四川盆地東部臥龍河地區茅口組白云巖儲層地震響應特征

何昌興悅 陳 康 李承澤 王 浩 龍 隆 李珂芮

1.中國石油西南油氣田勘探開發研究院 2.中國石油勘探開發研究院西北分院

0 引言

四川盆地中二疊統茅口組是一套以石灰巖為主的地層，由于在地層沉積后被抬升，廣泛接受風化剝蝕，茅口組發育巖溶型儲層[1-3]，早期勘探區域主要位于四川盆地的蜀南地區，儲層類型以巖溶縫洞型儲層為主，采用“三占三沿”的勘探模式，為四川盆地天然氣勘探做出了重要貢獻[4]。近年來，四川盆地二疊系茅口組勘探獲得重大突破，JT1、TS4、MX145 等多口井鉆遇優質白云巖孔隙型儲層，測試均獲得高產[5-7]，由于勘探力度的不斷加大以及實鉆均證實川中至川東地區茅口組發育沉積型的臺緣帶，高能沉積環境控制著孔隙型白云巖儲層的發育[8-11]。20 世紀70 年代末，川東臥龍河地區沿用蜀南地區“尋找巖溶縫洞型儲層”的勘探思路，W67、W83 與W93 等井均在茅口組鉆遇優質儲層，但由于前期認識的局限性，以為是與斷層相關的巖溶型儲層，導致勘探規模有限。后來川中地區茅口組勘探獲得新的突破，才認識到四川盆地茅口組孔隙型白云巖儲層的普遍發育，而川東地區針對白云巖孔隙型儲層的測井以及地震響應研究對后續相帶的刻畫與鉆井的部署產生了至關重要的影響。

前人針對四川盆地茅口組儲層已進行了細致的研究，江青春等[12]通過精細的井震標定，認為茅口組巖溶儲層主要具有弱振幅”“雜亂反射”“強振幅亮點響應”3 種模式；劉珣等[13]認為“錯斷弱雜亂亮點響應”可用來識別川東北茅口組巖溶儲層；戴曉峰等[14]利用相干體技術，識別出在地震剖面上茅口組頂部同相軸下拉，平面上呈環帶狀及點狀的特征為巖溶塌陷的響應特征，并與層拉平技術提取茅頂弱振幅相結合，預測了川中巖溶儲層發育區；張光榮等[15]通過正演模擬認為蜀南地區茅口組巖溶儲層為“茅頂強波谷+茅頂之下波峰”的響應特征，并通過地震屬性、地震反演及三維可視化雕刻相結合的方法對巖溶儲層進行了精細刻畫，提高了儲層預測的精度；胡東風等[16]利用巖心樣品及地球化學分析手段，分析了四川盆地茅口組白云巖的地質特征，儲層特征，為后期白云巖儲層發育模式研究奠定了基礎；李讓彬等[17]對川東地區茅口組白云巖儲層的研究證實，高能淺灘能夠對白云巖發育過程進行控制，后期構造活動引起的熱液上涌會對儲層有建設性作用[18-22]。

茅口組孔隙型白云巖儲層的準確識別涉及地震響應的精細研究，川東地區白云巖孔隙型儲層的地球物理響應模式尚不明確[23-24]，這就為有利儲層地震識別和勘探目標優選帶來了困難。筆者在綜合前人研究的基礎上，主要針對臥龍河地區，充分運用地震與鉆井資料，在儲層測井響應特征和模式分析的基礎上，建立正演模型來分析研究區白云巖儲層的地球物理響應特征，建立區內白云巖地震識別模式，基于地震屬性刻畫茅口組白云巖儲層分布與有利相帶，對后續勘探有利區的優選具有一定意義。

