徐明華1 付建元1 楊 迅2
劉俊海1 王宇峰2
1. 中國石油川慶鑽探工程有限公司地質勘探開發研究院
2. 中國石油西南油氣田公司川西北氣礦
摘 要 近年來，四川盆地西北部地區（以下簡稱川西北地區）在超深層海相碳酸鹽巖氣藏勘探方面取得了突破，多個構造在中二疊統茅口組三段（以下簡稱茅三段）獲得高產氣流並證實裂縫是天然氣高產的主要控制因素，但是常規地震處理對裂縫識別能力差、預測效果不佳。為此，以川西北地區九龍山構造為例，在歸納總結茅三段儲層特徵的基礎上，分析已鑽井茅三段儲層的地震響應特徵；再通過對原始疊前道集優化處理和頻譜恢復高分辨處理提高地震資料解析度，同時保持裂縫孔洞發育的地震微弱信號；進而採用照明對稱體、分頻混沌體、導向似然體等疊後地震屬性處理技術開展裂縫檢測，最後通過三色融合技術預測茅三段縫洞體的平面展布特徵。研究結果表明：①川西北地區茅三段超深層碳酸鹽巖儲層主要為巖溶裂縫型儲層，構造裂縫及溶蝕孔縫發育，易形成較大規模的裂縫發育帶；②該區超深層原始地震資料主頻介於25 ～ 30 Hz，對裂縫帶響應不明顯，採用疊前道集優化處理技術和頻譜恢復技術組合，可以保護裂縫帶的微弱信號，使地震資料主頻達到45 Hz，有效地提升了地震資料的頻譜，地質現象表現明顯；③採用照明對稱體、導向似然體、分頻混沌體可以從不同角度反映地震資料表達的地質信息，三色融合技術能較好地反映茅三段碳酸鹽巖斷裂發育帶、巖溶孔縫發育帶。結論認為，地震預測裂縫成果與鑽井、測井、測試等成果匹配良好，為該區天然氣開發井的部署與調整提供了依據。
關鍵詞 四川盆地西北部 中二疊世 超深層 巖溶裂縫儲集層 裂縫檢測 頻譜恢復 照明對稱體 分頻混沌體 導向似然體
0 引言
四川盆地西北部地區（以下簡稱川西北地區）中二疊統茅口組埋深超過5 000 m，屬於超深層碳酸鹽巖沉積。近年來，以中二疊統海相碳酸鹽巖儲層為目標的天然氣勘探取得了重要進展，九龍山、雙魚石等構造多口井在茅口組相繼獲得高產氣流，但是單井測試產量差異巨大，如L16 井茅口組測試日產氣量為252×104 m3，L004-X1 井茅口組測試日產氣量為112×104 m3，L4 井茅口組測試日產氣量為21×104 m3，而處於構造較高位置的LT1 井茅口組測井解釋無儲層（未測試）。造成上述現象的主要原因是風化剝蝕作用改造後巖溶儲層中裂縫發育程度不同，裂縫是天然氣高產的控制因素[1-4]。由於地層埋深大，常規地震資料對裂縫信息反映不明顯，嚴重製約了地震技術對裂縫的精細描述，前期多輪次研究成果矛盾較大，鑽井失誤較多。為此，筆者以川西北地區九龍山構造為例，在歸納總結茅口組儲層特徵的基礎上，分析了已鑽井儲層的地震響應特徵，從疊前道集入手，優化處理提高地震資料解析度，對高解析度資料開展了疊後分頻混沌體、照明對稱體、導向似然體等3 種屬性研究，通過三色融合預測茅口組三段（以下簡稱茅三段）裂縫、溶蝕孔縫發育帶，以期為天然氣開發井部署與調整提供依據。1 儲層特徵
