四川盆地荷包場地區二疊系巖溶儲層地球物理特征與分布預測

陳曉月 李建忠 江青春 黃士鵬 魯衛華 蘇 旺 伍 亞

1.中國石油勘探開發研究院 2.中國石油西南油氣田公司蜀南氣礦

0 引言

中二疊統是四川盆地內早期勘探的主力含氣層系之一，據中國石油第四次油氣資源評價結果，其天然氣資源量達1.47×1012m3，但勘探領域主要集中在四川盆地南部（以下簡稱蜀南地區），勘探主力層系中二疊統茅口組提交的天然氣探明儲量也僅851.68×108m3，資源量探明率不足7%，剩余資源量豐富，勘探潛力巨大[1-2]。然而，學者們對于蜀南地區茅口組巖溶儲層的研究多聚焦于沉積相、儲層特征與主控因素、成藏模式及氣源對比等方面[3-12]，而對于巖溶儲層預測方面的研究，限于地震資料的品質，2000年以前基本未開展研究，主要依據勘探經驗開展剖面特征分析，認為裂縫是蜀南地區巖溶儲層的重要控制因素[6]。以“裂縫型”儲層為主要勘探對象，根據勘探總結的地震經驗模式圍繞斷層和構造高部位進行井位部署，從20世紀60年代開始到20世紀90年代末期從“一占三沿”到“三占三沿”的布井原則持續進行井位部署[13-14]。目前，斷裂發育帶和構造高部位疊合區域勘探程度已經很高。2000年以后，陸續有學者利用新采集的三維地震資料對茅口組儲層進行了分布規律與預測研究[15-16]，但依然以斷裂和裂縫刻畫為主要目標，并未重視巖溶作用及巖溶儲層預測工作。區域背景調研及鉆井放空漏失均揭示，巖溶作用在蜀南地區具有區域性[17-27]。因此，應該重視巖溶作用在天然氣儲集中的意義，而不應過度強調現今構造及裂縫的作用[15-16]。

為此，在“跳出構造高部位與斷裂疊合區尋找巖溶儲層”的研究思路指導下[8]，結合筆者所在研究團隊開展的測井儲層分類、主控因素與分布規律研究成果[27]，利用川南低陡構造帶斜坡區的荷包場三維地震資料，分析高產井巖溶儲層的地球物理響應特征，在此基礎上運用模型正演進行驗證，基于模型正演與地震響應特征分析，優選振幅等屬性參數進行綜合分析，預測研究區巖溶儲集層有利發育區帶，最后結合烴類檢測結果，綜合優選有利區，以期為該區的天然氣勘探提供有利的鉆探目標。

1 地質背景

四川盆地茅口組以開闊海碳酸鹽巖臺地相沉積為主[28]，沉積一套生物碎屑灰巖，自下而上可分為茅一段、茅二段、茅三段和茅四段等4段，底界與中二疊統棲霞組整合接觸。茅口末期的東吳運動發生構造抬升，使茅口組較長時間暴露地表，遭受了不同程度的剝蝕，形成了區域不整合面，為巖溶儲層的發育創造了條件[29]。荷包場地區位于川南低陡構造帶與川中低緩構造帶的過渡帶，北臨大足—安岳向斜，東南為螺觀山構造，西為界市場構造，面積約1 200 km2，區內三維地震資料覆蓋面積為 926 km2。構造特征分析揭示該區為一個由西南向東北方向下傾的緩褶單斜（圖1），地表無斷層，地腹由淺至深斷層逐漸發育，為傾軸逆斷層，主要為北東方向延伸。該區勘探工作始于1958年，截至2017年，區內鉆至茅口組的井有44口，鉆井過程中顯示活躍，放空、井漏、后效氣侵頻繁發生，共有24口井獲工業氣流。早期鉆探認為儲層受斷裂分布控制，井位主要部署于貫穿全區的兩條斷層附近，斷層之外的斜坡區勘探程度極低，近期沉積及儲層研究發現區內儲層相控特征明顯，為顆粒灘巖溶儲層，但儲層的平面分布特征不清，需要利用區內三維地震資料進行精細預測。

