川西资阳地区龙王庙组岩溶圈闭识别方法及应用

易 杨，杨 飞，王 顺，刘雅博 ，韩 冰

(1. 长江大学地球科学学院，武汉 430100； 2. 油气资源与勘探技术教育部重点实验室，武汉 430100)

碳酸盐岩古岩溶型储层的勘探是当前油气勘探的重要领域。针对以岩溶储集层为主体的复杂油气储层识别和预测技术一直备受关注。长久以来，对于岩溶储层的识别大都以“甜点”预测为主要导向。随着地震技术的发展，越来越多的技术被引入到油气勘探和储层识别及预测之中，主要包括高分辨率波阻抗反演技术、三维可视化技术、地震属性分析技术、地震相控技术等[1-5]。这些方法主要以提高地震资料的精度及可靠性为核心，在勘探实践中取得了一定的成效，也使得储层识别及预测技术逐渐发展为一门将地质、地震、测井、数学等多学科相结合的新型学科。同时也促进了碳酸盐岩古岩溶储层在有利区带评估以及勘探技术方面得以取得新的进展及认识。但对于利用地震预测技术同测井及地质资料相结合的方式来识别深层海相碳酸盐岩岩溶圈闭的研究并未形成一套系统且完整的识别方法。

现以储层沉积学、地震地层学、地震沉积学等多学科为基础，以沉积相、层序地层及储层特征为指导，同时以波形聚类分析、地震属性分析、稀疏脉冲反演等技术为手段，对川西资阳地区龙王庙组岩溶储层进行储层识别预测方法的研究及应用。形成一套较为系统的针对勘探程度较低、地震资料相对匮乏、区内井位少等问题的复杂碳酸盐岩古岩溶储层识别预测方法。该套方法对勘探程度较浅的深层岩溶区块的储层识别的研究，是岩溶储层识别方法的一个补充和新的实践，也为川西地区深层海相碳酸盐岩的下一步油气勘探提供了重要的方法创新指导及钻探意见。

1 研究区概况

对于四川盆地资阳地区的油气勘探，2010年以前主要以陆相地层和海相上组合为主，但均未获得油气突破。2011年以后，中石化西南油气公司针对川西海相开展攻关研究，在区带评价上取得多个重要进展，在川西海相二叠系研究上，取得三个方面重要认识：一是大邑古隆起-龙泉山古隆起周缘为生物礁滩有利发育带，二是长兴组发育与元坝气田同样的岩相带，三是茅口组异常特征可靠，溶蚀孔洞明显，规模可能超过蜀南地区，具有巨大的勘探前景。在川西南海相下组合研究上，认为川西南下组合勘探前景良好，发现龙王庙组发育白云岩层，确定了龙王庙组有利储层展布面积[6-8]。资阳研究区概况如图1所示。

图 1 资阳工区概况图Fig.1 General map of Ziyang work area

尽管如此，川西坳陷深层海相碳酸盐岩领域勘探程度仍然很低，川西坳陷研究区内，震旦系-中、下三叠统海相碳酸盐岩地层埋深较大，仅较少钻井揭示古生代地层，并且井下构造复杂，断层多，只取得较少的资料，制约了对该区油气成藏条件的深入认识[9-11]。需要开展进一步研究，特别是深层海相岩溶圈闭的识别。

利用资阳工区的三维地震资料以及龙王庙组构造、沉积特征，采用多种地震相储层预测方法，建立了资阳工区龙王庙组储层识别模式，并开展龙王庙组地震岩性预测及碳酸盐岩溶圈闭识别方法的研究，明确了龙王庙组优质储层发育区为工区西北部，并圈定了该区域内主要的岩溶圈闭，为该区域内深层储层后期勘探开发提供依据。

2 构造特征与沉积特征

2.1 构造特征

资阳地区整体处于乐山-龙女寺古隆起之上，为一个简单的单斜，由于三维工区范围所限，在资阳探区内，断裂和局部构造均不发育[12]。龙王庙组因遭受长期剥蚀，龙王庙组整体较薄，主体厚度在50～80m。由于西北部分抬升，在工区西北龙王庙组剥蚀严重，地层厚度在0～88m，且整体呈现为东南厚、西北薄的特点(图 2)。

