墨西哥博格斯盆地深水挤压区复杂双层盐岩识别与解释

李爱山 孔国英 陈 亮 朱钇同 张 量 丁鹏程

(中国海洋石油国际有限公司 北京 100028)

墨西哥湾、巴西和西非海域是当今深水油气勘探开发的“金三角”地区[1]，尤其是墨西哥湾，近10年来，其深水区一直保持着40%～50%的高勘探成功率[2-3]。自2014年底墨西哥宣布油气对外招标以来，吸引了以壳牌为首的各大国际油公司的激烈竞标。该区中侏罗世随着墨西哥湾的裂开发育了巨厚芦安盐岩，多期构造运动及强烈的盐岩活动形成了本区深层原地母盐和浅层异地盐岩共生的双层盐岩结构。双层盐岩条件下，与盐相关的圈闭落实、盐岩参与下的油气成藏规律分析和储层预测等更加复杂。虽然近年来在一些地区盐岩及盐下地层的成像质量有所改善[4-5]，但墨西哥湾双层盐发育区的地震成像品质依然较差，准确刻画双层盐岩是该区油气勘探的关键。本文基于墨西哥湾博格斯盆地深水区现有的地震、钻井等资料，对多年来在该区双层盐岩解释过程中形成的技术方法进行梳理总结，以期为其他含盐盆地的盐体解释提供可借鉴的思路。

1 研究区概况

博格斯盆地处于墨西哥湾西岸，主体位于墨西哥境内，部分延伸至美国境内，整体呈北西—南东向展布(图1)。盆地面积16×104km2，其中陆地面积6×104km2，海域面积约10×104km2。盆地是在中生代南、北美板块拉张背景下形成的被动陆缘含盐盆地，研究区位于盆地东部深水盐岩发育区。

图1 墨西哥博格斯盆地位置图(据文献[6]修改)

博格斯盆地历经了裂陷期(晚三叠—中侏罗世)、漂移期(晚侏罗—晚白垩世)和碰撞改造期(晚白垩—中新世)3个构造演化阶段[6-10]。裂陷末期的中侏罗世卡洛夫期，墨西哥湾盆地形成半封闭海，气候干旱，蒸发量大，盐岩大量析出，沉积了区域上广泛分布的中侏罗统芦安盐岩。该套盐岩在整个墨西哥湾盆地平均厚度约1 500 m，最大可达12 km。晚白垩世太平洋板块向北美板块俯冲，博格斯盆地西部发生挤压造山作用，构造的抬升剥蚀为盆地提供了大量沉积物，形成了盆地的重力滑动系统。在沉积负载和侧向重力滑动挤压作用下，研究区原地母盐上拱并侵入上覆地层，形成异地盐蓬和原地母盐共生的双层盐构造。

2 盐岩的岩石物理性质和变形机理

研究区钻井揭示中侏罗统芦安盐岩以粗晶盐岩为主，表现为白色晶体、块状、中等硬度、夹少量石膏(图2)。测井曲线上表现为“三低一高”特征(图2)，即低自然伽马(5～25 API)、低密度(2.05～2.20 g/cm3)、低声波时差(约222 μs/m)和高电阻(约3 000 Ω·m)。样品分析表明，研究区的盐岩较为纯净，以纯盐(卤盐)为主，其他组分包括硬石膏、少量的钾盐和光卤石以及含量小于1%的石膏和石灰岩等。

图2 研究区盐岩典型岩石物理特征(左)和 实钻盐岩照片(右)

在地表与浅埋藏阶段(<3 000 m)，盐岩密度要大于未充分压实的碎屑沉积物。随着埋深的增加，盐岩的密度几乎不发生改变，而碎屑岩则由于压实脱水作用，密度逐渐超越盐岩。纯盐密度通常为2.10 g/cm3，但考虑到约5%含量的硬石膏，盐岩密度一般取2.20 g/cm3。盐岩为高速体，纵波传播速度约为4 480 m/s，一般大于砂泥岩(纵波速度1 500～3 500 m/s)，部分区域与碳酸盐岩(纵波速度3 500～6 500 m/s)较为接近[11]。

