琼东南盆地深水区圈闭有效性评价方法及其应用*

范彩伟 胡 林 李 明 陈 奎,3 王真真

(1.中海石油(中国)有限公司湛江分公司 广东湛江 524057； 2.中海石油(中国)有限公司海南分公司 海南海口 570312；3.西北大学地质学系/大陆动力学国家重点实验室 陕西西安 710069)

目前，深水区已成为全球油气勘探的热点和油气增储上产的重要领域之一，其中深水石油资源主要集中在大西洋中、南段，而天然气资源主要在大西洋、东非、新特提斯、环北极深水盆地[1-6]。南海是在欧亚板块、印澳板块和菲律宾海板块相互作用下产生，位于西太平洋和新特提斯两大构造域交接部位，为古南海地台新生代发生裂谷形成的具有洋壳结构的边缘海[7-8]。

2014年，南海西部琼东南盆地深水区在中央峡谷内先后探明了超千亿立方米的优质天然气储量，证实了该区有效的含油气系统和优越的油气成藏条件[9-10]。但是，琼东南盆地深水区不同于大西洋两岸被动大陆边缘的典型深水盆地，缺乏国外深水常见的盐丘和底辟活动，且受水深、崎岖海底、差异沉积、高温高压、钻井数量少等因素的影响，横向上地层速度变化规律不清，从而导致该区构造圈闭、岩性圈闭有效性难以有效刻画，制约着深水油气勘探进程[11-12]。为此，本文提出基于地质沉积与构造共同约束的高精度叠前深度偏移速度建模方法，从大、中、小三种尺度研究琼东南盆地深水坡折带少井区地层速度变化规律，并开展基于气藏模式的单砂体速度验证及校正；针对深水区不同沉积地质体互相影响的岩性圈闭，从井点出发，结合沉积演化规律与叠前地震反演结果，精细刻画不同沉积体的砂泥岩分布情况，并通过镂空技术立体化展示不同地质体间的砂泥岩空间分布情况，实现由点、线、面、体多维度评价岩性圈闭有效性，从而为深水区勘探目标选择提供了科学依据。

1 区域地质概况

琼东南盆地是一个新生代陆缘拉张盆地，位于南海西北陆缘近NE—SW走向的伸展裂陷带，具有“南北分带、东西分块”的构造特征，主要包括北部坳陷带、中部隆起带、中央坳陷带和南部隆起带等4个一级构造单元。该盆地深水区主要位于中央坳陷带和南部隆起区，自西向东发育乐东凹陷、陵水凹陷、北礁凹陷、松南凹陷、宝岛凹陷、长昌凹陷等六大凹陷和陵南低凸起、松南低凸起两个低凸起，具有下断上坳的双层结构特征(图1)。其中，乐东-陵水凹陷为已证实富生烃凹陷，以生气为主；松南-宝岛凹陷属于潜在富生烃凹陷；长昌凹陷属于生烃凹陷[13-15]。

图1 琼东南盆地构造单元划分图

勘探证实，琼东南盆地深水区发育多套储盖组合，主要储层包括黄流组-莺歌海组中央峡谷浊积水道砂、三亚组-梅山组-莺歌海组海底扇、陵水组浊积水道砂和海底扇、崖城组三角洲、基岩潜山风化壳等。纵向上发育古近系和新近系两大成藏组合，已发现气藏具有下生上储、古生新储的特点，晚期天然气垂向运聚充注成藏，为构造-岩性复合控藏，且多个砂体独立成藏，气水系统不同；横向上发育中央峡谷构造复合岩性圈闭群、乐东-陵水凹陷梅山组海底扇岩性圈闭群等有利成藏区带[16]。

