塔里木盆地是具大陆地壳基底、由古生界克拉通与中新生界前陆盆地组成的典型大型叠合型盆地, 具有多烃源、多含油层系、多期成藏与改造、调整的特点^[1]。顺南地区位于塔里木盆地塔中隆起北部斜坡区, 处于塔中Ⅰ号断裂带下盘、顺托果勒低隆起与古城墟隆起西段的结合部位, 加里东中期I幕运动之前该区发育巨厚的碳酸盐岩地层, 受加里东晚期-海西早期构造作用影响, 东南部古生界碳酸盐岩地层开始抬升, 演变为西北倾的单斜构造, 多幕次构造活动、多期次走滑断裂和相关的热液作用有利于多类型储层发育。

塔中地区一直是塔里木盆地的重点勘探区带。早期勘探主要集中于卡塔克隆起, 先后在志留系和奥陶系碳酸盐岩中发现了一系列油气藏^[2-3]。2011年以来, 随着顺托地区志留系碎屑岩和顺南地区奥陶系碳酸盐岩地层探井油气的相继突破, 通过构造演化、断裂特征、储层发育与成藏机理研究认识到顺南地区靠近满加尔生烃坳陷, 通源断裂发育, 区域盖层良好, 是油气运聚成藏有利区。多期活动的北东向走滑断层及裂缝构成该区油气疏导体系, 下古生界碳酸盐岩不规则缝洞体是油气的有效储集空间^[4-5]。2012年针对顺南三维奥陶系缝洞型碳酸盐岩储层钻探的W4井和W5井分别在鹰山组上段和下段获得高产油气流。进一步证实了该区下古生界碳酸盐岩良好的油气勘探前景。

顺南地区地表多为隆状、蜂窝状高大沙丘, 地震波传播时吸收衰减严重, 地下奥陶系碳酸盐岩地层埋深多超过7000m, 导致地震资料信噪比及分辨率较低^[6-10]。受多期断裂活动、表生岩溶及埋藏岩溶等因素影响, 储层发育的空间位置及类型多样^[11-12], 有针对性分层系、分类型开展储层波场特征及预测技术研究是该区勘探工作的关键。

钻井标定及正演模拟证实顺南地区奥陶系碳酸盐岩发育3套重要储层, 依次分布在一间房-鹰山组上段顶面、鹰山组上段、鹰山组下段地层。受断裂、表生岩溶、埋藏岩溶等不同储层控制因素的影响, 不同层系的储层类型与尺度均存在差异^[13], 储层特征总结如下:

1) 一间房-鹰山组上段储集空间主要为裂缝、扩溶缝和弱溶蚀孔洞等, 储层类型为裂缝型、孔洞型、孔缝型, 裂缝充填严重(图 1和图 2)。

图 1(Fig. 1)

图 1 W7井一间房组岩心孔洞发育特征

图 2(Fig. 2)

图 2 W4井鹰山组上段岩心缝洞发育特征 a 6669.49~6669.62m缝洞发育，开启度较高，连通性好，方解石和石英半充填; b 6669.49~6669.62m，高角度缝(缝宽6mm)，断面见孔洞，方解石半充填

2) 鹰山组上段以大尺度缝洞型储层为主, 储集空间主要以溶蚀孔洞、晶(粒)间孔、裂缝、扩溶缝为主, 储层类型为缝洞型、孔缝型、裂缝型。其中鹰山组上段缝洞型储层沿W4井断裂带分布, 与断裂带关系密切。

3) 与鹰山组上段类似, 鹰山组下段的缝洞型储集体储集空间以裂缝、溶蚀孔洞为主, 储层类型为缝洞型、孔缝型、裂缝型, 因本段钻遇优质储层后钻井液漏失严重, 未完成有效取心工作。

