四川盆地西北部复杂构造带深层地震资料解释关键技术及应用

张连进, 兰雪梅, 王 昊, 谭开俊, 乐幸福,王俊杰, 王 斌, 文 雯

(1.中国石油 西南油气田分公司勘探开发研究院，成都 610051；2.中国石油 川庆钻探工程公司地质勘探开发研究院，成都 610051；3.中国石油 勘探开发研究院西北分院，兰州 730020；4. 中国石油 天然气集团公司油藏描述重点实验室，兰州 730020)

0 引言

四川盆地二叠系具有丰富的天然气资源，其中栖霞组和茅口组一直是盆地天然气勘探开发的重要层系之一，而四川盆地西北部栖霞组则是目前最为现实和最有潜力的勘探领域[1-3]。近年来，通过深化盆地西北部复杂构造带深层栖霞组地质认识，相继部署了多口探井，均发现孔隙型白云岩储层[2-4]，并获得高产工业气流，进一步证实了该区栖霞组良好的勘探开发前景。栖霞组地层埋藏深、储层较薄且非均质性较强，早期部署的二维地震资料深层反射成像差、分辨率低，导致构造难以落实、储层预测精度低。近年来，围绕四川盆地西北部复杂构造带深层栖霞组勘探，规模实施了三维地震和束线三维地震，并开展了三维地震资料连片处理，提高了深层资料品质。在这些新的三维地震资料基础上，通过基于构造物理模拟的构造建模、古地貌恢复、基于正演模拟的地震属性分析、储层预测等一系列地震资料解释技术攻关，进一步落实了栖霞组构造形态和圈闭规模，明确了储层的纵横向上展布和高产富集区，为该区勘探开发井位部署提供了技术支撑。

图1 川西北区域构造位置Fig.1 The structure of the study area is located

1 地质特征

1.1 区域地质背景

四川盆地西北部(简称川西北)位于龙门山断褶皱带北段，东邻川北古中拗陷低缓带，西与松潘甘孜地槽相接，大致呈北东—南西走向(图1)。早二叠世，来自周缘的海水向盆地内部侵入，在石炭系之上沉积了滨岸沼泽相的梁山组。随后发生大规模快速海侵，沉积了以台地相浅海碳酸盐岩为主的栖霞组，自西向东依次发育盆地、斜坡、台缘滩和开阔台地[5-7]。栖霞组地层厚度约70 m～140 m，中上部以灰白-浅灰色生屑灰岩和浅灰色-灰色厚层块状细-中晶生屑云岩为主，下部以深灰色-黑灰色薄-中层状泥晶生屑、生物灰岩为主。

1.2 储层特征

川西北栖霞组储层主要位白云岩，以晶粒白云岩和豹斑状白云岩为主[2]。纵向上，白云岩储层主要分布在栖霞组中上部；横向上，白云岩储层单层厚度相对较薄，但可连续对比追踪、分布范围广。栖霞组白云岩储层发育多种储集空间类型，以晶间孔、溶孔和溶蚀孔洞为主。全直径孔隙度在2.05%～13.38%之间，平均为4.0%，中值为3.5%，主要分布在2%～4%之间；全直径渗透率在0.000 328 mD～27.2 mD之间，平均为2.26 mD，中值为0.175 mD，主要分布在0.01 mD～10 mD之间。孔隙度和渗透率总体上具有较好的正相关关系，其储集性能随白云石化作用和溶蚀作用增强而逐渐变好。

2 深层地震资料解释关键技术

2.1 基于构造物理模拟的复杂构造建模技术

构造物理模拟实验是构造变形过程和形成机制研究的有效手段，已在复杂构造研究中发挥了十分重要的作用。构造物理模拟遵循实验相似性基本原理，利用适当的机械装置和材料，通过将原型进行同比例放大或缩小，在实验室条件下再现地质历史过程[8]，从而研究构造变形的形成机制，揭示构造变形各要素之间的内在联系，分析不同变形机制和边界条件下的构造模式[9]。为了真实再现川西北复杂构造的构造模式和成因机制，利用构造物理模拟实验进行正演模拟(图2)。由图2可以看出，总体具前展式的构造变形特征，由一组高角度叠瓦逆冲岩片和一组低角度叠瓦逆冲岩片组成。前者主要以垂直抬升为主，后者通过深部滑脱层和中部滑脱层的共同作用依次形成3组叠置岩片体，形成浅部高陡构造和深部低幅度构造。该种构造变形属于深部滑脱面和中部软弱滑脱面共同作用，形成的复杂逆冲叠瓦体系。

