川西南部白马庙地区雷四3亚段薄层藻云岩预测

2021-10-21辛勇光谷明峰孙豪飞

科学技术与工程 2021年28期

张豪，辛勇光，谷明峰，孙豪飞

(1.中国石油杭州地质研究院，杭州 310023； 2.中国石油勘探开发研究院四川盆地研究中心，成都 610041； 3.西南油气田分公司勘探开发研究院，成都 610041)

四川盆地位于上扬子台地西北缘的次一级构造单元[1]，为一具有多期构造运动和多套沉积旋回的大型含油气叠合盆地，盆地具有复杂的沉积史和构造史[2-3]。四川盆地西南部为四川盆地天然气的重点勘探领域，地质条件复杂，天然气资源丰富，勘探潜力巨大[4]。截止目前已经发现白马庙、莲花山、汉王场等多个含气构造，主要集中在三叠系和侏罗系陆相碎屑岩储层中，近期针对二叠系火山岩、中三叠统雷口坡组等的钻井获得工业气流，展示了川西南部良好的油气勘探潜力。雷口坡组雷四3亚段是川西南部天然气勘探的重点层系，经过四十余年的勘探探索，目前已经在灌口、雾中山等地区获得油气发现，近期在大兴场地区钻探的X1井在雷四3亚段获得重要突破，在藻云岩储层厚度只有1.1 m的情况下，测试获得工业气流，展示出川西南地区雷口坡组顶部藻云岩储层良好的勘探潜力。雷口坡组已发现的气藏具多层段、多点分布和局部富集的特点，但还未发现规模连片的气藏[5]，其中一个重要原因就是对储层甚至地层的分布规律不清楚，缺乏有效的地震预测手段，给雷口坡组的勘探研究造成困难。

针对雷口坡组地层或储层的识别和预测，尹正武等[6]基于古地貌分析快速确定岩溶发育有利带，进而开展中子拟声波反演，落实YB地区雷口坡组古风化壳岩溶储层的有利分布区；叶泰然等[7]通过波形差异化分析，剥离出了储层所引起的地震响应特征及变化规律，定性预测川西彭州地区雷口坡组潮坪相薄储层；蔡左花等[8]综合利用地震响应特征、多属性组合、相干体以及波阻抗反演等技术方法开展风化壳缝洞型储层预测；谷明峰等[9]利用波形分类方法开展川中地区雷四上亚段储层的预测；杜浩坤等[10]采用地层切片、波形聚类及属性聚类等手段刻画地震有利相带。目前对雷口坡组薄地层和薄储层的预测还处于方法的探索阶段，主要利用的是地震属性预测，然而储层物性参数与地震属性之间不是简单的线性关系[11]，利用属性预测的结果难以满足勘探生产的需要。有关雷口坡组藻云岩储层定量预测的相关文献较少，需要进一步的开展分析和研究。

研究区位于四川盆地西南部白马庙地区，目的层为中三叠统雷口坡组雷四3亚段藻白云岩储层。川西南地区雷口坡组藻云岩的分布范围基本决定了储层的展布特征。针对研究区井资料较少、藻云岩储层非均质性强、分布规律不清及薄储层预测精度低等问题，首先通过单井合成记录精细分析与标定，然后利用多属性优选开展川西南白马庙地区储层定性预测的研究，最后基于井约束的地震波形指示反演来定量预测藻云岩地层的厚度。从而指导川西南部雷口坡组雷四3亚段的下一步勘探。

