地震波衰减的含气检测方法及有利圈闭预测——以巴探5 井三维区寒武系盐下白云岩储层为例

陈庆龙，云 露 ，蒲仁海，周吉春，韩 强

（1. 西北大学大陆动力学国家重点实验室 地质学系，西安 710069；2 .中石化西北油田分公司，乌鲁木齐 830011）

伴随着油气开采力度的加大，非构造油气藏的勘探开发变得尤为重要。寒武、奥陶系白云岩、灰岩是非构造油气藏的极佳储集层，以晶间溶孔、溶蚀孔洞、晶间微孔和裂缝作为其主要储集空间[1-3]，但由于其储层隐蔽性，勘探难度较大，在缺乏构造条件下，发现盐下白云岩储层具有很大难度。伴随2013 年中深1 井首次在中寒武统阿瓦塔格组和下寒武统肖尔布拉克组钻获工业油气流[4]，实现了在寒武系盐下白云岩的油气突破，揭开了深层盐下白云岩油气勘探的序幕。在此基础上，利用巴探5 井三维地震资料，以希对下古生界地层非构造油气勘探也有所突破。

巴探5 井位于巴楚隆起西南海米罗斯断裂北侧潜伏背斜，隆起程度较低。该井在中下奥陶统鹰山组灰岩中钻遇工业气流，在下寒武统揭示了2 套白云岩与膏盐岩的储盖组合，但构造研究表明尚无构造圈闭存在，也无油气显示。研究区断裂发育程度高，存在北东东、北西西和近东西3 组断裂带，与已探明的沿断裂带展布的塔西南玉北油气田和塔河以南顺北油气田发育规律相似[5-6]，且区内发育白云岩与盐岩的良好储盖组合，因而形成非构造圈闭气藏概率极大。该文重点探讨如何预测这种可能存在的碳酸盐岩气层，利用地震波衰减的含气检测方法，结合储层盖层地质特征，对巴探5 井中寒武统阿瓦塔格组和下寒武统吾松格尔组盐下白云岩存在的可能气藏进行预测，以期为盐下白云岩隐蔽气藏勘探提供参考。

1 区域地质背景

巴楚隆起位于塔里木盆地一级构造单元塔中隆起西段，北接阿瓦提凹陷，南邻麦盖提斜坡[7]，从震旦纪开始经历了加里东—海西克拉通和印支—喜马拉雅前陆盆地两大构造期。图1 所示为巴探5 井研究区域位置图及过巴探5 井三维地震剖面与反射界面对应关系。区内寒武系以白云岩、灰岩及两者过渡岩为主，早寒武世早期沿斜坡、台内洼地和盆地区发育深水硅藻泥岩和灰岩，中晚期发育以泥粉晶白云岩为主的开阔台地，中晚寒武世发育以膏岩为主的蒸发台地环境[8]。作为有利的盐下白云岩发育区，白云岩以粉-泥晶白云岩为主，形成于局限台地的超盐度蒸发环境中[9-10]。盖层以致密盐岩、膏岩为主，夹杂不等厚泥岩，形成以中部泥晶、粉晶白云岩为储层，上部盐岩、膏岩为盖层的良好储盖组合，但烃源岩发育情况较差，盆地内分布范围最广的玉尔吐斯组黑色泥页岩在工区内缺失。

图1 巴探5 井研究区域位置图及过巴探5 井三维地震剖面与反射界面对应关系Fig.1 Study area location map of well BT5 and corresponding relation between three-dimensional seismic profile and reflection interface of well BT5

2 地震波衰减的含气检测

2.1 数据与方法

地震波在黏滞性地层中传播时，会发生纵波能量的衰减[11-15]，造成地震振幅减弱，称为吸收衰减[16-18]。当地层含烃，特别是含气时，会导致地层的吸收衰减增大，产生低频能量相对增高，高频能量相对降低，峰频降低等现象[19-27]，尤其对于10 m 以上的较厚气层响应效果比较明显。该现象为利用地震衰减进行地层烃类检测提供了理论依据。

表征地震波衰减的方法很多，如地层因子法、频谱斜率法、能量积分比法等[28-31],该研究主要采用叠后地震频谱能量差法，由于时间分辨率与频率分辨率存在消长关系[32]，为了获得较高的频率分辨率和识别含气层一般存在的每5 Hz 发生的频谱能量变化[33]，对三维地震数据体进行较大时窗（50～100 ms）的离散傅里叶变换，将时间域地震数据分解为5 Hz，10 Hz，15 Hz，20 Hz，25 Hz，30 Hz 能量体，通过沿层提取目的层能量,使其最小值和最大值均一化成0 与100（无量纲），计算频谱每个峰频与其两侧平均能量的差值，可以有效识别20～50 ms 时窗内存在衰减的层位和平面展布。根据鄂尔多斯和塔北其他已知气田地震纵波衰减实例的统计，在不含气的地层背景主频约为30 Hz 的情况下，发生衰减后的地层在10～25 Hz 的某个峰频位置会出现能量差值大于10（无量纲）的正差异，气层厚度大于20 m 的几乎所有不同储层类型的气藏均存在这种正差异异常[34]。所以用傅里叶变换后的峰频能量差法可以有效识别出一个三维地震区存在的时间厚度为10～50 ms（地层厚度约20～100 m）的高频能量相对降低、低频能量相对升高和峰频变低的层位和平面分布。在识别出三维地震区发生衰减的层位和展布后，对他们开展精细的构造、沉积相、圈闭和成藏条件分析，排除非含气造成的衰减，评价含油气潜力，最后确定其圈闭油气藏类型和可靠性。

