川东石炭系特殊地震反射成因及勘探前景

鲁建隆, 王长城

(油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学), 成都 610059)

四川盆地石炭系自20世纪70年代在相国寺构造发现第一口气井以来，至今已勘探开发50余年。早期勘探主要是根据地震构造研究成果，以背斜圈闭为目标进行的。自1995年以来，以地层-构造复合圈闭为勘探对象，发现了一批高产油气藏，如五百梯、龙门场、门西等气藏[1-3]。无论是早期构造圈闭的勘探，还是晚期地层-构造复合圈闭的勘探，所钻遇石炭系储层均为常规裂缝-孔隙型储层[4-7]。随着勘探开发的深入，进一步寻找石炭系地层-构造复合油气藏的难度日渐增大，在新的理论、方法指导下寻找新的油气藏类型成为石炭系勘探开发亟需解决的问题。近年来，邹才能等[8]从源岩、储层等方面分析了石炭系大型岩性地层气藏形成条件，并指出了勘探方向；李伟等[2]从天然气成藏角度对石炭系潜在有利圈闭类型进行了分析，提出构造-地层圈闭为增产主要目标，但岩性圈闭依然具备潜力，有望成为研究区未来的勘探目标；董才源等[9]通过对实际气藏参数的解剖，认为向斜悬挂式气藏可能是川东石炭系下一步勘探的最为有利气藏类型，向斜低缓微隆型和向斜地层岩性型也是川东石炭系勘探的潜力类型。

笔者在对川东石炭系研究过程中，发现两类特殊的地震反射现象，根据构造沉积背景及特殊反射形态特征，初步判断是因岩溶作用形成的优质储层响应，可能形成岩性圈闭或构造-岩性圈闭；且该特殊地震反射目前无钻井钻达，对该特殊地震反射的地质模型、形成机制及勘探前景研究均有实际意义。现今对于川东地区碳酸盐岩的研究已经较为深入[10-13]，如针对石炭系特殊地震反射的研究有所进展，将有力提高川东地区后续的开发效率。

1 研究区概况

出现特殊地震反射现象的区域位于川东褶皱带万州复向斜，东邻大池干构造，西邻黄泥堂构造，为两构造之间夹持的向斜区[14](图1)。四川盆地发育多套海相碳酸盐岩和陆相碎屑岩生储盖组合，石炭系为四川盆地的传统优势产层。石炭系主要发育上统黄龙组碳酸盐岩沉积，上覆地层为二叠系梁山组泥页岩与栖霞组灰岩，下伏地层为志留系韩家店组泥岩夹粉砂岩[15](图2)。黄龙组在川东地区厚度为0～90 m，沉积相带为塞卜哈、有障壁海岸、海湾陆棚等[3,16-17]；储层岩石类型中最重要的是孔隙性溶蚀角砾白云岩、孔隙性颗粒白云岩及晶粒白云岩[16-18]；储集空间类型以粒(或砾)间溶孔、晶间溶孔为主，次为粒(或砾)内溶孔、晶间孔、晶内溶孔、生物骨架体腔孔等；储层类型主要为裂缝-孔隙型[15-16,19]。

图1 研究区位置Fig.1 Geographical location of the research region(据陈浩如[14]修改)

图2 四川盆地地层与构造运动简图Fig.2 Histogram showing stratigraphy and tectonic movements in Sichuan Basin(据李洪奎[15])

四川盆地受到多期构造运动影响。普遍认为四川盆地沉积构造具备不均一性，川中地区相比于川西、川东地区差异极大，魏国齐等[20-21]对四川盆地构造特征与油气的研究指出，石炭系向斜区域的岩溶白云岩储层源储配置良好，具备形成大气田的潜力。

2 特殊地震反射的形态与成因模式

2.1 形态

研究区特殊地震反射主要表现为同相轴的中断或下拉，同时其上、下部同相轴会出现相应的振幅增强或减弱(图3-A)，其平面分布呈条带状、团块状、星点状，在研究区西南部的分布面积约为97.02 km2(图3-B)，在研究区周边的大猫坪和高峰场构造亦发现有该类特殊反射。该类特殊反射如果单纯是断层成因，则仅会在断点附近出现振幅明显变化的现象，且会迅速减弱，断点表现为振幅减半的特征；而该特殊反射整体振幅增强的特征保持不变，结合其平面分布特征，判断其并非断层成因。

图3 涪陵地区石炭系特殊地震反射特征Fig.3 Special seismic reflection characteristics of Carboniferous stratum in Fuling area

