探討海底淺層生物礁及海溝對目標(biāo)層構(gòu)造的影響

羅　偉， 劉　錚， 朱　煥， 史運(yùn)華， 萬瓊?cè)A

(中海石油(中國)有限公司　深圳分公司，深圳　510240)

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探討海底淺層生物礁及海溝對目標(biāo)層構(gòu)造的影響

羅偉， 劉錚， 朱煥， 史運(yùn)華， 萬瓊?cè)A

(中海石油(中國)有限公司深圳分公司，深圳510240)

摘要：H-1N位于珠江口盆地東沙隆起之上，是該區(qū)為數(shù)不多的大型構(gòu)造之一。受淺層生物礁及海溝的影響，下覆某層灰?guī)r頂面構(gòu)造形態(tài)難以落實(shí)。這里利用地震正演技術(shù)，根據(jù)已鉆井資料，建立初始阻抗模型，通過正演獲得合成地震記錄。將正演得到的合成記錄與實(shí)際地震剖面對比，以振幅比例關(guān)系一致為判斷準(zhǔn)則，通過不斷迭代修改海溝物性參數(shù)，生成合成地震記錄與實(shí)際剖面對比。當(dāng)合成記錄振幅比例關(guān)系與實(shí)際地震剖面振幅比例關(guān)系一致時(shí)，即得到較為準(zhǔn)確的海溝速度、密度信息。再結(jié)合淺層生物礁、海溝及已鉆井信息，用層剝離時(shí)深轉(zhuǎn)換方法獲得了下覆某層灰?guī)r頂面構(gòu)造形態(tài)。創(chuàng)新點(diǎn)在于探索出一套根據(jù)已知振幅信息推算未知層平均速度的方法。

關(guān)鍵詞：珠江口盆地； 碳酸鹽巖； 海底礁及海溝； 正演模型； 目的層形態(tài)

0前言

珠江口盆地位于南海北部，華南大陸邊緣，自1996年登上了年產(chǎn)原油10 000 000 T的臺(tái)階后，成為繼大慶、勝利、遼河油田之后，列全國第四位的重要原油生產(chǎn)基地[1]。珠江口盆地東部則是該盆地油氣聚集與分布最為豐富的地帶，其石油地質(zhì)特征及其油氣富集規(guī)律不僅在珠江口盆地占據(jù)著主導(dǎo)地位，而且在我國東部及全球含油盆地中占據(jù)著重要的地位[2],但是通過對東沙隆起所作的地質(zhì)、地震及重、磁相結(jié)合的綜合研究中發(fā)現(xiàn)，該區(qū)的巖漿巖體較少[3]。在南海，至今尚未發(fā)現(xiàn)有單純的典型碳酸鹽巖構(gòu)成油氣源巖的，絕大多數(shù)是與所伴生的生物礁一起組成儲(chǔ)集層，所發(fā)現(xiàn)的碳酸鹽及其生物礁(灘)型油氣田，普遍具有較好的物性[4]。生物礁通常發(fā)育在高能環(huán)境，通過對地震波波形的分析，可以找出地震波波型變化的總體規(guī)律，從而認(rèn)識(shí)沉積相和巖相的變化規(guī)律[5]。而海底生物礁是南海東北部含油氣盆地中油氣成藏規(guī)模，僅次于砂巖的儲(chǔ)層類型[6]，所以對海底生物礁的研究非常有必要。

