地震沉積學(xué)技術(shù)在庫(kù)車坳陷南斜坡白堊系砂體尖滅線識(shí)別中的應(yīng)用

劉 軍,王鵬程,陳 軍,孟祥霞

(1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司勘探開發(fā)研究院西北分院,甘肅蘭州730020;2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司,新疆庫(kù)爾勒841000)

庫(kù)車坳陷位于塔里木盆地北緣,北部為南天山,南緣為塔北隆起,中部發(fā)育溫宿—輪臺(tái)古凸起,整個(gè)坳陷呈東西向展布,南斜坡位于中部凸起以南區(qū)域。白堊紀(jì)沉積時(shí)期受天山造山帶和塔北隆起控制,由南、北兩側(cè)向湖盆中心發(fā)育一系列扇三角洲、辮狀河三角洲、三角洲以及湖泊沉積體系[1-2]。白堊系是該區(qū)碎屑巖中最主要的含油氣層系,20世紀(jì)末,在巴什基奇克組地層中發(fā)現(xiàn)的克拉2大型氣田為西氣東輸工程提供了強(qiáng)有力的保障[3],引起了對(duì)白堊系油氣勘探的重視。由于研究區(qū)沉積相變化大,砂體縱向變化復(fù)雜,側(cè)向疊置頻繁,繼續(xù)在該區(qū)尋找地層圈閉和巖性圈閉存在較大的技術(shù)瓶頸,因此近年來研究區(qū)白堊系地層的油氣勘探未獲得大的突破,油氣勘探效果不理想。上傾尖滅型和不整合型油氣藏為發(fā)現(xiàn)的主要油氣藏類型,而這兩種油氣藏勘探的難點(diǎn)在于對(duì)薄層砂體的刻畫,特別是對(duì)砂體尖滅線分布特征的刻畫,這是近期庫(kù)車坳陷南斜坡地區(qū)地層和巖性油氣藏勘探亟待解決的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題。

前人對(duì)于地層尖滅線的刻畫方法主要有以下兩種:①利用傳統(tǒng)的錄井、測(cè)井、巖性資料對(duì)比來分析砂體尖滅線位置,該方法的優(yōu)點(diǎn)是可信程度高、操作性強(qiáng),但具有明顯的局限性,即在勘探程度較低的地區(qū),因?yàn)殂@井資料少,難以在平面上展開,此外井間對(duì)比只能定性分析砂體尖滅的大致區(qū)帶,無法定量識(shí)別其具體位置;②利用常規(guī)時(shí)間域地震數(shù)據(jù)提取屬性以及反演來刻畫尖滅線位置,該方法的缺陷是存在時(shí)窗穿時(shí)問題,因此對(duì)尖滅線位置的刻畫不夠準(zhǔn)確。近年來地震沉積學(xué)所發(fā)展的90°相位轉(zhuǎn)換、Wheeler域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及地層切片技術(shù)在碎屑巖和碳酸鹽巖沉積演化、儲(chǔ)層預(yù)測(cè)、沉積體系形態(tài)刻畫方面都取得了較好的應(yīng)用效果:梁全勝[4]將90°相位轉(zhuǎn)換和地層切片技術(shù)用于鄂爾多斯盆地上古生界水道特征的識(shí)別;楊帥等[5]在潿西南地區(qū)應(yīng)用地震沉積學(xué)刻畫了潿洲組沉積相和薄層砂巖;劉書會(huì)等[6]進(jìn)一步研究了地震沉積學(xué)關(guān)鍵技術(shù),并在東營(yíng)三角洲沉積演化分析工作中取得了很好效果。本文針對(duì)庫(kù)車坳陷南斜坡白堊系舒善河-巴西改組砂、泥巖薄互層發(fā)育,但砂體邊界預(yù)測(cè)難而導(dǎo)致巖性、地層圈閉難以落實(shí)的問題,嘗試?yán)玫卣鸪练e學(xué)發(fā)展的新方法預(yù)測(cè)砂體邊界,并應(yīng)用于英買1三維工區(qū),較好地刻畫了三角洲前緣薄層砂體的邊界。

