)为原始信号;s为缩放参数,控制小波函数的伸缩;τ为位置参数,控制小波函数的平移;Ψ*为小波母函数。

其次,提取分解后的各个尺度小波信号的极值(极大值和极小值),利用“极值信号”与对应尺度小波信息重构原始信号。

(2)

最后,将低频谐波信息进行能量增强,变换回时间域,并加入到原始数据中,这样即可拓展地震数据的频带宽度。

(3)

式中:CΨ为小波的可容许条件;Ψ为小波函数。

图3给出了地震数据拓低频处理前、后的剖面。由图3可以看出,经过拓低频处理后,礁滩体内部丘状反射得以体现(蓝色箭头),提高了礁滩体的识别精度。

图3 地震数据拓低频处理前(a)、后(b)地震剖面

2 礁滩体识别及刻画

2.1 礁滩体演化分析

2.1.1 岩石学特征

五百梯地区长兴组岩石类型可划分为灰岩、白云岩及过渡类型三大类,其中灰岩类包括礁灰岩、颗粒灰岩、泥晶灰岩等,造礁生物以苔藓虫、海绵为主,少量珊瑚,附礁生物包括介形虫、棘皮、双壳等。云岩类包括礁云岩、颗粒云岩、晶粒云岩、泥晶云岩等。溶蚀孔洞与礁云岩、颗粒云岩、晶粒云岩关系密切,且多以未充填为主(图4)。

图4 五百梯地区长兴组典型岩石类型岩心图版a 生屑灰岩; b 生屑云岩; c 泥晶灰岩; d 生物礁云岩; e 生物礁灰岩; f 中晶云岩; g 灰质粉晶云岩; h 含云砂屑灰岩; i 细晶棘屑云岩

2.1.2 沉积相发育特征

晚二叠世长兴组沉积时期,川东地区为碳酸盐岩台地、海槽、台地边缘沉积体系,根据研究区岩石学、沉积构造、测井相及区域格局分析,研究区可以划分为台地边缘、前缘斜坡和开阔台地3个相,同时受海平面变化的影响,发育了多个礁、滩相沉积旋回(图5)。研究区台地边缘及台内高部位为礁滩体的集中发育区,其中台缘带长兴组中上部广泛发育生物礁,连续性较好。横向上,礁相主要发育在长三段中上部,自西向东表现为台缘带横向连续性好、分布稳定,台内厚度薄、期次多。礁滩体自长二期开始发育,垂向上发育多个滩间海-粒屑滩的垂向变浅旋回,开阔台地内滩间低能沉积,礁欠发育,单个礁滩体规模小,套数增多(图6)。总体看,有利相带位于上部的长三段,横向上发育在台缘及台内局部高地貌部位,且台缘外带优于台缘内带。

图5 TD11井第1筒心沉积微相垂向发育序列

2.2 礁滩体地震识别模式

2.2.1 单井分析

图7显示了长兴组典型井合成记录。由图7可见,斜坡相带内长兴组顶为波峰反射,中强振幅、连续性好、时间厚度小;台缘相带内长兴组厚度明显增大,长兴组顶为波谷反射,能量明显变差,连续性变差,长兴组内部同相轴增多、存在复波。

图7 长兴组典型井合成记录a 斜坡相合成记录; b 台缘相合成记录

将工区内各井合成记录进行统计并分析后发现:位于台缘相带内的井,长兴组地层厚度为157～270m不等,平均厚度为218m,长兴组顶能量弱、存在复波,部分井存在空白、杂乱反射;位于台地二排礁的井,地层厚度为160～300m不等,平均厚度为230m,长兴组顶能量弱,存在复波;位于斜坡相带内的井,地层厚度为92～133m不等,平均厚度95m,时间厚度明显变小,长兴组顶能量强,连续性好。总体看,无论是台缘还是台内发育礁滩的部位,长兴组地震反射特征表现为顶部能量明显变弱、空白反射、连续性差,地层明显增厚。