四川盆地西北地區茅口組地層自下而上可劃分為四段，茅一段和茅二段均以深灰色泥晶生物碎屑灰巖為主，含有生物碎屑、燧石等，基本無產層；茅三段為淺灰—灰白色生物碎屑灰巖、豹斑灰巖夾白雲巖，局部為深灰色泥晶生物碎屑灰巖，溶蝕孔縫發育，該層是區域性產氣層段；茅四段以矽質頁巖、泥晶灰巖為主，大部分受到剝蝕，殘留較薄[5]。茅三段儲層巖性以粗—中晶雲巖、細晶含灰質雲巖及亮晶生屑灰巖為主，儲集空間以晶間孔和裂縫為主（圖1），平均孔隙度約為3%，屬於低/ 特低孔、特低滲儲層，可進一步細分為晶粒（細晶、中晶、粗晶及馬鞍狀）白雲巖形成的孔隙型儲層和生屑灰巖形成的裂縫型儲層。其中，裂縫型儲層的裂縫發育密集，主要以構造縫為主，溶蝕縫和縫合線發育較差。裂縫組合特徵主要為斜交縫和網狀縫，裂縫發育與地層深度關係不明顯，受多期區域構造運動強烈影響，裂縫節理產狀與區域主構造應力方向一致性較好，指示茅口組地層經歷早期構造擠壓抬升、後期伸展鬆弛過程中，地層沿層理和劈理溶蝕形成現今廣泛發育裂縫型儲層[4-9]。九龍山構造位於四川盆地北部，呈NE 向延伸[4]。該構造有6 口井鑽遇茅三段，測試4 口，獲氣井3 口，獲氣井成功率為75% ；2 口井因測井解釋無儲層未測試（表1）。從表1 茅三段儲層的統計數據看，各井的儲層厚度差別大，測試產量差別也大；儲層孔隙度介於2.6% ～ 3.2%，平均值為3.1% ；巖心及成像測井反映產量高的L16、L004-X1、L104 井構造裂縫及溶蝕孔縫發育，未測試的LT1、L17 井儲層及裂縫不發育。總體上，儲層越厚，裂縫和溶蝕孔縫發育，氣井產量越高。
表1 茅三段儲層及測試表
2 超深層碳酸鹽巖裂縫檢測
2.1 裂縫檢測技術思路
九龍山構造茅三段常規地震資料主頻介於25 ～ 30 Hz，對裂縫響應不明顯，反射基本無異常，疊後裂縫檢測屬性對裂縫不響應，影響了該構造茅口組的勘探開發進展[10]。為此，筆者裂縫檢測研究從疊前資料入手，首先將經過疊前時間偏移處理的共接收點（CRP）道集進行優化處理，保留裂縫響應的微弱信號，開展高頻地震信號恢復，提高地震資料解析度；再基於高解析度資料開展裂縫檢測方法試驗。對比分析結果表明，照明對稱體、分頻混沌體、導向似然體對儲層裂縫（洞）體反映特徵明顯；再通過多屬性融合，形成儲層裂縫（洞）體綜合預測成果，落實儲層裂縫（洞）分布特徵；在優選的3 種屬性檢測結果上開展屬性融合，得到綜合反映縫洞體發育的預測平面分布圖，以指導井位部署[11-14]。2.2 地震資料高頻信號恢復
原始CRP 道集保留了地震資料豐富的信息。圖2 為過L16 井、LT1 井的原始CRP 道集剖面，原始道集存在道集不平、異常斜幹擾，經過道集進行優化處理後，同相軸拉平，斜反射減少，剖面信噪比明顯提高，並保留了L16 井吳家坪組底部（茅口組頂部）的細微反射特徵。經過疊加的地震剖面如圖3-a 所示，剖面特徵解析度明顯提高，茅口組頂部反射保留了道集上異常特徵。但仍很難觀察到裂縫體的響應，需要進一步對資料作高頻恢復處理。圖3 連井優化道集疊加與頻譜恢復高解析度剖面對比圖實鑽中L16 井、L004-X1 井區裂縫發育，在圖3-b 中茅口組頂部反射變弱，下部出現弱反射，對比標定分析認為，茅口組頂部裂縫、溶蝕孔縫發育的地震響應模式為頂變弱下伴弱反射，而LT1 井區裂縫不發育，其地震反射特徵為頂強下空白反射，從道集到剖面上特徵一致。
