基于多参数反演的岩溶古地貌恢复技术在鄂尔多斯盆地大牛地气田的应用

2024-03-15孙涵静

天然气技术与经济 2024年1期

孙涵静

（中国石化华北油气分公司勘探开发研究院，河南郑州 450006）

0 引言

奥陶系马家沟组是鄂尔多斯盆地下古生界重要的勘探层系之一，近年来，油气当量快速攀升，具有较好的勘探开发前景。根据前人研究表明，鄂尔多斯盆地中部奥陶系马家沟组马五段经历长期的风化淋滤剥蚀作用，发育巨型岩溶台地，形成了纵向上成层分布、平面上沿含膏云坪相带、白云岩相带延伸的大面积展布的晶间溶孔与膏溶孔洞，为马五段储层的形成奠定了基础。岩溶古地貌是岩溶作用和各类地质作用的综合结果，古地貌形态对岩溶水的溶蚀作用及其形成的溶蚀孔、洞、缝发育起着控制作用，因此，古地貌研究与恢复对岩溶储层分布的预测及油气富集规律研究具有重大意义［1-5］。前人对鄂尔多斯盆地大牛地气田古地貌开展了一系列研究工作，但古地貌恢复程度大多以井点地层厚度和地震解释层位为依据，利用残余厚度法、印模法、层拉平法恢复古地貌形态［6-13］。受太原组煤层屏蔽作用的影响，奥陶系顶部不整合面与风化壳残留底部标志界面马五4亚段底界的解释精度低，古地貌恢复精度不够高，缺乏对大牛地岩溶古地貌的精细表征。笔者利用叠后解释性处理技术与多参数反演技术精细追踪不整合面与马五段内部的关键界面，进行岩溶古地貌恢复并划分岩溶优势区，提高了古地貌刻画精度，并分析了岩溶古地貌对研究区储层发育的影响。

1 地质概况

大牛地气田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东北部，奥陶系马家沟组自下而上可分为五段，其中，马一段—马三段发育白云岩夹膏岩和盐岩、石灰岩夹白云岩，构成蒸发台地—开阔台地—蒸发台地环境的沉积序列；马四段—马五段则由石灰岩夹白云岩、白云岩夹膏岩和盐岩构成开阔台地—蒸发台地环境的沉积序列。而马六段则为奥陶纪最后一次大规模的海侵期，主要为云质灰岩沉积，但包括大牛地气田的鄂尔多斯盆地区大部分被剥蚀殆尽，仅在祁秦海域有所残留［14］。目前，马五段是大牛地气田马家沟组天然气的主力产层，储集空间以白云岩晶间孔、膏溶孔为主，储层发育受岩溶古地貌、沉积相、断裂共同控制，马五1-4亚段为马家沟组上组合，马五5-10亚段为马家沟组中组合，马四段—马一段为马家沟组下组合［15］。

2 基于多参数反演的古地貌刻画技术

古地貌恢复方法包括残余厚度法、印模法、层拉平法及高分辨率层序地层学法等［6-11］。本次研究综合应用残余厚度法、印模法结合开壳层位恢复大牛地气田的古岩溶地貌。大牛地区块剥蚀强度大，部分区域剥蚀至马五3亚段，甚至马五4亚段。据较早期统计，已有45口井钻遇马五2亚段，其分布面积占原始沉积面积的73%，而马五4亚段在全区均有分布［6］8-9。因此，在利用残余厚度法刻画古地貌时，将基准面选在马五4亚段底，原因是该亚段分布稳定、特征明显，目前尚未发现其在大牛地气田存在剥蚀现象。

地质界面的精细追踪是古地貌刻画的基础，古地貌刻画精度和准确性受层位追踪的限制。受煤层地震强反射影响，奥陶系顶面、马五4亚段底面追踪困难。为了获得更精准的残留厚度和上覆地层厚度，本次研究形成了一套提频＋多参数反演的古地貌刻画技术。

