頁巖氣高精度三維地震勘探技術的應用與探討——以四川盆地焦石壩大型頁巖氣田勘探實踐為例

陳祖慶 楊鴻飛 王靜波 鄭天發 敬朋貴 李蘇光 陳　超中國石化勘探分公司

陳祖慶等.頁巖氣高精度三維地震勘探技術的應用與探討——以四川盆地焦石壩大型頁巖氣田勘探實踐為例.天然氣工業，2016,36(2):9-20.

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頁巖氣高精度三維地震勘探技術的應用與探討——以四川盆地焦石壩大型頁巖氣田勘探實踐為例

陳祖慶 楊鴻飛 王靜波 鄭天發 敬朋貴 李蘇光 陳超
中國石化勘探分公司

陳祖慶等.頁巖氣高精度三維地震勘探技術的應用與探討——以四川盆地焦石壩大型頁巖氣田勘探實踐為例.天然氣工業，2016,36(2):9-20.

摘 要中國南方海相頁巖氣成藏模式與北美地區存在著明顯的差異，前者儲層厚度普遍較薄且保存條件復雜，常規的二維、三維地震勘探技術難以精細刻畫泥頁巖層的構造特征并準確反映優質泥頁巖的分布規律，因而影響了頁巖氣水平井井位部署的成功率。要想在中國南方海相沉積區獲得頁巖氣商業產能，就必須實施面向巖性勘探的三維高精度地震勘探，準確描述頁巖氣“甜點”的分布情況。因此，針對四川盆地東南部涪陵焦石壩地區復雜的地震、地質條件，三維高精度地震采集觀測系統的設計應該具備寬方位、小道距、高覆蓋、縱橫向覆蓋均勻、適中排列的特點，以滿足頁巖氣勘探對構造解釋、巖性解釋以及裂縫預測的需要。基于該思路，2013年在該區實施的首個高精度三維地震勘探項目對焦石壩大型頁巖氣田的發現起到了重要的促進作用。基于四川盆地海相優質泥頁巖從志留系到寒武系呈多層系發育的特點，可以實施頁巖氣立體勘探的策略，充分挖掘高精度三維地震資料中所包含的淺、中、深地層的油氣信息，全面擴大勘探成果，以平衡頁巖氣勘探開發高昂的上游成本，持續推動該區頁巖氣高效勘探開發進程。

關鍵詞四川盆地東南部海相焦石壩大型頁巖氣田高精度三維地震勘探立體勘探“甜點”預測油氣信息

回顧我國頁巖氣的勘探歷程，早期受北美頁巖氣勘探思路的影響，過度強調烴源巖的生烴條件，忽略了頁巖氣的保存條件，結果勘探出許多已被構造作用破壞而失去商業開采價值的頁巖氣藏[1-3]。北美的頁巖氣田普遍埋深較淺，儲層深度介于800～2 600 m，優質泥頁巖厚度大、分布均勻，壓裂施工難度低，上覆地層及地表構造條件較為簡單，保存條件良好，勘探開發技術難度和風險均較低[4]。盡管如此，美國頁巖氣的勘探開發之所以能夠獲得成功，在技術層面還是得益于應用先進的勘探開發技術，采用了三維地震和微地震技術優化設計開發井位，由此保證了頁巖氣的高效產能和商業價值[5-10]。然而中國南方地區頁巖氣目的層的成藏地質條件與北美相比則有著較大的區別[1,11-12]，前者頁巖埋深較大，深度介于2 000～4 500 m，受多旋回多應力作用的影響，優質泥頁巖厚度分布橫向變化大、分布不均勻，壓裂施工難度大，地表、地下構造及保存條件復雜，常規的二維、三維地震勘探技術無法準確獲取評價中國南方頁巖氣富集規律的地質參數，即無法滿足精細落實頁巖氣“甜點”的技術需求，無法有力地支撐頁巖氣勘探工作的開展。已有的地質研究成果表明，中國南方頁巖氣勘探工作要獲得突破就必須強調泥頁巖的生烴條件和保存條件：前者強調查明烴源巖的物性；后者強調查明頁巖氣層及上覆蓋層的構造特征，進而評價頁巖氣的保存條件。此外，據北美頁巖氣水平井分段壓裂開發的經驗[13]，必須確保所設計的水平井軌跡連續穿越優質泥巖層長度達到1 500 m左右，以此保障水平段分段壓裂產能效益達到最佳。這就對泥頁巖層及其頂底板的構造產狀的刻畫和小斷層的識別提出了更高的要求。顯然，要完成上述地質任務，就必須應用高精度三維（3D）地震勘探技術[10]，準確地查明優質泥頁巖層的精細構造、厚度、有機質含量分布規律、脆性指數及其保存條件等決定和影響頁巖氣商業勘探開發成敗的關鍵因素。

