趙路子 張光榮 陳 偉 彭 勇 謝 冰 彭 忻 周 祺 曾乙洋
1. 中國石油西南油氣田公司 2. 中國石油集團東方地球物理勘探有限責(zé)任公司
四川盆地西北部地區(qū)早期的野外地質(zhì)勘探發(fā)現(xiàn),中二疊統(tǒng)棲霞組發(fā)育“砂糖狀”白云巖[1],厚度介于30~40 m,儲滲性較好,但該套白云巖儲層在地腹是否有分布一直存疑。20世紀(jì)70~80年代,河灣場構(gòu)造以中二疊統(tǒng)為目的層開展鉆探相繼鉆獲一批氣井,但均以石灰?guī)r縫洞型儲層為主,未發(fā)現(xiàn)白云巖孔隙型儲層。2014年,中國石油天然氣股份有限公司風(fēng)險探井ST1井鉆遇棲霞組白云巖孔隙型儲層,測井解釋白云巖儲層厚24.4 m,該套儲層經(jīng)射孔酸化測試獲日產(chǎn)天然氣量87.61×104m3高產(chǎn)工業(yè)氣流[2]。但是隨后鉆探的ST2井棲霞組白云巖儲層欠發(fā)育,測井解釋白云巖儲層僅1.9 m,測試產(chǎn)氣量0.79×104m3/d,表明棲霞組儲層存在嚴(yán)重的非均質(zhì)性。棲霞組地層埋藏深、儲層薄[3],老地震資料分辨率低,儲層預(yù)測難度大。加之川西北部地區(qū)處于盆地邊緣山前帶,地震資料品質(zhì)較差,構(gòu)造落實難。如天井山構(gòu)造TJ1井鉆遇斷層復(fù)雜陡帶,地層多次重復(fù),實鉆與設(shè)計構(gòu)造誤差大。為此,筆者從地震采集技術(shù)入手,通過地震資料采集、處理、解釋技術(shù)聯(lián)合攻關(guān),提高資料品質(zhì),落實目的層圈閉規(guī)模、斷層展布及構(gòu)造接觸關(guān)系,明確儲層發(fā)育有利區(qū),為明確川西北部地區(qū)勘探方向、井位部署提供技術(shù)支撐,對于類似山前復(fù)雜構(gòu)造帶勘探具有重要的參考價值。
四川盆地西北部地區(qū)位于四川省江油市、廣元市境內(nèi),構(gòu)造上屬于川北古中坳陷低緩帶,西鄰龍門山推覆褶皺帶,南接川西中新坳陷低陡帶(圖1)。地表從白堊系到寒武系均有出露,出露地層多、巖性復(fù)雜。地理上屬山地地貌,地形切割厲害,地面海拔525~1 950 m,最大高程落差大于1 400 m;區(qū)內(nèi)水系發(fā)育,嘉陵江、涪江水系從本區(qū)通過。該地區(qū)交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá),寶成鐵路、綿廣高速、108國道貫穿工區(qū),各種鄉(xiāng)村、鎮(zhèn)、縣級公路四通八達(dá),復(fù)雜的地面條件對地震資料采集干擾強烈。

圖1 四川盆地構(gòu)造分區(qū)圖
四川盆地棲霞組總體為一套碳酸鹽巖臺地沉積,整體存在一個海侵—海退的相對海平面變化旋回,下伏下二疊統(tǒng)梁山組為濱岸沼澤相黑色含煤碎屑巖系,上與中二疊統(tǒng)茅口組石灰?guī)r整合接觸。棲霞組巖性主要為灰、淺灰、灰白色厚層及塊狀亮晶蟲藻灰?guī)r、亮晶生屑灰?guī)r、豹斑狀云質(zhì)灰?guī)r[4],該層在盆地內(nèi)分布較穩(wěn)定,川西北部地區(qū)地層厚度介于100~140 m。棲霞組自下而上分為棲一段、棲二段,棲二段上部為泥晶灰?guī)r、生屑灰?guī)r;棲二段下部在雙魚石及野外剖面發(fā)育晶粒白云巖,色淺、質(zhì)純;棲一段為灰、灰黑色中—厚層狀細(xì)粉晶藻屑、生屑灰?guī)r,夾泥質(zhì)灰?guī)r和黑色薄層頁巖,富含有機質(zhì)。
