川東地區(qū)下寒武統(tǒng)龍王廟組儲(chǔ)層地震響應(yīng)特征

郗 誠(chéng) 和 源 呂 龑 李 益 白曉亮 吳仕虎 李 虹

1.中國(guó)石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院 2.中國(guó)石油昆侖燃?xì)馑拇ǚ止?3. 中國(guó)石油西南油氣田公司重慶氣礦

0 引言

近年來(lái)，針對(duì)四川盆地震旦系—寒武系持續(xù)開展了綜合地質(zhì)研究[1-6]，積極實(shí)施油氣風(fēng)險(xiǎn)勘探。2012年，川中古隆起MX8井在下寒武統(tǒng)龍王廟組獲得日產(chǎn)百萬(wàn)立方米高產(chǎn)工業(yè)氣流；2013年，安岳氣田龍王廟組氣藏提交天然氣探明儲(chǔ)量4 403.83h108m3，同時(shí)位于該古隆起斜坡區(qū)荷包場(chǎng)構(gòu)造的HS1井在龍王廟組鉆遇優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層；2013年，在該古隆起斜坡帶廣安構(gòu)造鉆探的GT2井在上寒武統(tǒng)洗象池組鉆遇厚層優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層。上述勘探成果證實(shí)了四川盆地下古生界在川中古隆起及其外圍具有良好的含氣性和巨大的天然氣勘探潛力[7-9]。

震旦紀(jì)前，受晉寧運(yùn)動(dòng)影響，四川盆地東部達(dá)州—開江地區(qū)古隆起已見雛形；早寒武世，受興凱運(yùn)動(dòng)早期穩(wěn)定抬升影響，達(dá)州—開江古隆起繼承性演化。川中—川東地區(qū)的格架大剖面顯示，達(dá)州—開江古隆起與川中古隆起在隆起幅度上相當(dāng)，具有形成連片灘體發(fā)育的地質(zhì)條件。在上述地質(zhì)認(rèn)識(shí)的指導(dǎo)下，在川東地區(qū)部署了兩口探井——WT1井和LT1井，它們均鉆遇龍王廟組灘相細(xì)—粉晶顆粒云巖儲(chǔ)層，測(cè)井解釋儲(chǔ)層孔隙度較低，介于2%～4%，為低能灘沉積[10]，表明川東地區(qū)龍王廟組也具有一定的油氣勘探潛力。為了降低川東地區(qū)下古生界油氣勘探的風(fēng)險(xiǎn)，筆者基于前期地質(zhì)研究的成果和新鉆井資料，以巖石物理實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，開展了基于波動(dòng)方程的正演模擬，總結(jié)了川東地區(qū)龍王廟組的地震反射特征，并與川中高石梯—磨溪地區(qū)典型井龍王廟組地震響應(yīng)特征進(jìn)行對(duì)比；在此基礎(chǔ)上，完成了川東地區(qū)9 700 km2三維區(qū)的地震相刻畫工作，進(jìn)而評(píng)價(jià)了川東地區(qū)龍王廟組天然氣勘探的有利潛力區(qū)，以期為該區(qū)下一步的油氣勘探部署提供技術(shù)支撐。

1 地質(zhì)背景

川東地區(qū)位于四川盆地東部（圖1），是我國(guó)最為典型的格擋式構(gòu)造區(qū)，地表主要由北東—南西向條形背斜山和開闊的丘陵平壩相間組成，背斜軸部多出露二疊系、三疊系，開闊的向斜部位出露侏羅系砂泥巖地層。下構(gòu)造層（中寒武統(tǒng)以下地層）變形相對(duì)較弱，構(gòu)造形態(tài)相對(duì)簡(jiǎn)單，斷層不發(fā)育。

2 基于巖石物理的地震響應(yīng)特征

2.1 巖石物理特征

川東地區(qū)已完成WT1和LT1兩口深層探井（圖1）。WT1井龍王廟組儲(chǔ)層物性相對(duì)較差，儲(chǔ)層位于龍王廟組下段，發(fā)育細(xì)—粉晶云巖，儲(chǔ)集空間主要以晶間溶孔為主，測(cè)井解釋儲(chǔ)層厚度為12.0 m，平均孔隙度為3.5%，測(cè)井解釋為水層。LT1井龍王廟組灘相發(fā)育，為殘余生屑含灰質(zhì)云巖及殘余粒屑云巖，但儲(chǔ)層厚度較薄，測(cè)井解釋儲(chǔ)層厚度為5.4 m，平均孔隙度為2.7%，測(cè)井解釋為差氣層。WT1井及LT1井均未鉆遇優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。