基于上述勘探思路，2013年中國石油化工股份有限公司（以下簡稱中國石化）在四川盆地東南部涪陵焦石壩地區進行了較寬方位、較高覆蓋次數、較小道距、適中排列長度和較小搬動距離的高精度三維地震資料采集、處理和解釋工作。所獲得的偏移成像資料表明：該區志留系內幕清晰，寒武系地層反射清楚。其中頁巖氣目的層——下志留統龍馬溪組（含五峰組）反射清晰可靠，連續性好，可追蹤性強。這為該區頁巖氣水平井井位的布設提供了有效的依據。目標處理解釋結果表明，焦石壩地區高精度三維地震資料的最終精細處理解釋成果和已經在構造主體部位部署的焦頁1～4井的鉆遇結果十分吻合，證實了高精度三維地震勘探在頁巖氣勘探中的可靠性。以此為基礎，后續設計的多口水平井探井，在先進的深井頁巖氣加砂水力壓裂開發技術的支持與配合下，其試氣結果均取得了重大突破，2014年7月焦石壩頁巖氣田上交頁巖氣探明儲量約1 067×108m3，實現了涪陵頁巖氣的商業開發，由此揭開了除北美以外的、全球目前唯一一個大型商業海相頁巖氣田的面紗。焦石壩大型頁巖氣田勘探的突破，標志著我國南方海相頁巖氣勘探思路的形成[14]，即泥頁巖的生烴條件和保存條件同等重要，二者缺一不可。與之配套的地震勘探工作也基本形成了一套較為完整的技術思路和技術流程。

筆者從我國南方頁巖氣藏所具有的地質特征出發，闡述了頁巖氣勘探中所需要的高精度3D地震勘探技術，并以焦石壩大型頁巖氣田高精度3D地震勘探的成功實踐為例，探討如何利用該技術實現勘探開發成本與效益二者之間的兼顧、擴大高精度3D地震勘探的最終成果。

1　中國南方頁巖氣勘探關鍵技術需求

1.1關鍵地質問題

頁巖氣是一種典型的“自生自儲”型氣藏[15]。顯然，其要成藏必須具備發育富含有機質暗色泥頁巖的沉積環境，即有大量的有機質供給、較快速的沉積條件及封閉性較好的還原環境。顯然，中國南方的奧陶系—志留系以及下寒武統均具備這樣的沉積環境。前人的勘探成果也表明，中國南方廣泛發育上奧陶統五峰組—下志留統龍馬溪組、下寒武統筇竹寺組兩套優質烴源巖，尤其是四川盆地及其周緣龍馬溪組海相沉積的暗色頁巖有機質含量相對較高、有機質熱演化程度相對較高且巖性分布相對穩定，具備形成大型海相頁巖氣田的基本成藏條件[16]。從四川盆地海相下組合生儲蓋綜合柱狀圖（圖1）上也可以清楚地看出，除了發育有五峰組—龍馬溪組及筇竹寺組這兩套優質烴源巖外，寒武系洗象池組、龍王廟組和震旦系燈影組也發育有兩套局限臺地礁灘儲層。這表明四川盆地海相下組合具備開展常規氣和非常規氣（頁巖氣）立體勘探的潛力。

此外，頁巖氣藏中無論是游離氣還是吸附氣均與壓力呈正相關關系，壓力的高低決定了頁巖氣的豐度和儲量大小[14]。近年來的勘探實踐證實，良好的保存條件是海相頁巖氣富集與高產的關鍵決定因素：若保存條件不好，頁巖氣藏易遭到破壞，地層壓力為常壓或異常低壓，則頁巖氣難以保存，甚至有可能散失殆盡。

