四川盆地元坝地区茅三段岩溶体精细刻画

2023-01-18陈会霞季春辉李文成张志宇郝祥礼

天然气技术与经济 2022年6期

陈会霞潘蓓季春辉李文成张志宇郝祥礼

（1.中国石化勘探分公司，四川成都 610041；2.长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南长沙 410012）

0 引言

茅口组碳酸盐岩是四川盆地油气勘探的重点层系，A7井在茅三段测试获得日产105.9×104m3的高产工业气流，实现了四川盆地茅口组台缘高能滩相新领域的油气勘探重大突破［1］。前期地质研究认为，元坝地区茅三段高能滩相储层主要发育在台地边缘相内，近期钻井揭示元坝地区茅三段台缘滩相储层受到岩溶作用改造，形成岩溶孔洞型储集层，是油气勘探的有利区［2-3］。然而钻井揭示茅三段岩溶储层厚度薄、非均质性强，且元坝地区茅口组地层埋深普遍大于7 000 m，常规地震资料对于储层的识别能力不足。基于以上问题，笔者针对元坝地区茅三段的地质构造特征开展地震资料优化处理、古地貌恢复、结构张量属性分析，以期刻画出茅三段岩溶体的展布。

1 研究区概况

元坝地区位于四川盆地北部，整体为一个大型低缓构造带。川北地区茅口组沉积过程分为两个阶段，茅一、茅二沉积期为稳定沉降的碳酸盐岩缓坡沉积。受峨眉地裂运动影响，早期存在的基底断裂活动产生的差异性升降使得川北地区茅口组早期缓坡沉积格局转变为茅三晚期拉张裂陷的台棚格局，形成开江—梁平陆棚雏形，元坝地区地处开江—梁平陆棚西侧，发育台地边缘—斜坡—陆棚沉积相带。

早二叠世末期，受峨眉地幔柱隆升影响，四川盆地遭受差异抬升，茅口组顶部出露地表，经历了漫长的沉积间断，期间遭受了长期的风化剥蚀和大气水淋滤溶蚀作用，在茅口组内部形成了大量的孔洞空间，茅口组顶部形成了地表岩溶地貌［4］。元坝地区茅三段台缘浅滩继承性演化为岩溶高古地貌，一方面古地貌高部位浅滩具有一定基质孔隙，良好的物质基础有利于后期不整合岩溶叠加改造，形成茅口组顶部孔隙—孔洞型储层，另一方面暴露岩溶作用使得茅三段中部发育半充填岩溶缝洞储层［5］。

2 茅三段岩溶体刻画

四川盆地在茅口组末期发生了大面积表生成岩作用，沿不整合面或断裂形成岩溶缝洞型储层，目前对于四川盆地岩溶储层的预测方法主要是基于测井和地震资料来分析岩溶储层的地震响应特征［6-10］。元坝地区多口钻井岩心岩溶特征明显，但是储层薄、非均质性强，其测井、地震响应不明确，目前无法通过常规储层预测手段进行精细刻画，笔者主要探索利用钻井建立的岩溶地质模式，结合古岩溶地貌和结构张量属性分析来精细刻画茅三段岩溶体的展布。

2.1 地震资料优化处理

元坝地区茅三段地层埋深大，原始剖面主频较低、频带窄，且茅三段内部反射特征变化微弱、岩溶特征难以识别，储层预测的难度大。本次针对茅三段岩溶目标进行基于压缩感知的提高分辨率处理，处理后的地震资料主频由25 Hz提升到40 Hz，带宽由10～55 Hz拓宽至6～82 Hz，提高分辨率资料低频保留良好，地层及沉积结构保持一致；高频拓宽效果显著，茅三段内部反射结构丰富，能更清楚地反映茅三段地貌变化特征（图1），为后期储层预测奠定了基础［11］。

图1 地震资料提频前后对比图

构造导向滤波技术可以通过利用地层倾角和方位角进行定向滤波，将原始地震资料中不连续的同相轴进行滤波修饰，在压制随机噪声的同时提高地震资料信噪比［12］。本次研究开展基于以倾角为导向的构造滤波优化处理，提高了原始数据信噪比（图2a、图2b黑色箭头处），茅口组顶界同相轴振幅横向能量突变、断点更清晰、干脆（图2a、图2b黄色圆圈处），提高了对茅三段岩溶体的识别能力（图2）。

图2 基于压缩感知的提高分辨率处理地震资料构造导向滤波处理前后对比图

2.2 岩溶古地貌刻画

古地貌决定了古岩溶的深度、范围和强度，古地貌恢复对于认识岩溶储层的发育规律、寻找有利区带具有重要的指导意义［13］。由于元坝地区茅三段残余地层厚度大的区域整体沉积能量较高，残余地层厚度小的区域沉积能量较低，残余厚度大小与古岩溶地貌高低具有正相关性，表现为低部位侵蚀为主的岩溶特征［14-15］，因此可以采用残余厚度法对其古岩溶地貌进行恢复。根据元坝钻井茅口组地层沉积相分析，元坝地区茅三段为不等厚沉积，这表明茅三段底面难以作为基准面来恢复茅三段岩溶古地貌，而该区茅一段、栖霞地层区域分布广泛，厚度基本稳定，且无明显构造隆起、断裂，属整体抬升特征，因而笔者以茅一段顶面作为茅口组顶面古岩溶地貌恢复基准面，利用残余厚度法来恢复茅口组顶面古岩溶地貌。

元坝地区茅三段岩溶古地貌整体呈北西—南东走向，最高地貌位于A7井附近（图3）。根据茅口组顶面至茅二段底面厚度、内部相对高差，结合古地理环境、古水动力分析，将元坝地区茅口组顶面古岩溶地貌划分为3类二级地貌单元（表1）。