2 深水坡折区构造圈闭有效性评价方法

中央峡谷沿琼东南盆地轴向横贯中央坳陷带，长达450 km，宽约10～30 km。中新世早期，随着海平面下降，西部红河远源水系与越南东部海岸秋宾河水系汇流，在中央坳陷带中部凹槽侵蚀形成峡谷，继而向东不断侵蚀延伸，直达长昌凹陷。其中，陵水凹陷中央峡谷区已发现陵水A大型气田，乐东凹陷已发现陵水B构造，该构造位于水深从300 m急剧加深至1 500 m的坡折区。分析认为，坡折区(尤其是陡坡的转折端位置)由于坡度突然变陡而导致采集时无法接收到有效信号，处理时也就无法得到较好质量的速度谱数据与其对应，经常出现速度谱质量较差的情况；坡折区特有的海底多次波和侧面波，导致不同位置速度谱变化规律不明显，表现出一种跳跃性变化，与地层速度正常变化规律不符。此外，坡折区也是多物源、不同沉积体系汇聚区，海底扇、水道交互发育，不同地质体不同埋藏深度的横向地层速度难以约束，加之上新世快速沉降的欠压实泥岩引起中深层超压地层发育。因此，本文提出基于地质沉积与构造共同约束的高精度叠前深度偏移速度建模方法，从大、中、小三种尺度研究坡折区地层速度变化规律，并开展基于气藏模式的单砂体速度验证及校正。

2.1 基于地质沉积与构造共同约束的高精度叠前深度偏移速度建模

叠前深度偏移技术主要解决复杂构造和复杂速度偏移成像问题，既可以解决坡折带附近地震资料品质差的问题，也能够提高地层速度的研究精度。叠前深度偏移速度建模主要分两大步：第一步是建立较准确的初始速度-深度模型；第二步是利用一定的速度建模技术反复修正速度模型，直至速度-深度模型精确度满足需要为止。

常规深水区叠前深度偏移速度场建立步骤为：①精细海底拾取、实测水速充填；②中长尺度网格层析速度修正；③各向异性参数估计及模型建立；④各向异性参数扫描、更新；⑤基底速度扫描、变速充填；⑥最终VTI介质模型(体偏移)。通过以上步骤，得到最终的叠前深度偏移初始速度模型既消除了受崎岖海底影响的速度跳点，又保持了与测井速度趋势相一致。

陵水B区处于坡折带，要求更高精度的速度模型。本次研究中，在常规速度建模流程的基础上增加了2个步骤：①基于地质沉积与构造共同约束，建立初始叠前深度偏移速度场；②利用少量已钻井和大量虚拟井，控制多期次水道内速度横向变化趋势，并对初始速度场进行校正。这样，将地质沉积、已钻井速度信息融合到速度建模的过程中，最终可获得带有地质、沉积模式建立的速度体。

2.1.1基于地质沉积与构造共同约束，建立叠前深度偏移速度场

沉积层趋势速度模型的建立，不仅要考虑到大的层序界面，而且要对各种不同地质异常体进行精细雕刻。对于陵水B区，所采取的主要方法有：①在坡折区，结合水深的变化趋势，浅层地层速度采取渐变的趋势；②在地质异常体区，采取分期次、分层段精细刻画；③在地层构造复杂区，采取沉积地层横向控制，构造趋势垂向调整。通过与研究区常规叠前深度偏移速度剖面的对比分析，可以看出基于地质模式的叠前深度偏移速度剖面整体上消除了低速、高速异常，坡折带浅层速度变化趋势合理，多期水道雕刻更加清晰，水道内部速度变化规律与沉积特征更加吻合，速度精度有了较大提高和改善(图2)。

图2 陵水B区常规叠前深度偏移速度剖面与基于地质模式的叠前深度偏移速度剖面对比(剖面位置见图1)

2.1.2基于虚拟井与沉积微相，对速度场进行校正

基于地质沉积与构造约束的速度模型建立后，局部地层速度可能与已钻井的速度变化规律存在差异，这就需要对速度场进行局部校正。常规的井控速度场校正方法采取以井与区域层序界面控制，横向和垂向上考虑井的速度变化规律，对比井与速度体的误差生成校正系数，进行插值形成校正网格，对速度体进行校正，从而使速度趋势控制与已钻井结果相吻合。

