南海西部深水區(qū)潛山儲(chǔ)層分帶特征與有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)*

宋愛(ài)學(xué) 楊計(jì)海 楊金海 胡 斌 王麗君 盧 昕

(中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057)

近幾年，在我國(guó)東部渤海灣盆地[1-2]、西部塔里木盆地[3]及準(zhǔn)噶爾盆地[4]等都有潛山油氣藏的發(fā)現(xiàn)，揭示出潛山領(lǐng)域巨大的勘探潛力。潛山主要儲(chǔ)集空間為基巖遭受長(zhǎng)期風(fēng)化淋濾作用形成的風(fēng)化殼和與構(gòu)造活動(dòng)相關(guān)的網(wǎng)格狀裂縫。

南海西部瓊東南盆地歷經(jīng)多年勘探，鉆遇基巖潛山的井超過(guò)幾十口，但尚未取得油氣發(fā)現(xiàn)。2019年，中海油湛江分公司在深水區(qū)松南低凸起中生界花崗巖潛山喜獲工業(yè)氣流，日產(chǎn)天然氣超百萬(wàn)立方米，測(cè)試產(chǎn)能創(chuàng)中國(guó)海域潛山氣藏新紀(jì)錄，實(shí)現(xiàn)瓊東南盆地中生界潛山商業(yè)發(fā)現(xiàn)零的突破。瓊東南盆地中生界基巖潛山領(lǐng)域圈閉成群成帶分布，勘探潛力巨大，是下一步的重點(diǎn)油氣勘探領(lǐng)域。潛山油氣勘探的首要任務(wù)是落實(shí)其儲(chǔ)集能力，由于深水鉆探成本高昂，鉆井資料少，因此通過(guò)地球物理手段精確預(yù)測(cè)有利儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)至關(guān)重要。

本文從已鉆井巖電特征分析入手，結(jié)合正演模擬技術(shù)，開展?jié)撋絻?chǔ)集相帶縱向劃分與有利地震相分析。綜合應(yīng)用螞蟻體、曲率體屬性融合技術(shù)，精細(xì)刻畫裂縫產(chǎn)狀，有效提高了潛山裂縫型儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度，在研究區(qū)取得了較好的應(yīng)用效果。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

瓊東南盆地深水區(qū)是南海西部天然氣勘探的主戰(zhàn)場(chǎng)[5-8]，自2014年陵水17-2千億立方米大氣田發(fā)現(xiàn)以來(lái)，日益引起國(guó)內(nèi)外勘探界的重視。松南低凸起(圖1)位于深水區(qū)中央坳陷帶樂(lè)東-陵水凹陷與松南-寶島凹陷結(jié)合部，多凹環(huán)抱，成藏條件較好；構(gòu)造整體呈近東西向展布，面積達(dá)3 000 km2，基底巖性為中生界三疊系花崗巖。

圖1 瓊東南盆地構(gòu)造區(qū)劃圖

區(qū)域構(gòu)造演化研究表明，松南低凸起花崗巖形成以來(lái)主要遭受三期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)：印支期擠壓成山階段、燕山期走滑改造階段、喜山期伸展翹傾抬升階段[9-10]。多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加控制了松南低凸起花崗巖潛山發(fā)育(圖2)。

圖2 瓊東南盆地松南低凸起基底構(gòu)造演化剖面(剖面位置見圖1)

印支期(250 Ma)，華南大陸不規(guī)則大陸邊緣與瓊東南盆地所屬的印支板塊碰撞，在盆地形成了一系列NW—NWW向的構(gòu)造帶[11-12]。巖漿沿?cái)嗔亚秩肷嫌啃纬苫◢弾r侵入體，松南低凸起早期花崗巖基底形成。

燕山早期(195～135 Ma)，周緣板塊從不同方向大致同時(shí)向東亞大陸匯聚，造山活動(dòng)促使盆地抬升，印支期巖體暴露剝蝕。燕山晚期(100～72 Ma)太平洋板塊俯沖轉(zhuǎn)向，在南海北部形成弧后伸展,形成一系列NE向斷裂，巖漿沿?cái)嗔亚秩耄谂璧乇辈啃纬伤蓾蛊稹?/p>

