陵水凹陷中央峽谷水道砂體構(gòu)型地震響應(yīng)正演模擬及有利分布區(qū)預(yù)測

劉 巍 胡 林 廖 儀 王玲玲 何昭勇 賈曙光

(1.中海石油(中國)有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057； 2.北京金海能達(dá)科技有限公司 北京 102299)

深海是我國海上未來油氣發(fā)展的潛力區(qū)，走向深海是中國海油長遠(yuǎn)發(fā)展的必然選擇[1]。海底水道是深水沉積體系的重要單元，是主要的沉積物搬運(yùn)通道及粗碎屑沉積場所，是陸緣盆地內(nèi)重要的油氣儲(chǔ)集層[2-3]，盡管這類儲(chǔ)集層具有較高的孔隙度和滲透率，但是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)(連通性、幾何形態(tài)、巖性、砂體疊置關(guān)系)復(fù)雜多變，從而導(dǎo)致水道儲(chǔ)層非均質(zhì)性嚴(yán)重，制約著油氣藏的高效開發(fā)[4-5]。因此，加強(qiáng)海底水道沉積構(gòu)型研究有助于實(shí)現(xiàn)對海底水道砂體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行鉆前預(yù)測，有利于評價(jià)儲(chǔ)層非均質(zhì)性對油氣藏開發(fā)的影響。

層次劃分是進(jìn)行海底水道沉積構(gòu)型研究的前提，水道沉積構(gòu)型可劃分為多個(gè)層次單元。針對深水沉積體系，學(xué)者們提出了多種構(gòu)型級次劃分方案。結(jié)合Mutti、Lamb等[6-7]提出的5級和6級劃分標(biāo)準(zhǔn)，林煜 等[8]以非洲西部地區(qū)為例，認(rèn)為濁積水道體系的構(gòu)型單元可劃分為7級，其中3～5級水道沉積構(gòu)型最受學(xué)者關(guān)注，也是研究的重點(diǎn)，分別為單一水道、水道復(fù)合體、水道復(fù)合體組合。張文彪 等[9]將林煜等提出的7級劃分方案名稱略作修改，將4～5級的水道復(fù)合體和水道復(fù)合體組合改為復(fù)合水道和水道體系。趙曉明 等[10-11]認(rèn)為水道體系外部樣式可分為限制性、半限制性和非限制性3個(gè)大類，水道體系內(nèi)部多期復(fù)合水道間存在垂向疊置和側(cè)向疊置2種類型，前者可細(xì)分為孤立式、疊加式和切疊式，后者則包括疊合式和分離式；復(fù)合水道內(nèi)部單一水道存在側(cè)向遷移和沿古流向遷移2種模式，使得單一水道之間在剖面上表現(xiàn)為側(cè)向切疊式和垂向切疊式。李晨曦 等[12]利用疊置比例表征單一水道砂體之間的疊置關(guān)系，包括垂向離散式、垂向疊加式、垂向切疊式、平面離散式、平面疊加式、平面切疊式、完全離散式和完全切疊式。

在深水油氣勘探方面，前人從濁積水道儲(chǔ)層構(gòu)型成因機(jī)理和控制因素[9,11,13-15]，不同級次構(gòu)型單元的地震相形態(tài)、規(guī)模和疊置樣式[10-11]，水道流動(dòng)路徑、疊置樣式和內(nèi)部充填物對同沉積構(gòu)造響應(yīng)機(jī)理[16]，水道砂體連通性表征[17-18]等方面進(jìn)行了研究，但對于濁積水道砂體構(gòu)型地震響應(yīng)特征方面的研究僅限于描述剖面上的響應(yīng)特征，開展進(jìn)一步的正演模擬分析還較少。程岳宏、Kolla等[19-20]認(rèn)為深水彎曲水道底部和軸部多為強(qiáng)振幅反射，可見中等連續(xù)的退覆、上超或疊瓦狀的反射結(jié)構(gòu)。趙曉明等[10-11]認(rèn)為限制性水道體系邊界同相軸明顯錯(cuò)斷，推斷為大型下切谷界面，整體呈現(xiàn)U型或V型；水道體系內(nèi)部以雜亂狀或疊瓦狀地震反射結(jié)構(gòu)為主，振幅中強(qiáng)，見弱振幅填充，同相軸連續(xù)性差—中等。

