莺歌海盆地深层“暗点”型隐蔽圈闭识别方法

2018-09-20潘光超范彩伟朱沛苑

石油地球物理勘探 2018年5期

潘光超邓勇范彩伟朱沛苑吴涛

(中海石油(中国)有限公司湛江分公司，广东湛江 524057)

1 概况

莺歌海盆地位于海南隆起区与昆嵩隆起区之间，是南海北部大陆架边缘西区的NW向新生代大型走滑—伸展含油气盆地[1]，包括莺东斜坡、莺西斜坡、中央坳陷等一级构造单元。中央坳陷又进一步分为莺歌海凹陷、临高凸起和河内凹陷等亚一级构造单元。其中，莺歌海凹陷发育了大量串珠状排列的泥—流体底辟构造，其分布区域通称“中央底辟带”[2-4]。中央底辟带自下而上发育中中新统梅山组(二段、一段)、上中新统黄流组(二段、一段)、上新统莺歌海组(二段、一段)及第四系乐东组多套储盖组合[2]。受新近纪后期盆地快速沉降、大规模泥—流体底辟作用及热流体活动影响，中央底辟带及围区广泛发育高温超压环境[3]。

研究及钻探证实，莺歌海盆地浅层砂岩速度、密度等岩石物理参数普遍低于泥岩。当砂岩含气后，纵波速度进一步变小，从而与围岩的波阻抗差异增大，在地震剖面上形成很强的地震反射异常，即通常所说的“亮点”(两强波峰夹一强波谷地震反射，表征低阻抗砂岩储层)。二十世纪九十年代，借助于高分辨率二维地震资料，利用“亮点”技术，在中央底辟带浅层(莺歌海组—乐东组)发现了一批常温常压气田[5]。借鉴浅层“亮点”技术勘探经验，2010年利用重新处理的高品质三维地震资料，在东方1-1构造西翼针对黄流组强振幅地震反射(“亮点”)钻探的Y1-X14井获得了成功。之后，根据“亮点”反射特征进一步分析和精细评价，发现了东方A、B两个高温超压大气田[6，7]。通过实践总结出的“亮点”技术，虽然区分超压气层和含气水层比较困难，但用于识别储层不失为一种有效的方法。根据“亮点”特征落实超压层系有利目标成为共识[8]，但随着勘探的深入，中深层“亮点”型目标所剩无几，盆地陷入后备油气目标严重不足的困境。

为了进一步寻找、评价深层高温超高压领域油气勘探目标，2013年底至2014年初，先后在盆地东方区和乐东区分别部署了两口井，即Y1-X6井和Y23-X1井。两口井的钻探结果揭示，低频强振幅“亮点”反射目的层并不是预期的砂岩储层，而是低速泥岩(速度明显低于背景泥岩)[8](图1)，勘探再次陷入僵局。由此，辨明高温超高压领域含气储层地震反射特征成为在深层获得油气勘探突破的关键。

图1 莺歌海盆地储层与低速泥岩地震反射特征对比图

本文通过岩石物理特征分析及正演模拟，明确了盆地深层高温超高压领域含气储层地震反射特征以“暗点”型及两波谷夹一强波峰的“亮点” 型为主。在深层储层整体低孔、低渗及相同围岩条件下，“暗点”型目标储层物性通常要好于“亮点”型，因而，其勘探意义更大。在此基础上，针对“暗点”型目标识别难点，提出了“暗点”目标识别三步法，并且将该技术应用到乐东S区，成功发现乐东10-X“暗点”型目标。经钻探揭示，预测结果与实钻结果一致，证实了该方法的可行性和有效性，值得进一步推广。

2 “暗点”型目标勘探前景及难点

莺歌海盆地作为全球三大高温高压盆地之一，地层岩石物理特征变化规律复杂。选取盆地中钻探较深、钻遇地层较全、测井资料较齐全的钻井数据开展储盖层成岩演化分析。结果发现：砂岩速度随着埋深的增加呈逐渐变大的趋势。其中，在浅层砂岩速度呈线性增加趋势，在深层速度变化率逐渐减小，速度变化趋势逐渐趋于平缓。由于受快速沉降、底辟发育、高温高压、低速泥岩等因素的影响，泥岩纵横向速度变化规律相对复杂。其中，浅层泥岩速度随着埋深的变化呈逐渐变大的趋势；随着压力系数逐渐增大，中深层泥岩速度出现反转，即从某一深度开始出现泥岩速度随深度增加而减小的现象。由于不同地区超压界面发育深度不同，盆地内不同地区泥岩速度的反转深度也不相同。砂、泥岩的岩石物理特性表明，浅层砂岩总体表现为低速度、低密度、低阻抗特征。随着深度增加，压实作用逐渐增强[8，9]，砂、泥岩波阻抗值逐渐接近。在中深层高温超高压领域，由于砂岩速度随埋深呈现逐渐增大的变化规律，而泥岩速度随深度增加而逐渐减小，由于低速泥岩的存在，使砂岩速度远大于泥岩速度成为必然，最终导致砂岩与泥岩波阻抗大小相当，甚至砂岩波阻抗超过泥岩[10]。

