巴西桑托斯盆地盐下湖相碳酸盐岩勘探关键技术及其应用*

2018-09-11康洪全贾怀存李明刚舒梦珵张建利

中国海上油气 2018年4期

程涛康洪全白博贾怀存李明刚舒梦珵张建利

（1.中海油研究总院有限责任公司北京 100028； 2.中海石油（中国）有限公司北京 100010）

近10年来，南美洲油气探明储量占全球油气储量的比例增长了一倍多，这主要得益于巴西桑托斯盆地盐下接连获得的巨大油气发现。巴西桑托斯盆地是一个典型的被动大陆边缘含盐盆地，实践证明在盐下裂谷期湖相碳酸盐岩层系具有巨大的勘探潜力［1-3］，自2006年以来发现了Lula、Franco、Iara等多个大油田，占盆地油气已发现总储量的82%［4］，使之成为全球油气勘探热点领域及研究焦点所在［5-6］。盐下领域的各项地质条件十分复杂，随着各大石油公司勘探活动的不断开展以及勘探程度的不断提高，盐下碳酸盐岩领域的勘探研究中不断出现了新的难题，主要包括巨厚盐岩层覆盖下复杂压扭构造体系的圈闭落实问题，盐下大型湖相碳酸盐岩储层形成的控制因素与古地貌恢复问题。盐下多种类型碳酸盐岩储层的预测更是一个国际级难题，加之多期多类型的岩浆岩与碳酸盐岩交互伴生且特征相似，给储层的预测带来了更大挑战。上述难题给巴西盐下的勘探实践和地质研究带来了诸多困扰与挑战，并且国内外诸多学者针对巴西盐下的复杂圈闭落实、古地貌恢复以及岩浆岩识别等开展的研究工作也较少［7-10］，可以借鉴的经验不多。

图1 巴西桑托斯盆地构造单元划分Fig.1 Tectonic units division of Santos basin，Brazil

针对这一领域勘探研究中所面临的难题与挑战，笔者及所在团队开展了大量研究分析与技术攻关，总结建立了一套盐下湖相碳酸盐岩层系勘探研究技术方法组合，为盐下湖相碳酸盐岩领域油气勘探的深入推进与顺利开展提供了技术参考及研究借鉴。

1 区域地质概况

桑托斯盆地位于巴西东南部海域，北邻坎波斯盆地，南邻佩洛塔斯盆地，盆地面积约32.7×104km2，该盆地为一典型的被动大陆边缘盆地，其形成演化与中生代以来冈瓦纳大陆的解体以及大西洋的扩张有关，构造演化和沉积充填可划分为3个阶段：早白垩世盐下裂谷阶段、早白垩世Aptian阶以发育盐岩为主的过渡阶段和晚白垩世—新生代漂移阶段。盐下裂谷层系是该盆地的主要油气富集层系及勘探领域，在裂谷阶段盆地构造活动强烈，断裂普遍发育，形成了多个NE走向的大型隆起和坳陷带，表现出隆坳相间构造格局，整体上盆地由西向东依次发育西部坳陷带、西部隆起带、中央坳陷带、东部隆起带和东部坳陷带等5个NE走向的构造带，表现出三坳夹两隆的宏观构造格局（图1）。在裂谷期主要发育两套湖相碳酸盐岩储层，也是盐下的主要油气富集层段和勘探目的层，其中坳陷期下部Itp组发育生屑滩贝壳灰岩储层和中深湖相泥页岩沉积，坳陷期上部发育BV组微生物礁叠层石灰岩储层沉积。

2 勘探面临的难题

巴西盐下领域的地质条件十分复杂，随着油气勘探活动的不断推进，在盐下碳酸盐岩领域的勘探研究中出现多个新的难点问题需要解决，主要包括以下4个方面：

1）盐下构造圈闭精细落实难题。巴西盐下目的层段受上覆过渡期巨厚盐岩和漂移期厚层岩浆岩的双重屏蔽影响，地震成像较差且盐岩内部成分复杂，形成了多种构造假象，地震层位解释方案难以确定；同时受区域压扭应力影响，断裂破碎造成了局部地震解释多解性强，大大增加了盐下构造解释及圈闭精细落实的难度。