1 研究區概況

臥龍河地區位于四川盆地東部，構造上位于川東高陡構造帶，構造形態為受到深部斷裂控制的北東—南西向的低緩背斜。臥龍河構造是黃泥堂構造群的一部分，北段延伸至梁平向斜，南部與雙龍和新市構造相連接，西面是明月峽背斜，東部與茍家場背斜和拔山寺向斜相連，目前已在研究區及其周邊地區發現板東、臥龍河、大天池等氣田。茅口組在四川盆地主要為開闊的碳酸鹽巖臺地相沉積（圖1），地層橫向上比較穩定，在縱向上可劃分為茅口組一段至茅口組四段，其中茅二段又可細分為茅二a 亞段、茅二b 亞段和茅二c 亞段。在川東臥龍河地區，茅口組沉積后受到東吳運動的影響，使得地殼抬升，茅口組整體接受風化剝蝕，導致缺失茅四段和茅三段的部分地層，并且與龍潭組為假整合接觸[25-26]。臥龍河地區茅口組整體厚度介于200 ～320 m，地層總體呈現南厚北薄的特征。茅一段是在比較深的水體環境中形成的一套含骨屑泥晶灰巖與黑色石灰巖的互層，中間還有泥質石灰巖與黑色頁巖的互層。茅二段至茅三段的沉積相主要為臺地邊緣及開闊海沉積，高能顆粒灘較為發育，地層巖性主要為顆粒石灰巖為主，以及一部分的生物碎屑石灰巖，儲層主要發育在茅二段，以富含溶蝕孔洞的灘相白云巖為主。

圖1 四川盆地中二疊統茅二段沉積相圖

臥龍河地區早期的勘探主要是以石炭系為主，二、三疊系為兼探層。W67 井在茅口組鉆遇優質儲層并發生井噴，由此掀開了該地區茅口組勘探的新局面。臥龍河地區茅口組在過去很長一段時間的研究重點放在表生巖溶作用形成的縫洞型石灰巖儲層類型研究，近幾年來鉆遇了白云巖孔隙型儲層，儲層物性較好且具有連片發育的特征[27]，主要發育在茅二a 亞段，目前普遍認為白云巖儲層受到川中—川東茅口組沉積型臺緣帶高能灘的控制。

2 儲層識別方法

2.1 測井響應特征分析

通過已知鉆井資料結合前人研究成果分析表明，研究區茅口組沉積環境為碳酸鹽巖臺地，沉積巖性以石灰巖、泥質石灰巖和白云巖為主，各類巖性的測井響應特征差異明顯。石灰巖的測井響應表現為“一低兩高”的測井特征，分別是低自然伽馬、高縱波速度和高電阻率，測井曲線相對平直穩定。泥質石灰巖在測井響應特征上表現出“一高兩低”的特征，分別是相對高自然伽馬、低縱波速度和低電阻率。白云巖儲層主要發育在茅二a 亞段，儲層厚度介于10 ～20 m，儲層巖性以白云巖為主，儲集空間以粒間溶孔、晶間溶孔和裂縫為主，白云巖儲層在測井上響應明顯，區別與石灰巖和泥質石灰巖，主要表現為“三低”的特征，即低自然伽馬、低縱波速度和低電阻率（圖2）。對研究區典型井開展測井交會分析，通過制作自然伽馬—縱波速度交會圖（圖3），其中紅色數據點為代表白云巖，灰色數據點代表石灰巖，藍色數據點代表泥質石灰巖，白云巖儲層與其他兩類巖性在縱波速度上區分明顯，具有更低的縱波速度和自然伽馬響應。

圖2 W115 井震標定圖

圖3 縱波速度與自然伽馬交會圖

2.2 儲層響應模式

茅二a 亞段根據巖性的不同組合關系可以劃分為4 種地震響應模式（圖4）：①巖性為石灰巖和泥質石灰巖組合時，白云巖不發育，石灰巖在測井上整體表現出“兩低一高”的特征，分別是低縱波時差（高縱波速度）、低自然伽馬、高電阻率，變化穩定；在底部存在泥巖夾層，表現出“兩高一低”的特征，分別是高縱波時差（低縱波速度）、高自然伽馬、低電阻率；此時的地震響應模式為茅二a 亞段底界連續強波峰反射；②整體發育大套石灰巖，底界無泥巖夾層，此種類型的石灰巖地層在測井上表現出“兩低一高”的特征，分別是低縱波時差（高縱波速度）、低自然伽馬、高電阻率，此時的地震響應模式為茅二a 亞段底界寬波谷反射；③上下部分發育石灰巖，中部發育厚層白云巖，其中白云巖測井上表現出“兩低一高”的特征，分別是高縱波時差（低縱波速度）、低自然伽馬、低電阻率；灰巖在測井上表現出“兩低一高”的特征，分別是低縱波時差（高縱波速度）、低自然伽馬、高電阻率，此時的地震響應模式為茅二a 亞段底界斷續中弱波峰反射。④ 上部為石灰巖，中下部分為厚層白云巖，白云巖在測井上表現為高縱波時差（低縱波速度）、低自然伽馬、低電阻率的特征，上部的灰巖測井上表現出低縱波時差（高縱波速度）、低自然伽馬、高電阻率的特征，此時的地震響應模式為茅二a 亞段底界斷續中弱波峰反射。

