瓊東南盆地深水區圈閉有效性評價方法及其應用*

范彩偉 胡 林 李 明 陳 奎,3 王真真

(1.中海石油(中國)有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057； 2.中海石油(中國)有限公司海南分公司 海南海口 570312；3.西北大學地質學系/大陸動力學國家重點實驗室 陜西西安 710069)

目前，深水區已成為全球油氣勘探的熱點和油氣增儲上產的重要領域之一，其中深水石油資源主要集中在大西洋中、南段，而天然氣資源主要在大西洋、東非、新特提斯、環北極深水盆地[1-6]。南海是在歐亞板塊、印澳板塊和菲律賓海板塊相互作用下產生，位于西太平洋和新特提斯兩大構造域交接部位，為古南海地臺新生代發生裂谷形成的具有洋殼結構的邊緣海[7-8]。

2014年，南海西部瓊東南盆地深水區在中央峽谷內先后探明了超千億立方米的優質天然氣儲量，證實了該區有效的含油氣系統和優越的油氣成藏條件[9-10]。但是，瓊東南盆地深水區不同于大西洋兩岸被動大陸邊緣的典型深水盆地，缺乏國外深水常見的鹽丘和底辟活動，且受水深、崎嶇海底、差異沉積、高溫高壓、鉆井數量少等因素的影響，橫向上地層速度變化規律不清，從而導致該區構造圈閉、巖性圈閉有效性難以有效刻畫，制約著深水油氣勘探進程[11-12]。為此，本文提出基于地質沉積與構造共同約束的高精度疊前深度偏移速度建模方法，從大、中、小三種尺度研究瓊東南盆地深水坡折帶少井區地層速度變化規律，并開展基于氣藏模式的單砂體速度驗證及校正；針對深水區不同沉積地質體互相影響的巖性圈閉，從井點出發，結合沉積演化規律與疊前地震反演結果，精細刻畫不同沉積體的砂泥巖分布情況，并通過鏤空技術立體化展示不同地質體間的砂泥巖空間分布情況，實現由點、線、面、體多維度評價巖性圈閉有效性，從而為深水區勘探目標選擇提供了科學依據。

1 區域地質概況

瓊東南盆地是一個新生代陸緣拉張盆地，位于南海西北陸緣近NE—SW走向的伸展裂陷帶，具有“南北分帶、東西分塊”的構造特征，主要包括北部坳陷帶、中部隆起帶、中央坳陷帶和南部隆起帶等4個一級構造單元。該盆地深水區主要位于中央坳陷帶和南部隆起區，自西向東發育樂東凹陷、陵水凹陷、北礁凹陷、松南凹陷、寶島凹陷、長昌凹陷等六大凹陷和陵南低凸起、松南低凸起兩個低凸起，具有下斷上坳的雙層結構特征(圖1)。其中，樂東-陵水凹陷為已證實富生烴凹陷，以生氣為主；松南-寶島凹陷屬于潛在富生烴凹陷；長昌凹陷屬于生烴凹陷[13-15]。

圖1 瓊東南盆地構造單元劃分圖

勘探證實，瓊東南盆地深水區發育多套儲蓋組合，主要儲層包括黃流組-鶯歌海組中央峽谷濁積水道砂、三亞組-梅山組-鶯歌海組海底扇、陵水組濁積水道砂和海底扇、崖城組三角洲、基巖潛山風化殼等。縱向上發育古近系和新近系兩大成藏組合，已發現氣藏具有下生上儲、古生新儲的特點，晚期天然氣垂向運聚充注成藏，為構造-巖性復合控藏，且多個砂體獨立成藏，氣水系統不同；橫向上發育中央峽谷構造復合巖性圈閉群、樂東-陵水凹陷梅山組海底扇巖性圈閉群等有利成藏區帶[16]。

