川西南碳酸盐岩古岩溶储层岩石物理特征及识别——以广汉斜坡地区中三叠系雷口坡组四段3亚段为例

杨飞，王顺，易杨，刘雅博，韩冰

1.油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学)，湖北 武汉 430100 2.长江大学地球物理与石油资源学院，湖北 武汉 430100

碳酸盐岩储层在世界油气生产中占据极其重要的地位，世界总油气产量的60%来自于碳酸盐岩储层，占世界石油产量约2/3的中东地区80%的含油气层系位于碳酸盐岩中[1]。中三叠系雷口坡组地层作为四川盆地极具代表性的碳酸盐岩储层勘探层位之一，多年来一直受到油气地质勘探学家的关注。截至目前为止，已探明川中地区雷口坡组一段的磨溪气田、川西北中坝气田的雷口坡组三段气藏、川中营山-龙岗地区的雷口坡组四段(以下简称雷四段)气藏、川东北元坝地区雷四段气藏、川西凹陷鸭子河构造雷四段气藏等和其他一些小规模的气藏。川西地区中三叠系雷四段，虽然没有形成气藏，但有大量地层水产出，同样拥有非常好的储层。

随着四川盆地油气资源勘探的日益深入，川西地区主力产油气藏多处于开发中后期，区内可采储量急剧下滑，探寻新的有利油气区已成为勘探开发的迫切需求。对于四川盆地西南部(以下简称川西南)的油气勘探，2010年以前主要以陆海相相结合的勘探模式，但均未获得油气突破[2]。2014年1月，位于川西南龙门山前构造带石羊场-金马-鸭子河构造带上的PZ1井在雷四段上亚段测试获天然气产量121.05×104m3/d，证实了该区域雷四段气藏的可能性。此后，先后实施了YS1井、YSh1井、PZ115井、PZ113井和PZ103井等5口滚动评价井，对气藏展开了评价，提交的预测储量和控制储量都超过千亿立方米，川西南雷四段气藏成为该区域天然气勘探开发增储上产的重点区块。为此，笔者针对川西南广汉斜坡地区雷口坡组四段3亚段(以下简称雷四3亚段)，开展了碳酸盐岩古岩溶储层岩石物理特征研究及古岩溶圈闭的识别。

1 区域地质概况

川西南广汉斜坡地区构造位置隶属于川西坳陷广汉-中江斜坡地带。区内钻有马井1井、彭州1井、川科1井、都深1井、新深1井和永胜1井等，以马井、成都、绵阳等连片三维地震片区为工区，面积可达3474km2(见图1)。

图1 川西南广汉斜坡地区雷四3亚段沉积相图Fig.1 Sedimentary facies map of the 3rd sub-member of the 4th member of Leikoupo Formation in Guanghan slope area of Southwestern Sichuan

早中三叠世，上扬子西北缘克拉通具“镶边”碳酸盐台地沉积特征，发育台缘浅滩和台内浅滩；中晚三叠世之交，随着古特提斯洋逐步关闭，川西地区克拉通及其周缘盆地逐渐转变为前陆盆地，沉积格架由“镶边”碳酸盐台地沉积转变为远端变陡缓坡沉积楔。印支早期运动使地台整体隆升，海水退出上扬子台地，中三叠统碳酸盐岩普遍受到不同程度的剥蚀和喀斯特化，形成区域不整合面。川西南雷口坡组整体处于古岩溶斜坡带之下，岩溶储层发育较好[3]；印支早期运动后，晚三叠世马鞍塘期，川西前陆挠曲稳定翼向克拉通内迁移，形成超覆在中三叠统天井山组缓坡楔之上的马鞍塘组碳酸盐岩缓坡沉积楔。

雷四段时期，地层整体处于海退期，自龙门山断裂带向东的沉积相带依次为斜坡-半深海盆地相、开阔台地-台地边缘浅滩相、局限台地及剥蚀区。在雷四段形成早期，蒸发作用最为强烈，在川西坳陷一带形成了一个大膏盐湖，以厚大膏盐沉积为主，夹部分深色微晶白云岩；雷四段中期，蒸发作用逐渐减弱，海水逐渐淡化，以蒸发潮坪亚相沉积为主，由膏盐岩-微晶白云岩互层组合向上变化为微晶白云岩夹膏岩；雷四段晚期，迎来了雷口坡期最后一次海侵，以局限潮坪、藻砂屑滩亚相为主，岩性为微晶白云岩、灰质白云岩、白云质灰岩、藻砂屑灰岩组合[4，5]。雷四3亚段顶部的局限台地相碳酸盐岩储层中发育与印支期不整合面相关的古岩溶储层，该储层在广汉斜坡地区分布广，厚度较大，物性条件较好，是川西南海相地层中重要的油气勘探目标区域。

2 雷四3亚段地层及构造特征

2.1 地层特征

川西南中晚三叠世地层发育齐全，晚三叠世的印支运动使得川西南原本拉张的构造环境转变为挤压，产生构造反转，川西凹陷进入了前陆盆地演化阶段，并逐渐从海相环境过渡到陆相环境。广汉斜坡地区广泛发育雷口坡组地层，由上至下第四系-中三叠统雷口坡组均发育较全，仅局部地区雷四段剥蚀严重。

