早期四川盆地震旦系地层油气勘探区域主要集中于川中古隆起, 2011年GS1井在灯影组获得油气勘探突破, 揭示川中—川北地区灯影组古裂陷东侧向台地边缘带具有较好的天然气勘探潜力^[1-2]。灯影组主要为碳酸盐岩台地沉积, 在灯二段、灯四段发育丰富的“藻白云岩”, 灯四段以纹层石、叠层石为主, 为藻丘相和颗粒滩相叠合的丘滩复合体(以下简称“丘滩体”), 在此发育较厚(约180m)的优质储层^[3]。区域地质研究认为川北元坝地区灯影组四段丘滩储层较为发育, 受沉积相控制明显^[4-5]; 但目的层系埋藏深(＞7500m), 且研究区内无钻井钻遇灯影组地层, 因此开展丘滩储层预测研究的难度较大。

前期针对川北地区灯影组展开的储层预测研究较少^[6], 我们认为从有利相带、丘滩体发育模式及无井区相控储层反演等方面开展攻关研究, 方可准确地描述灯四段丘滩储层的发育规律。调研无井或少井地区的储层预测技术, 发现部分学者提出了可供借鉴的预测思路。李春鹏等^[7]提出采用基于背景驱动的地震反演方法对勘探程度低的地区开展储层评价; 马妍妍等^[8]提出少井条件下的储层相控建模方法, 提高了少井或无井地区储层预测模型的精度; 丁芳等^[9]提出少井条件下的多源趋势融合技术, 并建立符合地质规律的储层模型。本文首先充分挖潜地质资料, 并将其作为约束条件, 分别研究了地震相带刻画及丘滩体识别的方法; 然后以相控储层反演为核心, 开展了丘滩体相控储层预测研究; 最后结合地质、物探资料预测了元坝地区灯四段丘滩储层的展布特征, 描述了丘滩储层的发育规律, 研究成果有效支撑了研究区风险勘探领域的井位部署。

灯四段藻类丘滩储层发育主要受沉积相控制, 其地震相刻画的精度影响相控储层预测的准确性。为此分析灯影组四段沉积晚期古地貌, 并结合地震反射特征, 建立地震相识别模式, 进而刻画元坝地区灯四段藻类丘滩体发育的有利相带。

元坝地区灯四段沉积相主要受沉积时期古地貌控制, 通过恢复灯四段沉积晚期古地貌可识别出有利于丘滩体发育的相对高能相带, 进一步指导地震相带的识别与刻画。沉积古地貌恢复方法通常包括印模法、残余厚度法及层拉平法等。印模法选取邻近剥蚀面的某一上覆地层界面作为基准面, 利用上覆地层与风化壳顶面之间的镜像关系, 根据上覆地层的厚度定量恢复古地貌形态。残余厚度法选取剥蚀面下伏某一地层界面作为基准面, 根据基准面和风化壳顶面之间的残余厚度间接恢复古地貌形态。层拉平法选取能够反映沉积时期海平面变化的标志层, 拉平标志层后可以直观地得到其下伏古地貌的起伏情况^[10]。元坝地区灯三段为碎屑岩沉积, 与灯四段早期海侵沉积时水体深度相当, 灯四段地层相对水平, 灯四段中晚期受沉积能量差异影响形成古地貌高低起伏, 因此, 可利用灯四段地层残余厚度恢复元坝地区灯四段沉积晚期古地貌。

元坝地区灯影组四段沉积晚期古地貌(图 1)主要表现为中部高古地貌地区在沉积时期能量最高, 为台地边缘沉积相; 东侧古地貌较高区域为局限台地沉积; 西侧古地貌低的区域为斜坡-陆棚沉积。台地边缘相带内古地貌差异明显, 主要发育两个高古地貌的条带, 一个条带沿台地边缘“陡坎”呈近南北向展布, 另一条带位于台地边缘相带内侧。

图 1(Fig. 1)

图 1 元坝地区灯四段沉积晚期古地貌

作为量化评估沉积相变化的有利手段, 地震相反映了沉积环境的变化。地震相刻画方法主要包括神经网络、聚类统计及主成分分析等方法, 此类方法对地震道间的振幅、频率、相位及波形等属性进行分类, 识别出沉积相的变化, 从而实现利用地震相来量化沉积相的变化过程^[11]。