根據(jù)151個樣品的物性統(tǒng)計分析結(jié)果,棲霞組白云巖孔隙度最小值為0.42%,最大值為16.51%,平均值為3.58%??紫抖阮l率分布主要介于2%~6%,孔隙度大于2%的樣品占總數(shù)的76.82%,平均值為4.29%。滲透率主要介于0.01~1.00 mD。孔隙度和滲透率總體上具有較好的正相關(guān)關(guān)系,滲透率隨孔隙度增大而增大,揭示了川西北部地區(qū)棲霞組儲層的儲集空間主要為孔隙;部分低孔隙度樣品滲透率偏高,表明了該氣藏儲層同時也受裂縫因素的影響[5]。
川西北部地區(qū)棲霞組儲層巖性以顆粒白云巖為主,儲層段自然伽馬(能譜)較低,深淺雙側(cè)向降低,呈明顯“正差異”特征[6];電成像測井圖上見溶蝕孔洞與裂縫,斯通利波能量衰減異常,鉆井過程可見顯示。如ST3井棲二段儲層,巖性以白云巖為主,常規(guī)測井曲線儲層段特征清楚:自然伽馬較低,聲波時差增大,密度降低,中子升高,陣列聲波、斯通利波能量衰減明顯,儲層段對應(yīng)電成像上見多條裂縫,且有溶蝕孔、洞發(fā)育。該井在鉆進棲二段儲層井段7 456~7 486 m過程中見3段氣測異常(圖2)。

圖2 ST3井棲霞組測井曲線圖
川西北部地區(qū)地震勘探存在以下難點:①野外地震資料采集難。一是山地地表起伏劇烈,高程落差大,溝壑縱橫,安全風(fēng)險高,施工難度大;二是施工區(qū)域處于盆地邊緣山前帶,表層風(fēng)化剝蝕嚴(yán)重,靜校正問題突出,嚴(yán)重影響地震資料的精確成像;三是地表出露多套地層、多種巖性[7],不同巖性、不同地表的激發(fā)、接收條件變化大,制約了單炮資料的品質(zhì)提升。②構(gòu)造圈閉落實難。研究區(qū)位于四川盆地西北角,該地區(qū)經(jīng)歷的多期構(gòu)造運動對其影響極大,斷裂發(fā)育,構(gòu)造樣式多樣,逆掩推覆構(gòu)造復(fù)雜,地震資料信噪比低,斷層解釋、層位追蹤和落實構(gòu)造特征難度大。③深層薄儲層預(yù)測難。棲霞組埋深較大,一般大于6 000 m,深層地震資料信號弱;棲霞組白云巖巖性組合復(fù)雜,儲層厚度薄,儲層累計厚度介于10~25 m,整體表現(xiàn)為低孔隙、低滲透特征,非均質(zhì)性強;儲層與圍巖波阻抗差異較小,地球物理響應(yīng)特征不明顯,而常規(guī)處理的地震資料主頻低、頻帶窄、分辨率低,難以滿足深層薄儲層預(yù)測的需求。
針對川西北部地區(qū)地震難點提出以下技術(shù)思路與對策:①針對復(fù)雜地表、地下地質(zhì)構(gòu)造的野外地震資料采集?;诘卣鹄腺Y料分析和地質(zhì)目標(biāo),采用高覆蓋、寬方位、大偏移距理念優(yōu)化觀測系統(tǒng)設(shè)計,優(yōu)化激發(fā)和接收參數(shù);加強項目施工運行保障。②針對復(fù)雜構(gòu)造帶地震處理解釋。通過地震資料疊前處理成像,提高資料信噪比和成像品質(zhì),確保斷層、構(gòu)造成像準(zhǔn)確可靠;結(jié)合重磁電資料開展地震資料精細(xì)解釋,落實地腹構(gòu)造形態(tài)、斷層展布及圈閉規(guī)模。③針對深層薄儲層預(yù)測。通過模型正演建立儲層地震響應(yīng)模式,優(yōu)選地震屬性,預(yù)測儲層分布,提高儲層預(yù)測精度。總之,通過采集、處理、解釋一體化聯(lián)合攻關(guān),形成適合川西北部地區(qū)深層復(fù)雜構(gòu)造帶的地震勘探系列技術(shù)。
