基于各向异性的生物礁叠前地震识别技术

黄 平 罗 韧 李 欢

1. 中国石油西南油气田公司勘探开发研究院, 四川 成都 610051;2. 中国石油西南油气田公司川东北气矿, 四川 达州 635000

0 前言

自20世纪80年代四川盆地铁山构造长兴组发现生物礁以来,生物礁地震识别技术一直处于摸索阶段。“八五”国家科技攻关总结出地震反射“有中找无”的规律,“九五”国家科技攻关发展为地震反射“有中找无、无中找有”的规律,但用于生产依然是无心插柳柳成荫的格局。在“九五”国家科技攻关时,地质研究认为台缘带是生物礁发育的有利相带[1-4]。在此认识的指导下,2000年后总结出了海槽相、斜坡相、台缘相及台地相的地震反射特征,分析台缘带生物礁地震反射特征,形成了四川盆地生物礁识别技术[5-9],开拓了生物礁气藏勘探开发的新局面。其后也逐步采用了AVO反演、地震叠后反演、地震属性分析、波形分类等一系列技术,但效果并不理想。十多年过去,这些技术只能成为台缘带地震相分析的辅助手段。由于生物礁的复杂性,随着生物礁勘探开发的推进,台缘带地震相分析识别生物礁方法的局限性逐步显示出来。最近几年以生物礁为目标的井不断出现钻探失误,通过侧钻才能钻遇生物礁。为满足勘探开发生产的需求,提高钻探成功率,本文从生物礁地质特征分析入手,指出生物礁体具有各向异性特征,根据各向异性理论,利用地震叠前分方位数据叠加剖面识别生物礁,能提高生物礁预测的可靠性,提高钻探的成功率。

1 生物礁的地质特征

长兴组顶部不管其沉积相是海槽相、陆棚相(或者斜坡相)还是开阔海台地相,其岩性均为灰岩,只是不同的相带内所含成分不同。海槽相是骨针灰岩、硅质灰岩,陆棚相是生屑泥晶灰岩、礁灰岩、硅质灰岩,而台地相则为泥～亮晶颗粒灰岩,亮晶虫藻灰岩、硅质条带灰岩等。目前发现的生物礁主要位于台缘带,从已钻遇的黄龙礁、五百梯礁、铁山礁、七里礁、龙岗礁等来看,长兴生物礁由灰泥岩、粒泥岩、粘结岩、骨架岩和障积岩等组成。生物礁纵向上由礁基、礁核及礁盖三部分组成,见图1。礁基位于生物礁底部,岩性一般为深灰色中厚至块状含棘屑、藻屑、蜓、有孔虫、腕足等生物屑的粒泥～泥粒岩,含燧石结核。礁核以中灰色块状含钙质海绵、苔藓虫、水螅、古石孔藻、管壳石、珊瑚等造礁生物及附礁生物形成的障积岩及海绵粘结岩为主,少见或没有骨架岩。礁盖常发育在潮坪相或蒸发潮坪相,因水位低,礁组合暴露,白云化较好,岩性为颗粒白云岩夹棘皮灰岩,泥晶白云岩、纹层状白云岩等[1-4]。已发现生物礁的含气层基本都在礁盖内。横向上分为礁前(靠近海槽)、礁核和礁后(靠近台地)。礁前、礁后虽然沉积微相上没有区别,但由于其分别靠近海槽和台地,其岩性有所不同,礁前主要为角砾岩,角砾成分主要为礁灰岩块体,白云岩及泥晶灰岩。角砾呈棱角状和次棱角状,无分选,厚度不大。礁后主要为壳晶砂屑灰岩、生物碎屑灰岩,是浅滩沉积产物。目前对生物礁地震反射特征的研究,主要是从礁前、礁核和礁后的角度出发。如果顺着台缘,则又可划分为礁翼和礁核。礁翼位于礁组合的边部,岩性为块状含棘屑、腕足及少量造礁生物屑的粒泥～泥粒岩及礁屑角砾岩,不含燧石。

