劉 巍 胡 林 廖 儀 王玲玲 何昭勇 賈曙光
(1.中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057; 2.北京金海能達(dá)科技有限公司 北京 102299)
深海是我國(guó)海上未來油氣發(fā)展的潛力區(qū),走向深海是中國(guó)海油長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)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(yùn)通道及粗碎屑沉積場(chǎng)所,是陸緣盆地內(nèi)重要的油氣儲(chǔ)集層[2-3],盡管這類儲(chǔ)集層具有較高的孔隙度和滲透率,但是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)(連通性、幾何形態(tài)、巖性、砂體疊置關(guān)系)復(fù)雜多變,從而導(dǎo)致水道儲(chǔ)層非均質(zhì)性嚴(yán)重,制約著油氣藏的高效開發(fā)[4-5]。因此,加強(qiáng)海底水道沉積構(gòu)型研究有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)海底水道砂體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行鉆前預(yù)測(cè),有利于評(píng)價(jià)儲(chǔ)層非均質(zhì)性對(duì)油氣藏開發(fā)的影響。
層次劃分是進(jìn)行海底水道沉積構(gòu)型研究的前提,水道沉積構(gòu)型可劃分為多個(gè)層次單元。針對(duì)深水沉積體系,學(xué)者們提出了多種構(gòu)型級(jí)次劃分方案。結(jié)合Mutti、Lamb等[6-7]提出的5級(jí)和6級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn),林煜 等[8]以非洲西部地區(qū)為例,認(rèn)為濁積水道體系的構(gòu)型單元可劃分為7級(jí),其中3~5級(jí)水道沉積構(gòu)型最受學(xué)者關(guān)注,也是研究的重點(diǎn),分別為單一水道、水道復(fù)合體、水道復(fù)合體組合。張文彪 等[9]將林煜等提出的7級(jí)劃分方案名稱略作修改,將4~5級(jí)的水道復(fù)合體和水道復(fù)合體組合改為復(fù)合水道和水道體系。趙曉明 等[10-11]認(rèn)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(gè)大類,水道體系內(nèi)部多期復(fù)合水道間存在垂向疊置和側(cè)向疊置2種類型,前者可細(xì)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(fù)合水道內(nèi)部單一水道存在側(cè)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(xiàn)為側(cè)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(guān)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(chǔ)層構(gòu)型成因機(jī)理和控制因素[9,11,13-15],不同級(jí)次構(gòu)型單元的地震相形態(tài)、規(guī)模和疊置樣式[10-11],水道流動(dòng)路徑、疊置樣式和內(nèi)部充填物對(duì)同沉積構(gòu)造響應(yīng)機(jī)理[16],水道砂體連通性表征[17-18]等方面進(jìn)行了研究,但對(duì)于濁積水道砂體構(gòu)型地震響應(yīng)特征方面的研究?jī)H限于描述剖面上的響應(yīng)特征,開展進(jìn)一步的正演模擬分析還較少。程岳宏、Kolla等[19-20]認(rèn)為深水彎曲水道底部和軸部多為強(qiáng)振幅反射,可見中等連續(xù)的退覆、上超或疊瓦狀的反射結(jié)構(gòu)。趙曉明等[10-11]認(rèn)為限制性水道體系邊界同相軸明顯錯(cuò)斷,推斷為大型下切谷界面,整體呈現(xiàn)U型或V型;水道體系內(nèi)部以雜亂狀或疊瓦狀地震反射結(jié)構(gòu)為主,振幅中強(qiáng),見弱振幅填充,同相軸連續(xù)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(gòu)建深水峽谷濁積水道內(nèi)部砂體構(gòu)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(jí)開展高頻地震資料的沉積構(gòu)型研究,進(jìn)而預(yù)測(cè)有利砂體分布區(qū),總結(jié)砂體的平面分布規(guī)律,指導(dǎo)有利濁積砂體的識(shí)別。
瓊東南盆地位于中國(guó)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(qū)域板塊活動(dòng)加強(qiáng)引起的區(qū)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(shì)地貌等聯(lián)合影響,巨量的沉積物向古凹槽內(nèi)搬運(yùn)、侵蝕,形成長(zhǎng)達(dá)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(zhǎng)、下切深,具有分段式發(fā)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(yùn)和卸載,是深水區(qū)重要的儲(chǔ)層發(fā)育場(chǎng)所[14],其中多期水道砂組是天然氣主要富集區(qū),具有“多藏獨(dú)立、縱向疊置”的特點(diǎn),勘探潛力大[23]。