2）碳酸盐岩沉积古地貌恢复难题。开展沉积古地貌恢复是湖相碳酸盐岩储层分析需要解决的首要问题［11］，但由于桑托斯盆地所在的区域应力场方向持续改变并斜交形成了复杂的压扭构造体系，而且多期次火山上拱与礁滩体快速建隆生长也在不断改变着局部地貌背景，使得盆地碳酸盐岩沉积地貌背景具有不断活动变化的特点，并且现今构造形态与古地貌格局差异大、古地貌恢复难度大。

3）盐下碳酸盐岩储层精细识别刻画难题。巴西盐下湖相碳酸盐岩沉积类型复杂多样，不同类型碳酸盐岩沉积成因模式不清，储层展布难以识别确定，国内外均缺乏相关的系统研究；湖相碳酸盐岩沉积相变较快［12-13］、非均质性强且研究区缺少井控，而且盐下目的层段地震资料品质较差，地震反射特征复杂，常规的碳酸盐岩沉积储层分析预测技术在该区并不适用，开展有效湖相碳酸盐岩储层的识别预测难度较大。

4）碳酸盐岩相关岩浆岩区分剔除难题。研究区盐下碳酸盐岩层系夹杂并广泛发育多种类型的岩浆岩，包括火山通道相、喷发溢流相和侵入成因相岩浆岩等，并且碳酸盐岩储层与各种复杂的岩浆岩交互发育，地震反射特征相似，难以识别区分，岩浆岩识别刻画困难，给勘探实践及钻探部署带来很大风险与挑战。

3 关键技术

3.1 盐岩及岩浆岩屏蔽下的复杂构造圈闭落实技术

3.1.1 盐下构造假象识别技术

盐下碳酸盐岩层系地震资料成像假象的识别是盐下构造解释及圈闭落实的关键，而正演模拟是开展盐下构造假象识别的首要手段。研究中针对研究区可能存在的典型构造假象，充分利用多种地震地质资料建立盐下复杂构造区地质模型，开展正演模拟研究（图2）；通过模型正演效果对比、模型修改等反复迭代过程，去伪存真识别盐下地震反射假象，降低构造解释多解性，并在正演过程中结合波动照明分析技术辅助识别盐下弱成像区层位的准确位置，提高构造解释精度。

图2 盐下层系的逆时偏移正演技术Fig.2 Pre-salt RTM forward modeling technology

在地震解释中逆时偏移（RTM）地震资料使用率相对较高，为了确保正演模拟对构造解释正向的指示意义，开展RTM正演模拟识别盐下反射假象，降低盐下解释多解性；相应地研发了基于GPU加速的旋转交错网格的RTM正演模拟技术，建立了以RTM偏移成像和波动照明分析的联合约束，以GPU／CPU协同计算为加速核心的构造假象正演识别技术（图2）。采用GPU加速方法使得RTM提速20倍，实现单机RTM计算，显著提高了盐下复杂构造RTM正演模拟的速度和灵活性，并确保了正演结果与地震资料相匹配，保障了盐下构造假象的有效识别，落实岩浆岩及盐内异常体屏蔽下的盐下目的层段构造形态。为了确保正演结果与实际地震资料相匹配，研究中尽可能地采用实际采集和处理参数，并以多种地震地质资料进行约束，包括从解释方案中提取构造形态，从速度剖面中提取速度参数，从钻井资料中提取层厚度，从地质模式中提取岩浆岩发育形态等，进而建立盐下复杂构造区地质模型。

3.1.2 盐下复杂压扭构造解释技术

首先，借助正演分析总结该地区盐下典型构造假象并建立模型库，包括上覆岩浆岩可能导致的盐底反射假象，陡倾角区盐内残留脏盐体导致的高角度断裂与储层段反射特征假象，以及盐内速度异常体导致的盐底上拉和高角度断裂假象等。这些典型构造假象的正演识别，有效辅助指导了研究区盐下构造解释落实，并在构造最为复杂的盆地东部隆起带圈闭搜索中取得了良好效果。

其次，在构造假象正演识别基础上，充分利用逆时偏移、受控束线偏移和克希霍夫偏移等多套数据，借助多套偏移数据体优势互补联动，解释识别了盐下层位。同时建立盐下压扭断裂多频多属性解释方法，通过瞬时相位属性辅助解释断面（图3）、分频相干识别主断裂、层拉平体方差辅助断裂平面组合、沿层倾角属性验证平面组合等技术，精细解释了盐下断裂系统，确保盐下构造解释及圈闭落实合理。在层位和断裂解释的基础上，结合盐岩变形规律分析、盐岩速度异常区预测及偏移速度分析定性识别盐岩速度陷阱，并应用波动方程正演模拟定量预测构造幅度误差，整体提高了盐下圈闭解释的精度与合理性。

