川西南部白馬廟地區雷四3亞段薄層藻云巖預測

張 豪， 辛勇光， 谷明峰， 孫豪飛

(1.中國石油杭州地質研究院， 杭州 310023； 2.中國石油勘探開發研究院四川盆地研究中心， 成都 610041； 3.西南油氣田分公司勘探開發研究院， 成都 610041)

四川盆地位于上揚子臺地西北緣的次一級構造單元[1]，為一具有多期構造運動和多套沉積旋回的大型含油氣疊合盆地，盆地具有復雜的沉積史和構造史[2-3]。四川盆地西南部為四川盆地天然氣的重點勘探領域，地質條件復雜，天然氣資源豐富，勘探潛力巨大[4]。截止目前已經發現白馬廟、蓮花山、漢王場等多個含氣構造，主要集中在三疊系和侏羅系陸相碎屑巖儲層中，近期針對二疊系火山巖、中三疊統雷口坡組等的鉆井獲得工業氣流，展示了川西南部良好的油氣勘探潛力。雷口坡組雷四3亞段是川西南部天然氣勘探的重點層系，經過四十余年的勘探探索，目前已經在灌口、霧中山等地區獲得油氣發現，近期在大興場地區鉆探的X1井在雷四3亞段獲得重要突破，在藻云巖儲層厚度只有1.1 m的情況下，測試獲得工業氣流，展示出川西南地區雷口坡組頂部藻云巖儲層良好的勘探潛力。雷口坡組已發現的氣藏具多層段、多點分布和局部富集的特點，但還未發現規模連片的氣藏[5]，其中一個重要原因就是對儲層甚至地層的分布規律不清楚，缺乏有效的地震預測手段，給雷口坡組的勘探研究造成困難。

針對雷口坡組地層或儲層的識別和預測，尹正武等[6]基于古地貌分析快速確定巖溶發育有利帶，進而開展中子擬聲波反演，落實YB地區雷口坡組古風化殼巖溶儲層的有利分布區；葉泰然等[7]通過波形差異化分析，剝離出了儲層所引起的地震響應特征及變化規律，定性預測川西彭州地區雷口坡組潮坪相薄儲層；蔡左花等[8]綜合利用地震響應特征、多屬性組合、相干體以及波阻抗反演等技術方法開展風化殼縫洞型儲層預測；谷明峰等[9]利用波形分類方法開展川中地區雷四上亞段儲層的預測；杜浩坤等[10]采用地層切片、波形聚類及屬性聚類等手段刻畫地震有利相帶。目前對雷口坡組薄地層和薄儲層的預測還處于方法的探索階段，主要利用的是地震屬性預測，然而儲層物性參數與地震屬性之間不是簡單的線性關系[11]，利用屬性預測的結果難以滿足勘探生產的需要。有關雷口坡組藻云巖儲層定量預測的相關文獻較少，需要進一步的開展分析和研究。

研究區位于四川盆地西南部白馬廟地區，目的層為中三疊統雷口坡組雷四3亞段藻白云巖儲層。川西南地區雷口坡組藻云巖的分布范圍基本決定了儲層的展布特征。針對研究區井資料較少、藻云巖儲層非均質性強、分布規律不清及薄儲層預測精度低等問題，首先通過單井合成記錄精細分析與標定，然后利用多屬性優選開展川西南白馬廟地區儲層定性預測的研究，最后基于井約束的地震波形指示反演來定量預測藻云巖地層的厚度。從而指導川西南部雷口坡組雷四3亞段的下一步勘探。

