莺歌海盆地D13 区新近系黄流组大型海底扇地震识别及含气性预测

王立锋，宋瑞有，陈殿远，徐 涛，潘光超，韩光明

（中海石油（中国）有限公司海南分公司，海口 570312）

0 引言

南海西北部的莺歌海盆地富含天然气，盆地北部的东方区是天然气主产区之一，东方区浅层在20 世纪90 年代发现D1-1 底辟型天然气藏，并于2010 年在中深层先后发现底辟侧翼D13-1 和D13-2共2 个气田，探明储量超千亿方。2 个气田的储层均是莺歌海盆地D13 区新近系黄流组发育的一套大型浅海复合海底扇体系，与典型的深水沉积海底扇相比，浅海海底扇对沉积控制因素具有更加敏感的响应［1］。莺歌海盆地新近系黄流组大型复合海底扇沉积作用复杂多变、非均质性强，研究人员对其进行了大量研究，但多集中在沉积模式、储层物性等方面。谢玉洪等［2］认为莺歌海盆地西部大规模水系及莺西断裂坡折主控了该套高密度浊流扇的沉积；钟泽红等［3］通过对构造、物源、沉积等的分析，认为物源为昆嵩隆起的蓝江，其在构造事件发生时穿过非经典坡折带形成大型海底扇；岳绍飞等［4］从典型重力流沉积构造特征入手，分析物源和水动力，认为扇体是来自蓝江物源的砂质碎屑流，且平面展布受底流影响；王华等［5］研究了该浅海海底扇的沉积特征和堆积机制，认为其形成受持续物源供给、同沉积期大规模海退、陆架基底动态活动三大因素控制；李华等［6］基于岩心及钻测井数据研究，认为海底扇的次一级层序有“上泥下砂”的特征；黄志龙等［7］根据钻井资料分析了储层岩性、物性、孔喉结构等，对储层非均质性成因进行了研究，认为低渗储层的形成原因主要为岩性细和泥质含量高；马剑等［8］通过压汞实验研究了该区微观孔喉对储层物性的影响，认为喉道大小及其分布是影响储层渗透率的关键因素；黄银涛等［9］结合已钻井岩矿和地化分析数据分析了扇体的物源，证实昆嵩隆起是该区浅海重力流沉积体系的主要物源。这些成果理清了宏观地质背景下海底扇的沉积演化规律，有效指导了莺歌海盆地D13 区海底扇勘探的期次、分布及规模的研究。针对莺歌海盆地D13 区储层砂体地震识别和含气性预测方面的研究相对较少。

根据最新钻井资料和高分辨率地震资料，在层序地层学和地震沉积学理论基础上，从宏观到微观多尺度、多角度逐级解剖海底扇，并利用多属性融合地震切片技术雕刻扇体中发育的水道，对D13 区海底扇进行系统性、规律性的地震与地层多方位研究，并对海底扇发育的厚层优质储层进行含气性预测，以期能对海底扇的进一步勘探与开发提供一定理论支持。

1 地质概况

莺歌海盆地位于印支板块与华南板块缝合线上，处于昆嵩隆起与海南隆起之间，是受红河断裂与南海扩张双重作用影响的大型走滑—伸展盆地［10-11］。该盆地呈NNW 走向的菱形，是在前古近系基底上沉积发育的新生代盆地，发育莺歌海凹陷和河内凹陷2 个次级负向构造单元，盆地演化主要分为古近系裂陷期和新近系裂后期。莺歌海凹陷主要以快速沉降运动为主，凹陷中央部位发育大量底辟构造。钻井及地震资料揭示，莺歌海盆地自下而上发育始新统岭头组、下渐新统崖城组、上渐新统陵水组、下中新统三亚组、中中新统梅山组、上中新统黄流组、上新统莺歌海组和第四系更新统乐东组地层（图1）。

图1 莺歌海盆地构造区划（a）及地层划分（b）Fig.1 Tectonic outline（a）and stratigraphic column（b）of Yinggehai Basin

2 海底扇发育特征

莺歌海盆地具有沉积速率和沉积厚度大的特征，对该盆地新近系黄流组进行三级层序划分,自上而下划分为黄流组一段和黄流组二段，黄流组一段地层厚度可达近千米［12］。东方区的黄流组一段有一套大型复合海底扇体系（图2），目前在该海底扇上已发现D13-1 气田和D13-2 气田，依据砂体接触关系将所有气层自上而下划分为Ⅰ气组和Ⅱ气组。针对该扇体的传统研究思路是在三级层序界面解释基础上进行单砂体刻画，然而三级层序地震解释研究尺度过大，只能从宏观上反映区域沉积规律，而五级层序地震解释研究尺度又相对偏小，仅局限于砂体分布的细节描述，二者之间跨度大、缺乏过渡环节，难以建立宏观到微观环环相扣的地质认识。

