陵水凹陷中央峽谷水道砂體構型地震響應正演模擬及有利分布區預測

劉 巍 胡 林 廖 儀 王玲玲 何昭勇 賈曙光

(1.中海石油(中國)有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057； 2.北京金海能達科技有限公司 北京 102299)

深海是我國海上未來油氣發展的潛力區，走向深海是中國海油長遠發展的必然選擇[1]。海底水道是深水沉積體系的重要單元，是主要的沉積物搬運通道及粗碎屑沉積場所，是陸緣盆地內重要的油氣儲集層[2-3]，盡管這類儲集層具有較高的孔隙度和滲透率，但是其內部結構(連通性、幾何形態、巖性、砂體疊置關系)復雜多變，從而導致水道儲層非均質性嚴重，制約著油氣藏的高效開發[4-5]。因此，加強海底水道沉積構型研究有助于實現對海底水道砂體的內部結構進行鉆前預測，有利于評價儲層非均質性對油氣藏開發的影響。

層次劃分是進行海底水道沉積構型研究的前提，水道沉積構型可劃分為多個層次單元。針對深水沉積體系，學者們提出了多種構型級次劃分方案。結合Mutti、Lamb等[6-7]提出的5級和6級劃分標準，林煜 等[8]以非洲西部地區為例，認為濁積水道體系的構型單元可劃分為7級，其中3～5級水道沉積構型最受學者關注，也是研究的重點，分別為單一水道、水道復合體、水道復合體組合。張文彪 等[9]將林煜等提出的7級劃分方案名稱略作修改，將4～5級的水道復合體和水道復合體組合改為復合水道和水道體系。趙曉明 等[10-11]認為水道體系外部樣式可分為限制性、半限制性和非限制性3個大類，水道體系內部多期復合水道間存在垂向疊置和側向疊置2種類型，前者可細分為孤立式、疊加式和切疊式，后者則包括疊合式和分離式；復合水道內部單一水道存在側向遷移和沿古流向遷移2種模式，使得單一水道之間在剖面上表現為側向切疊式和垂向切疊式。李晨曦 等[12]利用疊置比例表征單一水道砂體之間的疊置關系，包括垂向離散式、垂向疊加式、垂向切疊式、平面離散式、平面疊加式、平面切疊式、完全離散式和完全切疊式。

在深水油氣勘探方面，前人從濁積水道儲層構型成因機理和控制因素[9,11,13-15]，不同級次構型單元的地震相形態、規模和疊置樣式[10-11]，水道流動路徑、疊置樣式和內部充填物對同沉積構造響應機理[16]，水道砂體連通性表征[17-18]等方面進行了研究，但對于濁積水道砂體構型地震響應特征方面的研究僅限于描述剖面上的響應特征，開展進一步的正演模擬分析還較少。程岳宏、Kolla等[19-20]認為深水彎曲水道底部和軸部多為強振幅反射，可見中等連續的退覆、上超或疊瓦狀的反射結構。趙曉明等[10-11]認為限制性水道體系邊界同相軸明顯錯斷，推斷為大型下切谷界面，整體呈現U型或V型；水道體系內部以雜亂狀或疊瓦狀地震反射結構為主，振幅中強，見弱振幅填充，同相軸連續性差—中等。

本文以瓊東南盆地陵水凹陷濁積水道為例，以地震正演模擬為手段，構建深水峽谷濁積水道內部砂體構型樣式，揭示濁積水道砂體組合類型，分析多種水道砂體及組合的地震反射特征，分級開展高頻地震資料的沉積構型研究，進而預測有利砂體分布區，總結砂體的平面分布規律，指導有利濁積砂體的識別。