1 地質背景

雷口坡組屬于中生界中三疊統，屬于揚子克拉通盆地的一部分[12]，是四川盆地海相碳酸鹽巖油氣勘探的重要接替層系[13]。依據巖性、電性、沉積旋回和儲層發育規律可將四川盆地雷口坡組自下而上劃分為雷一段、雷二段、雷三段、雷四段4個巖性段[14]。受印支早期運動的影響，川西南地區雷口坡組接受抬升剝蝕，在馬鞍塘組與雷口坡組之間形成區域不整合面[15]。雷口坡組雷四3沉積期水體由盆地西緣向盆地內逐漸變淺，發育碳酸鹽巖膏質瀉湖、膏質云坪、藻云坪和臺內灘相，川西南地區沉積環境由藻云坪向膏質云坪過渡(圖1)。雷口坡組地層厚值區主要沿霧中山-高家場-灌口-白馬廟地區分布，向盆地內逐漸減薄。川西南地區雷口坡組儲層主要發育在雷四3亞段顆粒灘和藻云坪相中，其中藻云坪相藻云巖儲層廣泛發育。川西南地區雷口坡組雷四3亞段藻云坪的分布范圍基本決定了儲層的展布特征，儲層的主要建設性成巖作用為白云石化作用和表生期溶蝕作用[16]。同時儲層的物性與巖性密切相關，潮間帶的藻云巖物性最好。通過鉆井巖心及薄片觀察，儲集巖性以藻白云巖為主，儲集空間以粒間孔、藻間溶蝕孔、晶間孔和溶蝕縫為主，受灘、藻云坪和巖溶作用的共同控制[14-15]?；趲r心和巖屑樣品的物性統計，雷四3亞段藻云巖儲層表現為低孔、低滲的特征，儲層平均孔隙度3.7%，平均滲透率1.05×10-3μm2，儲層孔隙度和滲透率呈正相關關系，線性關系好。川西南地區雷口坡組受地質認識以及地震資料品質的影響，以尋找構造和構造-巖性氣藏為主，勘探領域和勘探潛力較大，但目前勘探程度還比較低。

圖1 川西地區雷四3亞段沉積相圖Fig.1 Sedimentary facies map of Leikoupo 43 sub-member in western Sichuan

研究區位于四川盆地西南部白馬廟三維區，處于四川盆地西部與中部過渡帶，構造位置屬于川西南低陡褶帶。白馬廟三維區一次覆蓋面積360 km2，滿覆蓋面積200 km2，該地區以須家河組及侏羅系碎屑巖勘探為主，鉆遇雷四3亞段的井只有兩口。白馬廟三維區雷四3亞段遭受不同程度的剝蝕，雷四3亞段頂界為雷口坡組碳酸鹽巖與馬鞍塘組生物灰巖夾碎屑巖間的不整合面。結合實鉆井及野外露頭記錄資料分析，研究區雷四3亞段整體厚度變化比較大，殘余地層厚度0～80 m，藻云巖儲層厚度0～40 m。圖2為D1井沿雷四3亞段進行側鉆的地層綜合柱狀圖，D1井直井段雷四3亞段殘余地層厚度僅3 m，雷四3亞段上部為馬鞍塘組，主要為生物、介屑灰巖與砂泥巖互層，底部含有各類巖屑雜積，測井上表現為高自然伽馬、高聲波時差和低電阻，雷四3亞段主要以藻白云巖為主，測井上表現為較高自然伽馬、較高聲波時差和較高電阻，雷四2亞段以膏質云巖和膏巖為主，測井上為低自然伽馬、較高聲波時差和高電阻的特征。白馬廟三維區東南方向雷四3亞段地層剝蝕殆盡，雷口坡組頂部僅發育雷四2亞段膏鹽巖，從而可以形成上傾方向封堵，雷四3亞段藻云巖儲層被雷四2亞段的非滲透層所遮擋，具備形成構造-巖性氣藏的條件，是川西南部重點有利勘探區。川西南地區藻云巖的分布范圍基本決定了儲層的展布范圍，因此主要針對雷四3亞段藻云巖地層分布不清的問題開展系統研究，尋找川西南地區雷口坡組的有利勘探區帶。

2 方法原理及流程

地震反演是儲層預測的常用方法之一[17]，其利用地表觀測到的地震數據，用鉆井和地質規律來作為約束，預測地下介質的彈性參數及含油氣性。根據輸入數據的不同，勘探領域地震反演通?？煞譃榀B后和疊前反演兩大類，形成了多種成熟的反演技術方法[18]。目前比較常用的主要有：基于褶積模型的反演、非線性反演和地質統計學反演，這些方法在油田儲層評價中有許多成功的應用案例，但這些方法尚存一定的局限性。基于褶積模型的反演分辨能力與地震數據相同，反演結果基本與地震屬性分析結果類似；非線性反演由于受反演算法計算效率和非全局最優的影響，預測結果常常難以滿足生產需要；地質統計學反演結果隨機性強，對井位分布依賴嚴重，井點周圍與無井區差異大，無法反映真實的地質規律。

