四川盆地荷包场地区二叠系岩溶储层地球物理特征与分布预测

陈晓月 李建忠 江青春 黄士鹏 鲁卫华 苏 旺 伍 亚

1.中国石油勘探开发研究院 2.中国石油西南油气田公司蜀南气矿

0 引言

中二叠统是四川盆地内早期勘探的主力含气层系之一，据中国石油第四次油气资源评价结果，其天然气资源量达1.47×1012m3，但勘探领域主要集中在四川盆地南部（以下简称蜀南地区），勘探主力层系中二叠统茅口组提交的天然气探明储量也仅851.68×108m3，资源量探明率不足7%，剩余资源量丰富，勘探潜力巨大[1-2]。然而，学者们对于蜀南地区茅口组岩溶储层的研究多聚焦于沉积相、储层特征与主控因素、成藏模式及气源对比等方面[3-12]，而对于岩溶储层预测方面的研究，限于地震资料的品质，2000年以前基本未开展研究，主要依据勘探经验开展剖面特征分析，认为裂缝是蜀南地区岩溶储层的重要控制因素[6]。以“裂缝型”储层为主要勘探对象，根据勘探总结的地震经验模式围绕断层和构造高部位进行井位部署，从20世纪60年代开始到20世纪90年代末期从“一占三沿”到“三占三沿”的布井原则持续进行井位部署[13-14]。目前，断裂发育带和构造高部位叠合区域勘探程度已经很高。2000年以后，陆续有学者利用新采集的三维地震资料对茅口组储层进行了分布规律与预测研究[15-16]，但依然以断裂和裂缝刻画为主要目标，并未重视岩溶作用及岩溶储层预测工作。区域背景调研及钻井放空漏失均揭示，岩溶作用在蜀南地区具有区域性[17-27]。因此，应该重视岩溶作用在天然气储集中的意义，而不应过度强调现今构造及裂缝的作用[15-16]。

为此，在“跳出构造高部位与断裂叠合区寻找岩溶储层”的研究思路指导下[8]，结合笔者所在研究团队开展的测井储层分类、主控因素与分布规律研究成果[27]，利用川南低陡构造带斜坡区的荷包场三维地震资料，分析高产井岩溶储层的地球物理响应特征，在此基础上运用模型正演进行验证，基于模型正演与地震响应特征分析，优选振幅等属性参数进行综合分析，预测研究区岩溶储集层有利发育区带，最后结合烃类检测结果，综合优选有利区，以期为该区的天然气勘探提供有利的钻探目标。

1 地质背景

四川盆地茅口组以开阔海碳酸盐岩台地相沉积为主[28]，沉积一套生物碎屑灰岩，自下而上可分为茅一段、茅二段、茅三段和茅四段等4段，底界与中二叠统栖霞组整合接触。茅口末期的东吴运动发生构造抬升，使茅口组较长时间暴露地表，遭受了不同程度的剥蚀，形成了区域不整合面，为岩溶储层的发育创造了条件[29]。荷包场地区位于川南低陡构造带与川中低缓构造带的过渡带，北临大足—安岳向斜，东南为螺观山构造，西为界市场构造，面积约1 200 km2，区内三维地震资料覆盖面积为 926 km2。构造特征分析揭示该区为一个由西南向东北方向下倾的缓褶单斜（图1），地表无断层，地腹由浅至深断层逐渐发育，为倾轴逆断层，主要为北东方向延伸。该区勘探工作始于1958年，截至2017年，区内钻至茅口组的井有44口，钻井过程中显示活跃，放空、井漏、后效气侵频繁发生，共有24口井获工业气流。早期钻探认为储层受断裂分布控制，井位主要部署于贯穿全区的两条断层附近，断层之外的斜坡区勘探程度极低，近期沉积及储层研究发现区内储层相控特征明显，为颗粒滩岩溶储层，但储层的平面分布特征不清，需要利用区内三维地震资料进行精细预测。

