渤海蓬莱9-1花岗岩潜山地震反射特征分析与储层解释

刘朋波 吕丁友 于海波 熊 煜 胡安文 邓 辉

(中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459)

0 引言

渤海蓬莱9-1花岗岩潜山油藏是目前国内发现的单体规模最大的中生代花岗岩油藏[1]。前人利用钻井和分析化验等资料研究其构造演化、储层、油藏等特征，取得了丰硕成果[1-3]，但利用地震资料预测花岗岩潜山储层方面的研究成果鲜见报道。

准确的储层预测结果往往能提高勘探成功率，基于“两宽一高”地震资料的叠前储层预测技术是目前潜山储层预测的主要应用技术[4-7]。但由于勘探初期主要目标不是针对潜山，潜山储层地震资料并非都具有“两宽一高”的资料品质。基于常规地震资料开展潜山储层预测，需要对潜山地震反射特征深入地理解和认识[8-9]，因此开展潜山地震反射特征分析意义重大。

针对花岗岩分布范围不明、花岗岩区有利储层分布规律不清等难题，本文利用三维地震、钻井等资料，应用地震正演模拟，基于地质成因开展蓬莱9-1油田花岗岩潜山地震反射特征的分析与储层解释。这种基于地质成因分析的地震储层解释方法，地质意义更加明确、储层预测结果更加准确，可为蓬莱9-1油田花岗岩潜山油藏后续开发和类似潜山油藏的勘探提供参考。

1 地质概况

蓬莱9-1油田位于渤海东部郯庐走滑断裂带内的庙西北凸起，紧邻富生烃的渤东凹陷和庙西北洼，成藏背景优越(图1a)。庙西北凸起为NE走向，古近系整体缺失，新近系馆陶组(N1g)富泥地层直接覆盖于潜山之上，局部构造高部位甚至缺失馆陶组。凸起整体向北西方向下倾，其西侧以斜坡带向渤东凹陷过渡，东侧以边界大断裂为界，呈陡坡与庙西北洼突变接触。

蓬莱9-1潜山形态独特，在长轴方向，中部为宽缓的鞍部，南北为陡峭山峰(图1b)。钻井揭示潜山南、北古地貌高出露地层为元古界变质岩，中间鞍部为中生代花岗岩出露区。同位素年龄测试揭示[10]，鞍部花岗岩形成于中侏罗世燕山期(165Ma左右)； 变质岩年龄集中在2220Ma，归属于古元古代。在鞍部东侧构造高部位的第一口探井(A井)揭示花岗岩储层发育且含油性好，展现了该区花岗岩潜山良好的勘探前景。

图1 蓬莱9-1油田位置(a)及庙西北凸起新生界底面立体显示图(b)

2 花岗岩风化壳特征

蓬莱9-1花岗岩以花岗闪长岩和二长花岗岩为主，在中侏罗世侵入之后，经历了岩体结晶收缩、构造破碎、风化淋滤等作用[11]，储集空间较发育。储集空间具有孔隙型和裂隙型双重介质的特点。

由表及里，随着风化作用逐渐减弱，储集空间类型整体由孔隙型→裂缝—孔隙型→孔隙—裂缝型→裂缝型逐渐演变。

根据风化强度和储集空间类型，蓬莱9-1花岗岩风化壳储层依次可以划分为黏土带、砂砾质风化带、裂缝带和基岩(图2)。

图2 蓬莱9-1花岗岩潜山储层A-B-C-D连井剖面井位置见图1a

其中，黏土带主要为岩性疏松的风化土壤，泥质含量高、储集物性差。粒间孔隙填充了片状伊利石等黏土矿物，没有有效孔隙和喉道，基本丧失储集性能。电测曲线表现为高自然伽马(GR)、低电阻率、低波速特征。主要在低洼斜坡区残留，厚度一般较小(0～10m)。

砂砾质风化带主要发育风化砂岩和碎裂岩块，以孔隙型和裂缝—孔隙型储层为主，物性最好，有效储层平均孔隙度为8.5%。电测曲线上表现为低GR、较高电阻率、较高波速特征。

裂缝带风化淋滤作用变弱，溶蚀孔、洞较少，以裂缝为主，物性较好。表现为低GR、高电阻率、较高波速的测井响应特征。

基岩带溶蚀孔不发育，断裂处裂缝较发育。致密带厚度增加，整体物性变差。表现为低GR、高电阻率、高波速的测井响应特征。

砂砾质风化带内构造缝与溶蚀孔交织发育，且致密隔层少、厚度小，横向分布较稳定，为潜山风化壳最主要的储层，也是潜山最主要的含油层段。而裂缝带和基岩由于裂缝的横向非均质性强，致密段较多，储层横向分布不稳定，连通性较差。整体而言，花岗岩风化壳储层以孔隙型储集空间为主导。不同井区花岗岩风化壳储层垂向分带发育的差异以及各带横向厚度变化，一定程度上会形成不同的地震响应特征，这是花岗岩地震反射特征分析与储层解释的基础。

