川中龍女寺地區茅口組儲層地震預測方法

龍 隆 何青林 張藝華 張璽華 王 浩 何昌興悅 陳友蓮

1.中國石油西南油氣公司勘探開發研究院 2. 中國石油工程建設有限公司西南分公司

0 引言

二疊系中統茅口組為一套石灰巖為主的地層，由于地層頂部出露剝蝕，整個四川盆地廣泛發育巖溶縫洞型儲層[1-3]，早期針對茅口組的研究主要集中在巖溶儲層。隨著勘探深入，川東及川中部分地區鉆井先后發現白云巖儲層[4-7]，關于白云巖成因的研究也相繼展開，先后提出了構造熱液成因[8]、熱水白云巖[9-10]、多期流體控制云化[11]、埋藏熱液白云化[12]等多種學說。近幾年，TS4、MX145等井茅口組白云巖儲層先后獲得高產，展示了白云巖儲層具有良好勘探前景的同時，針對白云巖的研究也不斷深入，目前普遍認為川中茅口組白云巖受到沉積、熱液、構造等多種因素控制，經多期演化形成[13]。

由于茅口組白云巖儲層為灰巖沉積后前后經過多期改造，因而儲層普遍灰巖云巖交雜，巖性物性都比較復雜，且儲層厚度普遍較薄，地震響應不明顯，地震預測多解性強，儲層準確識別難度大。筆者從白云巖儲層控制因素出發，采用道積分數據對茅口組內部小層進行準確追蹤，刻畫茅口組古地貌，識別白云巖發育有利區，根據典型井儲層響應特征，綜合分析道積分數據波形特征及振幅變化，實現了對研究區茅口組白云巖儲層的預測，為茅口組白云巖儲層進一步勘探提供了有效的儲層預測方法。

1 研究區概況

四川盆地二疊系中統茅口組繼承了棲霞組全面海侵的原貌，主要為開闊海碳酸鹽巖臺地相沉積，橫向上沉積較為穩定，自下而上可分為茅一—茅四段（圖1）。茅口組早期總體為開闊海沉積，較深水體環境形成茅一段黑色介屑泥石灰巖與含骨屑泥晶灰巖波狀互層，間泥質石灰巖夾黑色頁巖沉積。中晚期茅二—茅四段則主要為開闊臺地沉積，顆粒灘廣泛發育，巖性以生屑石灰巖、藻屑石灰巖為主。茅口組沉積后經歷了東吳運動地殼抬升，經淋濾剝蝕，茅口組地層頂部存在不同程度的缺失，與龍潭組呈假整合接觸。

圖1 四川盆地中二疊統茅二段沉積相圖

長期以來針對茅口組的研究主要圍繞著表生巖溶形成的縫洞型石灰巖儲層[14]，隨著近幾年川東、川中地區多口井鉆遇茅口組白云巖儲層獲高產，茅口組的研究重點逐漸轉向白云巖孔隙型儲層[15]。茅口組白云巖儲層主要發育在茅二段，川中北斜坡—川東地區受到臺緣灘沉積控制，白云巖儲層發育茅二段a亞段；而川中龍女寺—合川地區，則受到臺內高能灘沉積的控制在茅二b亞段發育白云巖儲層。

研究區位于川中平緩構造帶上龍女寺地區，茅二b亞段發育白云巖儲層，地質研究表明，龍女寺地區白云巖具有多期性特點，其優質儲層主要以半自形—它形細晶白云石為主，見殘余結構，呈鑲嵌狀，說明原巖為灘相沉積背景下的顆粒巖類，因而沉積相對于研究區白云巖儲層形成起到了控制作用。不同于茅二a亞段白云巖儲層表現出整體上阻抗低于圍巖的低阻抗特征，且儲層底部形成弱波峰地震反射的特征較明確，茅二b亞段儲層白云巖、石灰巖混雜，儲層局部阻抗高于圍巖，高阻低阻交雜，無法形成明顯的地震響應。針對這種難以識別的薄儲層，地震預測常采用拓寬頻率提高地震分辨率的方法，但這種方法并不適用于研究區，皆因川中龍女寺—合川地區茅口組殘余厚度較薄， 當地震資料主頻較高時，茅口組頂與茅口組底巖性界面由于旁瓣效應會在茅口組內部形成較強的反射，進而干擾儲層判別。另外，由于高阻低阻儲層混雜，石灰巖白云巖混雜，導致縱波橫波都只能區分一部分儲層，因此各種地震預測方法只能識別一部分儲層。如何有效區分茅二b亞段白云巖儲層與非儲層是目前勘探面臨的主要問題。因此筆者嘗試采用對巖性敏感的道積分數據刻畫古地貌，開展儲層響應識別，進而預測研究區茅口組儲層的展布情況。

