川北阆中地区茅口组生屑滩识别

李素华 石国山 蒋能春 胡 昊 李 蓉 余 洋

(中国石化西南油气分公司勘探开发研究院，四川成都 610041)

0 引言

近年来，四川盆地东北部开江—梁平陆棚两侧发现普光、龙岗、黄龙场、元坝等多个镶边台缘生物礁滩气藏，这些生物礁滩已成为增储上产的重要领域[1]。

生物礁由具抗浪格架的造礁生物原地建造而成，一般厚度大，地震反射外形呈丘状或透镜状，内部可呈多种层理结构，相比由无抗浪格架的生物碎屑组成的生屑滩而言更易识别[2-3]。目前生物礁识别技术较为完善，如利用井—震资料标定、正演模拟确定礁盖、礁核及礁基的地震反射特征，分析不同储层类型的地震响应特征[4-5]；利用古地貌、波形分类、地震属性等确定生物礁沉积相和地震相展布特征[6-8]；应用三维可视化和多属性融合技术等，刻画生物礁边界及空间展布特征[9]；应用时频分析和频谱成像技术等确定生物礁储层的连通性及含油气性[10-11]；根据沉积特征，利用测井和地震资料划分生物礁沉积旋回、层序等[12]。但是，针对生屑滩识别的文献资料很少，仅有学者在低勘探程度区通过平、剖面融合技术[13]将沉积相参与到生屑滩储层建模中，而将生屑滩内部结构按块状简单化处理。一般来说，生屑滩多呈薄层状且非均质性强。在无钻井资料情况下，前人利用三维地震资料开展古地貌和地震相分析，认为阆中地区中二叠统茅口组具备发育台缘礁滩相储层的有利条件[14]。近期钻井揭示阆中地区处于碳酸盐岩缓坡台地相，钻遇生屑滩白云岩储层，气测显示良好，证实阆中地区茅口组具有较好的天然气成藏条件及勘探潜力。但目前阆中地区勘探程度较低，未查明茅口组生屑滩分布规律，亟需加强薄层生屑滩的识别和内部结构刻画，以指导下一步油气勘探。

阆中地区茅口组生屑滩多期发育、叠置，精细刻画生屑滩内部反射结构特征是识别多期叠置生屑滩的前提。因此，本文首先基于区域沉积背景，根据单井岩性相序组合划分生屑滩发育期次，并利用测井和地震资料精细标定、确定不同期次生屑滩地震反射特征，利用正演模拟分析不同期次生屑滩地震反射特征变化的主要影响因素；其次，生屑滩埋藏深(大于6000m)、单层厚度小(1～26m)、非均质性强，现有地震资料分辨能力有限，难以识别生屑滩内部的隐性层序界面(在地震剖面上肉眼无法识别的客观存在的层序界面)[15]，因此通过层序地层全局自动扫描解释技术[16-17]建立生屑滩高频层序地层格架，识别生屑滩内部的隐性地层结构，提取不同期次生屑滩顶、底层位，进行等时地层切片属性分析，解决等比例地层划分中的生屑滩穿时问题；最后，结合沉积相与地震相确定生屑滩发育区，利用等时地层切片甜点属性分析不同期次生屑滩沉积演化过程，直观展示了多期薄层生屑滩空间展布特征。期望该研究成果为下一步井位部署提供参考。

1 研究区概况

1.1 地质特征

阆中地区位于四川盆地川北坳陷南斜坡，现今形态为向南西方向上倾的单斜构造(图1)。东吴运动使茅口组顶部剥蚀，缺失茅四段。茅口组残留厚度约为240～260m，按岩性组合，自下而上可分为茅一段、茅二段和茅三段。

图1 阆中—元坝地区构造位置图

茅口组沉积期四川盆地为南西高、北东低的碳酸盐岩缓坡型台地[18]，经历两次大规模海侵—海退沉积旋回[19]。其中，茅一段—茅二段沉积期为第一旋回，茅三段—茅四段沉积期为第二旋回。茅二段沉积时期，阆中地区处于中缓坡边缘，中西部发育高能生屑滩，向北东方向水体加深，逐渐过渡为外缓坡沉积。茅三段沉积时期，高能相带向元坝地区迁移，元坝地区发育高能生屑滩；阆中地区中西部发育灰岩，东北部发育灰质泥岩。