圖1 荷包場地區位置及茅口組頂部構造圖

2 巖溶儲層分布規律與響應特征

2.1 儲層縱向分布規律

筆者所在研究團隊基于測井解釋成果的儲層分類研究，提出該區以裂縫—孔洞型和孔隙—孔洞型兩類巖溶儲層為主[27]。儲層主要分布于茅三段和茅二段。通過對該區內典型井的兩類儲層在縱向分布的統計，發現兩類儲層整體上具有明顯的垂向分層特點，縱向上集中發育在兩個深度段。第一深度段主要發育在距離茅口組頂界0～50 m范圍內，儲層發育相對集中，層多、厚度小，單層厚度小于15 m，多數為5～6 m，以孔隙—孔洞型儲層為主；第二深度段主要發育在距離茅口組頂界50～100 m范圍內，個別井的儲層距離茅口組頂界的距離達到130 m，該段儲層欠發育（部分井無儲層），層少且較分散，單層厚度小于10 m，以裂縫—孔洞型儲層為主（圖2）。

圖2 荷包場地區茅口組兩類巖溶儲層距垂向分布示意圖

對荷包場地區20口的單井累計產氣量與其對應儲層距茅口組頂界距離的統計（圖3）分析發現，2口井的儲層發育段位于距茅口組頂界50 m以下，其余18口井的儲層發育段位于距茅口組頂界50 m以內。其中單井累計產氣量大于0.5×108m3的井有6口，這6口井的儲層發育段均位于距茅口組頂界50 m以內，其中b33、b41、b39等3口井累計產氣量大于1.5×108m3，其儲層發育段均位于距茅口組頂界10 m內。而儲層發育距茅口組頂界距離大于50 m的2口井累計產氣量均小于0.5×108m3。因此，儲層分析及預測均聚焦于茅口組上部優質巖溶儲層發育段，即距離茅口組頂界0～50 m范圍。

圖3 荷包場地區茅口組單井累計產氣量與巖溶儲層發育位置關系圖

2.2 巖溶儲層地球物理響應特征

為了明確巖溶儲層的地球物理響應，特別是優質的上部儲層段的地球物理響應，首先利用hs1等多口井的測井資料開展合成地震記錄的精細標定，完成茅口組頂界面、茅口組底界面在地震剖面上的標定與識別，為儲層的精細標定奠定基礎。茅口組頂界面表現為明顯的強波峰特征，命名為P3l底，是由上覆上二疊統龍潭組深灰色泥頁巖、巖屑砂巖夾煤層與下伏茅口組生物碎屑灰巖形成的強波阻抗差形成的，在其分界處形成了一個連續強反射界面，為標志層。茅口組底界面中強波谷，主要為茅口組一段泥晶灰巖與中二疊統棲霞組亮晶生屑灰巖形成的中強波阻抗差的反映，界面為P2m底，中強連續。在此基礎上開展全區茅口組頂底的精細解釋，然后再對典型產氣井的儲層發育部位進行了精細標定，以分析其響應特征。

以b19、b29和b39等產氣井為例進行儲層響應特征的分析。b19井儲層段（井段2 954.90～2 963.10 m）頂距茅口組頂界2.0 m，儲層厚度為8.2 m，該井井段 2 953.55 ～ 3 105.00 m 測試日產氣量為0.23×104m3，截至2019年4月，累計產氣量為 53.66×104m3；b39井儲層段（井段 3 544.00～3 548.30 m）頂距茅口組頂界11.0 m，儲層厚度為4.3 m，該井井段 3 530.54 ～ 3 575.00 m 測試日產氣量為 28.80×104m3，截至 2019年 4月，累計產氣量為 1.72×108m3；b29井儲層段（井段 3 363.90～3 366.10 m）距茅口組頂界70.9 m，儲層厚度為2.1 m，該井井段 3 315.00 ～ 3 411.00 m 測試日產氣量為3.85×104m3，截至2019年4月，累計產氣量為36.1×104m3。通過這3口典型井儲層發育段標定發現，當茅口組頂部有儲層發育時，在地震剖面上表現出茅口組頂部的強波峰及其下部的波谷振幅減弱的響應特征（圖4-a、b）；隨著儲層發育位置距茅口組頂界距離逐漸增大，儲層發育部位在地震剖面上表現出條帶狀或眼球狀中—強波谷反射（圖4-c）。除這3口井外其他產氣井也表現出類似的特征，圖4-d中b7井為干井，其剖面地震響應無差異。在圖4-a、b中可見b19、b39井分別在茅口組頂部發育一套儲層，為明顯弱振幅響應特征；在圖4-c中可見b29井分別在茅口組中部發育一套儲層，為明顯強亮點響應特征。

