0 引言
川中北部地区侏罗系致密油气藏勘探开发始于20世纪80年代，早期以自流井组大安寨段致密油藏为主要勘探对象。自2018年以来，中国石油西南油气田分公司在川中北部地区针对沙溪庙组二段（简称沙二段）气藏部署了多口钻井，平均测试日产气量超过了20×104 m3，展现出广阔的勘探开发前景，现已成为四川盆地陆相地层增储上产最重要的层系之一［1］。但由于河道砂体具有“平面延伸长，纵向叠置期次多、内幕非均质性强”的特征，地球物理响应特征隐蔽，优质储层和富气区分布规律不清楚，制约了以河道砂组为开发单元的勘探开发一体化目标精细评价，因此亟需形成一套针对川中北部地区沙溪庙组致密河道砂体的精细刻画及含气性预测技术体系。干大勇等［2］利用相干、均方根振幅、甜点等属性对川中沙溪庙组河道进行刻画，并利用振幅属性对河道砂体物性进行表征。武恒志等［3］针对邻区川西坳陷沙溪庙组河道开展了河道划分、样式预测、外形刻画及定量描述等工作；刘兴艳等［4］通过波形分类、分频成像等技术，对川西地区沙溪庙组河道进行了精细刻画，识别出沙溪庙组沉积相带。本文研究从储层地震响应模式入手，基于正演模拟分析，利用地层切片、RGB分频融合、三维可视化雕刻等手段对河道砂组的边界形态、内幕变化、发育期次进行精细描述，认为研究区主要发育23期河道砂体，砂体呈条带状或新月状自北东向南西展布，河道砂体宽度在600~3 000 m之间；采用叠前同时反演技术表征优质储层及富气区，成果表明优质储层的展布受到河道砂体分布的控制，为典型的岩性气藏，优质储层和富气区主要分布在河道砂体的中部。
1 研究区地质背景
研究区构造位置上横跨川中低缓褶皱带北部和川北低陡褶皱带，构造受力总体较弱，构造运动主要为差异升降，整体为北西低、南东高的单斜构造，由北至南发育中台山、八角场、金华等多个北西向正向构造单元（图1）。中下侏罗统保存较为完整，自下而上发育自流井组、凉高山组、沙溪庙组、遂宁组等多套地层，其中中侏罗统沙溪庙组岩性主要为紫红色泥岩夹细—中粒岩屑长石砂岩、长石砂岩［5］，沙溪庙组底部发育的厚层砂岩（关口砂岩）和下伏凉高山组顶部黑色页岩易于区分，内部则依据叶肢介页岩顶界划分为沙一段、沙二段，该套页岩在四川、贵州、湖北等地区大面积发育，可作为地层对比的稳定标志层。目前研究区主要的勘探开发对象为沙二段的河道砂体。
2 河道砂体精细刻画
本文研究针对川中北部地区沙溪庙组河道砂体纵向叠置复杂的难点，以地震沉积学理论为基础，将地震沉积学的传统技术和新技术综合应用，厘定了“期次划分—平面刻画—三维雕刻”的河道砂体精细刻画的研究思路，解决了河道相带刻画难的问题。根据河流相沉积的地质—地震特征，选用地层切片技术对河道砂体的期次进行划分；再对原始数据体进行小波分频，优选不同频带的数据体分频像素融合，进一步明确河道砂体的外形；在分频像素融合体的基础上对河道进行全三维解释，对河道砂体的边界、发育期次进行刻画，明确河道砂体在三维空间的展布特征，为平台式水平井部署及规模建产提供有力的支撑。
2.1 地震响应特征
已钻井揭示沙二段的测井响应特征为“低速度、低密度”，储层相对较发育；而沙一段的测井响应特征则为“高速度、高密度”，储层相对致密。根据已钻井的岩石物理分析结果，设计岩石物理模型开展AVO正演模拟［6-7］，设计泥岩纵波速度为4 500 m/s，泥岩横波速度为2 350 m/s，砂岩横波速度为2 600 m/s，河道砂体厚度为20 m，利用砂岩纵波速度表征砂岩物性及含气性变化，具体参数见图2。正演结果表明：①对于相对围岩高速河道，其顶界表现为强波峰反射，底界为强波谷反射，低孔高速河道砂在角道集上表现为振幅随入射角的增大而减小的特征，表现为Ⅰ类AVO响应；②对于相对围岩低速河道，其顶界表现为强波谷反射，底界为强波峰反射，高孔低速河道砂在角道集上表现为振幅随入射角的增大而增大的特征，表现为Ⅲ类AVO响应。
2.2 河道期次划分
