珠江口盆地H區塊碳酸鹽巖儲層地震沉積學應用研究①

吳其林 但志偉 肖 為 曾 驛 周小康 侯志平

(1.成都理工大學地球科學學院 成都 610059;2.中海油能源發展股份有限公司物探技術研究所 廣東湛江 524057;3.中海石油(中國)有限公司深圳分公司研究院 廣州 510240)

0 引言

地震沉積學是在沉積學、地震地層學、層序地層學、地震儲層預測技術等學科基礎上發展起來的邊緣交叉學科;簡單地講，地震沉積學是應用地震信息研究沉積巖及其形成過程的學科［1-4］。“地震沉積學”的出現要追溯到1998年，曾洪流，Henry，Riola等在geophysics上發表利用地震資料制作切片的論文，并首次使用了“地震沉積學”［5］。地震沉積學利用地震資料研究沉積巖石學及其形成過程的一門學科，它的兩個基本原理:①一般的沉積體的寬度大于厚度(Galloway，1983);②地震垂向分辨率在垂向上無法識別的地質體，在平面上有可能通過地震橫向分辨率被識別出來［6］。在充分利用了三維地震數據的橫向分辨力，特別是在地震資料上中深層沉積體厚度小于縱向分辨率1/4波長，而橫向伸展長度大于橫向分辨率的情況下，地震沉積學有助于再造高分辨率層序格架，利用地層切片體(等時地質切片)技術識別沉積體系和油氣儲層預測工作。Posamentier，Kolla等為代表的國外學者先后描述了地震沉積學分支的地震地貌學在勘探開發領域的研究［7-14］，地震沉積學蓬勃發展。2005年至今，以朱筱敏、林承焰、董春梅等為代表的國內學者對地震沉積學理論進行了深入剖析和應用嘗試［3-4，16-19］，推動了地震沉積學在國內的應用。

縱觀國內外地震沉積學研究主要集中在以地震資料中、淺層的碎屑巖沉積環境為主，對于地震分辨率較低碳酸鹽巖沉積環境的研究較少。本文嘗試在南海珠江口盆地H區塊中新世碳酸鹽巖沉積區開展地震沉積成像研究，識別并圈定臺內灘、臺內礁灘復合體為有利儲集相帶的范圍，克服了在高速、高密、低頻、低分辨率碳酸鹽巖沉積區儲層精細描述的困難，為區域的碳酸鹽巖勘探提供了有利依據。

1 地質背景

南海是最大的邊緣海，地質歷史時期乃至今生物礁都非常發育［11］。珠江口盆地(東部)中新統大規模發育碳酸鹽巖沉積，生物礁發育，碳酸鹽巖分布面積約5×104km2，大于 100 m厚度的區域約 0.8×104km2，最大厚度可達400 m以上，主要分布于東沙隆起。珠江口盆地H區塊面積為400 km2，位于珠江口盆地東沙隆起與惠州凹陷的過渡帶上，與HZ25-8、HZ32-1、LH4-1等眾多油田群一樣，處在惠州地區最有利的油氣運移構造脊通道上，屬于惠州含油氣系統，北西有HZ26洼，油源充足(圖1)。區塊內珠江組碳酸鹽巖地層中儲層物性分布不均、有利儲層的位置及其分布尚不清楚成為制約該地區勘探的首要問題，如何利用現有錄井、測井、三維地震資料進行有利儲層預測成為勘探突破的關鍵。筆者以地震沉積學為指導，結合現有的錄井、測井、地質和地震資料，綜合結構類地震相劃分方法、單井相、連井相、地震屬性地層切片相輔助進行了有利沉積相帶的識別劃分，一定程度上改進了單純的地震相、地震屬性相和沉積相劃分的粗糙的問題，通過地震、地質各自確定的事實彼此約束實現了沉積相的劃分。

2 剖面沉積相特征

近東西向剖面位于珠江口盆地H區塊3口連井對比圖，近東西向延伸，自西向東過井 HZ33-2A—HZ28-4A—HZ34-1A(圖2)。圖2展示了碳酸鹽臺地生長、發展到消亡的過程，分為SQ1、SQ2和SQ3三個階段。

圖1 珠江口盆地惠州地區H區位置圖(據傅恒，2008)Fig.1 The location map of the Huizhou H block in Pearl River Mouth Basin(after Fu，2008)

SQ1海侵體系域，在珠江口盆地H區塊均為一套濱岸砂巖。在惠州井區以遠濱細—粉砂巖和泥巖互層，向東逐漸相變為近濱中—細砂巖沉積，砂巖粒度整體上由西向東呈逐漸變粗趨勢，反映了西低東高的古地貌特征，說明陸源碎屑物源主要來自東沙隆起剝蝕區。