阆中地区茅二段岩性主要为中—厚层生屑灰岩、粒屑灰岩、粉—中晶白云岩，夹薄层滩间泥晶灰岩；白云岩储层主要发育于茅二段顶部，厚度约为10～23m，岩性为斑状、脉状或层状细—中晶白云岩，储集空间主要为晶间孔、晶间溶孔、扩溶缝等，溶蚀改造作用较明显。实测岩心孔隙度为0.9%～12.3%，平均为3.3%，渗透率为0.002～16mD，平均为1.92mD，总体表现为低孔、低渗特征。茅二段顶部发育白云岩、灰岩角砾，且见多期渗流缝，说明茅二段顶部生屑滩经历短暂暴露、溶蚀，在准同生期—早成岩期生屑滩发生白云岩化作用[20]。因此高能生屑滩叠加白云岩化作用是阆中地区茅口组储层发育的关键因素。

1.2 地震反射特征

阆中地区与元坝地区茅口组内部地震反射特征存在明显差异，生屑滩发育位置也不同。

在茅一段—茅二段沉积期，高能相带主要分布在阆中地区。阆中地区茅一段—茅二段(图2，对应茅口组底—茅三段底)厚度明显大于元坝地区，高能生屑滩主要发育在茅二段内部(图2a黄色充填部分)，表现为斜交、杂乱、空白、断续、中弱振幅地震反射；而元坝地区生屑滩欠发育，茅一段—茅二段主要表现为平行连续反射。

在茅三段沉积期，高能相带向元坝地区迁移，元坝地区茅三段厚度增大，高能生屑滩主要发育在茅三段顶部(图2a中红色充填部分)，主要表现为低频、强波峰地震反射。

阆中地区茅口组在A、B井处地震反射特征亦存在明显差异。A井处为断续、杂乱、空白或弱振幅地震反射；B井处为层状、叠置、斜交地震反射(图2b黄线标注)。相位属性主要反映地层的不连续性，可辅助识别地震层序和内部反射结构[21]。 A、B井红色线段(图2c)为茅二段生屑滩发育部位，证实生屑滩发育部位存在多期层序界面(图2c黄线标注)。由图2b、图2c可见，B井右侧茅三段底界之下仍有断续、斜交地震反射，推测此处为生屑滩翼部；向右逐渐过渡为低频、强振幅、平行连续地震反射，与B井左侧生屑滩“断续、杂乱、叠置、斜交、弱振幅”反射特征存在明显差异。图2b剖面右部茅三段灰质泥岩段(图2b中黄色充填部分)可由元坝地区延伸到阆中地区，逐渐向左侧A井、B井处过渡为灰岩沉积，因两侧地层厚度和岩性的差异，茅三段底由波峰反射逐渐过渡为波谷反射。

图2 阆中—元坝地区连井剖面

2 生屑滩识别方法

阆中地区茅口组生屑滩多期叠置，内部结构复杂多变，同相轴横向分布不连续。沿茅口组顶、底提取层间或时移的层位地震属性不能真实反映不同期次生屑滩分布特征。因此，本文以生屑滩沉积背景为基础，以生屑滩内部结构识别为主线，以自动扫描解释技术为关键，结合井—震标定、期次划分、正演模拟等措施精细刻画生屑滩内部反射结构特征。在应用自动扫描解释技术建立的高频层序格架中，不同期次生屑滩叠置关系清楚；利用层序格架自动生成的层位堆(在地层格架的基础上按地层展布趋势生成的若干个层位)进行等时地层切片属性分析，可表征不同期次生屑滩的等时沉积特征。生屑滩识别流程如图3所示。

图3 生屑滩识别技术流程

2.1 期次划分

根据研究区沉积背景，结合岩性、电性等特征，茅二段生屑滩可划分为三期(图4)。

第Ⅰ期生屑滩GR曲线呈漏斗状(下部低值、上部高值)，岩性主要为泥晶生屑灰岩、含泥质砂屑灰岩，可见腕足、虫筳 类等化石。第Ⅱ期生屑滩GR值平稳，岩性单一，以生屑灰岩为主，生屑发育，常见腕足、有孔虫、棘皮等化石。第Ⅲ期生屑滩GR值起伏频繁，生屑滩经短暂暴露、溶蚀，发生白云岩化作用，由生屑灰岩转变为白云岩。其中，A井生屑滩白云岩化程度较高，厚度大于B井，主要以细晶白云岩为主，晶间孔发育，晶体松散堆积。

经井—震标定，从茅口组顶部向下，A井三期生屑滩对应“一谷一峰”地震反射(图4a)，B井三期生屑滩对应“两谷两峰”地震反射(图4b)。第Ⅰ期生屑滩厚度较小(A井处厚度为1m，B井处厚度为12m)，常规地震资料难以区分第Ⅰ期和第Ⅱ期生屑滩(图4a和图4b右图中红色充填部分)，波谷—波峰反射为两期生屑滩综合响应。第Ⅲ期生屑滩(A井处厚度为24m，B井处厚度为26m)对应中强波谷(图4a和图4b右图中黄色充填部分)，常规地震资料易于识别。

