開江—梁平海槽東側長興組生物礁發育主控因素及地震精細預測技術

彭 才，鄭榮才，陳 輝，王蘭英，羅 晶，梁 虹

(1.成都理工大學 沉積地質研究院，成都 610059；2.中國石油 東方地球物理勘探公司 西南物探研究院，成都 610213)

川東北地區上二疊統長興組生物礁主要分布在“開江—梁平海槽”東側(圖1)，已鉆遇生物礁的鉆井有50余口，其中半數以上的鉆井在礁相儲層中鉆獲商業氣流。前人針對海槽東側長興組生物礁型氣藏的研究往往以沉積相和儲層特征為重點[1-10]，而利用地震資料對生物礁和礁型氣藏進行綜合研究與預測的成果相對較少，且主要以二維地震為主[11]，礁的三維地震研究大都局限于局部三維區[12-14]，特別是對控制長興組礁相地層發育的古地貌研究被忽略，致使對長興組生物礁縱橫向遷移和分布規律的主控因素缺乏整體認識，無法解釋各區塊之間生物礁地震相—沉積相響應模式及其差異性，因而難以選取具有針對性的地震預測技術，從而嚴重制約了長興組生物礁相油、氣新區的發現。近年來，七里北、五百梯、高峰場等10余個三維地震區塊為開江—梁平海槽東側生物礁地震沉積學的研究和礁型氣藏地震預測提供了基礎。本文通過大區域的三維連片地震預測，開展整個海槽東側長興組古地貌演化、生物礁地震—沉積相響應特征及預測技術研究，以期查明生物礁平面分布和側向遷移規律及主控因素，為形成新的地震預測技術方法和提高川東北地區長興組生物礁油氣勘探效益提供依據。

圖1 四川盆地東部長興組沉積相和研究區位置Fig.1 Sedimentary facies of Changxing Formation in eastern Sichuan area

1 長興組生物礁特征

1.1 生物礁地質特征

晚二疊世長興期開江—梁平海槽海水由西北往東南方向入侵，水深由西北向東南逐漸變淺，臺緣帶坡度由西北向東南逐漸變小。區域沉積和二維地震相特征研究成果表明，長興晚期海槽在東側繼續擴張[1-5]，海水向臺地方向持續侵進，長興組發育臺地、臺地邊緣生物礁、前緣斜坡、海槽等沉積相類型(圖2)。無論是平面上還是剖面上,淺水相帶與深水相帶沉積分異清晰，特別是在臺地邊緣區域發育的生物礁規模及隆起幅度較大，造礁生物和各類附礁生物及生物碎屑廣泛分布于臺地邊緣帶附近，礁、灘相儲層發育，巖性主要為礁、灘相溶孔粉—細晶白云巖、生屑粉—細晶白云巖及生物細—中晶礁云巖[6-10]。

研究區位于開江—梁平海槽東側長度約150km的臺緣帶(圖1)，廣泛發育臺地邊緣生物礁，單個礁體多為厚度數十米至百余米的丘礁，沿臺緣帶成群成帶分布；剖面上和平面上可細分出礁基、礁核、礁頂、礁前和礁后等沉積亞相及眾多的微相類型(圖2)。

圖2 川東北開江—梁平海槽東側臺地邊緣生物礁相剖面結構(TD53井)Fig.2 Bioreef structure in well TD 53 on the platform edge to the east of Kaijiang-Liangping trough, northeastern Sichuan Basin

1.2 生物礁地震相特征

生物礁的沉積建造和分布與環境密切相關，不同沉積環境的生物礁具有不同的結構和巖石學特征，決定了地震相具有明顯的差異性。

(1)圖3a和圖3b為北部地區七里北和黃龍場地震剖面，臺地邊緣生物礁前的斜坡坡度大，長興組地層由海槽向臺地方向明顯增厚，具有斜交反射特征。生物礁(橘黃色)位于長興組中上部，生物礁生長速度快，厚度比四周沉積物明顯增大，使得生物礁外形在地震剖面上表現為丘狀雜亂反射特征，長興組頂部為強地震反射。

圖3 川東北開江—梁平海槽東側不同位置長興組生物礁地震相特征測線和鉆井位置見圖1。Fig.3 Seismic facies of reef in Changxing Formation to the east of Kaijiang-Liangping trough, northeastern Sichuan Basin

(2)圖3c為中部五百梯地區陡緩過渡帶地震剖面，礁前的斜坡坡度較小，長興組地層厚度由海槽斜坡向臺地方向有一定增厚，為平行—亞平行反射。生物礁位于長興組頂部，成席狀地質體，生物礁內部地震反射表現為連續雜亂反射，不具沉積分層結構。

(3)圖3d和圖3e為南部團嶺坡—大貓坪緩坡地區地震剖面，礁前的斜坡坡度較小，海槽相和臺地相的長興組地層厚度基本一致，為平行反射。生物礁主要呈塊狀體位于長興組頂部，因此，礁內部在地震反射上表現為空白和斷續雜亂反射，也不具沉積分層結構。