3 花岗岩地震反射特征分析

3.1 潜山顶面外形

潜山鞍部花岗岩出露区顶面较平缓，与南部、北部变质岩区顶面陡峭地形的区别较明显(图3)。在北东—南西向地震剖面上，可见花岗岩潜山顶面(T8地震反射层)起伏不大，仅局部侵蚀沟谷处有一定起伏(图3a)； 在南东—北西向地震剖面上，潜山整体向西北倾斜，花岗岩顶面地形坡度约为4°(图3b)。这种平缓的顶面形态，反映了花岗岩出露地表后遭受了强烈的风化剥蚀，整体夷平化程度高[12]。这主要与花岗岩的岩性、后期的构造改造作用相关，花岗岩中石英和长石矿物含量较高，质脆，节理发育，后期受构造作用改造形成各种交叉的网状缝，且长石易于溶蚀，物理风化和化学风化作用均较强，易形成相对平缓的地貌。花岗岩顶部普遍存在的黏土、砂砾质风化壳指示花岗岩风化壳为强烈的风化淋滤产物[12](图2)。

图3 蓬莱9-1花岗岩潜山地震剖面

在南部、北部古地貌高变质岩区，石英片岩中云母含量较高，长石含量较低，具有一定的韧性、塑性，不易形成大规模裂隙和溶蚀，导致其物理风化和化学风化作用均较弱[13]。仅断裂发育区风化程度较高，并且因为高地貌风化产物不易保存而形成峰林地貌。残留古地貌高区岩性致密，储集物性差。

在潜山整体隆升过程中，花岗岩与变质岩两种不同岩性的差异风化作用形成了南部、北部变质岩区高而陡峭、中部花岗岩区地貌低而平缓的独特地貌格局。基于潜山花岗岩出露区与围岩区顶面形态差异，利用潜山顶面边缘检测属性可以刻画花岗岩出露区的分布(图4)。红、黄色异常区主要分布在两组北西向断层夹持的鞍部，代表花岗岩出露区，地层产状变化较小。这种岩性分布格局与潜山地貌具有非常好的对应关系。

图4 潜山顶面边缘检测属性

3.2 花岗岩内部反射结构

在垂直于构造走向的南东—北西向剖面(图3b)上，花岗岩内部可见倾斜地震反射结构。在倾斜地震反射结构发育区，潜山顶面地震反射同相轴存在锯齿状弯曲下拉的现象，同相轴似断非断，这是由于裂缝带附近风化剥蚀强度较大形成的局部地形变化，推断倾斜反射结构为花岗岩内部裂缝带的地震响应。倾斜反射结构在花岗岩类潜山中比较常见，如越南的白虎油田花岗岩潜山[14]、渤海渤中19-6太古界变质花岗岩潜山[15]，这主要是与花岗岩固有的脆性特征及后期构造改造作用有关。在黄山、三清山、泰山等花岗岩景区[16]，岩体内部同样可见节理和裂缝非常发育。蓬莱9-1油田位于郯庐走滑断裂带内，构造活动强烈，花岗岩体周围断裂发育，具备形成裂缝的应力条件。

根据倾斜地震反射的倾向，平面上可以划分为两组。一组主要为南东倾，分布于花岗岩体东侧，与东侧边界大断层的倾向相同； 另一组主要为北西倾，位于花岗岩体的西侧。平面上除花岗岩中心区域(C井区周围)倾斜反射结构不发育外，其他区域倾斜反射结构均发育，且两组倾斜反射在花岗岩北东向轴线附近交会。

花岗岩东侧倾斜地震反射主要与庙西北凸起东侧边界断层有关。凸起东侧北东向边界大断层具有走滑和伸展双重性质[17]，新生代以来长期活动。上升盘(花岗岩潜山)发生翘倾，易形成一系列与边界断层倾向一致的裂缝带。从图3b中可以看到，中部C井区馆陶组厚度分别小于东、西两侧的A井区和D井区，说明馆陶组沉积前中部C井区处于古构造高部位，而东、西两侧为古斜坡区； 后续随着东侧边界大断层继续活动，上升盘地层发生翘倾，凸起区东侧地层均发生不同程度的抬升，导致现今凸起区地层西倾。边界大断层在北部末端活动性减弱，形成马尾状构造转换带[18-19]，发育一系列斜交的北东向次级断层，地层更加破碎，裂缝更加发育。

花岗岩西侧的倾斜地震反射与一组北东走向、雁行排列的小断层有关(图4)。这些断层均为北西倾向，呈弱走滑特征[20]。弱走滑作用产生的张扭应力在花岗岩体西侧形成一系列的北西倾向裂缝带，即在地震剖面上表现为北西倾向的倾斜地震反射结构(图3b)。图3b中东侧倾斜地震反射的发育密度明显强于西侧，也反映了东侧构造作用更强，裂缝更加发育。