喜山期(65～32 Ma)，受控于太平洋板塊俯沖后撤和印度-歐亞板塊碰撞，瓊東南盆地發(fā)育一系列NE向斷裂，盆地進(jìn)入新生代古近紀(jì)伸展斷陷階段。

松南低凸起潛山巖性以二長(zhǎng)花崗巖為主，少量正長(zhǎng)花崗巖及二長(zhǎng)-閃長(zhǎng)花崗巖，長(zhǎng)英質(zhì)脆性礦物含量高，在三期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加下，花崗巖潛山極易發(fā)育裂縫，具有較好的巖性基礎(chǔ)。巖體抬升出露后，經(jīng)歷長(zhǎng)期風(fēng)化、剝蝕作用改造，形成大量風(fēng)化淋濾孔隙和裂縫，大大改善了儲(chǔ)集層的物性，為后期油氣聚集提供了良好的儲(chǔ)集場(chǎng)所。

2 潛山儲(chǔ)層地震特征分析

2.1 潛山儲(chǔ)層縱向分帶特征

潛山主要儲(chǔ)集空間為風(fēng)化殼及內(nèi)幕網(wǎng)狀裂縫，其儲(chǔ)層縱向分帶明顯。按照潛山發(fā)育模式，多數(shù)專家將其自上而下劃分為土壤帶、砂礫質(zhì)風(fēng)化帶、風(fēng)化裂縫帶、內(nèi)幕裂縫帶和原狀基巖[13-14]。本文借鑒前人研究經(jīng)驗(yàn)，綜合儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間組合特征、儲(chǔ)層類型及其巖石物理特征、儲(chǔ)層地震響應(yīng)特征，將研究區(qū)花崗巖潛山按儲(chǔ)層孔隙類型歸納為風(fēng)化帶和裂縫帶兩大類。

風(fēng)化帶包括土壤帶與砂礫質(zhì)風(fēng)化帶，主要為孔隙型儲(chǔ)層，結(jié)構(gòu)疏松，厚度一般小于50 m，與常規(guī)碎屑巖在巖電參數(shù)上差異較小，錄井上常與上覆砂礫巖混淆。裂縫帶包含風(fēng)化裂縫帶與內(nèi)幕裂縫帶，為孔隙-裂縫型儲(chǔ)層，井壁心及薄片上可見明顯網(wǎng)狀裂隙，聲電成像測(cè)井見明顯高角度裂縫、孔洞發(fā)育(圖3)。實(shí)鉆證實(shí)裂縫帶厚度大，進(jìn)山300 m左右仍見良好裂縫儲(chǔ)層。裂縫帶從成因上可分為構(gòu)造縫和溶蝕縫，其中內(nèi)幕裂縫帶主要為深部構(gòu)造裂縫，而風(fēng)化裂縫帶在前期構(gòu)造成縫的基礎(chǔ)上受大氣淋濾改造而成，儲(chǔ)層物性更優(yōu)；裂縫縱向上多成枝狀分布，相互切割連通。

圖3 松南低凸起Y83井花崗巖壁心微觀特征與聲電成像測(cè)井

松南低凸起中生界潛山儲(chǔ)層縱向分帶性表現(xiàn)在地震縱波速度、巖石密度、孔隙發(fā)育程度等地球物理特征上也有很大的差別。已鉆井統(tǒng)計(jì)表明研究區(qū)潛山風(fēng)化帶縱波速度為2 500～3 500 m/s，密度為2.2～2.4 g/cm3，孔隙度為10%～30%，厚度為10～50 m，地震相表現(xiàn)為平行—亞平行、低頻、中—高連續(xù)、中—強(qiáng)振幅地震反射特征。風(fēng)化裂縫帶縱波速度為4 500～5 500 m/s，密度為2.55～2.65 g/cm3，儲(chǔ)集空間為構(gòu)造裂縫和溶蝕孔洞，孔隙度為7%～12%，厚度為80～120 m，地震上表現(xiàn)為網(wǎng)格狀反射為主，中強(qiáng)—低頻地震相特征。內(nèi)幕裂縫帶縱波速度為5 000～6 000 m/s，密度為2.55～2.65 g/cm3，儲(chǔ)集空間為構(gòu)造裂縫，孔隙度為7%～9%，與風(fēng)化裂縫帶界面難以確定，地震剖面上整體呈弱振幅、雜亂相(圖4)。