首先針對復(fù)雜地表條件優(yōu)化激發(fā)參數(shù)。開展精細(xì)近地表巖性結(jié)構(gòu)和速度結(jié)構(gòu)調(diào)查,為分區(qū)、分段動態(tài)井深設(shè)計提供依據(jù);針對性藥量試驗尋找適合觀測系統(tǒng)的最佳激發(fā)藥量;加強鉆井過程巖性識別能力,確保激發(fā)巖性的準(zhǔn)確性。其次針對地下深層復(fù)雜構(gòu)造,優(yōu)化三維地震采集參數(shù)。通過小面元(12.5 m×25.0 m)、高覆蓋次數(shù)(11×11次)提高地震剖面信噪比和構(gòu)造復(fù)雜部位成像效果;寬方位(橫縱比0.8)增加地震資料方位信息;大偏移距(最大炮檢距7 018 m)有利于較深目的層的偏移歸位。第三優(yōu)化接收參數(shù)。采用高靈敏度單點檢波器采集拓寬有效反射頻道寬度;采用復(fù)雜地表的分區(qū)埋置工藝確保接收效果最佳;強化檢波器埋置過程質(zhì)量控制確保埋置質(zhì)量。通過室內(nèi)優(yōu)化設(shè)計、實驗與現(xiàn)場驗證聯(lián)合作業(yè),形成了以下特色技術(shù):①表層結(jié)構(gòu)精細(xì)調(diào)查技術(shù)。在表層巖性復(fù)雜、近地表速度變化的地區(qū),利用微測井技術(shù)開展先期表層結(jié)構(gòu)調(diào)查。針對該地區(qū)局部礫石區(qū)厚度較大的特點,開展了詳細(xì)的礫石區(qū)表層結(jié)構(gòu)調(diào)查工作,通過采用鉆50 m單深井、巖性錄井和小道距層析等技術(shù),詳細(xì)調(diào)查了礫石表層結(jié)構(gòu)厚度和速度分布特征, 為室內(nèi)靜校正提供了準(zhǔn)確的厚度和速度模型數(shù)據(jù)。②動態(tài)井深巖性識別方法。包括一“看”:觀察施鉆過程中粉塵顏色,根據(jù)顏色差異判斷激發(fā)巖性;二“摸”:根據(jù)井底巖屑顆粒大小及硬度,判斷激發(fā)巖性;三“聽”:監(jiān)聽鉆桿與巖層鉆進時鉆機不同轉(zhuǎn)速的聲音及感覺不同轉(zhuǎn)速的震動強弱,判斷激發(fā)巖性;四“驗證”:通過室內(nèi)單炮分析,驗證激發(fā)巖性。③單點檢波器埋置工具及工藝方法。為了改善接收條件,針對不同出露地表(竹林、裸露巖石、硬化地表、河灘礫石區(qū)、冰面區(qū))采用專用埋置工具及配套的工藝方法,提高資料品質(zhì)。以上志留統(tǒng)車家壩組砂質(zhì)頁巖地表出露區(qū)采集的地震資料為例,選取鄰近的新老采集單炮分頻掃描對比,新采集單炮資料品質(zhì)較好,淺、中、深層均可見有效反射,信噪比較高(圖3)。
川西北部地區(qū)地勢變化劇烈,地表高程變化大,最大高差超過1 400 m,存在較嚴(yán)重的靜校正問題。從單炮及疊加剖面上看,北部山區(qū)噪聲重、種類多、信噪比低、目的層埋藏深,需要合理提高地震分辨率滿足對目的層儲層橫向展布精細(xì)刻畫的需求;同時,如何建立準(zhǔn)確的偏移速度場使得二疊系主要目的層構(gòu)造圈閉和儲層精確成像是處理的核心工作。
3.2.1 微測井約束層析靜校正技術(shù)
針對地表地勢特征以及出露巖性不同造成的高速層頂界速度差異,充分發(fā)揮該區(qū)微測井資料的作用,采用聯(lián)合約束層析反演方法[8],在通過大炮初至反演中,將表層調(diào)查資料解釋的速度作為約束條件,得到更精確的近地表速度結(jié)構(gòu),從而計算得到更精確的靜校正量。微測井約束層析靜校正技術(shù)較好地解決了近地表低、降速帶靜校正問題。精細(xì)速度分析和地表一致性剩余靜校正、非線性剩余靜校正多次迭代技術(shù)解決了該區(qū)的高頻靜較正問題,資料疊加成像取得很好的效果(圖4-a、4-b)。