2 深水坡折區構造圈閉有效性評價方法

中央峽谷沿瓊東南盆地軸向橫貫中央坳陷帶，長達450 km，寬約10～30 km。中新世早期，隨著海平面下降，西部紅河遠源水系與越南東部海岸秋賓河水系匯流，在中央坳陷帶中部凹槽侵蝕形成峽谷，繼而向東不斷侵蝕延伸，直達長昌凹陷。其中，陵水凹陷中央峽谷區已發現陵水A大型氣田，樂東凹陷已發現陵水B構造，該構造位于水深從300 m急劇加深至1 500 m的坡折區。分析認為，坡折區(尤其是陡坡的轉折端位置)由于坡度突然變陡而導致采集時無法接收到有效信號，處理時也就無法得到較好質量的速度譜數據與其對應，經常出現速度譜質量較差的情況；坡折區特有的海底多次波和側面波，導致不同位置速度譜變化規律不明顯，表現出一種跳躍性變化，與地層速度正常變化規律不符。此外，坡折區也是多物源、不同沉積體系匯聚區，海底扇、水道交互發育，不同地質體不同埋藏深度的橫向地層速度難以約束，加之上新世快速沉降的欠壓實泥巖引起中深層超壓地層發育。因此，本文提出基于地質沉積與構造共同約束的高精度疊前深度偏移速度建模方法，從大、中、小三種尺度研究坡折區地層速度變化規律，并開展基于氣藏模式的單砂體速度驗證及校正。

2.1 基于地質沉積與構造共同約束的高精度疊前深度偏移速度建模

疊前深度偏移技術主要解決復雜構造和復雜速度偏移成像問題，既可以解決坡折帶附近地震資料品質差的問題，也能夠提高地層速度的研究精度。疊前深度偏移速度建模主要分兩大步：第一步是建立較準確的初始速度-深度模型；第二步是利用一定的速度建模技術反復修正速度模型，直至速度-深度模型精確度滿足需要為止。

常規深水區疊前深度偏移速度場建立步驟為：①精細海底拾取、實測水速充填；②中長尺度網格層析速度修正；③各向異性參數估計及模型建立；④各向異性參數掃描、更新；⑤基底速度掃描、變速充填；⑥最終VTI介質模型(體偏移)。通過以上步驟，得到最終的疊前深度偏移初始速度模型既消除了受崎嶇海底影響的速度跳點，又保持了與測井速度趨勢相一致。

陵水B區處于坡折帶，要求更高精度的速度模型。本次研究中，在常規速度建模流程的基礎上增加了2個步驟：①基于地質沉積與構造共同約束，建立初始疊前深度偏移速度場；②利用少量已鉆井和大量虛擬井，控制多期次水道內速度橫向變化趨勢，并對初始速度場進行校正。這樣，將地質沉積、已鉆井速度信息融合到速度建模的過程中，最終可獲得帶有地質、沉積模式建立的速度體。

2.1.1基于地質沉積與構造共同約束，建立疊前深度偏移速度場

沉積層趨勢速度模型的建立，不僅要考慮到大的層序界面，而且要對各種不同地質異常體進行精細雕刻。對于陵水B區，所采取的主要方法有：①在坡折區，結合水深的變化趨勢，淺層地層速度采取漸變的趨勢；②在地質異常體區，采取分期次、分層段精細刻畫；③在地層構造復雜區，采取沉積地層橫向控制，構造趨勢垂向調整。通過與研究區常規疊前深度偏移速度剖面的對比分析，可以看出基于地質模式的疊前深度偏移速度剖面整體上消除了低速、高速異常，坡折帶淺層速度變化趨勢合理，多期水道雕刻更加清晰，水道內部速度變化規律與沉積特征更加吻合，速度精度有了較大提高和改善(圖2)。

圖2 陵水B區常規疊前深度偏移速度剖面與基于地質模式的疊前深度偏移速度剖面對比(剖面位置見圖1)

2.1.2基于虛擬井與沉積微相，對速度場進行校正

基于地質沉積與構造約束的速度模型建立后，局部地層速度可能與已鉆井的速度變化規律存在差異，這就需要對速度場進行局部校正。常規的井控速度場校正方法采取以井與區域層序界面控制，橫向和垂向上考慮井的速度變化規律，對比井與速度體的誤差生成校正系數，進行插值形成校正網格，對速度體進行校正，從而使速度趨勢控制與已鉆井結果相吻合。