圖1　四川盆地海相下組合生儲蓋綜合柱狀圖

因此，高有機質豐度的泥頁巖并不一定能形成高含氣量的頁巖氣藏，只有兼備良好的保存條件時才可能形成高富集程度的頁巖氣藏，故保存條件也是頁巖氣藏富集高產的關鍵因素。

然而，四川盆地屬于上揚子地塊的疊合盆地，經歷了加里東等多期構造運動的疊加改造，導致地層強烈褶皺形變、抬升、剝蝕，因而油氣保存條件復雜且多變[14]。在四川盆地東南緣，由于受齊岳山大斷裂的影響，構造樣式主要由盆內的隔擋式—盆緣的“槽—擋”過渡帶—盆外的隔槽式等變形帶所組成，導致不同構造帶、不同構造部位的地層構造變形差異大，使得油氣保存條件被復雜化[17]。因此，在四川盆地東南緣復雜構造區、高演化程度的海相頁巖氣勘探中，地層構造樣式的精細刻畫是研究頁巖氣保存條件的基礎，也是實現頁巖氣高效勘探開發的關鍵[14]。因此，鑒于中國南方海相頁巖氣成藏模式與北美的區別，在實際勘探工作中必須要在重視研究烴源巖生烴條件的同時，加強對保存條件的研究，前者強調查明源巖的物性，而后者則強調查明頁巖氣層及其上覆蓋層的構造樣式。

1.2對地球物理勘探技術的需求

由于中國南方頁巖氣具有有別于北美的成藏模式，要成功預測頁巖氣“甜點”，指導水平井井位軌跡的施工，就必須準確地查明泥頁巖的構造產狀、厚度、有機質含量分布規律、脆性指數及其保存條件等因素，其中泥頁巖的厚度、有機質含量分布規律、脆性指數屬于巖石的物性參數，屬于巖性勘探的范疇；而保存條件則往往受到地質構造作用的控制，必須查明頁巖氣層上覆蓋層的構造樣式，屬于地層構造勘探的范疇。顯然，要完成上述頁巖氣勘探的兩項地質任務，利用地震勘探技術是必要的。在地震勘探的成果上，結合巖石物理分析理論及實驗，可以進一步推斷巖層的有機質含量、礦物組分、孔滲性、脆性指數等其他巖石物性參數，其工作流程如圖2所示。

圖2　頁巖氣地震勘探、巖石物理聯合應用技術流程圖[18]

然而常規的二維地震勘探，通常只能用于查明“二度體”構造單元的幾何形態特征及其各項同性介質的簡單巖性特征，無法完成“三度體”構造單元的準確成像及各項異（同）性介質的巖性勘探工作[19]。此外，寬線二維地震或較窄方位的三維地震勘探相對于單線二維地震勘探，可在一定程度上提高簡單“三度體”構造單元的成像精度，但仍然無法精細描述復雜構造區的構造樣式和巖性特征。然而，與北美頁巖氣發育地區相比，中國南方頁巖氣發育地區地表、地質條件普遍較復雜，地形起伏劇烈，巖性橫向變化快，屬于典型的復雜山地地形地貌特征。此外，地下構造也比北美地區復雜，優質泥頁巖厚度較薄——焦頁1井龍馬溪組優質泥頁巖厚度僅為38 m。面對如此復雜的“三度體”構造單元，要保證所設計的水平井井軌跡能夠連續鉆遇上千米的優質泥頁巖層進而獲得商業產能，就必須要完成目標地層構造（尤其是小斷層）的準確成像和頁巖氣層“甜點”的高精度預測。顯然，實施高精度的三維地震勘探是實現上述地質任務的前提和基礎。

斯倫貝謝公司在總結其多年頁巖氣勘探研究和實踐工作的經驗和教訓后認識到，高精度3D地震勘探技術在頁巖氣甜點預測（泥頁巖厚度、有機質含量、脆性指數、裂縫發育情況和壓力系數三維空間分布情況）以及水平井井位設計（泥頁巖脆性指數、裂縫發育情況和斷層三維空間分布情況）中起著不可替代的作用[6-10]。埃克森美孚公司的專家肯定了頁巖層地球物理響應特征在評價頁巖層物性時所起到的重要作用[18]。劉振武等也明確指出，地球物理技術是頁巖氣儲層評價和增產改造的關鍵技術，尤其是高精度三維地震勘探技術[20]。