表1 元坝地区茅口组顶面古岩溶地貌类型划分表

图3 元坝地区茅三晚期岩溶古地貌图

岩溶高地位于元坝地区北部，地形、地势平坦，地形微起伏，地表水系不发育，负地形以浅洼地为主。该地区属元坝地区高部位、地下水补给区。大气降水以垂向入渗为主，岩溶作用主要沿裂缝进行淋滤、渗滤，受地形坡降的影响，岩溶地下水分别向北侧、西南侧径流排泄。由于岩溶高地向两侧坡降较小，地下水侧向径流缓慢，因而此时期岩溶作用主要位于浅部0～40 m范围，岩溶以溶蚀孔洞为主。岩溶峰丛位于元坝地区东南部，地形起伏大，沟谷发育。该地区较岩溶高地位置相对低一些，属地下水补给、径流区。地下水补给除接受大气降水垂向入渗外，还接受高地貌区的侧向径流补给，因而整体岩溶作用强度比岩溶高地稍强。岩溶作用也主要发生在浅部0～80 m范围，受水动力强度和暴露时间的影响，岩溶以溶蚀孔洞、溶蚀裂缝为主，溶蚀缝洞规模较小。岩溶丘丛位于元坝地区西南部，地形、地势有一定的起伏，属元坝地区相对低部位、地下水径流排泄区，地下水主要接受岩溶高地和岩溶峰丛的侧向径流排泄，整体水岩作用周期相对较长，但由于地下水径流缓慢，岩溶作用强度相对较弱（图3）。

2.3 岩溶体地震异常识别

钻井揭示元坝地区茅三段岩溶发育规模较小且充填严重，岩溶储层薄、非均质性强，且不同岩溶相内岩溶缝洞体发育程度及地震响应特征存在差异。A7井、A701井、A702井位于岩溶高地内（图3），茅三段顶部岩溶作用较弱，顶部风化残积层基本不发育（图4），局部发育孔隙—孔洞型储层；垂向渗流作用相对较弱，局部裂缝发育，被附近岩溶侧向泥质充填，部分半充填，偶见残余孔洞；水平潜流基本不发育。地震上表现为残余地层厚，顶底界面横向连续性强、顶底中弱波峰，内部空白或复波的反射特征。A8井位于峰丛的斜坡区（图3），茅三段顶部岩溶作用强，顶部风化残积层较厚（图4），岩心显示垂向渗流作用强，充填方解石、硅质等，残余孔洞少，水平潜流带可见大量残余溶洞（图5）。地震上表现为顶界面起伏大、顶底高频强波峰反射特征。A15井位于丘丛内地貌最低的位置（图3），代表了基质物性比较致密，岩溶储层基本不发育。

图4 元坝地区A8—A702—A701—A7井茅三段岩溶分带及储层连井对比图

图5 A8井茅三段岩心照片

三维地震数据包含了大量的地质信息，基于三维地震数据实现岩溶缝洞体的准确检测是定量预测岩溶储层的关键。梯度结构张量（GST）算法不仅对地震道的波形和振幅横向变化敏感，而且包含反射界面的倾角和方位角信息，可依据地质体的结构特征直观地提取相干属性，物理特性更明确［16-17］。对比传统结构类属性，如相干、曲率、方差等算法，GST算法具有更强的抗噪性和分辨能力，对于岩溶体的识别和描述效果更好，该属性目前已在塔北岩溶体［18］、顺北断缝体［19］和川南茅口组岩溶等领域取得了较好的应用效果。

通过结构张量属性与钻井精细刻度，如图6、图7所示，红色区（结构张量属性值大于0.056）反映的是岩溶早期充填作用，可分为表生暴露岩溶裂缝充填钙泥质期和表生暴露后龙潭组碎屑充填期两期作用。其中纵向区域为刚沉积不久的茅口组地层遭受大气淡水溶蚀后，灰泥和生屑顺水被带入东吴作用形成的垂向裂缝，裂缝附近岩石垮落而形成的岩溶垮塌区，整体以角砾与渗流的泥、生屑混合物快速堆积填充。该区垂向充填较为严重，但推测洞底附近存在横向径流带，并存留未被充填孔洞。茅口组顶面横向展布的红色区域为风化残积层，为暴露岩溶期结束后，吴家坪组泥和煤对岩溶缝洞的二次充填，导致储集空间进一步减小。黄色区（结构张量属性值介于0.040～0.056）和绿色区（结构张量属性值介于0.025～0.040）为岩溶作用辐射区，前两期填充作用相对较弱，进入埋藏期后可能有一定程度的方解石填充，整体残余孔洞较多，有较大可能为储层发育区。

图6 元坝地区结构张量属性叠合地震连井剖面A-A'

图7 元坝地区结构张量属性叠合地震连井剖面B-B'

结构张量属性与已钻井吻合程度高，可以有效地反映茅三段岩溶异常体的可能展布形态。根据结构张量属性刻画的异常体的展布分析认为，不同地貌单元内岩溶发育程度存在差异，整体上峰丛岩溶发育程度最高，其次是高地，丘丛最低。峰丛岩溶程度最高，相带内红色区范围大，表现为顶部风化层以及沟谷或者地貌低部位有垂向和侧向溶蚀充填，沟谷两侧的黄绿色区为岩溶作用辐射区，充填作用相对较弱，残留孔洞多，储层发育；高地岩溶程度较高，相带内红色区范围较大，主要表现为顶部风化层及局部多个岩溶漏斗的垂向渗流带充填，黄绿色区范围小，表现为岩溶漏斗周围的岩溶辐射，残余孔洞较少，储层发育程度低；丘丛岩溶程度最低，相带内红色区范围小，黄绿色区范围大，局部地貌高部位的残丘内可能发育岩溶储层（图6、图7）。