本次研究中，以井與區域層序界面控制為基礎，橫向以沉積微相控制速度校正趨勢為輔，針對鉆井數量少的特點，在復雜地區采用多口虛擬井控制速度橫向、垂向變化趨勢，實現精細化速度校正。陵水B區已鉆3口井，分別鉆遇二期水道(LS1井)、一期水道(LS2井)、水道外(LS3井)。如圖3所示，該區已鉆井的地層速度變化規律是二期水道速度大于一期水道速度，再大于水道外地層速度；校正前速度剖面顯示二期水道內存在低速，水道頂部存在異常高速，一期水道低速不明顯，地層橫向速度插值變化與該區速度變化規律匹配度低。

圖3 研究區沉積模式與井結合校正前、后速度剖面對比(剖面位置見圖1)

針對這一問題，首先基于區域沉積認識，刻畫出該區兩期水道的沉積范圍，并在二期水道速度異常變化區采取虛擬井控制一期主體水道內穩定高速、水道邊部速度逐漸變低的規律；其次在一期水道和二期水道交界處以及水道外，同樣采用虛擬井控制沉積地層的低速和水道的高速橫向變化規律。具體校正步驟如下：首先假設ΔVki表示第k套沉積地層在虛擬井i處的校正速度誤差系數(其取值結合鄰井與沉積模式)，ΔVkj表示第k套沉積地層在已鉆井j處的校正速度誤差系數，以ΔVkj為主導、ΔVki為輔助，針對速度復雜層可以增加虛擬井i的個數，滿足5 km×5 km范圍內基本有控制井；然后基于現有的已鉆井和虛擬井校正速度誤差系數，采用克里金法對周圍的校正速度誤差系數進行加權預測[17]，即

式中：ΔVk(Si)是第k套沉積地層第i個位置處的校正速度誤差系數；λi是第k套沉積地層第i個位置處的校正速度誤差系數的未知權重，其大小取決于預測位置與已鉆井、虛擬井的距離；So為預測位置；N為測量值數。依據第k套沉積地層的速度平面校正網格，進行第k套沉積地層速度校正；以此類推，對所有地層速度體進行校正。

由圖3可以看出，該區校正后的二期水道內速度沒有畸變，水道主體顯示高速，水道邊部速度逐漸減小，然后過渡到水道外低速；已鉆井、虛擬井速度和沉積地層、沉積模式更加匹配，水道內外低速、高速分布更加合理。同樣，上述局部地層速度校正方法也可以應用到海底扇、三角洲等其他地質體；而對無井鉆遇的地質體，可以采用沉積微相橫向預測速度變化趨勢。

2.2 基于氣藏模式的單砂體速度驗證及校正

陵水B區采用校正后速度體，在峽谷水道黃流組Ⅱ氣組發現優質氣藏。該氣組發育90～150 m厚層細砂巖，砂巖頂面為強波谷反射，底面為強波峰反射，內部發育泥巖薄夾層，水道砂橫向穩定發育。LS1井鉆探結果揭示，黃流組Ⅱ氣組井點處砂巖內部波峰反射與氣水界面吻合；但波峰反射橫向是彎曲的，與氣藏模式不吻合[18-19]。

首先，驗證LS1井區砂巖內部波峰反射是否為氣水界面引起。如圖4所示，建立與地層相同比例的不同正演模型，模擬厚層砂巖內部存在不同厚度夾層、不同厚度氣層、水層與夾層復合、氣水相間層等4種情況下的地震波形變化規律，結果表明：①在氣層厚度大于6 m的條件下，砂巖內部才會產生波峰反射特征；②不同厚度氣層的模型中，氣藏邊界處地震波形由波峰突變成波谷，且氣層越厚砂巖內部波谷、波峰反射越強；③薄層泥巖夾層模型中，砂巖內部不產生地震波形變化；④氣水層相間分布模型中，氣層處產生明顯的地震波形變化，而水層內無地震波形變化，波峰反射不連續分布。因此，陵水B構造厚層砂巖內部波峰反射是氣層與水層阻抗界面，而連續波峰反射指示該區為大型塊狀底水氣藏，波峰反射應具有平點特征。