图3 研究区瞬时相位属性剖面Fig.3 Instantaneous phase attribute profile in the study area

3.2 基于生物生长速率差异与骨架厚度不变模型的古地貌恢复技术

桑托斯盆地盐下裂谷层系发育复杂的构造体系，古今地貌差异大，碳酸盐岩沉积时期地貌背景具有不断活动变化的特点，分析认为是由裂谷期至漂移期的区域应力场方向持续变迁并发生斜交、同时多期次的火山上拱活动以及礁滩体快速建隆生长等因素不断改变宏观构造结构及局部地貌所造成的，因此古地貌的高低是巴西盐下湖相碳酸盐岩储层发育最主要的控制因素。开展沉积期古地貌恢复是湖相碳酸盐岩储层分析的关键环节［14-15］，但由于湖相碳酸盐岩沉积体系时空展布变化较快，且沉积期地层厚度受生物生长速率、沉积压实等多因素控制，常规多集中于碎屑岩领域的古地貌恢复技术并不适用于湖相碳酸盐岩沉积体系，因此建立了基于生物生长速率差异与骨架厚度不变模型的古地貌恢复技术，明确了盐下碳酸盐岩沉积古地貌恢复需要围绕生物生长速率差异与地层负载压实两个要素进行。对于生物生长速率差异要素，针对微生物礁及生屑滩体生长速率较高且明显加厚的特点，采用趋势延伸法对滩体生长及建隆结构进行地震解释校正；对于地层负载压实要素，创新采用碳酸盐岩地层骨架厚度不变压实模型进行校正恢复［16］，实现了精细的古地貌恢复（图4）。通过古地貌恢复，认识到研究区现今隆起带的各个构造高点，在同一沉积时期古地貌却有高有低，其中既有继承性的叠加改造型背斜，碳酸盐岩沉积时古地貌为隆起；也有后期反转型背斜，具古洼今隆特征，古地貌大部分为洼陷，储层不发育（图5）；并且认识到古地貌是碳酸盐岩沉积发育的主控因素，不同的古地貌部位发育不同的沉积微相，储层厚度及物性特征也会有差异。

图4 碳酸盐岩古地貌恢复技术Fig.4 Paleotopography restoration technology of carbonate

图5 研究区盐下某区块构造演化剖面（剖面位置见图1）Fig.5 Pre-salt tectonic evolution profile of a block in the study area（see Fig.1 for location）

图6 研究区盐下湖相碳酸盐岩沉积模式Fig.6 Pre-salt lacustrine carbonate sediment model in the study area

3.3 基于生物礁滩体建造矢量方位角导向的储层预测技术

3.3.1 以碳酸盐岩生长结构为核心的储层地震相识别

结合早期断拗转换阶段生屑滩亚相以贝壳灰岩沉积为主［17-18］，晚期拗陷阶段以微生物礁亚相叠层石灰岩沉积为主的地质认识（图6），围绕外部几何形态和内幕生长机构双要素进行研究区精细的沉积微相地震相分析解释，明确了微生物礁亚相礁核微相多具有丘状几何外形，纵向上发育多期次叠加生长建隆结构，底部基座明显；礁间、礁前微相具有席状几何外形，纵向上发育机械成因的连续平行-亚平行结构。而生屑滩亚相中的贝壳滩微相多具有滩状几何外形，内幕多期次侧积-叠加生长结构，底部具强反射基座，垂直生长方向两侧双向下超；滩间、滩缘微相具有楔状外形，机械生物成因，连续平行-亚平行结构，两侧上超于滩体。同时认识到无论微生物礁或生屑滩，都需要其下存在一个坚硬基座来支撑生长，因此具有显著底界面是碳酸盐岩储层发育地震相识别的必要特征及重要依据。