H井位于珠江口盆地東沙隆起上，在富烴洼陷Z洼陷的東南邊，在L油田(國內(nèi)最大的生物礁油田[7])的北邊，雖然不是在油氣運(yùn)移的優(yōu)勢帶上，但是也屬于油氣運(yùn)移的有利區(qū)域。同時(shí)因?yàn)镠井北構(gòu)造的面積很大，是東沙隆起上為數(shù)不多的大型構(gòu)造之一，某組灰?guī)r頂面發(fā)育一套中深湖亞相沉積，有可能形成構(gòu)造——巖性大型圈閉，具有較好的勘探潛力，所以研究H井對研究大構(gòu)造也能可以起到幫助作用。該區(qū)碳酸鹽巖的厚度大，可能形成大規(guī)模的油藏。另外， H井鉆到了目標(biāo)層灰?guī)r頂層的構(gòu)造較高部位，貫穿生物礁層(圖1)，測井顯示某組臺(tái)內(nèi)灘相儲(chǔ)層孔隙較好，灰?guī)r段儲(chǔ)層平均孔隙度13.7%，滲透率僅次于L油田。H井在某組上層發(fā)現(xiàn)氣測異常，在某組下層發(fā)現(xiàn)油跡，在某組發(fā)現(xiàn)熒光顯示，但卻僅僅是顯示井。其原因之一就是該處的生物礁和生物礁上表層的海溝對地震剖面的同相軸造成了一定的畸變影響，導(dǎo)致地質(zhì)解釋時(shí)目標(biāo)層構(gòu)造形態(tài)無法落實(shí)。所以定量研究生物礁及海溝對地震勘探的影響，從而確定灰?guī)r頂層構(gòu)造形態(tài)，對于落實(shí)圈閉類型和范圍具有重要意義，也能為下一步勘探鉆井提供可靠依據(jù)。

作者的研究思路是：①對實(shí)際的三維構(gòu)造地震剖面進(jìn)行分析，提出面對的問題；②通過建立正演模型找到解決的方法；③得到正演模擬后的定量結(jié)果。

圖1　H井附近的3D構(gòu)造地震剖面Fig．1　3D seismic profile near the H well

如圖1所示，上部的綠色和藍(lán)色圈中區(qū)域?yàn)楹５捉笇?。綠色區(qū)域上部顯示的凹陷處為泥沙沉淀形成的海溝軟泥層。圖1中左下方的紅線代表斷層，根據(jù)測井?dāng)?shù)據(jù)，可以切實(shí)確定斷層的存在。提取圖1中同相軸較為清晰的層位進(jìn)行正演建模，如Seabed、T層、Carbon Top層和Tg層。其中，Seabed代表海底，T層代表地震標(biāo)志層，Carbon Top層表示灰?guī)r頂，Tg層表示基底。從圖1中可以看出，從T層就開始發(fā)生明顯的同相軸下拉畸變。那么深層地層是否發(fā)生了如圖1所示的同相軸下拉畸變？還是因?yàn)槭芎５捉负秃系挠绊?，?shí)際較為平坦的目標(biāo)層Carbon Top層，在地震剖面上顯示為鞍部起伏？需要建立模型后定量討論海底礁、海溝對時(shí)間構(gòu)造的影響。

1建立正演模型

1.1初步建立正演模型

根據(jù)H井的實(shí)際測井文件和實(shí)際資料進(jìn)行時(shí)深標(biāo)定，作為初步的校正標(biāo)準(zhǔn)。海底礁造成的淺層高速問題可能會(huì)在地震勘探得到的剖面上造成深層海底同相軸的下拉畸變，從而導(dǎo)致海底的層位起伏狀況不一定符合真實(shí)的情況。因此，先假定深層海底為平層建立正演模型并進(jìn)行試驗(yàn)，然后針對得到的結(jié)果再進(jìn)行分析。

1)根據(jù)圖1所示的三維構(gòu)造地震剖面建立圖2的正演模型。其中：第一層代表海水層；第二層代表Seabed到海底礁的礁底之間的層位；第三層代表海底礁的礁底到T層之間的層位；第四層代表T層到Carbon Top層之間的層位；第五層代表Carbon Top層到Tg層之間的層位；第六層代表Tg層以下層位；第七層代表海底生物礁層；第八層代表海溝層。T層、Carbon Top層和Tg層在建立正演模型時(shí)不妨先建立為平層，以方便定量研究海底礁和海溝對下層同相軸的影響。