圖4 LS1井區不同模型正演地震波形變化圖(剖面位置見圖1)

其次，結合厚砂底水型氣層的平點模式對其彎曲不平地震反射進行校正，使其與LS1井氣水界面保持一致。最終，參考氣水界面的校正量，逆向校正氣組頂面深度構造，形成了小尺度單氣組高精度速度體。同樣，參考氣水界面的校正量，可對目標砂體附近構造進行相似校正。

3 深水區巖性圈閉有效性評價方法

巖性圈閉是指因儲層巖性或物性變化而形成的圈閉[20]，其成因既有沉積作用也有成巖作用；其類型有因砂巖尖滅、物性變化形成的圈閉，也有因不整合接觸形成的圈閉，還有構造巖性復合型圈閉。巖性油氣藏評價需要多種方法和技術的綜合應用，才可能提高勘探成功率。研究表明，層序地層學和地震儲層預測是巖性油氣藏勘探的關鍵技術[21-27]。

樂東凹陷陵水B構造梅山組(T40—T50)晚期海底扇成藏條件優越，已鉆3口井均有氣層或含氣顯示，證實該區油氣運移充注活躍，但已鉆構造均因巖性圈閉失效而未獲得商業突破。分析認為，失利原因是構造高部位被黃流組(T30—T40)早期水道切割，梅山組海底扇砂巖與黃流組水道砂巖對接導致圈閉側封失效，天然氣僅在局限的薄砂巖成藏[28]。

3.1 梅山組海底扇沉積期次劃分

首先，結合區域海平面變化對海底扇進行沉積期次劃分，其中較早的兩期海平面下降幅度較大，該時期海南隆起中部陵水河水系所形成的陸架三角洲粒度粗、厚度大，推進至北部坡折帶附近，其主要碎屑物質沿陸架切谷主要向樂東凹陷中部匯聚，并經過東西方向底流改造作用而形成第一期、第二期海底扇。中中新世末海平面下降時期(11.6 Ma)海南隆起北部物源相對萎縮，樂東凹陷中心主要接受西部越南物源碎屑物質輸入，沉積形成梅山組晚期第三期海底扇，黃流組早期中央峽谷沿著軸向切割第三期、第二期海底扇(圖5)。本次研究中，建立了梅山組海底扇圈閉有效性判定“三大準則”：①研究中央峽谷水道沉積旋回，剖析水道底部沉積特征；②綜合無曲線標定技術與疊前反演耦合梅山組不同期次海底扇砂巖分布；③應用鏤空技術剖析海底扇與水道的接觸關系，立體化判斷二者是否存在砂-砂對接，綜合分析海底扇圈閉有效性。

圖5 研究區過梅山組海底扇典型地震剖面(剖面位置見圖1)

3.2 黃流組水道沉積期次劃分

中央峽谷鉆井已證實強振幅異常為物性好的黃流組水道砂，橫向分布連續；但該水道底部為弱振幅且無井鉆遇，其砂泥分布與地震對應關系不明[16]。首先，根據充填旋回將中央峽谷充填復合體劃分為3個沉積期次：沉積期次1以滑塌-塊體流泥巖-粉砂巖沉積為主；沉積期次2以早期獨立水道砂(連續性差)及其天然堤泥巖-粉砂巖沉積為主；沉積期次3以晚期復合水道砂巖(連續性好)沉積為主(圖6)。

圖6 研究區中央峽谷沉積充填模式(剖面位置見圖1)

黃流組3個沉積期次的沉積過程就是在中央峽谷背景下的復合沉積過程，每一期次沉積就是不同類型的巖性體混合形成的塊體搬運復合體(MTC)，既可能富含砂，也可能富含泥，其形成動力機制是重力流作用。因此，中央峽谷黃流組水道早期的內滑塌-塊體流、天然堤富泥沉積為地震弱振幅反射，能夠有效側封水道外砂體，為巖性圈閉側封提供可靠依據，但局部區域水道底部可見強振幅反射異常，預測可能是局部水道砂發育，成為巖性圈閉的風險點。

