阿姆河右岸區(qū)塊深水低能緩坡礁灘分布綜合預測

李香華 張 婷 李洪璽

中國石油川慶鉆探工程有限公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院

0 引言

阿姆河右岸區(qū)塊是中國石油天然氣集團有限公司在土庫曼斯坦的國際油氣資源合作區(qū)塊，該區(qū)塊內(nèi)前期的勘探程度差異大。其中，該區(qū)塊西部的臺緣礁灘、臺內(nèi)灘氣藏已完成勘探并順利投產(chǎn)，中部的規(guī)模性緩坡礁灘氣藏地質(zhì)特征也已基本落實，但是該區(qū)內(nèi)中東部的別什肯特坳陷帶由于其特殊的深水沉積背景，地質(zhì)認識程度低、勘探難度大，前期勘探程度低。

截至2013年底，別什肯特坳陷帶內(nèi)已完鉆6口探井，同時開展了1 357 km2的三維地震勘探。但由于區(qū)內(nèi)鉆井數(shù)量少且分布零散，落實該坳陷帶內(nèi)的礁灘分布必須依靠地球物理勘探技術。常規(guī)的生物礁灘地震識別技術手段較多，包括相干體、層拉平、地震屬性、譜分解、反演技術、正演模擬、AVO技術、可視化技術等[1]，但阿姆河右岸坳陷帶目的層上覆發(fā)育有巨厚變形鹽膏巖層[2-3]，與目的層的生物礁灘體呈上下疊置關系，常規(guī)礁灘地震識別方法在該區(qū)塊應用效果不佳，且目前國內(nèi)尚無巨厚鹽下礁灘識別技術的成熟經(jīng)驗可借鑒。因此，筆者基于沉積相研究和基底古地貌特征分析，通過礁灘地層厚度識別、非連續(xù)性地震屬性提取和基于波動方程的模型正演等技術攻關，形成了一套適用于別什肯特坳陷帶的鹽下小規(guī)模礁灘地震地質(zhì)綜合識別方法，以期為該坳陷帶的天然氣勘探提供技術支撐。

1 地質(zhì)背景

阿姆河盆地是位于圖蘭地臺東南部的大型中生代疊合沉積盆地，是中亞地區(qū)最重要的含油氣盆地之一[4]。阿姆河右岸區(qū)塊位于阿姆河盆地東北部的土庫曼斯坦—烏茲別克斯坦邊界與阿姆河之間的狹長地帶內(nèi)，面積為14 314 km2，可劃分為查爾朱隆起、堅基茲庫爾隆起、卡拉別克坳陷、桑迪克雷隆起、別什肯特坳陷和基薩爾山前隆起等6個三級構造單元[5-7]，根據(jù)勘探和開發(fā)程度，又被劃分為A區(qū)和B區(qū)（圖1）。該區(qū)塊中—上侏羅統(tǒng)卡洛夫階—牛津階碳酸鹽巖為阿姆河右岸區(qū)塊主要的天然氣富集層，其中，B區(qū)礁灘相發(fā)育的XVa2、XVa1和XVhp層為天然氣主產(chǎn)層[2]（圖1）。

圖1 阿姆河右岸區(qū)塊區(qū)域構造分區(qū)與地層分層圖

研究區(qū)別什肯特坳陷帶位于阿姆河右岸中東部，面積為3 980 km2。構造位置整體低，構造形態(tài)呈出北高—南低的特征[3]：坳陷帶東部東臨基薩爾山前隆起帶，所受構造應力增強，構造位置最高，背斜隆起幅度大，斷裂較發(fā)育[8]；坳陷帶北部構造位置相對較高；往南到坳陷帶中部、南部地區(qū)，構造位置明顯變低，斷裂欠發(fā)育。