2)確定正演模型的各層的速度和密度參數(shù)。正演模型中各層的速度和密度值可以由測井?dāng)?shù)據(jù)得到。特別說明第六層不是目的層，且測井沒有鉆到，所以建模時(shí)取5 000 m/s的較大速度，以便與其他層進(jìn)行區(qū)分；第七層的速度可以由H井直接讀出，密度則綜合相關(guān)文獻(xiàn)選取經(jīng)驗(yàn)值；但是第八層海溝層的速度和密度都無法知道，目前只能在實(shí)際剖面上讀取時(shí)間深度為0.107 s。根據(jù)以上方法，得到正演模型各層的速度和密度見圖2。

1.2確定海溝參數(shù)

海底礁頂部的海溝速度和密度都無法通過測井資料準(zhǔn)確獲得，所以根據(jù)實(shí)際剖面中海溝處的振幅值對正演模型進(jìn)行校正，從而使海溝層的參數(shù)接近真實(shí)。

圖3為根據(jù)實(shí)際剖面的平均振幅值確定模型的技術(shù)路線圖。具體步驟：①已知實(shí)際剖面的振幅信息，通過建立正演模型使得在相同位置處，模型能擬合實(shí)際振幅，從而得到此時(shí)的模型中海溝的速度V和密度ρ;②對比實(shí)際剖面海溝的時(shí)間深度，修正模型，得到此時(shí)的海溝的速度V、密度ρ以及深度D;③對此時(shí)的模型進(jìn)行正演，將得到正演剖面振幅信息與實(shí)際剖面進(jìn)行對比，如果相同，則可以確定正演模型對實(shí)際情況模擬得較好，從而確定海溝速度V、密度ρ以及深度D。否則再根據(jù)實(shí)際剖面修正模型，直至模型與實(shí)際吻合為止。

圖2　正演模型Fig．2　The forward model

圖3　確定海溝參數(shù)的技術(shù)路線圖Fig．3　The technology roadmap to determine the paraments

圖4為實(shí)際剖面和正演剖面在海溝處取對應(yīng)振幅值的情況。在實(shí)際剖面中，讀取海溝附近四個(gè)位置的振幅值，每個(gè)位置讀取五組數(shù)據(jù)，然后取平均值作為這個(gè)位置的振幅值。待四個(gè)位置的振幅值都讀取后，以一號(hào)位置為基準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化，得出四個(gè)位置振幅的比例關(guān)系。在正演剖面中，類似地在四個(gè)對應(yīng)的位置讀數(shù)并標(biāo)準(zhǔn)化，然后把正演的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)與實(shí)際進(jìn)行對比。實(shí)際剖面與不同速度的正演剖面在圖4所示的四個(gè)位置的對比見表1。其中正演部分僅選取了比較有代表性的三個(gè)速度，與實(shí)際剖面進(jìn)行對比。

通過使用上面算法進(jìn)行不斷的地迭代計(jì)算，直到使得正演剖面和實(shí)際剖面相同位置處的振幅標(biāo)準(zhǔn)化后的比例值最為相近為止。不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)速度V=1 600 m/s時(shí)，正演剖面振幅的標(biāo)準(zhǔn)化值與實(shí)際剖面的標(biāo)準(zhǔn)化值擬合得較好(表2)。此時(shí)正演模型中，海溝的時(shí)間深度值為0.107 s，與實(shí)際剖面一致。通過對比振幅與時(shí)間，現(xiàn)在建立的正演模型可以認(rèn)為與實(shí)際擬合較好。此時(shí)海溝的速度V=1 600 m/s、密度根據(jù)該區(qū)的經(jīng)驗(yàn)公式得到ρ=1 715 kg/m3。需要說明的是，實(shí)際剖面的主頻是35 Hz,所以正演模型所用的模擬震源為35 Hz的Ricker子波。

