相控约束下的生物礁储层地震预测研究——以川东北LHC地区为例

王 鑫， 关 新， 谭开俊， 乐幸福， 吕文正， 张建新， 张 强

(1.中国石油勘探开发研究院西北分院，甘肃 兰州 730020；2.西南石油大学， 四川 成都 610500；3.中国石油西南油气田分公司，四川 成都 610051)

生物礁是由固着生物所建造的原地沉积的碳酸盐生物建隆。近年来，四川盆地川东北地区生物礁气藏连获突破(洪海涛等，2008)，在普光、龙岗、元坝地区上二叠统长兴组均发现有生物礁大气田(赵文光等，2010)，进一步确立了四川盆地上二叠统长兴组生物礁气藏的巨大勘探潜力。

四川盆地生物礁储层属于典型的隐蔽油气储层，使得生物礁储层地球物理预测存在较多问题。①生物礁油气储层多为构造-岩性型油气储层，为复杂的岩相复合圈闭，空间展布具有不规则性，基于常规地震同相轴对比追踪的“地震相面法”或构造勘探方法难以准确成图和成像(殷积峰，2008)。②生物礁与非生物礁岩石的物性差异较小，引起地震波运动学特征差异不明显，增加了地球物理反演的不适应性(陈勇，2011)。③生物礁储层内部结构复杂、岩石类型多、厚薄不一，导致地球物理响应特征变化大，无固定模式，且与某些地质体(如火山岩体、泥丘、浊积体等)的地震反射结构具有一定的相似性，容易混淆，为勘探开发带来难度。

除上述难点外，LHC地区由于地表地形高差大、出露地层褶皱强烈、地下地质构造复杂、储层埋藏较深，导致地震波场错综复杂，地震资料的分辨率和信噪比较低，识别和解释生物礁难度更大，导致该区勘探开发进程受到较大影响。因此，针对本地区实际情况，本次研究从生物礁储层发育背景研究入手，采用“相带划分—生物礁识别—储层反演”逐级控制的思路，开展相控约束下的生物礁储层预测，综合运用正演模拟、地震相分析、地震属性分析和叠前弹性参数反演等方法，形成适合本地区生物礁储层预测的技术系列，以破解生物礁预测难点，准确预测生物礁储层展布规律，加快该区的勘探开发进程，并为同类型储层预测工作提供借鉴。

1 研究区概况

LHC地区构造位置处于川东高陡构造带，横跨华蓥山，晚二叠世处于开江-梁平海槽西侧，发育开阔台地相、台地边缘相、斜坡-海槽相。该地区处于生烃中心边缘， 受控于上二叠统烃源层以及下伏烃源层多源联合供烃(邹才能等，2011)，气源充足，上覆地层发育多套盖层，区内油气成藏主要受控于储层发育情况。LHC地区西邻龙岗气田，东靠铁山气田，长兴组共钻井8口，有3口井位于台缘带，测试2口，获工业气井2口，测试产量均较高。

2 生物礁储层特征

LHC地区生物礁根据礁的生长形态及与陆地的关系可定义为岸礁或裙礁 (张永刚等，2011)，主要分布在开江-梁平长兴期古海槽西侧台地边缘，其分布范围和形态与沿岸水下地形特征和水深情况密切相关，礁体在研究区规模不大且侧向间断发育(刘伟等，2014)。区块内生物礁岩性为海绵骨架灰岩、颗粒灰岩，储层主要分布在长兴组顶部，呈厚层分布，主要为残余海绵骨架云岩、残余颗粒白云岩及角砾状白云岩等，储集空间以晶间孔、晶间溶孔为主；储层孔隙度平均值为4.83%，渗透率平均值为0.52×10-3μm2，整体具低孔-低渗特征。储层在电性特征上表现为低自然伽马(整体小于50 API)，低密度(整体低于2.8 g/cm3)，高中子(整体大于4%)，高声波时差(整体大于160 μs/m)，但储层与围岩测井响应差异不大，且有重叠部分，这一特征也使得生物礁的储层预测较为复杂。

3 生物礁储层预测

根据本区生物礁规模小，侧向连续性差，储层直接预测困难的特点，本研究将从生物礁储层发育背景研究入手，开展相控约束下的生物礁储层预测。首先在地震上对台缘相带进行划分，然后在台缘相带内借由生物礁特殊的沉积地貌和岩石学特征而引起的地震响应特征对生物礁进行刻画，再在生物礁发育范围内进行储层预测。下面结合研究区实际地震资料对生物礁储层预测进行详细论述。