1 研究區概況

瓊東南盆地位于中國南海西北部大陸邊緣，總體呈近東西向延伸，面積約為8×104km2，受區域板塊活動加強引起的區域性大海退、峽谷底部早期隱伏斷裂帶以及下伏南北高中部低、西高東低的地勢地貌等聯合影響，巨量的沉積物向古凹槽內搬運、侵蝕，形成長達425 km的大型中央峽谷重力流水道[21-22](圖1)。該深水峽谷體系延伸長、下切深，具有分段式發育、多期次充填和多物源供給的沉積模式，有利于沉積物的搬運和卸載，是深水區重要的儲層發育場所[14]，其中多期水道砂組是天然氣主要富集區，具有“多藏獨立、縱向疊置”的特點，勘探潛力大[23]。

圖1 研究區位置與中央峽谷水道分布

研究區為陵水25-1氣田區，位于樂東凹陷東部，水深980 m，為單個圈閉成藏，含氣層位為黃流組，埋深為3 600～3 800 m，以限制性—半限制性水道體系為主，發育大型下切谷，下切谷兩側不發育或發育不明顯溢岸天然堤；疊后地震剖面上，水道體系呈“V”型，邊界處地震同相軸明顯錯斷，晚期水道體系對早期水道體系的下切作用較明顯(圖2)。晚期水道體系是研究的目標層段，以厚層濁積砂體充填、多期下切谷改造為主要特點，儲層均質性較強，砂體連續性好、含氣性好，發育多個復合水道以及2氣組和3氣組砂體。

圖2 研究區深水濁積水道構型樣式

2 水道砂體構型地震響應正演模擬

2.1 單一水道砂體構型

水道的幾何形態和規模要素通常包括水道的彎曲度、彎曲弧長、波長、寬度、深度等[24]，本次研究著重分析水道的寬度、深度等垂向剖面特征，先從小尺度沉積單元的單一水道入手，研究水道尺寸、傾角、填充物、砂泥互層的地震響應特征。瓊東南盆地深水中央峽谷成熟區已鉆井的含氣儲層和水層都表現出強振幅亮點特征，但是在相同泥巖蓋層情況下，氣層頂面反射系數大于水層頂面反射系數，氣層頂面反射振幅能量強于水層[25]。結合研究區測井數據，設定縱、橫波速度和密度參數，并建立數值模型(表1和圖3a)；同時，確定模擬深度范圍是3 000～4 500 m，炮點深度和接收點深度在3 000 m，主頻為25 Hz，進行正演模擬。

表1 單一水道砂體正演模擬模型參數

圖3b是正演模擬得到的自激自收剖面。第1～3組表示水道尺寸上的變化，單一水道規模較小，為幾米到百米級別。其中，第1組隨著水道高度的增加，水道頂底反射分開，短反射的能量減弱；第2組受水道底部“凹”形態的影響，水道頂底反射沒有分開，短反射呈下凹弧度，且隨著水道寬度的增加，逐漸形成中等連續的反射特征；第3組水道頂底反射分開，頂部是平直中等連續反射，且隨著水道寬度增大而增長，而底部是“V”反射特征，總體上尺寸較小的水道砂體具有短—中等連續的響應特征，尺寸較大的水道砂體具有邊緣強、內部弱的振幅響應特征。第4組表示水道傾斜角度的改變，角度越大，短反射越傾斜。第5組表示水道內部巖石速度和密度參數的改變，左側3個分別為模擬含氣砂巖、含水砂巖和泥巖水道，速度依次增大，此時水道與圍巖波阻抗差為正并隨之變小，地震反射特征變弱，與圍巖接近的泥巖水道的地震響應近乎于空白反射；右側2個均為模擬砂泥巖互層水道，泥巖隔層設置為5 m，比較含氣砂巖水道和氣砂與泥巖互層水道，可見受泥巖隔層影響，水道頂部同相軸能量減弱(紅色箭頭所示)，水道底部已不再是“V”反射特征，而是錯斷雜亂的短反射特征(藍色箭頭所示)。