3.3 無曲線標定技術與疊前反演耦合梅山組海底扇砂巖分布

梅山組上覆層為快速沉降的大套鶯歌海組、黃流組泥巖，導致梅山組海底扇形成高壓(壓力系數達1.8～2.0[29])。由于超壓層的保護，LS5井在埋深5000多米層段鉆遇厚度超200 m海底扇砂巖儲層，孔隙度 8.1%～22.9%，測井滲透率0.6～174.6 mD，地震反射為中等偏弱振幅，但因受崎嶇海底和水深的影響，地震采集、處理資料品質有限，海底扇砂巖橫向分布難以確定。而LS3、LS4井在埋深4 100多米的強振幅異常層鉆遇優質厚層砂巖，但由于梅山組地層異常高壓，這2口井缺失相關測井曲線，導致井震標定不清、井震對應關系不明，海底扇砂巖垂向、橫向分布均不落實(圖7)。

圖7 研究區梅山組海底扇典型剖面(剖面位置見圖1)

首先，對已鉆井梅山組海底扇砂巖進行垂向劃分，海底扇頂部為薄互層砂巖，下部為箱狀砂巖，箱狀砂巖儲層物性明顯優于薄互層。結合LS5井測井曲線分析，海底扇薄互層砂巖顯示為高縱波速度、高密度、高阻抗，地震剖面上對應波峰反射。LS3、LS4井鉆遇海底扇箱狀厚層砂巖，但這2口井皆無相關聲波、密度曲線。因此，設定高縱波速度、低縱波速度、高密度、低密度等4種情況，通過正演方法模擬箱狀砂巖，進行合成地震記錄標定，并不斷耦合巖電曲線，直至所形成的合成地震記錄與原始地震記錄波形和振幅能量相匹配。結果表明，LS3井箱狀砂巖在縱波速度為3 400 m/s、密度為2.3 g/cm3的情況下標定合理(圖8)。

圖8 LS3井目的層無曲線合成地震記錄

然后，參考LS3井箱狀砂巖的速度、密度參數，可對LS4井全井段進行合理標定。結合LS3、LS4井無曲線標定結果及鉆遇情況，垂向上梅山組海底扇砂巖可分為三期；第一期主要顯示為中等偏弱振幅，第二期顯示為強振幅異常，第三期顯示為中等振幅。海底扇內部為弱振幅反射，以泥巖沉積為主。井震標定后，通過模擬的巖電曲線建立梅山組海底扇低頻模型，進行疊前彈性反演，結果顯示第二期、第三期海底扇砂體均顯示為低縱波阻抗，橫向上被晚期水道切割，與水道內高阻抗泥巖對接，但水道內局部存在低阻抗獨立水道砂(圖9)。

圖9 研究區梅山組海底扇疊前反演縱波阻抗剖面(剖面位置見圖1)

3.4 立體評價梅山組海底扇

常規評價巖性圈閉主要通過剖面特征評價圈閉高部位是否存在砂砂對接漏失，并應用疊前彈性反演屬性反映砂泥巖平面分布情況，但剖面特征或平面屬性往往容易忽視細微的風險對接點；而鏤空技術僅能立體化展示不同期次砂體的接觸關系。本次研究中，采用立體鏤空疊前彈性反演阻抗體方法，將疊前反演和鏤空技術兩者融合，立體化展示海底扇與中央水道砂泥接觸關系。

疊前彈性反演屬性剖面顯示，梅山組第三期海底扇屬于晚期海底扇，被切割的扇體位于構造的高部位(圖9)。結合鏤空技術與疊前彈性反演技術，梅山組第三期海底扇砂體南塊、西塊和北塊均被中央水道切割，水道內在側翼局部發育水道砂，因此推斷梅山組第三期海底扇南塊與水道內低阻抗砂巖具有一定對接，巖性圈閉失效；而第三期海底扇西塊、北塊與水道內高阻抗泥巖對接，海底扇東塊沒有被中央水道切割，巖性圈閉有效(圖10)。