2.1 利用提频技术精细追踪马五4亚段底面

从地震剖面和合成记录标定可以看出（图1），马五4亚段底面与地震波T10f存在一定的对应关系，但由于受上覆煤层强屏蔽、风化壳残留厚度不一的影响及地震资料频率的限制，T10f 波形特征不连续，追踪困难，地震精细解释难度大。针对这些问题，采用叠后提频处理技术和谱反演技术对叠后资料进行解释性处理，突破地震资料的频宽限制，分辨调谐厚度下的薄层，提高主要层位识别能力。谱反演技术的核心是基于匹配追踪分解算法的地震信号时频分析技术，谱反演处理的最终输出结果为地震反射系数，其视分辨率要远高于常规输入的地震数据，其结果可以用来精细刻画薄储层形态、识别地层层序的边界和变化点、解释微小断裂等［16-18］。在谱反演技术的解释性处理基础上，通过测井、地震精细标定，T10f（马五4亚段底界）对应T9b 之下弱波峰，在高频处理数据体上结合原始地震剖面和合成记录标定成果可在全区进行马五4亚段底界面的精细追踪对比。

图1 大牛地气田X井合成记录图

2.2 利用多参数反演融合技术精细刻画奥陶系顶部不整合面

前期古地貌刻画通常是利用地震解释层位T9b作为奥陶系顶不整合面。从图1可以看出，受太原组煤层发育和本溪组地层展布的影响，T9b标定在太1段底部煤层发育处，并不能代表下古生界顶面，奥陶系顶面T9 对应到T9b 下面波峰与波谷转换处。随着所处区域的不同，有可能对应到波谷的上沿或者是波峰下沿，在原始地震剖面上无法准确追踪。针对以上问题，通过研究区岩石物理交汇分析，认识到本溪组的铝土岩与下古生界的碳酸盐岩具有明显的波阻抗界面，同时本溪组具有高自然伽马的特征；采用多参数反演即波阻抗反演、自然伽马反演，再依据波阻抗、自然伽马界限值进行融合，将波阻抗横向趋势和自然伽马测井数据的纵向高分辨率充分结合，利用子体检测功能可以快速识别T9 界面，风化壳顶面预测误差小于4 m（图2）。

图2 多参数反演融合剖面与常规地震剖面对比图

2.3 速度建模技术

为了进一步提高预测精度，采用井震约束下速度模型进行关键层位的时深转换。以井点速度为输入、地震速度空间趋势为约束，实施约束插值实现速度的定量性（井）与预测性（体）融合，用于实现时深转换工作。优化后速度无论在垂向结构还是横向趋势上，定量性都有所提升。

3 古地貌单元划分与评价

在区域沉积模式指导下，根据大牛地气田风化壳上覆本溪组＋太1段地层厚度和马五1-4亚段残留厚度变化建立古地貌正演模型（图3）。正演结果显示，古地貌反射特征随地层厚度变化发生改变。结合地震剖面与钻井数据分析可知，在岩溶高地，马五1-4亚段残留厚度薄，T9b 与T10e 呈“两峰一谷、小时差”的反射特征，T10f 多位于波谷中，整体呈中低频的单波或复合波，难以识别。随着马五5亚段上覆残留地层厚度加大，“双波峰、单波谷”形态发生变化，T9b 与T10e 之间时差增大。在岩溶斜坡区，T10e 呈复合波，上波谷随残留厚度增大，逐渐变为宽缓波谷—复合波；在斜坡残丘区，T10e呈复合波，当马五4亚段岩溶角砾岩发育时，其波阻抗值较低，与马五5亚段高阻抗形成阻抗差异界面，T10f 呈明显的中强波峰反射。在上覆地层厚度大、残留厚度小的侵蚀沟谷区，T9b波峰下沿不光滑，呈复合波形态。