高精度3D地震勘探技術涉及采集、處理以及解釋各個環節，其中采集是基礎，此所謂“巧婦難為無米之炊”，再好的處理解釋技術，如果沒有高品質、高信息量的3D地震原始資料作為保證，最終也難以實現對地質目標的準確探明，進而完成地質勘探任務。因此，考慮到我國南方頁巖氣勘探的實際地質條件，筆者認為，實現高精度3D地震采集是實施高精度3D地震勘探技術的前提。

目前高精度3D地震勘探技術在采集環節的主要技術指標是：要針對勘探目標體的特征，設計出寬方位、高覆蓋、小道距、大偏移距的三維觀測系統，在成本和地面地質條件允許的前提下，還應進行單點數字檢波器接收[21]。其目的是為地下構造準確成像及地層巖（物）性參數的準確提取提供高品質的原始數據。其中，寬方位、大偏移距地震數據包含了較為完備的泥頁巖巖（物）性參數信息，為巖性勘探奠定了數據基礎；高覆蓋、小道距和大偏移距包含了較為完備的有效反射波及干擾波的動力及運動學特征，有利于壓制干擾波、利用有效波，可以提高地震資料的信噪比、有效波的保真度和成像分辨率。顯然，相對于常規二維地震和窄方位三維地震采集而言，高精度3D地震采集技術為復雜地區的頁巖氣勘探提供了更豐富的巖（物）性和構造形態的有效信息。因此，為了較好地完成對我國南方頁巖氣的勘探任務，實施高精度3D地震采集就成為了必要和必須。

2　三維高精度地震勘探在焦石壩地區頁巖氣勘探中的成功實踐

川南以及川東南地區非常規油氣勘探實踐表明，四川盆地及周緣下志留統和下寒武統擁有著巨大的頁巖氣勘探潛力。中國石化在四川盆地周緣焦石壩地區部署的焦頁1井獲得了頁巖氣商業產能，這一突破性進展揭示了焦石壩地區五峰組(O3w)—龍馬溪組(S1l)具有良好的勘探前景。然而前面多期的二維地震資料，雖然保證了焦石壩構造主體部位獲得較好的疊加成像效果、志留系Ts及以上反射層連續性較好，但是斷層可解釋性較差，構造細節不清，O3w—S1l 頁巖氣優質儲層段橫向變化情況不清，Ts以下的寒武系、震旦系等反射層連續性較差，斷裂帶及高陡構造部位的疊加成像效果整體較差。受制于前期采集方法和采集參數的限制，前期的二維處理成果不能滿足勘探需求：志留系不滿足精細落實頁巖氣“甜點”的需求，奧陶系頂底界面難以追蹤，寒武系、震旦系構造落實難度較大，如圖3所示。

為了進一步查明龍馬溪組優質泥頁巖的空間分布情況、頁巖氣層富集規律及其頂底板情況，推動焦石壩地區海相頁巖氣勘探開發工作的全面展開，原中國石化勘探南方分公司（現中國石化勘探分公司）在2013年部署了焦石壩地區高精度三維地震資料采集工作。下面從采集、處理以及解釋效果等方面具體闡述三維高精度地震勘探在該區頁巖氣勘探中的成功實踐。

圖3　焦石壩地區前期某二維測線成果剖面圖

2.1高精度三維地震采集的優點

焦石壩工區屬山區和大山區地形，地層破碎嚴重、傾角變化較大，地震波被吸收、能量衰減嚴重。加之工區岀露巖性以石灰巖為主，約占90%。復雜地表特別是大面積石灰巖出露區激發、接收的原始單炮記錄較之于砂巖區，前者有效反射能量明顯較弱、信噪比較低（圖4）。為滿足頁巖氣勘探地質任務的需要、提高石灰巖地區地震資料成像品質，同時兼顧構造解釋、巖性解釋及裂縫預測的需求，該區三維地震采集采用了較寬方位、較高覆蓋次數、較小搬動距離、較小道距和適中排列長度的高精度三維觀測系統，采用了6炮24線的接收排列，觀測系統寬度系數高達0.83，覆蓋次數高達144次，面元大小為20×20 m2， 縱向最大炮檢距達4 300 m。從圖5中不難看出，高精度三維觀測系統保證了炮檢距、方位角分布較為均勻且目的層方位角較寬，符合巖性勘探的要求。下面從接收線數和偏移距大小這兩個方面來說明焦石壩高精度三維觀測系統能夠保證地震資料的成像品質，以滿足頁巖氣勘探的需要。