2.3 疊後地震裂縫檢測方法
不同地震屬性反映不同的地質信息，筆者進行對比研究了多種屬性的裂縫檢測，最終優選出3 種地震屬性從不同的角度對裂縫、溶蝕孔縫帶發育特徵進行描述。2.3.1 分頻混沌體
混沌體可以用來進行斷層、溶蝕帶成像，對地震雜亂特徵進行分類，同時混沌體可以反映一些特殊地質體邊界特徵，比如反映鹽膏侵入、礁灘構造、河道充填等邊界特徵。地震數據體中的混沌信號是測量缺少傾角和方位角組織結構的一種估計方法，用來將雜亂的信號特徵進行分類；混沌體屬性值介於0 ～ 1.0 ；X、Y、Z 方向上的間隔是用來計算地震數據雜亂程度的窗口大小，其值越大，結果越平滑。圖5 為過L004-X1 井—L16 井—L4 井—LT1 井的連井高分辨分頻混沌體屬性剖面。L004-X1 井、L16 井茅三段分頻混沌體屬性剖面高值異常明顯，該段巖心裂縫、溶蝕孔縫發育；L4 井茅三段分頻混沌體屬性剖面相對發育，附近有高值邊界異常；LT1 井茅三段分頻混沌體屬性剖面沒有高值異常，該段巖心裂縫不發育，但該井在棲霞組二段測試日產氣量達106×104 m3，分頻混沌體屬性剖面顯示測試段為高值區。圖5 過L004-X1 井—L16 井—L4 井—LT1 井分頻混沌體屬性剖面圖
2.3.2 3D 照明對稱體
基於照明技術的對稱性是近年來發展起來的一項地震裂縫發育帶檢測技術，對稱性用來度量地震數據的雜亂程度，使用高階統計量方法分析地震信號樣點分布概率的不對稱程度可以作為識別斷層、裂縫、河道及其他地質特徵的工具。3D 照明對稱體是在對稱性基礎上，將原始屬性中不連續、不規則的斷層面進行組合和連接，使斷層面更符合地質規律，同時可消除採集腳印的影響，提高分辨能力。圖6 為過L004-X1 井—L16 井—L4 井—LT1 井的連井高分辨照明對稱體屬性剖面圖，圖中可見L004-X1 井、L16 井、L4 井茅三段位於最有利的異常發育帶，顯示茅三段裂縫發育帶，LT1 井茅三段裂縫不發育，預測剖面無高值異常區。高分辨照明對稱體屬性預測與實鑽井裂縫發育情況吻合較好。圖6 過L004-X1 井—L16 井—L4 井—LT1 井照明對稱體屬性剖面圖
2.3.3 導向似然體
似然性是一種準確預測和精細刻畫斷層的地震不連續性屬性，其原理是預測相鄰道平均能量相干差異，相干值範圍介於0 ～ 1.0，該屬性主要用於捕獲和精細刻畫感興趣區域的大斷裂和裂縫，用相干算法掃描斷層傾角識別斷裂最大似然，具有強大的小斷裂探測功能，可以在水平切片和縱向剖面上刻畫出非常清晰的斷裂，結合裂縫密度、連通性等分析，以實現斷裂系統的探測[16]。圖7 為L004-X1 井—L16 井—L4 井—LT1 井的連井高分辨導向似然體屬性剖面圖，圖7 中可見L004-X1 井、L16 井附近茅三段發育小斷層，L4 井茅三段周邊也有小斷裂，LT1 井茅三段異常不明顯，但該棲霞組二段發育小斷層，與井的情況比較吻合，檢測效果較好。圖7 L004-X1 井—L16 井—L4 井—LT1 井導向似然體屬性剖面圖