優選地震波形指示反演方法來進行藻云巖的精細定量預測，該反演技術充分利用地震波形的橫向變化信息, 利用地震波形橫向相似性驅動測井高頻信息，實現高分辨率反演[19]。地震波形的縱向和橫向變化代表了巖性組合及地震相的變化，地震波形相似的區域代表了相似的巖性組合和地震相，相應區域的測井曲線特征也具有一定的相似性，通過在反演過程中利用地震波形的橫向變化替換變差函數，建立中頻地震信息與實鉆井高頻測井信息之間的映射關系，從而達到反演儲層參數的目的。地震波形指示反演過程包含3個關鍵步驟：一是通過奇異值分解來進行井旁地震波形聚類，從而搭建起測井曲線特征與地震波形(代表地震相)的映射關系，建立不同的樣本集，相同沉積相中的井具有相似的地震波形和測井曲線結構特征；二是分析不同波形結構對應的樣本集分布，根據樣本集中的共性特征作為初始模型，從而建立了不同地震波形與反演初始模型間的對應關系，實現地震相控的初始模型建立；三是在貝葉斯框架下，利用優選樣本集的共性部分作為初始模型進行迭代反演，不斷修正初始模型，直到反演結果符合地震波形的橫向分布和井曲線特征，從而得到高分辨的反演結果。地震波形指示反演對井的分布要求低,比傳統隨機反演方法確定性更強，在提高垂向分辨率的同時，橫向預測性得到有效保證；同時利用了地震波形的橫向變化來代替傳統變差函數[20]，而地震波形代表的是沉積的巖性組合及地震相，是真正意義上的相控反演[21]。沈正春等[22]利用波形指示反演技術刻畫了東營凹陷沙三中亞段超隱蔽濁積巖儲層，部署探井均獲商業油流，展示了該技術良好的應用前景。

由于研究區尚處于勘探探索的早期階段，鉆井較少，區域的地質認識不明確，缺乏足夠的巖石物理分析數據，難以滿足疊前地震反演技術的需求，因此采用基于偏移疊加地震數據的疊后地震波形指示反演技術來預測藻云巖的分布。圖3為川西南白馬廟地區薄層藻云巖預測的流程圖，首先需要對地震數據與測井曲線的品質進行評價，分析實際地震數據的信噪比和分辨率等指標是否符合油氣檢測的要求。如當資料品質較差時，可以開展一些針對性的去噪、提高分辨率等處理，同時對測井曲線的井眼垮塌和密度曲線等進行校正；接著通過精細的井震標定分析藻云巖發育的地震反射特征，選取敏感地震屬性定性預測儲層的分布規律，為疊后波形指示反演提供指導；在儲層定性分析的基礎上，通過巖石物理分析確定藻云巖的敏感測井曲線，通過提取敏感曲線的高頻信息與地震波阻抗的低頻信息進行重構，獲得能夠反映藻云巖的擬波阻抗曲線；利用擬波阻抗曲線與地震層位建立的初始框架模型得到反演的初始低頻模型，繼而開展研究區目的層段的藻云巖分布檢測；結合已鉆井藻云巖分布情況和多屬性預測的結果來評判反演結果的可靠性，若結果不符合已鉆井和地質規律，需要更新反演參數，從而得到研究區藻云巖的縱橫向分布規律，來指導該地區下一步的勘探研究工作

圖3 薄層藻云巖預測流程圖Fig.3 Flowchart of thin-layer algal dolomite prediction

3 地震屬性定性分析

地震屬性分析是儲層及流體預測的重要輔助手段[23-24]，可以分為振幅、頻率、相位及幾何類等[25]，優選地震屬性是開展巖性預測最直接有效的手段。在精細合成記錄標定的基礎上，分析雷四3亞段藻云巖地層的反射特征，建立單井藻云巖厚度與地震屬性間的關系，結合藻云巖的縱向分布規律優選時窗，開展敏感屬性優選，定性分析雷四3亞段藻云巖的分布規律。

3.1 地震反射特征分析

基于目的層段的頻譜分析，地震主頻為25 Hz左右，根據地震縱向分辨率的定義，地震的縱向分辨率極限為1/4波長，也就是地震只能分辨60 m以上的地層。研究區馬鞍塘組厚度較為穩定，在20 m左右，而雷四3亞段地層厚度變化較大，為0～80 m，在地震上難以區分開來。

