地层圈闭油气成藏有效性评价方法——以渤海湾盆地济阳坳陷为例

安天下

(1.中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司勘探开发研究院，东营 257001；2.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京 100083)

当前，中外对油气资源的需求日益增加，随着勘探程度的不断提高，石油地质工作者勘探重点逐渐转向以往油气勘探过程中相对非重点的油藏类型，比如地层类、岩性类、致密油等类型油藏[1-3]。同时，受国际油气价格持续走低影响，加之勘探难度不断加大，如何针对这些特殊类型圈闭建立适用性强的圈闭成藏有效性评价方法，对于规避勘探投资风险和优选勘探部署有重要指导作用。前人研究认为，地质风险的科学评价是圈闭成藏有效性方法建立的核心内容，关于圈闭成藏地质风险的确定主要从“生、储、盖、圈、运、保”等六要素进行总结归纳，对影响地质风险的关键要素也开展过大量研究，均取得了一定的成果，但往往缺乏统一性和科学合理的量化赋值标准[4-5]。近年来，众多学者虽然在中外多个含油气盆地建立了相关的地质风险或含油气概率定量评价标准或方法，但针对性相对较弱，尤其在勘探实践中对于某一特殊类型圈闭缺乏有效的适用性，而涉及地层类圈闭的成藏有效性评价方法更加少见[6-7]。因此，开展地层圈闭成藏有效性评价方法及标准的建立具有重要意义，也是当前勘探阶段实现高效勘探的必然要求。

济阳坳陷是中国东部含油气盆地的典型代表，已进入隐蔽油气藏勘探阶段[8-9]，地层圈闭是重要的勘探类型之一，主要指储集层上倾方向直接与不整合面相切被封闭所形成的圈闭[10]。因该类油藏距油源较远，成藏条件要求相对苛刻，勘探地质风险也相对较大。研究表明，地层油藏勘探潜力较大，在含油气盆地中最终的探明比例可占到总探明储量的50%以上[11-12]。但截至目前，济阳坳陷地层油藏探明储量比例(8.3%)远低于世界平均水平(43.0%)，而资源评价和预测结果表明地层类油藏探明最大期望值达到15×108t，勘探潜力巨大[13]，但近年来的勘探成功率较低，亟需建立地层圈闭成效性评价方法，来提高勘探效益。

现以济阳坳陷已发现地层油藏为基础，通过对成功及失利探井对比分析，明确地层圈闭成藏有效性评价的地质条件及要素，结合探井成功率及其影响程度的对比来确定地质风险要素的分级及权重，最终利用地质风险概率法建立地层圈闭成藏有效性的评价方法体系。

1 地层圈闭成藏地质风险分析

1.1 成藏地质风险分析思路

在对济阳坳陷地层目标失利原因分析的基础上，结合地层油藏成藏规律及主控因素[14-15]，建立了地层圈闭失利地质原因流程和方法。具体思路是：从控制地层圈闭成藏的主要地质条件出发[16-18]，确定6个相对独立的地质风险条件(即生油条件、储层条件、盖层条件、圈闭条件、运聚条件、保存条件)，结合济阳坳陷近年来勘探实践和地层圈闭成藏地质规律，主要选择从储层因素、输导体系、圈闭有效性、油气充满程度入手，在此基础上，选取各类条件相近的成功和失利探井开展对比分析，逐一排除相同要素，从而明确地层圈闭成藏有效性评价的主要地质风险。

1.2 地层圈闭成藏地质风险确认

1.2.1 地层圈闭失利的关键因素分析

利用上述方法，对“十一五”以来76口盆缘地层失利探井进行了系统总结，其中因输导性差失利探井占比49.4%，因构造低部位失利探井占比22.2%，因封堵性差失利探井占比17.3%，因储层条件差而失利探井占比11.1%(图1)。由此可见，导致盆缘地层圈闭失利的主要原因有4个，即输导条件差、构造低部位、封堵性差、储层条件差，其中输导条件差是地层圈闭钻探失利的关键因素。