本次研究中，以井与区域层序界面控制为基础，横向以沉积微相控制速度校正趋势为辅，针对钻井数量少的特点，在复杂地区采用多口虚拟井控制速度横向、垂向变化趋势，实现精细化速度校正。陵水B区已钻3口井，分别钻遇二期水道(LS1井)、一期水道(LS2井)、水道外(LS3井)。如图3所示，该区已钻井的地层速度变化规律是二期水道速度大于一期水道速度，再大于水道外地层速度；校正前速度剖面显示二期水道内存在低速，水道顶部存在异常高速，一期水道低速不明显，地层横向速度插值变化与该区速度变化规律匹配度低。

图3 研究区沉积模式与井结合校正前、后速度剖面对比(剖面位置见图1)

针对这一问题，首先基于区域沉积认识，刻画出该区两期水道的沉积范围，并在二期水道速度异常变化区采取虚拟井控制一期主体水道内稳定高速、水道边部速度逐渐变低的规律；其次在一期水道和二期水道交界处以及水道外，同样采用虚拟井控制沉积地层的低速和水道的高速横向变化规律。具体校正步骤如下：首先假设ΔVki表示第k套沉积地层在虚拟井i处的校正速度误差系数(其取值结合邻井与沉积模式)，ΔVkj表示第k套沉积地层在已钻井j处的校正速度误差系数，以ΔVkj为主导、ΔVki为辅助，针对速度复杂层可以增加虚拟井i的个数，满足5 km×5 km范围内基本有控制井；然后基于现有的已钻井和虚拟井校正速度误差系数，采用克里金法对周围的校正速度误差系数进行加权预测[17]，即

式中：ΔVk(Si)是第k套沉积地层第i个位置处的校正速度误差系数；λi是第k套沉积地层第i个位置处的校正速度误差系数的未知权重，其大小取决于预测位置与已钻井、虚拟井的距离；So为预测位置；N为测量值数。依据第k套沉积地层的速度平面校正网格，进行第k套沉积地层速度校正；以此类推，对所有地层速度体进行校正。

由图3可以看出，该区校正后的二期水道内速度没有畸变，水道主体显示高速，水道边部速度逐渐减小，然后过渡到水道外低速；已钻井、虚拟井速度和沉积地层、沉积模式更加匹配，水道内外低速、高速分布更加合理。同样，上述局部地层速度校正方法也可以应用到海底扇、三角洲等其他地质体；而对无井钻遇的地质体，可以采用沉积微相横向预测速度变化趋势。

2.2 基于气藏模式的单砂体速度验证及校正

陵水B区采用校正后速度体，在峡谷水道黄流组Ⅱ气组发现优质气藏。该气组发育90～150 m厚层细砂岩，砂岩顶面为强波谷反射，底面为强波峰反射，内部发育泥岩薄夹层，水道砂横向稳定发育。LS1井钻探结果揭示，黄流组Ⅱ气组井点处砂岩内部波峰反射与气水界面吻合；但波峰反射横向是弯曲的，与气藏模式不吻合[18-19]。

首先，验证LS1井区砂岩内部波峰反射是否为气水界面引起。如图4所示，建立与地层相同比例的不同正演模型，模拟厚层砂岩内部存在不同厚度夹层、不同厚度气层、水层与夹层复合、气水相间层等4种情况下的地震波形变化规律，结果表明：①在气层厚度大于6 m的条件下，砂岩内部才会产生波峰反射特征；②不同厚度气层的模型中，气藏边界处地震波形由波峰突变成波谷，且气层越厚砂岩内部波谷、波峰反射越强；③薄层泥岩夹层模型中，砂岩内部不产生地震波形变化；④气水层相间分布模型中，气层处产生明显的地震波形变化，而水层内无地震波形变化，波峰反射不连续分布。因此，陵水B构造厚层砂岩内部波峰反射是气层与水层阻抗界面，而连续波峰反射指示该区为大型块状底水气藏，波峰反射应具有平点特征。