1 地质背景

雷口坡组属于中生界中三叠统，属于扬子克拉通盆地的一部分[12]，是四川盆地海相碳酸盐岩油气勘探的重要接替层系[13]。依据岩性、电性、沉积旋回和储层发育规律可将四川盆地雷口坡组自下而上划分为雷一段、雷二段、雷三段、雷四段4个岩性段[14]。受印支早期运动的影响，川西南地区雷口坡组接受抬升剥蚀，在马鞍塘组与雷口坡组之间形成区域不整合面[15]。雷口坡组雷四3沉积期水体由盆地西缘向盆地内逐渐变浅，发育碳酸盐岩膏质泻湖、膏质云坪、藻云坪和台内滩相，川西南地区沉积环境由藻云坪向膏质云坪过渡(图1)。雷口坡组地层厚值区主要沿雾中山-高家场-灌口-白马庙地区分布，向盆地内逐渐减薄。川西南地区雷口坡组储层主要发育在雷四3亚段颗粒滩和藻云坪相中，其中藻云坪相藻云岩储层广泛发育。川西南地区雷口坡组雷四3亚段藻云坪的分布范围基本决定了储层的展布特征，储层的主要建设性成岩作用为白云石化作用和表生期溶蚀作用[16]。同时储层的物性与岩性密切相关，潮间带的藻云岩物性最好。通过钻井岩心及薄片观察，储集岩性以藻白云岩为主，储集空间以粒间孔、藻间溶蚀孔、晶间孔和溶蚀缝为主，受滩、藻云坪和岩溶作用的共同控制[14-15]。基于岩心和岩屑样品的物性统计，雷四3亚段藻云岩储层表现为低孔、低渗的特征，储层平均孔隙度3.7%，平均渗透率1.05×10-3μm2，储层孔隙度和渗透率呈正相关关系，线性关系好。川西南地区雷口坡组受地质认识以及地震资料品质的影响，以寻找构造和构造-岩性气藏为主，勘探领域和勘探潜力较大，但目前勘探程度还比较低。

图1 川西地区雷四3亚段沉积相图Fig.1 Sedimentary facies map of Leikoupo 43 sub-member in western Sichuan

研究区位于四川盆地西南部白马庙三维区，处于四川盆地西部与中部过渡带，构造位置属于川西南低陡褶带。白马庙三维区一次覆盖面积360 km2，满覆盖面积200 km2，该地区以须家河组及侏罗系碎屑岩勘探为主，钻遇雷四3亚段的井只有两口。白马庙三维区雷四3亚段遭受不同程度的剥蚀，雷四3亚段顶界为雷口坡组碳酸盐岩与马鞍塘组生物灰岩夹碎屑岩间的不整合面。结合实钻井及野外露头记录资料分析，研究区雷四3亚段整体厚度变化比较大，残余地层厚度0～80 m，藻云岩储层厚度0～40 m。图2为D1井沿雷四3亚段进行侧钻的地层综合柱状图，D1井直井段雷四3亚段残余地层厚度仅3 m，雷四3亚段上部为马鞍塘组，主要为生物、介屑灰岩与砂泥岩互层，底部含有各类岩屑杂积，测井上表现为高自然伽马、高声波时差和低电阻，雷四3亚段主要以藻白云岩为主，测井上表现为较高自然伽马、较高声波时差和较高电阻，雷四2亚段以膏质云岩和膏岩为主，测井上为低自然伽马、较高声波时差和高电阻的特征。白马庙三维区东南方向雷四3亚段地层剥蚀殆尽，雷口坡组顶部仅发育雷四2亚段膏盐岩，从而可以形成上倾方向封堵，雷四3亚段藻云岩储层被雷四2亚段的非渗透层所遮挡，具备形成构造-岩性气藏的条件，是川西南部重点有利勘探区。川西南地区藻云岩的分布范围基本决定了储层的展布范围，因此主要针对雷四3亚段藻云岩地层分布不清的问题开展系统研究，寻找川西南地区雷口坡组的有利勘探区带。