为解决莺歌海盆地D13 区海底扇的精细刻画问题，基于海底扇逐级解剖思路，通过已钻井高精度生物层序对比，建立地层层序格架［13］。根据层序地震学相控解释理论，在新近系黄流组一段顶（T30）底（T31）解释的基础上，进行四级层序地震解释［14］。将四级层序界面作为从宏观到微观逐级研究的衔接，从而研究海底扇构造结构及演化特征，再基于五级层序进行单砂体地震解释。

中新世以来，莺歌海盆地发生了多期大规模的海退事件，致使相对海平面下降，为盆地重力流的形成提供了必要条件。结合已钻井资料与地震反射特征，在D13 区新近系黄流组一段共划分为6 个四级层序。在D13 区海底扇低位期落实了3 期四级层序对应的大型扇体，海侵期落实了1 期四级层序对应的小型扇体，自下而上依次命名为1 号扇、2号扇、3 号扇和4 号扇（图3）。4 期扇体依次自南东向北西方向退积，并具有相似的成因及地震反射结构，扇体之间存在相对等时的地震界面，扇体边界较清晰，可见规律性的演化关系。莺歌海盆地D13区海底扇物源来自北西西方向的古蓝江三角洲，在莺西斜坡二级坡折控制下［15］，三角洲砂体向下搬运，受盆地北北西—南南东方向洋流影响，物源注入方向逐渐改变为北西—南东向。1 号扇形成于海底扇初始沉积时期，该时期古地貌是北西向南东倾斜的洼地，其东南部为古洼槽，强大的水动力使海底扇携带大量沉积物充填并侵蚀下部地层（图4）。1 号扇沉积早期，将南东方向的低洼区填平，到2 号扇和3 号扇沉积时期，沉积中心开始不断向北迁移，海底扇向东和向北延伸，此时是海底扇沉积的强盛期，水动力最强，内部砂岩最为富集。4 号扇沉积时期，海平面开始上升，为海底扇沉积的萎缩期，该期海底扇仅沉积于北西方向的物源注入口附近，储层发育条件相对较差。

图3 莺歌海盆地D13 区新近系黄流组复合海底扇地震剖面Fig.3 Seismic section of composite submarine fans of Neogene Huangliu Formation in D13 area of Yinggehai Basin

图4 莺歌海盆地D13 区新近系黄流组海底扇4 期扇体平面分布及其古地貌特征Fig.4 Distribution and paleogeomorphology of four stages of submarine fans of Neogene Huangliu Formation in D13 area of Yinggehai Basin

各期海底扇均存在不同程度的下切作用，导致晚期海底扇侵蚀早期海底扇的顶部地层，相邻海底扇砂体间多发生纵向上的局部连通。因分别受2号扇和3 号扇的侵蚀，1 号扇和2 号扇的盖层条件变差，而4 号扇形成于海底扇的萎缩期，未能切割至3 号扇的构造主体部位，因此3 号扇保持了最为完整的结构。

每期海底扇均为一个大型朵叶体，在4 期大型朵叶体雕刻的基础上，对每期朵叶体内部的砂体进一步解剖，共识别出11 期砂体。通过对岩性圈闭的精细刻画可知，1 号扇由1 期砂体组成，2 号扇由3 期砂体组成，3 号扇由6 期砂体组成，4 号扇由1期砂体组成。莺歌海盆地D13 区的Ⅰ气组和Ⅱ气组均位于3 号扇，3 号扇在东部构造主体部位未受到晚期海底扇的侵蚀而具备更优越的圈闭条件，钻井证实Ⅰ气组和Ⅱ气组砂体在D13 区的D13-1 和D13-2 这2 个气田区大面积成藏。

以四级层序界面划分为基础，通过对复合海底扇、海底扇朵叶体、朵叶体内单砂体的逐级解剖，厘清了海底扇朵叶体及其内部砂体的沉积期次、空间分布、迁移规律及侵蚀改造等，并落实了储层和圈闭的发育情况。海底扇朵叶体解剖只能从宏观上完成砂体分布预测，难以确定具体的“甜点”储层发育部位，多口探井均钻遇了储层物性差的砂体，极大地降低了勘探成功率。