前期研究認為，阿姆河右岸區(qū)塊在卡洛夫期為碳酸鹽巖緩坡沉積，從西至東水體逐漸加深，由西部的內(nèi)緩坡相過渡到東部的外緩坡相；在牛津期發(fā)育大型碳酸鹽臺地—斜坡沉積環(huán)境，從西北部的淺水臺內(nèi)相逐漸過渡到東南部的深水盆地相。別什肯特坳陷帶在卡洛夫期—牛津期位于半深水緩斜坡至深水盆地相，水體能量整體較低，受深、淺水交替變化影響，地層旋回性明顯[3,9]。

2 沉積特征

2.1 巖石類型及古生物特征

別什肯特坳陷帶卡洛夫階—牛津階巖性以石灰?guī)r為主，包括泥質(zhì)灰?guī)r、泥晶灰?guī)r、顆粒泥晶灰?guī)r、泥晶顆粒灰?guī)r、亮晶顆粒灰?guī)r及生物礁灰?guī)r等6類（圖2）。其中，泥晶顆粒灰?guī)r、顆粒泥晶灰?guī)r及泥晶灰?guī)r常見，僅坳陷帶西北部發(fā)育少量生物礁灰?guī)r。坳陷帶古生物類型豐富，既包括棘皮、腕足、有孔蟲、介形蟲、瓣腮等廣鹽性生物，也包括海綿骨針、薄殼介形蟲、抱球蟲等深水環(huán)境生物，同時發(fā)育有石質(zhì)海綿骨架、珊瑚等造礁生物。其中，造礁生物主要在坳陷帶西北部更發(fā)育，部分巖石中骨架造礁生物的結構組分比例超過90%；抱球蟲、薄殼介形蟲等深水生物在坳陷帶南部的S21井區(qū)附近較常見。巖石及古生物特征反映研究區(qū)在卡洛夫期—牛津期整體為碳酸鹽巖低能較深水沉積環(huán)境，僅局部發(fā)育較高能的淺灘、點礁，全區(qū)的沉積水體由西至東、由北向南具有逐漸加深的趨勢。

圖2 別什肯特坳陷帶卡洛夫階—牛津階巖石類型圖

2.2 沉積相類型

卡洛夫早期，阿姆河盆地遭受海侵，阿姆河右岸地區(qū)整體進入碳酸鹽巖緩坡沉積階段，在右岸西部、中部地區(qū)水體相對較淺，以內(nèi)緩坡、中緩坡相為主，發(fā)育片狀碳酸鹽巖灘體，局部見少量的點礁。右岸中東部地區(qū)在該期主要發(fā)育外緩坡相，以低能灰泥沉積為主[3,9-10]。

在前人對阿姆河右岸全區(qū)沉積相的認識基礎上，結合別什肯特坳陷帶巖石學和古生物特征分析，坳陷帶在卡洛夫期整體為中—低能沉積環(huán)境，發(fā)育中緩坡、外緩坡和盆地3類沉積相。其中，中緩坡相發(fā)育有顆粒灘、緩坡丘、緩坡海等3類沉積亞相，又可細分為6類沉積微相；外緩坡相發(fā)育有緩坡丘、緩坡海2類沉積亞相，可細分為3類沉積微相（表1）。

表1 別什肯特坳陷帶卡洛夫階沉積相類型及巖性、古生物特征表

阿姆河右岸地區(qū)在牛津早期發(fā)生區(qū)域性海侵，其中東部地區(qū)在卡洛夫期形成的碳酸鹽中—外緩坡的基礎上繼續(xù)保持著向海底逐漸傾斜的緩坡形態(tài)，局部沉積高點處的礁灘體在牛津期繼承性生長；位于右岸西部的查爾朱隆起與堅基茲庫爾隆起帶，由于沉積水動力強，整體沉積速率加快，在牛津期逐漸由前期的內(nèi)緩坡相發(fā)育為碳酸鹽巖臺地相，因此整個阿姆河右岸地區(qū)在牛津期進入臺地—斜坡沉積環(huán)境[9-10]。