SQ1高位體系域，珠江口盆地H區塊廣泛發育碳酸鹽臺地，灰巖在剖面各井均有分布。惠州地區早期短暫發育碳酸鹽巖與碎屑巖混積，如HZ28-4A井;隨后廣泛發育生屑灘，如HZ34-1A井，且在臺地內部灘間發育臺坪沉積。

SQ2海侵體系域，海水迅速從東西兩個方向淹沒臺地，HZ33-2A以西被淹沒，接受陸棚粉砂巖和泥巖互層沉積。相對高部位的HZ28-4A和HZ34-1A仍接受碳酸鹽巖沉積，HZ28-4A井區以生屑灘為主，而位置較高的HZ34-1A井區發育臺內點礁。

SQ2高位體系域，HZ28-4A和HZ34-1A碳酸鹽臺地繼承性生長，HZ28-4A發育礁灘互層的沉積，HZ34-1A主要發育臺內點礁;而HZ32-2A發育陸棚相的泥質沉積夾粉砂巖。

SQ3海侵體系域，剖面上的碳酸鹽臺地全部淹沒，接受陸棚泥沉積，以泥巖為主，在沉積高部位井區的HZ34-1A泥灰巖發育，厚度近30 m。

3 地層切片、地震相及沉積相

地層切片技術是地震沉積學應用的核心技術，它是地質(時間)界面上地震屬性(例如振幅)的顯示，也是一種解釋性地震資料處理［6］。選擇相對地質時間意義的地震同相軸看作一個視旅行時指數，這代表了某一時間指數切片具有了地質時間意義，按照成因地層原理，不同地質時間的地層切片組合即有助于恢復地層沉積史［6］。

根據區域背景和區內連井沉積相劃分可得出研究區主體為臺地—陸棚相沉積格局，依據地震相分類可分為五類，即①丘狀、中低連續、中強振幅、中低頻、平行—波狀反射地震相;②丘狀、低連續，中弱振幅、中高頻前積反射地震相;③楔狀、中低連續、中低頻、平行—亞平行反射地震相等5類地震相，具體見表1。

在地震相劃分的基礎上，通過井—震剖面結合，將單井的上沉積相和地震剖面上的地震相進行一一對應，為后續平面相劃分建立劃相依據(圖3)。

在地震相劃分后，選用的參考層位開展地層切片研究，主要以層序體系域界面SB2、MFS2及次一級地層界面SST2為界(SST2為體系域內部MFS2與SB2之間橫向上延伸廣泛的次一級地層界面)，建立了時間地層切片的參考面(圖3)。考慮到碳酸鹽巖地層有別于目前國內外地震沉積研究的碎屑巖沉積，如碎屑巖地層沉積利用地震數據體的振幅或常規波阻抗地層切片即可完成沉積分析，但碳酸鹽巖地層由于密度高、速度快、頻率低的特點，振幅信息進行地層切片時分辨沉積體能力低，不易區分沉積體;而據前人巖石物理研究成果表明，縱波阻抗和儲層孔隙度之間高達94%的相關性［25］。因此本文選取巖性物性信息豐富、精度較高的疊前彈性波阻抗數據體進行地層切片地震沉積研究，結合井震聯合地震相劃分成果，對各地層切片進行平面沉積相劃分，精細刻畫沉積體邊界和內部變化，實現儲層的精細研究。

圖2 珠江口盆地珠江口盆地H區珠江組近東西向連井剖面層序地層及沉積相對比圖Fig.2 The comparison chart of sequence stratigraphy and sedimentary facies of connecting well section in the Huizhou area of Pearl River Mouth Basin，Zhujiang Formation

3.1 SB2期地層切片

SB2是SQ1高位晚期和SQ2海侵早期之間的層序界面，其地層切片所代表的沉積環境可認為是兩個層序轉換時期的沉積環境。此時海平面由低向高轉變，整個工區由淺水臺地—陸棚的沉積環境向淹沒臺地—陸棚沉積環境發展，在臺地邊緣局部隆起區發育生物礁，如HZ28-4A井，其礁體以獨立生長的珊瑚藻礁礁體為儲集單元，單層厚度約10 m;在臺內高部位區域發育生物灘向生物礁轉變，如HZ34-1A井(圖2)，而陸棚相HZ34-2A井發育以泥為主的致密沉積，井上的沉積特征在SB2地層切片上也得到印證。如圖4，沿SB2界面提取彈性波阻抗平面圖可知，碳酸鹽巖儲層孔隙主要發育于高彈性波阻抗區(圖4A)，致密沉積區的阻抗值較小。