根据沉积古地貌特征, 分析元坝地区灯四段地震资料反射特征, 开展灯四段地震相带的识别及刻画。通过分析该地区灯四段的地震资料(图 2)建立了4种地震相带的地震识别模式:①深水陆棚相, 地层较薄, 整体呈平行、亚平行结构, 内部泥质含量高, 振幅为稳定强轴; ②斜坡相, 地层厚度变化大, 外形呈楔状结构, 内部为亚平行强轴反射, 具有振幅能量强, 频率低的特征; ③台地边缘相(简称台缘相), 地层厚度大, 外形呈丘状结构, 内幕为断续杂乱反射, 内部地震轴多(2~4轴), 具有中、强振幅, 中、高频率的特征; ④局限台地相(简称台地相), 地层较厚, 外形呈亚平行、平行结构, 内幕为连续中、强轴, 内部地震轴少(1~2轴), 具有中、低频率的特征。

图 2(Fig. 2)

图 2 元坝地区灯四段地震相刻画剖面

利用地震相识别模式刻画了元坝地区灯四段地震相带平面展布, 结果如图 3所示, 其中台地边缘相带位于元坝地区中部, 呈近南北向展布, 横向展布宽度约20~35km, 认为该区域为元坝地区灯四段藻类丘滩体发育的有利相带。

图 3(Fig. 3)

图 3 元坝地区灯四段地震相带平面展布

分析沉积古地貌, 发现元坝地区灯影组四段台地边缘相带内存在沉积厚度差异明显的情况, 说明丘滩体的发育特征具有多样性。本文在分析灯四段丘滩体沉积环境、发育模式的基础上, 建立丘滩体地震识别模式, 以准确描述元坝地区灯四段台缘带内丘滩体发育有利区带。

元坝地区灯影组四段为潮坪相沉积, 沉积时期气候干燥, 水体较为安静^[12]。丘滩体发育主要受潮汐水动力作用及微古地貌共同控制, 丘滩体基本层形态受沉积环境能量影响大。当沉积环境能量低时, 丘滩体发育基本层主要表现出锥状、指状等特征; 随着沉积环境能量增高, 丘滩体发育基本层表现为隆起的礁状、丘状结构(图 4a)。单个丘滩体发育规模相对较小, 通常为厘米-米级。从台缘带丘滩体宏观发育模式(图 4b)可以看出, 台缘带微古地貌较高位置发育丘状、弧状丘滩体, 形成隆起外形结构; 在相对低能量的沉积环境中, 丘滩体发育规模相对较小, 且较为分散, 可形成柱状、微幅丘状等外形结构^[13]。

图 4(Fig. 4)

图 4 丘滩体发育模式 a丘滩体基本层发育特征; b台缘带丘滩体宏观模式

根据丘滩体发育模式, 在地震资料及其属性剖面上初步建立如图 5所示元坝地区灯四段的丘滩体地震识别模式。在地震剖面及地震瞬时相位剖面上识别丘状、锥状的单个丘滩复合体(图 5中黑色和红色双箭头实线)。其中, 丘状丘滩体发育规模较大, 沉积时期生长速度相对快, 形成丘状隆起外形结构, 主要集中于台地的西边缘及古地貌相对较高的位置; 锥状、指状丘滩体发育于台缘带内古地貌相对较低的位置。

图 5(Fig. 5)

图 5 元坝地区灯四段丘滩体地震识别模式 a地震瞬时相位属性剖面; b地震剖面

因单个丘滩体发育体积较小, 故通过地震资料识别丘滩体多解性较强。因此本文将相对集中发育的多个丘滩复合体定义为丘滩体群(图 5中白色和红色双箭头虚线), 通过刻画丘滩体群的包络面来描述元坝地区灯四段丘滩体的发育特征。

在分析丘滩体发育模式的基础上开展丘滩体地震正演模拟研究, 根据图 5b建立元坝地区灯四段台缘带丘滩体沉积地质模式(图 6a)。依据邻区钻井、露头等资料分析灯四段白云岩及丘滩储层的地球物理参数, 利用波动方程法开展正演模拟。由丘滩体沉积地质模式下的地震正演模拟剖面(图 6b)可以看出, 外形丘状隆起部位古地貌相对位置较高, 内幕发育规模较大的丘状、弧形状丘滩体, 地震反射能量为中等强度; 古地貌相对较低的位置主要发育规模较小的锥状、指状丘滩体, 受地震分辨率的影响, 该地震剖面中出现小规模杂乱反射特征。