圖4 茅二a 亞段典型地層垂向組合模式圖

茅二a 亞段中下部由于發育白云巖儲層和泥質石灰巖，這兩類巖性在縱波速度上具有相同的特征，均為低縱波速度。但是泥質石灰巖一般都為深水相的沉積，平面上分布較為穩定，在區域上可以表現為連續的強波峰反射，而白云巖儲層具有比較強的非均質性以及平面上發生云化的差異，實際上白云巖儲層在區域上分布并不連續，整體可表現為斷續中弱的波峰反射特征，與深水泥質石灰巖反射具有比較明顯的差異。通過過井的剖面（圖5）也可支撐此結論，W98、W93、W95、W85、W118和S19 均鉆遇白云巖儲層，但是鉆遇厚度具有一定變化，在井點處茅二a 亞段底界均為寬波谷背景下的中弱波峰反射，橫向剖面上變現為斷續中弱波峰反射，是明顯的儲層發育有利帶，明顯區別與W98 井西北區域的較深水低能沉積連續強波峰反射，所以根據茅二a 亞段底界斷續中弱波峰反射與連續強波峰反射的地震反射差異可以比較好地識別出茅二a 亞段的白云巖儲層。

圖5 臥龍河地區茅口組過井剖面圖

2.3 儲層有利區預測

2.3.1 正演模擬分析

臥龍河地區茅口組白云巖儲層實鉆厚度在0 ～30 m，各井厚度差異比較大，表明白云巖儲層在橫向的分布具有很強的非均質性，但白云巖儲層與圍巖在測井上具有較大的差異，地震波在經過灰巖以及白云巖儲層時反射振幅強度會發生改變，可以通過正演模型的建立來進一步分析和確立白云巖儲層的地震響應特征，建立茅二a 亞段的白云巖儲層的地震識別模式，從而為后續的儲層屬性預測奠定識別基礎。為了獲得更普遍性的地震響應認識，參考已有鉆井的茅口組內幕地層的測井響應，根據實際情況開展正演模擬，從下至上設置茅二b 亞段、茅二a 亞段、茅三段和龍潭組等，綜合考慮茅口組內部白云巖儲層、泥質石灰巖和圍巖等巖性的平均彈性參數設計模型。正演模擬共設計2 類模型：①理論簡化模型（圖6），其中龍潭組泥頁巖上覆地層的速度為4 800 m/s（圖中藍色），茅三段、茅二段和茅一段的石灰巖速度為6 100 m/s（圖中灰色），茅二段和茅一段泥質灰巖速度為5 300 m/s（圖中淺藍色），較低速的白云巖儲層速度為5 400 m/s（橙色表示），較高速的白云巖儲層速度為5 800 m/s（圖中金黃色），白云巖儲層發育模式分為2 類，即單套厚度為 5 m 的儲層互層和儲層厚度介于0 ～20 m的楔狀體；②實際簡化模型（圖7），各種巖性的速度與理論簡化模型一致，白云巖儲層厚度橫向上快速變化，模擬儲層的非均質性。

圖6 臥龍河地區茅口組白云巖儲層理論簡化模型正演模擬示意圖

圖7 臥龍河地區茅口組白云巖儲層實際簡化模型正演模擬示意圖

兩類模型均使用30 Hz 雷克子波進行正演模擬，從正演模擬可以看出，單套互層和塊狀的白云巖儲層底界均可表現為波峰反射，儲層底界波峰反射位置位于茅二a 亞段底界面附近，茅二a 亞段石灰巖由于速度差異小，所以無明顯反射，橫向變化也較為穩定。橫向上白云巖厚度的差異可以造成儲層底界的波峰反射的變化，白云巖厚度越大，儲層底界波峰響應越強，同時由于白云巖儲層與圍巖的差異，縱波速度越低，儲層底界波峰反射越強。若白云巖儲層在橫向上具有非均質性，厚度快速變化時，儲層底界可表現為斷續波峰反射響應模式，此為白云巖儲層和高能灘發育有利相帶的直接指示標志。茅二a 亞段泥質灰巖速度上與白云巖儲層差異小，但是沉積環境卻不同，泥質灰巖由于是在相對低能的環境中沉積，橫向分布比較穩定，所以表現為明顯的連續中強波峰反射，此類響應模式是指示斜坡深水沉積，與白云巖儲層的響應區別明顯。

