川西北JLS地區下二疊統茅口組“斷溶體”地震預測

(中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司西南物探研究院，四川 成都 610213) (中石油西南油氣田分公司勘探事業部，四川 成都 610041)

2015年，塔里木油田針對奧陶系斷裂系統提出了“斷溶體”的概念，發現了奧陶系“斷溶體”油藏并開展了大量研究，取得了許多地質認識[1～6]。四川盆地下二疊統茅口組屬于巖溶儲集層，是主要的產層之一[7，8]。自20世紀60年代以來，以四川盆地茅口組為重點目的層的海相碳酸鹽巖油氣勘探陸續取得重大突破，先后在川南地區的荷包場、陽高寺、鹿角場和川西北JLS地區發現大中型天然氣田，說明四川盆地茅口組具有較大的天然氣勘探開發潛力。但是，由于四川盆地茅口組儲集層具有較強的非均質性，均未發現大中型氣藏[9，10]。近兩年，地震解釋專家發現川西北JLS地區及川中高石梯-磨溪地區茅口組頂部反射同相軸具有扭曲、能量減弱、雜亂等異常特征，且與塔里木油田奧陶系頂界反射特征極為類似。為此，筆者借鑒塔里木盆地奧陶系“斷溶體”油藏的經驗，深入分析四川盆地茅口組“斷溶體”的地質特征及成因，研究其地震響應特征，并對茅口組“斷溶體”的發育帶進行了預測。

1 研究區地質概況

JLS地區位于四川盆地西北部，區域構造位于川北低平褶皺帶，由龍門山推覆構造帶擠壓力與米倉山臺緣隆起帶產生的旋轉垂直上升力共同作用而形成(見圖1)。地面構造形態簡單，為一大型短軸背斜，軸向呈北東-南西向展布，屬地臺北部邊緣凹陷帶中印支期的三級局部構造。地下構造與地面構造相似，軸向不變，構造褶皺幅度相對變大，并發育多排構造高帶，工區東北部斷層更為發育。

四川盆地茅口組主要為海相碳酸鹽巖，JLS地區茅口組為臺內灘相沉積控制的亮晶生物(屑)灰巖儲集層，局部發育細-中晶白云巖。儲集空間主要為生物格架孔、粒內溶孔、粒間溶孔、裂縫以及溶蝕孔洞。巖性致密，孔隙度一般在2%以下，滲透率一般小于0.08mD。

圖1 JLS地區區域構造位置圖

2 “斷溶體”成因

2.1 沉積環境

茅口組沉積時期，四川海域表現為區域性下沉和持續的海侵，JLS地區總體為碳酸鹽巖緩坡沉積環境，由南西向北東水體逐漸變深。茅口組一段、二段沉積時期為睛天浪基面與風暴浪基面之間的深水環境，受風暴流作用影響，沉積了一套中-薄層狀深色，具“眼球狀”、“似眼球狀”及層面丘狀起伏構造，且具周期性變化的生屑細粉晶灰巖、細粉晶生屑灰巖，富含有機質和泥質，生油能力好，但儲集性能較差。茅口組三段是繼茅口組沉積初期海平面上升后又持續下降至最低時的沉積時期，是川西北地區的主要產層段。茅口組四段為下二疊統最大的海侵時期，受“峨眉地裂運動”的拉張作用，形成了近東西向的拉張斷陷盆地，并成為“廣旺-開江-梁平”海槽的一部分。

2.2 巖溶作用

在中國南方加里東期板塊構造運動的基礎上，峨眉地裂運動期從中泥盆世開始張裂，晚二疊世達到高潮，至中三疊世結束[11～13]。峨眉山玄武巖噴發的高潮期，也正是晚二疊世茅口組沉積后東吳運動將盆地整體抬升為陸的時期。在地裂運動和古隆起上隆的交相拉張作用下，茅口組石灰巖的頂面形成了許多大小不等、深淺不一、方向不定的張性縫；當其露出海面后開始受到大氣淡水的滲入，沿裂縫壁溶蝕擴大，并逐漸向下深入和側向擴張，經過漫長的地質作用，在地腹形成了無數錯綜復雜的古巖溶縫。在古巖溶縫向下縱橫擴溶的同時或在淡水停留較長久的地段，茅口組石灰巖溶蝕擴大為巖溶洞穴[14～16]。