圖3 新老采集單炮分頻掃描對比圖
3.2.2 保真保幅高分辨率處理技術(shù)
保真保幅高分辨率處理技術(shù)[9-12]的關(guān)鍵在于疊前高保真去噪和高分辨率處理,疊前高保真去噪是在最大限度地保護有效信息的頻率和振幅特征的前提下,針對面波干擾與隧道風(fēng)機造成的強機械干擾:采用分階建模壓噪技術(shù)建立工區(qū)面波模型進行針對性的面波壓制;采用異常噪聲衰減方法壓制強機械干擾,并在炮域、共接收點域、十字交叉域應(yīng)用這些技術(shù)使各種噪聲得到了合理的衰減和壓制。去噪后的單炮和疊加剖面反射波組特征清楚、明顯,提高了三維地震資料的信噪比(圖4-a、4-b)。
在高分辨率處理中,首先充分利用VSP資料[13],求取準(zhǔn)確的補償因子,消除幾何擴散和吸收衰減造成的縱向能量不均衡性;其次采用穩(wěn)健地表一致性反褶積技術(shù)消除由于激發(fā)、接收條件不一致造成的能量、子波不一致問題;最后用VSP資料獲取精確的Q場,采用反Q濾波技術(shù)[14-15],提高地震資料的縱向分辨率(圖 4-a、4-b)。

圖4 新老地震資料剖面對比圖
3.2.3 全方位角度域疊前深度偏移技術(shù)
統(tǒng)計中主要發(fā)文期刊前15位為:農(nóng)業(yè)圖書情報學(xué)刊(80篇)、河南圖書館學(xué)刊(67篇)、科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(66篇)、圖書情報工作(51篇)、內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(46篇)、情報探索(46篇)、才智(40篇)、中華醫(yī)學(xué)圖書情報雜志(38篇)、張家界日報(38篇)、圖書館學(xué)刊(37篇)、科技信息(35篇)、醫(yī)學(xué)信息學(xué)雜志(34篇)、現(xiàn)代情報(31篇)、中國教育信息化(29篇)、黑龍江科技信息(20篇)。可見圖書情報類期刊是我國信息素養(yǎng)研究成果主要刊載者和推動者,同時科技信息類期刊也積極刊載相關(guān)研究成果,這值得肯定和鼓勵的好現(xiàn)象。
常規(guī)地震資料處理技術(shù)偏移后沒有方位信息。分方位處理沒有考慮地下儲層的應(yīng)力方向、裂縫的方向和密度等地質(zhì)特性,其處理的數(shù)據(jù)方位性與應(yīng)力(裂縫)方向不一致,無法提供準(zhǔn)確的地質(zhì)特性描述。全方位角度域成像技術(shù)基于寬方位角地震資料,采用從地下反射點向地面進行射線追蹤方式進行全方位全波場地震的成像、描述、可視化,該方法不僅提高了地震資料的信噪比,消除資料邊界畫弧現(xiàn)象,而且采用全方位道集處理技術(shù),使用地下反射點的有效射線參與成像,剔除無效信號,小斷裂偏移歸位更加準(zhǔn)確。
通過地震處理攻關(guān),三維成像品質(zhì)明顯提高,層間信息更加豐富,構(gòu)造整體格局更加清楚(圖4-a、4-b),主頻從30 Hz提高到38 Hz,頻寬由老資料8~60 Hz拓寬到新資料6~70 Hz(圖5)。

圖5 新老地震資料頻譜對比圖