精細沉積相分析表明，坳陷帶在牛津期主要發(fā)育碳酸鹽巖上斜坡、下斜坡沉積相，并以下斜坡相為主，在坳陷帶南部發(fā)育盆地相。區(qū)內(nèi)卡洛夫期發(fā)育的顆粒灘相在牛津期繼承性發(fā)育為小規(guī)模生物點礁相，形成生物礁灘復合體。上斜坡相細分為生物礁、顆粒灘、斜坡丘、斜坡等4類沉積亞相和點礁、生屑灘、砂屑灘等7類沉積微相，下斜坡相細分為低能斜坡丘、低能斜坡海2類沉積亞相和生物丘、灰泥丘等3類沉積微相（表2）。

表2 別什肯特坳陷帶牛津階沉積相類型及巖性、古生物特征表

3 礁灘地震識別

別什肯特坳陷帶取心井數(shù)少，5口井取心總長度為236.21 m，且取心井分布范圍小，集中在坳陷帶北部及中南部。因此，需要借助礁灘地震綜合識別結果開展坳陷帶緩坡礁灘體平面展布研究。

3.1 基底古地貌特征

阿姆河右岸地區(qū)在卡洛夫階—牛津階沉積之前的基底古地貌主要存在兩個基底古隆起，分別為坳陷帶西部的堅基茲庫爾古隆起和中部的桑迪克雷古隆起[11]，兩個基底古隆起海拔較高，隆起幅度大，整體具有西北高—東南低的古地貌特征（圖3）。從圖3可以看出，除兩個大型基底古隆起以外，在別什肯特坳陷帶北部的G22井區(qū)、T21井區(qū)及中南部的B21—H21井區(qū)還存在著3個小型古隆起帶，北部G22井區(qū)、T21井區(qū)兩個次級古隆起呈北東—南西向，中南部B21—H21井區(qū)次級古隆起呈北西—南東向，B21—H21井區(qū)古隆起帶與周圍地貌之間的海拔高度差介于700～900 m[9]。

圖3 阿姆河右岸區(qū)塊基底構造圖

從過坳陷帶中南部的地震剖面（圖4）可以看出，B21—H21井區(qū)基底反射層（頂界為T20）的北西翼和南東翼均明顯下傾，古隆起上覆蓋的二、三疊系（頂界為T18）和中下侏羅統(tǒng)（頂界為T16）的厚度均比兩側(cè)地區(qū)更薄（圖4），表明在卡洛夫階—牛津階沉積之前，B21—H21井區(qū)基底存在古隆起。

圖4 過B21井—H21井地震剖面圖

3.2 深水低能礁灘地震識別技術

別什肯特坳陷帶卡洛夫階—牛津階碳酸鹽巖緩坡發(fā)育點礁、顆粒灘相，礁灘體具有分散、規(guī)模小的特點；同時，由于坳陷帶目的層上覆的巨厚復雜變形鹽膏巖與礁灘體疊置樣式復雜，導致其下伏的礁灘體識別特別困難。筆者針對坳陷帶已完成三維地震資料處理、解釋，通過建立鹽膏巖—碳酸鹽巖疊置模式，在礁灘體古地貌背景的基礎上，以礁灘體厚度異常及內(nèi)部反射特征為核心，同時兼顧碳酸鹽巖頂界面反射及上覆鹽膏巖變形等特征，利用連片高精度三維地震資料，開展低能礁灘復合體的綜合識別，形成了深水低能緩坡礁灘體的綜合識別技術。