2.2 含气检测

利用该方法识别出可能的含气层位中下寒武统阿瓦塔格组和吾松格尔组，并分别在阿瓦塔格组20 Hz频谱体和吾松格尔组15 Hz 频谱体出现红色正能量衰减异常区域，如图2 所示。

该方法对于气藏聚集的预测主要通过衰减异常区域表现，并且在衰减异常区域，相对背景地层主频，出现低频能量相对增高，高频能量相对降低，主频降低的特点。因此红色正能量衰减异常和频率变化，作为预测盐下白云岩储层含气的直接表现。

在中寒武统阿瓦塔格组利用频谱能量差法计算得到的阿瓦塔格组顶部T81+50 ms 时窗能量衰减平面图上，研究区存在东、西两处能量衰减正异常，如图2a 所示。图3 所示为中寒武统阿瓦塔格组（T81+50 ms）衰减异常区内外频谱的比较情况。据频谱图显示，西部的能量衰减异常区主频约为14 Hz，东部的衰减异常区主频约为18 Hz，而非异常区背景地层主频约为21 Hz，在衰减异常区出现了高频能量相对降低，低频能量相对增高的频谱含气特征。同时在过衰减异常区域的地震剖面上，衰减异常区域位于坡折带上，表现为中强振幅，如图4a 和图4b 所示。同时T81界面是一个超覆不整合面，可能存在岩溶和淡水白云岩作用，从而发育溶蚀孔储层[35]。

图2 目的层衰减异常平面图Fig.2 Plane map of attenuation anomaly in target layer

图3 中寒武统阿瓦塔格组（T81+50 ms）衰减异常区内外频谱比较图Fig.3 Spectrum comparison of attenuation anomalies in the middle Cambrian Avatage Formation (T81+50 ms)

而在下寒武统吾松格尔组，在其底部的衰减异常图上（如图2b 所示），衰减异常位于工区东南角，异常区频谱的低频能量增高，高频能量降低，峰频降低至10～13 Hz，而同层位非衰减区峰频（主频）约为25 Hz。

同时通过均方根振幅属性图，可以进一步分析出衰减异常区与无异常区岩性变化特征。研究区中寒武统阿瓦塔格组顶界为T81强反射标志层，向下50 ms（T81+50 ms）时窗的均方根属性平面图上，巴探5 井位于紫色弱振幅区域，对应泥晶、粉晶白云岩与岩盐互层，其中5 269～5 298 m 的29 m 盐岩是一个很好的盖层。图5 所示为目的层均方根振幅平面图，其中图5a 中红绿色强振幅区域可能发育晶间孔和裂缝的较低速白云岩储层。下寒武统吾松格尔组发育蒸发台地白云岩、盐岩、灰岩等，且底部存在8 m 厚灰色泥岩烃源岩，如图6 所示。该组存在白云岩储层与上覆盐岩和泥岩盖层的优质储盖组合，盐岩累厚约90 m，两层白云岩储层分别厚约20 m 和30 m。其底界T84向上50 ms 均方根振幅平面图上，红绿色强振幅区域可能反映了存在低速白云岩储层的地区，如图5b 所示。

通过比较均方根振幅属性图与衰减异常平面图，发现衰减异常位置与强振幅位置存在吻合性，衰减异常区多紧靠断裂发育区存在，因此其异常区域整体小于强振幅区域。阿瓦塔格组与吾松格尔组红绿色强振幅区域揭示白云岩储层分布范围，衰减异常区表明在白云岩储层范围内，且有断裂构造发育，其红色正能量异常区域有气藏存在。

图4 目的层过衰减异常区地震剖面Fig.4 Seismic profiles in over-attenuated anomalous areas of target formation