圖4　不同巖性激發接收單炮及其頻率分布圖

2.1.1 接收線數對成像效果的影響

抽取不同接收線線數開展觀測系統退化處理，對比從10條線接收到24條線接收的成像效果（圖6）發現，隨著線數的增加，地下標志層的成像（圖6中黑色箭頭所示）信噪比、連續性呈現非線性增強，特別是10線接收到16線接收的成像信噪比和同相軸連續性改善較明顯。這說明在此范圍內隨著方位角及覆蓋次數的增加采集效果主要體現在成像的信噪比上，從18線增加至24線信噪比改善幅度減小，但波組間的同向性及能量一致性進一步得到改善。因此，焦石壩三維地震采用24線接收是合理的。

2.1.2偏移距對成像效果的影響

圖5　觀測系統屬性分析

對比不同偏移距的成像結果（圖7）可以看出，隨著炮檢距的增加，在焦石壩構造主體部位淺、中、深層反射同相軸的信噪比和連續性均得到提高，特別是通過限最小偏移距成像（圖8）可以發現，不同的偏移距范圍內對主要勘探層系中的志留系（Ts）頁巖氣層（1 400～1 500 ms）均有貢獻，但偏移距大于5 000 m時對成像的貢獻明顯減小；對于Ts系頁巖氣的勘探，縱向最大偏移距為4 300 m的設計方案能夠較好地滿足勘探需要——既能夠保證志留系目的層的有效覆蓋次數，又能夠滿足志留系以下地層常規油氣勘探的需要。

圖6　不同接收線數的成像效果對比圖

綜上所述，高精度三維地震勘探能夠獲得較高品質的地震資料，目前在構造解釋、總有機碳含量（TOC）預測、頁巖脆性指數預測以及裂縫預測等方面均已取得了良好的應用效果，下文將逐一舉例說明。

圖7　限大炮檢距成像剖面圖

圖8　限小炮檢距成像剖面圖

2.2構造解釋

圖9為焦石壩地區某測線位置二維和高精度三維地震資料的疊前時間偏移成像剖面對比圖。從圖9中可以清楚地看出，二維地震資料上的標志層反射波同相軸（龍馬溪組—五峰組）連續性、信噪比以及分辨率均較三維資料差。此外，三維資料在斷層位置及其產狀的刻畫上也比二維資料要準確得多，還能對基底老地層進行成像，以滿足深部地層頁巖氣勘探構造解釋的任務要求。

圖9　焦石壩地區某線位置二維地震資料和高精度三維地震資料的疊前時間偏移成像剖面對比圖

2.3頁巖層有機質含量預測

圖10是利用高精度三維地震資料通過巖石物性反演得到的過焦頁1井、2井、4井的TOC剖面。從圖10中可清楚地看出，焦頁1井、2井、4井鉆測井資料實測的TOC結果與三維地震資料反演的結果吻合較好。這說明高精度三維地震資料反演得到的頁巖層TOC可以用于對優質泥頁巖的評價工作，為后續勘探開發井位的選取提供依據。

圖10　高精度三維地震資料巖石物性反演得到的過焦頁1井、2井、4井的TOC剖面圖

2.4頁巖脆性指數預測

圖11為高精度三維地震資料通過巖石物性反演得到的優質泥頁巖脆性指數剖面。圖11中的黑色曲線為早期二維地震資料解釋得到的焦頁1HF的井軌跡。從圖11中不難看出，二維地震資料確定的井軌跡在藍色虛線框圈定的位置并沒有在高脆性指數的地層中，造成了壓裂時破裂壓力偏高，增加了壓裂施工的難度和成本，降低了頁巖氣產能。這說明相對于二維地震資料而言，三維地震資料預測的脆性指數可以更好地指導水平井軌跡設計。