3.3.2 以礁滩体建造趋势为导向的储层发育刻画

在地震相分析基础上，建立了盐下湖相碳酸盐岩礁滩体宏观建造模式，明确了短期生长旋回发育规律，厘定了微生物礁及生屑滩均具有内幕多期次生长结构特征，并针对湖相碳酸盐岩多期次生长，结合礁滩体内幕结构和几何外形特点开展了储层识别分析。常规储层识别刻画主要采用针对储层内部不同时期年代地层进行追踪识别的方法，其中年代地层主要通过在顶底界面间进行线性内插的方式获得，但这种近似表征储层发育的模型并不满足湖相碳酸盐岩的生长结构特征。因此，引入了矢量方位角追踪技术，该技术以储层顶底界面作为约束，将地质目标体方位角和倾角信息考虑进来，通过数据驱动的方式搜索计算地震道的方位角信息，追踪储层内部地震同向轴分布，从而识别和描述出更为真实的礁滩体生长发育结构和分布。在研究区应用该技术，以叠层石灰岩和贝壳灰岩顶底界面为约束，以礁滩体生长趋势方位角为导向，根据两套储层不同的生长结构特征设置对应的导向参数，开展趋势方位角导向的地层自动切片追踪，识别了礁滩体储层生长方向和分布范围，实现了对碳酸盐岩礁滩体纵向多期次生长及平面叠加发育的刻画。

3.3.3 倾角强化处理降低礁滩体刻画多解性及不确定性

储层研究中发现，受目的层上覆巨厚盐岩及岩浆岩的双重屏蔽影响，盐下储层段频率及信噪比均较低，地震成像品质较差，造成碳酸盐岩储层内幕结构杂乱，矢量方位角求取多解性较强的情况，同时盐岩内部成分复杂也造成了速度横向变化，从而导致盐下偏移成像局部出现同向轴“上拉”假象，影响对礁滩体追踪刻画的准确性。因此，在研究区储层识别刻画中进一步创新思路，首先针对原始地震数据盐下反射能量较弱的问题进行能量补偿处理，应用Q值补偿的方法对盐下目的层段的反射能量进行增强［19］，在保证储层顶底界面反射能量的基础上有效增加了储层内部反射，保障了储层内幕同相轴识别的稳定性。同时将地震数据进行反褶积和道积分运算得到伪阻抗数据体，一方面压制了随机噪音，使得储层内幕结构更易识别；另一方面伪阻抗数据将原有的界面信息转化为储层信息，提高了矢量方位角数据计算的稳定性。应用表明，伪阻抗数据体更好凸显了礁滩体内幕波组特征及外部接触关系，使得储层生长结构特征及趋势更加清楚，强化了礁滩体内部特征及外部形态，并且消除了盐下局部同向轴“上拉”假象，刻画结果符合礁滩体生长特征，有效降低了储层识别及刻画的多解性。

3.3.4 古地貌约束提高储层预测可靠性

受区域上裂谷阶段和漂移阶段多期应力叠加的影响，研究区发育了复杂的构造体系，碳酸盐岩沉积地貌背景具有不断活动变化的特点。在开展礁滩体刻画过程中，发现受后期构造活动影响礁滩体内幕接触关系进一步复杂，矢量方位角追踪较为困难。同时受盐下地震资料频率较低的影响，陡倾角区空间采样率不足，极易出现空间假频，导致礁滩体刻画结果呈现假的角度不整合接触关系，从而影响储层刻画结果的准确性。为了解决这一问题，借助古地貌恢复结果约束得到储层沉积期构造格架，进而在古地貌恢复后的构造格架约束下，开展矢量方位角识别追踪和礁滩体刻画，消除后期构造活动对礁滩体内幕结构和外部接触关系的干扰影响，得到更为真实的储层刻画结果。基于古地貌约束的礁滩体刻画方法在盆地复杂构造区取得了较好的应用效果，有效反映了生屑滩的几何外形与内幕多期次侧积-叠加生长结构和微生物礁丘状几何外形与内幕多期次纵向建隆生长结构，对滩缘和礁前平行—亚平行反射有了较好的刻画，同时指示出不同礁滩体分期次生长以及相互连片叠置的关系，从而达到了储层纵横向展布的识别预测以及有利储层发育区“甜点”识别的目的，最终形成了以矢量方位角追踪刻画为核心方法，以原始数据能量补偿处理、伪阻抗倾角强化和古地貌恢复约束为主要手段，适用于盐下碳酸盐岩礁滩体储层的识别预测技术（图7）。应用该套技术完成了对桑托斯盆地及重点研究区沉积微相展布的预测，精细厘定了盐下碳酸盐岩储层发育规律（图8）。