圖1 研究區(qū)位置與中央峽谷水道分布
研究區(qū)為陵水25-1氣田區(qū),位于樂東凹陷東部,水深980 m,為單個(gè)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(fā)育大型下切谷,下切谷兩側(cè)不發(fā)育或發(fā)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(cuò)斷,晚期水道體系對(duì)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(biāo)層段,以厚層濁積砂體充填、多期下切谷改造為主要特點(diǎn),儲(chǔ)層均質(zhì)性較強(qiáng),砂體連續(xù)性好、含氣性好,發(fā)育多個(gè)復(fù)合水道以及2氣組和3氣組砂體。
圖2 研究區(qū)深水濁積水道構(gòu)型樣式
水道的幾何形態(tài)和規(guī)模要素通常包括水道的彎曲度、彎曲弧長(zhǎng)、波長(zhǎng)、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(yīng)特征。瓊東南盆地深水中央峽谷成熟區(qū)已鉆井的含氣儲(chǔ)層和水層都表現(xiàn)出強(qiáng)振幅亮點(diǎn)特征,但是在相同泥巖蓋層情況下,氣層頂面反射系數(shù)大于水層頂面反射系數(shù),氣層頂面反射振幅能量強(qiáng)于水層[25]。結(jié)合研究區(qū)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù),設(shè)定縱、橫波速度和密度參數(shù),并建立數(shù)值模型(表1和圖3a);同時(shí),確定模擬深度范圍是3 000~4 500 m,炮點(diǎn)深度和接收點(diǎn)深度在3 000 m,主頻為25 Hz,進(jìn)行正演模擬。
表1 單一水道砂體正演模擬模型參數(shù)
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(guī)模較小,為幾米到百米級(jí)別。其中,第1組隨著水道高度的增加,水道頂?shù)追瓷浞珠_,短反射的能量減弱;第2組受水道底部“凹”形態(tài)的影響,水道頂?shù)追瓷錄]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(xù)的反射特征;第3組水道頂?shù)追瓷浞珠_,頂部是平直中等連續(xù)反射,且隨著水道寬度增大而增長(zhǎng),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(xù)的響應(yīng)特征,尺寸較大的水道砂體具有邊緣強(qiáng)、內(nèi)部弱的振幅響應(yīng)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(nèi)部巖石速度和密度參數(shù)的改變,左側(cè)3個(gè)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(shí)水道與圍巖波阻抗差為正并隨之變小,地震反射特征變?nèi)?,與圍巖接近的泥巖水道的地震響應(yīng)近乎于空白反射;右側(cè)2個(gè)均為模擬砂泥巖互層水道,泥巖隔層設(shè)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(cuò)斷雜亂的短反射特征(藍(lán)色箭頭所示)。
圖3 單一水道砂體正演模擬
復(fù)合水道是僅次于水道體系的中等尺度構(gòu)型單元,由多個(gè)單水道、1~3個(gè)氣組砂體組成。依據(jù)鉆井、測(cè)井資料及氣組地震相特征,同時(shí)參考趙曉明、李晨曦等[11-12]提出的水道構(gòu)型層次分級(jí)方案,研究區(qū)單一水道砂體之間存在垂向疊置和側(cè)向疊置2種構(gòu)型樣式,均又細(xì)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(gòu)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(duì)2個(gè)垂直疊置水道地震響應(yīng)特征的影響。設(shè)置7種隔夾層厚度,分別為3、5、10、15、30、60和100 m,進(jìn)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(dāng)隔夾層厚度為3 m和5 m時(shí),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(lán)色矩形框所示);當(dāng)隔夾層厚度大于10 m時(shí),逐漸出現(xiàn)下邊水道的頂部反射,能量逐漸增強(qiáng);當(dāng)隔夾層厚度大于30 m時(shí),隔夾層達(dá)到調(diào)諧厚度,2個(gè)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(jié)合上述正演模擬結(jié)果和研究區(qū)地質(zhì)、地震和測(cè)井分析情況,認(rèn)為垂向孤立式砂體組合是不同氣組單元間的砂體組合關(guān)系,砂體之間被10~30 m的厚層深海泥巖分隔(圖5a中編號(hào)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(hào)2),剖面上有水道凸起倒置地震相特征,這是由差異壓實(shí)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(chǔ)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(hào)3),體現(xiàn)了濁積水道縱橫向演化復(fù)雜、多期次沉積充填特征,砂體間相互切割、沖蝕,儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)。