目前, 顺南三维工区针对奥陶系碳酸盐岩的钻井主要有W1井、W4井、W5井、W4-1井、W501井、W6井和W7井等, 整理这些井的测井资料, 建立本区碳酸盐岩储层及围岩的岩性、厚度及岩石物理参数, 结果见表 1。顺南地区奥陶系内幕地层厚度较稳定, 各层系围岩岩性及岩石物理参数(速度、密度)总体变化不大。奥陶系中统一间房地层岩性以泥晶灰岩、砂屑泥晶灰岩为主, 向鹰山组过渡为砂屑泥晶灰岩、白云质砂屑泥晶灰岩, 白云质含量逐渐增加。测井解释显示储层类型在一间房组为裂缝型、孔缝型为主, 向鹰山组下段热液等溶蚀作用不断增强, 大尺度缝洞型储层最为发育^[14-15], 如图 3所示。

表 1(Tab. 1)

表 1 顺南地区岩石物理参数

表 1 顺南地区岩石物理参数

图 3(Fig. 3)

图 3 顺南地区奥陶系过W1井、W5井、W4井地震时间偏移剖面

中-下奥陶统为高速的致密碳酸盐岩地层, 上覆地层为相对低速的泥岩、灰质泥岩, 上、下地层的物性差异引起较强的阻抗界面, 形成两谷夹一峰的连续强反射特征。图 3为顺南地区W1井、W4井、W5井连井叠后地震时间偏移剖面, 反映奥陶系和储层的地震反射特征。岩性和测井数据分析显示, 中-下奥陶统一间房到鹰山组地层以灰岩为主, 内幕无明显阻抗界面反射, 相对于基岩背景, 储层物性及含油气的差异会导致其在奥陶系内幕形成强振幅反射及波形差异。

1) 一间房组-鹰山组上段以小尺度缝洞型储层为主, 一间房组下部小尺度储层发育时地震剖面上表现为条带状强振幅反射异常, 一间房组中、上部小尺度储层发育时引起的地震响应掩盖在一间房组强反射中, 不易识别, 如W5井一间房组储层。

2) 受碳酸盐岩非均质性强、地震资料品质、储层多样性等因素影响, 中-下奥陶统鹰山组内幕具有多种地震反射特征, 例如:连续强反射、杂乱强反射、杂乱弱反射、连续弱反射等, 由W4井、W5井钻井和地震标定情况看, 大尺度缝洞型储层对应于串珠状、短板状等强反射异常(图 3)。

基于区域地质特征及已钻井的认识, 综合中-下奥陶统三套碳酸盐岩储层发育特征, 分别建立相应的储层发育地质模型。采用与原始资料地震采集接近的观测系统并应用有限差分波动方程算法进行模型正演模拟研究^[16-17], 结果如图 4所示。

图 4(Fig. 4)

图 4 顺南地区中-下奥陶统3套碳酸盐岩储层地质模型及正演模拟偏移剖面 a一间房组储层地质模型(模型1); b一间房组储层波场特征; c中-下奥陶统储层地质模型(模型2); d中-下奥陶统储层波场特征

观测系统:炮间距50m, 最小偏移距50m, 道间距50m, 排列长度5950m, 满覆盖次数为60次。激发子波采用雷克子波, 主频22Hz。

根据储层空间分布特征不同在一间房组顶部、中部、底部分别设计大尺度储层(宽20m, 高20m, 约为波长的1/12, 属于可识别大尺度储层)及小尺度(均质分布, 宽高低于1/20波长, 属于难以识别的小尺度储层)储层模型(模型1), 如图 4a所示; 根据中-下奥陶统鹰山组储层类型、空间展布、规模发育程度等特征设计裂缝、溶蚀孔洞等多种类型储层模型(模型2), 其中较大孔洞(宽20m, 高50m, 约为波长的1/5, 属于可识别大尺度储层)、小孔洞(孔径大于1m, 小于10m的随机孔洞, 均质分布, 宽高低于1/25波长, 属于难以识别的小尺度储层), 如图 4c所示。

一间房组碳酸盐岩地层与上覆碎屑岩地层引起的谷-峰-谷强振幅连续反射结构随良里塔格组地层加厚及灰质含量增加反射能量逐渐变弱, 一间房组内幕不同尺度及空间展布的储层引起不同的地震波场特征, 如图 4b所示, 总结如下:① 顶部大尺度储层引起一间房组波峰、波谷变弱; ② 中部及底部大尺度储层引起一间房组波谷及鹰山组顶部波峰变强; ③ 小尺度储层引起的响应特征不明显, 被强振幅反射背景掩盖。

