复杂岩性背景下储层地震反射特征研究

代瑞雪，郗 诚，冉 崎，陈 康，梁 瀚

中国石油西南油气田公司勘探开发研究院，四川 成都610041

引言

四川盆地寒武系沧浪铺组勘探程度低，虽油气显示丰富且多井钻遇滩相白云岩，但一直未获突破。值得注意的是，中国石油于2016 年在川东地区实施了风险探井WT1 井，并于2018 年初在下寒武统沧浪铺组首次钻遇两套厚层块状白云岩[1]，沧浪铺组白云岩潜在储层的重要发现，引起了石油地质界对这一层系的重视。2019 年11 月，位于川中古隆起北斜坡沧浪铺组有了重要新发现，JT1 井在沧浪铺组下部钻遇82 m 厚碳酸盐岩，其中，白云岩厚度26 m，2020 年10 月，在该段测试获气51.62×104m3，实现了四川盆地沧浪铺组油气勘探首次突破，证明了沧浪铺组的油气勘探潜力，开辟了规模增储新阵地。但是沧浪铺组属于混积相[1-2]，岩相复杂导致了内幕地震响应特征复杂，且前期针对沧浪铺组的研究程度极低，尚未开展过沧浪铺组针对性的地球物理研究，直接制约了该层系的勘探发现进程。

因此，针对川中地区沧浪铺组开展地震响应特征研究很有必要，对拓展该勘探新领域具有非常重要的意义。本文基于地震及钻测井资料，针对沧浪铺组地震响应特征及有利区带分布规律开展综合研究，以期为推进盆地沧浪铺组油气勘探工作提供依据。

1 地质背景

川中地区沧浪铺组属下寒武统，与下部筇竹寺组、上部龙王庙组呈整合接触，沧浪铺组在高磨地区处于现今构造高部位，往北边为一个北倾单斜构造（简称北斜坡），海拔在-5 000∼-7 000 m（图1）。其地层厚度变化较大，在120∼220 m，地层总体表现为川中古隆起区薄、斜坡 裂陷区厚的特点[3]。前期地质研究表明，沧浪铺组岩石类型较为复杂，根据其不同的组合特征，将沧浪铺组分为两段：下段（沧一段）以碳酸盐岩为主，主要为鲕粒灰岩、含砂泥质灰岩、鲕粒云岩、粉晶云岩夹部分碎屑岩沉积。上段（沧二段）以碎屑岩为主，岩性为泥岩、砂岩、泥质砂岩，整体形成碳酸盐岩和碎屑岩的混合沉积[4-5]。川中地区高磨—广安—北斜坡典型井M11—M9—G6—G2—C1—JT1 沧浪铺组伽马曲线对比显示了沧浪铺组岩性组合，整体呈“二分”形态，上段呈明显厚层状高伽马显示（图2）。

图1 川中地区沧浪铺组顶界构造图Fig.1 Structural map of the top boundary of the Canglangpu Formation in central Sichuan Basin

图2 M11 井—M9 井—G6 井—G2 井—C1 井—JT1 井伽马曲线对比图Fig.2 Comparison of gamma curves of wells M11–M9–G6–G2–C1–JT1

从沧浪铺组地质背景来看：1）沉积相特征方面，古隆起、古裂陷、古台缘及古陆共同控制了沧浪铺组沉积格局，盆地内沧一段西部以滨岸—混积陆棚相碎屑岩沉积为主，东部以清水陆棚碳酸盐岩沉积为主，发育颗粒滩相，沧二段在川中古隆起高磨地区形成混积浅水陆棚沉积。2）储层发育特征方面，川中地区沧浪铺组下段滩相白云岩储层发育，为块状孔隙型，储层储集岩性主要为残余鲕粒云岩、砂屑云岩、粉晶云岩和灰质云岩，储集空间主要为粒间溶孔、晶间溶孔及晶间孔，储层厚度在2∼26 m，储层孔隙度为2%∼5%，渗透率在0.01∼0.10 mD，其中，北斜坡储层条件最优，钻井揭示，射洪地区沧浪铺组云化鲕粒碳酸盐岩储层具有连片分布趋势。3）油气成藏条件方面，川中古隆起北斜坡灯影组台缘带规模大、寒武系滩相储层发育，上倾方向存在岩性封隔带，紧邻生烃中心，滩相储层直接覆盖在筇竹寺组优质烃源岩之上，具备形成规模岩性圈闭的基本地质条件。因此，沧浪铺组在川中古隆起北斜坡地区具有巨大的勘探潜力[6-12]。

