多元微相控深水儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法

韓文明

(中國(guó)海洋石油總公司研究總院 北京 100027)

0 引言

深水沉積是目前世界沉積研究的前沿和熱點(diǎn)，一方面，由于近年來(lái)深水勘探頻頻發(fā)現(xiàn)大型油氣田，而深水重力流沉積體作為油氣的唯一儲(chǔ)集體當(dāng)然備受關(guān)注;另一方面，由于深水沉積機(jī)理本身與淺海、湖相和河流相等存在較大差異，難以利用現(xiàn)有沉積理論一一加以詮釋。

深水沉積具有其特殊性，它屬于重力流沉積范疇，并且呈嵌入式分布于深海和半深海泥之中，重力流沉積體包含砂巖，也包含泥巖，致使重力流沉積泥巖與深海、半深海背景泥巖在電測(cè)曲線(xiàn)特別是GR和SP曲線(xiàn)上無(wú)法區(qū)分。因此，如果深水重力流沉積體頂部和底部是泥巖，那么在測(cè)井相上就很難直接識(shí)別重力流沉積體的頂?shù)捉缑妫劜簧侠脺y(cè)井資料進(jìn)行深水重力流沉積體單井相劃分、計(jì)算深水沉積體砂地比等基礎(chǔ)工作，以及進(jìn)一步展開(kāi)深水沉積體與儲(chǔ)層的空間預(yù)測(cè)。另一方面，由于重力流沉積對(duì)深海泥的強(qiáng)烈沖刷作用，地震資料上外形輪廓特征明顯，同時(shí)，由于深海泥沉積成巖作用弱，聲波速度1 700～2 000 m/s，而深水沉積體內(nèi)部沉積了大量的砂巖，與深海泥沉積背景形成較大波阻抗差，振幅異常特別明顯(圖1)。但由于深水沉積體的快速堆積，其內(nèi)部砂巖和泥巖的巖石地球物理特征和地震響應(yīng)非常接近，加之測(cè)井資料在識(shí)別深海—半深海泥與深水重力流沉積泥方面的缺陷，所以利用井和地震資料預(yù)測(cè)和描述深水砂巖儲(chǔ)層非常困難。因此，深水砂巖儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)便成為深水沉積研究的真正難點(diǎn)，而且對(duì)深水油氣田的勘探開(kāi)發(fā)將產(chǎn)生較大影響［1，2］。對(duì)此，筆者提出了一套新的思路與方法，下面以尼日爾三角洲深水為例進(jìn)行詳細(xì)闡述。

圖1 深水沉積體地震與電測(cè)特征剖面Fig.1 Seismic and electrical profile of deep water sediments

1 深水研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)背景

尼日爾三角洲從早白堊世晚期的阿爾比期開(kāi)始，盆地演化經(jīng)歷了早白堊世—晚白堊世桑頓期裂谷期(可能延伸至晚侏羅世)、晚白堊世康潘期以來(lái)的漂移期兩個(gè)演化階段。晚白堊世初，非洲陸塊和南美陸塊完全分離，赤道非洲地區(qū)完全進(jìn)入了被動(dòng)大陸邊緣階段，形成尼日爾三角洲中新生代被動(dòng)大陸邊緣盆地，之后，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相對(duì)平緩。相應(yīng)地形成了裂谷階段的湖相、海相，漂移階段的海相和海陸交互相沉積。盆地主體是始新世以來(lái)長(zhǎng)期海退形成了的尼日爾三角洲，它包括阿卡塔組、阿格巴達(dá)組和貝寧組三個(gè)巖性地層單元，阿卡塔組為巨厚的前三角洲海相塑性泥巖，阿格巴達(dá)組為三角洲前緣砂泥巖互層，貝寧組則為三角洲平原河流相砂巖地層［3～5］。