2.2.2 剖面分析

过井剖面可印证上述分析的反射特征(图8)。图9显示了长兴组台内二排礁地震反射特征及生长演化模式。从图9a可以清晰地划分出礁核和礁翼的分布特征。礁核位于古地貌高部位,储层较发育,速度较低,振幅变弱,是最有利的勘探区域,而礁翼分布于高地貌的两侧,礁欠发育,滩体较发育,地震反射不明显。综上研究,建立了研究区礁滩体生长演化模式(图9b),该演化模式显示造礁生物通常沿砂屑滩、生屑滩等地貌高点建造,并通常经历定殖期、拓殖期、泛殖期等达到繁盛,形成较明显的正地形。随着礁体进一步生长及海平面变化,可能因出露海平面之上或水体过深而进入消亡期,生物礁一经暴露于海平面之上,常受到大气水溶蚀或混合水白云化作用而形成储层。结合以上地震地质认识,识别出礁滩体地震有利相带50余km2。

图8 长兴组地震反射特征a 东西向地震剖面; b 东西向地震测线位置

图9 长兴组台内二排礁地震反射特征(a)及生长演化模式(b)

3 古地貌特征分析

3.1 不同时期古地貌恢复

古地貌是控制长兴组储层发育的关键因素。结合研究区地质特征及前人研究基础,本文选择残厚法绘制了研究区古地貌图,分别以龙潭组底和长兴组底进行层拉平计算,绘制各时期古地貌图。图10给出了研究区主要沉积期的古地貌。由图10a可见,长兴组沉积前研究区为缓坡沉积,水深自西向东逐渐变浅。受断层影响,缓坡内可见局部沉积高地貌区域,沉积地貌高部位主要沿北西—南东向和北东—南西向展布,以前者为主,其中,TD7-TD17-H4一线地貌较为明显,奠基了长兴组海槽的雏形。该期沉积地貌分布与长兴组沉积前断层分布密切相关,也为后期礁滩体生长建造提供了基础。

图10 研究区主要沉积期古地貌a 龙潭组古地貌; b 长兴组古地貌; c 长一段+长二段古地貌; d 长三段古地貌

长兴组古地貌(图10b)反映了长兴组沉积模式及礁滩体建造,受礁滩体建造的影响,台地边缘沿TD002-1-TD021-5井一线及以东地区分布,整体呈现出北窄陡、南宽缓的特征,中部地区台地边缘水体浅、能量高,礁滩体发育,形成礁滩复合体,连片分布,以垂向加积作用为主。南部区域水体相较于中部较深,能量低,礁滩体建造相对较弱,礁滩体在长兴期具有向内带迁移的特征,礁滩体间广泛分布低能的滩间海、礁后泻湖沉积。整体上台缘外带比台缘内带更适于礁滩建造,形成的沉积地貌更高,水体更浅。开阔台地内,整体以相对低能的滩间海沉积为主,礁滩复合体发育相对富集,形成二排礁分布。二排礁相较于台缘礁更窄、更陡,二排礁复合体整体为北西—南东向分布,是在长兴组沉积前的高地貌基础上建造和演化。台地内的其它区域偶见点礁、马蹄型礁。长兴组由于礁滩体的生长建造,形成了镶边明显的台地边缘及台内礁滩复合体分布带,但受水体深度、沉积前地形及断层的影响,不同区域礁滩体发育规模、分布范围具有较大差异。

进一步研究发现,长兴组早中期高地貌格局已经形成(图10c),长三时期生物礁继续发育(图10d),形成了研究区现今的长兴组生物礁格局。图10d显示晚期生长的礁体主要集中在台缘外带,台缘内带和二排礁发育相对较少,这意味着优质储层将会集中在台缘外带,与区内高产井分布一致,也为台内礁滩储层的勘探提供了方向。

3.2 演化及控制因素

随着海平面下降及礁滩体营建,地貌高部位出露海平面,接受大气淡水溶蚀及混合水白云化作用,形成礁滩体孔洞型、孔隙型储层。长兴组末期,受区域性暴露影响,长兴组顶部受近地表岩溶影响形成溶洞型、缝洞型储层,部分被充填。埋藏期,地层水及深部热液流体沿断层、裂缝及先期孔洞进入地层,进一步改善了储集性能(图11)。显然古地貌是控制生物礁发育的最关键因素,控制着长兴组有利相带的分布,古地貌的高部位是勘探的有利区域,相带变化的坡折带是发育储层的最佳部位,而且台缘外带(靠近斜坡带)礁滩储层优于台缘内带(靠近台地一侧),这为礁滩储层预测提供了方向。