只有在离地表极浅(几米到几十米),偏差应力较大和应变率较高的情况下, 盐岩才有可能表现为脆塑性体。当埋深超过数百米后，盐岩则表现为强烈的塑流体，与泥岩相比不存在屈服强度，属于粘性物质。盐岩形变的驱动力多样，包括重力差异负载、构造应力、热沉降等。盐相关构造样式多样，根据平面形态分为两类：一类平面上呈线状，主要表现为盐背斜、盐墙等，另一类平面上多呈点状，主要表现为盐株、盐底辟、盐蓬和盐席等[11-13]。

在盐岩基本物理性质、变形机理分析的基础上，针对研究区盐岩变形特点，可以将双层盐体解释分解为浅层异地盐蓬、深层原地母盐以及二者之间流动通道三部分(图3)。根据每个部分各自的地震反射特点分别运用相应的解释方法。

图3 典型双层盐岩示意图(据文献[13]修改)

3 双层盐体的三维空间解释

针对由于盐岩发育和变形给地震解释带来的困难，采用“层层分解、各个击破、匹配验证”的研究思路(图4)。基于3D深度域逆时偏移地震数据、偏移速度、测井和钻井资料，依据盐构造基础理论，针对浅层盐蓬、深层原地母盐和盐岩流动通道，分别应用速度与地震属性相结合的方法识别浅层异地盐蓬、构造演化分析联合地震相解释原地母盐、平剖多要素协同方法识别盐岩流动通道，并通过对浅层异地盐蓬、原地母盐和盐通道源汇匹配分析最大程度地降低多解性，最终完成盐体的空间刻画。

3.1 速度与地震属性相结合的浅层异地盐蓬识别

盐岩的密度和速度基本不随埋深的变化而变化，因而浅层盐蓬与围岩波阻抗差较大，而且盐岩内部多表现为空白或杂乱反射特征，与围岩存在明显差异。因此，研究区部分区域盐顶界面反射清晰，速度体模型较为准确，在速度体上利用软件的三维自动追踪功能即可完成快速追踪解释。但在盐岩夹杂其他岩性或形变复杂地区，盐岩边界成像不清，速度体存在多解性，难以开展自动追踪解释，这时要尝试不同类型的边缘检测属性用于辅助盐岩边界的解释。

图4 研究区盐岩解释思路

理论和实际应用效果显示相位类属性不受同相轴反射强度的影响[14-15]能够更好展示盐岩与围岩的接触关系；倾角矫正方差属性可辅助识别倾角变化较快的盐岩边界；振幅属性则对盐岩边界的强振幅特征表现明显(图5)。基于不同属性反映盐岩边界不同特征的特点，将同时满足边界相位属性变化明显，振幅变化剧烈、连续性差的采样点提取出来，完成盐边界成像不清晰处的解释，并与基于速度体的快速追踪结果合并，最终完成全区异地盐蓬的刻画(图6)。根据该方法完成的浅层盐蓬解释结果在研究区周边的多口已钻井得到证实。博格斯盆地深水挤压区近期钻探的X-1井钻前浅层盐蓬顶、底界面解释预测深度分别为2 088 m和4 770 m，钻后分别为2 059 m和4 814 m，误差率分别仅为1.4%和0.9%，证明了该方法的有效性。

3.2 构造演化分析联合地震相解释原地母盐

研究区原地母盐位于横向广泛分布的白垩系碳酸盐岩-上侏罗统泥灰岩和下侏罗统裂谷地层之间，与上下围岩间的阻抗差异较小，表现为中弱振幅，中等连续—不连续反射，顶底界面识别难度较大[11]。在区域构造演化和盐岩变形规律的指导下，结合地震相和地层接触关系对其顶、底界面进行拾取。