2 儲層識別方法

2.1 儲層特征

龍女寺地區白云巖儲層集中發育在茅二b亞段，儲層厚度普遍在10 m左右，儲層巖性復雜，主要包括白云巖、灰質白云巖、云質石灰巖、含云石灰巖4種，儲集空間以粒間溶孔（洞）、晶間溶孔和裂縫為主。儲層根據不同的電性特征可以大致分為兩類，一類密度明顯升高，速度降低不明顯，因而與圍巖阻抗差異較小的高阻儲層，以MX39井為代表（圖2b）；另一類密度升高但是速度降低明顯，因而與圍巖可以較明顯區分的低阻儲層，以TS4井為代表（圖2d）。井震精細標定表明，在常規地震剖面上，低阻儲層底界可以形成較明顯的波峰反射，而高阻儲層無法形成明顯的地震響應。圖3a中儲層不發育的MX107、MX207、MX130井與儲層發育的MX145、MX39、MX149井在地震響應上沒有明顯區別，通過常規地震難以識別茅口組儲層。

圖2 典型井常規地震數據與道積分數據標定圖

2.2 儲層控制因素

龍女寺地區茅二段儲層雖歷經多期改造形成，但形成儲層的基礎是臺內高能顆粒灘沉積，灘體的發育范圍控制著儲層的發育范圍，而古地貌控制著灘體的沉積，古地貌較高的區域為灘體沉積有利區，通過刻畫茅二b亞段沉積前古地貌可以識別白云巖儲層發育有利區。

由于茅口組底部至茅二c亞段沉積時期水體較深的環境，主要沉積泥質石灰巖，而后茅二b亞段時期沉積環境發生改變，地層泥質含量整體大幅下降，并在地貌較高的區域形成顆粒灘沉積。茅一段至茅二c亞段沉積期可以看作是一個填平補齊的過程，在古地貌相對較低的地區泥質沉積較厚，并且由于深水沉積時間有限，無法完全填平補齊地貌差異，其后沉積的茅二b亞段地層繼承了原來的地貌，在古地貌較高地區發育灘體。實鉆井也證實了這一點，研究區鉆遇茅二b亞段儲層的井茅口組底部泥質石灰巖地層的厚度均小于為鉆遇儲層的井。因而，茅口組底界至茅二b亞段底界厚度可以近似表示茅二b亞段沉積時期古地貌，其厚度越薄說明沉積古地貌越高，越有利于灘體沉積和儲層發育。

刻畫茅二b亞段沉積前古地貌，首先需要識別茅口組底界以及茅二b亞段底界，茅口組底界為中強波峰反射，研究區基本可以全區追蹤，但地震剖面上茅二b亞段底界并不能形成連續可追蹤的地震反射界面（圖3a）。

為了識別茅二b亞段底界面，對常規地震進行了道積分運算。地震道積分技術是一種簡便快速的相對波阻抗反演技術，通過對地震道進行積分得到相對波阻抗剖面，對于地層巖性解釋非常有利[16-17]，可用于薄層識別[18-20]。茅二b亞段底界上下地層存在明顯的阻抗差異，上部為低伽瑪、高阻抗石灰巖地層，下方則為相對高伽瑪、低阻抗泥質石灰巖地層。在道積分剖面（圖3b）上，茅二b亞段以上地層為波峰反射，以下地層為波谷反射，茅二b亞段底界波峰反射下零點。道積分剖面上MX39、MX149 等鉆遇白云巖儲層的井，茅二b亞段底界距茅口組底界時差厚度較薄，代表古地貌較高；而儲層欠發育的MX107井茅口組上部波峰反射為單軸反射，茅二b亞段底界距茅口組底界時差厚度明顯增大，說明該區域處于古地貌較低的位置。