在上述整個(gè)構(gòu)造和沉積演化過(guò)程中，構(gòu)造演化受控于沉積中心位移和海侵［6］，形成的重力構(gòu)造受到泥巖塑性層、洋殼運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的斜坡和上覆沉積物卸載的控制，而沉積又受控于海平面變化，因此海平面變化間接控制重力構(gòu)造變形。同時(shí)，當(dāng)三角洲向洋殼上推進(jìn)時(shí)，洋殼的不斷沉降為新生代的前積三角洲巨厚沉積提供了更大的可容空間(圖2)。

2 多元微相控深水儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法

2.1 沉積模式建立

如前所述，在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，利用常規(guī)地震能夠比較容易的識(shí)別和刻畫(huà)出深水沉積體(圖1)。因此，在展開(kāi)關(guān)鍵問(wèn)題研究之前，首先根據(jù)地震剖面上沉積體的厚度確定一個(gè)時(shí)窗，沿各個(gè)沉積層提取了地震均方根振幅(圖3)。從圖3可以看出地震均方根振幅清楚的展示了深水重力流沉積體的平面分布和接觸關(guān)系。在從淺到深提取了一系列地震屬性之后，清楚可見(jiàn)四期深水沉積體平面分布圖(圖3)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合相對(duì)海平面變化曲線(xiàn)，建立了該區(qū)水道化朵葉海底扇和水道復(fù)合體海底扇兩種深水沉積模式(圖4)。在11.2～7.12 Ma期間，相對(duì)海平面下降期間，沉積過(guò)程是深水重力流密度變大、沉積物粒度逐漸變粗的過(guò)程，重力流由泥質(zhì)碎屑流轉(zhuǎn)變?yōu)楦呙芏葷崃?，相?yīng)地由在陸坡坡腳堆積泥質(zhì)碎屑流沉積逐漸向陸坡前方的朵葉體復(fù)合體轉(zhuǎn)變，是一個(gè)進(jìn)積的沉積物堆積過(guò)程;在11.2 Ma之前，相對(duì)海平面上升期間，深水重力流密度變小，沉積物粒度變細(xì)，重力流由低密度濁流轉(zhuǎn)變?yōu)槟噘|(zhì)碎屑流，深水盆地堆積以帶堤岸的水道為主的海底扇體系，其上覆蓋泥質(zhì)碎屑流沉積［7，8］。

2.2 多元井震精確時(shí)深標(biāo)定

通常情況下，我們?cè)诘卣鸾忉屩?，首先將鉆井地質(zhì)分層通過(guò)合成記錄標(biāo)定到地震剖面上，然后對(duì)此地質(zhì)層位進(jìn)行地震解釋。但在深水區(qū)研究中，如前所述，我們往往很難在測(cè)井曲線(xiàn)上準(zhǔn)確確定深水重力流沉積體界面。相反，前文已經(jīng)闡述，深水重力流沉積體在地震剖面上的頂?shù)捉缑嫱容^清楚(圖1)，根據(jù)深水重力流沉積體的這一特點(diǎn)，我們可以首先確定在已鉆井點(diǎn)處每期沉積體在地震剖面上的頂、底面，然后同樣利用合成記錄為橋梁，將地震數(shù)據(jù)體上確定的沉積體時(shí)間頂?shù)酌婢_的標(biāo)定到測(cè)井曲線(xiàn)上，得到沉積體頂?shù)捉缑嬖阢@井上的深度值，解決了深海泥與深水重力流沉積泥的測(cè)井相劃分問(wèn)題。本文將這一標(biāo)定過(guò)程稱(chēng)為多元井震精確時(shí)深標(biāo)定。

圖2 尼日爾三角洲盆地區(qū)域地質(zhì)剖面圖(據(jù)Corredor F.等，2005)Fig.2 Geological profile of Niger delta area

圖3 深水沉積體均方根振幅平面圖(A.最晚期高彎曲水道;B.晚期水道;C.早期水道及其復(fù)合體;D.最早期朵葉)Fig.3 Seismic attribute map(A.latest curving channel;B.late channel;C.early channel complex;D.earliest lobe)