參考隔夾層厚度分析參數(shù),建立3種垂向疊置水道砂體地震響應(yīng)正演模型(圖5b),并根據(jù)測(cè)井解釋結(jié)果來調(diào)整隔夾層厚度,模擬剖面上的地震特征,驗(yàn)證疊置樣式分類的正確性。例如,對(duì)于圖5b中編號(hào)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(shè)置水道砂體厚度分別是30 m和62 m,據(jù)此得到的正演模擬結(jié)果與地震響應(yīng)特征相符合,即2個(gè)水道砂體的地震響應(yīng)是分開的,頂部具有強(qiáng)振幅波谷的特征。對(duì)于圖5b中編號(hào)2,垂向疊合式水道砂體組合間泥巖隔層厚度為5 m,設(shè)置水道凸起倒置的特征,下邊水道內(nèi)部有一個(gè)10 m的泥巖隔層,據(jù)此得到的正演模擬結(jié)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(cè)邊界反射錯(cuò)斷,并減弱其反射能量。對(duì)于圖5b中編號(hào)3,垂向切疊式水道砂體模型中5個(gè)水道砂體疊置在一起,且相互切割,水平間距都在25 m以內(nèi),垂向間距都在10 m以內(nèi),據(jù)此得到的正演模擬結(jié)果與地震剖面相對(duì)應(yīng),顯示具有5個(gè)弱振幅復(fù)波。
圖5 垂向疊置水道砂體地震剖面、測(cè)井解釋結(jié)果及正演模擬
2.2.2側(cè)向疊置構(gòu)型樣式
圖6 水道砂體側(cè)向疊置間距變化正演模擬
如圖7a所示,在實(shí)際地震剖面中,側(cè)向孤立式砂體組合發(fā)育在被晚期下切水道沖蝕改造強(qiáng)烈的地區(qū),砂體被泥質(zhì)充填水道完全分隔,呈孤立式分布與“一砂一藏”的特征;側(cè)向疊合式砂體組合一般發(fā)育在晚期有小規(guī)模水道沖蝕、砂體之間有薄層天然堤、泥質(zhì)沉積發(fā)育的地區(qū),儲(chǔ)層具有一定的非均質(zhì)性,但局部也有一定的連通性;側(cè)向切疊式砂體組合發(fā)育在砂體側(cè)向遷移、水道擺動(dòng)頻繁的地區(qū),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(zhì)性。
以水平分辨力分析為依據(jù),建立3種水道砂體側(cè)向疊置模式的正演模型,并進(jìn)行正演模擬,如圖7b所示,結(jié)果表明:左邊側(cè)向孤立式水道砂體的平均間距大于70 m,地震剖面上呈現(xiàn)孤立的中等連續(xù)反射特征,符合“一砂一藏”的特征;中間側(cè)向疊合式水道砂體之間的距離較近,小于70 m,各個(gè)砂體的中等連續(xù)反射特征無法被嚴(yán)格地區(qū)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(cuò)斷的同相軸特征;右邊側(cè)向切疊式砂體的地震響應(yīng)為同相軸傾斜、扭曲,具有“波浪形”的特征。由此可見,側(cè)向疊置水道砂體模型的正演結(jié)果與實(shí)際剖面的砂體地震響應(yīng)特征吻合程度高。
圖7 側(cè)向疊置水道砂體地震剖面及正演模擬
基于水道砂體構(gòu)型樣式正演模擬分析,依據(jù)水道砂體地震縱橫向反射結(jié)構(gòu)、波形、振幅強(qiáng)弱、連續(xù)性等參數(shù),按照地震相特征將研究區(qū)2個(gè)主要?dú)饨M水道砂體劃分為6類(圖8a、b和表2)。
圖8 研究區(qū)水道砂體類型及正演模擬
表2 研究區(qū)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(qiáng)振幅反射的特征,反映由多套單一水道砂體疊置的厚層復(fù)合水道砂體,而且水道砂體尺寸大時(shí),其內(nèi)部弱振幅特征明顯。地質(zhì)分析表明,研究區(qū)中部W1、W5井區(qū)2、3氣組水體流速快,巖屑顆粒分選好,儲(chǔ)層物性好;測(cè)井分析認(rèn)為,縱橫波速度比是識(shí)別研究區(qū)氣層的優(yōu)勢(shì)屬性(門檻值是1.70),在反演的縱橫波速度比剖面上表現(xiàn)為厚層砂體疊置,且鉆井證實(shí)該井區(qū)2、3氣組是高含氣性儲(chǔ)層。研究區(qū)中部W1、W5井區(qū)2、3氣組屬于此類水道砂體結(jié)構(gòu),為水道體系內(nèi)主水道。
2) 丘狀反射(B類)。
該類水道砂體是在A類反射基礎(chǔ)上,頂部疊置了波谷反射特征,平面上為長(zhǎng)圓形,氣組頂部為中—強(qiáng)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(xiàn)為兩套砂體疊合的高含氣儲(chǔ)層(縱橫波速度比<1.70)。研究區(qū)西部WW1井區(qū)2氣組內(nèi)部砂體組合屬于此類水道結(jié)構(gòu)。
3) 強(qiáng)振幅波谷反射(C類)。