广汉斜坡地区局限台地相分布范围较广，区内雷四3亚段地层厚度100～170m，可识别出潮间带上、潮间带下2个亚相。雷四3亚段下储层段在区内保存完整，厚度约50～120m，且以含泥质白云岩、藻砂屑白云岩、藻砂屑灰岩及微晶白云岩为主；上储层段厚约0～50m，岩性主要为藻砂屑藻凝块灰岩(见图2)。由于在沉积时期区域地势相对低缓，海平面的升降作为地层沉积的重要影响因素，使得沉积微相出现频繁变化的特点。雷四段孔隙型储层主要分布于中上亚段，其中以雷四3亚段发育最好，是川西南近期的主要勘探目的层之一[6]。广汉斜坡地区雷四3亚段的碳酸盐岩古岩溶较为发育，是该次研究古岩溶储层的目标层位。

2.2 构造特征

川西坳陷雷口坡组具有“两隆、两凹、两斜坡”的构造格局，“两隆”为金马-鸭子河-安县隆起带、新场隆起带，“两凹”为元通-安德凹陷、绵竹凹陷，“两斜坡”为广汉-中江斜坡、永兴-绵阳斜坡[7]。研究区整体呈现为东北部低西南部高的斜坡，高点位于研究区南部永胜1井一带，最浅处海拔-3500m。

广汉斜坡地区雷口坡组地层的剥蚀发生于早印支运动期间，该时期四川盆地在构造上整体表现为抬升，地势上表现为西高东低的特点。雷四段的沉积地层厚度由西南向东逐渐降低，且后期受印支运动影响，整个区域受到挤压推覆作用产生大量逆冲断裂(见图3红色斜线)。四川盆地雷口坡组地层沉积的范围广、规模大，其中以雷四段残留地层厚度最大，对比于四川盆地其他地区，川西南雷四段地层的残留厚度偏薄，雷口坡组顶部长期表现为一个西低东高的大斜坡(即广汉-中江斜坡带)。

该次研究利用井震结合的地震层位标定方式对研究区主要储层雷四3亚段底进行了层位标定。雷四3亚段与上部须家河组底接触，在地震剖面上常见明显的尖灭现象(见图4)。在层位标定的基础上全面剖析研究区雷四3亚段的空间展布特征，为后续进一步识别该层有利储集区奠定基础。

图2 马井1井雷四3亚段沉积相特征图Fig. 2 Sedimentary facies characteristics of the 3rd sub-member of the 4th member of Leikoupo Formation of well Majing 1

图3 广汉斜坡地区雷口坡组地震剖面图Fig. 3 Seismic profile of Leikoupo Formation in Guanghan slope area

3 古岩溶储层岩石物理特征

图4 雷四3亚段地层尖灭典型地震剖面Fig. 4 Typical stratigraphic pinchout seismic profile of the 3rd sub-memberof the 4th member of Leikoupo Formation

图5 广汉斜坡地区各井雷四3亚段岩石波阻抗特征Fig. 5 Wave impedance characteristics of rocks of each well in the 3rd sub-member of the 4th member of Leikoupo Formation in Guanghan slope area

雷四3亚段是广汉斜坡地区的优质储

层，其发育的主要控制因素是白云岩化+早期暴露溶蚀+晚期埋藏溶蚀。白云岩化作用是作为优质储层发育的重要岩性基础，在白云化过程中形成大量以晶间孔为主的基质孔隙，为后期成岩改造提供了较好的流体通道[8]。古表生溶蚀作用为优质储层形成提供了有利条件，在钻井过程中主要表现为井漏、钻井放空等现象，在岩心和薄片中，也发现褐色方解石晶体，悬垂状、等厚环边胶结、渗流粉砂等古表生岩溶作用的显著标志。古表生岩溶是指在颗粒岩中虽然产生了大量溶蚀孔、洞、缝，但由于较强的胶结、充填作用，导致颗粒岩类在古表生期表现为以孔隙破坏为主的过程，而在晶粒白云岩及含颗粒的晶粒白云岩中，则以保存和加强白云化后形成的基质孔为主，同时产生了一定的溶蚀孔、洞、缝。晚期埋藏溶蚀作用作为优质储层形成的重要原因，进入再埋藏环境后，溶蚀流体沿前期保存的基质孔、溶孔洞及裂缝，产生规模溶蚀。

对广汉斜坡地区上的川科1井、马井1井、彭州1井等5口井的雷四3亚段分别就古岩溶储层段和非储层段进行岩石物理分析(永胜1井因构造位置较高，雷四3亚段已剥蚀殆尽，因此未被列为该次统计范围之中)。该次岩石物理分析主要针对波阻抗与孔隙度的关系进行。根据研究区内钻井雷四3亚段的岩石物理分析结果，同一深度条件下，古岩溶储层段的波阻抗小于非储层段，其阈值为16100g·m/(s·cm3)，即波阻抗≤16100g·m/(s·cm3)为储层，波阻抗>16100g·m/(s·cm3)为非储层(见图5)。统计研究区内钻井的孔隙度与波阻抗的关系发现，孔隙度≥2%时为储层，孔隙度<2%时为非储层，且孔隙度与波阻抗之间存在负相关性，即随着孔隙度的增大，波阻抗减小(见图6)。