1 地層尖滅線識(shí)別方法

地震沉積學(xué)是在沉積學(xué)、地震地層學(xué)和層序地層學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的以現(xiàn)代沉積學(xué)和地球物理學(xué)為理論基礎(chǔ),結(jié)合井震標(biāo)定、地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)、等時(shí)地層切片研究沉積體形態(tài)及其演化的一門新興學(xué)科[7-12]。該學(xué)科發(fā)展的3項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)是:90°相位轉(zhuǎn)換、Wheeler域轉(zhuǎn)化和地層切片技術(shù)。這些技術(shù)將三維地震資料的應(yīng)用擴(kuò)展到對(duì)沉積體空間形態(tài)展布、演化的精細(xì)研究,在平面發(fā)育特征穩(wěn)定,垂向變化頻繁的碎屑巖沉積區(qū)有很好的應(yīng)用價(jià)值,為砂體尖滅線的識(shí)別提供了有效的理論基礎(chǔ)和技術(shù)手段。

英買1三維工區(qū)位于庫(kù)車坳陷南斜坡西段,白堊系舒善河-巴西改組沉積期物源為南東—北西向,為一套濱-淺湖向三角洲前緣相過渡的沉積體系,在三角洲前緣末端及濱-淺湖砂壩部位發(fā)育了豐富的砂體尖滅現(xiàn)象。分析鉆井資料可知,白堊系上統(tǒng)地層在研究區(qū)內(nèi)被剝蝕,自下而上殘留下統(tǒng)的亞格列木組、舒善河組、巴西改組和巴什基奇克組地層。其中舒善河組中段泥巖為最大海泛面,可劃分為3個(gè)四級(jí)層序旋回?？碧浇Y(jié)果顯示,目前油氣發(fā)現(xiàn)及顯示井主要集中在低水位體系域的舒善河組頂—巴西改組。舒善河組上段—巴西改組薄層砂體發(fā)育,縱向上砂泥巖疊置頻繁,是地層、巖性圈閉發(fā)育的有利地層,但砂體厚度較小,一般厚度不超過10m(圖1)。利用常規(guī)地震資料及方法難以對(duì)這些地層和巖性圈閉進(jìn)行預(yù)測(cè),因此嘗試?yán)玫卣鸪练e學(xué)的3項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)對(duì)砂體尖滅線進(jìn)行刻畫。

圖1 庫(kù)車坳陷南斜坡白堊系地層綜合柱狀圖

1.1 90°相位轉(zhuǎn)換

地震沉積學(xué)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是對(duì)地層巖性的估計(jì)和相位轉(zhuǎn)換。首先利用90°相位轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)地層巖性的估計(jì),其基本原理是通過相位估算,將地震相位旋轉(zhuǎn)到90°,使反射波主瓣對(duì)應(yīng)到薄層中心,以此來克服零相位波的缺點(diǎn),同時(shí)使地震剖面的極性具有巖性界面意義[4]。該技術(shù)在地震數(shù)據(jù)體為零相位、研究目的層為砂泥巖薄互層、波阻抗特征差異比較明顯的條件下,可以很好地將地震數(shù)據(jù)體轉(zhuǎn)換為巖性數(shù)據(jù)體,另外還可以提高地震數(shù)據(jù)體的分辨率。

對(duì)英買1三維工區(qū)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行90°相位轉(zhuǎn)換,使地震數(shù)據(jù)具有以下特點(diǎn):①地震同相軸與巖性具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,原始地震剖面中薄砂層對(duì)應(yīng)強(qiáng)反射界面,90°相位轉(zhuǎn)換后地震數(shù)據(jù)體轉(zhuǎn)化為巖性數(shù)據(jù)體,與薄砂層的對(duì)應(yīng)關(guān)系更好(圖2中紅色波谷位置);②振幅與波阻抗、厚度對(duì)比關(guān)系更好,三角洲前緣相地震波阻特征得到明顯改善(圖2中紅圈部分);③地層分辨率得到明顯提高。沿物源方向由南東—北西向切取地震剖面,三角洲前緣末端薄層席狀砂、濱-淺湖砂壩砂體在原始地震剖面上為復(fù)波反射特征,而在90°相位轉(zhuǎn)換地震剖面中同相軸分辨率提高,對(duì)砂體反映更加清晰。另外根據(jù)頻譜分析,在90°相位轉(zhuǎn)換地震數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上再進(jìn)行分頻處理,以進(jìn)一步提高對(duì)薄層砂體的分辨率。

