墨西哥复杂盐构造精细识别及构造样式分析

2022-09-22赵晨露孔国英柳万春

石油化工应用 2022年8期

赵晨露，孔国英，柳万春，张量，王娜

（1.中国海洋石油国际有限公司，北京 100028；2.中国石油集团测井有限公司吐哈分公司，新疆哈密 838200）

盐岩构造广泛发育于北美、非洲、中亚、欧洲等富油气盆地中[1-2]。随着北美墨西哥湾获得重大油气发现，盐相关构造勘探已经成为研究的热点。我国一些大型含油气盆地，例如塔里木盆地、四川盆地等也广泛发育盐相关构造并获得多个大中型油气田。本文基于近几年来的分析研究基础，对墨西哥湾盐岩特征、作用机制和变形规律进行研究，在此基础上建立复杂盐构造多属性综合解释技术对研究区的盐相关构造进行落实分析，对研究区主要的构造样式进行归纳总结。

1 地质概况

墨西哥湾是世界知名的富油气盆地，与墨西哥湾北部的美国相比，墨西哥勘探程度低，潜力大，待发现常规油气资源量为546 亿桶[3]。墨西哥位于美国的南部，由于南北美板块的分离，与美国墨西哥湾处于共轭陆缘的构造环境，沉积了与美国墨西哥湾具有相同属性的盐岩，有巨大的勘探潜力[4]。

受早侏罗世北大西洋的打开，墨西哥湾在晚侏罗世为局限环境，盐岩大量发育，沉积了一套巨厚的盐岩（原地盐，又称母岩）。晚侏罗世，受南北美板块的分离，这套盐岩主要沉积在北部Burgos 盆地深水（Perdido带）和南部Sureste 盆地深水。后期受南北美和非洲板块分离，加勒比板块俯冲[5-6]等影响，以这套盐岩为滑脱层，这两个盆地发育完整的多套重力滑脱体系。在重力滑脱的影响下，盐岩在应力薄弱带向上以及向四周流动，在深水区浅层聚集、变形（异地盐），形成了大量的盐岩构造，使得研究区发育了明显双层盐构造。本次研究的对象就是这两个盆地内的盐相关构造。

2 墨西哥湾盐岩特征

墨西哥湾蒸发盐的形成与受海侵环境影响的半封闭浅水环境有关，由于强烈的蒸发作用，海盆或者海侵湖盆水体中的盐分逐渐浓缩，以致发生沉淀而形成一种化学成因的岩石。该盐岩比较纯净均匀，密度为2.1～2.2 g/cm3，具有抗压弱和易流动等特点[7]。

盐岩本身具有高速低密的特点，可以影响热流，延缓盐下烃源岩的成熟度；由于盐岩具有较好的流动性，可以控制或者影响沉积，形成多种与盐岩相关的圈闭，同时，盐岩层以及其下的高压层可以作为良好的封盖层，也有利于油气藏的保存。近年来，国内外已有大量研究证实，盐岩活动所形成的盐岩相关构造与油气生成、聚集和成藏均有密切关系。

3 盐岩地球物理响应特征分析

除钻井外，地震勘探是识别盐层最有效、最经济也是最主要的手段。盐岩的密度较泥岩高，一般小于上覆碎屑岩或者碳酸盐岩。墨西哥的盐岩成分为卤盐、硬石膏、光卤石等，还有碳酸盐岩和碎屑岩卷入。随着埋深增加，盐岩密度变化范围很小。地震波在纯盐岩中表现为高速特点，与周围砂泥岩有明显差异。因此，其反射界面具有较大的波阻抗差，具有高纵波阻抗特征，盐岩体顶边界在地震上多表现为强振幅、高连续、相对低频特征，识别较为容易。同时，盐岩特殊的结晶性质使得它对声波有强烈的折射，对声波具有“透镜”效应[8]。而在盐岩体边缘或者侧翼一般多表现为不规则形状，这种“透镜”效应相对比较明显，边界反射没有盐顶界面清晰。

4 复杂盐构造多属性综合解释技术

4.1 基于地震相的盐岩识别

研究区与巴西上覆杂乱的盐反射特征[9]、加蓬成层性反射和美国墨西哥湾一侧深水较纯净的盐岩不同，研究区内盐岩在地震剖面上主要表现为杂乱反射的反射特征，同时，由于卷入地层产生这种内部成层性的反射特征，表现为杂乱及卷入地层共生的地震反射特征（见图1）。