以SB2彈性波阻抗平面圖基礎上，以工區東高西低、南高北低的臺地(東部)—陸棚(西部)沉積背景為依據，以威爾遜模碳酸鹽巖沉積模式為指導，由該時期HZ34-2A井(陸棚)—HZ28-4A井(臺地邊緣礁)—HZ34-1A井(臺內灘)沉積變化特征將SB2彈性波阻抗平面圖進行沉積相標定，同時結合該時期地震剖面上表現的丘狀中連續低頻強振幅臺內灘相、席狀中低連續中低頻中弱振幅澙湖相、丘狀低連續中弱振幅中高頻臺地邊緣礁相、席狀平行—亞平行中高連續強振幅低頻陸棚相的地震相平面分布特征，將SB2地層切片轉換成為沉積相圖(圖4B)。如圖4B所示，SB2時期西部主要為陸棚相沉積，東部的臺地細分為臺地邊緣礁、澙湖和東南部局部發育的碳酸鹽生物灘沉積。SB2期沉積相劃分表明，儲層發育在臺地邊緣生物礁相區和臺內灘體進積相區，發育在工區西北角HZ28-4-1井周圍區域阻抗值較大，孔隙相對發育，面積雖小，但也沉積了近2 km2的臺地邊緣生物礁;位于臺地邊緣中部至南部呈條帶狀分布生物礁體，阻抗值比西北部阻抗值更大，孔隙也最為發育，且面積較大，約為40 km2;在工區東南角的臺內進積灘體區域，阻抗值與臺緣礁體阻抗值類似，孔隙較為發育，面積約為7 km2;而在臺地內部的其他地區發育澙湖微晶灰巖或含泥質條帶的微晶灰巖沉積，由于上覆地層大部分也為澙湖沉積灰巖，因此阻抗值差異較小，阻抗值也就偏小。在工區西部，陸棚相發育，如在HZ34-2A發育陸棚砂泥互層沉積，其阻抗值略高于臺內澙湖沉積。

3.2 SST2期地層切片

SST2是SQ2海侵內部的次一級層序界面，其地層切片所代表的沉積環境可認為是SQ2早期的沉積

環境。此時海平面迅速上升，整個工區為淹沒臺地—陸棚沉積環境，沉積的主體位于臺地隆起區上追漲的生物礁、灘沉積，如位于臺緣的HZ28-4A井，生物礁灘互層沉積，是次一級海平面脈動升降的結果，同時也左右了礁灘生長的范圍;而臺地內部的HZ34-1A井區生物礁得益于海平面持續上升和隆起位置較高的優勢持續生長;而陸棚相HZ34-2A井發育以泥夾粉砂的致密沉積(圖2)。如圖5，沿SST2界面提取的彈性波阻抗平面圖可知，臺地邊緣及臺地內部的高彈性波阻抗區域較SB2層有所擴大，特別是臺地內部高波阻抗區域較為明顯(圖5A)。以SST2彈性波阻抗平面圖基礎上，與SB2期類似，工區東高西低、南高北低的繼承性臺地(東部)—陸棚(西部)沉積背景，在威爾遜模碳酸鹽巖沉積模式指導下，由該時期HZ34-2A井(陸棚)—HZ28-4A井(臺地邊緣灘)—HZ34-1A井(臺內生物礁)沉積變化特征將SST2彈性波阻抗平面圖進行沉積相標定，同時結合該時期地震剖面上表現典型的地震相平面分布特征，如丘狀中低連續中弱振幅中低頻平行—波狀反射臺內生物礁相、丘狀低連續中弱振幅中高頻臺地邊緣礁相、席狀中低連續中低頻中弱振幅澙湖相等地震相特征(圖3)，將SST2地層切片轉換成為沉積相圖(圖5B)。

表1 研究區典型地震相分類Table 1 Classification of typical seismic facies in the study area

圖3 井與地震剖面層序界面劃分Fig.3 Sequence boundary of wells and seismic profile

圖4 A.SB2彈性波阻抗地層切片;B.SB2彈性波阻抗地層切片轉換的沉積相圖Fig.4 A.Strata slice of elastic wave impedance，SB2;B.The map of sedimentary facies，SB2

圖5 A.SST2彈性波阻抗地層切片;B.SST2彈性波阻抗地層切片轉換的沉積相圖Fig.5 A.Strata slice of elastic wave impedance，SST2;B.The map of sedimentary facies，SST2

而在SST2界面轉換的沉積相圖(圖5B)上，碳酸鹽巖臺內珊瑚藻礁、生屑灘發育，這可能與SQ2層序海侵早期生物生長速率大于海平面上升速率所致。受臺地邊緣礁灘聚類沿邊生長特點，沉積呈條帶狀不連續分布，由于臺地邊緣中、南部生長環境高于北部，故其中、南部的珊瑚藻礁發育面積最廣，約30 km2，顯示臺緣碳酸鹽巖生物礁生長所具有良好的繼承性;而此時的臺地內部的中部和南部臺內點礁、臺內灘開始廣泛生長，受后期溶蝕成巖作用的影響，孔隙度特別發育，孔隙度值間11%～20%之間，平均孔隙度值高達18%以上，總面積超過100 km2。