4 有利储层预测

为了查明不同风化壳结构的地震响应特征，同时进一步探讨花岗岩内部倾斜地震反射结构的成因，本文结合地震资料与风化壳分带特征，设计花岗岩风化壳地质模型(图5a)进行正演模拟。黏土带、砂砾质风化带、裂缝带和基岩带的速度和厚度取值均根据钻井资料的统计。由于黏土带厚度一般较小(<10m)，且其速度与上覆馆陶组相当，故地质模型中未设置黏土带。明化镇组下段、馆陶组、潜山基岩、潜山顶部砂砾质风化带、裂缝带速度分别为2500、2770、4700、3380、3800m/s。东侧砂砾质风化带的厚度变化为0～75m，西侧砂砾质风化带厚度变化为0～27m，裂缝带的宽带范围为10～45m。采样率为1ms，选用雷克子波，主频为30Hz。

正演模拟结果(图5b)显示：①砂砾质风化带发育区振幅较弱，且砂砾质风化带厚度越大，潜山顶面之下的振幅(波谷)越弱。当砂砾质风化带厚度大于38.4m时，潜山顶面之下会出现一个新阻抗界面。②裂缝带会形成较强的倾斜地震反射界面。裂缝带发育的密度越大，倾斜反射越密集。③上穿至潜山顶面的裂缝带导致潜山顶面振幅减弱，同相轴出现下拉现象。

图5 花岗岩风化壳地质模型(a)和正演模拟结果(b)

地震正演模拟表明了砂砾质风化带发育程度与潜山顶面之下波谷反射强度之间存在对应关系，因而可以利用振幅预测砂砾质风化带的发育程度。

以T8地震反射层为参考层，提取向下50ms最大波谷振幅属性(图6)。由图可见，反映砂砾质风化带发育的弱振幅异常主要分布在断裂带附近，花岗岩体东侧断裂带附近(A、E井区)弱振幅异常最明显； 其次为花岗岩南部(B井区)、北部北西向断层附近(F井区)和西侧雁行排列的小断层发育区(D井区)； 强振幅区(C井区)砂砾质风化带发育程度最差。整体呈现断裂规模越大、越密集，砂砾质风化带越发育的特点。

据成像测井资料所成花岗岩裂缝走向玫瑰图(图6)可知，主要发育两组裂缝走向，一组是花岗岩东侧断裂带和西侧雁行排列的小断层附近的北东走向裂缝(A井、E井、D井)； 另外一组是花岗岩南、北两侧断裂带附近的北西西走向裂缝(B井、F井)。这进一步说明了裂缝发育主要受周围断裂的控制。因此倾斜地震反射所代表的裂缝带是花岗岩砂砾质风化带发育的基础，它不仅是裂缝储层的发育区，更是风化淋滤的重要通道[21]，是砂砾质风化带内优质储层形成的关键。将A、B、C、D、E、F井点振幅属性值与钻井揭示的砂砾质风化带内储层厚度交会，发现二者具有很好的相关性(图7)，线性拟合相关系数高达0.8919。

图6 潜山顶面向下50ms最大波谷振幅属性及各井花岗岩裂缝走向玫瑰花图

图7 潜山顶面向下50ms最大波谷振幅属性与强风化带下100m井段储层厚度交会图

根据上述储层预测方法在花岗岩东侧储层发育区部署H井和I井。钻前预测H井、I井砂砾质风化带储层厚度分别为95、70m，实钻厚度分别为101.4、65.3m，绝对误差在7m以内(表1)。这两口井风化壳储层预测结果表明，通过潜山顶面之下的最大波谷振幅属性可以较好地预测砂砾质风化带内储层的发育程度，进而为预测平面上砂砾质风化带内有效储层的厚度变化趋势提供依据。

表1 储层预测效果

5 结论

(1)蓬莱9-1花岗岩潜山风化壳经历了强烈的风化淋滤作用，垂向上具有分带性，储层主要发育在砂砾质风化带内，以孔隙型储层为主导。

(2)潜山顶面形态主要受花岗岩与围区变质岩之间的差异风化剥蚀作用控制，顶面平缓的外形和内部倾斜反射结构是蓬莱9-1潜山花岗岩出露区的典型特征，其中平缓的顶面外形特征表明花岗岩风化壳在风化过程中整体夷平化程度高； 内部倾斜反射结构是裂缝带的响应，主要受花岗岩岩性、构造改造作用控制。

(3)裂缝带是花岗岩风化壳储层发育的基础，只有倾斜地震反射结构发育区才能发育有利的风化壳储层。潜山顶面振幅强度与风化壳储层发育程度呈负相关，综合潜山顶面振幅强弱和内部倾斜地震反射的发育程度，可以预测有利储层的分布。潜山顶面弱振幅、内部密集倾斜地震反射区主要位于花岗岩东侧边界大断层附近，是最有利的储层发育区。

(4)基于地质成因分析的潜山风化壳储层地震解释方法可为蓬莱9-1花岗岩潜山油藏后续开发和类似潜山的油气勘探提供参考。