2 方法原理及流程

地震反演是储层预测的常用方法之一[17]，其利用地表观测到的地震数据，用钻井和地质规律来作为约束，预测地下介质的弹性参数及含油气性。根据输入数据的不同，勘探领域地震反演通常可分为叠后和叠前反演两大类，形成了多种成熟的反演技术方法[18]。目前比较常用的主要有：基于褶积模型的反演、非线性反演和地质统计学反演，这些方法在油田储层评价中有许多成功的应用案例，但这些方法尚存一定的局限性。基于褶积模型的反演分辨能力与地震数据相同，反演结果基本与地震属性分析结果类似；非线性反演由于受反演算法计算效率和非全局最优的影响，预测结果常常难以满足生产需要；地质统计学反演结果随机性强，对井位分布依赖严重，井点周围与无井区差异大，无法反映真实的地质规律。

优选地震波形指示反演方法来进行藻云岩的精细定量预测，该反演技术充分利用地震波形的横向变化信息, 利用地震波形横向相似性驱动测井高频信息，实现高分辨率反演[19]。地震波形的纵向和横向变化代表了岩性组合及地震相的变化，地震波形相似的区域代表了相似的岩性组合和地震相，相应区域的测井曲线特征也具有一定的相似性，通过在反演过程中利用地震波形的横向变化替换变差函数，建立中频地震信息与实钻井高频测井信息之间的映射关系，从而达到反演储层参数的目的。地震波形指示反演过程包含3个关键步骤：一是通过奇异值分解来进行井旁地震波形聚类，从而搭建起测井曲线特征与地震波形(代表地震相)的映射关系，建立不同的样本集，相同沉积相中的井具有相似的地震波形和测井曲线结构特征；二是分析不同波形结构对应的样本集分布，根据样本集中的共性特征作为初始模型，从而建立了不同地震波形与反演初始模型间的对应关系，实现地震相控的初始模型建立；三是在贝叶斯框架下，利用优选样本集的共性部分作为初始模型进行迭代反演，不断修正初始模型，直到反演结果符合地震波形的横向分布和井曲线特征，从而得到高分辨的反演结果。地震波形指示反演对井的分布要求低,比传统随机反演方法确定性更强，在提高垂向分辨率的同时，横向预测性得到有效保证；同时利用了地震波形的横向变化来代替传统变差函数[20]，而地震波形代表的是沉积的岩性组合及地震相，是真正意义上的相控反演[21]。沈正春等[22]利用波形指示反演技术刻画了东营凹陷沙三中亚段超隐蔽浊积岩储层，部署探井均获商业油流，展示了该技术良好的应用前景。

由于研究区尚处于勘探探索的早期阶段，钻井较少，区域的地质认识不明确，缺乏足够的岩石物理分析数据，难以满足叠前地震反演技术的需求，因此采用基于偏移叠加地震数据的叠后地震波形指示反演技术来预测藻云岩的分布。图3为川西南白马庙地区薄层藻云岩预测的流程图，首先需要对地震数据与测井曲线的品质进行评价，分析实际地震数据的信噪比和分辨率等指标是否符合油气检测的要求。如当资料品质较差时，可以开展一些针对性的去噪、提高分辨率等处理，同时对测井曲线的井眼垮塌和密度曲线等进行校正；接着通过精细的井震标定分析藻云岩发育的地震反射特征，选取敏感地震属性定性预测储层的分布规律，为叠后波形指示反演提供指导；在储层定性分析的基础上，通过岩石物理分析确定藻云岩的敏感测井曲线，通过提取敏感曲线的高频信息与地震波阻抗的低频信息进行重构，获得能够反映藻云岩的拟波阻抗曲线；利用拟波阻抗曲线与地震层位建立的初始框架模型得到反演的初始低频模型，继而开展研究区目的层段的藻云岩分布检测；结合已钻井藻云岩分布情况和多属性预测的结果来评判反演结果的可靠性，若结果不符合已钻井和地质规律，需要更新反演参数，从而得到研究区藻云岩的纵横向分布规律，来指导该地区下一步的勘探研究工作