为进一步理清“甜点”储层分布，本文对朵叶体内部的沉积结构［16］，尤其是海底扇朵叶体内部下切水道的雕刻展开进一步研究。

3 海底扇储层地震识别

钻探证实，莺歌海盆地D13 区海底扇储层非均质性强，既发育中高孔、高渗储层，也有中低孔、低渗特低渗储层，寻找优质储层是D13 区大型海底扇勘探面临的难点。研究发现，优质储层分布与海底扇沉积能量有关［17］，储层优选的关键是寻找高水动力条件下形成的海底扇水道。研究区海底扇朵叶体内部水道发育，可分为2 类：第1 类是与海底扇同时发育的水下分流河道，是海底扇的物源通道，与本区厚层优质储层具有直接对应关系；第2 类是对早期海底扇侵蚀切割并充填泥岩的后期切谷，对海底扇储层研究意义不大。在海底扇形成过程中，随着碎屑流能量自下而上逐渐变小，纵向发育“薄层浊积岩相-厚层浊积岩相-泥质粉砂岩相”重力流沉积岩相组合［18］，代表沉积卸载带下切充填的“厚层浊积岩相”是“甜点”储层集中发育区［19］，D2-7 等钻井证实单层砂体厚度可达上百米。

采用常规地震解释手段对海底扇水道的分布进行研究，在研究区仅能初步识别海底扇内水道的轮廓，不能准确刻画水道的内部结构，无法厘清相邻水道间的接触关系。合理描述水道并落实其控制的有利储层分布，还需要寻找更适合本区复杂水道的雕刻技术。层位与切片交互解释的多属性融合地震切片扫描技术的应用解决了D13 区水道研究中常规方法遇到的问题。相比于常规地震剖面解释，切片与剖面的联合解释相当于多了一个维度［20］。水道解释与切片扫描交互反馈，首先在三维地震资料上初步开展水道底面解释，在砂体底面解释的基础上沿层地震切片扫描，然后在地震切片中进一步识别水道并反馈至地震剖面上进行更精细的解释，再反馈至新一轮的地震切片扫描，经多次交互，水道刻画逐步精细化。多属性融合的地震切片扫描技术可更好地辅助水道底面解释，以地震倾角和方位角属性为主，融合分频、方差、时频三原色三原色、地层厚度和振幅等属性，结合沉积构造背景并融合应用，可形成表现力更强的地震切片。切片上识别的水道清楚、直观，可在三维空间全方位展示水道的类型、平面形态、下切深度、内部结构以及水道间的切割关系，且可在莺歌海盆地D13 区精细刻画出串珠状、复合型、曲流河形等类型的水道，从而描述出水道的几何形态并对其内部储层定性预测。

3.1 串珠状水道雕刻

将地震剖面上的深下切结构定义为主水道，浅下切结构定义为分支水道（图5a）。应用倾角、方位角、方差等多属性融合的沿层地震切片，识别出水道呈规律的串珠状分布。串珠状水道的成因是重力流海底扇的形成具有突发性和下切能量的不均一性，海底扇水道对下伏地层切割深的部位形成有规律的下切坑，在地震切片上形如串珠，串珠状下切坑的连线即为海底扇水道的轨迹（图5b）。

图5 莺歌海盆地D13 区新近系黄流组Ⅱ气组沉积厚度与属性融合切片Fig.5 Isopach map and attribute fusion slice of gas group Ⅱof Neogene Huangliu Formation in D13 area of Yinggehai Basin

时频三原色沿层地震切片［21］与地震剖面联合解释，在三维空间对水道进行精细雕刻。受纵横向海底扇水道的复杂切割关系影响，地震剖面上同相轴破碎，难以逐条理清水道的边界。时频三原色地震切片清晰地展现出1 条主水道向东演变为3 个分支水道（图6a）。剖面BB'反映了宽而平缓的W型下切特征，对应切片中的主水道（图6b），剖面CC'展示了一个W 型和2 个V 字型的下切结构，对应切片中的3 个分支水道（图6c），其中最南支水道已被D2-3 井和D2-6 井钻遇，D13 区Ⅱ气组分别钻遇厚度达60.5 m 和33.4 m 的细砂岩优质储层，并探明了D13-2 气田主体部位的储量。

图6 莺歌海盆地D13 区D13-2 气田新近系Ⅱ气组时频三原色沿层切片与地震解释Fig.6 Time-frequency tricolor slice and seismic interpretation of gas group Ⅱof Neogene Huangliu Formation in D13-2 gas field of D13 area，Yinggehai Basin