图4 LS1井区不同模型正演地震波形变化图(剖面位置见图1)

其次，结合厚砂底水型气层的平点模式对其弯曲不平地震反射进行校正，使其与LS1井气水界面保持一致。最终，参考气水界面的校正量，逆向校正气组顶面深度构造，形成了小尺度单气组高精度速度体。同样，参考气水界面的校正量，可对目标砂体附近构造进行相似校正。

3 深水区岩性圈闭有效性评价方法

岩性圈闭是指因储层岩性或物性变化而形成的圈闭[20]，其成因既有沉积作用也有成岩作用；其类型有因砂岩尖灭、物性变化形成的圈闭，也有因不整合接触形成的圈闭，还有构造岩性复合型圈闭。岩性油气藏评价需要多种方法和技术的综合应用，才可能提高勘探成功率。研究表明，层序地层学和地震储层预测是岩性油气藏勘探的关键技术[21-27]。

乐东凹陷陵水B构造梅山组(T40—T50)晚期海底扇成藏条件优越，已钻3口井均有气层或含气显示，证实该区油气运移充注活跃，但已钻构造均因岩性圈闭失效而未获得商业突破。分析认为，失利原因是构造高部位被黄流组(T30—T40)早期水道切割，梅山组海底扇砂岩与黄流组水道砂岩对接导致圈闭侧封失效，天然气仅在局限的薄砂岩成藏[28]。

3.1 梅山组海底扇沉积期次划分

首先，结合区域海平面变化对海底扇进行沉积期次划分，其中较早的两期海平面下降幅度较大，该时期海南隆起中部陵水河水系所形成的陆架三角洲粒度粗、厚度大，推进至北部坡折带附近，其主要碎屑物质沿陆架切谷主要向乐东凹陷中部汇聚，并经过东西方向底流改造作用而形成第一期、第二期海底扇。中中新世末海平面下降时期(11.6 Ma)海南隆起北部物源相对萎缩，乐东凹陷中心主要接受西部越南物源碎屑物质输入，沉积形成梅山组晚期第三期海底扇，黄流组早期中央峡谷沿着轴向切割第三期、第二期海底扇(图5)。本次研究中，建立了梅山组海底扇圈闭有效性判定“三大准则”：①研究中央峡谷水道沉积旋回，剖析水道底部沉积特征；②综合无曲线标定技术与叠前反演耦合梅山组不同期次海底扇砂岩分布；③应用镂空技术剖析海底扇与水道的接触关系，立体化判断二者是否存在砂-砂对接，综合分析海底扇圈闭有效性。

图5 研究区过梅山组海底扇典型地震剖面(剖面位置见图1)

3.2 黄流组水道沉积期次划分

中央峡谷钻井已证实强振幅异常为物性好的黄流组水道砂，横向分布连续；但该水道底部为弱振幅且无井钻遇，其砂泥分布与地震对应关系不明[16]。首先，根据充填旋回将中央峡谷充填复合体划分为3个沉积期次：沉积期次1以滑塌-块体流泥岩-粉砂岩沉积为主；沉积期次2以早期独立水道砂(连续性差)及其天然堤泥岩-粉砂岩沉积为主；沉积期次3以晚期复合水道砂岩(连续性好)沉积为主(图6)。

图6 研究区中央峡谷沉积充填模式(剖面位置见图1)

黄流组3个沉积期次的沉积过程就是在中央峡谷背景下的复合沉积过程，每一期次沉积就是不同类型的岩性体混合形成的块体搬运复合体(MTC)，既可能富含砂，也可能富含泥，其形成动力机制是重力流作用。因此，中央峡谷黄流组水道早期的内滑塌-块体流、天然堤富泥沉积为地震弱振幅反射，能够有效侧封水道外砂体，为岩性圈闭侧封提供可靠依据，但局部区域水道底部可见强振幅反射异常，预测可能是局部水道砂发育，成为岩性圈闭的风险点。

