四川盆地东部卧龙河地区茅口组白云岩储层地震响应特征

何昌兴悦 陈 康 李承泽 王 浩 龙 隆 李珂芮

1.中国石油西南油气田勘探开发研究院 2.中国石油勘探开发研究院西北分院

0 引言

四川盆地中二叠统茅口组是一套以石灰岩为主的地层，由于在地层沉积后被抬升，广泛接受风化剥蚀，茅口组发育岩溶型储层[1-3]，早期勘探区域主要位于四川盆地的蜀南地区，储层类型以岩溶缝洞型储层为主，采用“三占三沿”的勘探模式，为四川盆地天然气勘探做出了重要贡献[4]。近年来，四川盆地二叠系茅口组勘探获得重大突破，JT1、TS4、MX145 等多口井钻遇优质白云岩孔隙型储层，测试均获得高产[5-7]，由于勘探力度的不断加大以及实钻均证实川中至川东地区茅口组发育沉积型的台缘带，高能沉积环境控制着孔隙型白云岩储层的发育[8-11]。20 世纪70 年代末，川东卧龙河地区沿用蜀南地区“寻找岩溶缝洞型储层”的勘探思路，W67、W83 与W93 等井均在茅口组钻遇优质储层，但由于前期认识的局限性，以为是与断层相关的岩溶型储层，导致勘探规模有限。后来川中地区茅口组勘探获得新的突破，才认识到四川盆地茅口组孔隙型白云岩储层的普遍发育，而川东地区针对白云岩孔隙型储层的测井以及地震响应研究对后续相带的刻画与钻井的部署产生了至关重要的影响。

前人针对四川盆地茅口组储层已进行了细致的研究，江青春等[12]通过精细的井震标定，认为茅口组岩溶储层主要具有弱振幅”“杂乱反射”“强振幅亮点响应”3 种模式；刘珣等[13]认为“错断弱杂乱亮点响应”可用来识别川东北茅口组岩溶储层；戴晓峰等[14]利用相干体技术，识别出在地震剖面上茅口组顶部同相轴下拉，平面上呈环带状及点状的特征为岩溶塌陷的响应特征，并与层拉平技术提取茅顶弱振幅相结合，预测了川中岩溶储层发育区；张光荣等[15]通过正演模拟认为蜀南地区茅口组岩溶储层为“茅顶强波谷+茅顶之下波峰”的响应特征，并通过地震属性、地震反演及三维可视化雕刻相结合的方法对岩溶储层进行了精细刻画，提高了储层预测的精度；胡东风等[16]利用岩心样品及地球化学分析手段，分析了四川盆地茅口组白云岩的地质特征，储层特征，为后期白云岩储层发育模式研究奠定了基础；李让彬等[17]对川东地区茅口组白云岩储层的研究证实，高能浅滩能够对白云岩发育过程进行控制，后期构造活动引起的热液上涌会对储层有建设性作用[18-22]。

茅口组孔隙型白云岩储层的准确识别涉及地震响应的精细研究，川东地区白云岩孔隙型储层的地球物理响应模式尚不明确[23-24]，这就为有利储层地震识别和勘探目标优选带来了困难。笔者在综合前人研究的基础上，主要针对卧龙河地区，充分运用地震与钻井资料，在储层测井响应特征和模式分析的基础上，建立正演模型来分析研究区白云岩储层的地球物理响应特征，建立区内白云岩地震识别模式，基于地震属性刻画茅口组白云岩储层分布与有利相带，对后续勘探有利区的优选具有一定意义。