依据盆地浅、中、深层砂、泥岩岩石物理特征变化规律，建立了如图2a所示速度模型。岩石物理参数从左到右采用渐变式，与盆地内深度由2800m逐渐增加到4800m砂、泥岩变化规律相符。具体参数为上覆泥岩从左到右速度由3600m/s逐渐减小到2800m/s，密度由2.55g/cm3逐渐增加到2.62g/cm3；下伏砂岩从左到右速度由2800m/s逐渐增加到4200m/s，密度由2.25g/cm3逐渐增加到2.50g/cm3。基于以上模型，通过波动方程有限差分算法进行正演模拟。模拟结果(图2b)显示，浅层含气储层地震反射特征表现为两强波峰夹一强波谷的“亮点”(波谷亮点，表征低阻抗砂岩储层)。随深度增加，压实作用增强，地震反射强度逐渐变弱直至呈现“暗点”(砂、泥岩波阻抗大小接近)，而随着低速泥岩的出现，地震反射强度由弱逐渐增强，最终到一定深度呈现两强波谷夹一强波峰的“亮点”(波峰亮点，表征高阻抗砂岩储层)。

图2 含气储层地震正演模拟分析

对深层钻遇的高阻抗砂岩储层的波峰“亮点”进行流体替换的正演模拟分析(图3)发现，随着孔隙度的增加，波峰“亮点”型目标地震反射强度逐渐减弱，逐渐向 “暗点”型转变。通过以上分析可以看出，在深层储层整体低孔、低渗及相同围岩条件下，“暗点”型目标储层物性通常要好于“亮点”型(波峰“亮点”)，由此明确了“暗点”型隐蔽圈闭在深层油气勘探中的研究意义。

图3 Y10-3A井含气储层段不同孔隙度流体替换正演模拟

在实际生产实践中，在盆地深层曾钻遇了多套“暗点”型储层。图4a为Y30-1A井在莺歌海组二段钻遇的一个典型 “暗点”型水道砂体，埋深为3930～4080m，在叠后地震剖面上表现为弱振幅、弱连续反射特征，储层具有厚度(118m细砂岩)大、砂地比高(81%)、物性好(孔隙度为13%～22%，均值为20%；渗透率为1.5～20mD，均值为10.5mD)的优点。图4b为Y10-1A井在黄流组一段底部钻遇的一套“暗点”型气层，与下伏“亮点”型高阻抗砂岩储层相比， “暗点”型气层同样具有储层厚度大、物性好的优点。通过以上实钻案例分析可以看出，“暗点”型目标在盆地深层具有广阔的勘探前景。

尽管“暗点”型目标勘探意义大，但识别难度同样很大，具体表现在：①“暗点”型储层地震反射特征表现为弱振幅、弱连续，与泥岩相似，从叠后地震数据体上难以识别，仅依靠叠后地震数据体上地震同相轴的连续性很难准确刻画砂体范围；② “暗点”型目标砂、泥岩纵波阻抗接近，常规的叠后反演方法无法预测储层。因此，解决“暗点”型隐蔽圈闭识别问题成为深层油气勘探的关键。

图4 莺歌海盆地钻遇的暗点型水道砂体(a)及气层(b)地震剖面

3 “暗点”型目标识别方法

在一定程度上，与炮检距有关的振幅变化会影响在叠后地震数据上仅依靠绝对振幅的大小预测储层及其含气性的 “亮点”技术的应用效果。例如，浅层低阻抗含气砂岩被高阻抗页岩所覆盖，由于在近道具有较大的法向入射反射系数，而远道数据反射波振幅随入射角增大而增加，因而在全叠加地震剖面上表现为非常强的“亮点”特征，对于这种AVO类型的储层通过“亮点”识别的烃类效果显著。但当盖层介质与含气储层之间波阻抗差较小而使法向入射反射振幅中等或较弱时，由于在共中心点(CMP)道集中可能出现相位反转，导致在全叠加剖面呈现较小的反射振幅。在这种情况下，无论预测储层还是储层含气性问题，“亮点” 等技术都将无能为力。本文所讨论的正是这种非亮点含气储层或非亮点AVO响应的识别问题[11]。