3.2.1 礁灘體特征

作為一種特殊的碳酸鹽巖沉積體，礁灘體的沉積建造和分布與沉積環(huán)境密切相關。由于經(jīng)歷了特殊的沉積作用和成巖過程，緩坡礁灘復合體具有獨特的地貌及巖石學特征，其反射波的振幅、頻率、連續(xù)性等與圍巖有較明顯的差別，因此，可以通過地震剖面的外部形態(tài)、內(nèi)部結構以及與圍巖的接觸關系等來識別緩坡礁灘體[12-16]。坳陷帶內(nèi)的緩坡礁灘體類型主要為小面積隆起的塔狀礁灘復合體與小面積點丘狀礁灘復合體。圖5展示了區(qū)內(nèi)生物礁灘體的典型地震剖面與地質(zhì)解釋剖面圖。塔狀礁灘復合體的垂向增厚現(xiàn)象顯著，具有展布面積較小、隆起幅度高、厚度大的“寶塔”狀形態(tài)特征。點丘狀礁灘復合體在形態(tài)上表現(xiàn)為丘狀外形，隆起高度及分布面積相對有限。

3.2.2 正演模擬

針對礁灘復合體地震響應特征，以實際地震剖面、測井數(shù)據(jù)及VSP資料為基礎，建立正演模型，利用波動方程有限差分法實現(xiàn)模型正演，通過正演剖面與實際地震資料的對比分析，確定礁灘體地震響應特征，作為礁灘體地震預測的依據(jù)。

圖5 研究區(qū)礁灘復合體典型地震剖面與地質(zhì)解釋剖面圖

以地質(zhì)、地震資料豐富的阿姆河右岸區(qū)塊中部地區(qū)過C21井主測線（Inline 3260）疊前時間偏移剖面為例，結合測井資料建立礁灘復合體的正演速度模型（圖6-a）。模型中碳酸鹽巖上部發(fā)育一套薄的伽馬泥巖蓋層，速度為4 800 m/s，儲層位于礁體內(nèi)的上部，速度為5 300 m/s。利用基于波動方程有限差分法的模型正演，得到正演剖面（圖6-b），圖6-b中清晰地模擬了點丘狀礁灘復合體的丘狀隆起、內(nèi)部弱成層性、邊界調(diào)諧等現(xiàn)象。模擬記錄與實際地震剖面（圖6-c）的一致性，圖6-c中標識了礁灘復合體的4個主要反射特征點。其中，1是礁灘復合體的左邊界調(diào)諧點，2是礁灘復合體內(nèi)部的層狀反射，3是礁灘復合體頂部的隆起反射，4是礁灘復合體的右邊界調(diào)諧點。

3.2.3 礁灘體綜合識別技術

3.2.3.1 厚度識別

受古地貌影響，礁灘體優(yōu)先生長的有利位置為古地貌高部位。礁灘體的發(fā)育使地層明顯增厚，高出其他同期沉積物，形成底平頂凸的丘狀隆起特征，利用地震數(shù)據(jù)尋找地層厚度異常范圍即可實現(xiàn)礁灘體的初步識別[15-16]（圖5）。

圖6 研究區(qū)礁灘復合體正演速度模型、正演剖面及實際地震剖面圖

3.2.3.2 地震相識別

利用對敏感地震屬性進行礁灘體的地震預測刻畫。以別什肯特坳陷帶卡洛夫—牛津階頂界（T14）為參考層，進行屬性（振幅類、頻率類、相位、速度等屬性）提取，結合實鉆資料對屬性敏感度開展分析，確定對生物礁灘敏感的地震屬性為反射強度及速度屬性。當礁灘體發(fā)育時，礁灘體頂面為中等反射強度，內(nèi)部反射強度變大，速度變低[17-18]。通過提取目的層段的反射強度、速度等屬性可以定性分析礁灘體分布，刻畫礁灘體邊界。

3.2.3.3 鹽層厚度間接識別

坳陷帶碳酸鹽巖上覆巨厚塑性鹽膏層，其上與白堊系、其下與碳酸鹽巖形成兩個滑脫面，受構造造山運動東西向壓扭應力作用，發(fā)生塑性流動，遇礁體巖隆阻擋，塑性鹽膏層向兩側(cè)流動，使下鹽層厚度在礁體發(fā)育部位明顯減薄，剛性礁灘體兩側(cè)鹽膏巖厚度異常增厚，形成“眼球”狀構造（圖5）。通過對上覆鹽膏層的“眼球”狀構造特征的識別即可實現(xiàn)對礁灘體展布的間接預測。