圖4　在實(shí)際剖面和正演剖面的海溝處取對應(yīng)的振幅值Fig．4　Amplitudes at corresponding points of the trench in the actual profile and the forward profile(a)實(shí)際地震剖面海溝附近四個(gè)振幅位置示意圖;(b)不同正演剖面海附近四個(gè)振幅位置示意圖

HwellHwell(1500m/s)Hwell(1600m/s)Hwell(1748m/s)實(shí)際剖面正演模型剖面正演模型剖面正演模型剖面位置位置振幅平均值振幅標(biāo)準(zhǔn)化位置位置振幅平均值振幅標(biāo)準(zhǔn)化位置位置振幅平均值振幅標(biāo)準(zhǔn)化位置位置振幅平均值振幅標(biāo)準(zhǔn)化13.527967110.352110.3969110.4586126.6282211.87876520.79612.26164820.73261.84580520.79611.73593536.8698381.94725130.79632.26221630.77091.94230330.79631.73637244.6806751.32673540.56621.60852340.52811.33056240.59641.30048

表2正演剖面與實(shí)際剖面相同位置處振幅標(biāo)準(zhǔn)化后對比

Tab.2The comparison after amplitudes standardization at corresponding points of the forward profile and the actual profile

振幅相對值1位置2位置3位置4位置正演剖面v=1600m/s11.84581.94231.3306實(shí)際剖面11.87881.94731.3267

2正演模擬

在得到正演結(jié)果之前，根據(jù)已知的測井信息先進(jìn)行質(zhì)量控制。如圖5所示，在實(shí)際剖面中，沿著測井在各個(gè)界面的分界處取一點(diǎn)，讀取該點(diǎn)的時(shí)間深度值及深度值，依次讀取五組數(shù)據(jù)；然后在正演模型中找準(zhǔn)對應(yīng)測井的位置，依次讀取五個(gè)分界面處的深度值；再根據(jù)正演剖面，讀取相同位置的五個(gè)時(shí)間深度值，組成正演剖面的五組數(shù)據(jù)；將實(shí)際數(shù)據(jù)與正演后得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比后不難發(fā)現(xiàn)，模型的擬合程度非常好，再次證明建立的正演模型具有較高的可信度。

為了使正演之后的目標(biāo)層Carbon Top層的起伏狀況與實(shí)際剖面一致，需要對正演模型中的Carbon Top層進(jìn)行調(diào)整，使其中部出現(xiàn)了標(biāo)志性的鞍部起伏(圖6)。此時(shí)圖6(a)圖顯示的就是實(shí)際中灰?guī)r頂?shù)貙拥钠鸱鼱顩r。對鞍部中間的凹槽進(jìn)行充填，可以定量分析出：①凹槽最高點(diǎn)距離凹槽底部的距離為103 m；②凹槽最低點(diǎn)距離凹槽底部的距離為55 m；③凹槽平均高度距離凹槽底部的距離為91 m。這證明了目標(biāo)層中部確實(shí)存在鞍部起伏。

圖5　實(shí)際剖面和正演剖面在沿井各層分界面處的時(shí)間深度及深度對比Fig．5　The comparison of the time-depth and the depth at each layer interface along the well of the actual profile and the forward profile(a)實(shí)際剖面沿井各層分界處的時(shí)間深度及及深度;(b)正演結(jié)果剖面沿井各層分界處的時(shí)間深度;(c)正演模型剖面沿井各層分界處的深度

圖6　根據(jù)實(shí)際剖面修正后的正演模型及正演結(jié)果示意圖Fig．6　The result diagram of the modified forward model and the forward result according to the actual profile(a)正演模型剖面;(b)正演結(jié)果剖面;(c)正演模型中鞍部充填示意圖