图 2 资阳三维工区龙王庙组顶面构造图Fig.2 Top structural map of Longwangmiao formation in Ziyang 3D work area

图 3 资阳1井单井相图Fig.3 Phase diagram of single well Ziyang 1

图 4 资阳地区龙王庙组典型岩石特征图Fig.4 Typical rock characteristics map of Longwangmiao formation in Ziyang area

由于资阳探区遭受多期构造运动影响，均主要表现为升降运动，且早期加里东运动时期为西北隆升，晚期喜山运动却又呈现为西南抬升，使得剥蚀线与构造等值线近似垂直，构造圈闭与地层圈闭均不发育。但由于龙王庙组直接与二叠系接触，其顶面为一大型不整合面，使得龙王庙组发育碳酸盐岩溶圈闭，是油气可能的优质储集层段。因此，在结合前人研究成果的基础上，对资阳探区龙王庙进行碳酸盐岩溶圈闭识别是必要的。

2.2 沉积特征

龙王庙组做为该区域重要储层发育段及富含油气段。资阳1井揭示寒武系龙王庙组岩性主要为灰、深灰色粉晶白云岩、鲕粒白云岩、微晶白云岩、含砂白云岩、砂质白云岩，图4(a)、图4(c)、图4(e)为实物岩芯取样，数据为取样深度；图4(b)、图4(d)、图4(f)、图 4(g)、图 4(h)为利用偏光显微镜进行镜下岩芯薄片观察。资阳1井龙王庙组可进一步划分为龙一段和龙二段，沉积微相主要为云坪、浅滩及砂质云坪。

3 岩溶圈闭识别方法及应用

3.1 识别方法

对于碳酸盐岩圈闭，地震储层预测技术是其主要手段之一，地震储层预测技术自问世以来，发展迅速并得到了广泛的重视，尤其是近10年来，针对碳酸盐岩储层预测方法的研究不断活跃，地震预测技术被广泛地应用于油气勘探与开发领域，并取得了可观的经济效益。但对于利用地震预测技术与测井及地质资料相结合的方式来识别深层海相碳酸盐岩岩溶圈闭并未形成一套完整的识别方法，针对碳酸盐岩岩溶圈闭识别为目的，以川西资阳地区龙王庙组岩溶储层为例，总结出一套系统的识别方法并加以应用。

川西深层为海相碳酸盐岩地层，海相深层碳酸盐岩油气勘探的核心在于深层优质碳酸盐岩储层预测，而地震储层预测技术是一项综合技术，需要将地震、测井和地质知识有机地结合起来，才能应对复杂地质条件下的储层预测。在碳酸盐岩溶圈闭识别与研究方面，川西资阳地区深层海相碳酸盐岩储层作为重点勘探目的层，且遭受了风化剥蚀，具有碳酸盐岩溶圈闭发育条件。通过对碳酸盐岩溶段的岩石物理特征进行分析与地质统计，确定岩溶储层段与非岩溶储层段的差异，特别是在波阻抗上的差异；然后根据岩溶储层的波阻抗特征，进行地震岩性预测，半定量地刻画岩溶储层的发育区，再结合岩溶储层在地震属性上的特征，进行碳酸盐岩溶圈闭的识别，最后利用波形聚类的方法圈定岩溶圈闭的边界。形成了一套针对碳酸盐岩古岩溶圈闭的识别方法技术路线(图 5)。

图 5 岩溶有利区识别方法技术路线图Fig.5 Technical roadmap for identifying carbonate karst trap

3.2 岩溶圈闭识别

对于研究区内碳酸盐岩岩溶圈闭识别方法的研究，主要是利用资阳1井钻探成果，对碳酸盐岩岩溶段进行地质统计，结合其地球物理特征，确定岩溶在地震上的特征，从而开展探区岩溶发育区的识别，圈定岩溶圈闭，最后结合波阻抗反演得到的岩性特征来圈定有利区带的分布。