图3 薄层藻云岩预测流程图Fig.3 Flowchart of thin-layer algal dolomite prediction

3 地震属性定性分析

地震属性分析是储层及流体预测的重要辅助手段[23-24]，可以分为振幅、频率、相位及几何类等[25]，优选地震属性是开展岩性预测最直接有效的手段。在精细合成记录标定的基础上，分析雷四3亚段藻云岩地层的反射特征，建立单井藻云岩厚度与地震属性间的关系，结合藻云岩的纵向分布规律优选时窗，开展敏感属性优选，定性分析雷四3亚段藻云岩的分布规律。

3.1 地震反射特征分析

基于目的层段的频谱分析，地震主频为25 Hz左右，根据地震纵向分辨率的定义，地震的纵向分辨率极限为1/4波长，也就是地震只能分辨60 m以上的地层。研究区马鞍塘组厚度较为稳定，在20 m左右，而雷四3亚段地层厚度变化较大，为0～80 m，在地震上难以区分开来。

通过对研究区及相邻地区雷口坡组多口实钻井的地层划分对比，利用精细井震标定，分析雷四3亚段藻云岩厚度变化时的地震响应特征。如图4所示，选取4口典型钻井，其中S1、X1位于研究区附近，Q1、D1位于研究区内。图4中，蓝色虚线为小塘子底界，是小塘子组碎屑岩与马鞍塘组生物灰岩的界面，波阻抗差异较大，地震上表现为连续强波峰的反射特征，为标志反射层；绿色虚线表示马鞍塘组底界，地层较厚时，如S1井马鞍塘组厚度52 m，表现为弱波峰反射，而地层减薄时，像Q1、X1、D1井马鞍塘组厚度在20 m左右，马鞍塘组底界表现为波峰与波谷间的零相位反射；黑色虚线为目的层雷四3亚段的底界，与马鞍塘组反射特征类似，S1、Q1井地层厚度80 m左右，表现为弱波峰反射，而X1、D1井地层厚度较薄，表现为紧贴小塘子底的零相位反射。结合正演分析等研究，雷四3亚段藻云岩地层地震反射受地层厚度的影响较大，地层由厚减薄时，雷四3亚段底界地震反射特征由弱波峰逐渐过渡为复波反射，再过渡为紧贴小塘子底界强波峰的零相位反射。

图4 合成记录标定Fig.4 Synthetic log calibration

3.2 振幅属性分析

地震资料的振幅变化直接反映了地层岩性的变化，振幅属性能够有效突出地震数据的振幅差异，从而可以用来识别岩性和岩相变化。通过上述分析，明确了雷四3亚段地层厚度变化对地震反射特征的影响。基于精细井震标定，首先对小塘子底界这一强波峰反射标志层进行追踪，接着利用连井剖面对井点附近雷四3底界开展对比追踪，并逐步利用地震波组关系，追踪得到雷四3底界的层位。当然，对于雷四3亚段地层加厚时，地层的追踪相对容易，而像D1井雷四3亚段地层较薄时，地层追踪解释的准确性较差，但对于属性分析来说，可以通过层位漂移的手段将目的层包含在内。由于研究区内马鞍塘组灰岩地层稳定在20 m附近，因此可以通过提取小塘子底界到雷四3亚段底界往下10 ms的地震属性，来消除雷四3亚段底界解释不准带来的误差，从而更为准确地分析雷四3亚段的藻云岩地层发育情况。图5为沿所选时窗提取的雷四3亚段最大波谷振幅属性，当雷四3亚段藻云岩地层厚度较厚时，波谷振幅较强，而地层变薄时，波谷逐渐减弱直至消失。Q1井雷四3亚段藻云岩地层厚度79 m，位于波谷振幅较强的区域，而D1井雷四3亚段地层厚度只有3 m，波谷不发育，位于波谷振幅极弱的位置，振幅属性结果与实钻井匹配性较好。

T表示地震道中的联络测线号(Trace)；L表示地震道中的主测线线号(Line)，以T86、L900为例，分别表示联络测线号86、主测线号900的位置，下同图5 最大波谷振幅属性图Fig.5 Maximum trough amplitude attribute map