筆者在充分利用WT1井及LT1井的鉆井資料的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充了13個(gè)野外露頭樣品，開展了巖石物理實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得了縱波速度、橫波速度、孔隙度、密度及滲透率等數(shù)據(jù)資料（表1），將測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為龍王廟組地質(zhì)模型建立的基礎(chǔ)。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，川東地區(qū)龍王廟組巖石孔隙度普遍較低，滲透率也較低，僅6號(hào)及9號(hào)樣品滲透率高，巖樣觀察發(fā)現(xiàn)這兩塊樣品均發(fā)育不同程度的裂縫，滲透率得到了明顯改善。川東地區(qū)龍王廟組基質(zhì)孔隙較低，裂縫及巖溶作用對(duì)儲(chǔ)層的改造較為重要[7,11-12]。

圖1 四川盆地區(qū)域地質(zhì)圖

圖2為排除6號(hào)及9號(hào)樣品后得到的巖石物性交匯圖。圖2-a、b表明，密度與縱/橫波速度具有較好的正相關(guān)性，縱/橫波速度隨著密度的增大而增大；圖2-c表明，孔隙度與縱波速度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，隨著孔隙度的增大，縱波速度減小，兩者存在一定的線性關(guān)系，為后續(xù)不同孔隙度的地質(zhì)模型的正演提供了數(shù)據(jù)支撐；圖2-d反映出孔隙度與密度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

表1 川東地區(qū)龍王廟組野外柱塞樣巖石物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

圖2 川東地區(qū)龍王廟組巖石物理分析圖

2.2 地質(zhì)模型與地震響應(yīng)特征

地震波正演模擬是研究地球介質(zhì)中地震波傳播的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征的重要手段，也是地震資料偏移成像的基礎(chǔ)[13-15]。地震波正演模擬常常被用于評(píng)價(jià)地震處理的效果、檢驗(yàn)地震解釋的結(jié)論，甚至直接被用于含油氣性檢測(cè)。筆者在傳統(tǒng)褶積模型的基礎(chǔ)上，采用了基于波動(dòng)方程的正演模擬，使得結(jié)果更加符合地下真實(shí)的波場(chǎng)特征[16-17]。

在獲取巖石物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，建立了地層格架模型，速度背景主要由WT1井的實(shí)鉆曲線得到（圖3）。WT1井高臺(tái)組以膏質(zhì)云巖及云質(zhì)膏鹽巖為主，純鹽巖不發(fā)育，以低速層發(fā)育為主，平均速度為5 747 m/s；龍王廟組主要發(fā)育白云巖，平均速度為6 850 m/s；滄浪鋪組地層較為復(fù)雜，為了真實(shí)還原地下地層特征，將滄浪鋪組劃分為四段，平均速度由上至下分別為5 263 m/s、6 290 m/s、5 128 m/s、6 490 m/s；筇竹寺組作為龍王廟組的烴源巖，主要以低速為主，平均速度為5 320 m/s。

圖3 川東地區(qū)WT1井龍王廟組地層格架模型圖

圖4 孔隙度為2%的儲(chǔ)層在不同發(fā)育位置的速度模型及正演模擬結(jié)果圖

根據(jù)WT1井測(cè)井曲線建立的正演地質(zhì)模型（圖4-a），分別在龍王廟組的頂部、中部及底部建立孔隙度為2%的儲(chǔ)層（楔狀儲(chǔ)層厚度介于0～20 m），正演采用的地震主頻為25 Hz，與川東地區(qū)深層實(shí)際地震的主頻保持一致，真實(shí)還原波場(chǎng)的反射。根據(jù)巖石物理實(shí)驗(yàn)交匯得到的圖板，儲(chǔ)層孔隙度為2%對(duì)應(yīng)的縱波速度及密度分別為5 500 m/s、2.81 g/cm3，以此為儲(chǔ)層的填充速度及密度，正演模擬結(jié)果（圖4-b）表明當(dāng)儲(chǔ)層發(fā)育龍王廟組頂部時(shí)，龍王廟組頂界波峰出現(xiàn)一定的下拉；儲(chǔ)層發(fā)育在龍王廟組中部時(shí)，龍王廟組頂界減弱，呈復(fù)波反射特征，且儲(chǔ)層底部為波峰反射；當(dāng)儲(chǔ)層發(fā)育在龍王廟組中下部時(shí)，地震反射無(wú)明顯響應(yīng)。