地层切片是地震沉积学中划分砂体期次和模拟砂体演化过程最重要的手段。根据地层切片显示的地貌特征和现今地貌的类比，结合沉积学及岩石学信息，可以对短时窗内的砂体展布特征进行研究。标志层的选取是制作地层切片的关键，应该选择在不同频率下，地震同相轴产状不发生变化，或者能将最大湖泛面的反射界面作为等时格架中的标志同向轴。研究区沙一段顶部的叶肢介页岩代表一次最大湖泛面是连续可追踪的等时标志，沙二4亚段底部普遍发育的泛滥平原也相对等时。因此，本文研究选取这2个相对等时界面，在对应的同相轴之间进行了地层切片工作，得到了一系列具有典型地震地貌相的地层切片，地层切片上显示新月状或鞋带状的强振幅异常体为河道砂岩沉积，受地震分辨率限制，水道和边滩在大部分地震切片上没有被区分开来。
2.3 河道砂体边界刻画
研究区沙溪庙组岩性以“泥包砂”为主，岩性横向变化较为明显，具有“河道宽度窄，砂体厚度薄，纵向叠置复杂”的特点，河道平面摆动、交叉、合并现象明显。由于河道砂体的局部物性变化，砂层厚度及旋回组合不同等原因也导致地震波频率成分不同，其调谐振幅不同。加上受河道边界岩性变化的影响，利用振幅、相干、频率等单一地震属性刻画多期次叠置河道具有一定的局限性和模糊性。RGB分频像素融合技术通过小波变换分频，选取不同频段的数据，赋予每一单频振幅体一种颜色，将3个单频振幅体同一位置处不同颜色的强度和亮度进行RGB混合，形成了一个频率能量体，突出小时窗内地质异常体的边界，实现对地质体目标的识别及外形刻画，提高对河道砂边界、内幕结构变化、细小分支河道的刻画精度［10-13］。本文使用的时间偏移地震数据体频带在10~65 Hz之间，以川中地区沙溪庙组沙二段8号河道砂组的顶、底反射层位作为提取时窗，通过小波分解得到一系列5 Hz等间距的单频数据体，选择15 Hz、35 Hz、55 Hz地震单频体，计算均方根振幅属性进行RGB融合。
2.4 河道砂体空间地震雕刻
研究区内沙溪庙组纵向上发育多套叠置复杂砂体，地震剖面上同一相位内发育多条河道，下切作用明显，运用传统的河道砂体层位追踪方法和三维地震体空间透视技术都存在较大难度：一是层位“穿时”情况严重；二是难以区分小时窗内河道砂体发育期次及演化特征；三是基于三维地震体“种子点”的子体自动追踪技术往往将相邻期次而不同流向的河道划分为同一条河道，造成部分河道不连续，与实际的地质认识不符。由于常规技术存在连续性差、叠置关系不清、期次演化不明的缺点，限制了高精度成像处理三维地震资料表征河道的能力［2，4］。因此本文应用了多维约束河道精细雕刻技术，即在RGB融合体的基础上，通过运用岩性资料或测井曲线进行井震标定，明确砂组的顶、底等时地震反射层面，在纵向等时界面和平面边界的双重控制下，利用层拉平的RGB融合体可以直观地体现河道砂体的空间展布特征，在此环境下开展对河道砂体的三维雕刻。如图5所示，沙二段砂组是由多条河道砂体叠置交叉组成，发育期次和空间交叉关系清晰，实现了同一河道砂组小时窗内单河道的地震空间剥离，提高了对薄砂体的刻画精度，有利于开发井位部署和规模建产。
3 储层与含气性预测
3.1 岩石物理分析
纵横波速度比、泊松比、拉梅系数、体积模量和剪切模量是储层的基本弹性参数，其中纵波、横波速度及密度是基础，其他弹性参数均由纵波、横波速度及密度演变而来。明确储层物性及含气性的敏感弹性参数是进行叠前反演的前提，通常测井曲线结合室内岩石物理实验建立识别图版［18-21］。从图6可以看出，单一的纵波阻抗、横波阻抗对岩性及砂岩储层的含气性识别能力较差，而纵横波速度比较为敏感。当纵横波速度比小于1.72时，可以作为砂岩门槛值用于砂泥岩的区分；砂岩波阻抗与孔隙度呈较好的线性关系，因此在岩性识别的基础上，可以对砂岩孔隙度做定量预测。从图7可以看出，当含气储层纵波阻抗明显降低时，纵横波速度比相比含气储层和致密砂岩降低得更加明显，因此，当纵横波速度比小于1.68时，可以作为含气储层门槛用于气层与干层的区分。