1 研究区概况

卧龙河地区位于四川盆地东部，构造上位于川东高陡构造带，构造形态为受到深部断裂控制的北东—南西向的低缓背斜。卧龙河构造是黄泥堂构造群的一部分，北段延伸至梁平向斜，南部与双龙和新市构造相连接，西面是明月峡背斜，东部与苟家场背斜和拔山寺向斜相连，目前已在研究区及其周边地区发现板东、卧龙河、大天池等气田。茅口组在四川盆地主要为开阔的碳酸盐岩台地相沉积（图1），地层横向上比较稳定，在纵向上可划分为茅口组一段至茅口组四段，其中茅二段又可细分为茅二a 亚段、茅二b 亚段和茅二c 亚段。在川东卧龙河地区，茅口组沉积后受到东吴运动的影响，使得地壳抬升，茅口组整体接受风化剥蚀，导致缺失茅四段和茅三段的部分地层，并且与龙潭组为假整合接触[25-26]。卧龙河地区茅口组整体厚度介于200 ～320 m，地层总体呈现南厚北薄的特征。茅一段是在比较深的水体环境中形成的一套含骨屑泥晶灰岩与黑色石灰岩的互层，中间还有泥质石灰岩与黑色页岩的互层。茅二段至茅三段的沉积相主要为台地边缘及开阔海沉积，高能颗粒滩较为发育，地层岩性主要为颗粒石灰岩为主，以及一部分的生物碎屑石灰岩，储层主要发育在茅二段，以富含溶蚀孔洞的滩相白云岩为主。

图1 四川盆地中二叠统茅二段沉积相图

卧龙河地区早期的勘探主要是以石炭系为主，二、三叠系为兼探层。W67 井在茅口组钻遇优质储层并发生井喷，由此掀开了该地区茅口组勘探的新局面。卧龙河地区茅口组在过去很长一段时间的研究重点放在表生岩溶作用形成的缝洞型石灰岩储层类型研究，近几年来钻遇了白云岩孔隙型储层，储层物性较好且具有连片发育的特征[27]，主要发育在茅二a 亚段，目前普遍认为白云岩储层受到川中—川东茅口组沉积型台缘带高能滩的控制。

2 储层识别方法

2.1 测井响应特征分析

通过已知钻井资料结合前人研究成果分析表明，研究区茅口组沉积环境为碳酸盐岩台地，沉积岩性以石灰岩、泥质石灰岩和白云岩为主，各类岩性的测井响应特征差异明显。石灰岩的测井响应表现为“一低两高”的测井特征，分别是低自然伽马、高纵波速度和高电阻率，测井曲线相对平直稳定。泥质石灰岩在测井响应特征上表现出“一高两低”的特征，分别是相对高自然伽马、低纵波速度和低电阻率。白云岩储层主要发育在茅二a 亚段，储层厚度介于10 ～20 m，储层岩性以白云岩为主，储集空间以粒间溶孔、晶间溶孔和裂缝为主，白云岩储层在测井上响应明显，区别与石灰岩和泥质石灰岩，主要表现为“三低”的特征，即低自然伽马、低纵波速度和低电阻率（图2）。对研究区典型井开展测井交会分析，通过制作自然伽马—纵波速度交会图（图3），其中红色数据点为代表白云岩，灰色数据点代表石灰岩，蓝色数据点代表泥质石灰岩，白云岩储层与其他两类岩性在纵波速度上区分明显，具有更低的纵波速度和自然伽马响应。

图2 W115 井震标定图

图3 纵波速度与自然伽马交会图

2.2 储层响应模式

茅二a 亚段根据岩性的不同组合关系可以划分为4 种地震响应模式（图4）：①岩性为石灰岩和泥质石灰岩组合时，白云岩不发育，石灰岩在测井上整体表现出“两低一高”的特征，分别是低纵波时差（高纵波速度）、低自然伽马、高电阻率，变化稳定；在底部存在泥岩夹层，表现出“两高一低”的特征，分别是高纵波时差（低纵波速度）、高自然伽马、低电阻率；此时的地震响应模式为茅二a 亚段底界连续强波峰反射；②整体发育大套石灰岩，底界无泥岩夹层，此种类型的石灰岩地层在测井上表现出“两低一高”的特征，分别是低纵波时差（高纵波速度）、低自然伽马、高电阻率，此时的地震响应模式为茅二a 亚段底界宽波谷反射；③上下部分发育石灰岩，中部发育厚层白云岩，其中白云岩测井上表现出“两低一高”的特征，分别是高纵波时差（低纵波速度）、低自然伽马、低电阻率；灰岩在测井上表现出“两低一高”的特征，分别是低纵波时差（高纵波速度）、低自然伽马、高电阻率，此时的地震响应模式为茅二a 亚段底界断续中弱波峰反射。④ 上部为石灰岩，中下部分为厚层白云岩，白云岩在测井上表现为高纵波时差（低纵波速度）、低自然伽马、低电阻率的特征，上部的灰岩测井上表现出低纵波时差（高纵波速度）、低自然伽马、高电阻率的特征，此时的地震响应模式为茅二a 亚段底界断续中弱波峰反射。