3.3 礁灘體地震識別

通過地震資料的精細構造解釋，利用模型正演分析確定緩坡礁灘體儲層的地震響應特征，結合上覆塑性鹽膏層變形特點，通過提取時差、反射強度、速度等多種地震屬性，在別什肯特坳陷帶內(nèi)共識別出面積大于1 km2的礁灘體68個，總面積為187.3 km2（圖 7）。

圖7 別什肯特坳陷帶卡洛夫階—牛津階礁灘體地震預測平面分布圖

從圖7的礁灘體地震預測結果看，北部的G22井區(qū)、南部的B21—H21井區(qū)灘體發(fā)育（已鉆井落實），在坳陷帶中南部的Mol地區(qū)發(fā)育面積超過30 km2的礁灘體，坳陷帶北側(cè)及中部分散發(fā)育大量的面積約2 km2的礁灘體，在坳陷帶西南部、南部發(fā)育有數(shù)個面積約5 km2的礁灘體（圖7）。總體而言，坳陷帶的南部發(fā)育大量的中小型礁灘體，具備進一步勘探價值。

4 有利礁灘綜合預測與應用

4.1 有利礁灘體展布

在阿姆河右岸區(qū)塊的區(qū)域沉積背景認識基礎上，根據(jù)單井沉積相的分析，結合古地貌特征及礁灘體地震識別成果，綜合預測了別什肯特坳陷帶卡洛夫階、牛津階的礁灘體分布范圍（圖8），圈定了坳陷帶內(nèi)的有利礁灘體發(fā)育帶。

圖8 別什肯特坳陷帶卡洛夫期—牛津期生物礁灘體地震地質(zhì)綜合預測圖

4.1.1 卡洛夫階

卡洛夫期，阿姆河右岸地區(qū)古地貌上沉積發(fā)育了碳酸鹽巖緩坡沉積體系，其中在別什肯特坳陷帶內(nèi)由北至南、由西至東發(fā)育了中緩坡、外緩坡及盆地相，區(qū)內(nèi)沉積水體逐漸加深。中緩坡帶主要分布在坳陷帶西北部的G22—B21—T21井區(qū)；外緩坡主要分布在坳陷帶中部，即T21—H21—B21以南及以東地區(qū)；坳陷帶西南部地區(qū)為整個阿姆河右岸地區(qū)的構造最低點，為一構造凹陷，為深水盆地沉積（圖8-a）。

受早期古地貌的影響，中緩坡相由于位于基底古隆起帶上，發(fā)育形態(tài)呈點狀、面積相對較小的礁灘體，且分布較為零星；外緩坡相水體明顯加深，僅在靠近中緩坡帶的附近發(fā)育零星的緩坡丘；盆地相無礁灘體發(fā)育（圖8-a）。

4.1.2 牛津階

在卡洛夫期碳酸鹽緩坡沉積基礎上，坳陷帶在牛津期繼續(xù)保持緩斜坡地貌形態(tài)。卡洛夫期的礁灘體在牛津期繼承性生長。該期主要發(fā)育碳酸鹽巖上斜坡、下斜坡、盆地相（圖8-b）。上斜坡相主要發(fā)育在坳陷帶北部的G22—S21井區(qū)，早期碳酸鹽巖中緩坡的礁灘體在牛津期得到繼承性生長，形成了小型礁灘復合體，其發(fā)育面積也較卡洛夫期有所增大；下斜坡相在坳陷帶中東部，發(fā)育低能緩坡丘與深水緩坡海微相，其中低能緩坡海是主要的沉積微相，緩坡丘僅呈小范圍、零散分布；盆地相在牛津期的分布范圍與卡洛夫期基本一致，在坳陷帶南部，發(fā)育在右岸地區(qū)的古地貌構造凹陷中（圖8-b）。