图5 研究区盐蓬典型地震剖面及属性剖面

图6 盐蓬空间追踪

区域构造演化分析表明原地盐岩底面为断拗转换面，其下伏地层常发育上超特征，而盐底面为上超的顶面，地层较为平缓。原地盐岩顶界面作为上覆地层的滑脱层，随着上覆地层的形变而变形，与上覆地层变形形态具有较好的耦合性。因此，根据上覆地层的变形形态可初步判断原地盐岩顶界面的形态[12]。在此基础上结合盐体内部通常表现为杂乱及空白反射特征的特点，可以确定原地盐岩顶界面的具体界面位置。此外，原地盐岩在外部应力的作用下向上运移的过程中会刺穿上部地层，在顶面表现为“沙漏”状变形特征(图3)，“沙漏”边界与围岩地层表现为不整合接触，综合以上地震相特征可准确识别出研究区绝大部分的原地母盐(图7)，这为盐岩供给通道的识别奠定了基础。

3.3 平剖多要素协同的盐岩流动通道识别

墨西哥湾盐岩变形样式多样、程度剧烈和形态复杂[11-13]，结合盐岩在外部应力作用下在构造薄弱带处极易发生塑性形变流动的特点，建立了典型盐岩流动通道剖面识别 “五要素”模式图(图8)：①盐岩流动通道对应异地盐蓬底界面的低点；②盐岩流动通道对应原地母盐顶界面的高点；③沉积地层在盐岩流动通道附近上倾、减薄；④盐岩流动通道两侧截断点爬升方向相反；⑤盐岩流动通道附近的异地盐蓬底界面常出现反射间断。

图7 研究区原地母盐在地震剖面上的反射特征(左)及解释剖面(右)(剖面位置见图1)

图8 盐岩流动通道模式图(左)及研究区典型剖面(右)

平面上，基于前文中异地盐蓬和原地母盐的解释成果，分别提取异地盐蓬底界面构造低值发育区和原地母盐顶界面构造高值发育区，两者的叠合区即为盐岩流动通道可能的发育区。通过这种方法可以对盐岩流动通道的发育区进行筛选和快速定位。

在平面识别、定位的基础上，根据盐岩流动通道形成机制和平面形态的差异，将盐岩流动通道进一步分为底辟型盐岩、逆冲型和走滑型盐岩流动通道(图9)。在平面快速识别可能的盐通道发育区的基础上，应用不同盐岩流动通道模式图版指导在地震剖面上逐一进行判别和分析，最终完成研究区盐岩流动通道的识别。

图9 研究区不同盐岩流动通道模式图版

3.4 原地母盐、盐通道和异地盐岩源汇匹配解释验证

把浅层异地盐岩(汇)与深层原地盐岩(源)以及连接二者的盐通道都找到，且空间上匹配合理，才能保证解释方案是合理的。以研究区NW—SE方向的一条地震剖面(图10)为例，盐岩从母盐流出后分别通过盐通道FA和FB向浅层流动，形成A盐席和B盐席，两个盐席在NW向挤压应力作用下均向东南方向溢流，在此过程中A盐席与B盐席发生缝合(缝合线为S)[16]，形成展布范围更广的盐蓬。原地母盐、异地盐岩和对应盐通道的匹配解释，可以相互验证三者解释的是否合理，提高双层盐岩识别的准确性。

利用地震资料、偏移速度、测井和钻井资料，综合运用上述各项方法完成了工区36 000 km2浅层盐蓬、深层原地母盐以及盐岩流动通道的刻画(图11)。

图10 研究区盐岩解释示意图(剖面位置见图1)

图11 研究区盐岩空间示意图(不同颜色代表不同盐岩体)

4 结论

墨西哥博格斯盆地深水挤压区具有复杂双层盐构造。从盐岩的物理性质和典型盐岩变形样式出发，根据墨西哥湾博格斯盆地深水挤压区异地盐蓬、原地母盐和盐岩流动通道地震反射特征，利用地震、速度、测井和钻井资料，探索建立了复杂双层盐岩综合解释技术。运用该技术，高效完成了36 000 km2区块中的盐岩雕刻，实钻证明利用该方法完成的解释结果精确度较高。该项复杂双层盐岩识别与解释技术可应用于其他含盐盆地的盐体解释工作中，具有较好推广价值。