3.2.1 岩石物理特征

资阳地区龙王庙组整体为局限台地台内滩沉积，岩性主要由残余鲕粒粉晶云岩、粉晶云岩、含石英粉砂粉晶云岩组成，纵向上依据测井曲线特征及岩性组合可以划分为上、下两段，下部以砂质、石英质粉晶白云岩、残余鲕粒云岩为主，上段主要为粉晶云岩、残余鲕粒云岩。储层岩性为滩相砂屑白云岩、鲕粒白云岩及细粉晶白云岩等。在每段中上部台内滩相鲕粒白云岩最为发育，也是储层最发育的层。

根据资阳1井的钻探成果，龙王庙组储层空间主要为晶间孔、晶间溶孔、缝合线、溶缝4种类型。

(1)晶间孔：晶间孔为细粉晶白云岩常见孔隙，受溶蚀作用影响，常常形成晶间溶孔，在龙王庙组粉晶云岩中常见，占总孔隙的42.36%。

(2)晶间溶孔：常见于残余鲕粒云岩、细粉晶白云岩中，由白云石溶蚀扩大而形成。其形成主要为同生期，细粉晶白云岩在形成期间，由于大气以及层隙水的导入，从而形成晶间溶孔，占总孔隙的43.77%。

(3)缝合线：龙王庙组缝合线较为发育，在缝合线发育带晶体较小、晶间孔尤为发育，常被沥青充填，岩心上呈“丝带状”，这类储集空间占总孔隙的12.02%。

(4)溶缝：在局部地区还发育一些裂缝受后溶蚀改造形成的溶缝，占总孔隙的1.84%。从储集空间纵向分布来看，龙王庙组中上部面孔率最高，多发育晶间孔及晶间溶孔，中下部面孔率较低，晶间孔、晶间溶孔、缝合线、溶缝这4类储集空间都发育。

通过利用资阳1井资料对龙王庙组岩溶储层和非储层的孔隙度和地震波阻抗的关系做了地质统计，得出龙王庙组岩溶储层和非储层段的孔隙度和地震波阻抗之间的关系交会图(图 6)。可知，龙王庙组岩溶储层的阻抗范围在1.05×107～1.5×107kg/(m2·s)，非储层波阻抗较大，大于1.45×107kg/(m2·s)。储层段的孔隙度在2%～6%，主体在3%～4%，非储层段的孔隙度则在2%以下。

将龙王庙组储层段的波阻抗与孔隙度进行交会计算，拟合出储层段孔隙度与波阻抗之间的函数关系式(Y=-9×10-7X+14.809，X为波阻抗值)，储层段孔隙度与波阻抗呈现为负相关(图 7)，即随波阻抗增大，孔隙度减小。为后续利用波阻抗估算储层孔隙度奠定基础。

图 6 储层与非储层孔隙度与波阻抗交会图Fig.6 Cross plot of porosity and wave impedance between reservoir and non reservoir

图 7 储层与非储层孔隙度与波阻抗拟合关系图Fig.7 Fitting relationship between porosity and wave impedance of reservoir and non reservoir

图 8 龙王庙组地震均方根属性平面Fig.8 Seismic root mean square attributeplan of Longwangmiao formation

3.2.2 地震属性分析

根据前述地球物理统计的结果，龙王庙组岩溶地层顶部反射为弱振幅，地震波阻抗亦为低波阻抗。在对研究区岩溶储层进行井震结合标定时发现，均方根振幅属性能较好地刻画岩溶储层的空间展布特征。为此利用地震的均方根振幅属性对龙王庙组岩溶储层发育区进行定性的优选。

根据资阳地区龙王庙组方根振幅图(图 8)，研究区均方根属性可划分为强振幅区、较强振幅区、中-强振幅区、中振幅区、弱-中振幅区及弱振幅区。岩溶储层发育的区域在属性图上表现为弱-中振幅特征，黄色及红色区域即为岩溶储层发育的区块。研究区内龙王庙组地层在尖灭线的南侧发育有两个振幅区域，展布面积较大，与其他区域差异明显，为可能的岩溶圈闭发育的有利区域。这种利用地震振幅属性，定性地对岩溶圈闭发育区进行了初步预测，然后再结合地震波形聚类的方式，进行进一步的确定[14]。最后利用地震岩性预测进行半定量的估算，将3种方法的有利区进行融合，即为资阳探区龙王庙组岩溶圈闭发育有利区。