2.2 成因模式

川东石炭系顶面是一个不整合面，晚古生代属川鄂内部克拉通盆地西部主体[22]，晚石炭世中晚期在云南运动中由于稳定的整体构造抬升而发生广泛的暴露，石炭系碳酸盐岩地层持续暴露时间长达15～20 Ma。暴露层序不整合界面上的沉积物性质有所差异，上扬子克拉通盆地内这种成因类型界面的特征是发生暴露溶蚀和弱冲刷充填[23]。川东石炭系溶蚀洞穴的存在是经过多口钻井验证的：如峰8井溶洞被上覆梁山组泥质所充填，形成水成岩墙；池37井水成岩墙几乎从上到下贯穿整个石炭系[24-25]；另外，池7、池34井的明显井漏现象也证实地下发育有未被充填的缝、洞。从N.P.James等[26]对岩溶研究情况来看，按古地势从高到低形成古水文区域分带，即补给区、径流区、排泄区，不同区的岩溶发育强度不同。郑荣才等[27]、文华国等[28]将川东石炭系划分为岩溶高地、岩溶斜坡以及岩溶盆地，在各分区单元内发育不同的岩溶类型，这种划分与N.P.James等人的划分方案总体基本相同，但对各分区单元的岩溶类型进行了细化。

以上研究表明，石炭系顶面的暴露及其内部的岩溶是存在的，在暴露过程中必然会形成一系列的岩溶产物，可以用岩溶作用的模型解释石炭系特殊反射的存在。

3 特殊地震反射的正演模拟及地质模型

地震波场正演模拟通过假设地下地质体情况为已知，包括地下介质的密度、地震波速度及地质体的空间分布，应用地震波运动学及动力学的基本原理，可以给出其地质模型的地震响应[29]，尤其在复杂储层的勘探中有较好的效果[30-32]。笔者根据特殊反射的剖面和平面特征，结合岩溶单元发育的理论及石炭系厚度，建立不同类型的地质模型，通过正演剖面与实际剖面比较，对模型进行微调，反复迭代此过程，最后模拟出与实际剖面近似的正演剖面，同时得到可靠的地质模型。

3.1 条带状特殊反射

此类特殊反射同相轴有一定程度的下拉，其上部伴随着波谷反射。该波谷的振幅相比正常反射明显增强，平面上呈条带状分布，沿着该条带方向振幅强弱不均(图4-A)，平面上呈条带状分布(图4-B)。正演模型设计如下：上部为栖霞组灰岩，地震波速度为6 km/s；下部为梁山组泥岩，地震波速度为4.6 km/s；再下部的黄龙组白云岩中地震波速度为6.3 km/s，黄龙组内部有低速体存在；最底部为志留系页岩，地震波速度为4.8 km/s；志留系页岩内部夹有薄层的粉砂岩，地震波速度为5.25 km/s。模型的厚度和速度均取自工区及周边钻井的统计结果，其密度均根据加德纳公式计算得到。正演模拟采用本区实际地震资料提取的子波，以确保正演模拟的结果与实际地震资料具有可对比性。正演模拟结果显示，特殊反射处的地质体在厚度为10～15 m、地震波速度为4.6 km/s左右时才能正演出与实际地震剖面相类似的结果(图5)。

图4 条带状特殊反射剖面及平面振幅特征Fig.4 Striped abnormal reflection profile and plane amplitude characteristics

图5 条带状特殊反射地质模型和正演模拟剖面Fig.5 Geological model of striped abnormal reflection and forward modeling section

正演模拟结果显示，条带状特殊反射为石炭系内部发育低速体所致，且在平面上呈线状分布特征，为古岩溶高地向岩溶洼地方向延伸的河谷状地形，由于地势差异，流水具有侧向侵蚀和下蚀作用，侵蚀和下蚀作用强度的不同及后期充填情况的不同导致地震反射特征有一定的差异。

3.2 团块状特殊反射

此类特殊反射同相轴明显下拉，下部反射振幅减弱，同时其上部对应的波谷振幅增强，构成了强谷与强峰组合的波形特征(图6-A)，平面上呈团块状分布(图6-B)。正演模型设计如下：石炭系内部有较厚的低速体发育，且后期受到小断层改造，低速体厚度为26 m，地震波速度为4.6 km/s，其他层的速度取值不变。

图6 团块状特殊反射剖面及平面振幅特征Fig.6 Blocky abnormal reflection profile and plane amplitude characteristics

从地震剖面观察，该类特殊反射显示出极强波谷向下伴随着极强波峰的右斜对称波形特征，根据M.B.Widess[33]的薄层厚度与波形、振幅关系原理，该类反射的形成存在两个反射界面，为高速层夹低速层且低速层的厚度≤波长的地层结构，地层顶底面反射相干叠加，形成强振幅。该处时差为12 ms，依据M.B.Widess薄层厚度与波形、振幅关系原理，夹层的时间厚度最大为波谷至波峰时差的1/2，据此计算低速度层的厚度约为27.6 m，与正演模拟结果26 m接近。团块状特殊反射的形成可能还受到早期小型断层的影响，因为低速体之下还有一层石炭系的高速层，如无该高速层则无法正演出与实际剖面相同的结果(图7)。