4 古岩溶储层识别

图6 广汉斜坡地区雷四3亚段孔隙度与波阻抗交会图Fig.6 Intersection diagram of porosity and wave impedance in the 3rd sub-member of the 4th member of Leikoupo Formation in Guanghan slope area

图7 古岩溶储层识别技术路线图Fig.7 Technical roadmap for paleokarst reservoir identification

图8 广汉斜坡地区雷四3亚段波形聚类分析图Fig.8 Waveform cluster analysis diagram of the 3rd sub-member of the 4th member of Leikoupo Formation in Guanghan slope area

地震预测技术是碳酸盐岩古岩溶储层识别的主要途径之一[9]，其技术路线如下：首先确定碳酸盐岩古岩溶储层发育的有利沉积相带；然后分析碳酸盐岩古岩溶储层的地震属性特征，进行地震属性定性识别；再结合碳酸盐岩古岩溶储层物性上的差异进行相控下的地震岩性预测，定量-半定量地进行碳酸盐岩古岩溶储层有利区预测；最后综合地球物理定量-半定量的预测结果，圈定碳酸盐岩古岩溶圈闭(见图7)。

由于任何地下地层的变化都会引起地震波形的变化，可以通过提取地震信息在空间上的相似性来描述地质信息的空间变化[10]。在特定目的层时窗内，根据地震道波形特征，逐道对比，求同存异，突出各地震道的相似性，刻画地震波形在横向上的变化，在平面上以不同颜色代表不同地震相类型，再依据地震相反映的沉积相变化，明确沉积相在平面上的展布特征。

由于研究区沉积相为局限台地相，亚相类型不多，因此采用6种波形聚类对雷四3亚段地震相划分(见图8)，明确了雷四3亚段的沉积相展布特征，剥蚀区、底部波峰中间波谷、底部波谷中间波峰、顶部波谷中间波峰、平坦型、顶部波峰中间波谷等波形聚类分别对应潟湖、含膏潟湖、膏湖、藻屑滩、藻砂屑滩、砂屑滩[11-13]。

古岩溶储层的定量-半定量预测是通过波阻抗反演求得地震波阻抗体，再利用前期岩石物理特征结果，将波阻抗体转换成古岩溶储层与非古岩溶储层岩性体，最后计算古岩溶储层厚度，预测古岩溶储层有利区分布范围[14,15]。利用都深1井、马井1井等进行时深标定，确定井上波阻抗与地震剖面井旁波阻抗的对应关系，标定子波为井旁道统计子波，子波长度为100ms。在都深1井-马井1井连井波阻抗反演剖面上(见图9)可以看出，波阻抗与井旁道的波阻抗符合度较高，说明该次波阻抗反演结果是可靠的。再根据前期古岩溶储层岩石物理特征确定的古岩溶储层、非储层的波阻抗门槛值(16100g·m/(s·cm3))，将反演波阻抗体转换为储层、非储层岩体，得到古岩溶储层预测剖面，剖面中的棕色(气层)部分即为古岩溶储层(见图10)。

注：T3x1表示须家河组一段；T3x2表示须家河组二段；T3x6表示须家河组六段；表示雷四3亚段。图9 都深1井-马井1井连井波阻抗反演剖面图Fig.9 Wave impedance inversion profile of well Dushen 1-well Majing 1

图10 都深1井-马井1井连井岩古溶储层预测剖面Fig.10 Prediction section of paleokarst reservoir in well Dushen 1-well Majing 1

在反演体中统计雷四3亚段古岩溶储层厚度，绝大部分大于20m，再将雷四3亚段古岩溶储层厚度与有利古岩溶储层有利区图相叠合，并以40m为限，优选出4个岩溶圈闭(见图11)，规模均较大，总面积为645km2，其中①号和②号规模最大，均超过200km2。

图11 雷四3亚段古岩溶储层厚度与有利古岩溶储层有利区叠合图Fig.11 Overlap diagram of paleokarst reservoir thickness and favorable area of favorable paleokarst reservoir in the 3rd sub-member of the 4th member of Leikoupo Formation

5 结论

1)川西南广汉斜坡地区中三叠系雷口坡组四段局限台地相碳酸盐岩古岩溶储层发育，是油气勘探的重点层段，其中雷四3亚段厚度最大，与上覆须家河组不整合接触，在地震剖面上可识别明显的尖灭点，且发育大量与不整合相关的古岩溶储层，主要分布于雷口坡组顶面之下。

2)利用岩石物理特征、波形聚类分析、波阻抗反演等方法识别川西南广汉斜坡地区雷四3亚段古岩溶储层有利区，可指导该区碳酸盐岩的油气勘探。