陵水凹陷中央峡谷水道砂体构型地震响应正演模拟及有利分布区预测

刘 巍 胡 林 廖 仪 王玲玲 何昭勇 贾曙光

(1.中海石油(中国)有限公司湛江分公司 广东湛江 524057； 2.北京金海能达科技有限公司 北京 102299)

深海是我国海上未来油气发展的潜力区，走向深海是中国海油长远发展的必然选择[1]。海底水道是深水沉积体系的重要单元，是主要的沉积物搬运通道及粗碎屑沉积场所，是陆缘盆地内重要的油气储集层[2-3]，尽管这类储集层具有较高的孔隙度和渗透率，但是其内部结构(连通性、几何形态、岩性、砂体叠置关系)复杂多变，从而导致水道储层非均质性严重，制约着油气藏的高效开发[4-5]。因此，加强海底水道沉积构型研究有助于实现对海底水道砂体的内部结构进行钻前预测，有利于评价储层非均质性对油气藏开发的影响。

层次划分是进行海底水道沉积构型研究的前提，水道沉积构型可划分为多个层次单元。针对深水沉积体系，学者们提出了多种构型级次划分方案。结合Mutti、Lamb等[6-7]提出的5级和6级划分标准，林煜 等[8]以非洲西部地区为例，认为浊积水道体系的构型单元可划分为7级，其中3～5级水道沉积构型最受学者关注，也是研究的重点，分别为单一水道、水道复合体、水道复合体组合。张文彪 等[9]将林煜等提出的7级划分方案名称略作修改，将4～5级的水道复合体和水道复合体组合改为复合水道和水道体系。赵晓明 等[10-11]认为水道体系外部样式可分为限制性、半限制性和非限制性3个大类，水道体系内部多期复合水道间存在垂向叠置和侧向叠置2种类型，前者可细分为孤立式、叠加式和切叠式，后者则包括叠合式和分离式；复合水道内部单一水道存在侧向迁移和沿古流向迁移2种模式，使得单一水道之间在剖面上表现为侧向切叠式和垂向切叠式。李晨曦 等[12]利用叠置比例表征单一水道砂体之间的叠置关系，包括垂向离散式、垂向叠加式、垂向切叠式、平面离散式、平面叠加式、平面切叠式、完全离散式和完全切叠式。

在深水油气勘探方面，前人从浊积水道储层构型成因机理和控制因素[9,11,13-15]，不同级次构型单元的地震相形态、规模和叠置样式[10-11]，水道流动路径、叠置样式和内部充填物对同沉积构造响应机理[16]，水道砂体连通性表征[17-18]等方面进行了研究，但对于浊积水道砂体构型地震响应特征方面的研究仅限于描述剖面上的响应特征，开展进一步的正演模拟分析还较少。程岳宏、Kolla等[19-20]认为深水弯曲水道底部和轴部多为强振幅反射，可见中等连续的退覆、上超或叠瓦状的反射结构。赵晓明等[10-11]认为限制性水道体系边界同相轴明显错断，推断为大型下切谷界面，整体呈现U型或V型；水道体系内部以杂乱状或叠瓦状地震反射结构为主，振幅中强，见弱振幅填充，同相轴连续性差—中等。

本文以琼东南盆地陵水凹陷浊积水道为例，以地震正演模拟为手段，构建深水峡谷浊积水道内部砂体构型样式，揭示浊积水道砂体组合类型，分析多种水道砂体及组合的地震反射特征，分级开展高频地震资料的沉积构型研究，进而预测有利砂体分布区，总结砂体的平面分布规律，指导有利浊积砂体的识别。

1 研究区概况

琼东南盆地位于中国南海西北部大陆边缘，总体呈近东西向延伸，面积约为8×104km2，受区域板块活动加强引起的区域性大海退、峡谷底部早期隐伏断裂带以及下伏南北高中部低、西高东低的地势地貌等联合影响，巨量的沉积物向古凹槽内搬运、侵蚀，形成长达425 km的大型中央峡谷重力流水道[21-22](图1)。该深水峡谷体系延伸长、下切深，具有分段式发育、多期次充填和多物源供给的沉积模式，有利于沉积物的搬运和卸载，是深水区重要的储层发育场所[14]，其中多期水道砂组是天然气主要富集区，具有“多藏独立、纵向叠置”的特点，勘探潜力大[23]。

图1 研究区位置与中央峡谷水道分布

研究区为陵水25-1气田区，位于乐东凹陷东部，水深980 m，为单个圈闭成藏，含气层位为黄流组，埋深为3 600～3 800 m，以限制性—半限制性水道体系为主，发育大型下切谷，下切谷两侧不发育或发育不明显溢岸天然堤；叠后地震剖面上，水道体系呈“V”型，边界处地震同相轴明显错断，晚期水道体系对早期水道体系的下切作用较明显(图2)。晚期水道体系是研究的目标层段，以厚层浊积砂体充填、多期下切谷改造为主要特点，储层均质性较强，砂体连续性好、含气性好，发育多个复合水道以及2气组和3气组砂体。