2.3 斷裂-裂縫系統

塔里木盆地“斷溶體”是由不規則狀的斷裂控制巖溶縫洞體構成的圈閉類型。“斷溶體”儲集體是由斷裂、裂縫被溶蝕改造形成的柱狀溶蝕孔洞，在上覆泥灰巖、泥巖等蓋層封堵以及側向致密灰巖遮擋下，后期油氣沿深大斷裂垂向運移、沖注成藏。

四川盆地中二疊世古巖溶形成后地層繼續沉積，后期流體逐漸充填東吳期形成的張性裂縫。中三疊世末期，印支運動開始，龍門山推覆構造帶及米倉山臺緣隆起共同作用造成了JLS地區地下裂縫系統的再次發育。強烈的喜馬拉雅運動是四川盆地構造的最后定型期，在構造運動的同時伴生了更多大小不等、方向不一的斷裂。因此，JLS地區完全具備“斷溶體”油氣藏形成的構造因素。

3 “斷溶體”地震響應特征及識別

“斷溶體”的溶洞常常與裂縫伴生發育，裂縫及大的溶蝕孔洞在地震剖面上會呈異常響應特征。因此，筆者通過開展川西北JLS地區茅口組“斷溶體”的地震響應特征研究，確定研究區“斷溶體”的發育特點及規律。

3.1 地震剖面特征

塔里木盆地典型“斷溶體”地震剖面特征如圖2(a)所示，“斷溶體”以斷裂為中心分布，由于地層受構造應力擠壓或拉伸作用時會發生彎曲變形，因此“斷溶體”表現為上覆地層具有明顯的同相軸撓曲、凸起異常，內部斷穿多個層系的走滑斷層表現為同相軸錯斷，斷裂帶旁邊出現了能夠表征大溶蝕孔洞局部強弱變化的“亮點”串珠反射。

JLS地區斷裂系統地震剖面 (見圖2(b))也具有類似塔里木盆地“斷溶體”的花狀斷裂特征，向上、向下同相軸錯位較明顯，主要發育在深層下古生界至三疊系內部，向上主要斷至飛仙關組，向下消失在寒武系和震旦系燈影組。上部的三疊系飛仙關組-二疊系長興組具有頂薄翼厚的披覆構造特征，引起茅口組褶皺變形。深層斷層斷距小，多為拉張運動形成的正斷層。二疊系-奧陶系斷層的斷距增大，為擠壓運動形成的逆斷層，同相軸錯斷明顯，有明顯的凸起及反射空白特征。根據JLS地區地震剖面精細解釋，表明該區斷裂構造晚期以擠壓構造逆沖活動為主，早期以拉張活動為主；走滑斷層附近地震異常明顯，表現為凸起、反射弱、空白、雜亂等特征，與塔里木盆地“斷溶體”地震反射特征極為類似。

圖2 JLS地區斷裂系統與塔里木盆地“斷溶體”地震剖面特征對比

3.2 地震模式識別

對地震剖面上走滑斷層附近的凸起、反射弱、空白、雜亂等地震異常是否是縫洞存在引起的，以及裂縫與溶洞以何種方式組合才能夠引起上述地震特征等問題，開展模型正演研究。

3.2.1 模型正演原理

為了將地質模型和地震響應特征真正地聯系起來，明確地震響應特征的地球物理意義和地質意義，通常在綜合鉆井、地質、測井分析的基礎上，建立合適的地質模型，采用數值模擬方法，研究其地震響應特征。

地震勘探中常采用的數值模擬方法可歸納為波動方程數值解法、積分方程法和射線追蹤法3大類。其中，波動方程數值解法采用頻率域單程波動方程中的頻率域延拓算子進行波場延拓，利用等時疊加原理進行波場成像，計算速度快，模擬記錄信噪比高，模擬的場動力學特征信息豐富，對復雜介質中地震波傳播現象描述具有較好的、廣泛的適應性和有效性，能夠準確反映地震波的運動學和動力學特征。該次研究采用波動方程數值解法進行正演模擬。

4）經驗總結。根據枝條強弱，使用不同的稀釋倍數處理。對于強枝條，土壤持水量高，空氣濕度大，在果粒增大處理時，每10 mL吡效隆對水 9.5～10 kg；中等枝條，每 10 mL吡效隆對水8～8.5 kg；弱枝條，每10 mL吡效隆對水7.5～8 kg處理。

波動方程正演的核心是在頻率-波數域進行波場延拓，波動方程為：

(1)