圖3 單一水道砂體正演模擬

2.2 復合水道內部砂體構型

復合水道是僅次于水道體系的中等尺度構型單元，由多個單水道、1～3個氣組砂體組成。依據鉆井、測井資料及氣組地震相特征，同時參考趙曉明、李晨曦等[11-12]提出的水道構型層次分級方案，研究區單一水道砂體之間存在垂向疊置和側向疊置2種構型樣式，均又細分為孤立式、疊合式和切疊式等3種疊置樣式。

2.2.1垂向疊置構型樣式

為了界定3種疊置樣式，首先建立水道砂體疊置模型(圖4a)，分析隔夾層厚度對2個垂直疊置水道地震響應特征的影響。設置7種隔夾層厚度，分別為3、5、10、15、30、60和100 m，進行正演模擬。從正演模擬得到的自激自收剖面(圖4b)可以看出，當隔夾層厚度為3 m和5 m時，下邊水道的頂部反射和上邊水道的底部反射混合在一起，下邊水道的頂部反射缺失，形成“兩谷一峰”的丘狀特征(藍色矩形框所示)；當隔夾層厚度大于10 m時，逐漸出現下邊水道的頂部反射，能量逐漸增強；當隔夾層厚度大于30 m時，隔夾層達到調諧厚度，2個垂直疊置水道的地震反射逐漸分開。

圖4 垂向疊置水道砂體隔夾層厚度變化正演模擬

結合上述正演模擬結果和研究區地質、地震和測井分析情況，認為垂向孤立式砂體組合是不同氣組單元間的砂體組合關系，砂體之間被10～30 m的厚層深海泥巖分隔(圖5a中編號1)；垂向疊合式砂體之間被3～10 m的泥巖隔層分隔(圖5a中編號2)，剖面上有水道凸起倒置地震相特征，這是由差異壓實作用引起，水道頂面向上凸起得越厲害，則說明該水道砂體厚度較厚、儲層物性也越好[26]；而垂向切疊式砂體組合是指晚期砂體切割早期砂體，再疊置晚期水道砂體的砂體組合樣式(圖5a中編號3)，體現了濁積水道縱橫向演化復雜、多期次沉積充填特征，砂體間相互切割、沖蝕，儲層非均質性較強。

參考隔夾層厚度分析參數，建立3種垂向疊置水道砂體地震響應正演模型(圖5b)，并根據測井解釋結果來調整隔夾層厚度，模擬剖面上的地震特征，驗證疊置樣式分類的正確性。例如，對于圖5b中編號1，垂向孤立式砂體組合間泥巖隔層厚度為70 m，在地震剖面上有一定傾斜，設置水道砂體厚度分別是30 m和62 m，據此得到的正演模擬結果與地震響應特征相符合，即2個水道砂體的地震響應是分開的，頂部具有強振幅波谷的特征。對于圖5b中編號2，垂向疊合式水道砂體組合間泥巖隔層厚度為5 m，設置水道凸起倒置的特征，下邊水道內部有一個10 m的泥巖隔層，據此得到的正演模擬結果與地震剖面類似，即下邊水道砂體頂部反射缺失，形成“兩谷一峰”的丘狀特征，泥巖隔層使得下邊水道底界面反射與側邊界反射錯斷，并減弱其反射能量。對于圖5b中編號3，垂向切疊式水道砂體模型中5個水道砂體疊置在一起，且相互切割，水平間距都在25 m以內，垂向間距都在10 m以內，據此得到的正演模擬結果與地震剖面相對應，顯示具有5個弱振幅復波。

圖5 垂向疊置水道砂體地震剖面、測井解釋結果及正演模擬

2.2.2側向疊置構型樣式

圖6 水道砂體側向疊置間距變化正演模擬

如圖7a所示，在實際地震剖面中，側向孤立式砂體組合發育在被晚期下切水道沖蝕改造強烈的地區，砂體被泥質充填水道完全分隔，呈孤立式分布與“一砂一藏”的特征；側向疊合式砂體組合一般發育在晚期有小規模水道沖蝕、砂體之間有薄層天然堤、泥質沉積發育的地區，儲層具有一定的非均質性，但局部也有一定的連通性；側向切疊式砂體組合發育在砂體側向遷移、水道擺動頻繁的地區，砂體之間同樣有薄層水道間泥巖、天然堤的存在，但局部也有一定的非均質性。