图2 研究区深水浊积水道构型样式

2 水道砂体构型地震响应正演模拟

2.1 单一水道砂体构型

水道的几何形态和规模要素通常包括水道的弯曲度、弯曲弧长、波长、宽度、深度等[24]，本次研究着重分析水道的宽度、深度等垂向剖面特征，先从小尺度沉积单元的单一水道入手，研究水道尺寸、倾角、填充物、砂泥互层的地震响应特征。琼东南盆地深水中央峡谷成熟区已钻井的含气储层和水层都表现出强振幅亮点特征，但是在相同泥岩盖层情况下，气层顶面反射系数大于水层顶面反射系数，气层顶面反射振幅能量强于水层[25]。结合研究区测井数据，设定纵、横波速度和密度参数，并建立数值模型(表1和图3a)；同时，确定模拟深度范围是3 000～4 500 m，炮点深度和接收点深度在3 000 m，主频为25 Hz，进行正演模拟。

表1 单一水道砂体正演模拟模型参数

图3b是正演模拟得到的自激自收剖面。第1～3组表示水道尺寸上的变化，单一水道规模较小，为几米到百米级别。其中，第1组随着水道高度的增加，水道顶底反射分开，短反射的能量减弱；第2组受水道底部“凹”形态的影响，水道顶底反射没有分开，短反射呈下凹弧度，且随着水道宽度的增加，逐渐形成中等连续的反射特征；第3组水道顶底反射分开，顶部是平直中等连续反射，且随着水道宽度增大而增长，而底部是“V”反射特征，总体上尺寸较小的水道砂体具有短—中等连续的响应特征，尺寸较大的水道砂体具有边缘强、内部弱的振幅响应特征。第4组表示水道倾斜角度的改变，角度越大，短反射越倾斜。第5组表示水道内部岩石速度和密度参数的改变，左侧3个分别为模拟含气砂岩、含水砂岩和泥岩水道，速度依次增大，此时水道与围岩波阻抗差为正并随之变小，地震反射特征变弱，与围岩接近的泥岩水道的地震响应近乎于空白反射；右侧2个均为模拟砂泥岩互层水道，泥岩隔层设置为5 m，比较含气砂岩水道和气砂与泥岩互层水道，可见受泥岩隔层影响，水道顶部同相轴能量减弱(红色箭头所示)，水道底部已不再是“V”反射特征，而是错断杂乱的短反射特征(蓝色箭头所示)。

图3 单一水道砂体正演模拟

2.2 复合水道内部砂体构型

复合水道是仅次于水道体系的中等尺度构型单元，由多个单水道、1～3个气组砂体组成。依据钻井、测井资料及气组地震相特征，同时参考赵晓明、李晨曦等[11-12]提出的水道构型层次分级方案，研究区单一水道砂体之间存在垂向叠置和侧向叠置2种构型样式，均又细分为孤立式、叠合式和切叠式等3种叠置样式。

2.2.1垂向叠置构型样式

为了界定3种叠置样式，首先建立水道砂体叠置模型(图4a)，分析隔夹层厚度对2个垂直叠置水道地震响应特征的影响。设置7种隔夹层厚度，分别为3、5、10、15、30、60和100 m，进行正演模拟。从正演模拟得到的自激自收剖面(图4b)可以看出，当隔夹层厚度为3 m和5 m时，下边水道的顶部反射和上边水道的底部反射混合在一起，下边水道的顶部反射缺失，形成“两谷一峰”的丘状特征(蓝色矩形框所示)；当隔夹层厚度大于10 m时，逐渐出现下边水道的顶部反射，能量逐渐增强；当隔夹层厚度大于30 m时，隔夹层达到调谐厚度，2个垂直叠置水道的地震反射逐渐分开。

图4 垂向叠置水道砂体隔夹层厚度变化正演模拟

结合上述正演模拟结果和研究区地质、地震和测井分析情况，认为垂向孤立式砂体组合是不同气组单元间的砂体组合关系，砂体之间被10～30 m的厚层深海泥岩分隔(图5a中编号1)；垂向叠合式砂体之间被3～10 m的泥岩隔层分隔(图5a中编号2)，剖面上有水道凸起倒置地震相特征，这是由差异压实作用引起，水道顶面向上凸起得越厉害，则说明该水道砂体厚度较厚、储层物性也越好[26]；而垂向切叠式砂体组合是指晚期砂体切割早期砂体，再叠置晚期水道砂体的砂体组合样式(图5a中编号3)，体现了浊积水道纵横向演化复杂、多期次沉积充填特征，砂体间相互切割、冲蚀，储层非均质性较强。