在构造物理模拟实验的基础上，结合钻井测井资料、地面露头地质资料、井旁构造恢复以及构造几何学分析，建立川西北构造模式。从造山带向盆地方向的构造变形具明显差异性(图3)。在逆冲推覆构造带，外来巨厚泥盆系、志留系推覆体直接逆掩在三叠系—二叠系之上。在准原地冲断带，以多套三叠系—二叠系岩片的垂向叠置形成叠瓦状构造。原在地隐伏带，下构造层以基底卷入弱变形为主，形成宽缓隆起；中构造层以断层挤压褶皱变形为主，形成众多背斜、断背斜和断块；上构造层以被动变形为主，形成整体南东倾的单斜。

图2 川西北复杂构造物理模拟过程Fig.2 The process of the complex structure physical modeling in northwest of Sichuan basin

图3 川西北构造模式图(2016CXB02叠前时间偏移剖面)Fig.3 The tectonics pattern in northwest of sichuan basin(2016CXB02 pre-stack time migratio profile)

2.2 古地貌恢复技术

古地貌恢复对于寻找碳酸盐岩沉积高能相带和岩溶储层发育区具有重要的指导意义。古地貌恢复通常采用残余地层厚度法(残厚法)和沉积补偿厚度法(印模法)[10]，该区栖霞组上覆地层茅口组沉积之后，东吴运动茅口组地层遭受抬升剥蚀，因此古地貌恢复难以用印模法实现。根据钻井资料和地震资料，采用残厚法对栖霞组的沉积古地貌加以恢复(图4)。由图4可以看出，川西北栖霞组沉积前古地貌总体表现为“西北高、东南低”的特征，江油—剑阁一带古地貌高，广泛发育台缘滩，这些台缘滩在经历了一系列白云石化作用和岩溶作用后在古地貌高带形成了广泛分布的白云岩储层。

图4 四川盆地西北部栖霞组沉积古地貌(栖霞组残余地层厚度)Fig.4 In the northwestern sichuan basin before the qixia formation sedimentary paleo geomorphology (Qixia group residual strata thickness)

图5 栖霞组储层正演模拟偏移剖面Fig.5 The migration section for forward modeling of the Qixia formation reservoir(a)高速度模型；(b)中速度模型；(c)低速度模型

2.3 基于正演模拟的地震属性技术

地震正演模拟是用物理模型和数学模型代替地下真实介质，用物理实验和数学计算模拟地震记录的形成过程，以得到理论地震记录的各种方法和技术[11]。通过地震正演模拟可以建立不同岩性组合、不同储层类型、不同储层厚度、不同储层物性以及不同流体充填的地震响应特征，为地震资料解译和储层预测提供依据[12]。

图6 四川盆地西北部最大波峰振幅属性平面图Fig.6 The plan of maximum peak amplitude in the NW of Sichuan basin

图7 栖霞组波阻抗值与孔隙度值交汇图Fig.7 The crossplot of wave impedance and porosity in the Qixia formation

通过测井—地震标定，当栖霞组白云岩储层发育时，地震响应特征为宽波谷中的弱波峰或复波反射，振幅能量有差异；当栖霞组白云岩储层不发育时，地震响应特征为宽波谷，无弱波峰或复波反射。

图8 过ST9-ST8-ST3-SY001-1波阻抗反演剖面和孔隙度反演剖面Fig.8 The wave impedance profile and the porosity profileof well ST9-ST8-ST3-SY001-1(a)波阻抗反演剖面;(b)孔隙度反演剖面

图9 四川盆地西北部栖霞组储层厚度平面图Fig.9 The plan of thickness of the qixia formation reservoir in the NW of Sichuan basin

为了进一步研究白云岩储层的反射特征和振幅能量的差异，采用二维全波场波动方程开展正演模拟(图5)。设置三组模型：①储层低速度为5 600 m/s(对应储层孔隙度为5.0%);②储层中等速度为5 800 m/s(对应储层孔隙度为3.8%);③ 储层高速度为6 000 m/s(对应储层孔隙度为3.2%)。同时考虑储层发育部位距茅口组底界距离分别为30 m、20 m、10 m，子波频率均为30 Hz(与实际地震资料主频一致)。由图5可以看出，储层孔隙度越高，波峰的振幅越强；储层发育部位距离茅口组底界小于10 m时，储层地震响应呈复波反射。通过多种振幅属性试验，优选最大波峰振幅属性(图6)开展储层定性预测。从图6可看出，呈条状的强振幅能量带储层物性较好，与实钻井吻合。这一强振幅能量带分布范围广，主要分布在ST11—ST6—ST1区域。