图1 地震剖面与相干数据体对比图Fig.1 Comparison between seismic and coherent data

而要解释盐体，首先就要确定盐岩发育位置。通过对盐岩通道传输形式及过程进行分析，认为由于盐岩在排出时会在盐底上方发育“反漏斗”的这种特性。因此，通过对这种“反漏斗”特征的识别可以初步确定盐岩发育位置。

在局部，有类似与断层的反射特征，但断层产状变化大，两侧地层产状变化也很大，上下继承性差，顶部多与盐蓬连接，但若解释成断层，断面倾角变化大，合理性差。这是盐所特有的构造-盐焊。通过对缝合线进行识别，可以确定盐焊的形态。

4.2 基于相干分析的盐岩体手动解释

研究区内盐岩的反射特征杂乱，如要依据常规盐岩解释方法进行手工解释，难度大且多解性强。通过剖面可以看出，盐岩在剖面上表现为弱振幅的杂乱反射，根据相干属性可以突出不连续性的原理，对研究区进行不连续性属性的提取，盐在剖面上的杂乱反射在数据体中应该表现为强振幅值。通过这样的方式，可以初步勾画出盐岩形态。

然而，在细节对比发现，这种简单的相干属性虽然计算速度快，但它只能反映相邻地震波之间的差异，而不能将由于盐剧烈活动而导致的地层陡倾的情况区分开来。在地层存在倾角时，单纯的相干属性并不能很好表现真实情况。而倾角校正相干属性在计算时，时窗则会沿着地层倾角方向选取，因此就会压制由地层倾角存在导致的低相干异常，大大提高大倾角区域相干体属性的分辨率和准确度（见图2）。从图2 中可以看出，倾角校正的相干属性消除了陡倾地层倾角对相干属性的影响，反映真实地层的连续性，盐内杂乱反射在切片上表现出清晰的不相干性特征，对盐边界能够更加准确刻画，这种方法在剖面上解释效果较好。

图2 常规相干切片与倾角校正相干切片地震剖面对比图Fig.2 Comparison of seismic profiles between conventional coherent slice and dip correction coherent slice

4.3 速度-相干联合三维盐岩体自动追踪

受三期构造演化影响，研究区内盐岩广泛发育且变形复杂，除原地盐外，还发育多种类型的盐构造，仅靠单剖面进行盐岩的识别，效率低且正确性不稳定。通过上述倾角校正相干属性进行优化分析发现，盐岩体在相干体上具有相干值大的特点，而周围非盐体区由于其沉积的稳定，相干值接近于0。针对这样的特点，通过对倾角校正相干数据体种种子点的方式，对盐岩体进行三维空间立体追踪。通过设定阈值的方式，确定了盐岩体的追踪方式及边界，这种方式能够快速高效的识别盐岩体的空间发育形态和平面展布范围，对盐株轮廓和盐侧翼识别效果较好。

在盐岩顶部，由于盐岩较纯，盐岩局部边界之下存在空白反射，这种反射在相干属性体上并不能很好的体现出来。同时，相干属性也容易受到断层特征的干扰，并不能完全凸显盐岩的特征。盐岩具有明显的高速特征。通过地震体和速度体叠合分析，本区域盐岩速度在4 000～5 000 m/s，相对第三系围岩2 500～4 000 m/s 速度偏大，相对中生界碳酸盐4 800～6 000 m/s 高速度偏小，呈现盐岩速度相对集中异常的特征。通过速度与相干叠合共同约束，相互补充，可以更准确的识别出盐岩的展布情况。通过两个数据体联合约束，解释的盐岩顶面构造图更加准确，可以排除断裂对其产生的干扰。通过东西向的剖面可以看出，这种方法自动追踪的盐蓬和原地盐岩范围更加准确，但是其盐蓬下部的盐岩通道往往不能很好的识别出来（见图3）。

图3 速度-相干联合三维盐岩体自动追踪图Fig.3 Velocity combined coherence auto tracking in three-dimensional seismic data

4.4 剖面多属性联合盐岩体通道边界刻画

对于盐蓬下部的盐通道而言，受上层盐岩的能量屏蔽，以及陡倾角的影响，成像效果往往较差，边界清晰度较差。通过分析，认为底辟向上抬升会使得地层侧翼地层向上翘起，形成盐动力沉积层序[5]，与底辟接触在盐表面形成尖灭点（见图4a），通过对各层尖灭点的确定，可以间接获得盐岩通道的边界。根据这种沉积层序的确定，对盐通道侧翼尖灭点进行解释，落实研究区盐体活动影响的盐通道特征（见图4b）。