图1 “十一五”以来地层圈闭探井失利地质原因统计

1.2.2 地层圈闭成藏主控因素分析

同时，对济阳坳陷已发现地层油藏的富集规律分析发现，有利的鼻状构造或斜坡边缘正向构造带以及与大断层沟通良好的地区是油气聚集的有利场所。说明了构造背景以及有利断层的输导也是影响地层圈闭油气成藏的非常重要的地质要素。

综合以上分析认为，运聚匹配条件、保存条件、圈闭条件及储层条件等4个地质条件是控制济阳坳陷地层圈闭油气成藏的关键，也是地层圈闭成藏有效性评价的主要地质风险。

2 地层圈闭成藏有效性评价方法

2.1 地质风险要素分级划分

地质风险要素的量化本质上是为了从数学角度反映其对圈闭成藏的控制程度。地质要素量化标准的科学性与否，是建立整个评价方法体系的基础。而确定某一地质条件包含的地质要素的量化标准既可以参考现有的国家或行业标准，同时也可以通过对工区的基础资料综合分析来确定。针对济阳坳陷实际资料较多的情况，在实际资料分析的基础上进行量化分级。

地质风险要素有两个层次的意义：一是影响圈闭成藏可靠性方面的地质风险要素，包括断层输导方式、距油源断层距离、直接盖层厚度、盖层岩性、顶/底板条件及储层孔隙度等，以上要素越好，表明圈闭越可能聚集油气，对于这类地质风险要素可采用“探井钻探成功率分级法”进行分级划分；二是描述圈闭的规模、品位方面的地质风险要素，包括圈闭面积、资源量、储集层厚度等，以上要素越好，说明圈闭规模越大、品位越好，可采用“累计概率曲线法”分级取值[13,19]。下面以4个地质条件中的7个要素为例来说明评价标准的划分及取值过程。

2.1.1 运聚匹配条件

(1)油源断层输导方式。盆缘地层油藏油气运聚规律研究表明，成藏过程中油源断层主要通过3种方式进行油气输导，即断层垂向、侧向及走向方式输导。统计了已探明盆缘地层油藏储量不同断层输导方式所占的比例(图2)，发现垂向输导方式比例大，其次为断层侧向输导，最小的为断层走向输导。因此，按照当前勘探认识划分了油源断层输导方式3个分级标准(表1)。

图2 地层油藏探明储量不同断层输导方式分布

(2)距油源断层距离。从地层油藏分布规律及成藏主控因素研究可知，距油源断层的距离是影响圈闭成藏的关键要素。为此统计50余个地层圈闭成功和失利的探井距油源断层平面距离的关系(图3)。从图3可以看出，随着距油源断层平面距离的加大，盆缘地层圈闭失利越来越多，通过其与钻探成功率关系研究，以5 km间隔对距油源断层距离这一地质风险要素进行标准分级(表1)，距离<5 km时，钻探成功率为60.0%，设定为一级；距离在5～10 km时，钻探成功率为50.0%，设定为二级；距离为10～15 km时，钻探成功率为41.6%，设定为三级；距离大于15 km时，钻探成功率为16.7%，设定为四级。

图3 地层圈闭距油源断层距离分级评价划

2.1.2 保存条件

(1)直接盖层厚度。直接盖层厚度指一套储盖组合的直接盖层厚度，厚度越大，圈闭成藏概率越大。当直接盖层厚度小于5 m时，对于成藏是非常不利的(图4)，参考不同盖层厚度对应探井成功率的比例，制定了盖层厚度4级评价标准，具体为：盖层厚度>20 m为一级，在10～20 m为二级，在5～10 m为三级，<5 m为四级(表1)。