圖4 松南低凸起中生界潛山儲(chǔ)集相帶縱向劃分

2.2 正演模擬分析

除了已鉆井揭示的有利地震相外，研究區(qū)潛山還發(fā)育多種多樣的地震反射特征。潛山由于橫向非均質(zhì)性強(qiáng)，儲(chǔ)層物性變化快，因此如何確定優(yōu)勢(shì)地震相特征至關(guān)重要。結(jié)合精細(xì)井震標(biāo)定分析，通過(guò)設(shè)計(jì)多種潛山儲(chǔ)集相帶組合模型，利用正演模擬技術(shù)模擬不同儲(chǔ)集相帶、不同物性條件下地震反射特征變化情況，確定研究區(qū)有利地震相。

圖5為研究區(qū)潛山風(fēng)化帶正演模擬分析結(jié)果。

圖5 研究區(qū)潛山風(fēng)化帶正演模擬

潛山上覆地層為泥巖，速度為2 700 m/s，密度為2.20 g/cm3，潛山原狀基巖速度為5 500 m/s，密度為2.66 g/cm3。子波采用20 Hz雷克子波。圖5a、b、c分別為50 m風(fēng)化帶、50 m風(fēng)化帶、10 m風(fēng)化帶厚度模型，其中圖5a、c風(fēng)化帶速度取值為3 000 m/s，密度為2.35 g/cm3，圖5b風(fēng)化帶速度取值為3 500 m/s，密度為2.40 g/cm3。圖5d、e、f分別為對(duì)應(yīng)的正演剖面。研究區(qū)水深1 700～1 800 m，潛山整體地層埋深(去水深)1 000～1 300 m，壓實(shí)作用較弱，潛山風(fēng)化帶地層整體較疏松，與上覆泥巖蓋層波阻抗差較小。風(fēng)化帶頂面表現(xiàn)為近似平行于基底強(qiáng)波峰的中強(qiáng)連續(xù)反射(圖5d)，隨著埋深增大，風(fēng)化帶速度增大，基底呈現(xiàn)為雙中強(qiáng)振幅連續(xù)反射(圖5e)。受地震分辨率影響，當(dāng)風(fēng)化帶厚度小于15 m時(shí)，基本難以識(shí)別其頂界，地震剖面上單強(qiáng)波峰往往指示薄層風(fēng)化帶、甚至致密基巖(圖5f)。

圖6為研究區(qū)潛山裂縫帶正演模擬分析結(jié)果。潛山上覆泥巖速度為2 700 m/s，密度為2.20 g/cm3，潛山原狀基巖速度為5 500 m/s，密度為2.66 g/cm3。裂縫模型為多組300 m長(zhǎng)高角度縫交叉分布。子波采用20 Hz雷克子波。正演結(jié)果表明裂縫對(duì)應(yīng)潛山內(nèi)部網(wǎng)格狀地震反射，致密基巖段則無(wú)明顯內(nèi)幕反射，與實(shí)際地震記錄一致。

圖6 研究區(qū)潛山裂縫帶正演模擬

綜合潛山風(fēng)化帶與裂縫帶正演模擬分析，研究區(qū)潛山有利地震相特征為基底雙中強(qiáng)波峰連續(xù)相和內(nèi)幕網(wǎng)格狀反射時(shí)，指示厚層風(fēng)化帶與裂縫帶發(fā)育。這兩類地震相往往單一存在，出現(xiàn)疊合情況時(shí)往往指示潛山有利儲(chǔ)集區(qū)發(fā)育。

3 裂縫型儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)