2.3 正演模型分析

圖4 荷包場地區典型井地震剖面圖

正演模型是以實際地質現象為基礎，推導出相當于地質模型的合成地震響應[30-32]。在對茅口組儲層認識的基礎上，基于實際地質條件以四層水平介質模型為初始模型（圖5），從上到下每層分別對應龍潭組、茅三—茅二段、茅一段和棲霞組，厚度分別為200 m、140 m、60 m 和 200 m，速度分別為 3 200 m/s、6 100 m/s、5 500 m/s和 6 200 m/s，反射界面的阻抗差與實際地層相近，其中儲層模型為圖5中綠色薄層，位于第二層介質，即茅三段—茅二段。鑒于茅口組頂部地層縱波速度很高，可達6 200 m/s，當模型的儲層厚度偏薄時，會使其分辨率較低，響應特征不明顯。已知該區實際單層儲層厚度介于0～15 m，為使合成地震響應特征更清晰，設置儲層的厚度分別為5 m、10 m 和 15 m，距離茅口組頂面距離分別為 0 m、10 m、20 m、30 m、40 m 和 50 m，采用彈性波動方程模擬方法，形成地震模擬記錄用于分析總結巖溶縫洞儲集體的地震響應特征。從模型正演結果（圖5）可以看出，當儲層發育部位距茅口組頂界0～20 m范圍內時，會使茅口組頂部的強波峰及其下部的波谷振幅減弱，表現為弱振幅的響應特征，儲層越靠近茅口組頂界，振幅衰減越嚴重，同時儲層厚度為5 m、10 m、15 m時振幅減弱特征顯著增強，同時下部波谷減弱變寬；當距茅口組頂界大于20 m范圍內發育儲層時，儲層發育位置會產生條帶狀或眼球狀“強亮點反射”，且當儲層厚度從5 m變為15 m時，其反射特征越明顯。正演模擬結果與實鉆高產氣井中儲層在地震剖面上的響應特征具有較好的一致性。

圖5 茅口組儲層正演模型及模擬結果圖

3 巖溶儲層地球物理預測與烴類檢測

儲層地震響應特征揭示振幅屬性對于荷包場地區第一儲層段優質儲層的預測有較為顯著的效果，結合儲層多發育于距離茅口組頂界20 m范圍內的特點，優選時窗，對多種振幅屬性進行了提取、分析，并與實鉆情況進行對比，最終通過對原始數據體開展振幅指數變換，對該區的儲層進行了預測，最后結合該區的烴類檢測屬性，明確烴類流體聚集有利區，經與實際鉆井結果比對，吻合度好。

3.1 振幅屬性分析

地震屬性種類多而雜，在地質情況分析的基礎上，選取恰當的地震屬性進行儲層預測，能夠達到事半功倍的效果。地震數據振幅的變化是地層巖性變化的直接反應，振幅屬性能有效突出地震數據振幅差異，能夠清晰地反映出地層的非均質特性，可有效識別斷裂、預測河道、火山巖、碳酸鹽巖等儲層，預測有利儲層的分布范圍。通過對儲層標定，荷包場地區茅口組頂界為連續強反射界面，距茅口組頂界0～20 m范圍內儲層表現為弱振幅的響應特征，振幅屬性能在一定程度上反映儲層的存在。但由于該區地震資料分辨率相對較低，儲層發育部位與非儲層發育部位常規地震剖面上，茅口組界面處波峰及下部波谷振幅差異小，因此筆者研究探索了振幅變換處理，將振幅“兩級分化”，得到新的振幅指數屬性。首先對原始地震剖面進行提高分辨率處理，使茅口組頂部波峰和下部波谷的分辨率得到一定程度的提高，在此基礎上對提高分辨率處理后的地震剖面進行振幅變換，分別實驗了振幅的二次方增強、三次方增強和四次方增強，發現二次方增強后的地震剖面與提高分辨率后的地震剖面特征差異較??；但當進行三次方增強后，儲層發育部位茅口組頂部波峰和下部的波谷弱振幅響應特征與非儲層段差異顯著；當進行四次方增強后，與三次方增強的剖面特征基本相近，對比分析認為通過提高分辨率后的振幅三次方增強手段可有效區分儲層與非儲層。變換后使得振幅指數強的更強，弱的更弱，使原本差異不顯著的振幅變得差異更大，可對比性更好。與傳統振幅屬性相比，筆者通過對振幅值進行指數變換，使強振幅和弱振幅的差異進一步增大，增強了振幅變化的敏感性，具有更高的縱向分辨率，可用于亮點、暗點的識別。研究中結合該區前述的速度背景，沿茅口組向下5 ms為時窗大?。淳嗝┛诮M頂界約20 m），進行振幅指數的提取。