(2)侧向封堵条件(顶底板条件)。地层圈闭类型分为两种，一种是地层剥蚀型，另外一种是地层超覆型。对于地层剥蚀型圈闭，侧向封挡条件就是顶板条件，也就是盖层条件，所以与盖层的评价标准分级相同；而对于地层超覆型圈闭，侧向封挡条件有泥岩、碳酸盐岩、变质岩及火成岩等岩性。根据已钻探井资料，不同岩性的侧向封挡条件对应的钻探成功率不同：泥岩为59.4%、碳酸盐岩为35.3%、变质岩为31.8%，火成岩的样本数少，参考以上结果，确定了侧向封挡条件的4级评价标准(表1)。

图4 地层圈闭盖层厚度分级评价划分图

2.1.3 圈闭条件

靶点高差/圈闭幅度。圈闭幅度越大，表示圈闭成藏后含油高度可能越大，含油充满度越高。探井靶点埋深与圈闭高点埋深距离越近，探井成功概率越大，为此统计了80余个盆缘地层圈闭的圈闭幅度和探井靶点深度及圈闭高点埋深数据，将靶点与圈闭高点差与圈闭幅度比值划分为≤0.25、0.25～0.5、0.5～0.75及0.75～1.00等4个分级区间，比值越小表示离圈闭高点越近，探井成功的概率越大。以此确定了靶点距圈闭高点距离与圈闭幅度比值的评价分级标准(表1)。

2.1.4 储层条件

(1)储层孔隙度。储层孔隙度可直接反映油气能否进入储层而成藏，通过对80余个盆缘地层圈闭进行了统计分析，当储层孔隙度大于30%时，钻探成功率为66.7%，当储层孔隙度为25%～30%，钻探成功率为54.6%，当储层孔隙度为15%～25%时，钻探成功率为41.7%，当储层孔隙度≤15%时，钻探成功率为11.1%，据此将储层孔隙度分级标准划分为4级(图5，表1)。

图5 地层圈闭储层孔隙度分级评价划分图

(2)储层厚度。储层厚度越大，表示圈闭能装的油气越多。为此统计了80余个盆缘地层圈闭的储层厚度数据，并制作了其不同区间的分布柱状及概率分布图(图6)。按同样的分级评价思路，当累计概率值为75%时，对应的储层厚度为25 m，因此可将>25 m作为储层厚度的一级取值标准；累计概率值为50%时，储层厚度为15.0 m，可将25.0～15.0 m作为二级取值标准；累计概率值为25%时，储层厚度为15.0 m，可将15.0～5.0 m作为三级取值标准；≤5.0 m作为四级取值标准。由此，确定了储层厚度这一地质要素的评价分级标准(表1)。

按照以上思路，建立了济阳坳陷地层圈闭地质风险评价标准(表1)，确定了运聚匹配条件、保存条件、圈闭条件及储层条件共计10个地质要素的风险评价标准和取值。其中，除运聚匹配条件中的构造背景和输导方式以外，其他地质要素均划分为4个评价等级，评价取值分别为：一级取值为1，二级取值为0.75，三级取值为0.5，四级为0.25；构造背景和输导方式两个地质要素主要划分为3个评价等级，评价取值分别为：一级取值为1，二级取值为0.75，三级取值为0.5。各地质要素的评价级别越高，对应的评价取值越高，代表的意义是地层圈闭油气成藏的概率越高，勘探地质风险越小。

图6 储层厚度评价分级区间划分

表1 地层圈闭地质风险评价标准

2.2 地质风险要素权系数确定

地质风险评价中每一个地质条件中地质要素对成藏条件的影响程度不一样，而地质要素权重系数的含义就是从量化角度来说明该要素在油气成藏过程中的重要性或者影响程度。权系数确定的合理性也直接影响到最终评价方法的有效程度。对于权系数的确定方法有很多，应用比较多的是“专家打分法”[20-21]，但这种主要依靠的地质专家主观对地质条件的认识程度和勘探实践经验，并且不同专家评价的结果往往差异较大。除此之外，还有“相关分析法”、“模糊判别方法”等[22-23]。目前研究更倾向于利用统计学方法来确定参数权值[24]。为了能够更客观的确定不同地质要素的权重系数，基于济阳坳陷大量的探井资料，主要采用“探井钻探成功率影响程度差异对比法”来确定权重系数。具体思路如下。