3.1 台缘相带划分

台缘相带划分是本次生物礁储层预测研究的入手点。地震相研究是目前碳酸盐岩相带划分的主要手段(刘洋等，2016)，总的来说，台地相和海槽相由于沉积相对稳定，地震相表现为波形连续性好，振幅较强。而台缘和斜坡相岩性不稳定，变化较大，地震相呈中连续—弱连续、低频、低振幅反射地震相，台缘相与台地相、斜坡相的界线往往很难界定。为了更准确的刻画相带范围，本次研究以正演模型指导下的相界线确定为准则，再利用敏感属性对台缘相在平面上的展布进行刻画。

根据本区上三叠系地质特征，建立适合于本区特点的反映台缘相带边界的初始速度模型。目的层上覆地层为飞仙关组地层，自下而上发育泥质灰岩、微晶灰岩及含泥质灰岩，整体较为致密，速度分别取5 988 m/s，6 400 m/s，6 050 m/s。含台缘生物礁碳酸盐岩地层为长兴组地层，自下而上可细分为生物灰岩(礁基)、礁灰岩(礁核)、白云岩(礁顶)，速度分别取5 680 m/s、6 097 m/s、6 250 m/s。以此模型为基础，依据实际地震资料的频谱特征，选取主频为26 Hz 的 Ricker 子波作为入射脉冲，通过波动方程正演模拟，得到正演模拟的地震响应记录。由图1所示正演模拟结果可看出，台缘长兴组顶部表现为中—强波峰反射，这是因为从上覆的高速泥质灰岩进入低速的礁灰岩形成了正反射系数，因此形成波峰反射；斜坡长兴组顶部则因上下岩性接近呈空白反射，振幅较弱且波形不连续，台缘与斜坡相带边界地震上主要表现为振幅值由强变弱。相类似的，台缘与台地相带边界地震上主要也表现为振幅值由强变弱的特征。

通过正演模型得到台缘相带边界的响应特征均表现为振幅的变化，以此为依据，本次研究在剖面识别的基础上，确定最大波峰振幅为敏感属性，在平面上对台缘相带边界进行刻画。本次属性提取时窗以包含完整相位为原则，考虑到地震资料频率在不同区域变化较大的实际情况，本次反映台缘与斜坡相带边界的属性提取时窗为长兴组顶部向下20 ms，反映台缘与台地相带边界属性提取时窗为长兴组顶部向下10 ms。图2所反映的是台缘与斜坡相带边界，边界在平面上呈曲折线，沿北西-南东向展布，台缘相带呈现色彩不均匀，表明台缘相带侧向变化快，台缘靠海部位振幅较强(绿色)，而相邻斜坡相带振幅较弱(蓝色)，色彩连续均匀，表明该相带沉积相对稳定，台缘与斜坡相带色差明显，反映相带边界清晰。台缘与台地相带边界也呈类似特征。

通过分别厘定台缘相与斜坡相、台缘相与台地相的界线，刻画出了工区台缘相带，在平面上沿北西-南东向呈曲折条带状展布，相带宽度为0.76～1.54 km，这为后续工作提供了准确的背景约束。

3.2 生物礁刻画

生物礁刻画是本次生物礁储层预测研究的关键。生物礁形成与古地貌高地有密切关系，且具有独特的地貌和岩石学特征，这些特征决定了生物礁在地震反射剖面上具有不同的反射特征。因此根据地震相的变化，比如礁体的外部几何形态、内部反射结构以及与围岩的接触关系等地震相特征可以识别礁体(胡伟光等，2010)，这种方法称为“相变法”。结合前人的成果和对本工区的研究，提出工区生物礁在地震剖面上具有的相变：礁体外形呈丘状反射特征，顶面为强反射特征、内部为断续、杂乱反射或反射空白区，底部可出现下凹反射特征，翼部出现上超反射特征。利用这些特征，在地震剖面上较为综合地判定了礁体的边缘轮廓。