通過對研究區及相鄰地區雷口坡組多口實鉆井的地層劃分對比，利用精細井震標定，分析雷四3亞段藻云巖厚度變化時的地震響應特征。如圖4所示，選取4口典型鉆井，其中S1、X1位于研究區附近，Q1、D1位于研究區內。圖4中，藍色虛線為小塘子底界，是小塘子組碎屑巖與馬鞍塘組生物灰巖的界面，波阻抗差異較大，地震上表現為連續強波峰的反射特征，為標志反射層；綠色虛線表示馬鞍塘組底界，地層較厚時，如S1井馬鞍塘組厚度52 m，表現為弱波峰反射，而地層減薄時，像Q1、X1、D1井馬鞍塘組厚度在20 m左右，馬鞍塘組底界表現為波峰與波谷間的零相位反射；黑色虛線為目的層雷四3亞段的底界，與馬鞍塘組反射特征類似，S1、Q1井地層厚度80 m左右，表現為弱波峰反射，而X1、D1井地層厚度較薄，表現為緊貼小塘子底的零相位反射。結合正演分析等研究，雷四3亞段藻云巖地層地震反射受地層厚度的影響較大，地層由厚減薄時，雷四3亞段底界地震反射特征由弱波峰逐漸過渡為復波反射，再過渡為緊貼小塘子底界強波峰的零相位反射。

圖4 合成記錄標定Fig.4 Synthetic log calibration

3.2 振幅屬性分析

地震資料的振幅變化直接反映了地層巖性的變化，振幅屬性能夠有效突出地震數據的振幅差異，從而可以用來識別巖性和巖相變化。通過上述分析，明確了雷四3亞段地層厚度變化對地震反射特征的影響?；诰毦饦硕?，首先對小塘子底界這一強波峰反射標志層進行追蹤，接著利用連井剖面對井點附近雷四3底界開展對比追蹤，并逐步利用地震波組關系，追蹤得到雷四3底界的層位。當然，對于雷四3亞段地層加厚時，地層的追蹤相對容易，而像D1井雷四3亞段地層較薄時，地層追蹤解釋的準確性較差，但對于屬性分析來說，可以通過層位漂移的手段將目的層包含在內。由于研究區內馬鞍塘組灰巖地層穩定在20 m附近，因此可以通過提取小塘子底界到雷四3亞段底界往下10 ms的地震屬性，來消除雷四3亞段底界解釋不準帶來的誤差，從而更為準確地分析雷四3亞段的藻云巖地層發育情況。圖5為沿所選時窗提取的雷四3亞段最大波谷振幅屬性，當雷四3亞段藻云巖地層厚度較厚時，波谷振幅較強，而地層變薄時，波谷逐漸減弱直至消失。Q1井雷四3亞段藻云巖地層厚度79 m，位于波谷振幅較強的區域，而D1井雷四3亞段地層厚度只有3 m，波谷不發育，位于波谷振幅極弱的位置，振幅屬性結果與實鉆井匹配性較好。

T表示地震道中的聯絡測線號(Trace)；L表示地震道中的主測線線號(Line)，以T86、L900為例， 分別表示聯絡測線號86、主測線號900的位置，下同圖5 最大波谷振幅屬性圖Fig.5 Maximum trough amplitude attribute map

3.3 波形分類屬性分析

地層巖性及巖相等的變化直接影響著地震波形的變化，通過上述分析，雷四3亞段藻云巖厚度不同導致地震波形存在明顯的差異，這里我們利用波形分類屬性，可以進一步得到藻云巖發育的厚值區。需要注意的是，由于目的層的厚度變化較大，常規波形聚類方法不能奏效，需要選擇頻率域波形分類方法，該方法能夠接受一定的層位解釋誤差，對地層厚度變化更為敏感。在研究區資料應用中，發現當波形分類數量過多時，不同波形分量的含義難以解釋，而分類數過少，難以區分藻云巖發育的有利區，通過測試，選擇波形分類的數量為9。圖6為白馬廟三維區頻率域波形分類屬性圖，Q1井位于藻云巖發育的有利波形位置，而D1井則落在藻云巖不發育的波形位置。結合振幅屬性和頻率域波形分類屬性可以發現，兩種方法預測的藻云巖分布大體一致，藻云巖主要發育在研究區的西北部，由北西向南東逐漸減薄。值得注意的是，振幅屬性西北角表現為弱振幅，與已有認識和波形聚類結果相悖，這是因為工區西北角雷四3亞段地層之上發育天井山組地層，而天井山組地層縱波阻抗與雷四3亞段相近，導致二者之間沒有明顯的反射界面，從而使得提取的波谷振幅屬性變弱。