(1)假定某一地质条件中包含n个地质要素，首先确定该地质条件中的某一地质要素样本的范围，统计范围内总探井数N总，再按不同级别将样本范围进行划分，统计各级样本范围内获得成功的探井数量N成，即可求出不同级别样本范围内探井成功率P。

P=N成/N总

(1)

(2)经过(1)后，将会得到该地质条件中第i个地质要素不同级别样本的平均成功率Pi，最大值为Pimax，最小值为Pimin，二者相减获得第i个地质要素各级样本平均成功率最大差值ΔPi：

ΔPi=Pimax-Pimin

(2)

(3)经过步骤(2)后，即可获得该地质条件中n个每个地质要素的平均成功率最大差值ΔPi(i=1，2，…，n)。求出每个地质要素成功率最大差值ΔPi占所有地质要素平均成功率最大差值总和ΔP总的比例，作为该地质要素的权系数Wi。

(3)

Wi=ΔPi/ΔP总

(4)

以储层条件为例，包括2个地质要素，即储层孔隙度、储层厚度。对于储层孔隙度，样本点分布在≤40%，孔隙度小于15%范围内，探井成功率为21.1%；15%～25%，探井成功率为27.8%；25%～30%，探井成功率为52.4%；≥30%范围内，探井成功率为66.7%。就储层厚度而言，样本点中大多数储层厚度都在2～50 m，2～5 m内的储层厚度，探井成功率为34.8%；5～15 m内的探井成功率为39.1%；15～25 m内的探井成功率为50.0%；≥25 m范围内的探井成功率为52.6%(图7)。孔隙度各区间探井成功率最大差值为45.6%，储层厚度各区间探井成功率最大差值为17.8%，因此，对比这两个要素，孔隙度对圈闭地质风险的影响程度要比储层厚度大。那么，储层孔隙度和储层厚度各区间探井成功率最大差值和为45.6%+17.8%=63.4%；这样，就可以确定储层条件中储层孔隙度的权系数为45.6%/63.4%=0.7；储层厚度的权系数为17.8%/63.4%=0.3(表2)。按照这样的思路，确定了所有地质条件中不同地质要素的权重系数(表1)，同地质风险评价标准的分级及取值意义相似，确定的权重系数数值越大，代表该地质要素对于地层圈闭油气成藏的影响越大，勘探的地质风险越小。

图7 地层圈闭储层厚度变化图

2.3 地质风险评价标准及方法建立

通过以上对盆缘地层圈闭成藏地质风险要素分级标准和权系数的确定，建立了济阳坳陷的盆缘地层圈闭地质风险评价方法，实现了对盆缘地层圈闭地质风险的定量评价。

总结以上盆缘地层圈闭地质风险评价标准及方法的建立过程，具体如下：①根据盆缘地层圈闭的成藏特点，确定地质风险评价的地质条件。②根据每个地质条件的地质意义，确定每个地质条件包括的地质要素。③综合运用探井成功率分级法和累计概率曲线分级法，划分各地质条件所包含的每个地质要素的分级标准。④利用“钻探成功率影响程度对比法”确定每项地质条件的权系数。⑤最后，运用地质风险概率方法的通用公式[25]，可对具体的盆缘地层圈闭进行成藏可能性进行定量评价。

(5)

(6)

式中：fi为第i类地质条件的地质风险评值；n为地质条件的个数；Ri为第i类地质条件的要素个数；fij为第i类地质风险中第j个地质要素的地质风险评值；aij为第i类地质风险中第j个地质要素的权重系数。F为盆缘地层圈闭成藏有效性评价值。