图6 川中北部沙溪庙组砂岩纵波阻抗/横波阻抗/纵横波速度比交会图Fig.6 Intersection diagram of P-wave impedance/S-wave impedance/P-S wave velocity of Shaximiao Formation sandstone in central and northern Sichuan Basin |
3.2 叠前同时反演技术
传统的叠前反演方法是将CRP进行分角度部分叠加后，基于多个部分叠加数据体，建立弹性参数—反射系数的方程，进行弹性参数反演，基于部分叠加体的反演方法具有抗噪能力强、稳定性好的优点。但是叠加的过程会造成原始道集的AVO信息部分损失，造成弹性参数反演的精度偏低。随着三维地震采集、处理能力的提升，CRP道集的质量及信噪比逐渐提高，基于全道集的叠前参数反演技术在四川盆地页岩气等非常规储层预测研究中已得到了广泛的应用［22］。基于全道集的叠前同时反演技术包含了完整的AVO信息，可以提高弹性参数反演的精度，使反演结果细节更加清晰，真实地反演河道砂体储层内部的非均质性变化。研究区沙溪庙组CRP道集资料品质高，角道集的最大入射角在40°左右，采用叠前同时反演技术得到纵波速度、横波速度、密度3项基本参数，再通过公式推导出纵横波速度比、孔隙度等岩石物理参数，从而实现对致密河道砂岩储层及含气性的定量预测。
图7是A1井、A2井的纵横波速度比反演剖面，根据岩石物理分析，纵横波速度比低于1.68的位置是气层的概率较大，A1井、A2井的水平段都具有良好的油气显示，与实际测试数据基本吻合。图8是中台山—八角场地区8号砂组含气概率平面图，纵横波速度比低于1.68的区域具有较高的含气概率，在实际生产中也证实了低纵横波速度比的井往往是高产井。预测结果表明8号砂组在八角场构造附近含气性较好，八角场构造以北至中台山构造8号砂组气层欠发育，河道含气性变差，与实钻井测试结果也比较一致。经统计，采用叠前弹性参数反演定量预测沙溪庙组河道砂岩储层含气符合率超过90%，地质规律明显，地震预测精度较高，为富气区带预测和高产井部署提供了重要的支撑。
4 结论
针对川中北部地区沙溪庙组致密砂岩气藏地球物理响应特征隐蔽，优质储层和富气区分布规律不清楚的难题，运用“沉积相—物性—含气性”相控思路贯穿了整个刻画和预测过程，采用了“先宏观后微观”“先边界后内幕”的逐级递进思路，形成了以“期次划分—河道雕刻—含气性预测”为思路的致密河道砂体精细刻画及富气区预测技术流程，有效地降低了物探预测过程中的多解性，提高了预测精度，在生产应用中取得良好的效果。本文主要形成了以下认识：
（1）沙二段储层较发育的高孔河道砂体具有“低速度、低密度”的特征，通过模型正演表明高孔河道砂体具有“顶强波谷，底强波峰”的地震反射特征；在叠前道集上表现为振幅随入射角增大而增大的Ⅲ类AVO响应特征。
（2）地层切片揭示研究区沙溪庙组从上到下主要发育23期河道砂组，砂体的厚度在10~30 m之间，河道的宽度通常在500~5 000 m之间；RGB融合属性技术能清晰地反映河道砂体的边界，局部区域能清晰地反映出细小的废弃河道特征；以RGB属性融合体为基础的多维约束河道精细雕刻技术能够实现同一河道砂组小时窗内单河道的地震空间剥离，明确同期河道砂组交叉叠置关系，为水平井的部署和实施提供了有利的基础。
（3）岩石物理分析结果表明，纵横波速度比小于1.68是含气砂体的门槛值，运用叠前同时反演技术得到的纵横波速度比能够有效地表征含气砂岩的分布，砂体在烃源断裂发育的八角场构造附近含气性较好，地震预测结果与实钻井吻合程度达到90%，为富气区带预测和高产井部署提供了重要的支撑。
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