图3 大牛地气田古地貌模型正演图

3.1 古地貌单元划分

本次研究采用印模法和残余厚度法结合钻井开壳层位及古地貌单元反射特征，恢复研究区不整合面岩溶古地貌。印模法选择本溪组与太原组太1段为标志层，石炭纪的沉积是超覆性沉积，必然对风化壳古地貌起到填平补齐的作用；其次不整合面上覆地层的沉积厚度与加里东期侵蚀面呈镜像关系。这样就可以根据本溪组与太1段的沉积厚度来反映加里东期的古地貌基本形态。从加里东期风化壳总体上来看，地层的剥蚀缺失与加里东期侵蚀面呈正相关关系，即地层剥蚀越多的地区，古地貌也相对较高，地层剥蚀越少的地区，古地貌也相对较低。所以研究加里东期古地貌，不但要从上覆地层厚度来考虑，也要从风化壳残留厚度来考虑，只有两者有机地结合起来，才能真实地反映加里东期古地貌形态。根据正反印模原理，用古风化壳界面上、下两套不同沉积体系的地层厚度［19］，建立研究区二级、三级地貌细化定量划分标准（表1）。

表1 大牛地气田三级地貌划分标准表

以大牛地气田某井区为例，岩溶古地貌可划分为岩溶高地和岩溶斜坡两个二级地貌单元，不发育岩溶盆地［20］。为了进一步细化三级地貌的分布情况，将岩溶高地进一步划分为残丘、台地、潜坑等3个三级地貌单元；岩溶斜坡划分为台缘—台地、阶坪、残丘等3 个三级地貌单元；其余区域划分为斜坡—沟槽过渡带（图4）。

图4 大牛地气田某井区岩溶古地貌划分图

岩溶高地主要发育于研究区西南部和北部，上覆地层与下伏地层残余厚度具有“上薄下薄”的特征，上覆本溪组与太1段厚度薄，小于30 m，局部本溪组缺失。风化壳剥蚀层位较深，出露层位以马五3—马五4为主，马五5亚段以上地层残留厚度小于50 m。岩溶斜坡地层保存较好，为正向地貌单元，马五5亚段以上地层残留厚度大于50 m，主要出露马五上部小层。斜坡—沟槽过渡带是由水流溶蚀冲刷、汇聚而形成的负向地貌单元，具有“上厚下薄”的特征，上覆地层厚度大，马五5亚段以上地层残留厚度小于50 m，开壳层位以马五3—马五4小层为主。

3.2 古地貌岩溶优势区划分

马五6+7亚段以含膏云岩和白云岩为主，储层类型以膏溶孔和白云岩晶间孔为主，岩溶古地貌对储层分布具有控制作用。从岩溶古地貌分布情况来看，岩溶高地残存厚度最小，最有利于流体下渗；其次，岩溶高地—岩溶斜坡过渡带地表径流发育，有利于保持流体的溶蚀性，也具有较好的岩溶作用，其中相对最靠近中央古隆起附近的高地区域更加有利于溶蚀及发生膏溶作用［1］134-135，从马五6+7亚段气层厚度与马五1-4亚段残余厚度分布统计来看，也证实这两者的关系是负相关（图5）。根据气层厚度5 m 作为取值依据，对应残余厚度门限值约为58 m，结合岩溶古地貌划分标准、渗流特征、气层厚度—残余厚度相关性及产能井分布可知，残余厚度小于58 m（气层厚度5 m）为相对岩溶有利区（蓝绿色区域、沟槽为不利区），以该标准对大牛地气田岩溶有利区进行划分（图6）：①中西部残余厚度小于58 m地貌区（西部岩溶高地、高地—阶坪过渡区）优势明显，面积为512.5 km2，目前多口高产井均位于该区域；②北部残余厚度小于58 m 地貌区（北部岩溶高地、高地—阶坪过渡区），面积为620.5 km2；③东部残余厚度小于58 m 地貌区（除沟槽外的过渡区），面积为475.63 km2。