中-下奥陶统内幕鹰山组上、下段均为碳酸盐岩地层, 围岩物性差异较小, 不同储层引起的波场特征存在差异, 如图 4d所示, 总结如下:① 大尺度缝洞型储层引起“串珠”状强振幅反射特征, 振幅强度受缝洞体的尺度和物性影响; ② 小尺度缝洞型、孔缝型储层及裂缝型储层引起杂乱反射特征, 杂乱程度及振幅强度受储层类型、尺度、发育程度影响; ③ 储层欠发育区表现为弱振幅反射, 波组连续性强。

基于顺南地区钻井、测井、油气测试等资料, 结合岩石物理参数分析及地球物理正演模拟研究认为储层类型、尺度、空间展布等因素是碳酸盐岩储层地震响应的主要影响因素, 要依据不同储层类型及尺度开展相应的属性敏感性分析与选取。

由于该区一间房组与鹰山组地层岩性较统一且围岩物性变化不大，单一的地层厚度变化不会引起波组的振幅或者能量的较大变化，地层内部反射能量的变化主要受奥陶系中-下统内部内储层发育情况和含油气性控制。实钻及正演模拟结果表明，优质储层响应特征为同相轴能量增强，振幅增强，利用均方根振幅、最大振幅属性可以有效识别大尺度储层发育区，利用振幅变化率可以确定储层边界。

提取小时窗均方根振幅属性以识别储层的发育情况，再利用振幅变化率属性刻画鹰山组内幕“串珠”状反射特征储层边界，采用实钻标定确定属性门槛值，综合描述储层展布特征。

1) 一间房组-鹰山组上段受T₇⁴强阻抗界面影响的储层。

多子波地震道分解和重构技术分做两步:第一步是对叠后数据的分解处理, 将地震数据中目标层段分解成不同主频的雷克子波的序列或集合; 第二步是重构分析, 利用所有子波重构得到原始地震道或数据体, 也可用部分子波重构得到新的数据体。根据子波主频对参与重构的子波进行筛选, 对子波的筛选重构实时进行, 在重构中可最大限度地突出储层特征, 在新重构的数据体上做进一步的储层预测。新合成的地震数据体可以为多种情形下的储层横向分布预测提供有效依据。

图 3中, 受T₇⁴强阻抗界面的影响, 一间房组储层湮没在T₇⁴强反射波组中, 一间房组储层预测需要去除T₇⁴强阻抗界面引起的反射。利用多子波分解时频分析技术将叠后数据体提取出的子波分解为不同波形不同频率的地震子波, 而被分解出来的子波可以通过提取线性相似地震波形进行合成, 将原始地震数据分解成若干个分量, 第一分量的波形代表地震数据段中具有最大共性、最大能量的波形; 第二分量是去掉第一分量后的具有最大共性、最大能量的波形; 依次可提取第三、第四等后续分量。结合钻井标定以及某一分量或者不同分量组合进行储层主要反射的重现, 开展一间房组储层预测。图 5为顺南地区一间房组子波分解第三分量平面分布特征, 钻井符合率90%。

图 5(Fig. 5)

图 5 顺南一间房组子波分解第三分量均方根振幅属性平面分布

2) 中-下奥陶统鹰山组小尺度储层。

中-下奥陶统鹰山组内幕小尺度储层波场多表现为杂乱反射特征, 杂乱程度及振幅强度受储层类型、储层发育程度和碳酸盐岩非均质性等因素影响, 单一地震属性已经不能满足该区储层预测的需求。根据已钻井储层标定, 提取储层对应时窗的波形连续性及振幅强度属性, 结合构造断裂带及沉积相展布特征进行波形分类, 进而划分不同储层的地震相。在各个地震相中根据各自储层的特点, 选取对储层敏感的属性进行储层预测研究。鹰山组内幕反射结构多样, 首先按波形分类划分成杂乱弱、杂乱强、连续弱、连续强等4类地震相, 如图 6所示, 然后利用振幅变化率、均方根振幅及振幅梯度属性体进行不同地震相的储层预测, 优选储层发育有利区带。