該類水道砂體平面上為S形—長(zhǎng)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(nèi)部隔層相對(duì)不發(fā)育;在反演出的縱橫波速度比剖面上表現(xiàn)為薄層單砂體特征。研究區(qū)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(tài)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(qiáng)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(xiàn)為砂體發(fā)育,但含氣性較差。
5) 下切復(fù)波波谷反射(E類)。
該類水道砂體剖面振幅變?nèi)?,出現(xiàn)復(fù)波反射,平面為狹長(zhǎng)濁積水道特征;水道砂體被沖蝕,被泥質(zhì)、巖性混雜的沉積物充填替換,砂體厚度變薄,這是研究區(qū)2、3氣組砂體下切水道的反射特征。分析認(rèn)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(zhǎng)條形;在反演出的縱橫波速度比剖面上表現(xiàn)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(jù)上述濁積水道砂體類型劃分及測(cè)井相應(yīng)特征,開展了地震正演模擬研究(圖8c)。通過對(duì)多類砂體正演模型與鉆井揭示的砂體反射特征的對(duì)比分析,結(jié)果顯示二者的反射結(jié)構(gòu)與振幅特征是一致的,驗(yàn)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(jié)果可用于指導(dǎo)研究區(qū)有利砂體分布的定性預(yù)測(cè)。
基于上述水道砂體類型劃分方案,綜合水道砂體構(gòu)型地震響應(yīng)正演模擬分析及儲(chǔ)層反演結(jié)果和已知井信息,將研究區(qū)A、B、C類水道砂體評(píng)價(jià)為Ⅰ類儲(chǔ)層,D類水道砂體評(píng)價(jià)為Ⅱ類儲(chǔ)層,E、F類水道砂體分別評(píng)價(jià)為Ⅲ類儲(chǔ)層和非儲(chǔ)層(表2)。在此基礎(chǔ)上,利用地震時(shí)頻三原色切片分析技術(shù)進(jìn)行了研究區(qū)2氣組主要含氣砂體的平面分布范圍預(yù)測(cè),并開展了有利砂體分布的定性評(píng)價(jià)(圖9),結(jié)果表明:該氣組有利砂體分布區(qū)位于未遭受下切水道改造的區(qū)域,中段W1井區(qū)、W5井區(qū)、WW1井區(qū)北部及峽谷水道側(cè)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(fā)育區(qū);而東北部(未鉆探區(qū)域)發(fā)育多個(gè)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(qū)。
圖9 研究區(qū)晚期水道2氣組有利砂體分布平面圖
1) 水道砂體構(gòu)型地震響應(yīng)正演模擬分析表明,單一水道砂體的地震響應(yīng)具有中等連續(xù)的強(qiáng)反射特征;尺寸較大時(shí),砂體邊緣為強(qiáng)振幅反射,砂體內(nèi)部為弱振幅反射;含水砂巖水道較含氣砂巖水道的響應(yīng)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(cuò)斷雜亂的短反射特征。
2) 復(fù)合水道內(nèi)部砂體可劃分為垂向孤立式、垂向疊合式、垂向切疊式、側(cè)向孤立式、側(cè)向疊合式和側(cè)向切疊式等6種疊置構(gòu)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(yīng)是分開的,頂部是強(qiáng)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(fù)波的特征;側(cè)向孤立式水道砂體具有多個(gè)孤立的中等連續(xù)的反射特征;側(cè)向疊合式水道砂體具有能量不同、扭曲、略有錯(cuò)斷的同相軸特征;側(cè)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(gòu)型樣式正演模擬分析,依據(jù)水道砂體地震縱橫向反射結(jié)構(gòu)、波形、振幅強(qiáng)弱、連續(xù)性等參數(shù),按照地震相特征將研究區(qū)2個(gè)主要?dú)饨M水道砂體劃分為6類,即透鏡狀反射(A類)、丘狀反射(B類)、強(qiáng)振幅波谷反射(C類)、斜交透鏡狀反射(D類)、下切復(fù)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(píng)價(jià)為Ⅰ類儲(chǔ)層,D類水道砂體評(píng)價(jià)為Ⅱ類儲(chǔ)層,E、F類水道砂體分別評(píng)價(jià)為Ⅲ類儲(chǔ)層和非儲(chǔ)層。
4) 利用地震時(shí)頻三原色切片分析技術(shù)對(duì)研究區(qū)晚期水道2氣組主要含氣砂體的平面分布范圍進(jìn)行了預(yù)測(cè),并開展了有利砂體分布區(qū)的定性評(píng)價(jià),結(jié)果表明該氣組有利砂體分布區(qū)位于未遭受下切水道改造的區(qū)域,其中中段W1井區(qū)、W5井區(qū)、WW1井區(qū)北部及峽谷水道側(cè)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(fā)育區(qū);而東北部(未鉆探區(qū)域)發(fā)育多個(gè)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(qū)。