圖11　高精度三維地震資料巖石物性反演得到的優質泥頁巖脆性指數剖面圖

2.5裂縫預測

眾所周知，頁巖氣開發中，頁巖的可壓裂性是頁巖氣能夠實現商業產能的關鍵，而影響可壓裂性的因素，除了脆性指數外，還包括頁巖層裂縫的發育情況，即脆性指數越高、裂縫發育程度越好，巖石的可壓裂性就越佳。因此，利用高精度三維地震資料寬方位的優勢進行與裂縫發育情況相關聯的各項異性分析，可以獲得頁巖層（高角度）裂縫反演的強度及主體方向，進而指導水平井軌跡最佳路線的設計和水力壓裂施工最佳參數的確定。圖12為利用地震資料的方位信息預測的龍馬溪組裂縫發育情況。

從圖12中可知，裂縫走向、密度與井上實測結果較為一致。其中焦頁1井、焦頁3井附近裂縫較為發育，裂縫密度介于1.35～1.60；焦頁2井、焦頁4井附近較其他井裂縫發育程度稍低一些，裂縫密度介于1.10～1.30。預測的裂縫密度整體上呈現主體部位西南至東北方向裂縫發育密度增大的趨勢，這為后續勘探開發井位的設計提供了相對可靠的依據。

綜上所述，實施高精度三維地震勘探可以為頁巖氣勘探開發提供高精度的構造解釋、巖性解釋及裂縫檢測結果，幫助地質人員認識頁巖氣的富集規律，為后續工作指明方向。

圖12　焦石壩地區疊前各項異性裂縫預測結果圖

2.6關于高精度三維地震勘探成本和效益的思考

2.6.1高精度三維地震降低了頁巖氣水平井位設計的風險

眾所周知，為了降低頁巖氣勘探開發的成本，我國早期頁巖氣勘探普遍采用相對低廉的二維地震資料來設計風險井或評價井的水平井井位。這對于構造簡單、泥頁巖層發育厚度大的北美頁巖氣的勘探開發具有一定的合理性，但對于中國相對復雜的頁巖氣成藏條件，這種勘探思路是值得商榷的。圖13為 2013年焦石壩高精度三維地震過焦頁6井的解釋成果剖面。圖13中藍色箭頭所指的井軌跡是根據二維地震設計的（由于當時焦石壩高精度三維地震還未實施完工），結果鉆穿奧陶系五峰組泥巖層進入石灰巖層系，設計的水平井鉆井軌跡偏離了目標層位（S1l—O3w)，不得不抽鉆重新設計水平井位，對成本和時效都造成了較大的損失，延緩了頁巖氣高效勘探的步伐。后期利用焦石壩高精度三維地震資料對焦頁6井附近的復雜構造進行精細成像，結果準確地識別出在目標層上發育的逆沖斷層，重新設計了水平井井位（圖13中紅色箭頭所指），目前已連續鉆遇上千米龍馬溪組—五峰組的優質泥頁巖層，顯示了良好的商業產能潛力，大大提高了頁巖氣的勘探效益。這說明面對中國相對復雜的頁巖氣成藏條件，實施高精度三維地震勘探有其必要性，能夠大大降低水平井井位設計的風險，提高頁巖氣勘探的效率，獲取到遠大于高精度三維地震施工成本的勘探成果效益。

圖13　焦石壩高精度三維地震過焦頁6井的解釋成果剖面圖

2.6.2高精度三維地震支撐立體勘探策略的實施

高精度三維地震勘探技術可以為頁巖氣勘探提供寶貴的甜點信息，但采集施工費用較常規二維或窄方位三維地震采集（用于勘探常規天然氣）要高得多。如果僅以志留系頁巖層系為目的層，排列長度及寬度均可適當減少，如縱向最大炮檢距可降為3 500 m。盡管這樣做可以降低一定的成本，但卻不能很好地兼顧對其他更深層系的常規和非常規油氣的勘探，造成高精度三維地震勘探的技術效益利用率不高、勘探成果無法進一步擴大、無法平衡頁巖氣勘探開發高昂綜合成本的后果。此外，在我國對清潔能源需求量大而供給量又不足的情況下，推動天然氣的高效勘探開發是刻不容緩的。