图 6(Fig. 6)

图 6 顺南三维地震工区鹰山组振幅分类 a振幅连续性(粉)和强度(蓝); b振幅分类

钻井岩心和测井分析认为裂缝型储层是顺南三维工区的主要储层类型之一，本区奥陶系碳酸盐岩目的层断裂带多为NE向大型走滑断裂带，延伸范围超过40km，断裂带内部伴生小断裂展布复杂，解释困难。受加里东早期、加里东中期、加里东晚—海西早期、海西晚期四期构造运动影响，发育四期断裂活动，NE向、NEE向与NW向断裂交叉发育，以直立走滑断裂为主，中-下奥陶统内幕主要呈“正花状”特征，小断层发育，断距小。受深部碳酸盐岩非均质性影响，单一方法不能有效进行断层分级刻画。

本征值相干算法是把多道地震数据组成协方差矩阵，应用多道特征分解技术求得多道数据之间的相关性，能够描述地层、岩性等的横向非均质性，进而探测断层、地层构造异常及特殊岩性的空间展布特征。利用本征值精细相干对大型断裂刻画清楚的优点，描述走滑断裂带边界，通过试验选取适合本区的相关参数。纵向时窗本区设置为25道采样(地震数据体采用2ms采样)；倾角是指波形的相似性计算，沿着地层倾斜面进行，倾角大小的选取控制采样数量的多少，低采样率适合大部分地区，在倾角陡峭以及具有不同倾斜方向的地层倾斜地区，应增加采样率，本区设置主测线方向每道11ms，联络测线方向每道11ms；平面时窗，控制断裂识别精度，平面上参与计算的相干道数越多，对断裂分辨率约低，突出大断裂形态，反之则刻画小断裂分布，本区设置主测线×联络测线为1×1道。

蚂蚁算法是一种基于种群的启发式仿生进化算法。利用蚂蚁追踪算法的高分辨能力，描述NE向断裂带内幕小断层，通过试验选取适合本区相关参数。蚂蚁搜索能力，参数小则识别小断裂能力增加，本区设置为3；蚂蚁转弯能力，控制蚂蚁识别弯曲断裂能力，参数大则对大弯曲断裂识别有利，本区设置为2；步长，控制识别能力强弱，参数大则识别出的断裂越密集，本区设置为3；非法步长即还未探测到边界时允许超出正确位置的范围，属于步长的补充参数，效果类似步长，本区设置为1；合法步长，针对非法步长而设置，参数大能够一定程度上增加断裂的连续性，本区设置为3；停止标准是非法步长的百分比，控制蚂蚁搜索能力的强弱，参数大追踪的断裂越明显，本区设置为5。利用商业软件在对原始数据体平滑去噪的基础上进行方差、混沌、相干、倾角方位角等体属性计算对比，认为方差蚂蚁体对研究区裂缝识别更加有效。

组合优化计算技术，利用精细相干算法检测断裂发育区，在此基础上滤波去噪计算其方差体，最后利用蚂蚁追踪技术，调整试验合理参数，对断裂带进行精细刻画追踪，求取的最终结果对断裂带边界及内部小断裂、裂缝表现出更好的清晰度和收敛性，如图 7所示。二次追踪数值归一化为0~100，红绿门槛值为77，低于77的部分为蚂蚁追踪的弱相干部分，代表主干断裂及小断裂，表现为红色；高于77的部分为追踪的相对较弱相干部分，代表裂缝系统，表现为绿色。

图 7(Fig. 7)