图4 单井生屑滩期次划分及合成地震记录标定

2.2 正演模拟

确定生屑滩期次及地震反射特征后，可进一步利用波动方程正演模拟不同期次生屑滩地震反射特征。

2.2.1 模型建立

根据图2b地层反射结构和钻井揭示的速度、密度等参数(表1)，可建立地质—地震生屑滩正演模型(图5)。自上而下地层依次为上二叠统吴家坪组泥岩、中二叠统茅三段灰岩(图5a左部)、茅三段灰质泥岩(图5a右部)、茅口组生屑滩(图5a左部，生屑滩整体厚度变化不大，但上、中、下部滩体厚度和叠置关系有变化，其中，上部滩体最厚为126m、中部最厚为98m、下部最厚为118m，上、中、下部生屑滩外形参考图2b地震反射结构)、茅口组致密灰岩(图5a右部)、中二叠统栖霞组、志留系。分别建立白云岩不发育(图5a上)和发育(图5b上)两种模型，且A井白云岩最厚为23m，B井白云岩最厚为12m。正演模型横向长度为1000m，纵向深度为1000m。子波选用40Hz雷克子波，与实际地震资料主频一致。

表1 实钻地层参数表

2.2.2 正演模拟结果

正演模拟结果表明：①茅口组生屑滩地震反射外形呈丘形，内部多为空白、弱地震反射(图5a左部和图5b左部)。②茅口组生屑滩欠发育部位表现为低频、强振幅、平行、连续反射，茅三段灰质泥岩低速层呈强波谷反射(图5a右部和图5b右部)。③图5a

上部滩体(波阻抗值为15230.40m·s-1·g·cm-3)与上覆茅三段灰岩(波阻抗值为15196.00m·s-1·g·cm-3)、下伏中部滩体(波阻抗值为15930.00m·s-1·g·cm-3)之间存在波阻抗差。当上部滩体厚度大于90m时，其顶、底反射界面清楚；当上部滩体厚度为60～90m时，其顶、底反射界面为上强、下弱复波反射；当上部滩体厚度小于60m时，双相位合并为一个相位，对应单一同相轴强反射，此时不易区分上部滩体底界面，只能通过左、右两侧同相轴分叉、合并来识别。④中部滩体与上部滩体之间存在波阻抗差，中部滩体顶界面反射清楚，为中强波峰反射。当厚层中部滩体(>90m)叠置在薄层下部滩体之上时，中部滩体内部出现弱波峰；当薄层中部滩体叠置在下部厚层(>90m)滩体之上时，下部滩体内部亦出现弱波峰，此时中部和下部滩体内部反射特征一致，在实际地震剖面中通常被解释为同一期沉积的生屑滩，不易区分。⑤下部滩体在A、B两井之间厚度较大(118m)，其他位置较薄(13～68m)，现有地震资料不易识别厚度小于四分之一波长(约为35m)的薄层滩体(图5a下)。⑥白云岩储层发育时(图5b下)，明显影响了茅口组顶部下方的波谷宽度，白云岩越厚，波谷越宽。

图5 茅口组多期生屑滩模型(上)及正演结果(下)

生屑滩发育厚度大小及是否发育白云岩等因素影响生屑滩地震响应。生屑滩厚度越大及与围岩波阻抗差值越大，越易识别。正演模拟结果与实际地震反射特征大体一致，证实利用地震波外形、内部结构及正演模拟技术判断是否发育生屑滩的方法是可行的。但中部滩体和下部滩体厚度大小及叠置关系影响生屑滩发育期次的识别，且薄层滩体在现有常规地震资料上仍无法准确识别。

2.3 自动扫描解释技术

传统层序地层学在综合分析野外露头、钻井、测井、地震等资料的基础上，通过人工解释连续性好的地震反射同相轴，划分层序和建立层序格架[22-24]。该方法适用于地震资料品质好、同相轴连续、地层结构简单的地质体，而对内部结构复杂的特殊地质体解释难度大、效率低，且会丢失大量内部地层信息。层序地层全局自动扫描解释技术以地震沉积学为指导，根据地震反射结构特征，利用算法直接从地震数据体计算得到层序地层格架，然后根据需要从层序地层格架的层位堆中提取目的层层位进行地质解释，从而使特殊地质体的沉积演化过程更加清楚，大大提高了地震解释质量和效率。层序地层全局自动解释技术适合阆中地区薄层叠置生屑滩的识别，可充分挖掘生屑滩内部复杂结构中的隐性层序界面。