2 沧浪铺组岩相地震反射特征

2.1 研究思路

地质研究表明，沧浪铺组为混积相沉积，目前针对混积相的研究大多数停留在混积相的类型特征和沉积模式，针对类似沧浪铺组这样混积相的地震响应特征研究极其少，由于地震响应是地震波对地下介质变化的综合反映，因此，最重要的是首先建立起针对性的岩相-地震相关系模板，总结出岩性-地震响应之间的规律，理清沧浪铺组地层的岩性组合，明确碳酸盐岩平面优势相带分布，再在碳酸盐岩中识别储层。

2.2 岩相地震反射模式

对川中地区80 余口钻井开展了合成地震记录标定，明确了沧浪铺组地震反射特征，沧浪铺组顶界为龙王庙组白云岩及沧浪铺组粉砂岩接触界面，表现为强波谷反射；沧浪铺组底界由于下部筇竹寺组顶部岩性的复杂性，地震响应特征存在波峰、波谷及波峰临界点多种地震反射特征，但可以选取附近稳定可连续追踪的强波谷作为沧浪铺组底界标志层。

以过JT1 井地震剖面（图3）为例，沧浪铺组顶、底为可连续对比追踪的强波谷，但是沧浪铺组内幕地震反射特征复杂，存在短距离内双轴—单轴地震反射特征快速变化，其特有的混积相地震反射特征变化直接影响了沧浪铺组储层地震反射特征的识别。

图3 过JT1 井地震反射剖面Fig.3 Seismic reflection profile of Well JT1

由于沧浪铺组顶、底地震反射特征较稳定，因此，重点研究沧浪铺组内幕地震反射特征的变化，结合实际井分类总结了沧浪铺组不同岩性组合的典型地震反射特征，建立了5 种类型的沧浪铺组内幕地震响应模式，明确了沧浪铺组内幕岩相-地震相变化规律。

1）“双强”地震反射特征。表现为沧浪铺组内部出现上下两根强波峰同相轴，结合钻井分析认为，这类模式主要代表上部含泥质较多的碎屑岩与碳酸盐岩的岩性组合模式。上面强轴为沧二段碎屑岩内部岩性变化形成的波峰反射，下面强轴为沧浪铺组内部沧一段和沧二段分界面即碎屑岩与碳酸盐岩形成的波峰反射，典型井为GS17 井。

2）“上强下弱”地震反射特征。表现为沧浪铺组内部出现上下两根波峰同相轴，上面同相轴振幅较强，下面同相轴振幅弱，结合钻井分析，认为这类模式主要代表内部碎屑岩较多、碳酸盐很薄的岩性组合模式。上面强轴为沧二段碎屑岩内部岩性变化与子波旁瓣形成的综合反射界面，下面弱轴为沧浪铺组内部沧一段和沧二段分界面即厚层碎屑岩与薄层碳酸盐岩形成的弱波峰，典型井为MX111 井，这种模式往往代表沧浪铺组内部碳酸盐岩很薄或不发育的情况。

3）“上弱下强”地震反射特征。表现为沧浪铺组内部出现上、下两根波峰同相轴，上面同相轴振幅弱，下面同相轴强，结合钻井资料分析，认为这类模式主要代表上部为较厚的碎屑岩与碳酸盐岩的岩性组合模式。上面弱轴主要为子波旁瓣与沧二段碎屑岩内部岩性变化形成的综合反射界面，下面强轴为沧浪铺组内部沧一段和沧二段分界面即碎屑岩与碳酸盐岩形成的强阻抗界面，典型井为MX8井（图4），这种模式往往代表了沧浪铺组上部碎屑岩较厚，下部碳酸盐岩发育一般的情况。

