开江—梁平海槽东侧长兴组生物礁发育主控因素及地震精细预测技术

彭 才，郑荣才，陈 辉，王兰英，罗 晶，梁 虹

(1.成都理工大学 沉积地质研究院，成都 610059；2.中国石油 东方地球物理勘探公司 西南物探研究院，成都 610213)

川东北地区上二叠统长兴组生物礁主要分布在“开江—梁平海槽”东侧(图1)，已钻遇生物礁的钻井有50余口，其中半数以上的钻井在礁相储层中钻获商业气流。前人针对海槽东侧长兴组生物礁型气藏的研究往往以沉积相和储层特征为重点[1-10]，而利用地震资料对生物礁和礁型气藏进行综合研究与预测的成果相对较少，且主要以二维地震为主[11]，礁的三维地震研究大都局限于局部三维区[12-14]，特别是对控制长兴组礁相地层发育的古地貌研究被忽略，致使对长兴组生物礁纵横向迁移和分布规律的主控因素缺乏整体认识，无法解释各区块之间生物礁地震相—沉积相响应模式及其差异性，因而难以选取具有针对性的地震预测技术，从而严重制约了长兴组生物礁相油、气新区的发现。近年来，七里北、五百梯、高峰场等10余个三维地震区块为开江—梁平海槽东侧生物礁地震沉积学的研究和礁型气藏地震预测提供了基础。本文通过大区域的三维连片地震预测，开展整个海槽东侧长兴组古地貌演化、生物礁地震—沉积相响应特征及预测技术研究，以期查明生物礁平面分布和侧向迁移规律及主控因素，为形成新的地震预测技术方法和提高川东北地区长兴组生物礁油气勘探效益提供依据。

图1 四川盆地东部长兴组沉积相和研究区位置Fig.1 Sedimentary facies of Changxing Formation in eastern Sichuan area

1 长兴组生物礁特征

1.1 生物礁地质特征

晚二叠世长兴期开江—梁平海槽海水由西北往东南方向入侵，水深由西北向东南逐渐变浅，台缘带坡度由西北向东南逐渐变小。区域沉积和二维地震相特征研究成果表明，长兴晚期海槽在东侧继续扩张[1-5]，海水向台地方向持续侵进，长兴组发育台地、台地边缘生物礁、前缘斜坡、海槽等沉积相类型(图2)。无论是平面上还是剖面上,浅水相带与深水相带沉积分异清晰，特别是在台地边缘区域发育的生物礁规模及隆起幅度较大，造礁生物和各类附礁生物及生物碎屑广泛分布于台地边缘带附近，礁、滩相储层发育，岩性主要为礁、滩相溶孔粉—细晶白云岩、生屑粉—细晶白云岩及生物细—中晶礁云岩[6-10]。

研究区位于开江—梁平海槽东侧长度约150km的台缘带(图1)，广泛发育台地边缘生物礁，单个礁体多为厚度数十米至百余米的丘礁，沿台缘带成群成带分布；剖面上和平面上可细分出礁基、礁核、礁顶、礁前和礁后等沉积亚相及众多的微相类型(图2)。

图2 川东北开江—梁平海槽东侧台地边缘生物礁相剖面结构(TD53井)Fig.2 Bioreef structure in well TD 53 on the platform edge to the east of Kaijiang-Liangping trough, northeastern Sichuan Basin

1.2 生物礁地震相特征

生物礁的沉积建造和分布与环境密切相关，不同沉积环境的生物礁具有不同的结构和岩石学特征，决定了地震相具有明显的差异性。

(1)图3a和图3b为北部地区七里北和黄龙场地震剖面，台地边缘生物礁前的斜坡坡度大，长兴组地层由海槽向台地方向明显增厚，具有斜交反射特征。生物礁(橘黄色)位于长兴组中上部，生物礁生长速度快，厚度比四周沉积物明显增大，使得生物礁外形在地震剖面上表现为丘状杂乱反射特征，长兴组顶部为强地震反射。

图3 川东北开江—梁平海槽东侧不同位置长兴组生物礁地震相特征测线和钻井位置见图1。Fig.3 Seismic facies of reef in Changxing Formation to the east of Kaijiang-Liangping trough, northeastern Sichuan Basin

(2)图3c为中部五百梯地区陡缓过渡带地震剖面，礁前的斜坡坡度较小，长兴组地层厚度由海槽斜坡向台地方向有一定增厚，为平行—亚平行反射。生物礁位于长兴组顶部，成席状地质体，生物礁内部地震反射表现为连续杂乱反射，不具沉积分层结构。

(3)图3d和图3e为南部团岭坡—大猫坪缓坡地区地震剖面，礁前的斜坡坡度较小，海槽相和台地相的长兴组地层厚度基本一致，为平行反射。生物礁主要呈块状体位于长兴组顶部，因此，礁内部在地震反射上表现为空白和断续杂乱反射，也不具沉积分层结构。