圖6 A.MFS2彈性波阻抗地層切片;B.MFS2彈性波阻抗地層切片轉換的沉積相圖Fig.6 A.Strata slice of elastic wave impedance，MFS2;B.The map of sedimentary facies，MFS2

3.3 MFS2期地層切片

MFS2是SQ2海侵晚期的體系域界面，其地層切片所代表的沉積環境可認為是SQ2晚期的沉積環境。此時快速上升的海平面促使陸棚相泥質沉積更為典型，如陸棚相HZ34-2B井;而此時沉積位置較高且生物礁生長速率和海平面上升較為匹配的井區碳酸鹽巖生長較快，厚度增長明顯，如HZ34-1A井與HZ28-4A井。

如圖6所示，在MFS2界面提取的彈性波阻抗平面圖上，高波阻抗值區域較SST2地層切片面積較小，這和MFS2期海平面上升到高位期后生物礁、灘體存在一定的收縮有關(圖6A)。

以3.1節和3.2節中彈性波阻抗平面圖轉換成沉積相圖的思路將MFS2的彈性波阻抗地層切片轉換為沉積相圖。該時期較高的海平面讓處于礁灘體生長位置較低的臺地中、北部區域開始停止生長，其點礁、生屑灘沉積單元在SST2的基礎上規模有變小趨勢，這和MFS2期海平面快速上升后臺內礁灘體開始收縮相匹配。而在工區南部，由于沉積的地理位置相對較高，離海平面15 m以內的透光帶區域繼續生長礁體持續生長，其臺內點礁和臺緣礁體之間有連片的趨勢。臺地邊緣礁灘面積雖然大為收縮，但孔隙度仍然發育，據HZ34-1A測井孔隙度推算在臺緣中南部區域孔隙度值大部分在13%以上，面積收縮為5 km2。在臺內礁灘復合體平均孔隙度值大部分仍然在13%以上，平均孔隙度約為18%，中部、南部兩個礁體總面積仍超過100 km2(圖6B)。

3.4 研究區有利相帶預測

結合區域南高北低的構造沉積背景，綜合SB2期、SST2期和MFS2期地層切片的彈性阻抗變化特征及其轉換的沉積相分布，考慮到 HZ34-1A井、HZ28-4A井單井上儲層受控于生物礁、灘的孔隙度的變化以及HZ33-2A為代表的陸棚沉積致密層現狀，可將研究區有利儲層分為三類。如圖7所示，優質的Ⅰ類儲層位于研究區中最為有利的儲層，位于南部的臺內生物礁疊合生長體上(綠色區域)，單井HZ34-1A生物礁高達20%以上測井孔隙度和超過85 m，測井儲層解釋厚度已經證實了這套有利臺內礁、灘復合沉積體的存在，且總面積超過了100 km2，是優先考慮的勘探區域;Ⅱ類儲層為次有利儲層，位于研究區中西部，以狹長的臺地邊緣礁沉積體為儲集空間，推測其孔隙度平均在12%以上，且面積超過40 km2(黃色區域)，是研究區潛力較大的區域;Ⅲ類儲層為較有利儲層，位于研究區西北角和東北角的藍色顯示區域，由HZ28-4A井測井解釋可知平均孔隙度主要在10%左右，累計儲層累計厚度超過30 m，面積也近20 km2，也是值得后續勘探的區域。

4 結論與討論

(1)針對珠江口盆地H區塊內低于地震縱向分辨率四分一波長的碳酸鹽巖薄儲層通過地震沉積學的研究識別出臺地邊緣礁、臺內礁、臺內灘為研究區有利儲集相，克服了縱向分辨不夠的困難。

圖7 研究區有利儲層分布圖Fig.7 The map of favorable reservoir distribution

(2)依據研究區有利相帶預測結果，在研究區劃分出三類儲層，其中I類的臺內礁和Ⅱ類臺緣礁儲層為最有利儲層，Ⅲ類區的臺緣礁和臺內灘為較有利儲層。

致謝 成文的過程中，中海油能源發展股份有限公司物探技術研究所方中于總工和河海大學張宏兵教授的給予了中肯的修改意見，同時也凝聚了“十二五”國家中大專項《南海北部深水區碳酸鹽巖儲層識別技術與評價》項目組同事的心血和汗水，在此一并表示衷心的感謝。

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