巴西桑托斯盆地S油田盐下碳酸盐岩地层古地貌恢复技术及应用

王朝锋，王红平，杨 柳，张勇刚，李 东，郭 渊，刘艳红，庞 旭

(杭州地质研究院,杭州 310023)

0 引言

古地貌是地史时期的地表形态，它与后期沉积相特征、储集层的发育和油气形成有着密切的关系[1-2], 因此油气勘探开发非常重视古地貌的研究。国内的鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地、塔里木盆地和四川盆地等都取得了一系列的优秀的研究成果[3-6]，为油气田的勘探开发提供了有力技术支撑。

目前国内、外古地貌恢复方法主要有三种：①沉积学分析法，利用各种基本的地质图件，包括沉积前的古地质图、地层厚度图、砂岩厚度图、岩相古地理图等，同时结合成因相分析、古流向分析、古构造发育特点等多种沉积学分析手段进行综合研究，从而达到认识沉积前古地貌形态的目的[7]；②以填平补齐为原则的“印模法、残余厚度法”，通过层拉平和回剥法恢复沉积时的地貌形态；③层序地层学方法恢复古地貌，通过由基准面旋回变化所控制的地层单元结构类型、叠加式样等不同对应其在基准面旋回中所处的位置不同，反映与之对应沉积动力学关系[8]。

方法①和方法③通过地质规律的指导，利用野外露头观察、钻井和测井信息完成古地貌的恢复，其结果一般属于定性或者半定量的。方法②适用于构造相当稳定，沉积物供给充分的饱和盆地，一般在碎屑岩盆地使用的较多。对于碳酸盐岩盆地不能一概而论，因为无论湖湘还是海相碳酸盐岩，地层厚度大的地方一般构造位置较高，深盆区沉积的灰泥一般厚度较薄。为了对于湖相碳酸盐岩沉积区准确地进行古地貌恢复，笔者以对南美洲桑托斯盆地S油田为实验，通过分析认为在构造背景控制下，利用残余厚度方法找到古构造高地和斜坡的转换点，最后利用地震相技术精细刻画古地貌的格局，该方法预测结果可靠，符合钻井结果，适合湖相碳酸盐岩地区古地貌恢复。

1 地质背景

南美洲桑托斯盆地形成于古冈瓦纳大陆裂解，为典型的被动大陆边缘盆地[9]。盆地演化经历了裂谷期、过渡期和后裂谷期，沉积的三套地层分别是下白垩统欧特里夫阶(Hauterivian)-下阿普特阶(Aptian)火山岩、湖相碎屑岩和碳酸盐岩，中-上阿普特阶蒸发岩(硬石膏和盐岩)，阿尔布阶(Albian)海相碳酸盐岩和上白垩统赛诺曼阶(Cenomanian)—新生界海相碎屑岩和碳酸盐岩[10]。桑托斯盆地盐下构造主要受控于基底断裂，隆起带近北东-南西走向,分为东西两个隆起条带[11]。目前已经发现的盐下油气田均位于东部隆起带上(图1)。这是因为该区域既是适合碳酸盐岩储层发育的古地貌高部位，也是能够形成较好盖层的厚层盐岩发育区，为油气成藏提供有利的封盖条件。研究区S油田位于该区带的北部。

图1 桑托斯盆地盐下构造纲要及主要油气田分布图

2 古地貌恢复方法分析

碳酸盐岩一般沉积在气候温暖，水质清洁的浅水环境，受到古地貌、古气候、湖平面变化的影响。特别是湖相碳酸盐岩的发育由于湖泊面积小于海洋，容易受到陆源碎屑的影响，沉积更明显地受古气候、古水动力条件和古水介质性质等因素的控制[12]。湖相碳酸盐岩沉积与湖盆古地貌有关，浅水台地和水下古隆起等正向古地貌单元发育颗粒灰岩和藻灰岩，而在洼陷区斜坡及半深湖地区发育以泥灰岩、泥晶灰岩为主的碳酸盐岩[13]。因此古构造的形态影响后期碳酸盐岩的沉积和分布，不同的地貌单元形成不同的碳酸盐岩岩石类型。