图5 目的层均方根振幅平面图Fig.5 The RMS amplitude plane of the target layer

图6 巴探5 井寒武系综合柱状图Fig.6 Comprehensive column diagram of Cambrian in Well BT5

3 有利圈闭预测

3.1 气藏类型及圈闭面积

将衰减异常区域与构造、圈闭特征结合，分析中下寒武统阿瓦塔格组与吾松格尔组白云岩储层含气可能性。图7 所示为寒武系时间域构造图。与盐下白云岩衰减异常区叠合平面图阿瓦塔格组顶部（T81+50 ms）能量衰减异常平面图及T81界面等To构造图叠合，可以看出两处衰减异常区均位于海米东断裂南北两侧，如图7a 所示。断裂除可能改善储层外[36-37]，同时是异常的边界。东部衰减异常区西北上倾侧和西侧以断裂为界，异常东侧边界则与储层尖灭有关，下倾边界与构造等深线不平行，说明圈闭不受构造高低控制，可能为断裂与岩性的复合圈闭。西部衰减异常区的上倾和侧向以断裂为边界，下倾边界与构造等To 线吻合，故属于断块圈闭，断裂起到油气运移与封堵气藏作用。该断裂系统可将紧邻麦盖提斜坡内玉尔吐斯组烃源岩生成的油气运移至巴探5 井区白云岩储层内。东、西2 个圈闭的面积分别为22.28 km2和14.03 km2,闭合度分别为100 ms（约175 m）和80 ms（约140 m）。因此巴探5 井在中寒武统阿瓦塔格组顶部（T81+50 ms）存在的衰减异常可能由29 m 盐岩盖层下与白云岩储层有关的断裂岩性复合圈闭气藏造成（如图6 和图7a 所示）。

吾松格尔组衰减异常平面图与其底面T84等To构造图叠合，工区东南角衰减异常区北东边界受一个北西向断裂的限定，该断裂与2 个小型北东向断裂共同组成了一个断鼻圈闭（黄色）的边界，其圈闭面积小于衰减异常范围（如图7b 所示）。所以，该异常如果含气的话，则应属于断层岩性复合圈闭气藏，圈闭面积为19.98 km2，闭合度为70 ms（约122.5 m）。虽然该异常区构造位置偏低，但由于白云岩储层上覆为盐岩，封盖条件较好，又有多条小断裂沟通烃源，所以很可能是一个有利的复合圈闭气藏。

图7 寒武系时间域构造图与盐下白云岩衰减异常区叠合平面图Fig.7 The overlapping plane map of Cambrian time-domain tectonic map and subsalt dolomite attenuation anomaly area

3.2 圈闭分布与烃源岩位置关系

中寒武统阿瓦塔格组及下寒武统吾松格尔组识别的衰减异常均为盐下白云岩储盖组合，制约盐下白云储层成藏的关键条件为古隆起发育背景和烃源岩背景[38]。巴楚隆起存在与成藏期相匹配的古构造背景[39-40]，因此圈闭与烃源岩之间的位置关系及供烃路径是异常区气藏成藏的关键制约因素。

巴楚—麦盖提斜坡下寒武统玉儿吐斯组烃源岩分布较广，和田气田、巴什托普油田、玉北油田油气均来自玉儿吐斯组烃源岩[41]。但与柯坪露头和其他地区钻井相比，研究区位于古隆起，下寒武统烃源岩发育较差，台凹区广泛发育的玉尔吐斯组黑色泥页岩在巴探5 井缺失或相变为褐色为主的云泥岩，只在下寒武统吾松格尔组存在两层8 m 厚盐下灰黑色泥岩，所以本地区的烃源供应有限。中深1 井的勘探突破为目的层找寻烃源岩提供了思路，中深1 井位于古隆起边缘，下寒武统烃源岩欠发育。但玉尔吐斯组优质烃源岩距该井仅1.5 km[42]，中深1 井区异常发育的走滑断裂，促使油气沿断裂向中深1 井白云岩储层运聚。

借鉴中深1 井生气供气条件，研究区中下寒武统发育的沿膏岩层滑脱的逆冲断裂断穿多套地层，构成油气输导体系，阿瓦塔格组和吾松格尔组构造-岩性复合圈闭油气的汇聚基本都沿该输导体系逆断层向上运移，可促使烃源区生成的油气向紧邻的巴楚隆起海米罗斯构造带和巴探5 井区盐下白云岩储层中运聚，从而可能使目的层白云岩储层获得油气充注成藏。阿瓦塔格组气藏由逆冲断裂向上运移至其白云岩储层，在斜坡带坡折点分别由正、逆断层封堵，形成二级阶梯式气藏储存，如图4 所示。

4 结论

1）利用地震波衰减的含气检测方法，识别出中下寒武统阿瓦塔格组和吾松格尔组2 个含气层，并在其盐下白云岩储层识别出红色正能量衰减，其含气厚度20 m 以上。

2）地震波衰减的含气检测方法，地震响应特征表现为地震纵波低频振幅相对增强，高频振幅相对降低，主频相对降低5～10 Hz。

3）结合储盖组合、构造和断裂分析研究，认为该气藏类型为岩性、构造-岩性复合气藏，且阿瓦塔格组东西2 个气藏圈闭面积分别为22.28 km2和14.03 km2，吾松格尔组气藏圈闭面积19.98 km2。

4）虽然研究区巴探5 井缺失寒武系玉尔吐斯组烃源岩，只有下寒武统吾松格尔组存在的2 套8 m厚盐下灰色泥岩可作为烃源岩。但由于断裂发育，可促使隆起附近下寒武统玉尔吐斯组黑色泥岩生烃后朝该区运聚成藏。