图11 五百梯地区长兴组礁滩体发育模式

3.3 古地貌与礁滩储层的耦合关系

针对礁滩储层与古地貌的关系,选择了工区内已钻井资料进行分析(表1)。表1中测试产量在20×104m3/d以上的高产井基本分布在台缘外侧,位于古地貌高部位,长兴组顶同相轴都存在杂乱、空白反射等特征。而台缘内侧的TD75井储层不发育,该井位于古地貌低部位。发育于台缘中间的TD2井虽有16.70m的储层,但位于古地貌低部位,储层物性差,未能获得规模产量。值得一提的是位于台地内二排礁中间的TD002-X18井,虽只有5.30m的储层,但位于台内古地貌高部位,获得了16.90×104m3/d的测试产量,预示着台内二排礁同样具有勘探潜力,且储层发育模式与台缘相似。

表1 已钻井特征分析

以上分析结果进一步佐证了古地貌是控制礁滩储层发育的关键因素的认识,古地貌高部位后期容易发生白云化作用,为礁滩储层改造提供了有利条件。但白云化作用也存在横向非均质性,从而导致长兴组顶呈现出振幅变化大、连续性差的反射特征。总体来看,礁滩储层发育在台缘和台内二排礁相带内,地震反射特征较为明显,且外侧优于内侧,古地貌高部位才可发育较好的储层。

4 有利勘探目标优选

从以上研究来看,五百梯地区礁滩储层横向上集中在台缘礁和台内二排礁区域,纵向上主要分布在长兴组顶部的长三段和长二段上部区域。为了进一步细化储层的展布特征,我们结合地震反演和油气检测等方法进行了长兴组储层预测。首先利用测井资料分析出工区内储层测井响应特征:速度5400～6300m/s、波阻抗小于17000m/s·g/cm3、孔隙度大于1.5%。并根据井数据建立了波阻抗、孔隙度和速度之间的拟合关系,进行长兴组储层厚度预测。预测结果显示,厚度大的储层发育在台缘带的中南部,该区域典型井如TD002-11井获气16.90×104m3/d,储层预测厚度为51.60m,预测吻合度高。台内二排礁储层厚度稳定,优势储层分布在工区的中南部,为二排礁有利勘探区域。

综上分析,依据“一礁一藏”的勘探思路,划分了研究区一类和二类有利区(图12中青色和绿色区域)。表2给出了长兴组有利勘探区的划分标准。台缘外侧中部古地貌高部位容易产生白云化作用,高孔隙度、低阻抗分布,为工区内的最有利区域,台缘内侧的局部古地貌高部位也可划分为一类有利区。台内二排礁中南部储层分布较稳定,与台缘外带的储层特征一致,综合分析该区同为一类有利区。

图12 五百梯区块长兴组礁滩储层综合评价结果

5 结论

1) 研究发现长兴组早中期高地貌格局已经形成,长三时期礁滩体继续发育,形成了研究区现今的长兴组礁滩发育格局,晚期生长的礁滩体主要集中在台缘外带及台内二排礁的高部位。

2) 长兴组沉积末期古地貌整体呈现斜坡相带低,台缘及台内二排礁局部高的特征,高地貌是礁滩体发育的主要区域,其顶部的礁核发育区为储层发育的最有利部位。

3) 古地貌控制下的礁滩体才是储层发育的主体部位,研究区最有利的储层发育区位于台缘外带及台内二排礁部分区域。

4) 古地貌是控制礁滩发育的关键因素,控制着长兴组储层分布。高地貌是勘探的最有利区域,这一现象在地震、地质资料中都有体现,为台内礁滩储层的勘探提供了依据及借鉴意义,也意味着台内局部高地貌地区仍然发育了规模性礁滩储层。