3.2 复合型水道雕刻

复合型水道是莺歌海盆地D13 区海底扇内部分布最广的水道类型，平面上有多个水道组成，剖面多呈叠瓦状。其成因是早期海底扇水道的沉积改变了晚期水道沉积的地貌，沉积中心发生向同一方向的连续迁移，晚期水道沉积于早期水道的侧翼。整体来看复合型水道的各分支水道横向连片，共同形成了近圆形的下切坑；局部来看各分支水道间又呈现出叠瓦状的侧向叠置模式［22］，所以按常规的水道包络解释，很难识别各分支水道，如D13-2 气田Ⅰ气组，其整体的水道包络表现为中间薄外围厚的圆环状（图7a）。依托倾角与方位角属性融合的沿层地震切片（图7b），成功刻画出“圆环”水道的内部结构，在其内部共识别出3期北西—南东向复合型水道（图7c），每期水道边界清晰可见。在第3期水道内钻探了D2-1 井，并钻遇单层27.9 m 的优质储层，在第1 期水道内钻探了D2-8 井，Ⅰ气组钻遇了单层厚度达48.8 m的优质储层，2口井钻遇的砂体均为气层。

图7 莺歌海盆地D13-2 气田新近系Ⅰ气组复合型水道综合解释Fig.7 Interpretation of composite channels of gas group Ⅰof Neogene Huangliu Formation in D13-2 gas field of Yinggehai Basin

3.3 曲流河形水道雕刻

莺歌海盆地D13 区曲流河形水道在平面上分布范围相对局限，主要分布于D13-1 气田中部，曲流河形水道在地震剖面上的下切作用表现得更为强烈［23］。该类水道在砂体厚度图中表现为多个椭圆形加厚区，在沿层地震切片上可较清晰地识别其内部结构（图8）。当地震剖面刚好垂直切过水道的对折处，且同一条地震剖面2 次穿过同一条水道时，曲流河形水道在地震剖面上呈现出“眼镜”形的下切谷（图9a—9c）。时频三原色切片可直观地展示水道南部的局部结构，并识别出水道在180°转弯的凹岸处向南发生决口，形成一个新的分支水道。利用地震切片和剖面解释的结合，精细刻画了D13-1气田Ⅰ气组曲流河形水道（图9b—9d），经钻探证实，水道内部及周边均为优质储层富集区。D1-14井在水道东部钻遇厚度达89 m 的细砂岩，为D13-1气田钻遇的最厚储层，D1-4 井在水道南分支钻遇厚度为21.8 m的细砂岩，为D13-1 气田钻遇的物性最优储层。

图8 莺歌海盆地D13-1 气田新近系Ⅰ气组倾角方位角地震切片（a）与沉积厚度对比（b）Fig.8 Seismic slice（a）and isopach map（b）of gas group Ⅰof Neogene Huangliu Formation in D13-1 gas field of Yinggehai Basin

图9 莺歌海盆地D13-1 气田新近系Ⅰ气组时频三原色切片与水道剖面解释Fig.9 Time-frequency tricolor slice and channel interpretation sections of gas group Ⅰof Neogene Huangliu Formation in D13-1 gas field of Yinggehai Basin

多属性融合地震切片与地震剖面联合解释，在水道纵横交错的条件下成功实现了水道外部形态和内部结构的描述。精细解析了串珠状水道、复合型水道、曲流河形水道等的几何形态。以水道为线索落实了有利砂体的分布，明确了莺歌海盆地D13区厚层、优质储层的发育部位，形成了对“甜点”储层发育区的认识［24］。以该认识为指导，在水道发育部位设计并钻探了D1-14，D1-4，D1-5，D2-1，D2-3，D2-6 等井，均钻遇厚层纯净细砂岩优质储层。

4 含气性预测

莺歌海盆地D13 区水道研究不仅能够指导储层预测，在含气性预测方面也具有突出作用。在中深层高温高压条件下，砂泥岩地震波阻抗的规律变得复杂，地震“亮点”的多解性增加，经钻探证实，气层、气水同层及含气水层在地震上呈现出相似的“亮点”反射特征，同时，地震“亮点”更多地受围岩、砂体厚度、储层物性和含气性等因素的影响。基于浅层的“亮点”找气理论在本区难见成效，从而气水识别难度变大［25］。研究证实，在厚层水道内部砂岩富集，岩性和物性相对均一，地震响应受砂层厚度和围岩影响小。地震正演表明，水道内部具备寻找平点的有利条件，而找到地震平点，则能以最少的探井、最低的勘探费用快速完成气藏的评价［26］。

莺歌海盆地D13 区平点形成需具备3 个必要条件：①同时存在含气层与纯水层，其中气水同层和含气水层在地震响应上基本等同于气层，一律视为含气层［27］；②岩性、物性相对均一；③砂岩厚度大于调谐厚度。研究区只有水道发育区才发育大套厚层砂体，且岩性、物性相对均一，所以水道雕刻为平点研究提供了必要的基础条件。