研究AVO异常的相关论文较多，并且有很多成功应用的实例。然而，这些文献主要偏向于“亮点”而不是“暗点”或弱振幅地震异常的AVO异常分析。这可能有两个方面的原因： ①全叠加地震数据中非“亮点”型储层肉眼识别困难，而亮点储层则比较容易识别，因此对这些储层进行AVO分析较多； ②非“亮点”AVO分析较多地受制于资料信噪比和速度问题，道集优化难度大[11]。虽然论点②有一定的合理性，但易形成一种错误概念，即AVO技术只适用于“亮点”型目标，对于非“亮点”型目标，则不需要作AVO分析。这种错误概念在某种情况下限制了AVO异常在油气勘探开发中的作用，从而使勘探家们失去了一种使用传统地震解释方法以外的技术去发现新的勘探目标或评估已有目标的机会。但是,采用AVO分析非“亮点”地震反射是否出现了“非常规”响应，即一些背离背景的AVO异常同样是很重要的[11]。

3.1 “暗点”型目标FN属性刻画技术

根据定义，“暗点”是由于烃类的存在而导致的全叠加反射振幅变小的现象。Rutherford和Williams[12]将“暗点”归类到砂、泥岩声阻抗差趋于零的Ⅱ类AVO响应情况。然而Ⅱ类AVO响应实际上是有一定的响应区间，正如图5中的两条曲线所表征的那样，其中上面一条曲线(黑色实线)具有较小的正法向入射反射系数，对较小的入射角反射波振幅是减小的；对较大的入射角，相位发生反转，反射波振幅增加。下面那条曲线(黑色虚线)则具有较小的负法向入射反射系数，其振幅随入射角的增加而增加。基于以上现象，进一步将Ⅱ类AVO响应细分为两类：一类为振幅随炮检距增加出现相位反转(Ⅱa类)；另一类为振幅随炮检距增大而正常增加(Ⅱb类)。Ⅱa类响应由于在小入射角和大入射角处有相反的极性，导致全叠加振幅响应趋于零，因而更接近于传统意义上的“暗点”。Ⅱb类响应全叠加反射振幅介于“亮点”与“暗点”之间，也许既不能解释为“亮点”，也不能解释为“暗点”[13]。

图5 Ⅱ类AVO振幅随炮检距变化关系

通过分析穿过界面的局部速度、密度和泊松比的差异可确定地震响应是属于Ⅱa类还是Ⅱb类。然而，用传统的AVO属性剖面(如P×G)检测Ⅱ类AVO响应中的任何一种都是十分困难的[13]。Ⅱa类响应因为存在相位反转，P和G的积为负值；Ⅱb类响应由于P趋于零，使得P×G趋于零[14]。

为了优化Ⅱa类和Ⅱb类AVO响应的应用，本文提出通过FN属性刻画Ⅱ类AVO响应，即

(1)

式中：an和af分别为近道、远道的振幅；c1为由响应类型所确定的常数，Ⅱa类响应c1=1，Ⅱb类响应c1=0；θn、θf和θmax分别为限定的角孔径，由响应类型和相位反转的位置所确定。

FN属性等于远道数据的叠加与近道数据的叠加之差，目的是在减小背景反射响应的同时，使含气响应得到加强。对于Ⅱb类响应，远道叠加是有效的，这是因为近道叠加的振幅通常较低(可忽略)。然而，Ⅱa类响应由于远道数据与近道数据的极性相反，因此，在常规全叠加响应被相互抵消减弱的同时，在FN属性剖面上含气响应则表现为加强特征。

已发现的Y30-1A“暗点”型水道砂体在叠后地震剖面上表现为弱振幅、弱连续反射特征(图4a)，在叠前道集上(图6)近道表现为波峰反射，远道表现为波谷反射，存在明显的极性反转现象，是一个典型的Ⅱ类AVO“暗点”型储层实例。

从计算的FN属性剖面(图7c)来看，由于FN属性综合了近道数据和远道数据的能量，因而实现了对“暗点”储层的“亮点”成像。但该FN属性剖面中存在一个重要问题：上部FN属性异常代表砂岩储层，但下部同样具有水道外观形态的FN属性异常代表泥岩。分析原因认为，FN属性异常主要反映全叠加剖面中无法显示的Ⅱ类AVO异常，而Ⅱ类AVO异常在识别储层方面并不存在唯一性，导致FN属性异常在指示储层方面也存在多解性。因此在实际应用中需要进一步对具有FN属性异常的地质体进行岩性预测，以排除由于特殊岩性等非“暗点”型储层引起的假FN属性异常。

图6 过 Y30-1A“暗点”型水道叠前道集AVO特征分析

图7 Y30-1A井测井剖面(a)及过井“暗点”型水道全叠加数据(b)和FN属性对比图(c)