圖4 深水沉積模式與海平面曲線(xiàn)圖(a.水道海底扇模式;b.朵葉海底扇模式)Fig.4 Deep water depositional model(a.channel submarine fan;b.lobe submarine fan)

圖5 深水沉積各單元剖面演化序列Fig.5 Evolution series profile of deep water sedimentary units

2.3 沉積微相單元?jiǎng)澐峙c砂地比精確計(jì)算

綜合沉積體平面特征(圖3)，確定了本區(qū)5個(gè)深水重力流沉積單元，分別為孤立水道、水道復(fù)合體、水道堤岸、朵葉和朵葉邊緣(圖4)。整個(gè)深水重力流沉積體系在演化過(guò)程中，基本由上述五個(gè)單元組成。根據(jù)第2節(jié)多元標(biāo)定，在井上確定深水重力流沉積體，結(jié)合測(cè)井和鉆井取芯，對(duì)上述5個(gè)深水重力流沉積結(jié)構(gòu)單元縱向特征進(jìn)行了研究，建立各單元的單井相和剖面沉積演化模式(圖5)。在此基礎(chǔ)上，得到深水重力流沉積體不同沉積單元的精確鉆井砂地比數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是分析深水沉積規(guī)律和地球物理儲(chǔ)層預(yù)測(cè)必不可少的基礎(chǔ)，并且其精確度決定了儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的精度，進(jìn)而影響到資源與儲(chǔ)量計(jì)算的準(zhǔn)確度。

2.4 地震屬性與深水重力流沉積體多元關(guān)系建立

按照不同沉積單元分類(lèi)，計(jì)算井鉆遇的不同類(lèi)沉積單元在井點(diǎn)處的各種地震屬性值。然后計(jì)算井點(diǎn)處不同類(lèi)型沉積單元的砂地比和各種地震屬性的相關(guān)性，優(yōu)選相關(guān)性較好的地震屬性，建立不同沉積單元砂地比和地震屬性間的關(guān)系式。

針對(duì)劃分的5個(gè)沉積單元即孤立水道、復(fù)合水道、朵葉、堤岸，選取了7種地震屬性即平均絕對(duì)振幅、平均振幅、平均反射強(qiáng)度、振幅方差、弧線(xiàn)長(zhǎng)度、平均瞬時(shí)頻率、有效帶寬，分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及擬合公式。通過(guò)關(guān)系式及其相關(guān)系數(shù)可見(jiàn)，在一般情況下沉積單元砂地比與均方根振幅相關(guān)性最好(圖6)。

當(dāng)然，我們不難看出，對(duì)于每一種沉積單元，鉆井越多，擬合公式將越準(zhǔn)確，優(yōu)選出的地震屬性越能反映深水沉積的實(shí)際儲(chǔ)層發(fā)育情況。

2.5 儲(chǔ)層空間預(yù)測(cè)

我們利用第1節(jié)中在地震資料上追蹤的沉積體頂?shù)酌嬉约把貙犹崛〉某练e體均方根振幅(圖7)，結(jié)合剖面特征劃分的沉積單元，將圖7深水重力流沉積體平面上劃分出兩種沉積單元，即堤岸和水道復(fù)合體。雖然圖7深水重力流沉積體受到多條斷層破壞，但水道復(fù)合體和堤岸的地震相特征仍然比較明顯。同時(shí)根據(jù)深水重力流沉積體地震解釋的時(shí)間厚度求出沉積體的厚度。然后利用已確定的地震屬性和沉積體砂地比之間的關(guān)系式，將圖7深水重力流沉積體均方根屬性按堤岸和水道復(fù)合體兩個(gè)單元地震屬性和沉積體砂地比之間的關(guān)系式分別換算成砂地比平面圖，然后再組合形成整個(gè)沉積體砂地比平面圖，實(shí)現(xiàn)多元控制。最后將沉積體厚度與其砂地比相乘得到儲(chǔ)層的厚度分布，實(shí)現(xiàn)了對(duì)圖7整個(gè)深水重力流沉積體砂巖的預(yù)測(cè)。