利用高精度重磁電勘探資料,通過二維連續(xù)介質(zhì)反演、重力和磁力拼圖、重磁上延與濾波處理、重磁電聯(lián)合反演等技術(shù)方法,提取反映深層構(gòu)造的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、斷裂及基底結(jié)構(gòu)等的重磁電異常信息。通過川西北部地區(qū)2016FSC-MT01電阻率剖面分析,發(fā)現(xiàn)龍門山構(gòu)造帶發(fā)育一條規(guī)模較大的、傾角平緩的①號大斷裂,①號大斷裂上盤發(fā)育疊瓦狀構(gòu)造,下盤發(fā)育泥盆—二疊系隱伏構(gòu)造(圖6)。
結(jié)合地震資料,進一步落實川西北部地區(qū)構(gòu)造細(xì)節(jié)和斷裂特征:①號斷裂屬于逆沖推覆構(gòu)造帶前鋒帶的東邊界,為隱伏斷裂;①號斷裂形成于印支期,活動較強,喜山期未突破上覆的侏羅系;①號斷裂東側(cè)下盤具有明顯的牽引斷凹特征。隱伏前緣帶位于①號斷裂東側(cè),由于逆沖推覆擠壓作用,在盆地區(qū)域產(chǎn)生整體褶皺變形,形成背斜構(gòu)造帶,向西整體抬高,以牽引斷凹與①號斷裂接觸;隱伏前緣帶縱向上構(gòu)造具有三分特征:下構(gòu)造層具有基底卷入整體弱變形特征,中構(gòu)造層擠壓褶皺整體變形、伴生斷塊,上構(gòu)造層具有被動變形特征(圖7)。
地震正演模擬技術(shù)[16-17]為開展儲層預(yù)測提供了基礎(chǔ),通過正演模擬,可以分析不同巖性厚度組合對地震響應(yīng)的影響,總結(jié)出不同巖性厚度組合情況下的地震響應(yīng)特征,建立儲層和地震響應(yīng)特征的聯(lián)系,為地震資料解釋提供依據(jù)。川西北部地區(qū)棲霞組儲層縱向上主要分布于中上部,底部儲層不發(fā)育。根據(jù)實際鉆井及地質(zhì)露頭建立白云巖儲層厚度漸變的楔狀模型(圖8)。正演結(jié)果表明:當(dāng)儲層不發(fā)育時,棲霞組上部表現(xiàn)為弱反射特征;隨著儲層厚度增大,儲層頂界波谷能量逐漸增強,儲層底部伴生弱波峰反射(圖8)。
單井儲層地震精細(xì)標(biāo)定特征與正演結(jié)果基本一致:儲層發(fā)育時,棲霞組上部表現(xiàn)為波谷反射特征;儲層不發(fā)育時,棲霞組上部表現(xiàn)為弱振幅反射特征(圖9)。綜合分析認(rèn)為:棲霞組上部波谷能量變化能夠反映儲層厚度變化,隨著儲層厚度增加,棲霞組上部波谷能量逐漸增強。

圖6 2016FSC-MT01電阻率剖面圖

圖7 2003ZH016線時間偏移剖面圖

圖8 棲霞組儲層模型正演圖
在高分辨率地震資料處理解釋基礎(chǔ)上,根據(jù)模型正演綜合分析得出的棲霞組上部波谷能量變化反映儲層厚度變化的認(rèn)識,建立波谷能量與實鉆儲層厚度對應(yīng)關(guān)系,從而預(yù)測川西北部地區(qū)棲霞組儲層分布。

圖9 棲霞組單井儲層精細(xì)標(biāo)定圖
精細(xì)地質(zhì)解釋結(jié)果表明:川西北部地區(qū)以①號斷裂為界,可分為逆沖推覆構(gòu)造帶和隱伏前緣帶(圖6、圖7);逆沖推覆帶以逆沖推覆變形為主,地面出露泥盆系—基底地層,從北向南依次發(fā)育青川、北川—映秀以及馬角壩等大型逆沖推覆斷裂;隱伏前緣帶構(gòu)造變形相對較弱,縱向分層特征明顯,以發(fā)育背沖斷層為主,主要發(fā)育背斜、斷背斜以及斷塊構(gòu)造;①號斷裂對隱伏前緣帶的油氣聚集有重要的控制作用,逆沖推覆帶大型推覆斷裂發(fā)育,出露地層古老,構(gòu)造變形復(fù)雜;①號斷裂上盤存在多排疊瓦狀構(gòu)造,為潛在的勘探有利區(qū)。