图7 团块状特殊反射地质模型和正演模拟剖面Fig.7 Geological model of blocky abnormal reflection and forward modeling section

结合正演模拟及地震剖面结构薄层分析，团块状特殊反射内部发育一套厚约 26 m的低速层。从石炭系的岩性特征来看，在石炭系内部具有如此低速度的地质体只能是通过岩溶作用形成，地质解释为发育在岩溶斜坡的溶蚀洼地或溶洞，但该洼地或溶洞有可能后期被泥质充填，因为从周边钻井速度分析，泥质充填后，溶洞速度变化并不明显。

4 勘探前景

石炭系作为川东的区域性产层，其烃源岩、区域性盖层、运移条件均较好，因此，上述特殊反射成藏的关键是能否提供良好的储层和侧向遮挡条件。

4.1 储层条件

前述研究明确了两类特殊反射均反映岩溶斜坡上发育的低速层，地震波速度最低可达到4.6 km/s。从周边石炭系钻井储层的研究成果看，储层的地震波速度主要分布在5.7 km/s以上，如高峰场为5.7～6.3 km/s(14口井)、五百梯为5.7～6.2 km/s(27口井)、大猫坪为5.85～6.25 km/s(12口井)。前人对川东石炭系储层的研究成果也显示其地震波速度较高，如沙罐坪17口井统计储层的地震波速度为5.72～6.3 km/s[34]、沙坪场构造含气储层的地震波速度较围岩降低400～500 m/s[35]。就目前储层发育情况来看，以上含气储层均为孔隙型储层，地震波速度降低500 m/s左右。但也并非没有低速储层，如雷音铺的雷15井，有18 m气层，地震波速度平均为4.388 km/s，平均测井解释孔隙度为9.2%，最大孔隙度接近20%，获天然气44.33×104m3/d[36]；另外，实钻井也钻遇速度较低的溶洞储层，峰8井被充填溶洞的地震波速度降低800 m/s，说明川东还是存在较低速度的储层。通过以上探讨我们认为：这两类特殊反射中的低速层有可能为较好的储层，当然也有可能被梁山组泥质充填而成为非储层。

4.2 侧向遮挡条件

石炭系白云岩裂缝、孔隙比较发育，具有一定厚度的白云岩(>10 m)大部分可成为渗透性储层。这两类特殊反射侧向上与石炭系白云岩直接接触，其侧向封堵条件有可能不可靠。在以下两种情况下可以形成侧向封堵:①侧向或上倾方向石炭系厚度<10 m，此时多为黄龙组第一段孔、渗极低的去云化灰岩及石膏岩(厚2～10 m)；另外，钻井岩心证实石炭系顶部孔缝被梁山组泥质充填的非渗透层有2～5 m，二者厚度相加正好在10 m左右，故残厚<10 m可视为储层尖灭线或遮挡边界[3,19,37]。②侧向或上倾方向发育有石炭系的成岩致密带作为遮挡，这种遮挡类型的存在已在川东明月峡构造被钻井证实[38]。在这两种情况下是可以形成岩性圈闭或岩性-构造圈闭的。

5 结 论

a.两类地震特殊反射均为岩溶作用形成的低速层所导致，为发育在岩溶斜坡上的溶沟或溶洞，从已知钻井速度分析，该低速层可能是半充填或未充填的岩溶型储层，也可能完全被梁山组泥质充填而成为非储层。

b.两类地震特殊反射在有侧向封堵并同时与构造条件匹配时可形成岩性圈闭或岩性-构造圈闭。在两种条件下可以形成侧向的封堵：①侧向或上倾方向石炭系厚度<10 m即为非储层，可作为遮挡；②侧向或上倾方向发育有石炭系的成岩致密带作为遮挡。

c.由于钻井资料的限制，本次研究仅能确定低速层(地震波速度在4.6 km/s左右)的存在。虽然周边钻井证实石炭系中发育有地震波速度<4.6 km/s的储层，但由于针对特殊反射的实钻资料缺乏，很难确认低速层为高孔隙度的储层抑或是泥质充填物，需要开展进一步研究。

d.特殊反射作为石炭系一种新兴的现象是值得进一步钻探的，虽然存在一定的风险，但其具有形成优质储层和有效圈闭的可能，如果该类特殊反射钻探成功，必将为石炭系提供新的勘探方向。初期可结合长兴组、飞仙关组或嘉陵江组复合有利区带对其进行钻探。