图 6(Fig. 6)

图 6 元坝地区灯四段丘滩体地震正演模拟分析结果 a丘滩体沉积地质模式; b丘滩体沉积地质模式下的地震正演模拟剖面

分析丘滩体沉积地质模式及正演模拟结果, 建立元坝地区灯影组四段丘滩体地震识别模式(表 1)。丘滩体在台缘相呈丘状隆起的外形结构, 古地貌较高的位置发育丘状、弧形状丘滩体, 古地貌较低的位置发育指状、锥状丘滩体; 台地相局部发育藻滩, 呈平行、亚平行的外形结构。

表 1(Tab. 1)

表 1 丘滩体地震响应识别模式 丘滩体发育位置 台缘相高位置 台缘相低位置 台地相 丘滩体地震响应 外形呈丘状结构; 内幕呈丘状、弧形状结构 外形呈微幅丘状结构; 内幕呈锥状、指状等结构 外形呈平行、亚平行结构

表 1 丘滩体地震响应识别模式

元坝地区灯四段台地边缘带丘滩体规模变化大, 地震资料受分辨率限制无法对所有的丘滩体成像。因此, 本文通过刻画丘滩体群的包络面来描述元坝地区灯四段丘滩体发育的有利范围。由地震资料及瞬时相位属性剖面(图 5)可以看出, 丘状、弧形等规模较大的丘滩体群的顶、底包络面厚度大; 锥状、指状等规模较小的丘滩体群的顶、底包络面厚度小。通过刻画丘滩体群(图 5中白色和红色双箭头虚线)的厚度来描述丘滩体发育特征, 厚度大的部位发育丘状、弧状等相对规模大的有利丘滩体, 厚度小的部位发育锥状、指状等相对规模小的丘滩体。

利用上述方法描述了元坝地区灯四段丘滩体展布特征, 结果如图 7所示, 红、黄色区域表示丘滩体较厚的区域, 发育相对高能的丘状丘滩体, 丘滩储层较发育; 绿、蓝色区域为丘滩体较薄的区域, 发育相对低能的锥状、指状丘滩体, 丘滩储层逐渐变差。由此可知, 元坝地区灯四段台缘带内丘滩体主要发育在沿“陡坎”的西侧边缘条带及内侧微古地貌相对位置较高的条带, 证明了灯影组四段沉积时期丘滩体发育主要受潮汐水动力与沉积古地貌共同控制。

图 7(Fig. 7)

图 7 元坝地区灯四段丘滩体展布特征

元坝地区灯影组埋深大, 无钻井钻遇灯影组地层, 其勘探程度较低, 因而丘滩储层反演难度较大^[14]。本文在分析丘滩储层特征的基础上, 结合地质、地震资料, 开展无井相控储层反演研究, 利用反演结果描述元坝地区灯四段丘滩储层发育规律。

元坝地区灯影组无钻井资料, 而邻区同相带的钻井(如GS1井)及露头资料显示灯四段发育丰富的台缘相丘滩体, 上、下亚段储层叠置发育, 储层位于两个旋回的高位域。通过分析灯四段丘滩储层地球物理特征, 认为灯四段台地边缘相丘滩储层伽马值＜23API, 波阻抗为14080~19200g·cm^-3·m·s^-1。由灯四段丘滩储层孔隙度与波阻抗交会结果(图 8)可以看出, 当丘滩储层物性变好, 即孔隙度增大时, 波阻抗逐渐降低。根据拟合曲线(图 8中黑色曲线)分析丘滩储层门槛值, 当孔隙度为2%时(Ⅲ类储层下限), 丘滩储层波阻抗为18000g·cm^-3·m·s^-1; 当孔隙度为5%时(Ⅱ类储层下限), 丘滩储层波阻抗为160709g·cm^-3·m·s^-1; 当孔隙度为10%时(Ⅰ类储层下限), 丘滩储层波阻抗为14280g·cm^-3·m·s^-1。因此, 开展准确的波阻抗反演可精确地预测灯四段丘滩储层发育规律。

图 8(Fig. 8)

图 8 灯四段丘滩储层孔隙度与波阻抗交会显示

在研究区未钻遇灯影组地层的情况下, 针对台缘相带内丘滩储层特征, 横向上依据地震相带变化规律^[15], 纵向上以地质低频信息为约束条件, 开展精准相控初始模型构建及储层反演, 力求客观预测丘滩储层的展布规律。