式中：p為地震波波場；x為橫向位置，m；z為深度位置，m；t為時間，s；v為地震波傳播速度，m/s。

對于垂向變速介質，利用二維標量波動方程，在頻率-波數域可以得到深度節點的相位移延拓的正演和偏移公式。

二維正演延拓公式如下:

(2)

(3)

二維偏移延拓公式如下:

(4)

3.2.2 縫洞模型設計

JLS地區鉆井豐富，儲層主要發育在茅口組頂部。高產工業氣井在茅口組四段發育20m左右厚層塊狀淺灰、灰白色泥-亮晶生物(屑)石灰巖，中間夾似“眼球”狀泥晶石灰巖，局部夾有豹斑狀白云質石灰巖和粉細晶白云巖，速度有明顯降低。上二疊統底界地震反射特征與茅四段內低速泥晶灰巖厚度相關，而縫洞的充填內容可能為茅四段泥灰巖。

通過對研究區鉆、測井資料綜合分析，得到了茅口組、棲霞組及上覆長興組、龍潭組的地層速度和密度。據成像測井資料顯示，儲層發育段均伴生縫洞系統。為了查明JLS地區地震異常的地質含義，該次縫洞模型正演設計了包含縫間隔排列、斷層、縫洞雜亂排列、未發育縫洞4種類型的縫洞地質模型(見圖3(a))，在茅口組頂部設計厚度20m，速度4000m/s的泥灰巖充填的縫洞。

3.2.3 “斷溶體”地震響應特征及識別

從縫洞模型的地震正演剖面上看，雜亂反射主要由4種縫洞幾何體形成(見圖3(b))，獨立的同相軸凸起異常是由未被充填的局部高速灰巖形成的。二疊系上覆低速巖性變化對茅口組頂界地震反射同相軸有明顯影響，且對地震反射產生下壓現象(見圖3(c)紅色箭頭所指)。

根據正演結果，結合地震剖面對“斷溶體”進行識別。“斷溶體”在地震剖面上具有目的層頂界面反射同相軸雜亂反射、凸起、下凹等地震反射異常；由于“斷溶體”是由斷裂、裂縫被溶蝕改造形成的柱狀溶蝕孔洞，常常發育在斷裂附近，因此再結合目的層上、下發育的斷層特征進行綜合識別。

圖3 縫洞地質模型及正演剖面對比

4 “斷溶體”平面預測

由于地層受構造應力擠壓或拉伸作用時會產生彎曲，采用相干和曲率屬性對JLS地區“斷溶體”的平面展布進行了預測。研究區發育大量走滑斷層，從相干及曲率屬性融合平面圖(見圖4)上可以看出，區內分為2個組系，近東西向走滑斷裂和北東-南西向走滑斷裂，其中北東-南西向斷裂規模更大；區內存在3類“斷溶體”異常區域。

Ⅰ類“斷溶體”，在相干及曲率屬性融合平面圖上表現為帶狀-圓形集合體異常區，在地震剖面上表現為同相軸振幅減弱和撓曲，且常伴有斷層發育。L004-x1井區屬于該類型。

Ⅱ類“斷溶體”，在相干及曲率屬性融合平面圖上表現為帶狀異常帶，在地震剖面上表現為波形細微變化，常伴有斷層。L104井區屬于該類型。

Ⅲ類“斷溶體”，在相干及曲率屬性融合平面圖上表現為空白區，在地震剖面上無明顯異常響應，同相軸為強連續反射特征。L17井區屬于該類型。

結合構造、斷裂、縫洞發育特征，研究區分布有4個Ⅰ類“斷溶體”發育帶(L004-x1井區、LT1井區、L4井區、L16井區)，累計面積375km2。

圖4 研究區相干及曲率屬性融合平面圖

JLS地區“斷溶體”的存在，為下一步地震勘探指明了方向。已鉆井成果顯示：Ⅰ類“斷溶體”區域內的鉆井效果最好，儲層厚度大、物性好、產能大；Ⅱ類次之；Ⅲ類巖性致密，物性差，基本不發育儲層。

5 結語

JLS地區“斷溶體”概念的提出給四川盆地的勘探與開發帶來了新的啟示，深化“斷溶體”油氣藏特征及控制因素研究，可為四川盆地同類油氣藏部署新井井位、編制產能建設方案、提高地質儲量動用程度等提供地質依據，提高油氣的最終采收率。