图1 荷包场地区位置及茅口组顶部构造图

2 岩溶储层分布规律与响应特征

2.1 储层纵向分布规律

笔者所在研究团队基于测井解释成果的储层分类研究，提出该区以裂缝—孔洞型和孔隙—孔洞型两类岩溶储层为主[27]。储层主要分布于茅三段和茅二段。通过对该区内典型井的两类储层在纵向分布的统计，发现两类储层整体上具有明显的垂向分层特点，纵向上集中发育在两个深度段。第一深度段主要发育在距离茅口组顶界0～50 m范围内，储层发育相对集中，层多、厚度小，单层厚度小于15 m，多数为5～6 m，以孔隙—孔洞型储层为主；第二深度段主要发育在距离茅口组顶界50～100 m范围内，个别井的储层距离茅口组顶界的距离达到130 m，该段储层欠发育（部分井无储层），层少且较分散，单层厚度小于10 m，以裂缝—孔洞型储层为主（图2）。

图2 荷包场地区茅口组两类岩溶储层距垂向分布示意图

对荷包场地区20口的单井累计产气量与其对应储层距茅口组顶界距离的统计（图3）分析发现，2口井的储层发育段位于距茅口组顶界50 m以下，其余18口井的储层发育段位于距茅口组顶界50 m以内。其中单井累计产气量大于0.5×108m3的井有6口，这6口井的储层发育段均位于距茅口组顶界50 m以内，其中b33、b41、b39等3口井累计产气量大于1.5×108m3，其储层发育段均位于距茅口组顶界10 m内。而储层发育距茅口组顶界距离大于50 m的2口井累计产气量均小于0.5×108m3。因此，储层分析及预测均聚焦于茅口组上部优质岩溶储层发育段，即距离茅口组顶界0～50 m范围。

图3 荷包场地区茅口组单井累计产气量与岩溶储层发育位置关系图

2.2 岩溶储层地球物理响应特征

为了明确岩溶储层的地球物理响应，特别是优质的上部储层段的地球物理响应，首先利用hs1等多口井的测井资料开展合成地震记录的精细标定，完成茅口组顶界面、茅口组底界面在地震剖面上的标定与识别，为储层的精细标定奠定基础。茅口组顶界面表现为明显的强波峰特征，命名为P3l底，是由上覆上二叠统龙潭组深灰色泥页岩、岩屑砂岩夹煤层与下伏茅口组生物碎屑灰岩形成的强波阻抗差形成的，在其分界处形成了一个连续强反射界面，为标志层。茅口组底界面中强波谷，主要为茅口组一段泥晶灰岩与中二叠统栖霞组亮晶生屑灰岩形成的中强波阻抗差的反映，界面为P2m底，中强连续。在此基础上开展全区茅口组顶底的精细解释，然后再对典型产气井的储层发育部位进行了精细标定，以分析其响应特征。

以b19、b29和b39等产气井为例进行储层响应特征的分析。b19井储层段（井段2 954.90～2 963.10 m）顶距茅口组顶界2.0 m，储层厚度为8.2 m，该井井段 2 953.55 ～ 3 105.00 m 测试日产气量为0.23×104m3，截至2019年4月，累计产气量为 53.66×104m3；b39井储层段（井段 3 544.00～3 548.30 m）顶距茅口组顶界11.0 m，储层厚度为4.3 m，该井井段 3 530.54 ～ 3 575.00 m 测试日产气量为 28.80×104m3，截至 2019年 4月，累计产气量为 1.72×108m3；b29井储层段（井段 3 363.90～3 366.10 m）距茅口组顶界70.9 m，储层厚度为2.1 m，该井井段 3 315.00 ～ 3 411.00 m 测试日产气量为3.85×104m3，截至2019年4月，累计产气量为36.1×104m3。通过这3口典型井储层发育段标定发现，当茅口组顶部有储层发育时，在地震剖面上表现出茅口组顶部的强波峰及其下部的波谷振幅减弱的响应特征（图4-a、b）；随着储层发育位置距茅口组顶界距离逐渐增大，储层发育部位在地震剖面上表现出条带状或眼球状中—强波谷反射（图4-c）。除这3口井外其他产气井也表现出类似的特征，图4-d中b7井为干井，其剖面地震响应无差异。在图4-a、b中可见b19、b39井分别在茅口组顶部发育一套储层，为明显弱振幅响应特征；在图4-c中可见b29井分别在茅口组中部发育一套储层，为明显强亮点响应特征。