如上所述，在開江—梁平海槽東側不同位置，伴隨臺地邊緣礁前坡度的變化，長興組生物礁具有不同的地震相特征，有如下3個特點：①沿臺緣帶長興組頂部(T1f1)地震反射北強南弱；②由臺緣相帶至前緣斜坡相帶，長興組厚度由北向南逐漸變??；③生物礁內部結構差異性較大，伴隨礁前坡度的變緩，由連續反射、連續雜亂反射變為空白和斷續反射。由此可見，生物礁的多樣化地震相特征難以用單一的地震技術預測，急需查明生物礁發育的控制因素及其縱橫向發育規律，按不同位置的沉積背景和地震相特征，優選針對性強的地震預測技術。

1.3 生物礁發育主控因素分析

利用鉆井巖心描述和錄、測井資料精細分析長興組生物礁單井剖面結構，可確定長興組縱向上發育有2期生物礁旋回，分別位于長興組中部和上部(圖3，4)。研究區北部的QL1井和HL1井區(圖1，4)，在長興組沉積早期臺緣帶古地貌為陡坡帶，坡折帶以發育臺地邊緣淺灘相沉積為主，中期發展為臺地邊緣生物礁相沉積，晚期由于受海侵影響, 加深相變為臺地前緣斜坡相沉積；T72和YUNN12井區分別位于研究區中部和南部(圖1，4)，長興組沉積早、中期為開闊海臺地相和斜坡相沉積，晚期位于臺緣坡折帶,為臺地邊緣生物礁相沉積。

開江—梁平海槽東側古地貌具有北高南低、東高西低的特征，早、晚2期古地貌總體格局相似，具有繼承性發展演化特點(圖5)。沿開江—梁平海槽東側分布的研究區北部陡斜坡沉積區，臺緣坡折條帶狀上隆特征明顯(圖3a)，受長興晚期海侵影響，生物礁發育在長興組中上部，以發育規模較大的丘礁為主，上覆飛仙關組底部的大套泥巖，導致長興組頂部地震反射為強反射(圖3b)。研究區中部為由陡轉緩的過渡帶，生物礁發育規模中等，且具有第二排局部高帶；南部為緩斜坡沉積區，相對高地貌零星分布，臺緣坡折帶的上隆特征不明顯(圖3d)，以發育規模較小的點礁為主。

現代生物礁研究成果表明，坡度越大、水動力條件越強，越有利于生物礁的發育[3]。圖6a為不同區域的前緣斜坡的坡度統計(平面位置見圖5)，北部QLB-HLC井區前緣斜坡帶坡度大于4°，僅次于海槽西側龍崗地區(LG)的前緣斜坡帶；中、南部WBT-GFC井區的前緣斜坡坡度較小, 在0.5°～2.5°之間。圖6b為臺緣生物礁厚度與前緣斜坡的坡度交會圖，表明生物礁的發育規模與坡度具有很好的相關性，即前緣斜坡的坡度越大，臺緣坡折帶的生物礁厚度越大。由此可見，區域性海侵和臺地邊緣由緩變陡的坡折帶地貌，以及前緣斜坡的坡度是控制長興組生物礁發育的主要因素。

圖4 川東北開江—梁平海槽東側不同位置長興組生物礁單井沉積相剖面結構Fig.4 Single well sedimentary facies of reef in Changxing Formation to the east of Kaijiang-Liangping trough, northeastern Sichuan Basin

圖5 川東北開江—梁平海槽東側長興組沉積期古地貌分布研究區位置見圖1。Fig.5 Paleogeomorphic distribution during Changxing period, east of Kaijiang-Liangping trough, northeastern Sichuan Basin

圖6 川東北開江—梁平海槽東側前緣斜坡坡度特征和生物礁厚度交會特征區塊的平面位置見圖5。Fig.6 Slope characteristics and bioreef thickness to the east of Kaijiang-Liangping trough, northeastern Sichuan Basin

2 長興組生物礁地震精細預測技術

2.1 生物礁地震預測依據

基于開江—梁平海槽東側斜坡坡度與生物礁厚度密切相關的顯著特點，利用斜坡坡度定性、甚至定量預測生物礁的發育規模和確定有利區域成為可能。北部陡坡帶區域的生物礁上隆地震相特征明顯，生物礁厚度較穩定(80～130 m)，預測技術基本成熟。如QL1和HL1井區的地震預測成功率高，達90%以上，都為中、高產井；中部的WBT地區為陡—緩斜坡的轉折帶，生物礁上隆特征不很明顯，生物礁厚度橫向變化較快(20～130 m)，單井產量(0.5～20)×104m3不等，急需尋找新的地震預測技術來精細描述該區域的生物礁橫向變化；南部緩坡帶(DMP-GFC區域)的生物礁地震相缺乏明顯上隆標志，主要發育厚度較薄的點礁(20～50 m)，長興組埋深達到5 000 m以上，地震資料分辨率低，僅為8～30 Hz，地震反射不能真實反映生物礁形態，地震預測難度大，常規地震相面法等生物礁預測技術存在陷阱[9]，導致該區多口鉆井失誤[14]，需要尋找高精度的預測技術。