因此，要提高焦石壩高精度三維地震勘探的效益就必須充分利用其淺、中、深層精細探測的技術優勢，實施對非常規氣和常規氣的立體勘探，在突出頁巖氣勘探的同時，兼顧其他層系的油氣勘探，擴大勘探成果，增加同一區塊的天然氣產能，以平衡同一區塊單一層系頁巖氣高昂的勘探開發成本。張金川等[16]的研究成果表明，四川盆地海相下寒武統、上奧陶統—下志留統等地層暗色泥頁巖分布廣泛、厚度大，有機質豐富、熱演化成熟度高，是南方地區區域頁巖氣發育最有利的層位。其中筇竹寺組、五峰組—龍馬溪組等兩套烴源巖是區域主力海相沉積的烴源巖。此外，下二疊統(棲霞組)、上二疊統(龍潭組和大隆組)還發育有兩套主力烴源巖。這些結論性認識為四川盆地及周緣頁巖氣立體勘探的實施提供了應用前景。

2013年在焦石壩地區所采用的24L6S216 T -1R144F觀測系統，盡管以突出志留系—奧陶系頁巖地層的反射特征為主，但在設計上明顯加大了排列長度，在一定程度上兼顧了對較深的下寒武統的勘探。從圖14所示的焦石壩區塊構造解釋縱向結構剖面來看，對下寒武統的反射特征、構造樣式均有較為清晰的反映，可以開展海相下組合的構造解釋。整體來看，縱向上焦石壩主體以寒武系膏巖層為界分為上、下兩套變形層，如圖14中紫色標志所示。其中上部變形層主要包括奧陶系、志留系、二疊系及三疊系，主體部位斷裂不發育，斷層主要發育于焦石壩區塊東部及西南部邊緣。五峰組—龍馬溪組斷裂系統斷層頂、底分別消失于志留系砂泥巖及寒武系膏巖滑脫層中，多為微小斷層，頁巖氣保存條件好。下變形層主要為震旦系及寒武系，構造變形較強，斷裂發育，斷層頂部消失于寒武系膏巖層中，其中膏巖層受斷層影響變形強烈，形成了典型的膏鹽巖滑脫現象。盡管下寒武統地層構造變形相對復雜，但膏巖層的存在為下寒武統生烴層系提供了寶貴的保存條件，同樣具備形成常規或非常規大型氣田的勘探潛力，為立體勘探的實施提供了目標和方向。

當然，下寒武統地震資料的品質、同相軸的連續性、斷層成像的精度均較志留系—奧陶系要差些。這是由于當時的采集設計主要以志留系—奧陶系頁巖地層為目的層系，較深層系的地層的有效橫縱比相對較低的緣故。這從一個側面也說明了，在設計高精度三維地震勘探采集方案時，應根據地下生烴層系勘探潛力的大小，在不大幅增加施工成本的前提下，通過優化觀測系統的設計，兼顧對多層系的勘探。這樣才能充分利用高精度三維地震勘探技術的優勢，最大限度地擴大勘探成果。

綜上所述，未來在頁巖氣勘探中，應該以立體勘探作為指導思路，在高精度三維地震勘探采集設計中，必須在照明、覆蓋次數、方位角等參數上同時兼顧淺（二疊系）、中（志留系—奧陶系）、深（寒武系—震旦系）層沉積的泥頁巖主力生烴層系，滿足立體勘探對地震數據的要求，為擴大勘探成果、增加頁巖氣產能、平衡頁巖氣高昂的勘探開發成本奠定基礎。

3　結論

1）從震旦紀到中三疊世，中國南方地區發育了廣泛的海相沉積，形成了多套以黑色頁巖為主體的烴源巖層系。其中，四川盆地及其周緣的五峰組—龍馬溪組及其下的下寒武統發育兩套優質烴源巖，暗色泥頁巖有機質含量相對較高、有機質熱演化程度相對較高且巖性分布相對穩定，具備形成大型海相頁巖氣田的基本成藏條件。

2）地質研究成果表明，中國南方海相頁巖氣成藏特征同北美有所區別，具有優質泥頁巖厚度薄、保存條件復雜的特征。因此，對前者實施頁巖氣勘探，除了要重視烴源巖的生烴能力外，還必須重視其保存條件。