3.3 无曲线标定技术与叠前反演耦合梅山组海底扇砂岩分布

梅山组上覆层为快速沉降的大套莺歌海组、黄流组泥岩，导致梅山组海底扇形成高压(压力系数达1.8～2.0[29])。由于超压层的保护，LS5井在埋深5000多米层段钻遇厚度超200 m海底扇砂岩储层，孔隙度 8.1%～22.9%，测井渗透率0.6～174.6 mD，地震反射为中等偏弱振幅，但因受崎岖海底和水深的影响，地震采集、处理资料品质有限，海底扇砂岩横向分布难以确定。而LS3、LS4井在埋深4 100多米的强振幅异常层钻遇优质厚层砂岩，但由于梅山组地层异常高压，这2口井缺失相关测井曲线，导致井震标定不清、井震对应关系不明，海底扇砂岩垂向、横向分布均不落实(图7)。

图7 研究区梅山组海底扇典型剖面(剖面位置见图1)

首先，对已钻井梅山组海底扇砂岩进行垂向划分，海底扇顶部为薄互层砂岩，下部为箱状砂岩，箱状砂岩储层物性明显优于薄互层。结合LS5井测井曲线分析，海底扇薄互层砂岩显示为高纵波速度、高密度、高阻抗，地震剖面上对应波峰反射。LS3、LS4井钻遇海底扇箱状厚层砂岩，但这2口井皆无相关声波、密度曲线。因此，设定高纵波速度、低纵波速度、高密度、低密度等4种情况，通过正演方法模拟箱状砂岩，进行合成地震记录标定，并不断耦合岩电曲线，直至所形成的合成地震记录与原始地震记录波形和振幅能量相匹配。结果表明，LS3井箱状砂岩在纵波速度为3 400 m/s、密度为2.3 g/cm3的情况下标定合理(图8)。

图8 LS3井目的层无曲线合成地震记录

然后，参考LS3井箱状砂岩的速度、密度参数，可对LS4井全井段进行合理标定。结合LS3、LS4井无曲线标定结果及钻遇情况，垂向上梅山组海底扇砂岩可分为三期；第一期主要显示为中等偏弱振幅，第二期显示为强振幅异常，第三期显示为中等振幅。海底扇内部为弱振幅反射，以泥岩沉积为主。井震标定后，通过模拟的岩电曲线建立梅山组海底扇低频模型，进行叠前弹性反演，结果显示第二期、第三期海底扇砂体均显示为低纵波阻抗，横向上被晚期水道切割，与水道内高阻抗泥岩对接，但水道内局部存在低阻抗独立水道砂(图9)。

图9 研究区梅山组海底扇叠前反演纵波阻抗剖面(剖面位置见图1)

3.4 立体评价梅山组海底扇

常规评价岩性圈闭主要通过剖面特征评价圈闭高部位是否存在砂砂对接漏失，并应用叠前弹性反演属性反映砂泥岩平面分布情况，但剖面特征或平面属性往往容易忽视细微的风险对接点；而镂空技术仅能立体化展示不同期次砂体的接触关系。本次研究中，采用立体镂空叠前弹性反演阻抗体方法，将叠前反演和镂空技术两者融合，立体化展示海底扇与中央水道砂泥接触关系。

叠前弹性反演属性剖面显示，梅山组第三期海底扇属于晚期海底扇，被切割的扇体位于构造的高部位(图9)。结合镂空技术与叠前弹性反演技术，梅山组第三期海底扇砂体南块、西块和北块均被中央水道切割，水道内在侧翼局部发育水道砂，因此推断梅山组第三期海底扇南块与水道内低阻抗砂岩具有一定对接，岩性圈闭失效；而第三期海底扇西块、北块与水道内高阻抗泥岩对接，海底扇东块没有被中央水道切割，岩性圈闭有效(图10)。