圖2 原始地震剖面(a)與90°相移地震剖面(b)對(duì)比

1.2 Wheeler域轉(zhuǎn)換

地震沉積學(xué)解決的另一個(gè)問題是地震同相軸的等時(shí)性問題。利用常規(guī)時(shí)間域地震資料進(jìn)行地層解釋時(shí),因受構(gòu)造趨勢(shì)的影響,存在較強(qiáng)的多解性,而Wheeler域地震資料旋回性清楚[13-14];另外,受地震分辨率影響,解釋過程中常遇到沉積體穿同相軸的現(xiàn)象,因此利用常規(guī)時(shí)間域地震屬性進(jìn)行地質(zhì)體的預(yù)測(cè)有時(shí)不準(zhǔn)確,要從平面上精細(xì)刻畫地質(zhì)體的展布形態(tài),需要解決地震同相軸的穿時(shí)問題。根據(jù)地震沉積學(xué)理論,Wheeler域地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)是在地震等時(shí)界面識(shí)別的基礎(chǔ)上,將常規(guī)時(shí)間域地震數(shù)據(jù)沿兩個(gè)等時(shí)界面轉(zhuǎn)換為Wheeler域,使地震反射相位近于水平,具有等時(shí)性[15-17]。在實(shí)際研究中,為避免因地層剝蝕引起的穿時(shí)問題,在英買1三維工區(qū)白堊系內(nèi)幕巴什基奇克組底界(TK1bs)和白堊系底界(TK)兩個(gè)層位之間進(jìn)行Wheeler域地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,保證地質(zhì)上的等時(shí)性,另外,由于在兩個(gè)反射界面之間發(fā)育豐富的沉積體變化,在地震剖面上三角洲前緣整體呈楔狀前積反射,為中頻、強(qiáng)反射特征,同相軸連續(xù)性較好;濱-淺湖砂壩呈中頻、中等反射,同相軸呈波狀特征,連續(xù)性較差;濱-淺湖為低頻、弱反射特征,同相軸連續(xù)性好(圖3)。沉積背景、地震反射分辨率特征都為利用地層切片法識(shí)別砂體尖滅線提供了良好的基礎(chǔ)資料?；诖?利用等分內(nèi)插的方法對(duì)舒善河-巴西改組地層劃分等時(shí)界面,實(shí)現(xiàn)在一個(gè)相對(duì)等時(shí)的時(shí)窗內(nèi)提取地震屬性,因此,分析結(jié)果具有地層年代意義。

圖3 原始地震剖面(a)與Wheeler域轉(zhuǎn)換地震剖面(b)對(duì)比

1.3 地層切片分析

地層切片技術(shù)在薄層砂體刻畫方面越來越重要,目前常用的方法有時(shí)間切片、沿層切片和地層切片3種。ZENG等[10-11]指出,在地層切片分析過程中,沿著或平行于地震同相軸的層位進(jìn)行沿層切片,得到的切片更具地質(zhì)和地球物理意義,因此Wheeler域數(shù)據(jù)體上的地層切片比時(shí)間切片和沿層切片更接近于等時(shí)沉積界面。地層切片方法是在Wheeler域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)上,針對(duì)研究目的層內(nèi)的反射特征,在等分原則下,沿內(nèi)插層位逐一提取地層屬性的方法,這一系列具有相對(duì)等時(shí)性的屬性精細(xì)地反映了目的層沉積體的演化過程。因此對(duì)薄層砂體尖滅線的刻畫,地層切片相對(duì)于時(shí)間切片和沿層切片更加合理。