圖3 常規數據與道積分數據連井剖面對比圖

采用茅二b亞段底界到茅口組底界的時間厚度刻畫研究區茅二b亞段沉積古地貌（圖4），厚度越薄的區域，代表古地貌越高，越利于沉積高能灘體，后期經改造后越易于形成優質白云巖儲層。圖研究區整體呈現東高西低的特征，紅色區域為古地貌高地，黃色區域為古地貌斜坡區域，泥質沉積厚度較薄，是灘體發育有利區，整體呈北西南東向條帶展部；藍色區域為古地貌洼地，不利于顆粒灘沉積，為儲層欠發育區。

圖4 龍女寺地區茅二b亞段沉積前古地貌圖

2.3 儲層響應模式

古地貌較高的區域為茅二b高能灘體發育區，也是儲層發育的有利區，但由于茅口組儲層為顆粒灘經過多期演化改造形成，橫向非均質性很強，灘體發育區內儲層發育程度也各不相同，仍需要解決儲層識別的問題。常規地震無法識別高阻抗儲層，但是道積分數據對于茅口組高阻、低阻儲層均具有一定的識別能力。

MX145井茅口組內部發育厚度13.1 m的白云巖儲層，儲層平均速度6 200 m/s，為典型高阻抗儲層；MX39井茅口組內部白云巖儲層厚度17.4 m，儲層平均速度6 250 m/s，為典型的高阻抗儲層；MX151井茅口組內部發育白云巖儲層厚度17.2 m，儲層平均速度5 700 m/s，為典型的低阻儲層；TS4井茅口組白云巖儲層厚度21.7 m，平均速度5 800 m/s，為典型的低阻儲層；MX29井儲層發育程度較低，測井解釋白云巖發育段3.6 m，其平均速度為6 250 m/s；MX107井茅口組內部不發育白云巖儲層。

常規地震數據上，低阻儲層發育則儲層底界形成波峰反射（圖2c、d），發育高阻儲層及儲層欠發育時，茅口組內部無明顯響應（圖2a、b）。

道積分數據上（圖2），儲層不發育時，茅口組頂界為單強軸響應（MX107井）；茅口組發育低阻抗儲層時表現為雙強軸反射，且TS4井茅頂下方同相軸振幅強度高于MX151井，說明儲層越厚茅頂下方波峰反射越強；茅口組發育高阻抗儲層時表現為寬波峰—復波反射，MX39井復波振幅強度大于MX145井，而MX29井發育非常薄的儲層其復波特征也非常微弱，表明儲層越厚，復波反射振越強?？梢?，在道積分數據上高阻抗儲層也能形成易于識別的響應，茅口組白云巖儲層對茅口組白云巖儲層的識別能力，道積分數據比常規地震數據更好。

根據研究區茅口組白云巖儲層發育情況的不同，可以總結為4種地震響應模式：①茅口組白云巖不發育時，常規地震剖面茅口組內部無明顯地震響應，道積分剖面茅口組頂部表現表現為單強軸反射；②茅口組內部發育薄白云巖時，常規地震剖面茅口組內部無明顯地震響應，道積分剖面表現表現為茅頂同相軸下方發育非常弱的復波反射；③茅口組內部發育較厚低阻抗白云巖儲層時，常規地震剖面茅口組內部形成亮點響應，儲層越厚，物性越好，亮點越強；道積分剖面茅頂表現表現為雙軸反射，儲層越厚，物性越好，雙軸中下方波峰振幅越強；④茅口組內部發育較厚高阻抗白云巖儲層時，常規地震剖面茅口組內部無明顯地震響應，道積分剖面表現為茅口組頂部同相軸出現復波反射，且復波反射振幅較強。