2.3 正演模型分析

图4 荷包场地区典型井地震剖面图

正演模型是以实际地质现象为基础，推导出相当于地质模型的合成地震响应[30-32]。在对茅口组储层认识的基础上，基于实际地质条件以四层水平介质模型为初始模型（图5），从上到下每层分别对应龙潭组、茅三—茅二段、茅一段和栖霞组，厚度分别为200 m、140 m、60 m 和 200 m，速度分别为 3 200 m/s、6 100 m/s、5 500 m/s和 6 200 m/s，反射界面的阻抗差与实际地层相近，其中储层模型为图5中绿色薄层，位于第二层介质，即茅三段—茅二段。鉴于茅口组顶部地层纵波速度很高，可达6 200 m/s，当模型的储层厚度偏薄时，会使其分辨率较低，响应特征不明显。已知该区实际单层储层厚度介于0～15 m，为使合成地震响应特征更清晰，设置储层的厚度分别为5 m、10 m 和 15 m，距离茅口组顶面距离分别为 0 m、10 m、20 m、30 m、40 m 和 50 m，采用弹性波动方程模拟方法，形成地震模拟记录用于分析总结岩溶缝洞储集体的地震响应特征。从模型正演结果（图5）可以看出，当储层发育部位距茅口组顶界0～20 m范围内时，会使茅口组顶部的强波峰及其下部的波谷振幅减弱，表现为弱振幅的响应特征，储层越靠近茅口组顶界，振幅衰减越严重，同时储层厚度为5 m、10 m、15 m时振幅减弱特征显著增强，同时下部波谷减弱变宽；当距茅口组顶界大于20 m范围内发育储层时，储层发育位置会产生条带状或眼球状“强亮点反射”，且当储层厚度从5 m变为15 m时，其反射特征越明显。正演模拟结果与实钻高产气井中储层在地震剖面上的响应特征具有较好的一致性。

图5 茅口组储层正演模型及模拟结果图

3 岩溶储层地球物理预测与烃类检测

储层地震响应特征揭示振幅属性对于荷包场地区第一储层段优质储层的预测有较为显著的效果，结合储层多发育于距离茅口组顶界20 m范围内的特点，优选时窗，对多种振幅属性进行了提取、分析，并与实钻情况进行对比，最终通过对原始数据体开展振幅指数变换，对该区的储层进行了预测，最后结合该区的烃类检测属性，明确烃类流体聚集有利区，经与实际钻井结果比对，吻合度好。

3.1 振幅属性分析

地震属性种类多而杂，在地质情况分析的基础上，选取恰当的地震属性进行储层预测，能够达到事半功倍的效果。地震数据振幅的变化是地层岩性变化的直接反应，振幅属性能有效突出地震数据振幅差异，能够清晰地反映出地层的非均质特性，可有效识别断裂、预测河道、火山岩、碳酸盐岩等储层，预测有利储层的分布范围。通过对储层标定，荷包场地区茅口组顶界为连续强反射界面，距茅口组顶界0～20 m范围内储层表现为弱振幅的响应特征，振幅属性能在一定程度上反映储层的存在。但由于该区地震资料分辨率相对较低，储层发育部位与非储层发育部位常规地震剖面上，茅口组界面处波峰及下部波谷振幅差异小，因此笔者研究探索了振幅变换处理，将振幅“两级分化”，得到新的振幅指数属性。首先对原始地震剖面进行提高分辨率处理，使茅口组顶部波峰和下部波谷的分辨率得到一定程度的提高，在此基础上对提高分辨率处理后的地震剖面进行振幅变换，分别实验了振幅的二次方增强、三次方增强和四次方增强，发现二次方增强后的地震剖面与提高分辨率后的地震剖面特征差异较小；但当进行三次方增强后，储层发育部位茅口组顶部波峰和下部的波谷弱振幅响应特征与非储层段差异显著；当进行四次方增强后，与三次方增强的剖面特征基本相近，对比分析认为通过提高分辨率后的振幅三次方增强手段可有效区分储层与非储层。变换后使得振幅指数强的更强，弱的更弱，使原本差异不显著的振幅变得差异更大，可对比性更好。与传统振幅属性相比，笔者通过对振幅值进行指数变换，使强振幅和弱振幅的差异进一步增大，增强了振幅变化的敏感性，具有更高的纵向分辨率，可用于亮点、暗点的识别。研究中结合该区前述的速度背景，沿茅口组向下5 ms为时窗大小（即距茅口组顶界约20 m），进行振幅指数的提取。