圖6 頻率域波形分類屬性圖Fig.6 Waveform classification attribute map in frequency domain

4 疊后精細反演定量預測

多屬性分析與優選對白馬廟地區雷口坡組雷四3亞段藻云巖的分布形成了初步的認識，但該工作只能提供藻云巖發育的有利區域，無法對藻云巖的分布進行定量預測。優選地震波形指示反演方法來進行藻云巖的精細定量預測，該方法克服了常規反演分辨率低以及受子波和低頻模型影響較大的缺點，利用地震波形橫向變化代替變差函數，實現了相控高分辨率反演。在上述屬性分析工作的基礎上，結合巖石物理分析獲取藻云巖敏感曲線，基于井約束的地震波形指示反演開展藻云巖分布的定量預測研究，提高白云巖的預測精度，利用反演結果來尋找雷口坡組下步勘探的有利指向區。

4.1 巖石物理分析

通過巖石物理分析，選取對白云巖與膏質云巖和膏巖最為敏感的參數，為井約束反演提供依據。圖7為不同巖石物理參數與巖性關系的直方圖。可以看出，膏巖和白云巖可以通過聲波、電阻率以及阻抗等多種參數區分開來，而膏質云巖和白云巖由于速度相近，聲波、密度、伽馬等相互重疊，難以區分。電阻率曲線對白云巖和膏質云巖、膏巖有很好的區分性，白云巖與膏巖、膏質云巖位于不同的電阻率區間，白云巖的電阻率遠小于膏質云巖和膏巖的電阻率。因此，電阻率曲線對白云巖最為敏感，可以采用基于電阻率的井約束反演來預測出白云巖的分布。

圖7 測井曲線與巖性關系直方圖Fig.7 Histogram of relationship between logging curve and lithology

4.2 特征曲線重構

特征曲線的重構以地質、測井和地震解釋工作為基礎?；谏鲜鰩r石物理分析，電阻率曲線最能反映白云巖地層的特征，因此以電阻率測井曲線為基礎，建立電阻率與聲波時差之間的相關性，實現白云巖特征曲線的重構。通過高低頻分離的方法，提取聲波曲線的低頻信息作為擬聲波曲線的低頻信息，低頻的頻率范圍選擇根據目的層的地震有效頻帶為依據，而高頻來自電阻率曲線，通過信息融合技術將二者融合，構建出既具備地質意義又能反映白云巖的擬聲波曲線。圖8為Q1井目的層段原始波阻抗和擬波阻抗曲線與電阻率曲線交會圖，從圖8中可以看出，在不破壞原始時深關系的前提下，重構后的擬波阻抗與電阻率間呈現良好的正相關關系。電阻率的變化代表了白云巖、膏質云巖和膏巖等巖性的變化，因此重構后的擬波阻抗曲線能夠體現巖性的變化特征，為后續擬波阻抗反演提供了可行的基礎數據。

圖8 波阻抗重構前后與電阻率曲線交會圖Fig.8 Cross-plot between resistivity curve and impedance curve before and after reconstruction

4.3 基于井約束的地震波形指示反演

在擬波阻抗曲線重構的基礎上，選取地震波形指示反演來預測薄層白云巖儲層。波形指示反演技術充分利用地震波形的橫向變化信息,代替傳統變差函數進行高頻成分的模擬。該方法對井的分布要求較低,克服了常規反演分辨率低以及受子波和低頻模型影響較大的缺點，比傳統隨機反演方法確定性更強，在提高垂向分辨率的同時,橫向預測的準確性得到有效保證，從而可以提高薄層藻白云巖的預測精度。