3.1 疊后裂縫預(yù)測(cè)技術(shù)方法

潛山裂縫帶包括風(fēng)化裂縫帶與內(nèi)幕裂縫帶，具有縱向厚度大、儲(chǔ)層物性優(yōu)、網(wǎng)狀縫溝通好的特點(diǎn)，是本區(qū)基巖潛山的主要儲(chǔ)集類型，因此裂縫型儲(chǔ)層橫向分布規(guī)律與有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)是潛山儲(chǔ)層油氣勘探的重點(diǎn)工作。目前業(yè)內(nèi)對(duì)于裂縫型儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，主要利用疊后相干體等技術(shù)研究裂隙平面分布規(guī)律，進(jìn)而預(yù)測(cè)裂縫密集區(qū)。Marfurt等[15]利用三維相干屬性體識(shí)別斷層以及裂縫發(fā)育帶，取得了不錯(cuò)的效果。Pedersen[16]首次提出了螞蟻?zhàn)粉櫫芽p識(shí)別方法，給出了螞蟻?zhàn)粉櫫鞒蹋⑵鋺?yīng)用于實(shí)際數(shù)據(jù)；斯倫貝謝公司推出了基于Petrel平臺(tái)的螞蟻?zhàn)粉櫫芽p識(shí)別模塊，并很快在全球范圍內(nèi)得到推廣和應(yīng)用。Aqrawi[17]結(jié)合相干屬性和曲率屬性對(duì)裂縫型儲(chǔ)層進(jìn)行刻畫，取得較好的效果。

對(duì)于潛山裂縫識(shí)別而言，螞蟻體較常規(guī)相干體技術(shù)預(yù)測(cè)精度大幅提高。螞蟻體基于螞蟻?zhàn)粉櫵惴ǎ色@得一個(gè)低噪音、具有清晰斷裂痕跡的數(shù)據(jù)體，工作流程包括首先在原始地震數(shù)據(jù)體上運(yùn)行構(gòu)造平滑，接下來(lái)運(yùn)行方差體，然后計(jì)算得到螞蟻體。這種方法的特點(diǎn)是分辨率高、相對(duì)獨(dú)立、運(yùn)算速度快、結(jié)果較精確[18]。對(duì)于花崗巖等脆性巖石，裂縫發(fā)育程度與彎曲程度成正比，因此可以用曲率法進(jìn)行斷裂識(shí)別和裂縫預(yù)測(cè)。曲率體可有效反映線性特征和局部形狀變化[19-20]，它是建立在形態(tài)而并非屬性計(jì)算的基礎(chǔ)上。與其他方法相比，曲率體能夠反映地震分辨率無(wú)法分辨的精細(xì)斷層和微小的裂縫特征，并且不需要預(yù)先解釋層位，避免了解釋偏差和偶然誤差。

3.2 單一屬性裂縫預(yù)測(cè)

裂縫特別是構(gòu)造成因裂縫，通常與斷層及微小斷裂相伴生，微斷裂發(fā)育密集區(qū)是裂縫發(fā)育的有利區(qū)帶。從研究區(qū)螞蟻體以及最大曲率地層切片(圖7、8)對(duì)比可以看出，2種方法都指示研究區(qū)發(fā)育了2個(gè)裂縫發(fā)育帶，分別為Y8井區(qū)、Y13井區(qū)北翼。螞蟻體切片反映的微小斷裂產(chǎn)狀主要為NE向，與該區(qū)主要斷層產(chǎn)狀及構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)匹配，證實(shí)了這兩種方法識(shí)別裂縫發(fā)育區(qū)的可行性和有效性。Y8井區(qū)多口鉆井在潛山裂縫發(fā)育，裂縫帶厚度200～300 m，與螞蟻體預(yù)測(cè)結(jié)果吻合。同時(shí)Y13井區(qū)基巖致密，無(wú)明顯裂縫顯示，與屬性預(yù)測(cè)情況吻合。