图1 生物礁模型图Fig.1 Organic reef model

2 生物礁地震预测技术

2.1 地下各向异性介质

各向异性介质的基本模式有两种：一种是PLT(periodic thin layery)模式,用于描述沉积盆地地层的微细层理和旋回性薄层引起的各向异性,属于六方晶系,其对称轴是垂直的，见图2-a)。具有此类特征的介质称为PLT介质。另一种是裂隙诱导各向异性EDA(extensive dilatancy anisotropy)模式,用于描述由彼此平行的垂直裂隙、微裂隙和定向排列的微细孔洞引起的各向异性,见图2-b)。具有此类特征的介质称为EDA介质。EDA介质广泛存在于地壳中,也属于六方晶系,有水平对称轴,对称轴在最小水平应力方向。实际地质目标的各向异性一般都是这两种各向异性的组合或者演变并广泛存在,理论和实践均已证明地层各向异性是普遍存在的[10-16]。这种存在导致地层弹性特征随方向变化,地震波在地层中传播时其相速度、群速度、偏振方向及衰减随方向变化,不同方向的地震反射就能反映这种变化。尽管各向异性介质是用裂缝、微细层理和旋回性薄层定义的,但对于地震分辨率而言,是把裂缝发育区及微小薄层的组合效应当作储层等效体。反之,也可以把任意一个储层看作由无数个裂缝薄片组成。简单描述各向同性介质与各向异性介质:介质在不同的方向所测得的性质参数完全相同,则该介质为各向同性介质;反之为各向异性介质。性质参数在地震中具体体现为速度和密度,也包含波阻抗。波阻抗差异导致地震反射能量发生变化。当地下介质呈现各向异性时,介质的弹性参数就会发生变化,由此引起地震反射特征发生变化。

生物礁地震预测的关键是生物礁地震反射特征分析,主要是沿垂直台缘的方向观察从海槽、斜坡到台缘地层厚度的变化,判断出台缘带的分布,在台缘带寻找有隆起、反射杂乱等地震反射特征[17-19],进一步识别生物礁。主要研究的是礁前及礁后的地震反射特征,事实上这种特征更多的是由地貌变化带来的,其次才是生物礁体几何形态的影响。而从生物礁不同部位岩性来看,礁前主要为角砾岩,角砾成分主要为礁灰岩块体,白云岩及泥晶灰岩,礁核以造礁生物及附礁生物形成的障积岩及海绵粘结岩为主,而礁翼岩性为块状含棘屑、腕足及少量造礁生物屑的粒泥～泥粒岩及礁屑角砾岩。从不同角度观察,生物礁体的岩性有差异,其性质参数也不同,充分体现了其各向异性的性质。据此可以从不同角度研究生物礁体的地震反射特征,就能提高生物礁预测成功率。

a)PLT模式a)PLT mode

b)EDA模式b)EDA mode

2.2 地震数据的各向异性特性

地震勘探针对岩性气藏采集的三维地震数据是具有较高覆盖次数的宽方位数据,偏移叠加剖面包含了各个方位角的数据,叠加之后,在不同程度上掩盖了不同方位角地震数据的特性。如果将地震叠前集数据按方位角进行均匀划分,将不同方位角内的地震数据叠加,分析叠加数据体的地震反射特征,就能更好地研究地质目标的各向异性特征，见图3。

图3 不同方位角划分图Fig.3 Division of different azimuth

为进一步说明地震数据全部叠加与分方位角叠加之间的差异,比较分析见图4。

图4展示了15°、45°、75°、105°、135°、165°方位角及全方位地震数据叠加剖面,圆圈内是一储层发育区,可以看到不同方位角叠加剖面上,振幅值是不一样的,反映了储层的各向异性特征[20],而在全部叠加剖面上,看不出这样的变化。

2.3 利用各向异性特征识别台缘带

识别生物礁的前提是找到台缘,地震上主要是根据从海槽到斜坡到台缘地层厚度从薄变厚的特征来识别台缘;而从海槽到台缘地层的变化并不都是清楚的,当斜坡变得缓且长时,从海槽到台缘的地层厚度变化较小,导致难以准确识别台缘。生物礁主要沿台缘发育,但并非连续发育,说明台缘方向物性参数也在发生变化,具有各向异性特征。因此可以利用各向异性理论识别台缘,为生物礁识别打下良好的基础。