以水平分辨力分析為依據，建立3種水道砂體側向疊置模式的正演模型，并進行正演模擬，如圖7b所示，結果表明：左邊側向孤立式水道砂體的平均間距大于70 m，地震剖面上呈現孤立的中等連續反射特征，符合“一砂一藏”的特征；中間側向疊合式水道砂體之間的距離較近，小于70 m，各個砂體的中等連續反射特征無法被嚴格地區分開來，它們相互連接在一起，因水道砂體尺寸、位置、填充物等不同而形成能量不同、扭曲、略有錯斷的同相軸特征；右邊側向切疊式砂體的地震響應為同相軸傾斜、扭曲，具有“波浪形”的特征。由此可見，側向疊置水道砂體模型的正演結果與實際剖面的砂體地震響應特征吻合程度高。

圖7 側向疊置水道砂體地震剖面及正演模擬

3 研究區水道砂體的類型劃分和有利分布區預測

3.1 水道砂體類型劃分

基于水道砂體構型樣式正演模擬分析，依據水道砂體地震縱橫向反射結構、波形、振幅強弱、連續性等參數，按照地震相特征將研究區2個主要氣組水道砂體劃分為6類(圖8a、b和表2)。

圖8 研究區水道砂體類型及正演模擬

表2 研究區水道砂體類型

1) 透鏡狀反射(A類)。

該類水道砂體為透鏡狀外形、橢圓形平面、強振幅反射的特征，反映由多套單一水道砂體疊置的厚層復合水道砂體，而且水道砂體尺寸大時，其內部弱振幅特征明顯。地質分析表明，研究區中部W1、W5井區2、3氣組水體流速快，巖屑顆粒分選好，儲層物性好；測井分析認為，縱橫波速度比是識別研究區氣層的優勢屬性(門檻值是1.70)，在反演的縱橫波速度比剖面上表現為厚層砂體疊置，且鉆井證實該井區2、3氣組是高含氣性儲層。研究區中部W1、W5井區2、3氣組屬于此類水道砂體結構，為水道體系內主水道。

2) 丘狀反射(B類)。

該類水道砂體是在A類反射基礎上，頂部疊置了波谷反射特征，平面上為長圓形，氣組頂部為中—強振幅波谷，整體具有“兩谷一峰+頂波谷”的特征；在反演的縱橫波速度比剖面上表現為兩套砂體疊合的高含氣儲層(縱橫波速度比<1.70)。研究區西部WW1井區2氣組內部砂體組合屬于此類水道結構。

3) 強振幅波谷反射(C類)。

該類水道砂體平面上為S形—長條形，剖面外形呈席狀。該類水道沉積充填砂體比A、B類厚層水道薄，或是疊置水道被下切水道沖蝕切割，內部隔層相對不發育；在反演出的縱橫波速度比剖面上表現為薄層單砂體特征。研究區3氣組多為此類水道砂體組合特征。

4) 斜交透鏡狀反射(D類)。

該類水道砂體剖面形態呈透鏡狀，與泥巖之間形成波谷反射界面，頂部波谷為中等強度振幅，一般為物性、含氣性稍遜色于A、B類的濁積水道反射特征，通常視為含水的濁積砂體；在反演出的縱橫波速度比剖面上表現為砂體發育，但含氣性較差。

5) 下切復波波谷反射(E類)。

該類水道砂體剖面振幅變弱，出現復波反射，平面為狹長濁積水道特征；水道砂體被沖蝕，被泥質、巖性混雜的沉積物充填替換，砂體厚度變薄，這是研究區2、3氣組砂體下切水道的反射特征。分析認為，下切水道是濁積水道砂體橫向連通性變差的原因之一。