此外，另一種可能的解釋是海溝處的時(shí)間深度比較大，對Carbon Top層的同相軸畸變的影響大到可以出現(xiàn)如實(shí)際剖面的鞍部。但是實(shí)際上，地層不存在鞍部起伏，而是近平層結(jié)構(gòu)。根據(jù)這個(gè)假設(shè)，修訂正演模型后的結(jié)果如圖7所示。經(jīng)過測算，只有當(dāng)海溝處的時(shí)間深度達(dá)到216 ms時(shí)，才可能使正演后的Carbon Top層的起伏與實(shí)際剖面一致。而此時(shí)，海溝為212 m，海溝底部已經(jīng)非常接近海底礁的礁底。從實(shí)際剖面上觀察后發(fā)現(xiàn)，如果生物礁底是平層，則此時(shí)海溝底已經(jīng)幾乎將生物礁截為兩段。

如果單純考慮生物礁對下覆地層的影響又會(huì)是怎樣的情況呢？針對這個(gè)問題，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)特意將選取的測線避開了海溝以及斷層的影響，只選取受生物礁影響的目標(biāo)層部分，得到實(shí)際相差0.218 s的結(jié)果。在正演模型中進(jìn)行模擬，使得相同位置處的時(shí)間深度差為該值，此時(shí)反推海底礁的速度，顯示為3 650 m/s。這和一般的認(rèn)識(shí)以及該地區(qū)的實(shí)際均有較大出入。因此，再次證明了目標(biāo)層確實(shí)存在鞍部起伏的情況。

針對使用自激自收進(jìn)行正演和模擬實(shí)際拖纜采集時(shí)的2D聲波正演結(jié)果是否一致也進(jìn)行了初步的探討。根據(jù)這次的模型，將自激自收得到的正演剖面與用2D聲波模擬得到的炮集數(shù)據(jù)進(jìn)行PSTM處理后得到的正演剖面進(jìn)行對比后，不難發(fā)現(xiàn)它們得到的目標(biāo)層的構(gòu)造形態(tài)是比較相似的(圖8)。更進(jìn)一步對比目標(biāo)層不同位置的時(shí)間深度值后發(fā)現(xiàn)，實(shí)際剖面、自激自收正演剖面與2D聲波模擬正演剖面得到的結(jié)果是較為近似的。又由于自激自收的正演模擬能得到最好的偏移成像效果，所以這里采用自激自收的正演模擬結(jié)果。

圖7　加深海溝深度直至正演出現(xiàn)鞍部起伏時(shí)的正演模型及正演結(jié)果示意圖Fig．7　The result diagram of the forward model and the forward result when the trench was deepened until the forwarded saddle began to roll(a)正演模型剖面;(b)正演結(jié)果剖面;(c)實(shí)際地震剖面

3結(jié)論

通過以上的分析，可以得到的結(jié)論為：

1)論證得出海溝軟泥層較為可靠的速度為1 600 m/s。

2)落實(shí)淺層生物礁下覆某組的灰?guī)r頂下降盤，確實(shí)存在鞍部起伏的構(gòu)造形態(tài)。

3)探索出一套根據(jù)已知振幅信息推算未知層平均速度的算法。

圖8　2D聲波正演模擬和自激自收正演模擬結(jié)果對比Fig．8　The result comparison of the 2D acoustic forward modeling and the self-collected forward simulation(a)聲波模擬剖面(PSTM處理后);(b)自激自收剖面

通過以上的研究，盡管得出了一些結(jié)論，但仍有需要進(jìn)一步結(jié)合地質(zhì)認(rèn)識(shí)研究的問題，比如海底礁的礁底層位和沉積模式的落實(shí)等。

參考文獻(xiàn)：

[1]龐雄，陳長民，彭大鈞，等.南海珠江深水扇系統(tǒng)及油氣[M].北京：科學(xué)出版社,2007.

PANG X, CHEN C M, PENG D J, et al. The Pearl River Deep-water Fan System & Petroleum in South China Sea[M]. Beijing: Science Press, 2007.(In Chinese)

[2]陳長民，施和生，許仕策，等.珠江口盆地(東部)第三系油氣藏形成條件[M].北京：科學(xué)出版社,2003.