图4 茅二a 亚段典型地层垂向组合模式图

茅二a 亚段中下部由于发育白云岩储层和泥质石灰岩，这两类岩性在纵波速度上具有相同的特征，均为低纵波速度。但是泥质石灰岩一般都为深水相的沉积，平面上分布较为稳定，在区域上可以表现为连续的强波峰反射，而白云岩储层具有比较强的非均质性以及平面上发生云化的差异，实际上白云岩储层在区域上分布并不连续，整体可表现为断续中弱的波峰反射特征，与深水泥质石灰岩反射具有比较明显的差异。通过过井的剖面（图5）也可支撑此结论，W98、W93、W95、W85、W118和S19 均钻遇白云岩储层，但是钻遇厚度具有一定变化，在井点处茅二a 亚段底界均为宽波谷背景下的中弱波峰反射，横向剖面上变现为断续中弱波峰反射，是明显的储层发育有利带，明显区别与W98 井西北区域的较深水低能沉积连续强波峰反射，所以根据茅二a 亚段底界断续中弱波峰反射与连续强波峰反射的地震反射差异可以比较好地识别出茅二a 亚段的白云岩储层。

图5 卧龙河地区茅口组过井剖面图

2.3 储层有利区预测

2.3.1 正演模拟分析

卧龙河地区茅口组白云岩储层实钻厚度在0 ～30 m，各井厚度差异比较大，表明白云岩储层在横向的分布具有很强的非均质性，但白云岩储层与围岩在测井上具有较大的差异，地震波在经过灰岩以及白云岩储层时反射振幅强度会发生改变，可以通过正演模型的建立来进一步分析和确立白云岩储层的地震响应特征，建立茅二a 亚段的白云岩储层的地震识别模式，从而为后续的储层属性预测奠定识别基础。为了获得更普遍性的地震响应认识，参考已有钻井的茅口组内幕地层的测井响应，根据实际情况开展正演模拟，从下至上设置茅二b 亚段、茅二a 亚段、茅三段和龙潭组等，综合考虑茅口组内部白云岩储层、泥质石灰岩和围岩等岩性的平均弹性参数设计模型。正演模拟共设计2 类模型：①理论简化模型（图6），其中龙潭组泥页岩上覆地层的速度为4 800 m/s（图中蓝色），茅三段、茅二段和茅一段的石灰岩速度为6 100 m/s（图中灰色），茅二段和茅一段泥质灰岩速度为5 300 m/s（图中浅蓝色），较低速的白云岩储层速度为5 400 m/s（橙色表示），较高速的白云岩储层速度为5 800 m/s（图中金黄色），白云岩储层发育模式分为2 类，即单套厚度为 5 m 的储层互层和储层厚度介于0 ～20 m的楔状体；②实际简化模型（图7），各种岩性的速度与理论简化模型一致，白云岩储层厚度横向上快速变化，模拟储层的非均质性。

图6 卧龙河地区茅口组白云岩储层理论简化模型正演模拟示意图

图7 卧龙河地区茅口组白云岩储层实际简化模型正演模拟示意图

两类模型均使用30 Hz 雷克子波进行正演模拟，从正演模拟可以看出，单套互层和块状的白云岩储层底界均可表现为波峰反射，储层底界波峰反射位置位于茅二a 亚段底界面附近，茅二a 亚段石灰岩由于速度差异小，所以无明显反射，横向变化也较为稳定。横向上白云岩厚度的差异可以造成储层底界的波峰反射的变化，白云岩厚度越大，储层底界波峰响应越强，同时由于白云岩储层与围岩的差异，纵波速度越低，储层底界波峰反射越强。若白云岩储层在横向上具有非均质性，厚度快速变化时，储层底界可表现为断续波峰反射响应模式，此为白云岩储层和高能滩发育有利相带的直接指示标志。茅二a 亚段泥质灰岩速度上与白云岩储层差异小，但是沉积环境却不同，泥质灰岩由于是在相对低能的环境中沉积，横向分布比较稳定，所以表现为明显的连续中强波峰反射，此类响应模式是指示斜坡深水沉积，与白云岩储层的响应区别明显。