3.3 波形分类属性分析

地层岩性及岩相等的变化直接影响着地震波形的变化，通过上述分析，雷四3亚段藻云岩厚度不同导致地震波形存在明显的差异，这里我们利用波形分类属性，可以进一步得到藻云岩发育的厚值区。需要注意的是，由于目的层的厚度变化较大，常规波形聚类方法不能奏效，需要选择频率域波形分类方法，该方法能够接受一定的层位解释误差，对地层厚度变化更为敏感。在研究区资料应用中，发现当波形分类数量过多时，不同波形分量的含义难以解释，而分类数过少，难以区分藻云岩发育的有利区，通过测试，选择波形分类的数量为9。图6为白马庙三维区频率域波形分类属性图，Q1井位于藻云岩发育的有利波形位置，而D1井则落在藻云岩不发育的波形位置。结合振幅属性和频率域波形分类属性可以发现，两种方法预测的藻云岩分布大体一致，藻云岩主要发育在研究区的西北部，由北西向南东逐渐减薄。值得注意的是，振幅属性西北角表现为弱振幅，与已有认识和波形聚类结果相悖，这是因为工区西北角雷四3亚段地层之上发育天井山组地层，而天井山组地层纵波阻抗与雷四3亚段相近，导致二者之间没有明显的反射界面，从而使得提取的波谷振幅属性变弱。

图6 频率域波形分类属性图Fig.6 Waveform classification attribute map in frequency domain

4 叠后精细反演定量预测

多属性分析与优选对白马庙地区雷口坡组雷四3亚段藻云岩的分布形成了初步的认识，但该工作只能提供藻云岩发育的有利区域，无法对藻云岩的分布进行定量预测。优选地震波形指示反演方法来进行藻云岩的精细定量预测，该方法克服了常规反演分辨率低以及受子波和低频模型影响较大的缺点，利用地震波形横向变化代替变差函数，实现了相控高分辨率反演。在上述属性分析工作的基础上，结合岩石物理分析获取藻云岩敏感曲线，基于井约束的地震波形指示反演开展藻云岩分布的定量预测研究，提高白云岩的预测精度，利用反演结果来寻找雷口坡组下步勘探的有利指向区。

4.1 岩石物理分析

通过岩石物理分析，选取对白云岩与膏质云岩和膏岩最为敏感的参数，为井约束反演提供依据。图7为不同岩石物理参数与岩性关系的直方图。可以看出，膏岩和白云岩可以通过声波、电阻率以及阻抗等多种参数区分开来，而膏质云岩和白云岩由于速度相近，声波、密度、伽马等相互重叠，难以区分。电阻率曲线对白云岩和膏质云岩、膏岩有很好的区分性，白云岩与膏岩、膏质云岩位于不同的电阻率区间，白云岩的电阻率远小于膏质云岩和膏岩的电阻率。因此，电阻率曲线对白云岩最为敏感，可以采用基于电阻率的井约束反演来预测出白云岩的分布。

图7 测井曲线与岩性关系直方图Fig.7 Histogram of relationship between logging curve and lithology

4.2 特征曲线重构

特征曲线的重构以地质、测井和地震解释工作为基础。基于上述岩石物理分析，电阻率曲线最能反映白云岩地层的特征，因此以电阻率测井曲线为基础，建立电阻率与声波时差之间的相关性，实现白云岩特征曲线的重构。通过高低频分离的方法，提取声波曲线的低频信息作为拟声波曲线的低频信息，低频的频率范围选择根据目的层的地震有效频带为依据，而高频来自电阻率曲线，通过信息融合技术将二者融合，构建出既具备地质意义又能反映白云岩的拟声波曲线。图8为Q1井目的层段原始波阻抗和拟波阻抗曲线与电阻率曲线交会图，从图8中可以看出，在不破坏原始时深关系的前提下，重构后的拟波阻抗与电阻率间呈现良好的正相关关系。电阻率的变化代表了白云岩、膏质云岩和膏岩等岩性的变化，因此重构后的拟波阻抗曲线能够体现岩性的变化特征，为后续拟波阻抗反演提供了可行的基础数据。