湖盆的浅水隆起区沉积的颗粒灰岩和藻灰岩，一般以侧向迁移和纵向加积的方式生长，其沉积厚度较大。而向陆由于其水体太浅，经常暴露地表，灰岩地层相对较薄，向盆地斜坡区域由于其水动力条件较弱，主要沉积细粒的灰泥成份，总体厚度不大。地层厚度变化反映了沉积地貌的不同，厚度转换位置应该为隆起区和斜坡区的分界线，隆起区地层厚度越大表示碳酸盐岩滩体越发育。台地相滩和礁在地震剖面上通常具备丘状外形，顶部正极性强反射，丘状体周缘见地层上超，底部为相对弱反射、弱连续，内部杂乱或空白反射,斜坡-至深水区地震反射频率相对高，振幅强[14-17]，这表明地震相技术能够刻画不同的沉积环境和地貌特征。因此运用的构造和沉积背景约束，辅助地层厚度，通过地震相精细刻画古地貌(图2)，是符合地质规律的。

图2 古地貌恢复技术路线图

3 S区块古地貌恢复

3.1 构造背景约束

S油田位于桑托斯盆地东部隆起带上，区块被近南北向断层分割，形成多个断块构造(图3)。从现今构造分析，A1井区和B1井区均位于有效的构造圈闭内，构造形态和幅度基本相同，但是二者构造形成时间却不同。A1井区在碎屑岩(K1)地层中，其底界面存在上超，顶界面存在剥蚀的现象，如图3红色箭头所示，并且碳酸盐岩(K2)沉积地层在边界断层(F1)上下盘厚度不同。因此，A1井区的构造为继承性的古隆起构造，而B1井区在边界断层(F2)上下盘沉积K2地层厚度基本一致，断层构造主要形成于盐岩沉积之后。B1井区在K2地层沉积时，地貌相对较低。实钻结果也证实了这一推测，A1井主要发育藻丘、球粒和介壳灰岩，而B1井钻遇岩性基本为泥灰岩，属于低能相带。因此，湖相碳酸盐岩地层古地貌恢复首先需要进行构造分析，划分不同的区域，再根据不同区域采取不同的分析方法，地层厚度在跨区就不适用了。通过分析S油田发现A1井区为隆起区，B1井区为坳陷区。

图3 S区块横向地质剖面

3.2 碳酸盐岩地层厚度分析

在高频层序格架中，微地貌和高频海平面变化旋回控制了可容纳空间的变化，短暂的构造稳定期和适度的海平面上升期是礁滩的主要生长期，垂向上加积、横向上错落叠置连片, 正向地貌地层厚度一般大于两侧区域[18-19]。如图4蓝色双向箭头所示，碳酸盐岩沉积地层在隆起区向斜坡位置地层厚度由薄-厚-薄的变化趋势，地层厚的位置代表了滩体发育的主体部位。向深盆方向地层变薄的位置代表开始向斜坡位置过渡，沉积颗粒较细，沉积速率缓慢，地层厚度较小。向陆方向代表早期的滩体沉积(图4，绿色覆盖范围，滩体1)，由于受到湖平面下降的影响，早期微生物不能继续生长，只能向深盆方向迁移，在下方继续形成新的一期滩体(图4，天蓝色覆盖范围，滩体2)。正向构造地层厚度最大的位置一般代表碳酸盐岩滩体多期叠加的位置，指示隆起和斜坡转换位置。另外虽然向上地层厚度相对较小，但是由于其后期暴露，溶蚀相对强烈，储层的物性相对较好。

图4 过S区块地震剖面

碳酸盐岩滩体一般沿滨岸坡折带呈带状或者点状分布(图5)。S油田的下白垩统的滩体基本沿构造走向近南北向带状分布，滩体厚度最大的部分并不是位于构造的脊线附近，而是分布在翼部。红色虚线为下白垩统碳酸盐岩地层的厚度较薄的位置，两线之间为碳酸盐岩滩体相对最厚的位置，A1井基本位于碳酸盐岩滩体主体部位。