图4 沉积层序识别盐岩图Fig.4 Salt identification of sedimentary sequence

对于地震资料品质比较差的地区而言，盐内外的反射特征差异性较小，在数据体上直接进行手工识别，难度很大。针对这样的情况，可以选取不受振幅强弱影响，能够反映弱反射波的瞬时相位进行分析。从剖面可以看出，盐内外的反射特征，在振幅、频率上均有明显差异，通过这种差异性，可以辅助精确刻画盐体边界，从而落实盐岩体边界（见图5）。

图5 瞬时相位属性识别盐岩边界图Fig.5 Identification of salt boundary by instantaneous phase attribute

通过上述方法的不断摸索和穿插应用，建立起一套系统的盐相关构造解释和分析技术流程，通过盐岩地球物理特征分析，落实研究区内盐岩的地震响应特征，通过倾角校正相干与速度体叠联合自动追踪，完成研究区盐岩的三维快速精细雕刻，进而开展后续地震解释，落实盐相关构造样式。通过多种技术组合使用，较好的解决研究区构造快速高效解释与落实等问题（见图6）。在盐岩体发育落实之下，盐相关构造样式也呼之欲出，更为准确，对后续的油气田评价有良好的助力。

图6 研究区局部盐岩体三维雕刻显示图Fig.6 3D carving display of local salt rock mass in the study area

5 研究区盐相关构造样式及分析

通过上述方法，研究区的盐岩形态得到了很好的雕刻，从而盐相关的圈闭形态也可以进一步得到落实。以地震落实的圈闭来看，研究区内盐相关构造主要以盐背斜/盐枕构造、盐侧翼遮挡构造、盐蓬构造、盐微盆构造、拉张盐滑脱构造等。这些盐相关构造与盐岩具有明显的“三位一体”特征，即早期存在的盐岩（母盐）由于构造应力的影响持续活动，对后期地层的沉积和构造形态有着重要的控制作用，使得母盐之上的地层、盐岩和断裂相互影响又密切联系。

5.1 原地盐（母盐）之上构造样式

拉张盐滑脱构造：该构造一般发育与拉张应力的环境中。由于伸展期的盐岩可以主动影响上覆地层的变形，在拉张力的作用下，盐岩滑脱层的存在，初始时，拉张盐滑脱会形成盐滑脱正断层，大部分倾向盆地方向，这种持续性的断裂最终会形成筏状构造，由于伸展和下倾流动，盐层厚度减薄。这类盐筏构造主要发育在斜坡带。从剖面来看，盐岩厚度较薄，识别相对容易。该构造在研究区以南部Sureste 盆地的Resforma 带中生代上发育较为广泛，构造幅度较小，两翼呈不对称分布，一侧较陡，往往与上覆地层以正断层接触，断层消失于盐岩层之中。

盐背斜/盐枕构造：该构造多发育与挤压应力环境中，是比拉张盐滑脱构造幅度更高的盐构造类型。在挤压应力的作用下，盐岩受力上拱，与上覆地层整合接触。盐枕近圆形，俯视长轴/短轴长度比小于2；盐背斜为狭长形态，俯视长轴/短轴长度比大于2。该构造在北部Perdido 带东侧与南部Sureste 盆地Resforma 带中生代和新生代均有发育[10]。

5.2 异地盐影响的构造样式

盐蓬构造：该构造通过盐岩供给通道向上运移后盐岩体横向运动所形成的构造，可以是单个或者多个盐构造合并合成，可与原地盐体通过补给通道相连或者不相连[7]。根据盐蓬的盐体形态，可以划分为盐墙或者盐席构造。盐墙的补给通道表现为线物源[8]，空间上与原地盐体为线连接。盐席补给通道表现为点物源，空间上与原地盐体为点连接。在研究区内，主要以盐席构造为主（见图7a）。该构造在南部Sureste 盆地与北部Pedido 带均有所发育。

盐微盆构造：由于盐岩流动及上覆地层差异压实，在盐岩凹陷之上发育大量微型盆地，通常是沉积负载盐岩撤离而形成，其形态取决于下部盐岩体形态（见图7b）。微型盆地中的地层与盐下地层接触（焊接）后停止沉降。研究区是世界上这种类型的盐构造最为发育的地区。该构造主要发育在北部Perdido 带盐盆发育区之上。

盐上断背斜构造：该构造主要由于盐底辟向上活动使上覆地层发生破裂形成相关断背斜构造。其上部地层为穹隆状态，多发育放射状伸展断裂。盐底辟顶部接触地层，产状多为翘倾，在其半径范围内，表现为层间复杂的多边形断裂（见图7c）。该构造主要发育在南部Sureste 盆地内，也是该盆地新生界已发现油气田主力圈闭类型之一。