图4 MX8 井沧浪铺组“上弱下强”地震反射特征对比图Fig.4 Comparison of“upper weak and lower strong”seismic reflection characteristics of the Canglangpu Formation in Well MX8

4）“单强”地震反射特征。为沧浪铺组内部出现一根波峰同相轴，结合井分析认为这类模式主要代表最常见的上部碎屑岩和碳酸盐岩的岩性组合模式，典型井为GS1 井（图5）和MX12 井，这种模式往往代表了沧浪铺组碳酸盐岩发育比例较大情况。

图5 GS1 井沧浪铺组“单强”地震反射特征对比图Fig.5 Comparison of“single and strong”seismic reflection characteristics of the Canglangpu Formation in Well GS1

5）“复波单强”地震反射特征。为沧浪铺组内部出现一根带有复波的波峰同相轴，结合钻井资料分析，认为这类模式主要代表上部为碎屑岩，靠近内部岩性界面可能存在储层的岩性组合模式，典型井为JT1 井，这种模式往往代表了沧浪铺组内部碳酸盐岩可能发育有储层的情况。

综上所述，在5 种模式中，“单强”和“复波单强”地震响应模式代表沧浪铺组内部碳酸盐岩的比例较高的两种模式，目前，结合井震资料来看，这两种模式为较优势碳酸盐岩地震相（图6）。

图6 川中地区沧浪铺组典型地层垂向组合模式图Fig.6 Seismic reflection model of lithofacies of Canglangpu Formation in central Sichuan Basin

2.3 沧浪铺组有利相带平面分布特征

2.3.1 沧一段的地层厚度分析

基于地震响应模式及井间地震响应特征的研究，明确了沧一段和沧二段的分界面解释方案，绘制了川中古隆起北斜坡地区沧浪铺组沧一段地层厚度图，如图7 所示。由图可以看出，北斜坡沧一段地层厚度在75∼100 m，其中，发育从裂陷槽东侧向东南方延伸的C1 井区、JT1 井区及JT1 井西南部3个厚值区，均呈条带状分布，且沿着NW SE 向展布。JT1 井和C1 井钻井证实，沧一段的地层厚度与碳酸盐岩的厚度成正比关系，沧一段的这3 个厚值区也是有利碳酸盐岩潜在发育区。

图7 沧一段地层厚度图Fig.7 Stratigraphic thickness of the first Member of Canglangpu Formation

2.3.2 SOM 波形聚类分析

沉积地层任何物性参数的变化都会反映在地震道波形形状的变化上，地震道形状分类代表了地震信号的真实横向异常，一定时窗范围内，同一目的层其波形特征应该保持一致[13-16]，地层自组织神经网络聚类（SOM）也就是对向量聚类，它是将相似度较大的波形分为同一类，波形聚类相似度较小的波形分为不同类。其基本思路是：定义“聚类中心”，代表不同类的典型波形。先随机选取初始聚类中心，再迭代地更新聚类中心直至收敛到真实聚类中心，最后用聚类中心划分各地震道的波形，某一波形对哪一聚类中心的相似度最大则分为哪一类，不同的波形表示不同的地震相，因此，可以根据波形聚类的结果划分沉积相[17-19]。

依据建立的沧浪铺组岩相—地震相特征响应模板，对JT1 井区三维开展了SOM 聚类分析法划分优质碳酸盐岩地震相，SOM 波形聚类分析平面图显示，总共划分了5 个颜色（图8），其中，棕红色代表单轴波形特征，对应沧浪铺组内幕地震响应模式4和模式5，红色、黄色、蓝色和绿色均代表双轴特征，对应模式3、模式2 和模式1，虽然都是属于双轴模式，但是下方的轴越靠近底部代表沧一段的地层厚度越薄，其中，绿色则代表碳酸盐岩最不发育的模式。SOM 波形聚类平面图中显示，北斜坡JT1 井区和C1 井区碳酸盐岩较发育，优质波形大致形成3 个NW—SE 向分布区带，其中，红色和黄色波形分布较多，蓝色和绿色波形较少（图8）。可以发现，SOM 刻画的有利相带分布趋势与沧一段地层厚度图基本一致。