圖7 研究區(qū)潛山螞蟻體沿層切片

圖8 研究區(qū)潛山最大曲率沿層切片

雖然螞蟻體和曲率體在識(shí)別裂縫上都有一定的效果，但是也存在各自的缺點(diǎn)。螞蟻體的缺點(diǎn)是通過(guò)斷裂玫瑰花產(chǎn)狀圖來(lái)控制斷裂的走向和傾角容易忽視一些斷層的存在，同時(shí)容易受噪音干擾，產(chǎn)生大量的假象[21-22]。曲率體的缺點(diǎn)是只考慮了地層最后的構(gòu)造形態(tài)[23-24]，雖然曲率發(fā)生變化的位置指示了地層發(fā)生變形的位置，但是很難直接落實(shí)斷層的真實(shí)位置，而且很難識(shí)別小尺度裂縫。也就是說(shuō)，螞蟻體主要反映小尺度裂縫，而曲率體主要反映稍大尺度的裂縫和斷層。

3.3 屬性融合體裂縫預(yù)測(cè)

松南低凸起為深水區(qū)常規(guī)拖纜單方位采集三維地震資料所覆蓋，處理方法為克希霍夫疊前深度偏移[25-26]。由于基底附近速度變化大，道集有效角度小，導(dǎo)致基底附近信噪比整體較低，因此單一屬性分析結(jié)果多解性強(qiáng)，潛山內(nèi)幕信號(hào)容易產(chǎn)生假象。如圖7單一螞蟻體屬性切片在研究區(qū)Y82井點(diǎn)東側(cè)存在明顯的裂縫發(fā)育區(qū)，但裂縫近平行展布，裂縫分布方向與主要斷裂垂直；而圖8最大曲率屬性上該區(qū)構(gòu)造上整體較平坦，大斷裂也較少，兩者存在矛盾。由于螞蟻體更容易受到噪音的干擾，分析其為資料邊界成像品質(zhì)差導(dǎo)致的假象。

針對(duì)單一屬性分析的多解性問(wèn)題，引入基于曲率體屬性融合的螞蟻體地層切片，大幅提高了潛山裂縫預(yù)測(cè)精度，可以精細(xì)刻畫裂隙展布，取得較好的應(yīng)用效果。屬性融合技術(shù)[27-31]綜合考慮不同屬性的物理意義，通過(guò)選取表征不同儲(chǔ)層特征的屬性，將多個(gè)屬性經(jīng)過(guò)一定的數(shù)學(xué)運(yùn)算融合在一起，使融合屬性能同時(shí)考慮每一種屬性對(duì)儲(chǔ)層的影響，達(dá)到屬性融合的目的。利用融合屬性可充分挖潛數(shù)據(jù)內(nèi)含信息，去除重復(fù)冗雜信息，降低儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的多解性，進(jìn)一步提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度。

研究區(qū)基巖潛山目的層時(shí)窗約為3.6～4.2 s，基底附近信噪比較低，因此計(jì)算流程是首先對(duì)原始地震數(shù)據(jù)做大尺度構(gòu)造平滑濾波，降低潛山內(nèi)幕雜亂信號(hào)的干擾，盡量提高潛山層段信噪比。在濾波之后對(duì)數(shù)據(jù)體進(jìn)行連續(xù)傾角掃描，結(jié)合區(qū)域斷裂走向及主應(yīng)力場(chǎng)分析，研究區(qū)潛山主曲率k1方向?yàn)镹E向，次之為NW向。圖9為潛山主曲率k1、k2屬性切片對(duì)比，主曲率分析結(jié)果表明潛山裂隙走向以NE向最為清晰，反映中小尺度裂隙展布；NW向呈團(tuán)狀，相對(duì)模糊，主要反映內(nèi)幕隱伏大斷裂產(chǎn)狀，綜合指示該區(qū)裂隙主應(yīng)力方向?yàn)镹W向?yàn)橹鳌Ｖ髑蕦傩杂?jì)算之后，分別進(jìn)行螞蟻?zhàn)粉櫍玫絻蓚€(gè)方向的螞蟻體。最后將其歸一化處理后再對(duì)兩者進(jìn)行加權(quán)平均得到屬性融合體。屬性融合體可以反映研究區(qū)的裂縫展布特征，可以大幅度提高裂縫預(yù)測(cè)的精度，有效減少多解性。