通過地震勘探技術(shù)應(yīng)用,落實了川西北部地區(qū)構(gòu)造特征及圈閉規(guī)模,明確了雙魚石—江油地區(qū)整體處于構(gòu)造高帶。川西北部地區(qū)棲霞組白云巖有利發(fā)育區(qū)與多排構(gòu)造疊合,具備形成大型構(gòu)造—巖性復(fù)合圈閉的條件,圈閉面積達(dá)1 223 km2,勘探潛力巨大。實鉆與地震預(yù)測深度對比,新完成的雙魚石地區(qū)棲霞組頂界構(gòu)造圖絕對誤差為5.4~59.0 m,相對誤差為0.2%~1.0%。
雙魚石地區(qū)實鉆井棲霞組儲層厚度一般介于10~25 m,縱向上主要分布在棲霞組中上部,白云巖頂部距棲霞組頂界20~35 m。地震預(yù)測表明:川西北部地區(qū)棲霞組白云巖儲層大面積分布,總體具備“西南厚東北薄”的特征;ST1井—江油地區(qū)儲層發(fā)育,厚度普遍介于10~30 m,ST2井—廣元地區(qū)儲層較差(圖10)。
通過采集、處理、解釋一體化聯(lián)合攻關(guān),山前復(fù)雜構(gòu)造帶地震資料成像質(zhì)量逐步改善,有效地提高了構(gòu)造解釋和儲層預(yù)測精度,處理解釋成果有力地支撐了后續(xù)探井、開發(fā)井井位目標(biāo)優(yōu)選和儲量申報工作,推動了川西北部地區(qū)深層海相碳酸鹽巖勘探開發(fā)示范工程。目前,該成果已累計支撐部署井位18口,實施12口,其中已完成井SY001-1井在棲霞組測試產(chǎn)氣83.72×104m3/d、ST3井在棲霞組測試產(chǎn)氣41.86×104m3/d、ST8井在棲霞組測試產(chǎn)氣36.88×104m3/d,已完鉆的ST7井鉆遇厚層孔隙型白云巖儲層,巖心表明儲層發(fā)育,測井解釋為氣層。
1)復(fù)雜構(gòu)造高精度三維地震采集技術(shù)具有寬方位、小面元、大偏移距、高覆蓋次數(shù)、單點檢波器接收等技術(shù)特點,資料品質(zhì)優(yōu)于二維地震資料,信息更加豐富可靠,可以提高復(fù)雜構(gòu)造帶野外單炮品質(zhì),有利于精細(xì)解釋和儲層預(yù)測。

圖10 川西北部地區(qū)棲霞組地震預(yù)測儲層厚度圖
2)微測井約束層析靜校正技術(shù)能夠得到更精確的近地表速度結(jié)構(gòu),較好地解決近地表低、降速帶靜校正問題,基于VSP資料的高分辨率處理能夠提高地震資料的縱向分辨率,全方位角度域成像技術(shù)可以進行全方位全波場地震的成像,提高成像精度。
3)高精度重磁電資料提取反映深層構(gòu)造的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、斷裂及基底結(jié)構(gòu)等重磁電異常信息,確定宏觀構(gòu)造樣式、地層分布、主要斷層位置;重磁電—地震聯(lián)合解釋技術(shù)有助于落實復(fù)雜構(gòu)造帶構(gòu)造細(xì)節(jié)和斷裂特征。
4)形成適合于川西北部地區(qū)復(fù)雜的地面、地下地質(zhì)條件下的地震勘探配套技術(shù)應(yīng)用效果好:發(fā)現(xiàn)該地區(qū)①號斷裂下盤隱伏前緣帶棲霞組白云巖有利發(fā)育區(qū)與多排構(gòu)造疊合,圈閉面積大,具備形成大型構(gòu)造—巖性復(fù)合圈閉的條件;①號斷裂上盤逆沖推覆構(gòu)造帶中二疊統(tǒng)存在疊瓦狀構(gòu)造,是潛在的勘探有利區(qū);川西北部地區(qū)具備立體勘探、整體部署的條件,可以作為四川盆地海相大中型氣田近期勘探重點領(lǐng)域;配套技術(shù)成果有力地推動了川西北部地區(qū)深層海相碳酸鹽巖勘探開發(fā)示范工程。
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