图10 研究区梅山组第三期海底扇与水道立体化镂空显示

4 应用效果

通过对琼东南盆地深水区构造、岩性圈闭有效性分析方法研究，明确了基于大、中、小三种尺度约束的叠前深度偏移速度能够有效提高坡折带少井区速度场研究精度，基于沉积模式控制无曲线的叠前反演镂空技术能够立体化评价复杂岩性圈闭。

4.1 深水坡折带少井区速度场研究精度对比

前人多采用常速、变速剥层法研究琼东南盆地深水坡折区速度场，统计表明该区4 000 m埋深误差在100～300 m；后续采用叠前深度偏移技术，该区4 000 m埋深误差降至30～100 m，但仍难以满足低幅度构造圈闭或高温高压圈闭的研究精度[30]。

基于地质沉积与构造共同约束建立叠前深度偏移速度场，在采用气藏模式的逆向剥层速度校正技术前，陵水B构造LS1井区砂岩内部波峰反射都存在不同程度误差(图11a)，但校正后该井区砂岩内部波峰反射基本保持一条水平线，与气水界面特征吻合(图11b)。另外，LS6井区部署的一口深水井钻探结果表明，该井埋深近4 000 m处目的层砂体顶面深度误差2 m，叠前深度偏移深度误差精度小于1/1 000，比常规变速成图方法的速度精度提高10倍以上，而且气水界面位于砂岩内部地震波峰位置，平点特征与叠前深度偏移速度交互印证。

图11 基于气藏模式的逆向剥层速度校正前后LS1井区叠前深度偏移剖面对比(剖面位置见图1)

4.2 梅山组海底扇岩性圈闭有效性评价效果

对于乐东凹陷梅山组海底扇岩性圈闭评价，早期层序地层学和地震储层预测认为该区储层发育且岩性圈闭落实，但忽视了中央峡谷内的局部水道砂与海底扇对接导致圈闭失效，早期评价部署的LS4、LS5井皆钻探失利[28]。

本次研究中，通过“地质-物探”多方论证、“井-震-扇-水道”立体化显示砂泥空间展布以及镂空评价岩性圈闭有效性，综合立体化评价梅山组第三期海底扇西块的 LS7井区，认为T40A、T40B砂体高部位均被晚期水道切割，但T40A砂体对应水道内富泥沉积，而T40B对应水道内薄层砂岩，即存在一定的圈闭风险(图12)。后经钻探证实，对应水道内薄层砂岩的T40B砂体为水层，其圈闭失效；而对应水道内富泥沉积的T40A砂体钻遇厚气层，未见水，其圈闭有效，首次在梅山组海底扇获得工业气流，在该盆地深水区打开了新的勘探领域。

图12 LS7井区岩性圈闭地震剖面(剖面位置见图1)

5 结论

1)本文提出了琼东南盆地深水坡折带少井区基于地质沉积与构造共同约束的叠前深度偏移速度建模方法，从大、中、小三种尺度研究深水坡折带少井区地层速度变化规律，并开展基于气藏模式的单砂体速度验证及校正，有效规避了特殊地质体、构造异常带、断裂带、异常压力带等引起的速度异常，既提高了速度建模精度，又实现了复杂地区构造圈闭有效性评价。应用效果表明，深水坡折带陵水B构造区4 000 m埋深的深度误差仅为2～5 m。

2)针对琼东南盆地深水区不同沉积地质体互相影响的岩性圈闭，从井点出发，结合沉积演化规律与叠前地震反演结果，精细刻画了不同沉积体的砂泥岩分布情况，并通过镂空技术立体化展示了不同地质体间的砂泥岩空间分布情况，实现了由点、线、面、体多维度评价岩性圈闭有效性。应用结果表明，深水坡折带陵水B构造区梅山组第三期海底扇西块、北块和东块砂体等3个岩性圈闭有效性较好，是较为有利的钻探目标，其中第三期海底扇西块LS6井区对应水道内富泥沉积的T40A砂体钻遇厚气层，首次在梅山组海底扇获得工业气流，在该盆地深水区打开了新的勘探领域。