3 九龍山構造茅三段孔（洞）縫體預測
九龍山構造鑽井揭示茅三段儲層段主要發育在茅口組頂面向下50 m 的範圍內，為此，提取茅口組頂面向下20 ms 時窗內的屬性平均值來反映地震屬性變化。圖8-a 為茅三段儲層段對稱體屬性平均值，紅色高值反映斷裂發育帶，綠色反映微裂縫發育帶；圖8-b 為茅三段儲層段導向似然體屬性平均值，紅色高值反映斷裂發育，綠色反映斷裂附附近的伴生微裂縫發育帶；圖8-c 為茅三段儲層段混沌體屬性平均值，紅色高值反映大斷裂及溶蝕帶發育帶，綠色反映微裂縫伴生的溶蝕帶。平面分布圖
通過三色融合技術將3 種屬性進行綜合分析，圖9 為3 種屬性融合圖。從圖9 中可得到：①九龍山構造斷裂以近東西向和近南北向為主，構造頂部裂縫發育較差，向構造轉折部位裂縫更發育；②斷裂帶上伴生大量溶蝕帶，在圖9 中為深紫色的圓弧形異常體；③溶蝕帶周邊發育大量的微細斷裂帶，多呈放射狀。在九龍山構造氣水界面之上具有開發價值的是具有一定延伸範圍的斷裂且伴生溶蝕孔縫帶，如已證實的L16 井—L4 井—L004-X1 井一帶；孤立的溶蝕帶或者微小斷裂帶工業價值小；溝通低部位的斷裂帶產水概率大，如L104 井位於南北向的斷裂帶溶蝕帶上，儲層較發育，但測試產水。該裂縫預測成果與已鑽井巖心資料、測井解釋結論、試氣成果一致。新完鑽LT2 在茅三段井漏明顯，顯示出該段裂縫發育，與預測結果吻合；而根據成果調整部署的L004-3 井在茅三段井漏明顯，測井解釋裂縫發育。表明針對茅三段巖溶裂縫型儲層的裂縫預測技術思路可行、方法可靠、結果可信，為九龍山構造超深層碳酸鹽巖井位部署提供了科學依據。4 結論
1）川西北地區茅三段超深層碳酸鹽巖儲層主要為巖溶裂縫型儲層，構造裂縫及溶蝕孔縫發育，易形成較大規模的裂縫發育帶，是該地區勘探開發的重要領域。2）川西北地區超深層原始地震資料主頻介於25 ～ 30 Hz，對裂縫帶響應不明顯，但採用疊前道集優化處理技術和頻譜恢復技術組合，可以保護裂縫帶的微弱信號，使地震資料主頻達到45 Hz，有效地提升地震資料的頻譜，振幅強弱關係合理，橫向振幅變化自然，地質現象表現更為明顯。3）採用的照明對稱體、導向似然體、分頻混沌體能從不同角度反映地震資料表達的地質信息，裂縫檢測結果與鑽井巖心資料、測井解釋結論、測試資料成果匹配良好，通過3 種屬性的三色融合，能較好地反映九龍山構造茅三段碳酸鹽巖斷裂發育帶、巖溶孔縫發育帶，為開發井部署提供可靠的依據。編 輯 陳古明
論文原載於《天然氣工業》2019年第11期
基金項目：中國石油西南油氣田公司科學研究與技術開發項目「川西地區茅口組儲層特徵研究及勘探目標優選」（編號：20190301-07）。
作者簡介：徐明華，1973 年生，高級工程師，博士；主要從事地震勘探方法與應用研究工作。地址：（610051）四川省成都市成華區建設北路1 段83 號。ORCID: 0000-0002-7501-1121。
E-mail: xumh_sc@cnpc.com.cn
點擊閱讀原文，連結到《天然氣工業》官網