图 9 龙王庙组波形聚类分析Fig.9 Waveform cluster analysis of Longwangmiao formation

3.2.3 地震波形聚类分析

资阳探区龙王庙组地震资料的主频较高，可以达到40Hz。由于龙王庙组地层较薄，地震剖面上T0厚度仅在20～30ms，波形聚类分析时窗，时窗长度为30ms，以龙王庙组地层中部为中心。波形分类数6个，平滑间距5个共深度点道集(common depth point aathers，CDP)。

由于资阳探区为海相沉积，沉积相类型相对单调，根据时窗内的聚类筛选，确定采用6种波形聚类：①顶部波峰，中间波谷；②平坦型；③顶部波谷，中间波峰；④底部波谷，中间波峰；⑤底部波峰，中间波谷；⑥剥蚀区。

根据龙王庙组波形聚类结果(图 9)，将地震属性和地震波形聚类定性预测岩溶储层的结果和地震属性定量预测的岩溶储层成果进行融合，采用地震波形聚类的方法确定岩溶储层的尖灭线。可以很清晰地确定高台组的地层尖灭线。另外，在振幅属性所确定的有利岩溶圈闭发育区，根据具有相似的地震地质特征，则会具有同类的波形特征，亦就是从波形分析的角度，刻画岩溶圈闭的边界[15-16]。

3.2.4 地震岩性预测

对于研究区内岩溶储层岩性的半定量地震预测，首先是通过波阻抗反演，求得探区内储层段的地震波阻抗体，然后再利用前期定量岩石物理地质核计的结果，将波阻抗体转换成岩溶储层与非岩溶储层岩性体。最后计算区内岩溶储层的厚度，以此圈定岩性有利区，从而达到定量-半定量预测岩性储层的目的。

在进行波阻抗反演前，需要先通过利用资阳1井进行时深标定(图 10)，确定井上波阻抗与地震剖面井旁波阻抗的对应关系。标定子波为井旁道统计子波，子波长度为100ms(图 11)。结果表明在目的层范围内，合成记录与井旁道的相关性较高，说明利用波阻抗反演的方式能较好地反映岩溶储层的岩性特征。

图 10 资阳1井时深标定结果与合成记录Fig.10 Hourly depth calibration results and synthetic records of Ziyang 1 Well

图 11 资阳1井井旁道子波图Fig.11 Ziyang 1 well side road sub-wave diagram

对于波阻抗反演方法，这里选择稀疏脉冲反演。由于研究区井数较少，可利用井资料相对匮乏，而稀疏脉冲波阻抗反演能适用于井数较少的区域，其主要优点是能获得宽频带的反射系数，较好地解决地震记录的欠定问题，使反演得到的波阻抗模型更趋于真实[17-19]。对于资阳探区，稀疏脉冲反演的时窗为高台组底界面-50ms至龙王庙组底界面+50ms。反射系数的稀疏程度为1%，该参数越小，块状化影响越小。低频阻抗补偿的频率为10Hz，由于在建立初始模型时已将15Hz以上的高频成分滤掉，故该参数不敏感。龙王庙组的反演波阻抗剖面上，可见龙王庙组中上部波阻抗横向的明显变化，高波阻抗与低波阻抗区别明显，波阻抗高值主要集中于中上部的构造高位层段，即红色及黄色区域(图 12)。

图 12 过资阳1井L2842线波阻抗反演剖面Fig.12 Wave impedance inversion profile of L2842 in well Ziyang 1

图 13 过资阳1井L2842线储层与非储层预测剖面Fig.13 Wave impedance inversion profile of L2842 in well Ziyang 1

在前期岩石物理统计基础上，确定岩溶储层、非储层波阻抗门槛值。据此，将反演得到波阻抗体转换为储层、非储层岩体。资阳1井龙王庙组岩溶储层的门槛值1.45×107(kg/m3·m/s)阻抗小于1.45×107(kg/m3·m/s)则为岩溶储层段，大于该值的则为非储层段。过资阳1井的岩溶储层剖面，剖面中棕色区域即为岩溶储层段(图 13)。