2.2 生物礁地震預測技術

利用海槽斜坡坡度定性預測生物礁厚度，可以分為3步：①開展精細的長興組頂部地震層位解釋；②建立精細的速度場，將時間域地震層位轉換為深度域地層；③在斜坡—海槽區域，沿長興組頂部選取多個控制段，計算每段首位2個點之間的深度差和橫向距離，利用三角函數計算2個點之間的地層傾角，將各控制段的地層傾角平均值作為海槽斜坡的坡度值，編制坡度與生物礁厚度交會圖(圖6b)。

勘探實踐證明，在鉆井巖心、測井和地震相綜合分析基礎上，利用三維地震資料精細刻畫前緣斜坡的坡度并定量預測生物礁厚度，已成為研究區北部臺緣生物礁最為簡便有效的地震預測技術方法。

研究區中部陡—緩斜坡的轉折帶，頂部的長興組生物礁位于長興組頂部波谷與波峰之間，底部對應波峰(圖3b)。該區臺緣帶不僅古地貌隆起幅度較小，而且橫向變化快，由長興末期微古地貌變化導致上覆飛仙關組底部沉積的泥灰巖厚度橫向快速變化。泥灰巖與下伏生物礁直接接觸，當生物礁較厚時礁底部表現為弱波峰甚至波谷反射(圖3d)，生物礁較薄時為中強波峰。因此，利用長興組生物礁底部地震反射強度與生物礁厚度的較強相關性(圖7a)，可以在臺緣帶利用長興組頂部向下0～40 ms范圍內的地震反射強度，定量預測臺緣生物礁厚度。如圖7b中弱振幅區域為生物礁較厚的區域，T2、T11、T74等井鉆遇的生物礁儲層厚60～120 m；強振幅區域的T67、T64等井鉆遇的生物礁儲層厚20～60 m。

針對研究區南部緩坡地區生物礁預測難的特點，提出基于地震沉積學為依據的分頻解釋技術預測生物礁，認為原始地震剖面上同相軸不完全是等時的，其等時性受地震頻率控制，地震資料的頻率控制了地震反射同相軸的傾角和內部反射結構，需要采用能反映真實地層傾角的、相對高頻的地震資料研究地層的沉積特征[15-21]。利用該技術方法準確地預測了DMP井區2口井的生物礁，在偏移剖面上，Y6和Y7井生物礁外形特征不明顯(圖8a中的紅色虛線部分)，而在20～35 Hz分頻剖面上，礁的上隆特征明顯(圖8b中的紅色實線部分)。生物礁的邊界特征和內部儲層亮點反射特征越清晰，對沉積相及生物體預測越準確。

2.3 預測效果分析

通過連片三維地震對長興組生物礁地震預測結果進一步證明，沉積古地貌的差異性決定了生物礁的平面分布特征、發育規模和地震相特征。研究區內前緣斜坡帶具有西北陡而東南緩的地形變化趨勢，平面上在中部斜坡帶發生由陡變緩的轉折，生物礁總體上沿臺緣坡折帶呈兩排分布(圖9)，其中靠近前緣斜坡帶的第一排臺緣生物礁鉆獲氣藏的成功率很高，是目前鉆探的主要對象；臺地相帶內的第二排生物礁為下一步鉆探的有利區。就第一排臺緣生物礁而言，以位于北部陡斜坡帶的臺緣生物礁規模較大，單個礁體的面積約為10～40 km2，且具有呈條帶狀密集分布的特點；中部由陡變緩帶的臺緣生物礁分布面積大，但縱向厚度??；而位于南部緩—陡斜坡帶的臺緣生物礁厚度薄，平面分布規模較小，單個礁體的面積僅2～12 km2。

圖7 川東北開江—梁平海槽東側長興組頂部振幅屬性與生物礁厚度關系Fig.7 Amplitude characteristics and bioreef thickness on the top of Changxing Formation, east of Kaijiang-Liangping trough, northeastern Sichuan Basin

圖8 川東北開江—梁平海槽東側生物礁分頻解釋效果Fig.8 Biological reef seismic interpretation at different frequencies, east of Kaijiang-Liangping trough, northeastern Sichuan Basin

圖9 川東北開江—梁平海槽東側長興組沉積相帶平面分布研究區位置見圖1。Fig.9 Plane distribution of sedimentary facies of Changxing Formation, east of Kaijiang-Liangping trough, northeastern Sichuan Basin

3 結論

(1)川東北開江—梁平海槽東側長興組生物礁縱向發育2期、橫向向臺地方向遷移，陡坡區發育早期生物礁，緩坡區發育晚期生物礁，坡度與生物礁厚度存在明顯的線性關系。

(2)利用長興組頂部振幅屬性，預測研究區陡緩轉折帶臺緣區的生物礁厚度；在緩坡沉積區域則采用分頻解釋技術，有效提高了生物礁預測精度。

(3)研究區北部陡坡沉積區生物礁成帶狀，南部緩坡沉積區生物礁成塊狀；生物礁平面上具有兩排特征，向臺地方向遷移的第二排生物礁是下一步鉆探的重要目標，預測成果經實鉆證實且獲得高產氣流。