图7 基于礁滩体建造矢量方位角导向的储层预测技术流程Fig.7 Reservoir prediction technical flow based on reef building vector azimuth orientation

图8 研究区碳酸盐岩礁滩体预测成果图Fig.8 Carbonate reef-bank body prediction result map in the study area

3.4 基于背景能量差异的岩浆岩追根溯源识别刻画技术

3.4.1 应用背景能量差异数据体强化岩浆岩反射特征

巴西盐下裂谷层系储层段发育有多种类型岩浆岩，岩浆岩与储层交互发育（图9），且地震反射特征复杂，尤其是频繁发育的喷发岩与碳酸盐岩储层在速度与密度上极为接近，难以识别区分，给勘探部署带来极大风险，大大增加了研究区资源规模估算的不确定性。通过方法优选和试算，建立了基于背景能量差异的岩浆岩反射特征增强技术，即应用中值滤波原理并结合矢量方位角扫描识别同相轴能量相对较强的沉积地层反射，基于原始数据和中值滤波数据进行匹配求差得到地震数据背景反射；在此基础上对背景反射数据进行能量属性数据体求取，得到背景能量差异数据体。另外，受上覆岩浆岩和巨厚盐岩屏蔽影响，盐下目的层段能量分布不均，相应的对能量差异数据体进行能量均衡处理，通过多道道均衡计算，有效凸显了地层与岩浆岩背景能量差异，为开展储层相关岩浆岩的识别刻画奠定基础。

图9 研究区岩浆岩发育模式图Fig.9 Magmatic rocks development model map in the study area

3.4.2 建立“追根溯源”式岩浆岩识别刻画方法

经过岩浆岩反射特征强化，岩浆岩与围岩的边缘特征和不整合接触关系进一步清晰，可以采用边缘检测的方法开展岩浆岩平面分布识别。首先基于背景能量差异数据体开展多属性分析，并优选出相干、反射能量等属性开展多属性融合，通过调节不同属性数据在属性融合过程中所占权重因子，最大程度凸显出不同区域喷溢相岩浆岩分布特征，强化岩浆岩与围岩的边缘接触关系。

针对岩浆岩的区分刻画探索建立了“追根溯源”式的地质识别解释方法，明确火山通道相、喷发溢流相、侵入成因相之间的伴生组合关系［20-21］，以此作为各种类型岩浆岩地震解释追踪的重要依据；在边缘强化数据体的基础上，结合三维雕刻技术，开展岩浆岩的空间展布刻画。为了保证刻画的准确性，在岩浆岩发育模式和期次识别约束下，解释过程中先刻画岩浆岩通道相主体分布，再刻画与通道伴生的喷发溢流相或侵入成因相岩浆岩的空间展布，最终完成研究区碳酸盐岩储层相关岩浆岩的空间展布刻画，落实了盐下目的层系各种类型岩浆岩的分布范围。

4 应用成效

4.1 成功探明了一个特大型油田

2013年在巴西盐下桑托斯盆地东部隆起构造带优选获取了一个勘探区块，并通过上述技术方法的应用在该区块盐下落实了L构造目标，进而部署钻探了8口探井及评价井获得重要突破，发现了巨厚优质储层和大套厚油层，储层孔隙度10%～20%，渗透率平均200 mD，油层厚度130～400 m，创造了巴西盐下油气勘探单井油层厚度的新纪录，单井试采最高产能可达4万桶／d，最终成功评价落实了一个地质储量超百亿桶的特大型高产油田（图10）。

4.2 成功落实了一批勘探潜力区带

巴西盐下L油田勘探评价的成功验证了上述技术方法的可靠性与先进性，并在巴西桑托斯盆地及其所在的大坎波斯盆地盐下层系区域研究中得到了广泛应用，在大坎波斯盆地（包括桑托斯盆地）搜索落实了4个新的勘探潜力区带（分别是中央坳陷带西斜坡、东部隆起带内带、东部隆起带外带和东部坳陷带坳中凸起区），有效推动了该地区的勘探新机会获取，也为巴西盐下领域油气勘探的进一步推进提供了有力的技术支撑。