圖9為過Q1和D1井的地震剖面以及井約束地震波形指示反演的反演結果剖面。圖9中顏色越紅，表明藻白云巖發育程度越高；藍色表示藻白云巖不發育，指示膏質云巖與膏巖發育。從反演剖面上可以直觀在看出，白云巖與膏質云巖、膏巖的界面比較明顯，白云巖的縱橫向展布特征清晰。對比相應的地震剖面，白云巖與膏巖、膏質云巖均位于小塘子底界強波峰以下的波谷之中，難以區分。圖9(b)中井旁測井曲線為電阻率曲線，電阻率曲線突然增大的位置是白云巖與膏質云巖或膏巖的分界面。基于井約束的地震波形指示反演結果與實鉆井的電阻率曲線具有很好的匹配關系，其中Q1井藻白云巖地層較厚，達到79 m，D1井藻白云巖不發育，僅3 m，反演結果剖面與鉆井結果吻合較好。反演結果進一步反映出了藻白云巖地層的橫向展布特征，由Q1井到D1井逐漸減薄，D1井所在的斷裂上盤藻白云巖幾乎剝蝕殆盡，藻白云巖地層主要分布在Q1井所在的斷裂下盤。

圖9 過Q1、D1井地震剖面及反演結果Fig.9 Seismic section and inversion results of well Q1 and D1

結合巖石物理分析結果和目的層段井震對應關系，確定藻白云巖的反演結果門檻值范圍，統計藻白云巖的地層厚度，繪制得到雷四3亞段藻白云巖地層厚度平面分布圖(圖10)。其中Q1井預測藻白云巖厚度73 m，實際厚度79 m，D1井預測藻白云巖厚度3 m，實際鉆遇厚度3 m，反演結果與實鉆井鉆遇白云巖的厚度誤差均在10%以內，證實了基于井約束的地震波形指示反演對于川西南薄層藻白云巖預測的可靠性。

圖10 地震波形指示反演藻云巖地層厚度Fig.10 Inversion of algal dolomite formation thickness by seismic waveform indication

印支運動早幕，龍門山自西向東推覆，北東向構造發育，雷口坡組抬升地表，自東向西逐漸遭受剝蝕。白馬廟地區西北部靠近龍門山前，雷四3亞段地層受剝蝕影響較弱，殘余地層厚度較厚，往東南靠近盆地內部，雷四3亞段遭受剝蝕嚴重?；诰s束的地震波形指示反演結果也表明雷四3亞段藻白云巖在東部和南部剝蝕殆盡，殘余地層厚度較薄，藻云巖厚值區主要位于研究區西北部，與已有地質認識相吻合。以白云巖30 m作為藻云巖儲層發育的門檻值，基于疊后薄層藻云巖預測技術識別出藻白云巖的有利分布區面積達150 km2，是下一步該地區雷口坡組雷四3亞段的有利勘探方向。通過應用結果可知，基于井約束的地震波形指示反演預測技術可以在少井區薄層預測中提高反演的縱向和橫向分辨率，提高薄層白云巖的預測精度，從而有效提高研究區鉆探的成功率，降低油氣勘探的風險。

5 結論

(1)雷四3亞段藻云巖地層地震響應特征受地層厚度的影響，藻云巖地層由厚減薄時，雷四3亞段底界地震反射特征由寬波谷內弱波峰逐漸過渡為復波反射，再過渡為緊貼小塘子底界強波峰的零相位反射，利用振幅屬性及波形聚類可以定性預測藻云巖的分布范圍。

(2)電阻率曲線對藻白云巖與膏巖、膏質云巖具有很好的區分性，通過融合電阻率曲線高頻部分和波阻抗曲線低頻部分，重構出能夠反映巖性變化的擬波阻抗曲線，利用基于井約束的地震波形指示反演精細預測藻白云巖的縱橫向分布，預測結果與實鉆井結果相吻合，證實了該方法對于川西南薄層藻云巖預測的可靠性。

(3)研究區藻云巖預測結果表明，受印支運動地層抬升的影響，雷四3亞段藻云巖地層自北西向南東方向逐漸遭受剝蝕，殘余地層逐漸減薄，藻云巖厚值區主要分布在白馬廟三維區西北部，東南上傾方向受雷四2亞段膏鹽巖非滲透層的遮擋，具備形成構造-巖性地層的條件，為下一步有利勘探方向。