英買1三維工區(qū)白堊系舒善河-巴西改組砂體平面分布范圍廣,厚度多小于10m。目前認(rèn)為1/4波長(zhǎng)是地震縱向分辨率的極限,研究區(qū)地震資料主頻為25Hz,根據(jù)5000m/s的層速度計(jì)算,最大識(shí)別精度為25m,因此從地震剖面上識(shí)別舒善河-巴西改組薄層砂體尖滅線的難度較大。另一方面,考慮到地震橫向分辨率與垂向分辨率相同,而三角洲前緣相砂體的平面分布規(guī)模遠(yuǎn)大于垂向規(guī)模,因此平面上識(shí)別砂體展布特征相對(duì)垂向上要容易得多。結(jié)合井震標(biāo)定,可以利用Wheeler域地震數(shù)據(jù)體等時(shí)切片橫向分辨率高的特點(diǎn),通過地震沉積體平面形態(tài)的刻畫提高對(duì)薄儲(chǔ)層識(shí)別的分辨率和精度[18]。

本文采用3種方法對(duì)英買1三維工區(qū)砂體展布和尖滅線進(jìn)行刻畫:①利用傳統(tǒng)地震屬性提取方法分析砂體分布,白堊系舒善河組頂面上下10ms時(shí)窗的均方根屬性(RMS)提取結(jié)果顯示,舒善河組沉積期物源來自南東向,向北西延伸的三角洲前緣相朵狀沉積特征明顯,分流河道砂體特征比較清晰,在三角洲前緣末端發(fā)育的濱-淺湖砂壩砂體呈片狀分布,整體沉積規(guī)律與鉆井分析結(jié)果一致,但該方法對(duì)砂體尖滅線具體位置的刻畫并不清楚(圖4a);②利用沿層切片可以刻畫出三角洲前緣相的整體展布特征,但由于該方法存在穿時(shí)性,反映出的三角洲前緣相內(nèi)部沉積呈現(xiàn)出連片的特征,另外隨著向北西向湖盆中心的延伸,前緣相砂體反射消失,提取的信息即為下覆地層的反射,出現(xiàn)嚴(yán)重穿時(shí)問題,刻畫結(jié)果明顯欠合理(圖4b);③地層切片方法提取的地層信息具有等時(shí)性以及明確的地質(zhì)意義,因而刻畫結(jié)果能夠清晰反映出三角洲前緣砂體尖滅的精確位置,相對(duì)于屬性提取的砂體展布,其結(jié)果明顯向湖盆方向延伸,介于三角洲前緣與濱-淺湖砂壩過渡的位置(圖4c)。以上分析結(jié)果說明,利用傳統(tǒng)屬性提取和沿層切片分析的結(jié)果,只能大致反映厚層砂體的分布特征和范圍,而地震沉積學(xué)中的地層切片方法對(duì)于薄層砂體尖滅線的刻畫更加精細(xì),更接近于薄層砂體分布的實(shí)際位置。另外,分析尖滅線位置在90°相位轉(zhuǎn)換地震數(shù)據(jù)體上的變化特征,發(fā)現(xiàn)其與同相軸的消失或不連續(xù)對(duì)應(yīng)關(guān)系良好,認(rèn)為是巖性相變?cè)诘卣鹌拭嫔系捻憫?yīng)(圖4d 中黑圈所示),代表了三角洲前緣相砂體尖滅的實(shí)際位置。

圖4 屬性預(yù)測(cè)、沿層切片、地層切片方法刻畫砂體分布a RMS屬性預(yù)測(cè)舒善河組砂體分布;b 沿層切片預(yù)測(cè)舒善河組砂體分布;c 地層切片預(yù)測(cè)舒善河組砂體尖滅線;d 地層切片與地震剖面的關(guān)系