图6为荷包场地区基于振幅变换后储层预测结果，黄色区域代表茅口组顶部弱振幅区域。经过与实际钻井茅口组上储层发育的单井进行对比，茅口组顶部储层段产气的井基本都分布于图中黄色区域，即储层发育区，经对比预测结果与已钻井情况吻合好，吻合率可达80%。

图6 荷包场地区茅口组顶部振幅变换法储层预测结果图

3.2 烃类检测分析

在储层预测的基础上，为了最大限度地聚焦烃类富集区，降低区带及目标优选风险，笔者对本区进行了烃类检测。近年来理论研究与实践证实，当地震记录经过含油气的地层时，地震记录的低频能量会相对增强、高频能量相对减弱，称其为“低频共振、高频衰减”，能够灵敏地反映油气的存在，提高储层预测的精度[32]。选取区内b39、b38、b28、b45等典型的气井和干井b7井进行频谱分析（图7），发现气井和干井的频谱差异非常明显，气井在低频段能量较干井明显增强，而高频段气井的能量较干井降低。因此能够有效地进行烃类预测，得到的烃类检测平面图如图8所示。红色—黄色区域表示了含烃流体发育部位，即油气富集区。通过对研究区内31口井的茅口组测试情况进行统计，25口井与预测情况相符，吻合率为81%。

图7 荷包场地区茅口组典型井频谱分析图

3.3 预测结果分析

将储层预测结果与烃类检测结果进行对比，二者具有较好的一致性。纯预测结果显示，储层除沿着断裂发育带分布以外，在远离断裂区发育3个呈“面状”展布的发育区带（图6），包④号断层以西发育两个区带，包③号断层以东发育一个区带，3个区带的面积分别为 18 km2、29 km2和 32 km2，表明构造高部位与断裂叠合区外也可以寻找岩溶储层目标。截至2019年4月15日，根据该研究结果在东部储层发育区部署实施的hb1井已钻至井深3 399 m（茅口组顶部），正在进行固井施工工作。

4 结论

1）荷包场地区茅口组储层纵向上具有分层性，发育两个深度段的储层，第一深度段储层段主要发育于距茅口组顶界0～50 m范围内，储层发育相对集中，层多、厚度小，以孔隙—孔洞型储层为主；第二深度段主要发育在距离茅口组顶界50～100 m范围内，储层不发育，层少且分散，以裂缝—孔洞型储层为主。高产稳产井储层以第一深度储层段为主，主要发育在距离茅口组顶部20 m以内。

2）典型井储层响应分析及正演模型揭示，当距茅口组顶界0～20 m内有储层发育时，地震剖面上表现出茅口组顶部的强波峰及紧邻波谷振幅减弱的响应特征；当距茅口组顶界大于20 m时有储层发育时，储层在地震剖面上表现出条带状或眼球状中—强波谷反射。

3）探索振幅变换形成的振幅指数新属性开展荷包场地区的岩溶储层预测，吻合率高达80%。

4）储层预测结合烃类检测，在荷包场地区西北部和东北部评价3个有利区带，已部署实施hb1井。