图5 xline 2060不同方位角叠加剖面图 Fig.5 Different azimuth stack profile of xline 2060

台缘带是生物礁发育的有利相带,主要特征是从海槽到陆棚再到台缘,地层厚度增加。当陆棚坡度较陡时,海槽到台缘地震反射特征清楚;当陆棚坡度较缓时,地震反射特征不清楚,可利用各向异性来识别台缘带。当地震剖面垂直于相带时,能最佳地展现相带的变化。工区三维地震资料在部署时考虑到了这一因素,根据二维地震资料研究取得对相带展布方向的认识,三维工区设计xline方向方位角约40°,基本与相带垂直。从图5近似垂直相带的xline 2060全叠加剖面及其对应的15°方位角叠加剖面对比可看出,海槽到斜坡到台缘的特征都不清楚,显然还没有找到台缘带的最佳成像位置。而从45°方位角叠加剖面看,飞仙关组底部明显出现上隆现象,台缘带特征清楚。45°与40°(xline方向)两个方向近似,全叠加剖面台缘特征不明显,而分方位角叠加剖面台缘特征明显,这充分说明全叠加掩盖了地质目标在不同方位的个性，而分方位叠加则突出了地质目标在不同方位的个性，展示了各向异性的特征。

在构造另一位置,xline 2028线的分方位角叠加剖面和全叠加剖面上台缘带的反射特征分析表明,全叠加剖面台缘带特征不清晰,见图6。15°方位角叠加剖面台缘特征相对明显,45°角方向叠加剖面上台缘上隆的丘状特征很清楚,3个强峰突然中断凸现了台缘带的存在,进一步说明全叠加剖面与分方位角叠加剖面的差异及分方位角叠加剖面识别地质目标的优势。

很明显,不同角度台缘—斜坡带的地震反射特征是有差异的,这有助于利用各向异性特征准确识别台缘带的展布。

图6 xline 2028线不同方位角叠加剖面图Fig.6 Different azimuth stack profile of xline 2028

2.4 利用各向异性特征识别生物礁

传统生物礁识别技术是从海槽到陆棚(斜坡)到台缘地层厚度增大的现象识别台缘带,在台缘带上根据已知井生物礁的反射特征来预测生物礁。这里主要研究礁前和礁后的地震反射特征。根据生物礁地质特征,不同位置具有不同的岩性,也就有不同的地震反射,若能找到这些特征,就可准确识别生物礁。

lg 84井在长兴组中上部钻遇生物礁储层,见图7。储层顶界距飞仙关组底界60 m左右。在时间剖面上,储层顶距飞仙关组底界约20 ms左右。

在图8全方位角叠加剖面上,在飞仙关组底向下20 ms,lg 84井处没有较强的地震反射,储层反射特征不明显。在图8中15°方位角叠加剖面上,该位置出现一个亮点反射。测井资料标定证实该反射为生物礁储层的反射,与井结果相吻合。继续观察图8中45°和75°方位角叠加剖面,在距离飞仙关组底20 ms左右的位置,这个亮点反射依然存在,但“亮点”振幅值的强弱和“亮点”的长短均与15°方位角叠加剖面有差异,说明“亮点”在不同方位角有不同的特征,体现了生物礁储层的各向异性。可见,不同方位角叠加剖面比偏移叠加(全叠加)剖面能更好地体现生物礁储层各向异性的地震反射特征,有效识别生物礁,提高生物礁预测成功率。

图7 lg 84井测井解释成果图Fig.7 Well logging interpretation of Well lg 84

图8 生物礁储层在不同方位角叠加剖面的地震反射特征图Fig.8 Seismic reflection characteristics of organic reef reservoir at different azimuth stack profile

2.5 推广应用效果

将该方法推广应用到q 1构造,q 8井以石炭系为钻探目标。在飞仙关组底界下面有不连续的强反射,见图9。在全叠加剖面上,该反射虽然不连续,但追踪范围过大,不具有生物礁的特征。通过分方位角叠加,在15°方位叠加剖面上,该强反射有明显变化,和其它已钻生物礁的反射特征相似,在45°方位叠加剖面和75°方位叠加剖面上,该反射继续发生变化并趋于稳定,从其特征上看,可以判断为生物礁储层的反射,建议对其试油,获工业气流。

图9 过q 8井不同方位角叠加剖面图Fig.9 Different azimuth stack profile of Well q 8

3 结论

1)根据各向异性理论,利用叠前不同方位角叠加剖面分析台缘带和生物礁的地震反射特征,可以有效提高生物礁预测成功率。

2)利用台缘带及生物礁储层的各向异性特征以及不同方位角的叠加数据,凸显了地质目标不同方位角地震反射特征,寻找到台缘带及生物礁储层最好的成像效果,比常规偏移叠加剖面能更清晰地识别台缘带和生物礁,更为准确地展示生物礁储层的地震反射特征,提高了生物礁预测成功率。