通过地震数据相似性和全局优化的节点连接方式建立生屑滩三维空间网格节点模型时，在遇到杂乱、断续、弱地震反射情况下，会出现断点、空点等现象，这时可通过茅口组顶、底层位约束或手动连接方式，确保三维空间网格节点分布的合理性，最终生成全局优化的生屑滩层序地层格架。

由图6可见，根据A、B连井层序地层格架可自动识别茅口组多个隐性等时层序界面，层序内部丘状、叠置、斜交反射结构清楚，其精度明显高于图2c相位剖面。

茅口组顶、底部为平行连续反射，内部不同层序厚度变化明显，自下而上将厚度变化大的层序依次编为1～19号小层，其中1～4号小层较厚处主要分布在B井左、右两侧，依此类推5～7、8～10、11～13、14～16、17～19号小层直观展示了厚度大的生屑滩发育位置和生屑滩之间的叠置关系，厚度大的生屑滩(1～4、5～7、8～10、11～13)自下而上依次向剖面左侧披覆加积沉积。

经A、B两井标定，茅口组三期生屑滩总体对应4～19号小层，第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期生屑滩开始沉积时分别对应4、8、14号小层，三期生屑滩大致对应图5上部和中部滩体。图6第Ⅲ期生屑滩(对应14～19号小层)A井处厚度明显大于B井处，对应白云岩储层发育段，与实钻结果吻合。

图6 茅口组连井高频层序地层格架

综上所述，全局自动扫描解释技术识别生屑滩内部小层精度明显高于常规地震剖面，生屑滩发育规模、期次及叠置关系的特征清楚。

2.4 等时地层切片提取

切片技术在地貌、沉积研究等方面得到广泛应用，通过动态浏览多个切片可分析特殊地质体的沉积演化过程。目前切片方法主要包括时间切片、沿层切片和地层切片等[25-28]。其中，时间切片沿某一固定时间轴提取；沿层切片沿某一解释层位提取，前提条件是层位解释精度高且层位应精确对应波峰或波谷最大绝对值位置；地层切片沿2个等时沉积界面，以平行顶界面、平行底界面或平行顶、底界面进行等比例提取，只有保证在最小时间单元内地质体沉积速率相等才具有等时性和实际意义。

阆中地区茅口组生屑滩发育部位地震反射结构复杂多变，使用时间切片和平行茅口组顶、底等比例地层切片(图7a)均存在穿时现象，且人工解释不同期次生屑滩顶、底层位费时、费力、多解性强。生屑滩内部的沿层切片不易通过人工解释实现，而全局自动扫描解释技术可得到反映生屑滩沉积的最小等时地层单元。根据标定结果，从茅口组高频层序地层格架层位堆中提取不同期次生屑滩顶、底层位，结合平面与剖面分析地层切片属性，可直观展示不同期次生屑滩的沉积演化特征。

图7 茅口组生屑滩等比例(a)、等时(b)地层层序结构划分方案

图7b为提取茅口组高频层序地层格架层位堆中的部分层位建立的等时地层层序结构，叠合实际地震剖面，最大程度反映了不同期次生屑滩反射结构特征，较好地实现了生屑滩等时地层划分。

3 生屑滩识别

经井—震标定，阆中地区茅口组发育三期生屑滩。结合正演模拟结果，三期生屑滩地震反射特征总体为“叠置、斜交、杂乱、弱振幅反射”。其中，第Ⅲ期生屑滩位于顶部，表现为茅口组顶部下方中强波谷—波峰地震反射，横向连续性好，易于识别；第Ⅱ期和第Ⅰ期生屑滩综合对应第Ⅲ期滩下方波峰—波谷—波峰地震反射，常规地震资料分辨能力有限，肉眼难以将二者分开。利用自动扫描解释技术可确定小层及生屑滩内部反射结构，然后依据沉积背景，结合地震属性、地震相和等时地层切片，就可以确定生屑滩发育区、不同期次生屑滩地震反射特征及等时沉积演化特征等。

3.1 生屑滩发育区

平均信噪比属性可量化分析目标时窗内的数据质量，高值指示地震数据质量好；低值指示相邻道之间相似性差，信噪比降低，可有效反映生屑滩不连续、杂乱反射结构等特征。

由图8a可见，紫色区域(低信噪比)对应图2b左部茅口组内部叠置、杂乱、斜交、断续、空白、弱振幅反射；绿色区域(中低信噪比)对应图2b茅三段灰质泥岩下方中强振幅、较连续、斜交地震反射；黄色区域(高信噪比)对应图2b右侧茅口组内部低频、强振幅、平行、连续地震反射。A、B井均位于低信噪比的紫色区域，从而证实了生屑滩主要发育在研究区中西部。