3 成藏有效性评价方法校验

3.1 样本的选取

运用已建立的盆缘地层圈闭成藏有效性评价方法及标准，对近年来年的10个盆缘地层圈闭新钻探井样本进行了地质风险评价。这些地层圈闭样品并未参与过评价方法的建立，同时这些圈闭位于济阳坳陷的各个地区，具有一定的代表性，根据盆缘地层圈闭成藏有效性评价方法及标准的要求，对上述10个盆缘地层圈闭探井样本进行石油地质综合研究，对成藏有效性评价要素进行分析和填写，完成了盆缘地层圈闭地质风险评价参数表(表3)。

3.2 地质风险评价方法校验

根据选取的地层圈闭样本，对已建立的盆缘地层圈闭成藏有效性评价方法及标准进行验证(表4)。

以JP2圈闭为例进行说明。该圈闭的运聚匹配条件评价值=构造背景评价值×0.4+输导运移方式评价值×0.2+距油源断层距离评价值×0.4。JP2地层剥蚀圈闭处于于继承性发育的鼻状构造，这一地质要素取值为1；输导运移方式为垂向运移，评价值为1；距油源断层距离参数值为4.9 km，其评价值取值为1，由上述分析可知运聚匹配条件评价值为1；保存条件评价值=直接盖层厚度评价值×0.2+盖层岩性评价值×0.4+侧向封堵条件(顶板条件)评价值×0.4，JP2圈闭的直接盖层厚度为50 m，取值为1；盖层岩性为泥岩，取值为1；顶板条件为馆陶组泥岩，取值为1，由上述分析可知保存条件评价值为1。圈闭条件评价值=地震控制程度评价值×0.2+探井控制程度评价值×0.2+靶点距高点距离(高差/圈闭幅度)评价值×0.6。JP2圈闭区为“十一五”以来一次采集三维地震资料，其评价取值为0.75，钻探控制程度为邻块有井，且钻遇油气层，取值为1，靶点距高点距离(高差/圈闭幅度)为0.225，取值为1，由上述分析可知圈闭条件评价值为0.95。储层条件评价值=孔隙度评价值×0.7+储层厚度评价值×0.3，JP2圈闭的储层孔隙度为29%，取值为0.75，储层厚度为20.0 m，取值为1，故储层条件评价值为0.825。由上述研究可知，圈闭的成藏有效性评价值=运聚匹配条件评价值×保存条件评价值×圈闭条件评价值×储层条件评价值，从而可知JP2圈闭的成藏有效性评价值为0.784。根据上述思路，对其余9个盆缘地层圈闭进行了成藏有效性评价，结果如表4。

表3 地层圈闭成藏有效性评价方法校验地质要素表

表4 地层圈闭成藏有效性评价地质要素综合分析及钻探结果表

利用本次建立的盆缘地层圈闭成藏有效性方法及标准对10个钻探的盆缘地层圈闭进行计算，从计算结果和钻探结果对比来看，综合评价值>0.5的均能成藏，解释油层或获得油流，而<0.5的仅见荧光显示或未见显示，综合分析，确定综合评价值0.5作为判识地层圈闭成藏有效性的界限。

4 结论

(1)影响盆缘地层圈闭成藏有效性的地质条件主要包括运聚匹配条件、保存条件、圈闭条件和储层条件等4类地质条件，共计包含构造背景、输导方式、距油断层距离、直接盖层厚度、盖层岩性、侧向封挡条件、可靠程度、靶点高差/圈闭幅度、孔隙度及储层厚度等10个地质风险评价要素。

(2)利用钻探成功率法、累计概率曲线法及探井成功率影响程度对比法能够有效确定各地质条件中不同地质要素的分级标准及权重系数，最终利用地质概率风险方法建立了济阳坳陷盆缘地层圈闭地质风险评价体系。

(3)运用近年来10个盆缘地层圈闭探井样本检验评级方法有效性的结果表明，综合评价值>0.5的盆缘地层圈闭基本上均成藏，综合评价值<0.5的地层圈闭仅见油气显示或干井，可以将综合评价值0.5作为判识地层圈闭成藏有效性的界限，建立的分析方法和标准能够满足当前济阳坳陷盆缘地层圈闭勘探需求。