4 應(yīng)用效果分析

從研究區(qū)潛山頂界構(gòu)造與屬性融合體三維立體顯示(圖10)可以看出，研究區(qū)潛山可以劃分為三排NE向展布的長(zhǎng)軸背斜構(gòu)造，其中Y8井區(qū)、Y13井區(qū)所在潛山規(guī)模較大。潛山頂面構(gòu)造起伏較大，內(nèi)部含多個(gè)高點(diǎn)。裂縫發(fā)育區(qū)表現(xiàn)為多組裂縫相交網(wǎng)狀分布，裂縫的主要方向?yàn)楸睎|向，次要方向?yàn)楸蔽飨颉⒔媳毕颍睎|向裂縫延伸較長(zhǎng)，橫向上延伸長(zhǎng)度為200～600 m不等。

圖10 研究區(qū)屬性融合預(yù)測(cè)潛山裂縫三維顯示

研究表明，基巖潛山在被沉積地層覆蓋前的古構(gòu)造位置對(duì)于潛山儲(chǔ)層的發(fā)育程度具有較大的影響[32-33]。古構(gòu)造位置高低決定了潛山經(jīng)歷風(fēng)化時(shí)間的長(zhǎng)短，古構(gòu)造位置越高，風(fēng)化時(shí)間越長(zhǎng)，反之則越短。研究區(qū)裂縫密集區(qū)整體呈現(xiàn)典型的古構(gòu)造控制的格局，其中Y8井區(qū)所在長(zhǎng)軸背斜整體裂縫密集區(qū)與構(gòu)造匹配較好；而Y13井所在的山頭裂縫分布變化較大，在山頭西北翼及鞍部裂縫較發(fā)育，而山頭南部及東部裂縫分布較為稀疏。

受斷層和裂縫幾何特征的控制[34-35]，花崗巖潛山裂縫型儲(chǔ)層裂縫的發(fā)育強(qiáng)度與走向方位有助于更好地識(shí)別儲(chǔ)層甜點(diǎn)位置，輔助評(píng)價(jià)井的設(shè)計(jì)。根據(jù)裂縫預(yù)測(cè)結(jié)果，在Y8井區(qū)局部高點(diǎn)部署一口鉆井Y84，實(shí)鉆裂縫帶厚度超過(guò)300 m，鉆井過(guò)程中伴隨多處鉆井液漏失，完鉆井底附近仍有裂縫顯示，證實(shí)該區(qū)潛山內(nèi)部縫洞高度發(fā)育，有效指導(dǎo)了下步的勘探部署工作。

5 結(jié)論

1) 瓊東南盆地深水區(qū)松南低凸起中生界花崗巖潛山主要發(fā)育風(fēng)化帶及裂縫帶儲(chǔ)集段。通過(guò)井震特征對(duì)比與正演模擬分析，建立了研究區(qū)風(fēng)化帶、裂縫帶的巖電-地震反射特征識(shí)別標(biāo)志。風(fēng)化帶為優(yōu)質(zhì)孔隙型儲(chǔ)層，厚度一般小于50 m；裂縫帶發(fā)育構(gòu)造及溶蝕裂縫，以孔隙-裂縫型儲(chǔ)層為主，厚度大、物性好，為本區(qū)主要儲(chǔ)集類型。

2) 疊后螞蟻體、曲率體屬性融合技術(shù)是裂縫型儲(chǔ)層半定量預(yù)測(cè)研究的重要手段，針對(duì)潛山段低信噪比資料條件，可以有效預(yù)測(cè)潛山裂縫型有利儲(chǔ)層分布。在區(qū)域斷裂展布、主應(yīng)力場(chǎng)分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用該方法可以提高裂縫預(yù)測(cè)精度，減少單一屬性預(yù)測(cè)的多解性，指導(dǎo)了勘探部署工作，并在勘探實(shí)踐中取得了較好效果。