2.4 深层白云岩薄储层预测技术

地质统计学反演方法，将高分辨率的测井信息与低分辨率的地震资料有机结合起来[13-14]，兼顾了测井资料的纵向分辨率和地震资料的横向分辨率，从而获得具有较强预测性的高分辨率反演剖面，能够有效解决薄储层预测。

从测井资料来看，栖霞组白云岩储层具有高声波时差、低自然伽马、高中子、深浅双侧向电阻率正差异等特征。通过测井资料交汇分析，确定储层门槛值(孔隙度大于2.0%、波阻抗小于1.639 5×104g/cm3·m/s)(图7)。储层预测步骤：①开展自然伽马曲线反演，消除泥质灰岩或含泥白云岩(低速地层)的影响[15];②采用地质统计学方法进行波组抗反演得到储层厚度;③根据波阻抗与孔隙度关系得到储层孔隙度。从反演结果来看(图8)，地震预测与实钻井较吻合，说明这种反演方法是切实有效的。

图10 四川盆地西北部栖霞组储层孔隙度平面图Fig.10 The plan of the qixia formation porosity in the NW of Sichuan basin

从栖霞组储层厚度平面图(图9)可看出，栖霞组白云岩储层整体连片分布，呈“西厚东薄、北厚南薄”的特征，厚度普遍在12 m～35 m之间，局部地区储层发育，厚度普遍大于21 m(如ST1、ST3、ST9等井区)。东部地区储层不发育，厚度普遍小于9 m(如LG70井区)。从根据波阻抗与孔隙度关系得到的储层孔隙度平面图(图10)可看出，栖霞组白云岩储层孔隙度分布与储层厚度分布特征基本类似，孔隙度普遍在3%～4.5%之间。局部地区储层物性较好，孔隙度普遍大于3.5%(如ST1、ST3、ST9等井区)。东部地区储层物性较差，孔隙度普遍小于3%(如LG70井区)。

3 应用效果

通过深层地震资料解释关键技术的攻关研究，建立了构造模式，落实了构造细节和圈闭展布，明确了栖霞组白云岩储层的纵横向分布和高产富集区，逐步形成了复杂构造带深层地震资料解释关键技术，有力推动了川西北栖霞组勘探开发井位部署。

3.1 落实构造特征

在构造模式指导下，开展精细构造解释，刻画了多条断层的展布，特别是①号断裂的展布，拓展了①号断裂下盘原地隐伏带的勘探面积；刻画了多个背斜、断背斜和断块圈闭，落实了圈闭规模。发育的多排构造圈闭与①号断裂和白云岩有利储层发育区叠合，形成了大型构造—岩性圈闭。地震资料解释精度与实钻对比，相对误差小于1%，提高了解释精度。

3.2 明确储层展布

通过基于正演模拟的地震属性分析和叠后地质统计学反演，开展了储层定性和定量预测，明确了白云岩储层的纵横向分布以及甜点储层的分布，为高产井部署提供了支撑。储层地震预测与实钻井误差较小(储层厚度绝对误差范围在0.6 m～3 m之间，孔隙度绝对误差范围在0.1%～0.5%之间)，满足储层预测要求。

3.3 指导勘探部署

根据储层预测结果，采用储能系数方法开展综合评价，优选I类储层发育区面积为1 248 km2，明确了高产富集区，据此部署了探井15口、评价井9口，ST8、SY132等多口井获得高产，见到了很好的生产效果，加快了川西北深层海相碳酸盐岩天然气勘探开步伐。

4 结论

1)通过构造物理模拟实验、井旁构造恢复以及构造几何学分析，结合钻井测井资料和地面露头地质资料，建立了川西北构造模式，为后续精细构造解释、构造特征和圈闭规模落实提供了借鉴。

2)栖霞组储层呈弱波峰或复波地震响应特征，利用基于正演模拟的地震属性分析和叠后地质统计学反演方法定性、定量地开展白云岩薄储层预测，取得较好效果，是行之有效的实用技术。

3)逐步形成的复杂构造深层地震资料解释关键技术，较好地解决了复杂构造带深层构造落实和薄储层预测等难题，明确了高产富集区，为勘探开发井位部署提供了有效的技术支撑，生产效果较好。