同時(shí)，為了論證物性變化對(duì)反射特征的影響，設(shè)計(jì)了不同孔隙度的地質(zhì)模型，儲(chǔ)層均發(fā)育在龍王廟組頂部，儲(chǔ)層孔隙度分別為1%、2%、3%，由巖石物理實(shí)驗(yàn)圖板統(tǒng)計(jì)對(duì)應(yīng)的縱波速度分別為6 200 m/s、5 600 m/s及5 000 m/s（圖5-a），密度分別為2.84 g/cm3、2.81 g/cm3、2.78 g/cm3，將上述縱波速度及密度作為儲(chǔ)層的約束參數(shù)，通過(guò)波動(dòng)方程正演得到相應(yīng)的波場(chǎng)記錄（圖5-b）。正演模擬結(jié)果表明，隨著孔隙度的變化，地震反射也出現(xiàn)相應(yīng)的差異。儲(chǔ)層孔隙度為1%時(shí)，地震反射沒(méi)有明顯的變化；儲(chǔ)層孔隙度為2%時(shí)，龍王廟組頂界出現(xiàn)下拉；儲(chǔ)層孔隙度為3%時(shí)，龍王廟組頂界出現(xiàn)明顯減弱，儲(chǔ)層下部發(fā)育強(qiáng)亮點(diǎn)。

通過(guò)兩個(gè)地質(zhì)模型的正演模擬，得到了兩個(gè)認(rèn)識(shí)：①當(dāng)儲(chǔ)層發(fā)育在龍王廟組頂部及中部時(shí)，利用主頻為25 Hz的地震可以進(jìn)行識(shí)別，而當(dāng)儲(chǔ)層發(fā)育在底部時(shí)，儲(chǔ)層沒(méi)有明顯響應(yīng)。WT1井的儲(chǔ)層發(fā)育在中下部，實(shí)際地震剖面沒(méi)有出現(xiàn)明顯響應(yīng)，證實(shí)了正演結(jié)果的可靠性；②隨著孔隙度的增加（儲(chǔ)層物性變好），儲(chǔ)層引起的亮點(diǎn)反射逐漸增強(qiáng)。

圖5 不同孔隙度儲(chǔ)層地質(zhì)模型及正演模擬結(jié)果圖

圖6 五百梯構(gòu)造西line605線地震剖面圖

3 川東地區(qū)龍王廟組地震反射特征

根據(jù)波動(dòng)方程正演模擬取得的認(rèn)識(shí)，對(duì)川東地區(qū)9 700 Km2三維地震開展龍王廟組地震反射識(shí)別，定性解釋了龍王廟組頂界復(fù)波、層間亮點(diǎn)（頂界弱反射或頂界空白反射）、頂界強(qiáng)反射—龍王廟組內(nèi)部空白反射等3種地震相。并與高石梯—磨溪地區(qū)典型井的地震反射進(jìn)行了對(duì)比，認(rèn)為川東地區(qū)龍王廟組與高石梯—磨溪地區(qū)龍王廟組儲(chǔ)層具有相似的反射特征，可以有效地對(duì)川東地區(qū)龍王廟組有利儲(chǔ)層進(jìn)行定性預(yù)測(cè)，尋找川東地區(qū)龍王廟組下一步的油氣勘探潛力區(qū)。

圖6為川東地區(qū)五百梯西三維工區(qū)line605線地震剖面圖，圖中紅色虛線為解釋的亮點(diǎn)，龍王廟組頂界呈弱波峰反射，正演模擬結(jié)果表明此類地震反射特征儲(chǔ)層較為發(fā)育。圖7為川東地區(qū)鐵山—龍門連片三維trace2400線地震剖面圖，該剖面上解釋有復(fù)波反射、亮點(diǎn)反射（龍王廟組頂界反射減弱），正演模擬結(jié)果表明該線在龍王廟組中上部?jī)?chǔ)層應(yīng)較發(fā)育。