4 有利储层分布预测

4.1 岩溶圈闭预测

资阳地区海相层系较老，烃源岩演化时间长、演化程度高，具备多期供油气、多期成藏的特点，因此古构造在油气成藏过程中起着重要的控制作用。通过对研究区主要目的层龙王庙组的古构造分析来看，二叠系龙潭组沉积前，工区西北部构造位置最高，利于古油藏形成。目前在工区东南部钻探的资阳1井，龙王庙组储层发育，但含气性较差，主要含水。分析主要可能与古、今构造位置较有关，工区北部及西部较高的古构造区含油气丰度较高，为下步勘探有利区。

根据前人的勘探成果，在基于地质认识及测井资料的基础上，结合本次岩溶圈闭识别方法的应用，将上述方法中通过波形聚类圈定的波形有利区、均方根振幅圈定的振幅有利区以及波阻抗反演圈定的岩性有利区，相叠合得出研究区综合岩溶有利区，即图中粉色区域(图 14)。确定资阳龙王庙组岩溶圈闭有3个(表 1)，初步估算圈闭总面积可达54.16km2，其中1号圈闭最大，闭合面积为32.27km2，其次为2号，面积为9.15km2，3号最小为7.74km2。

图 14 龙王庙组岩溶有利区分布图Fig.14 Distribution map of favorable karst areas in Longwangmiao formation

表 1 资阳工区岩溶圈闭要素表Table 1 Key elements of karst traps in Ziyang work area

研究区内1号岩溶圈闭条件最好，不但面积大，且处于晚二叠世龙潭期古构造高处，又有断裂沟通油源，顶部又有高台组泥质白云岩做盖层，具有良好生、储、盖组合，圈闭顶点海拔为-3575m，闭合幅度达375m。其南部古构造低部位钻探资阳1井在龙王庙组储层发育，岩心中见沥青，虽然未获气流，但产少量气，点火成功。说明石油地质条件更好的区块，有望取得油气勘探的突破。

4.2 应用效果及意义

通过针对资阳地区龙王庙组岩溶圈闭识别方法及应用的研究，明确了古岩溶圈闭的识别方法：通过分析碳酸盐岩溶圈闭地震属性特征，结合碳酸盐岩溶物性上的差异，进行相控下地震岩性预测，综合地球物理定性与定量的预测结果，是识别碳酸盐岩溶圈闭的有效途径。

在研究过程中，综合运用了地质、测井、地震的方法，对资阳三维工区古岩溶储层进行了定量和定性的分析和预测，建立了一套适合川西资阳三维工区的岩溶储层预测技术的系统方法及步骤，确定了该区古岩溶圈闭的地层及分布特征，并且为类似复杂岩溶储层的识别问题提供了较为成熟的技术路线和思路。同时，也为整个川西地区深海相碳酸盐岩有利储层的钻探提供了一定依据，推进了藏勘探进程。

对于川西地区经过多年的海相碳酸盐岩勘探，虽然取得了巨大的突破，但由于古老海相碳酸盐岩埋藏深，当前的地震资料主要是针对中浅层聚焦成像处理，深层成像效果并不理想，给深层海相碳酸盐岩勘探带来很大困难[17-18]。古岩溶圈闭的识别方法及精细刻画技术还有待完善与提高。

5 结论

(1)川西资阳地区海相层系较老，深海相碳酸盐岩储集层具有面积广、厚度薄、构造复杂等特点。龙王庙组碳酸盐岩储层形成及展布主要受岩溶作用的控制，是该区域内岩溶圈闭形成的主要原因。

(2)通过分析碳酸盐岩溶圈闭地震属性特征，结合碳酸盐岩溶物性上的差异，进行相控下地震岩性预测，综合地球物理定性与定量的预测结果以及古地貌的恢复，是识别碳酸盐岩溶圈闭的有效途径。

(3)通过本次岩溶圈闭识别方法的应用，认为资阳地区西北部构造位置最高，利于古油藏形成。在该区北部及西部较高的古构造区寒武系龙王庙组识别出碳酸盐岩溶圈闭3个。