在牛津期，坳陷帶北部的G22—S21井區(qū)位于古地貌相對高點，在卡洛夫期碳酸鹽中緩坡相基礎上發(fā)育上斜坡相，為坳陷帶內(nèi)沉積環(huán)境有利的區(qū)域，卡洛夫期的顆粒灘相在牛津期得到繼承性生長，坳陷帶北部的G22井區(qū)、T21井區(qū)以及中南部的B21—H21井區(qū)的緩斜坡礁灘復合體發(fā)育程度為全區(qū)最好（圖8-b）。其中B21—H21井區(qū)（Mol地區(qū)）為坳陷帶下一步最有利的勘探目標，其東側(cè)的Sal地區(qū)為較有利的勘探目標（圖8-b）。下斜坡發(fā)育小范圍、零散分布的礁灘體。盆地相無礁灘體發(fā)育（圖8-b）。

4.2 應用效果

根據(jù)本次研究成果，阿姆河公司在別什肯特坳陷帶南側(cè)的Mol、Sal地區(qū)分別部署完鉆了M21、S21井。其中，S21井在卡洛夫階—牛津階鉆遇裂縫—孔隙型顆粒灘儲層，在牛津階采用14.3 mm油嘴測試，在油壓為46.92 MPa的條件下獲日產(chǎn)天然氣114.68×104m3，日產(chǎn)凝析油86.81 m3，無阻流量為900.68×104m3/d。M21井在卡洛夫階—牛津階鉆遇了深水緩坡沉積背景下的孔洞型生物礁、顆粒灘儲集體，在牛津階采用14.3 mm的油嘴測試，在油壓為31.72 MPa的條件下獲日產(chǎn)天然氣81.77×104m3，日產(chǎn)凝析油34.9 m3，天然氣無阻流量為143.14×104m3/d。坳陷帶南側(cè)的M21、S21井的成功獲氣突破了別什肯特坳陷帶低能緩斜坡不具備有利生物礁、顆粒灘發(fā)育的前期認識，為在阿姆河右岸區(qū)塊中東部的天然氣勘探開拓了新的領域。

5 結論

1）別什肯特坳陷帶卡洛夫階—牛津階巖石類型以泥晶顆粒灰?guī)r、顆粒泥晶灰?guī)r及泥晶灰?guī)r為主，生物礁灰?guī)r少見；卡洛夫期主要為中緩坡、外緩坡沉積，牛津期主要為上斜坡、下斜坡沉積，低能緩斜坡沉積特征明顯。

2）建立鹽膏巖—碳酸鹽巖疊置模式，在礁灘體發(fā)育古地貌背景的基礎上，通過礁灘地層厚度識別、非連續(xù)性地震屬性提取和基于波動方程的模型正演等技術攻關，形成一套適用于阿姆河坳陷帶的鹽下小規(guī)模礁灘地震地質(zhì)綜合識別方法，并在坳陷帶內(nèi)共識別出面積超過1 km2的礁灘體68個，合計面積為187.3 km2，其中坳陷帶西部的Mol地區(qū)為緩斜坡礁灘的最有利發(fā)育區(qū)。

3）結合古地貌特征及礁灘地震識別成果，明確別什肯特坳陷帶北部的G22井區(qū)、T21井區(qū)以及中南部的B21—H21井區(qū)及其周緣地區(qū)為有利區(qū)帶。其中B21—H21井區(qū)為區(qū)內(nèi)下一步最有利的勘探目標，部署實施2口井均獲高產(chǎn)氣流，打破了阿姆河右岸區(qū)塊低能緩斜坡不具有利生物礁灘相發(fā)育的前期認識，實現(xiàn)了阿姆河右岸地區(qū)別什肯特坳陷帶天然氣勘探的突破。