分析地震相刻画结论及丘滩储层发育模式, 认为元坝地区灯四段台缘相丘滩储层地质模型具有以下特征:①横向上地震相带边界清晰, 台地边缘相对丘滩储层的控制较为明显; ②纵向上丘滩储层具有良好的成层性, 主要发育在灯四段两个亚段的中上部位置; ③分析邻区钻井(GS1井)资料, 认为20~30Hz的中、低频测井信息可表征台缘相丘滩储层的发育位置。

利用野外露头及邻井资料的中、低频(20~30Hz)信息, 以地震相带为约束条件构建出元坝地区灯四段相控波阻抗低频模型(图 9a), 该模型显示丘滩储层主要发育在台缘相带内, 两套丘滩储层分别发育在灯四段地层两个亚段的中上部。与虚拟井反演所用的波阻抗初始模型(图 9b)对比可知, 相控波阻抗低频模型被赋予更多准确的地质信息, 为无井相控储层反演奠定了基础。

图 9(Fig. 9)

图 9 元坝地区灯四段波阻抗初始模型 a相控波阻抗低频模型; b虚拟井反演所用的波阻抗初始模型

构建相控波阻抗低频模型后, 利用叠后反演算法进行无井相控储层反演^[16]。在反演过程中保持相控模型的中、低频信息(20~30Hz)不变, 使得预测结果更符合丘滩储层的发育特征; 因中、高频信息主要来源于地震资料的可靠频带信号, 故所预测的丘滩储层细节特征保持了结果的客观性。

通过相控反演的波阻抗剖面(图 10a)可以清晰地识别出台缘相、局限台地相和斜坡相, 认识丘滩储层的内幕结构及发育规律。与常规虚拟井反演的波阻抗剖面(图 10b)对比可知, 同等地震资料条件下, 相控储层反演结果更符合丘滩储层的地质发育规律。

图 10(Fig. 10)

图 10 元坝地区灯四段相控反演结果 a相控反演波阻抗剖面; b虚拟井反演波阻抗剖面

对元坝地区灯四段相控反演剖面(图 10a)中两个丘滩体群, 开展丘滩储层精细描述研究, 结果如图 11所示(白色箭头线反映丘滩储层发育特征)。台缘相外侧带发育的丘滩体群(图 10a中左侧蓝色虚线框)受台地边缘水动力及较高微古地貌共同控制, 当丘滩体靠近“陡坎”时, 水动力较强, 丘滩储层发育规模较大, 呈纵向加积特征, 储层层内微古地貌逐渐变低, 丘滩储层规模逐渐变小(图 11a); 台缘相内侧条带丘滩体群(图 10a中右侧蓝色虚线框)主要受古地貌控制, 在微古地貌相对较高的位置, 丘滩储层规模变大, 丘状、弧状的丘滩储层叠置发育, 在微古地貌相对较低的位置发育指状等小规模丘滩体(图 11b)。

图 11(Fig. 11)

图 11 元坝地区灯四段丘滩体描述剖面 a台缘相外侧带; b台缘相内侧带

由元坝地区灯四段丘滩体相控反演波阻抗平面展布(图 12)可知, 灯四段台地边缘相内波阻抗值较小, 丘滩储层较为发育; 局限台地内波阻抗值相对较高, 储层不发育, 预测结果符合地质认识。台缘相内侧带储层发育非均质性较强, 与灯四段沉积时期古地貌吻合度较高, 也证明元坝地区灯四段丘滩储层主要受沉积相、微古地貌等因素共同控制。

图 12(Fig. 12)

图 12 元坝地区灯四段相控反演波阻抗平面展布

本文针对元坝地区灯四段丘滩储层特征, 开展地震相刻画、丘滩体地震识别及无井相控储层反演的研究。首先建立灯四段地震相识别模式, 刻画台地边缘有利相带范围; 然后建立台缘带丘滩体地震识别模式, 描述丘滩体发育有利区带; 最后开展相控储层反演研究, 预测丘滩储层展布特征, 预测结果符合丘滩体沉积规律。

元坝地区灯四段丘滩体相控储层预测研究认为解决无井探区的碳酸盐岩储层预测难题, 应结合地质、物探资料, 以相控反演为核心开展相控储层预测。在相控地质模型建立过程中, 要突出表征地震有效频带信息; 在相控反演过程中, 应保护储层优势频带信息, 保持地震资料的客观性, 方可得到符合地质规律的预测结果。