参考隔夹层厚度分析参数，建立3种垂向叠置水道砂体地震响应正演模型(图5b)，并根据测井解释结果来调整隔夹层厚度，模拟剖面上的地震特征，验证叠置样式分类的正确性。例如，对于图5b中编号1，垂向孤立式砂体组合间泥岩隔层厚度为70 m，在地震剖面上有一定倾斜，设置水道砂体厚度分别是30 m和62 m，据此得到的正演模拟结果与地震响应特征相符合，即2个水道砂体的地震响应是分开的，顶部具有强振幅波谷的特征。对于图5b中编号2，垂向叠合式水道砂体组合间泥岩隔层厚度为5 m，设置水道凸起倒置的特征，下边水道内部有一个10 m的泥岩隔层，据此得到的正演模拟结果与地震剖面类似，即下边水道砂体顶部反射缺失，形成“两谷一峰”的丘状特征，泥岩隔层使得下边水道底界面反射与侧边界反射错断，并减弱其反射能量。对于图5b中编号3，垂向切叠式水道砂体模型中5个水道砂体叠置在一起，且相互切割，水平间距都在25 m以内，垂向间距都在10 m以内，据此得到的正演模拟结果与地震剖面相对应，显示具有5个弱振幅复波。

图5 垂向叠置水道砂体地震剖面、测井解释结果及正演模拟

2.2.2侧向叠置构型样式

图6 水道砂体侧向叠置间距变化正演模拟

如图7a所示，在实际地震剖面中，侧向孤立式砂体组合发育在被晚期下切水道冲蚀改造强烈的地区，砂体被泥质充填水道完全分隔，呈孤立式分布与“一砂一藏”的特征；侧向叠合式砂体组合一般发育在晚期有小规模水道冲蚀、砂体之间有薄层天然堤、泥质沉积发育的地区，储层具有一定的非均质性，但局部也有一定的连通性；侧向切叠式砂体组合发育在砂体侧向迁移、水道摆动频繁的地区，砂体之间同样有薄层水道间泥岩、天然堤的存在，但局部也有一定的非均质性。

以水平分辨力分析为依据，建立3种水道砂体侧向叠置模式的正演模型，并进行正演模拟，如图7b所示，结果表明：左边侧向孤立式水道砂体的平均间距大于70 m，地震剖面上呈现孤立的中等连续反射特征，符合“一砂一藏”的特征；中间侧向叠合式水道砂体之间的距离较近，小于70 m，各个砂体的中等连续反射特征无法被严格地区分开来，它们相互连接在一起，因水道砂体尺寸、位置、填充物等不同而形成能量不同、扭曲、略有错断的同相轴特征；右边侧向切叠式砂体的地震响应为同相轴倾斜、扭曲，具有“波浪形”的特征。由此可见，侧向叠置水道砂体模型的正演结果与实际剖面的砂体地震响应特征吻合程度高。

图7 侧向叠置水道砂体地震剖面及正演模拟

3 研究区水道砂体的类型划分和有利分布区预测

3.1 水道砂体类型划分

基于水道砂体构型样式正演模拟分析，依据水道砂体地震纵横向反射结构、波形、振幅强弱、连续性等参数，按照地震相特征将研究区2个主要气组水道砂体划分为6类(图8a、b和表2)。

图8 研究区水道砂体类型及正演模拟

表2 研究区水道砂体类型

1) 透镜状反射(A类)。

该类水道砂体为透镜状外形、椭圆形平面、强振幅反射的特征，反映由多套单一水道砂体叠置的厚层复合水道砂体，而且水道砂体尺寸大时，其内部弱振幅特征明显。地质分析表明，研究区中部W1、W5井区2、3气组水体流速快，岩屑颗粒分选好，储层物性好；测井分析认为，纵横波速度比是识别研究区气层的优势属性(门槛值是1.70)，在反演的纵横波速度比剖面上表现为厚层砂体叠置，且钻井证实该井区2、3气组是高含气性储层。研究区中部W1、W5井区2、3气组属于此类水道砂体结构，为水道体系内主水道。

2) 丘状反射(B类)。

该类水道砂体是在A类反射基础上，顶部叠置了波谷反射特征，平面上为长圆形，气组顶部为中—强振幅波谷，整体具有“两谷一峰+顶波谷”的特征；在反演的纵横波速度比剖面上表现为两套砂体叠合的高含气储层(纵横波速度比<1.70)。研究区西部WW1井区2气组内部砂体组合属于此类水道结构。

3) 强振幅波谷反射(C类)。

该类水道砂体平面上为S形—长条形，剖面外形呈席状。该类水道沉积充填砂体比A、B类厚层水道薄，或是叠置水道被下切水道冲蚀切割，内部隔层相对不发育；在反演出的纵横波速度比剖面上表现为薄层单砂体特征。研究区3气组多为此类水道砂体组合特征。