3 結(jié)論

(1)在深入分析深水沉積特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，本文提出了深水沉積研究面—線(xiàn)—點(diǎn)的新思路，即平面地震屬性、地震剖面特征到單井分析。

(2)創(chuàng)新提出多元井震精確時(shí)深標(biāo)定方法，解決了深水重力流沉積體頂?shù)捉缑娴臏y(cè)井精確劃分問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)實(shí)鉆井砂地比的準(zhǔn)確求取，避免了單井上沉積單元?jiǎng)澐值闹饔^(guān)性。

圖6 深水沉積單元鉆井砂地比與地震屬性統(tǒng)計(jì)關(guān)系Fig.6 NTG and seismic attribute regression of deep water sedimentary units

圖7 深水砂體預(yù)測(cè)平面圖Fig.7 Deep water sandstone detection map

(3)利用多屬性統(tǒng)計(jì)優(yōu)選地震屬性與深水沉積單元砂地比之間的關(guān)系，成為實(shí)際工作中快捷有效的儲(chǔ)層定量預(yù)測(cè)方法的關(guān)鍵。

(4)同時(shí)又將深水沉積多單元砂地比組合在一起形成整個(gè)深水沉積體系的砂地比平面圖，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)過(guò)程中的多元控制作用，這是本方法針對(duì)深水沉積體平面與結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)所取得的重要突破。

References)

1 韓文明，杜向東，于水.尼日爾三角洲深水區(qū)底辟—逆沖構(gòu)造帶找油找氣快速應(yīng)對(duì)地球物理三步法［C］.CPS/SEG，2009［Han Wenming，Du Xiangdong，Yu Shui.Fast Geophysical Three Step Method for Exploratory Target Evaluation in the Diapirism-Thrust Tectonic Zone of Nigeria Delta Deep Water Area［C］.CPS/SEG.，2009］

2 韓文明，鄧運(yùn)華，于水，等.尼日爾三角洲深水勘探研究面臨的挑戰(zhàn)及其對(duì)策［J］.地質(zhì)學(xué)報(bào)，2012，86(4):671-678［Han Wenming，Deng Yunhua，Yu Shui，et al.Challenges faced with deep water exploration and research in Niger deta and its strategies［J］.Acta Geologica Sinica，2012，86(4):671-678］

3 Ekweozor C M，Daukoru E M.Northern delta depobelt portion of the Akata-Agbada petroleum system，Niger Delta，Nigeria［C］∥Magoon L B，and Dow W G.，eds.The Petroleum System:From Source to Trap.AAPG Memoir，1994，60:599-614

4 Evamy B D，Haremboure J，Kamerling P，et al.Hydrocarbon habitat of Tertiary Niger Delta［J］.AAPG Bulletin，1978，62(1):1-39

5 Whiteman A.Nigeria-Its Petroleum Geology，Resources，and Potential［C］.London，Graham and Trotman，1982:394

6 Petters S W.Regional Geology of Africa［M］.Springer-Verlag，1991

7 韓文明，于水，劉陽(yáng)，等.復(fù)雜深水重力構(gòu)造勘探研究新方法——以尼日爾三角洲深水區(qū)A構(gòu)造為例［J］.中國(guó)海上油氣，2012，24:13-16［Han Wenming，Yu Shui，Liu Yang，et al.A new method to research complex gravity structures in deep water:a case of structure A in deep-water Niger Delta［J］.China Offshore Oil and Gas，2012，24(1):13-16］

8 Haq B U，著，韓林，李健，譯.層序地層學(xué)、海平面變化及其對(duì)深海的意義［J］.海洋地質(zhì)譯叢，1992，12(6):43-52［Haq B U，ed.Translated by Han Lin，Li Jian.Sequence statigraphy，sea-level change，and significance for the deep sea［J］.Haiyang Dizhi Yicong(Offshore Oil)，1992，12(6):43-52］