综上所述，通过正演模拟，就可以建立茅二a 亚段储层发育与有利相带的识别模式，茅二a 亚段白云岩储层地震响应为储层底界（茅二a 亚段底界）的中弱波峰反射，厚度越大储层波峰响应越强，横向上断续的波峰反射是储层与高能滩发育有利相带的直接指示标志。

2.3.2 综合预测储层展布

研究区有利相带与储层识别需要依靠敏感的地震属性来进行预测，在不整合面下50 ～150 m 内，茅二a 亚段白云岩储层主要表现为中弱波峰反射的地震响应特征，结合正演模拟所建立的茅口组白云岩储层识别模式，笔者选用最大波峰振幅属性来定性刻画该类储层平面展布特征，通过平面上断续波峰反射与连续波峰反射的差异就可以确定地震有利相带。

以白云岩钻井、地震响应特征分析和正演模拟为基础，开展地震属性分析，在卧龙河三维工区优选茅二a 亚段底界最大波峰振幅属性预测白云岩储层分布。从卧龙河地区茅二a 亚段底界最大波峰振幅属性（图8）可以看出，以W98 井与W127 井之间为分界，研究区东北部为明显的连续波峰反射（图8 中蓝色虚线东北部），为茅二a 亚段斜坡相低能沉积环境中泥质灰岩的典型响应特征，W127 井与W80 井也在茅二a 亚段实钻泥质灰岩，证明此条带储层不发育，是储层勘探的不利相带。以W98 井为界，在研究区的中部以及西南部，为断续的波峰反射，是高能滩有利带的典型响应（图8 中蓝色虚线西南部），黄色的波峰反射区域代表白云岩储层发育的区域。通过实钻井储层厚度与地震响应特征的关系建立误差分析表（表1），其中W67 井钻遇厚层白云岩储层为弱波峰响应，W51 井未钻遇白云岩储层为弱波峰响应以外，其余井均与白云岩储层的识别模式相吻合，吻合率达88.2%，白云岩储层与高能滩有利带的识别相对可靠。

表1 卧龙河三维茅二a 亚段白云岩储层地震响应模式与实钻结果对比表

图8 卧龙河地区茅二a 亚段底界最大波峰振幅属性平面图

3 结论

1）卧龙河地区茅二a 亚段发育白云岩储层，储层发育较薄，主要发育在茅二a 亚段的中下部，白云岩储层在测井上表现为“三低”的特征，即低纵波速度、低自然伽马和低电阻率的特征。

2）卧龙河地区茅二a 亚段发育4 类岩性组合和地震响应模式，分别为泥质石灰岩与石灰岩、大套石灰岩、白云岩与石灰岩的不同组合模式。泥质石灰岩与石灰岩组合模式的地震响应特征表现为茅二a 亚段底界强波峰反射；大套灰岩模式的反射较弱，地震响应表现为茅二a 亚段底界宽波谷反射；白云岩储层与石灰岩的不同组合模式在地震上响应上均表现为茅二a 亚段底界中弱波峰反射，白云岩厚度越大，波峰反射相对变强。

3）茅二a 亚段由于白云岩非均质性，与石灰岩形成两类岩性的断续分布，茅二a 亚段断续中弱波峰反射是高能滩白云岩储层发育的有利相带的直接识别标志，连续的强波峰反射是斜坡相泥质石灰岩发育的标志。

4）最大波峰振幅属性是刻画研究区茅口组白云岩储层的优势属性，高能滩有利相带与白云岩储层优势发育区均在研究区的中部和西南部地区，不利斜坡相发育在研究区的西北部地区。