4) 斜交透镜状反射(D类)。

该类水道砂体剖面形态呈透镜状，与泥岩之间形成波谷反射界面，顶部波谷为中等强度振幅，一般为物性、含气性稍逊色于A、B类的浊积水道反射特征，通常视为含水的浊积砂体；在反演出的纵横波速度比剖面上表现为砂体发育，但含气性较差。

5) 下切复波波谷反射(E类)。

该类水道砂体剖面振幅变弱，出现复波反射，平面为狭长浊积水道特征；水道砂体被冲蚀，被泥质、岩性混杂的沉积物充填替换，砂体厚度变薄，这是研究区2、3气组砂体下切水道的反射特征。分析认为，下切水道是浊积水道砂体横向连通性变差的原因之一。

6) 层状反射(F类)。

该类水道砂体剖面为层状、平行弱反射，平面为席状长条形；在反演出的纵横波速度比剖面上表现为高阻抗泥岩，纵横波速比大于1.8，为深海泥岩典型反射特征。

根据上述浊积水道砂体类型划分及测井相应特征，开展了地震正演模拟研究(图8c)。通过对多类砂体正演模型与钻井揭示的砂体反射特征的对比分析，结果显示二者的反射结构与振幅特征是一致的，验证了上述浊积水道砂体分类的合理性，表明本文正演模拟结果可用于指导研究区有利砂体分布的定性预测。

3.2 水道砂体综合评价及有利分布区预测

基于上述水道砂体类型划分方案，综合水道砂体构型地震响应正演模拟分析及储层反演结果和已知井信息，将研究区A、B、C类水道砂体评价为Ⅰ类储层，D类水道砂体评价为Ⅱ类储层，E、F类水道砂体分别评价为Ⅲ类储层和非储层(表2)。在此基础上，利用地震时频三原色切片分析技术进行了研究区2气组主要含气砂体的平面分布范围预测，并开展了有利砂体分布的定性评价(图9)，结果表明：该气组有利砂体分布区位于未遭受下切水道改造的区域，中段W1井区、W5井区、WW1井区北部及峡谷水道侧翼水道改造较弱，砂体厚度大，圈闭及物性条件好，是最有利的Ⅰ类水道砂体发育区；而东北部(未钻探区域)发育多个厚度较大、含气性较好的Ⅰ、Ⅱ类水道砂体，是未来勘探潜力区。

图9 研究区晚期水道2气组有利砂体分布平面图

4 结论

1) 水道砂体构型地震响应正演模拟分析表明，单一水道砂体的地震响应具有中等连续的强反射特征；尺寸较大时，砂体边缘为强振幅反射，砂体内部为弱振幅反射；含水砂岩水道较含气砂岩水道的响应特征弱；受泥岩隔夹层的影响，水道底部原本的“V”反射特征变成错断杂乱的短反射特征。

2) 复合水道内部砂体可划分为垂向孤立式、垂向叠合式、垂向切叠式、侧向孤立式、侧向叠合式和侧向切叠式等6种叠置构型样式。正演模拟分析表明，垂向孤立式水道砂体的地震响应是分开的，顶部是强振幅波谷特征；垂向叠合式水道砂体具有“两谷一峰”的丘状特征；垂向切叠式水道砂体具有弱振幅复波的特征；侧向孤立式水道砂体具有多个孤立的中等连续的反射特征；侧向叠合式水道砂体具有能量不同、扭曲、略有错断的同相轴特征；侧向切叠式水道砂体具有“波浪形”的反射特征。

3) 基于水道砂体构型样式正演模拟分析，依据水道砂体地震纵横向反射结构、波形、振幅强弱、连续性等参数，按照地震相特征将研究区2个主要气组水道砂体划分为6类，即透镜状反射(A类)、丘状反射(B类)、强振幅波谷反射(C类)、斜交透镜状反射(D类)、下切复波波谷反射(E类)及层状反射(F类)，并将A、B、C类水道砂体评价为Ⅰ类储层，D类水道砂体评价为Ⅱ类储层，E、F类水道砂体分别评价为Ⅲ类储层和非储层。

4) 利用地震时频三原色切片分析技术对研究区晚期水道2气组主要含气砂体的平面分布范围进行了预测，并开展了有利砂体分布区的定性评价，结果表明该气组有利砂体分布区位于未遭受下切水道改造的区域，其中中段W1井区、W5井区、WW1井区北部及峡谷水道侧翼水道改造较弱，砂体厚度大，圈闭及物性条件好，是最有利的I类水道砂体发育区；而东北部(未钻探区域)发育多个厚度较大、含气性较好的Ⅰ、Ⅱ类水道砂体，是未来勘探潜力区。