图 7 相干—蚂蚁追踪二次运算裂缝检测属性

奥陶系一间房组发育裂缝型、弱溶蚀孔洞型储层，钻井标定储层主要集中在一间房组中下部；储层地震响应特征表现为第三分量强波谷地震响应特征。将该层段裂缝预测、衰减梯度属性与第三分量的均方根振幅进行融合，根据实钻确定储层门槛值，进而划分Ⅱ类、Ⅲ类储层有利发育区。如图 8a所示，储层发育区主要分布在W1, W4, W5断裂带附近，目前划分了A1, A2, A3, A4等4个储层有利发育区带，蓝线是储层发育区边界，黄色代表Ⅱ类储层，粉色Ⅲ类储层；A1区位于W5与W4断裂带之间，受断裂控制Ⅱ类储层较发育；A2区跨W1断裂带，主要位于断裂带以西，断裂带附近Ⅱ类储层较发育；A3区和A4区储层发育也主要受断裂带控制，但范围相对较小。结合钻井揭示及Ⅱ类、Ⅲ类储层发育区范围综合考虑，认为A1区是一间房组储层最发育的区域。后续探评井钻遇储层的吻合率达到90%，其中W7井在一间房组钻遇工业气流。

图 8(Fig. 8)

图 8 顺南地区奥陶系碳酸盐岩储层评价结果 a一间房组储层综合评价结果; b鹰山组上段储层综合评价结果; c鹰山组下段储层综合评价结果

奥陶系鹰山组上段发育裂缝-孔洞型储层，W4井钻遇该层段发生放空漏失，钻井标定储层在鹰山组上段；储层表现为强“串珠状”地震响应特征。对该层段利用振幅变化率属性与衰减梯度属性进行融合，根据实钻标定储层门槛值，参考断裂解释及裂缝预测成果，进而划分Ⅰ类、Ⅱ类储层有利发育区。如图 8b所示，储层发育区目前划分了B1, B2, B3等3个储层有利发育区带，蓝线是储层发育区边界，红色代表Ⅰ类储层，绿色Ⅱ类储层；B1储层发育带位于W4断裂带上，受断裂控制Ⅱ类储层较发育；B2储层发育带跨W1断裂带，主要位于断裂带以西，断裂带附近Ⅰ类储层非常发育；B2, B3区位于断裂带附近，储层发育程度相对较低。结合钻井揭示及Ⅰ类、Ⅱ类储层发育区范围综合考虑，认为B1区是鹰山组上段储层最发育的区域。后续部署的W401井、W4-1井都钻遇储层，其中W401井获工业气流。

奥陶系鹰山组下段发育裂缝-孔洞型储层，W5井钻遇该层段发生漏失，钻井标定储层在鹰山组下段；储层表现为强“串珠状”地震响应特征。对该层段振幅变化率属性与衰减梯度属性进行融合，根据实钻标定储层门槛值，参考断裂解释及裂缝检测成果，划分Ⅰ类、Ⅱ类储层有利发育区。如图 8c所示，储层发育区目前划分了C1, C2, …, C11等11个储层有利发育区带，蓝线是储层发育区边界，红色代表Ⅰ类储层，绿色Ⅱ类储层；各储层发育区都分布在断裂带附近，整体评价该层段全区储层都较为发育，是顺南地区油气勘探的重点层系。储层发育程度相对较低。结合钻井揭示及Ⅰ类、Ⅱ类储层发育区范围综合考虑，认为C6, C8, C9, C10区是鹰山组下段储层最发育的区域。后续探评井钻遇储层的吻合率达到100%，W6井、W7井、W501井等均在鹰山组下段钻遇工业气流。

通过对顺南地区钻井标定和储层敏感属性分析, 逐步建立了该区3种类型储层的地震识别模式, 后续针对3种类型储层部署钻探的W401井、W6井、W7井等相继取得油气进展, 显示出该区奥陶系多层系立体成藏的特征。

1) 基于钻井标定和正演模拟, 建立了中-下奥陶统一间房组小尺度储层、鹰山组上段和鹰山组下段大尺度缝洞型储层的地震识别模式, 形成了相干—蚂蚁追踪识别小断裂-裂缝型储层的预测方法。

2) 受碳酸盐岩非均质性和沙漠区地震资料信噪比的影响, 杂乱反射等小尺度储层的识别和验证方法仍需进一步完善, 后续仍需结合更多的钻井资料进行标定研究。

3) 研究区奥陶系储层埋藏深度普遍大于7000m, 受地震成像分辨率等多种因素的影响, 需加强储集体尺度的分析, 为钻井经济效益评价提供保障。