圖6為荷包場地區基于振幅變換后儲層預測結果，黃色區域代表茅口組頂部弱振幅區域。經過與實際鉆井茅口組上儲層發育的單井進行對比，茅口組頂部儲層段產氣的井基本都分布于圖中黃色區域，即儲層發育區，經對比預測結果與已鉆井情況吻合好，吻合率可達80%。

圖6 荷包場地區茅口組頂部振幅變換法儲層預測結果圖

3.2 烴類檢測分析

在儲層預測的基礎上，為了最大限度地聚焦烴類富集區，降低區帶及目標優選風險，筆者對本區進行了烴類檢測。近年來理論研究與實踐證實，當地震記錄經過含油氣的地層時，地震記錄的低頻能量會相對增強、高頻能量相對減弱，稱其為“低頻共振、高頻衰減”，能夠靈敏地反映油氣的存在，提高儲層預測的精度[32]。選取區內b39、b38、b28、b45等典型的氣井和干井b7井進行頻譜分析（圖7），發現氣井和干井的頻譜差異非常明顯，氣井在低頻段能量較干井明顯增強，而高頻段氣井的能量較干井降低。因此能夠有效地進行烴類預測，得到的烴類檢測平面圖如圖8所示。紅色—黃色區域表示了含烴流體發育部位，即油氣富集區。通過對研究區內31口井的茅口組測試情況進行統計，25口井與預測情況相符，吻合率為81%。

圖7 荷包場地區茅口組典型井頻譜分析圖

3.3 預測結果分析

將儲層預測結果與烴類檢測結果進行對比，二者具有較好的一致性。純預測結果顯示，儲層除沿著斷裂發育帶分布以外，在遠離斷裂區發育3個呈“面狀”展布的發育區帶（圖6），包④號斷層以西發育兩個區帶，包③號斷層以東發育一個區帶，3個區帶的面積分別為 18 km2、29 km2和 32 km2，表明構造高部位與斷裂疊合區外也可以尋找巖溶儲層目標。截至2019年4月15日，根據該研究結果在東部儲層發育區部署實施的hb1井已鉆至井深3 399 m（茅口組頂部），正在進行固井施工工作。

4 結論

1）荷包場地區茅口組儲層縱向上具有分層性，發育兩個深度段的儲層，第一深度段儲層段主要發育于距茅口組頂界0～50 m范圍內，儲層發育相對集中，層多、厚度小，以孔隙—孔洞型儲層為主；第二深度段主要發育在距離茅口組頂界50～100 m范圍內，儲層不發育，層少且分散，以裂縫—孔洞型儲層為主。高產穩產井儲層以第一深度儲層段為主，主要發育在距離茅口組頂部20 m以內。

2）典型井儲層響應分析及正演模型揭示，當距茅口組頂界0～20 m內有儲層發育時，地震剖面上表現出茅口組頂部的強波峰及緊鄰波谷振幅減弱的響應特征；當距茅口組頂界大于20 m時有儲層發育時，儲層在地震剖面上表現出條帶狀或眼球狀中—強波谷反射。

3）探索振幅變換形成的振幅指數新屬性開展荷包場地區的巖溶儲層預測，吻合率高達80%。

4）儲層預測結合烴類檢測，在荷包場地區西北部和東北部評價3個有利區帶，已部署實施hb1井。