表2為川東地區(qū)與川中地區(qū)龍王廟組地震反射特征對(duì)比表，歸納解釋了4類反射特征。其中Ⅳ類反射特征主要以龍王廟組頂界強(qiáng)峰、層間空白反射為主，WT1井即為此種反射，該井測(cè)井解釋儲(chǔ)層較薄，測(cè)井解釋為水層，Ⅳ類反射特征類似于高石梯—磨溪地區(qū)的GS2井，GS2井儲(chǔ)層僅有4.5 m，儲(chǔ)層欠發(fā)育，該類地震反射特征主要集中分布在川東地區(qū)檀木場(chǎng)區(qū)塊及龍崗區(qū)塊；Ⅲ類反射特征主要以龍王廟組頂界復(fù)波反射為主，該類反射特征與MX23井類似，MX23井測(cè)井解釋儲(chǔ)層厚度為20.0 m，測(cè)試日產(chǎn)氣量為110.8h104m3，該類反射特征主要集中分布在川東地區(qū)五寶場(chǎng)區(qū)塊及鐵山—龍門地區(qū)；Ⅱ類反射特征為龍王廟組頂界弱波峰反射、層間發(fā)育亮點(diǎn)，類似于川中地區(qū)的MX13井，MX13井儲(chǔ)層厚度為41.7 m，測(cè)試日產(chǎn)氣量為128.84h104m3，該類反射特征主要集中分布在正壩南及大貓坪西區(qū)塊；Ⅰ類反射特征以龍王廟組頂界空白反射，層間亮點(diǎn)發(fā)育為主，類似于川中地區(qū)MX204井，MX204井儲(chǔ)層厚度為54.0 m，測(cè)試日產(chǎn)氣量為115.62h104m3，該類反射特征主要分布在五百梯西地區(qū)。

圖7 鐵山ü龍門連片三維trace2400線地震剖面圖

表2 川東地區(qū)與川中地區(qū)龍王廟組地震反射特征對(duì)比表

4 川東地區(qū)龍王廟組勘探領(lǐng)域

圖8為川東地區(qū)龍王廟組地震相刻畫平面圖。圖8中藍(lán)色對(duì)應(yīng)Ⅳ類反射特征，主要以頂界強(qiáng)波峰，內(nèi)部空白反射；黃色對(duì)應(yīng)Ⅲ類反射特征，主要以復(fù)波發(fā)育為主；橙色對(duì)應(yīng)Ⅱ類及Ⅰ類反射特征，以亮點(diǎn)發(fā)育為主。需要說(shuō)明的是，圖8中的黑色區(qū)域，由于川東地區(qū)整體呈北東—南西向的高陡格擋式構(gòu)造格局，高陡區(qū)構(gòu)造成像較差，在深層下古生界基本沒(méi)有成像，地震反射較為雜亂，未作地震相刻畫。

從圖8可以看出，川東地區(qū)龍王廟組地震反射特征主要以Ⅳ類反射為主，儲(chǔ)層不發(fā)育（或儲(chǔ)層縱向厚度較小）。Ⅲ類反射特征主要發(fā)育在在巫山坎、正壩南、大貓坪西地區(qū)。Ⅰ類及Ⅱ類反射特征主要發(fā)育在五百梯西及五寶場(chǎng)地區(qū)。通過(guò)本次地震相的刻畫，認(rèn)為下一步川東龍王廟組的勘探潛力區(qū)應(yīng)首先優(yōu)選五百梯西—巫山坎—正壩南地區(qū)及五寶場(chǎng)區(qū)塊東部，以期在川東地區(qū)下古生界龍王廟組獲得一定的突破。

圖8 川東地區(qū)三維工區(qū)龍王廟組地震相刻畫平面圖

5 結(jié)論

1）儲(chǔ)層發(fā)育在龍王廟組頂部及中部時(shí)，25 Hz頻率的地震可以識(shí)別，當(dāng)儲(chǔ)層發(fā)育在龍王廟組中下部時(shí)，儲(chǔ)層沒(méi)有明顯響應(yīng)；隨著孔隙度的增大，儲(chǔ)層引起的亮點(diǎn)反射逐漸增強(qiáng)。

2）川東地區(qū)與川中地區(qū)的龍王廟組儲(chǔ)層地震響應(yīng)特征對(duì)比結(jié)果表明，川東地區(qū)龍王廟組儲(chǔ)層的地震響應(yīng)特征與川中地區(qū)高石梯—磨溪地區(qū)相同。

3）通過(guò)本次地震相的研究成果，認(rèn)為應(yīng)首選五百梯西—巫山坎—正壩南地區(qū)作為川東地區(qū)龍王廟組儲(chǔ)層發(fā)育的有利潛力區(qū)，其次為五寶場(chǎng)區(qū)塊東部地區(qū)。