3）采用高覆蓋、寬方位、小道距的高精度地震采集，才能為保存條件的精細研究提供高精度的偏移成像資料，才能為疊前高精度彈性參數反演提供較為可靠的疊前成像道集，為進一步開展頁巖氣“甜點”預測及水平井井位設計奠定基礎。勘探成果表明，2013年焦石壩高精度三維地震勘探的實施，有力地支撐了涪陵下志留統—上奧陶統頁巖氣田的勘探開發工作，大大提高了探井、評價井、開發井的鉆井成功率，取得了頁巖氣勘探的重大突破，形成了除北美之外的第一個具有商業開發價值的焦石壩大型頁巖氣田。

4）從地震勘探成本來看，僅針對志留系頁巖氣層實施高精度3D地震勘探技術的確顯得較為昂貴，但如果能夠在滿足其勘探精度需要且不顯著增加施工成本的前提下，優化采集設計方案，兼顧具有常規氣或非常規氣成藏條件的寒武系的地震勘探工作，推動中國南方下組合中深層立體勘探的步伐，獲得更多常規或非常規油氣的發現，實現高精度三維地震勘探技術效益的最大化，就有可能分攤頁巖氣勘探成本，實現勘探成本和效益二者之間的平衡，持續推動我國頁巖氣的勘探開發工作。

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（修改回稿日期 2015-12-31 編輯 居維清）

Application of 3D high-precision seismic technology to shale gas exploration:A case study of the large Jiaoshiba shale gas field in the Sichuan Basin

Chen Zuqing,Yang Hongfei,Wang Jingbo,Zheng Tianfa,Jing Penggui,Li Suguang,Chen Chao
(Sinopec Exploration Company,Chengdu,Sichuan 610041,China)

NATUR．GAS IND．VOLUME 36，ISSUE 2，pp.9-20，2/25/2016．(ISSN 1000-0976；In Chinese)

Abstract:The accumulation pattern of the marine shale gas in South China is different from that in North America.The former has generally thin reservoirs and complex preservation conditions,so it is difficult to make a fine description of the structural features of shale formation and to reflect accurately the distribution pattern of high-quality shale by using the conventional 2D and 3D seismic exploration technology,which has an adverse effect on the successful deployment of horizontal wells.In view of this,3D high-precision seismic exploration focusing on lithological survey was implemented to make an accurate description of the distribution of shale gas sweet spots so that commercial shale gas production can be obtained.Therefore,due to the complex seismic geological condition of the Jiaoshiba area in Fuling,SE Sichuan Basin,the observation system of 3D high-precision seismic acquisition should have such features as wide-azimuth angles,small trace intervals,high folds,uniform vertical and horizontal coverage and long spread to meet the needs of the shale gas exploration in terms of tectonic interpretation,lithological interpretation and fracture prediction.Based on this idea,the first implemented 3D high-precision seismic exploration project in the Jiaoshiba area played an important role in the discovery of the large Jiaoshiba shale gas field.Considering that the high-quality marine shale in the Sichuan Basin shows the characteristic ofmulti-layer development from the Silurian system to the Cambrian system,the strategy of shale gas stereoscopic exploration should be implemented to fully obtain the oil and gas information of the shallow,medium and deep strata from the 3D high-precision seismic data,and ultimately to expand the prospecting achievements in an all-round way to balance the high upstream exploration cost,and to continue to push the efficient shale gas exploration and development process in China.

Keywords:Sichuan Basin; Southeast; Marine facies; Large Jiaoshiba shale gas field; Horizontal well; 3D high-precision seismic exploration; Stereoscopic exploration; Sweet spot prediction;Hydrocarbon information

通信作者：楊鴻飛，1980年生，高級工程師，主要從事石油物探技術研究工作。地址:（610041） 四川省成都市高新區吉泰路688號中國石化西南科研辦公基地。E-mail:swpiyhf@sina.com

作者簡介：陳祖慶，1968年生，教授級高級工程師；主要從事石油物探技術研究及管理工作。地址:（610041）四川省成都市高新區吉泰路688號中國石化西南科研辦公基地。ORCID:0000-0001-6836-1249。E-mail:gxlpczq@163.com

基金項目：中國石油化工股份有限公司科技部項目“四川盆地及周緣區塊下組合頁巖氣形成條件與有利區帶評價研究”（編號：P13129）。

DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2016.02.002