6) 層狀反射(F類)。

該類水道砂體剖面為層狀、平行弱反射，平面為席狀長條形；在反演出的縱橫波速度比剖面上表現為高阻抗泥巖，縱橫波速比大于1.8，為深海泥巖典型反射特征。

根據上述濁積水道砂體類型劃分及測井相應特征，開展了地震正演模擬研究(圖8c)。通過對多類砂體正演模型與鉆井揭示的砂體反射特征的對比分析，結果顯示二者的反射結構與振幅特征是一致的，驗證了上述濁積水道砂體分類的合理性，表明本文正演模擬結果可用于指導研究區有利砂體分布的定性預測。

3.2 水道砂體綜合評價及有利分布區預測

基于上述水道砂體類型劃分方案，綜合水道砂體構型地震響應正演模擬分析及儲層反演結果和已知井信息，將研究區A、B、C類水道砂體評價為Ⅰ類儲層，D類水道砂體評價為Ⅱ類儲層，E、F類水道砂體分別評價為Ⅲ類儲層和非儲層(表2)。在此基礎上，利用地震時頻三原色切片分析技術進行了研究區2氣組主要含氣砂體的平面分布范圍預測，并開展了有利砂體分布的定性評價(圖9)，結果表明：該氣組有利砂體分布區位于未遭受下切水道改造的區域，中段W1井區、W5井區、WW1井區北部及峽谷水道側翼水道改造較弱，砂體厚度大，圈閉及物性條件好，是最有利的Ⅰ類水道砂體發育區；而東北部(未鉆探區域)發育多個厚度較大、含氣性較好的Ⅰ、Ⅱ類水道砂體，是未來勘探潛力區。

圖9 研究區晚期水道2氣組有利砂體分布平面圖

4 結論

1) 水道砂體構型地震響應正演模擬分析表明，單一水道砂體的地震響應具有中等連續的強反射特征；尺寸較大時，砂體邊緣為強振幅反射，砂體內部為弱振幅反射；含水砂巖水道較含氣砂巖水道的響應特征弱；受泥巖隔夾層的影響，水道底部原本的“V”反射特征變成錯斷雜亂的短反射特征。

2) 復合水道內部砂體可劃分為垂向孤立式、垂向疊合式、垂向切疊式、側向孤立式、側向疊合式和側向切疊式等6種疊置構型樣式。正演模擬分析表明，垂向孤立式水道砂體的地震響應是分開的，頂部是強振幅波谷特征；垂向疊合式水道砂體具有“兩谷一峰”的丘狀特征；垂向切疊式水道砂體具有弱振幅復波的特征；側向孤立式水道砂體具有多個孤立的中等連續的反射特征；側向疊合式水道砂體具有能量不同、扭曲、略有錯斷的同相軸特征；側向切疊式水道砂體具有“波浪形”的反射特征。

3) 基于水道砂體構型樣式正演模擬分析，依據水道砂體地震縱橫向反射結構、波形、振幅強弱、連續性等參數，按照地震相特征將研究區2個主要氣組水道砂體劃分為6類，即透鏡狀反射(A類)、丘狀反射(B類)、強振幅波谷反射(C類)、斜交透鏡狀反射(D類)、下切復波波谷反射(E類)及層狀反射(F類)，并將A、B、C類水道砂體評價為Ⅰ類儲層，D類水道砂體評價為Ⅱ類儲層，E、F類水道砂體分別評價為Ⅲ類儲層和非儲層。

4) 利用地震時頻三原色切片分析技術對研究區晚期水道2氣組主要含氣砂體的平面分布范圍進行了預測，并開展了有利砂體分布區的定性評價，結果表明該氣組有利砂體分布區位于未遭受下切水道改造的區域，其中中段W1井區、W5井區、WW1井區北部及峽谷水道側翼水道改造較弱，砂體厚度大，圈閉及物性條件好，是最有利的I類水道砂體發育區；而東北部(未鉆探區域)發育多個厚度較大、含氣性較好的Ⅰ、Ⅱ類水道砂體，是未來勘探潛力區。