图5 S区块碳酸盐岩地层厚度图

3.3 地震相分析

地震相是指沉积地层在地震资料上的响应。地震相参数(如振幅、相位、频率、内外反射结构、时间、层速度等)，与地层沉积和流体性质密切相关，通过地震参数能够定性和定量地预测沉积特征以及流体性质。不同构造位置沉积不同的地震相特征的地层，构造高部位台地边缘是碳酸盐岩沉积速率最快的地方，礁、滩和丘向上堆积的速率高于台地的其他部位。地震反射特征为内部杂乱反射，外形呈丘状反射。盆地相岩性在较大的范围内是稳定均一的，地震反射为平行强振幅高连续反射[20]。桑托斯盆地S油田构造受断层控制，断层的下盘构造高部位地震反射特征为弱振幅或者丘状弱反射。断层的上盘整体为发散反射结构，在断层根部常见不连续楔形弱反射块体，推测为滑塌重力流沉积(表1)。

表1 桑托斯盆地S油田碳酸盐岩地层地震反射特征

笔者通过波形聚类分析技术对S区块盐下地层地震相进行分析，计算结果如图6所示。地震相基本可以分为5个区：①低频弱振幅区;②丘状弱振幅区;③低频连续强反射区;④低频中-弱振幅连续反射区;⑤中-强振幅中-差连续发散反射区。在图5中两条红色虚线之间的位置为地层厚度相对较厚的位置，但是在地震相图上南北并不相同。南部为丘状弱振幅反射区，北部而是低频连续强反射区，推测认为北部是滩间洼地泥晶灰岩的地震响应，地层厚度大，岩性致密。

图6 S区块碳酸盐岩地层地震相图

4 应用效果

构造背景全局控制，残余厚度方法区分古地貌高低，地震相技术精细描述古地貌内部格局，恢复S区块碳酸盐岩沉积时的古地貌。通过白垩纪古地貌图分析S区块共计发育5种地貌形态，分别是台地、台缘、斜坡、洼地和半深湖-深湖。台地和台缘的分布主要受断层控制，NE-SW走向(图7)。S区块碳酸盐岩古地貌符合钻井结果，A1井位于台地和斜坡之间，属于台缘，这恰恰解释了A1井发育厚层优质碳酸盐岩储层的原因。A1井区地貌条件优越，阳光充足，有利于大规模的生物繁殖生长，水动力强，容易形成颗粒灰岩；相反B1位于深湖地区，水深、风浪波及不到，沉积泥灰岩。

图7 S区块碳酸盐岩地层古地貌恢复图

在古地貌的控制下，结合地震相分析结果，可以把古地貌图件转化为沉积相分布图，更能直观地识别出储层发育带。如图8所示，S区块碳酸盐岩发育4种沉积相类型：①台缘相的藻丘或者球粒滩;②台地相的颗粒滩;③滩间洼地；④半深湖-深湖灰泥相，其中台缘相和台地相为储层发育区，后两种沉积相不发育储层。台缘和台地相相比较，台缘储层厚度大，储层物性较好。根据沉积相平面图,综合考虑油气成藏条件，2017年度最终部署了A2和A3探井，均发现厚层优质的储层。

图8 S区块碳酸盐岩沉积相分布图

5 结论

通过对区块的沉积背景进行分析，确定不整合发育的位置，找到古构造的高部位，再利用残余厚度方法找到台缘位置，最后利用地震相技术精细刻画古地貌的格局,该方法在S区块得到了较好地应用。

S区块碳酸盐岩地层现今构造为断块构造，古地貌为受边界断层控制，发育台地、台缘、斜坡、洼地和半深湖-深湖5种地貌形态，沉积了台缘相的藻丘或者球粒滩、台地相的颗粒滩、滩间洼地和半深湖-深湖相灰泥4种沉积相类型。台地和台缘宽8 km～10 km，长12 km～14 km，沉积厚层藻丘或者球粒滩，储层平均厚度约400 m，平面上呈带状连片分布。