图8 波阻抗重构前后与电阻率曲线交会图Fig.8 Cross-plot between resistivity curve and impedance curve before and after reconstruction

4.3 基于井约束的地震波形指示反演

在拟波阻抗曲线重构的基础上，选取地震波形指示反演来预测薄层白云岩储层。波形指示反演技术充分利用地震波形的横向变化信息,代替传统变差函数进行高频成分的模拟。该方法对井的分布要求较低,克服了常规反演分辨率低以及受子波和低频模型影响较大的缺点，比传统随机反演方法确定性更强，在提高垂向分辨率的同时,横向预测的准确性得到有效保证，从而可以提高薄层藻白云岩的预测精度。

图9为过Q1和D1井的地震剖面以及井约束地震波形指示反演的反演结果剖面。图9中颜色越红，表明藻白云岩发育程度越高；蓝色表示藻白云岩不发育，指示膏质云岩与膏岩发育。从反演剖面上可以直观在看出，白云岩与膏质云岩、膏岩的界面比较明显，白云岩的纵横向展布特征清晰。对比相应的地震剖面，白云岩与膏岩、膏质云岩均位于小塘子底界强波峰以下的波谷之中，难以区分。图9(b)中井旁测井曲线为电阻率曲线，电阻率曲线突然增大的位置是白云岩与膏质云岩或膏岩的分界面。基于井约束的地震波形指示反演结果与实钻井的电阻率曲线具有很好的匹配关系，其中Q1井藻白云岩地层较厚，达到79 m，D1井藻白云岩不发育，仅3 m，反演结果剖面与钻井结果吻合较好。反演结果进一步反映出了藻白云岩地层的横向展布特征，由Q1井到D1井逐渐减薄，D1井所在的断裂上盘藻白云岩几乎剥蚀殆尽，藻白云岩地层主要分布在Q1井所在的断裂下盘。

图9 过Q1、D1井地震剖面及反演结果Fig.9 Seismic section and inversion results of well Q1 and D1

结合岩石物理分析结果和目的层段井震对应关系，确定藻白云岩的反演结果门槛值范围，统计藻白云岩的地层厚度，绘制得到雷四3亚段藻白云岩地层厚度平面分布图(图10)。其中Q1井预测藻白云岩厚度73 m，实际厚度79 m，D1井预测藻白云岩厚度3 m，实际钻遇厚度3 m，反演结果与实钻井钻遇白云岩的厚度误差均在10%以内，证实了基于井约束的地震波形指示反演对于川西南薄层藻白云岩预测的可靠性。

图10 地震波形指示反演藻云岩地层厚度Fig.10 Inversion of algal dolomite formation thickness by seismic waveform indication

印支运动早幕，龙门山自西向东推覆，北东向构造发育，雷口坡组抬升地表，自东向西逐渐遭受剥蚀。白马庙地区西北部靠近龙门山前，雷四3亚段地层受剥蚀影响较弱，残余地层厚度较厚，往东南靠近盆地内部，雷四3亚段遭受剥蚀严重。基于井约束的地震波形指示反演结果也表明雷四3亚段藻白云岩在东部和南部剥蚀殆尽，残余地层厚度较薄，藻云岩厚值区主要位于研究区西北部，与已有地质认识相吻合。以白云岩30 m作为藻云岩储层发育的门槛值，基于叠后薄层藻云岩预测技术识别出藻白云岩的有利分布区面积达150 km2，是下一步该地区雷口坡组雷四3亚段的有利勘探方向。通过应用结果可知，基于井约束的地震波形指示反演预测技术可以在少井区薄层预测中提高反演的纵向和横向分辨率，提高薄层白云岩的预测精度，从而有效提高研究区钻探的成功率，降低油气勘探的风险。