图8 沧浪铺组SOM 波形聚类分析平面图Fig.8 SOM waveform clustering analysis of Canglangpu Formation

2.3.3 基于谱分解的相对阻抗反演

沧一段的厚度刻画法和SOM 波形聚类分析方法基本刻画了沧浪铺组有利相带的展布，为了更进一步刻画沧一段的碳酸盐岩，选择了阻抗反演来反映沧一段岩性的变化。针对沧浪铺组，选择了基于谱分解的相对阻抗反演，这种反演方法采用简单的递推计算方法，计算速度快、而且这种基于递推算法的反演只需少量钻井资料进行控制就可实现，虽然存在不能分辨薄层的局限性，但是这种相对阻抗反演结果较为客观，不受人为因素干扰，相对阻抗反演结果能够真实反映地下波阻抗的分布规律，尤其适用于岩性差异较大，岩性界面清晰的地层[20-23]。通过单井分析与标定来看，沧浪铺组内幕的碳酸盐岩和碎屑岩存在明显的波阻抗差，满足利用相对阻抗预测岩性的条件可以依据明显的阻抗差反推岩性。

沧一段相对波阻抗预测碳酸盐岩厚度平面图显示，JT1 井实钻碳酸盐岩厚度为72 m，预测值为70 m，反映预测结果较为准确。从有利区分布特征来看，北斜坡沧一段碳酸盐岩厚值区主要发育有3个区带，分别为JT1 井西南部、JT1 井区及C1 井区，碳酸盐岩厚值区走向呈近东西向，与沧一段厚度图及SOM 波形聚类平面图趋势一致；JT1 井的西部碳酸盐厚度较大，同样表现为由西至东逐渐减薄的地质特征，JT1 井西南部整体碳酸盐岩连片程度较JT1 井略差，但也具有形成连片碳酸盐岩展布的潜力（图9）。沧一段的地层厚度、沧浪铺组SOM 波形聚类分析及基于谱分解的相对阻抗反演3 种方式得出的结果均显示，沧浪铺组有利相带主要集中在3 个沿NW—SE 向分布的区带。

图9 沧一段碳酸盐岩厚度平面图Fig.9 Thickness of carbonate rock in the first Member of Canglangpu Formation

3 沧浪铺组储层地震反射特征及分布

3.1 储层地震响应特征

川中地区沧浪铺组测井解释成果表明，沧浪铺组储层基本发育在沧一段碳酸盐岩顶部，其单层厚度几乎都在10.0 m 以下，其中，储层发育最优质的井为JT1 井和C1 井，JT1 井纵向发育4 套储层，只有中间两套为优质白云岩储层，累计厚度在14.5 m，在地震剖面上反射特征表现为内部岩性界面呈复波反射，C1 井内部发育一套厚17.0 m 的白云岩储层，在地震剖面上反射特征表现为沧浪铺组内部岩性界面下方出现亮点特征（图10）。

图10 沧浪铺组优质储层地震反射模式Fig.10 Seismic reflection model of high quality reservoirs of Canglangpu Formation

因此，建立了两类沧浪铺组优质储层地震反射模式：模式I 代表薄互层储层为岩性界面强轴伴复波模式；模式II 代表厚储层为岩性界面强轴伴亮点模式，即是当沧浪铺组内部岩性界面强轴之下出现复波及亮点时，为沧浪铺组优质储层反射模式。