3.2 FN属性异常岩性预测

通过岩石物理分析(图8)发现，受压实作用、地层灰质含量、低速泥岩三者交互影响，深层砂岩储层纵波阻抗变化很大，利用门槛值难以确定储层。因此，无法通过纵波阻抗实现“暗点”型目标岩性预测。但本区纵横波速度比在区分岩性方面效果显著，高阻抗砂岩储层和低阻抗砂岩储层均为低值；正常泥岩和低速泥岩纵横波速度比均为高值，区分门槛值为1.7。因此，纵横波速度比可作为“暗点”型目标岩性预测的敏感参数[15]。

图9为过Y10-1A、Y10-2A、Y10-3A井地震剖面及波阻抗反演剖面，在地震剖面上，既有表征低阻抗砂岩的波谷型“亮点”，又有经Y10-1A井钻探证实的砂泥岩阻抗接近的“暗点”及表征高阻抗砂岩的波峰型“亮点”。在纵波阻抗剖面上，三者分别表现为低于、相当和高于背景泥岩阻抗的三种砂岩情况，无法通过纵波阻抗对目标体进行储层预测；但是在纵横波速度比剖面上，低、中、高阻抗砂岩储层均表现为低纵、横波速度比。反演结果与实钻结果一致，证明了纵、横波速度比可有效解决“暗点”型隐蔽圈闭岩性预测问题。

图8 莺歌海盆地砂泥岩岩石物理分析

3.3 “暗点”型目标物性预测

受压实作用影响，深层高温超高压区域储层整体以低孔、低渗为主，因此需要进一步对“暗点”型隐蔽圈闭进行物性预测，以确定“甜点”储层范围，指导钻前的井位部署。通过岩石物理分析(图10)发现，纵波阻抗、横波阻抗、密度三者对孔隙度均具有一定的指示意义，随着储层孔隙度增大，纵波阻抗、横波阻抗和密度均逐渐减小。其中密度和孔隙度的相关性最好，但是由于 “暗点”型目标普遍埋藏较深，在地震采集过程中，很难获得远道地震数据，因此，目前的叠前反演技术很难获得一个稳定、可靠的密度数据，但是可以获得可靠、稳定的纵、横波阻抗信息[16-18]。因此，可以考虑通过纵波阻抗、横波阻抗和孔隙度的相关性对“暗点”型隐蔽圈闭进行物性预测。

图9 过Y10-1A、Y10-2A和Y10-3A井剖面

图10 Y10-3A井孔隙度与纵波阻抗(左)、横波阻抗(中)和密度(右)交会分析图

通过以上分析，最终提出针对“暗点”型隐蔽圈闭识别的三步法技术：第一步，暗点识别，利用FN属性识别出常规叠加剖面上具有Ⅱ类AVO异常的弱反射地震特殊异常体；第二步，岩性识别，利用砂、泥岩纵横波速度比的差异识别储层，剔出特殊岩性体造成的假FN属性异常；第三步，物性预测，利用砂岩孔隙度与纵、横波阻抗的线性关系对储层物性进行预测，识别“甜点”储层。

4 乐东S区应用效果分析

乐东S区位于莺歌海盆地莺东斜坡的南段，发育一大型构造脊，油气运聚条件有利。该区新近系中新统黄流组、梅山组广泛发育低位域海底扇储层，与海侵泥岩及浅海泥岩形成良好的储盖组合。根据该区砂、泥岩岩石物理特性，推测该区具备发育“暗点”型隐蔽圈闭的基本条件。

利用本文方法，在乐东S区黄流组二段底部发现了一套Ⅱ类AVO异常“暗点”型目标，即乐东10-X异常(设计井位置)。单点AVO分析表明，该异常体在近道数据为波峰反射，随炮检距增加，极性发生反转，在远道为波谷反射，在全叠加剖面上(图11左上)表现为弱振幅、弱连续反射特征，无明显的地质体外观形态，为一典型的Ⅱa类AVO“暗点”型目标，无法通过常规的全叠加剖面进行落实。通过计算FN属性剖面及FN属性沿层切片，结合近道部分叠加数据剖面的解释，最终对该Ⅱa类AVO“暗点”型目标范围进行了准确的落实。叠前反演结果(图11)表明，目标存在明显的低纵横波速度比，预测目标为砂岩储层。进一步通过叠前反演获得的纵波阻抗对目标砂体进行了物性预测，目标砂体纵波阻抗值低于乐东Y10-1A井钻探揭示的高阻抗砂岩，预测目标储层物性好于乐东Y10-1A井揭示的高阻抗砂体。结合该区的石油地质条件及平面属性特征，钻前预测该Ⅱ类AVO“暗点”型目标发育物性较好的储层，同时具备明显的含油气特征，为该区有利的勘探目标，值得进一步上钻评价。