如上所述，在开江—梁平海槽东侧不同位置，伴随台地边缘礁前坡度的变化，长兴组生物礁具有不同的地震相特征，有如下3个特点：①沿台缘带长兴组顶部(T1f1)地震反射北强南弱；②由台缘相带至前缘斜坡相带，长兴组厚度由北向南逐渐变小；③生物礁内部结构差异性较大，伴随礁前坡度的变缓，由连续反射、连续杂乱反射变为空白和断续反射。由此可见，生物礁的多样化地震相特征难以用单一的地震技术预测，急需查明生物礁发育的控制因素及其纵横向发育规律，按不同位置的沉积背景和地震相特征，优选针对性强的地震预测技术。

1.3 生物礁发育主控因素分析

利用钻井岩心描述和录、测井资料精细分析长兴组生物礁单井剖面结构，可确定长兴组纵向上发育有2期生物礁旋回，分别位于长兴组中部和上部(图3，4)。研究区北部的QL1井和HL1井区(图1，4)，在长兴组沉积早期台缘带古地貌为陡坡带，坡折带以发育台地边缘浅滩相沉积为主，中期发展为台地边缘生物礁相沉积，晚期由于受海侵影响, 加深相变为台地前缘斜坡相沉积；T72和YUNN12井区分别位于研究区中部和南部(图1，4)，长兴组沉积早、中期为开阔海台地相和斜坡相沉积，晚期位于台缘坡折带,为台地边缘生物礁相沉积。

开江—梁平海槽东侧古地貌具有北高南低、东高西低的特征，早、晚2期古地貌总体格局相似，具有继承性发展演化特点(图5)。沿开江—梁平海槽东侧分布的研究区北部陡斜坡沉积区，台缘坡折条带状上隆特征明显(图3a)，受长兴晚期海侵影响，生物礁发育在长兴组中上部，以发育规模较大的丘礁为主，上覆飞仙关组底部的大套泥岩，导致长兴组顶部地震反射为强反射(图3b)。研究区中部为由陡转缓的过渡带，生物礁发育规模中等，且具有第二排局部高带；南部为缓斜坡沉积区，相对高地貌零星分布，台缘坡折带的上隆特征不明显(图3d)，以发育规模较小的点礁为主。

现代生物礁研究成果表明，坡度越大、水动力条件越强，越有利于生物礁的发育[3]。图6a为不同区域的前缘斜坡的坡度统计(平面位置见图5)，北部QLB-HLC井区前缘斜坡带坡度大于4°，仅次于海槽西侧龙岗地区(LG)的前缘斜坡带；中、南部WBT-GFC井区的前缘斜坡坡度较小, 在0.5°～2.5°之间。图6b为台缘生物礁厚度与前缘斜坡的坡度交会图，表明生物礁的发育规模与坡度具有很好的相关性，即前缘斜坡的坡度越大，台缘坡折带的生物礁厚度越大。由此可见，区域性海侵和台地边缘由缓变陡的坡折带地貌，以及前缘斜坡的坡度是控制长兴组生物礁发育的主要因素。

图4 川东北开江—梁平海槽东侧不同位置长兴组生物礁单井沉积相剖面结构Fig.4 Single well sedimentary facies of reef in Changxing Formation to the east of Kaijiang-Liangping trough, northeastern Sichuan Basin

图5 川东北开江—梁平海槽东侧长兴组沉积期古地貌分布研究区位置见图1。Fig.5 Paleogeomorphic distribution during Changxing period, east of Kaijiang-Liangping trough, northeastern Sichuan Basin

图6 川东北开江—梁平海槽东侧前缘斜坡坡度特征和生物礁厚度交会特征区块的平面位置见图5。Fig.6 Slope characteristics and bioreef thickness to the east of Kaijiang-Liangping trough, northeastern Sichuan Basin

2 长兴组生物礁地震精细预测技术

2.1 生物礁地震预测依据

基于开江—梁平海槽东侧斜坡坡度与生物礁厚度密切相关的显著特点，利用斜坡坡度定性、甚至定量预测生物礁的发育规模和确定有利区域成为可能。北部陡坡带区域的生物礁上隆地震相特征明显，生物礁厚度较稳定(80～130 m)，预测技术基本成熟。如QL1和HL1井区的地震预测成功率高，达90%以上，都为中、高产井；中部的WBT地区为陡—缓斜坡的转折带，生物礁上隆特征不很明显，生物礁厚度横向变化较快(20～130 m)，单井产量(0.5～20)×104m3不等，急需寻找新的地震预测技术来精细描述该区域的生物礁横向变化；南部缓坡带(DMP-GFC区域)的生物礁地震相缺乏明显上隆标志，主要发育厚度较薄的点礁(20～50 m)，长兴组埋深达到5 000 m以上，地震资料分辨率低，仅为8～30 Hz，地震反射不能真实反映生物礁形态，地震预测难度大，常规地震相面法等生物礁预测技术存在陷阱[9]，导致该区多口钻井失误[14]，需要寻找高精度的预测技术。