圖10 研究區梅山組第三期海底扇與水道立體化鏤空顯示

4 應用效果

通過對瓊東南盆地深水區構造、巖性圈閉有效性分析方法研究，明確了基于大、中、小三種尺度約束的疊前深度偏移速度能夠有效提高坡折帶少井區速度場研究精度，基于沉積模式控制無曲線的疊前反演鏤空技術能夠立體化評價復雜巖性圈閉。

4.1 深水坡折帶少井區速度場研究精度對比

前人多采用常速、變速剝層法研究瓊東南盆地深水坡折區速度場，統計表明該區4 000 m埋深誤差在100～300 m；后續采用疊前深度偏移技術，該區4 000 m埋深誤差降至30～100 m，但仍難以滿足低幅度構造圈閉或高溫高壓圈閉的研究精度[30]。

基于地質沉積與構造共同約束建立疊前深度偏移速度場，在采用氣藏模式的逆向剝層速度校正技術前，陵水B構造LS1井區砂巖內部波峰反射都存在不同程度誤差(圖11a)，但校正后該井區砂巖內部波峰反射基本保持一條水平線，與氣水界面特征吻合(圖11b)。另外，LS6井區部署的一口深水井鉆探結果表明，該井埋深近4 000 m處目的層砂體頂面深度誤差2 m，疊前深度偏移深度誤差精度小于1/1 000，比常規變速成圖方法的速度精度提高10倍以上，而且氣水界面位于砂巖內部地震波峰位置，平點特征與疊前深度偏移速度交互印證。

圖11 基于氣藏模式的逆向剝層速度校正前后LS1井區疊前深度偏移剖面對比(剖面位置見圖1)

4.2 梅山組海底扇巖性圈閉有效性評價效果

對于樂東凹陷梅山組海底扇巖性圈閉評價，早期層序地層學和地震儲層預測認為該區儲層發育且巖性圈閉落實，但忽視了中央峽谷內的局部水道砂與海底扇對接導致圈閉失效，早期評價部署的LS4、LS5井皆鉆探失利[28]。

本次研究中，通過“地質-物探”多方論證、“井-震-扇-水道”立體化顯示砂泥空間展布以及鏤空評價巖性圈閉有效性，綜合立體化評價梅山組第三期海底扇西塊的 LS7井區，認為T40A、T40B砂體高部位均被晚期水道切割，但T40A砂體對應水道內富泥沉積，而T40B對應水道內薄層砂巖，即存在一定的圈閉風險(圖12)。后經鉆探證實，對應水道內薄層砂巖的T40B砂體為水層，其圈閉失效；而對應水道內富泥沉積的T40A砂體鉆遇厚氣層，未見水，其圈閉有效，首次在梅山組海底扇獲得工業氣流，在該盆地深水區打開了新的勘探領域。

圖12 LS7井區巖性圈閉地震剖面(剖面位置見圖1)

5 結論

1)本文提出了瓊東南盆地深水坡折帶少井區基于地質沉積與構造共同約束的疊前深度偏移速度建模方法，從大、中、小三種尺度研究深水坡折帶少井區地層速度變化規律，并開展基于氣藏模式的單砂體速度驗證及校正，有效規避了特殊地質體、構造異常帶、斷裂帶、異常壓力帶等引起的速度異常，既提高了速度建模精度，又實現了復雜地區構造圈閉有效性評價。應用效果表明，深水坡折帶陵水B構造區4 000 m埋深的深度誤差僅為2～5 m。

2)針對瓊東南盆地深水區不同沉積地質體互相影響的巖性圈閉，從井點出發，結合沉積演化規律與疊前地震反演結果，精細刻畫了不同沉積體的砂泥巖分布情況，并通過鏤空技術立體化展示了不同地質體間的砂泥巖空間分布情況，實現了由點、線、面、體多維度評價巖性圈閉有效性。應用結果表明，深水坡折帶陵水B構造區梅山組第三期海底扇西塊、北塊和東塊砂體等3個巖性圈閉有效性較好，是較為有利的鉆探目標，其中第三期海底扇西塊LS6井區對應水道內富泥沉積的T40A砂體鉆遇厚氣層，首次在梅山組海底扇獲得工業氣流，在該盆地深水區打開了新的勘探領域。