3.2 地震属性定性预测储层

沧浪铺组优质储层发育时，沧一段顶界岩性强轴之下出现复波及亮点特征，这两种特征均会造成沧一段内部振幅值增大，储层越厚通常反映的振幅值越高，因此，可以针对性地优选出沧一段内部最大波峰振幅属性来表征储层。

图11 为沧一段最大波峰振幅属性图，预测平面图显示，区域上共发育C1 井区、JT1 井区及JT1井西南部3 个呈条带状分布沿着NWSE 向展布的振幅属性有利区，预测的有利区分布范围与地层厚度图、SOM 波形分类图及储层对比图分布趋势基本一致，相互验证了成果的可靠性。但是沧一段部分地区也存在碎屑岩，碎屑岩的出现也会导致振幅值的变化，单一依靠振幅属性还不能准确判断有利储层分布，需要根据多种手段进一步确定储层分布。

图11 沧一段最大波峰振幅属性图Fig.11 Maximum wave crest attribute of the first Member of Canglangpu Formation

4 综合有利区预测

岩相古地理背景研究表明，沧一期，北斜坡为清水浅水陆棚沉积，碳酸盐岩颗粒滩较为发育，白云岩化的颗粒滩对储层的形成提供了物质基础。沧二期，陆源物质大量输入，原清水浅水陆棚区演变为混积浅水陆棚，导致沧二段以碎屑岩为主。在加里东运动末期，受到古隆起抬升作用影响，上覆地层遭受到不同程度的剥蚀，而沧浪铺组靠近剥蚀区，早期白云石化颗粒滩也容易受到岩溶作用改造形成较具规模的储层。

成藏要素配置表明，JT1 井位于现今构造斜坡区，而上倾方向的断裂、沧一段的碎屑岩以及滩间致密岩性易形成高部位封堵，具备发育构造-岩性圈闭气藏的可能性。同时，沧浪铺组直接覆盖在筇竹寺组烃源岩之上，并且断裂系统发育，烃源条件优越。综上所述，北斜坡沧浪铺组具有较大勘探潜力[24-27]。

综合研究区的实际地质情况及勘探程度，研究认为，沧浪铺组岩相-地震相复杂，单一的预测方法具有一定风险，提出古隆起北斜坡沧浪铺组有利区优选的核心评价指标，认为可以利用沧一段地层厚度、沧一段碳酸盐分布和沧一段最大波峰属性3 个参数指导有利区优选，并提出了“有重点、有先后、分层次”的勘探开发部署建议，建议围绕古隆起北斜坡，首先在沧一段地层厚值区找到碳酸盐岩发育区，再在碳酸盐岩发育区里找寻储层潜在发育区，最终预测出3 个勘探综合有利区，共计1 270 km2（图12）。

图12 沧一段有利区综合预测平面图Fig.12 Comprehensive prediction of favorable areas of the first Member of Canglangpu Formation

5 结论

1）川中地区沧浪铺组具有岩性复杂的混积相沉积特征，造成了沧浪铺组内幕地震响应特征复杂，须采用地球物理-地质相结合的综合手段对其内部岩性分布开展精细刻画。

2）基于实钻结果，总结了川中地区沧浪铺组的5 种岩相-地震相反射模式，首次明确了川中地区沧浪铺组岩相-地震相对应关系，其中，单轴模式和单轴复波模式为最优质的碳酸盐岩发育模式。

3）川中地区沧浪铺组储层薄且纵横向非均质性强，依据实钻结果建立了沧浪铺组优质储层模式，薄互层储层为岩性界面强轴伴复波模式，厚储层为岩性界面强轴伴亮点模式。

4）川中古隆起北斜坡沧浪铺组有利区综合优选表明，沧浪铺组发育C1 井区、JT1 井区及JT1 井西南部等3 个呈NW—SE 向展布条带状分布的有利区，古隆起北斜坡沧浪铺组具有形成的岩性圈闭气藏的良好条件，是下一步勘探的重要领域。

5）建立了一套适用于川中地区沧浪铺组复杂岩性背景下储层地震反射特征研究方法，为混积相的薄储层地震预测提供了有效的思路。