2.2 生物礁地震预测技术

利用海槽斜坡坡度定性预测生物礁厚度，可以分为3步：①开展精细的长兴组顶部地震层位解释；②建立精细的速度场，将时间域地震层位转换为深度域地层；③在斜坡—海槽区域，沿长兴组顶部选取多个控制段，计算每段首位2个点之间的深度差和横向距离，利用三角函数计算2个点之间的地层倾角，将各控制段的地层倾角平均值作为海槽斜坡的坡度值，编制坡度与生物礁厚度交会图(图6b)。

勘探实践证明，在钻井岩心、测井和地震相综合分析基础上，利用三维地震资料精细刻画前缘斜坡的坡度并定量预测生物礁厚度，已成为研究区北部台缘生物礁最为简便有效的地震预测技术方法。

研究区中部陡—缓斜坡的转折带，顶部的长兴组生物礁位于长兴组顶部波谷与波峰之间，底部对应波峰(图3b)。该区台缘带不仅古地貌隆起幅度较小，而且横向变化快，由长兴末期微古地貌变化导致上覆飞仙关组底部沉积的泥灰岩厚度横向快速变化。泥灰岩与下伏生物礁直接接触，当生物礁较厚时礁底部表现为弱波峰甚至波谷反射(图3d)，生物礁较薄时为中强波峰。因此，利用长兴组生物礁底部地震反射强度与生物礁厚度的较强相关性(图7a)，可以在台缘带利用长兴组顶部向下0～40 ms范围内的地震反射强度，定量预测台缘生物礁厚度。如图7b中弱振幅区域为生物礁较厚的区域，T2、T11、T74等井钻遇的生物礁储层厚60～120 m；强振幅区域的T67、T64等井钻遇的生物礁储层厚20～60 m。

针对研究区南部缓坡地区生物礁预测难的特点，提出基于地震沉积学为依据的分频解释技术预测生物礁，认为原始地震剖面上同相轴不完全是等时的，其等时性受地震频率控制，地震资料的频率控制了地震反射同相轴的倾角和内部反射结构，需要采用能反映真实地层倾角的、相对高频的地震资料研究地层的沉积特征[15-21]。利用该技术方法准确地预测了DMP井区2口井的生物礁，在偏移剖面上，Y6和Y7井生物礁外形特征不明显(图8a中的红色虚线部分)，而在20～35 Hz分频剖面上，礁的上隆特征明显(图8b中的红色实线部分)。生物礁的边界特征和内部储层亮点反射特征越清晰，对沉积相及生物体预测越准确。

2.3 预测效果分析

通过连片三维地震对长兴组生物礁地震预测结果进一步证明，沉积古地貌的差异性决定了生物礁的平面分布特征、发育规模和地震相特征。研究区内前缘斜坡带具有西北陡而东南缓的地形变化趋势，平面上在中部斜坡带发生由陡变缓的转折，生物礁总体上沿台缘坡折带呈两排分布(图9)，其中靠近前缘斜坡带的第一排台缘生物礁钻获气藏的成功率很高，是目前钻探的主要对象；台地相带内的第二排生物礁为下一步钻探的有利区。就第一排台缘生物礁而言，以位于北部陡斜坡带的台缘生物礁规模较大，单个礁体的面积约为10～40 km2，且具有呈条带状密集分布的特点；中部由陡变缓带的台缘生物礁分布面积大，但纵向厚度薄；而位于南部缓—陡斜坡带的台缘生物礁厚度薄，平面分布规模较小，单个礁体的面积仅2～12 km2。

图7 川东北开江—梁平海槽东侧长兴组顶部振幅属性与生物礁厚度关系Fig.7 Amplitude characteristics and bioreef thickness on the top of Changxing Formation, east of Kaijiang-Liangping trough, northeastern Sichuan Basin

图8 川东北开江—梁平海槽东侧生物礁分频解释效果Fig.8 Biological reef seismic interpretation at different frequencies, east of Kaijiang-Liangping trough, northeastern Sichuan Basin

图9 川东北开江—梁平海槽东侧长兴组沉积相带平面分布研究区位置见图1。Fig.9 Plane distribution of sedimentary facies of Changxing Formation, east of Kaijiang-Liangping trough, northeastern Sichuan Basin

3 结论

(1)川东北开江—梁平海槽东侧长兴组生物礁纵向发育2期、横向向台地方向迁移，陡坡区发育早期生物礁，缓坡区发育晚期生物礁，坡度与生物礁厚度存在明显的线性关系。

(2)利用长兴组顶部振幅属性，预测研究区陡缓转折带台缘区的生物礁厚度；在缓坡沉积区域则采用分频解释技术，有效提高了生物礁预测精度。

(3)研究区北部陡坡沉积区生物礁成带状，南部缓坡沉积区生物礁成块状；生物礁平面上具有两排特征，向台地方向迁移的第二排生物礁是下一步钻探的重要目标，预测成果经实钻证实且获得高产气流。