在厚层砂体之间，无论是否有气水界面，总会有一个地震反射轴，但是二者具有明显区别。当气水界面不存在时，中部的地震反射轴随顶面而起伏，振幅明显弱于砂层底面，这是由地震子波的旁瓣引起的。当存在气水界面时，中部的地震反射轴呈水平状，不随砂体顶面起伏波动，其振幅略强于砂层底面，这是平点的地震反射特征。依据平点反射特征，在D13-2 气田Ⅱ气组多分支水道最大的一支上发现了可疑平点（图10）。该可疑平点在各个方向上均呈现水平反射轴的特征，其振幅强于砂体底面，以往曾将该可疑平点解释为砂体底面。若证实该反射轴不是砂体底面而是地震平点，则意味着D13-2 气田Ⅱ气组发育整装大气藏，但需首先排除多解性，即，如果有一个薄泥岩层恰好位于该可疑平点位置，则也可呈现类似水平反射轴的地震反射。

图10 莺歌海盆地D13-2 气田新近系Ⅱ气组可疑平点十字地震剖面Fig.10 Sections showing possible flat spots of gas group Ⅱof Neogene Huangliu Formation in D13-2 gas field of Yinggehai Basin

为了排除这一可能性，本文设置了2 种正演模型（图11）。模型1 在可疑平点处设计了薄层泥岩夹层；模型2 在可疑平点之上为气层，之下为水层。从正演结果来看，模型2 与地震剖面最接近，出现了平点存在时砂体底面反射变弱的特征，此外，平点并不完全水平，而是向西略有抬高，这与实际地震剖面较为吻合。分析认为是由于气层厚度向西变薄，同时向西远离底辟带，地层平均速度变大，最终导致在时间剖面上的平点向西抬高，综合分析认为，该水平状反射可能为地震平点。根据对D13-2气田Ⅱ气组大型平点的认识，设计并钻探了D2-3井和D2-6 井，均钻遇厚气层，且钻遇了气水界面，高效探明了储量，证实了莺歌海盆地D13-2 气田新近系Ⅱ气组地震平点区岩性圈闭可发育大气藏［28］。

综合研究认为，莺歌海盆地D13 区平点具有3 个基本特征：①水道内部近水平反射轴；②水道底面反射能量变弱；③平点向构造低部位略倾斜［29］。依据这3 个特征搜索有利目标，在与D13-2 气田Ⅱ气组平点同深度位置发现了更大面积的可疑平点。据此，设计并钻探了D2-7 井（图11），钻遇储层近120 m，并在构造低部位成功发现厚气层，从而证实了D13-2气田Ⅰ，Ⅱ气组为一个统一的压力系统，Ⅱ气组平点为统一气藏的气水界面，证实D13-2 气田为大型、优质、整装的大气藏。实践证明，平点是提高研究区勘探成功率的直接手段，本次研究共落实10 余个平点，为下一步的勘探提供了有力支撑。统计发现，针对平点而钻探成功的井约占本区钻探井的90%，与平点有关的储量发现约占本区总探明储量的80%。

图11 莺歌海盆地D13-2 气田新近系Ⅱ气组平点与泥岩夹层地震正演Fig.11 Seismic forward model of flat spots and clay interlayers of gas group Ⅱof Neogene Huangliu Formation in D13-2 gas field of Yinggehai Basin

5 结论

（1）莺歌海盆地D13 区新近系黄流组大型海底扇发育了自南东向北西依次退积的4 期扇体，并进一步识别出11 期砂体。早期扇的顶部地层被晚期扇不同程度侵蚀，相邻扇砂体间纵向局部连通，1号扇和2 号扇盖层条件差，而4 号扇形成于海底扇的萎缩期，未能切割至3号扇的构造主体部位，3 号扇保持了最为完整的结构，具备更优越的圈闭条件。

（2）莺歌海盆地D13 区海底扇中优质储层主要分布在沉积能量强、高水动力条件下形成的海底扇水道中，扇体内发育串珠状水道、复合型水道、曲流河形水道等，其中“大、厚、宽”的水道为厚层优质“甜点”储层发育区。

（3）莺歌海盆地D13 区平点具有水道内部近水平反射、水道底面反射能量变弱、平点向构造低部位略倾斜等特征。在研究区共落实10 余个平点，已钻井证实了平点识别技术的有效性，解决了高温高压条件下常规烃类检测技术无法解决的油气检测难题，有效预测了“平点”气藏的分布，并建议了多个储量目标区。