阆中地区茅口组东、西部地震波形差异明显。中西部发育高能生屑滩，地震波形杂乱、同相轴不连续、反射能量弱，向北东方向水体加深，地震波形逐渐过渡为平行连续、强振幅反射。利用地震波形的差异可反映地质体变化特征，该方法适用于非层状和特殊岩性体的识别。

由图8b可见，红、绿、蓝三类波形反映生屑滩主体、生屑滩翼部、生屑滩欠发育等三种地震反射特征(表2)。紫色区域(图8a)和红色波形(图8b)相结合可有效反映生屑滩发育部位，生屑滩呈NW—SE向展布；绿色区域和绿色波形相结合可确定生屑滩翼部；黄色区域和蓝色波形相结合可确定外缓坡深水区。由此可见，东北部生屑滩欠发育，与区域沉积相特征一致。

表2 阆中地区茅口组地震反射特征

图8 阆中地区茅口组生屑滩发育区

3.2 生屑滩沉积演化特征

甜点属性是反射强度(瞬时振幅)与瞬时频率均方根的比值，其在碎屑岩地层中得到广泛应用[29-30]。生屑滩为弱振幅、高频反射，灰质泥岩为强振幅、低频反射，甜点属性可放大弱振幅生屑滩和强振幅灰质泥岩的差异，这为利用甜点属性区分生屑滩与灰质泥岩沉积提供了依据。

确定生屑滩发育区后，结合地震剖面和等时地层切片甜点属性，即可确定三期生屑滩地震反射特征、叠置关系和等时沉积演化过程(图9)。

地震剖面中第Ⅰ期生屑滩(对应图6中4～7号小层)主要表现为中弱波谷—波峰地震反射，局部出现透镜状、斜交地震反射(图9a左，黄色充填部分)。依次类推，第Ⅱ期生屑滩(8～13号小层)主要表现为中弱波谷地震反射，局部出现透镜状地震反射(图9b左，黄色充填部分)；第Ⅲ期生屑滩(14～19号小层)主要表现为中强波谷—波峰地震反射，分布稳定，横向连续性好(图9c左，黄色充填部分)。

图9 不同期生屑滩地震剖面(左)及等时地层切片甜点属性平面图(右)

等时地层切片甜点属性可动态演示每期生屑滩沉积时的平面特征。其中，第Ⅰ期生屑滩除工区西南部不发育外，其余地方均发育，利用该期生屑滩顶、底层位计算可知，厚度大的生屑滩主要发育在研究区东部(图9a右)。随着海平面波动，第Ⅱ期生屑滩范围变小，厚度大的生屑滩分布在研究区中部(图9b右)。第Ⅲ期生屑滩逐渐向工区南西方向迁移，厚度大的生屑滩在西南部发育(图9c右)。

3.3 识别效果分析

前人将生屑滩作为整体，通过人工解释出4个生屑滩(图10)，并沿茅口组顶、底两个等时沉积界面进行等比例地层划分，明显存在生屑滩穿时现象，且预测结果中A、B井处生屑滩欠发育，与实钻不符。而本文生屑滩识别方法快速、高效，且准确地识别出三期生屑滩的空间展布，预测结果与A、B井实钻、地震相及区域沉积相吻合，且生屑滩识别精度明显更高。

图10 阆中地区茅口组生屑滩等比例地层切片甜点属性平面图

4 结论

(1)基于生屑滩外部形态及内部反射结构建立了茅口组生屑滩储层正演模型，证实生屑滩具有“叠置、斜交、杂乱、弱振幅”反射特征。结合井震标定、正演模拟、层序地层自动扫描解释、等时地层切片、地震相等技术手段精细刻画了生屑滩内部结构和不同期次生屑滩沉积演化特征，明确了茅口组主要发育三期生屑滩，平面上呈NW—SE向展布，纵向上由研究区北东向南西方向披覆加积沉积，优质白云岩储层发育在第Ⅲ期生屑滩内。

(2)现有常规地震资料生屑滩内部结构复杂多变，人工解释生屑滩难度大，且费时、费力，三维高精度地层自动扫描解释技术利用地震反射结构特征和全局优化的节点连接方式快速建立生屑滩等时地层格架，可有效识别出三期生屑滩空间分布规律，对复杂生屑滩沉积结构等时识别能力明显高于常规不等时地震属性，是识别茅口组生屑滩沉积演化的有效技术。