2.4 儲層發育有利區預測

茅口組儲層發育時，茅口組內部道積分數據波形及振幅強度均會發生變化，為儲層預測提供了條件。

2.4.1 波形分類

對道積分數據茅口組頂界面向下60 ms范圍內進行波形分類，時窗范圍包含了道積分數據茅頂至茅二b亞段底界的地震響應，通過波形變化識別茅口組儲層發育與否。圖5中，紅色代表波形具有上強下弱的雙軸反射特征，與第3類地震響應一致，為茅口組低阻抗白云巖儲層發育區；黃色代表的波形為具有較強復波的反射，對應第4類地震響應，是高阻抗白云巖儲層發育的特征；綠色區域為波峰反射下方拖長出現非常微弱的復波特征的波形，為第2類地震響應模式，說明該區域具有一定的云化但是儲層發育程度較低；而淺藍色區域茅口組頂部為單軸反射，對應第1類地震響應，該區域不發育白云巖；深藍色區域為侵蝕溝谷發育區，侵蝕溝谷內普遍充填玄武巖，且玄武巖對下伏地層侵染和充填會破壞儲層，為儲層破壞區域，由于溝谷內部充填15～20 m高速玄武巖，因而在道積分剖面上表現出上弱下強雙軸波形特征。波形分類圖中紅色黃色區域為較厚白云巖儲層發育區，集中在研究區中東部古地貌高帶上，中部主要為紅色低阻儲層發育區，而東部則主要為黃色高阻儲層發育區。

圖5 龍女寺地區道積分數據茅口組波形分類圖

2.4.2 最大波峰振幅屬性

道積分數據上，茅頂下方復波振幅越強，雙軸下方軸振幅越強均代表儲層發育程度越高，而儲層較差區域，茅口組頂下方復波較弱，或者茅口組頂單軸反射其下為波谷反射。因此提取茅口組頂向下30～40 ms最大波峰振幅，振幅越強說明復波或者雙軸反射越強，儲層發育程度越高；震幅弱甚至為負數，則代表儲層較差甚至不發育。圖6中紅色區域為白云巖儲層發育程度最高的區域，主要集中在研究區中東部，發育范圍與古地貌高帶一致；綠色區域為白云巖發育程度較低的區域；藍色的區域為儲層不發育區。這種方法可以預測儲層發育的程度，但因為玄武巖發育區道積分數據表現為上弱下強雙軸反射，下方為強反射，無法區分茅口組頂部充填了火成巖的溝谷區域。

圖6 龍女寺地區道積分數據茅頂向下30～40 ms最大波峰振幅屬性圖

2.4.3 綜合預測儲層展布

波形分類方法能夠識別儲層的有無，但無法區分儲層好壞；而最大波峰振幅屬性能夠表示儲層發育程度，但是無法避免充填溝谷的影響；古地貌識別了儲層發育區，能夠排除局部異常對儲層預測的影響。因此綜合二種儲層預測方法以及茅二b亞段沉積前古地貌刻畫的儲層發育有利區范圍，預測研究區茅二b亞段儲層展布（圖7）。圖中白色區域為儲層欠發育區；彩色區域為儲層發育區，紅色區域振幅強度最強，代表儲層發育程度最高，黃色次之，綠色再次之。儲層呈現北西南東向條帶狀展布，排除溶蝕溝谷玄武巖對儲層的破壞，研究區東部整體儲層發育程度相對較高。

圖7 龍女寺地區茅口組白云巖儲層預測平面圖

3 結論

1）道積分數據對于巖性變化敏感，其剖面上地層內部小層巖性界面清晰，用于古地貌刻畫效果顯著。

2）道積分數據對茅口組高阻低阻交雜的薄儲層均有一定的識別能力，可實現川中茅口組白云巖儲層地震預測。

3） 研究區茅口組白云巖儲層主要集中發育在呈北西南東向展布的古地貌高帶上，西側以低阻抗儲層為主，而東側主要發育高阻抗儲層。