除了剖面识别外，本次研究还从平面上对生物礁进行刻画，研究认为生物礁穹隆状外形是工区生物礁地震识别的最稳定、最明显的特征，这直接导致了生物礁时间厚度较围岩增大。根据地震反射层层间的这种时差变化就能在平面上对生物礁所处范围进行圈定(汪晴川等，2008)。本次研究是在刻画出的台缘相带内，将长兴组顶界到工区标志层—阳新统底界间的时间厚度作为标准时差，时差厚度大的地区为生物礁发育区(黄色)，时间厚度约为155～175 ms，时差厚度薄的区域为礁间致密灰岩沉积(绿色)，共识别出5个生物礁(黄色)，呈长条状或马蹄状展布，在台缘带间断分布，礁体面积最大为0.49 km2，最小仅为0.13 km2(图3)，其中①号礁体与②号礁体已分别被钻井证实，本次预测精度较以往工作的有较大提高。

3.3 储层预测

储层预测是本次生物礁储层预测研究的落脚点。针对工区生物礁储层的实际，采用稀疏脉冲反演方法来预测礁体的分布。稀疏脉冲反演是建立在一个趋势约束的脉冲反演算法上， 在计算中，采用延迟脉冲模型来反演地震波的整个波形，并且延迟时间不是整数，因此可以满足研究所需的准确程度。另外，把地震道模拟成一个稀疏脉冲序列，加上噪声项形成反褶积模型，产生宽带的反演输出，最大限度地体现地震资料振幅、频率、相位等特征。稀疏脉冲反演可以综合运用测井及地震资料，得到同时具有高的垂向分辨率和好的横向连续性的反演剖面(周仲礼等，2008)。如前所述，工区内储层与围岩在包括声波时差在内的常规测井曲线上响应特征差异不大。经过多轮实验，本次研究认定在叠前弹性参数中的泊松比为工区储层敏感参数，因此本次采用稀疏脉冲的泊松比反演技术，反演范围为台缘相带，重点质量控制区域为本次研究刻画出的生物礁发育区。

基于lg001-29、lg001-28、lh002-x1ce、lh002-x2等典型井测井解释成果及测试结论等生产成果，将孔隙度大于2%的定义为储层，确定工区储层反演的门槛值。图4为工区典型井纵波阻抗与泊松比交汇图，由此确定工区储层泊松比门槛值上限为1.83，下限为1.62，在此范围内多为生物礁储层。由此，利用叠前地震角道集数据转换而来的泊松比数据体在相控约束下对生物礁储层进行了预测。

图5为工区近垂直于相带的过典型生物礁井LH002-x1ce井的泊松比反演剖面。图中白色表示致密围岩，因受生物礁发育影响，其成层性较差，泊松比强弱交互，变化较快；红色及绿色表示储层，主要分布在长兴组地层的上部，呈团块展布，不连续。上述的反演结果既体现了生物礁与围岩的差异，又体现了生物礁内部的非均质性，与地质认识相吻合。从平面反演结果(图6)可以看出，储层整体分布不均，储层发育区与生物礁发育区有良好的相关性，生物礁发育区的储层厚度一般在28～36 m，其他地方则以12～18 m居多。上述储层预测成果在勘探实践中获得了较好的验证。

4 结束语

通过对LHC工区地质背景、储层特征与地震资料的分析，针对地震资料存在分辨率和信噪比较低的问题， 从生物礁储层发育背景研究入手，确立了适合于本区的“相带划分—生物礁识别—储层反演”逐级控制的生物礁储层预测思路，形成了一套相控约束的生物礁储层预测方法:

(1)在正演模拟的基础上，利用最大波峰振幅等敏感属性厘定台缘相带边界，结合地震相研究等手段刻画台缘相带，结果显示工区台缘在平面上沿北西-南东向呈曲折条带状展布，宽度为0.76～1.54 km，为生物礁储层预测提供了精确的相带约束。

(2)在相带约束的基础上和生物礁地震响应模式的指导下，利用基于时差厚度的生物礁识别方法，在台缘带识别出5个生物礁，为储层预测提供了准确的岩相约束。

(3)在岩相约束的基础上，根据已钻井的测井响应特征与测试资料，利用基于稀疏脉冲的泊松比反演预测出台缘带的储层厚度。经勘探实践证实，较前人的方法有较大提高，大大降低了该区生物礁勘探开发风险，有力加快了该区的勘探开发进程，并为同类型储层预测工作提供了借鉴。