CHEN C M, SHI H S, XU S C,et al. The pearl river mouth basin (Eastern) third series of oil and gas reservoir formation condition[M]. Beijing: Science Press,2003. (In Chinese)

[3] 郝滬軍，汪瑞良，張向濤，等.珠江口盆地東部海相中生界識(shí)別及分布[J].中國海上油氣，2004，16(2):84-88.

HAN H J, WANG R L, ZHANG X T, et al. Mesozoic marine facies identification and distribution in the eastern pearl mouth basin[J]. Chinese Offshore Oil and Gas，2004，16(2):84-88. (In Chinese)

[4]劉寶明，夏斌，金慶煥，等.南海盆地演化及碳酸鹽巖油氣勘探[J].海相油氣地質(zhì)，2003,8(1)：201-221.

LIU B M, XIA B, JIN Q H, et al. The evolution of the south China sea oil and gas exploration in the carbonate rock[J]. Marine Oil and Gas Geology，2003,8(1)：201-221. (In Chinese)

[5]曾驛，汪瑞良，劉軍，等.東沙隆起碳酸鹽巖儲(chǔ)層特征及預(yù)測[J].石油天然氣(江漢石油學(xué)院)，2011,33(6)：111-119.

ZENG Y, WANG R L, LIU J, et al. Dongsha uplift reservoir characteristics and prediction of carbonate Rock reservoir[J]. Petroleum and Natural Gas (Jianghan Petroleum Institute)，2011,33(6)：111-119. (In Chinese)

[6]黃海平，傅恒，周小康，等.珠江口盆地(東部)某組碳酸鹽巖層序地層及儲(chǔ)層分布[J].沉積學(xué)報(bào)，2012,30(2)：291-300.

HUANG H P, FU H, ZHOU X K, et al. The pearl river mouth basin (eastern) a group of carbonate sequence Stratigraphy and Reservoir Distribution[J]. Journal of Sediment Research，2012,30(2)：291-300. (In Chinese)

[7]李小平，施和生，杜家元，等.珠海組-某組時(shí)期東沙隆起物源提供能力探討[J].沉積學(xué)報(bào),2014,32(4):654-662

LI X P, SHI H S, DU J Y, et al. Zhuhai-X group in dongsha uplift source provides the ability to investigate[J]. Journal of Sediment Research,2014, 32(4):654-662. (In Chinese)

收稿日期：2015-04-05改回日期：2015-04-28

作者簡介：羅偉(1985-)，男，碩士，從事海洋地球物理勘探方向的研究工作,E-mail:luowei8@cnooc.com.cn。

文章編號(hào)：1001-1749(2016)03-0388-08

中圖分類號(hào)：P 631.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.3969/j.issn.1001-1749.2016.03.15

To explore the influence of submarine shallow and trench on the target layer structure

LUO Wei， LIU Zheng， ZHU Huan， SHI Yun-hua, WAN Qiong-hua

(Shenzhen Branch of CNOOC Ltd.,Guangzhou510240， China)

Abstract:H-1N is located in the Dongsha uplift, the Pearl River basin, and it is one of the largest structures. Due to the shallow reef and trench, it is difficult to implement the limestone top structure morphology of the overlying layer. According to drilling data, this paper mainly uses the seismic forward modeling technology to establish the initial impedance models and gain synthetic seismic records. Comparing the synthetic seismogram gained from the forward model and the actual seismic section, it is to determine with the principle that is whether the amplitude proportional relationship is consistent, the trench physical parameters are modified iteratively and then generate synthetic seismic records to compare with actual profile. When the amplitude proportional rations of the synthetic seismogram and the actual seismic profile are the consistent, the accurate information of the velocity and density is obtained. Combined with the shallow reef, trench and drilling data, by using the layer stripping time depth conversion method, the limestone top structure morphology of the overlying layer can be obtained. The innovation point is to explore a set of method according to that the known amplitude information to calculate the average speed of unknown layer.

Key words:Pearl river mouth basin; carbonate rocks; submarine reefs and trench; forward model; objective layer morphology