2 應(yīng)用效果分析

鉆井及巖心分析結(jié)果顯示,庫(kù)車坳陷南斜坡白堊系地層巖性組合普遍以砂泥巖互層為主,為中-厚層泥巖夾薄層泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖及少量細(xì)砂巖,砂巖儲(chǔ)層物性普遍較好,并且具有“口口見油氣顯示”的特征,說明該層系具有油氣運(yùn)移、成藏的基本條件。截至目前,發(fā)現(xiàn)的工業(yè)油氣井?dāng)?shù)量與油氣顯示井?dāng)?shù)量并不成比例,分析認(rèn)為,其原因就在于對(duì)地層、巖性圈閉的側(cè)向封堵條件不落實(shí)。因此,解決薄層砂體的預(yù)測(cè)問題及確定砂體尖滅線準(zhǔn)確位置,進(jìn)而落實(shí)地層、巖性圈閉條件就成為該區(qū)白堊系油氣勘探面臨的一個(gè)關(guān)鍵問題。

分析認(rèn)為,整個(gè)庫(kù)車坳陷南斜坡的油氣發(fā)現(xiàn)與該區(qū)沉積相展布關(guān)系密切:多數(shù)油氣顯示井都位于三角洲前緣末端或?yàn)I-淺湖砂壩相的邊界位置,三角洲前緣主體部位油氣顯示偏少;砂巖厚度分布特征顯示,在砂、泥巖過渡區(qū),尤其是厚層砂巖的快速尖滅區(qū),油氣顯示豐富,在分流河道砂巖發(fā)育、砂體厚度較大的三角洲前緣主體,油氣顯示井反而較少,進(jìn)一步說明該區(qū)油氣成藏的關(guān)鍵要素非砂體厚度大小,而是砂體尖滅線位置以及側(cè)向封堵條件的有效性。究其原因,三角洲前緣末端砂體發(fā)育穩(wěn)定,儲(chǔ)層物性好,其尖滅線處也是泥巖的增厚區(qū),具備泥巖側(cè)向封堵的條件,在現(xiàn)今地層上傾或抬升剝蝕的構(gòu)造背景下,具備發(fā)育上傾尖滅型、不整合遮擋型圈閉的條件,因此大部分顯示井及油氣井都分布于此區(qū)域。而在缺少對(duì)砂巖尖滅位置精確預(yù)測(cè)的情況下,井點(diǎn)鉆遇的厚層砂體位于上傾尖滅線的下方,因其上傾部位或上覆地層缺乏泥巖蓋層的發(fā)育,難以為油氣保存提供有效遮擋條件,油氣向構(gòu)造上傾方向繼續(xù)運(yùn)移,因而不能形成有效油氣聚集(圖5)。

綜合以上分析,除加強(qiáng)利用鉆井資料分析沉積相展布規(guī)律以外,利用地震沉積學(xué)的90°相位轉(zhuǎn)換、Wheeler域轉(zhuǎn)換和地層切片技術(shù)精細(xì)分析砂體尖滅線,結(jié)合現(xiàn)今構(gòu)造,對(duì)庫(kù)車坳陷南斜坡白堊系地層、巖性圈閉進(jìn)行搜索,確定有利圈閉發(fā)育位置,對(duì)于尋求該區(qū)白堊系的油氣勘探突破具有廣泛應(yīng)用前景。

3 結(jié)論

1) 庫(kù)車坳陷南斜坡白堊系砂體尖滅線的識(shí)別攸關(guān)該區(qū)地層、巖性圈閉的勘探。利用地震沉積學(xué)發(fā)展的3項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),即90°相位轉(zhuǎn)換、Wheeler域轉(zhuǎn)換和地層切片技術(shù),選取英買1三維工區(qū)白堊系舒善河-巴西改組進(jìn)行薄層砂巖尖滅線的識(shí)別,效果較好,相對(duì)利用原始地震數(shù)據(jù)提取屬性以及沿層切片的預(yù)測(cè)結(jié)果都具有明顯優(yōu)勢(shì)。該方法突破地震資料時(shí)間域的常規(guī)研究,具有重要的創(chuàng)新性和實(shí)踐意義。

2) 庫(kù)車坳陷南斜坡白堊系砂巖尖滅線與油氣聚集關(guān)系密切,結(jié)合沉積相分析與地震沉積學(xué)技術(shù)識(shí)別砂體尖滅線,在庫(kù)車坳陷南斜坡白堊系開展圈閉搜索,對(duì)于該區(qū)地層、巖性油氣藏的勘探具有良好應(yīng)用前景。