綜上所述，通過正演模擬，就可以建立茅二a 亞段儲層發育與有利相帶的識別模式，茅二a 亞段白云巖儲層地震響應為儲層底界（茅二a 亞段底界）的中弱波峰反射，厚度越大儲層波峰響應越強，橫向上斷續的波峰反射是儲層與高能灘發育有利相帶的直接指示標志。

2.3.2 綜合預測儲層展布

研究區有利相帶與儲層識別需要依靠敏感的地震屬性來進行預測，在不整合面下50 ～150 m 內，茅二a 亞段白云巖儲層主要表現為中弱波峰反射的地震響應特征，結合正演模擬所建立的茅口組白云巖儲層識別模式，筆者選用最大波峰振幅屬性來定性刻畫該類儲層平面展布特征，通過平面上斷續波峰反射與連續波峰反射的差異就可以確定地震有利相帶。

以白云巖鉆井、地震響應特征分析和正演模擬為基礎，開展地震屬性分析，在臥龍河三維工區優選茅二a 亞段底界最大波峰振幅屬性預測白云巖儲層分布。從臥龍河地區茅二a 亞段底界最大波峰振幅屬性（圖8）可以看出，以W98 井與W127 井之間為分界，研究區東北部為明顯的連續波峰反射（圖8 中藍色虛線東北部），為茅二a 亞段斜坡相低能沉積環境中泥質灰巖的典型響應特征，W127 井與W80 井也在茅二a 亞段實鉆泥質灰巖，證明此條帶儲層不發育，是儲層勘探的不利相帶。以W98 井為界，在研究區的中部以及西南部，為斷續的波峰反射，是高能灘有利帶的典型響應（圖8 中藍色虛線西南部），黃色的波峰反射區域代表白云巖儲層發育的區域。通過實鉆井儲層厚度與地震響應特征的關系建立誤差分析表（表1），其中W67 井鉆遇厚層白云巖儲層為弱波峰響應，W51 井未鉆遇白云巖儲層為弱波峰響應以外，其余井均與白云巖儲層的識別模式相吻合，吻合率達88.2%，白云巖儲層與高能灘有利帶的識別相對可靠。

表1 臥龍河三維茅二a 亞段白云巖儲層地震響應模式與實鉆結果對比表

圖8 臥龍河地區茅二a 亞段底界最大波峰振幅屬性平面圖

3 結論

1）臥龍河地區茅二a 亞段發育白云巖儲層，儲層發育較薄，主要發育在茅二a 亞段的中下部，白云巖儲層在測井上表現為“三低”的特征，即低縱波速度、低自然伽馬和低電阻率的特征。

2）臥龍河地區茅二a 亞段發育4 類巖性組合和地震響應模式，分別為泥質石灰巖與石灰巖、大套石灰巖、白云巖與石灰巖的不同組合模式。泥質石灰巖與石灰巖組合模式的地震響應特征表現為茅二a 亞段底界強波峰反射；大套灰巖模式的反射較弱，地震響應表現為茅二a 亞段底界寬波谷反射；白云巖儲層與石灰巖的不同組合模式在地震上響應上均表現為茅二a 亞段底界中弱波峰反射，白云巖厚度越大，波峰反射相對變強。

3）茅二a 亞段由于白云巖非均質性，與石灰巖形成兩類巖性的斷續分布，茅二a 亞段斷續中弱波峰反射是高能灘白云巖儲層發育的有利相帶的直接識別標志，連續的強波峰反射是斜坡相泥質石灰巖發育的標志。

4）最大波峰振幅屬性是刻畫研究區茅口組白云巖儲層的優勢屬性，高能灘有利相帶與白云巖儲層優勢發育區均在研究區的中部和西南部地區，不利斜坡相發育在研究區的西北部地區。