本文以瓊東南盆地陵水凹陷濁積水道為例，以地震正演模擬為手段，構(gòu)建深水峽谷濁積水道內(nèi)部砂體構(gòu)型樣式，揭示濁積水道砂體組合類型，分析多種水道砂體及組合的地震反射特征，分級開展高頻地震資料的沉積構(gòu)型研究，進(jìn)而預(yù)測有利砂體分布區(qū)，總結(jié)砂體的平面分布規(guī)律，指導(dǎo)有利濁積砂體的識別。

1 研究區(qū)概況

瓊東南盆地位于中國南海西北部大陸邊緣，總體呈近東西向延伸，面積約為8×104km2，受區(qū)域板塊活動(dòng)加強(qiáng)引起的區(qū)域性大海退、峽谷底部早期隱伏斷裂帶以及下伏南北高中部低、西高東低的地勢地貌等聯(lián)合影響，巨量的沉積物向古凹槽內(nèi)搬運(yùn)、侵蝕，形成長達(dá)425 km的大型中央峽谷重力流水道[21-22](圖1)。該深水峽谷體系延伸長、下切深，具有分段式發(fā)育、多期次充填和多物源供給的沉積模式，有利于沉積物的搬運(yùn)和卸載，是深水區(qū)重要的儲(chǔ)層發(fā)育場所[14]，其中多期水道砂組是天然氣主要富集區(qū)，具有“多藏獨(dú)立、縱向疊置”的特點(diǎn)，勘探潛力大[23]。

圖1 研究區(qū)位置與中央峽谷水道分布

研究區(qū)為陵水25-1氣田區(qū)，位于樂東凹陷東部，水深980 m，為單個(gè)圈閉成藏，含氣層位為黃流組，埋深為3 600～3 800 m，以限制性—半限制性水道體系為主，發(fā)育大型下切谷，下切谷兩側(cè)不發(fā)育或發(fā)育不明顯溢岸天然堤；疊后地震剖面上，水道體系呈“V”型，邊界處地震同相軸明顯錯(cuò)斷，晚期水道體系對早期水道體系的下切作用較明顯(圖2)。晚期水道體系是研究的目標(biāo)層段，以厚層濁積砂體充填、多期下切谷改造為主要特點(diǎn)，儲(chǔ)層均質(zhì)性較強(qiáng)，砂體連續(xù)性好、含氣性好，發(fā)育多個(gè)復(fù)合水道以及2氣組和3氣組砂體。

圖2 研究區(qū)深水濁積水道構(gòu)型樣式

2 水道砂體構(gòu)型地震響應(yīng)正演模擬

2.1 單一水道砂體構(gòu)型

水道的幾何形態(tài)和規(guī)模要素通常包括水道的彎曲度、彎曲弧長、波長、寬度、深度等[24]，本次研究著重分析水道的寬度、深度等垂向剖面特征，先從小尺度沉積單元的單一水道入手，研究水道尺寸、傾角、填充物、砂泥互層的地震響應(yīng)特征。瓊東南盆地深水中央峽谷成熟區(qū)已鉆井的含氣儲(chǔ)層和水層都表現(xiàn)出強(qiáng)振幅亮點(diǎn)特征，但是在相同泥巖蓋層情況下，氣層頂面反射系數(shù)大于水層頂面反射系數(shù)，氣層頂面反射振幅能量強(qiáng)于水層[25]。結(jié)合研究區(qū)測井?dāng)?shù)據(jù)，設(shè)定縱、橫波速度和密度參數(shù)，并建立數(shù)值模型(表1和圖3a)；同時(shí)，確定模擬深度范圍是3 000～4 500 m，炮點(diǎn)深度和接收點(diǎn)深度在3 000 m，主頻為25 Hz，進(jìn)行正演模擬。

表1 單一水道砂體正演模擬模型參數(shù)

圖3b是正演模擬得到的自激自收剖面。第1～3組表示水道尺寸上的變化，單一水道規(guī)模較小，為幾米到百米級別。其中，第1組隨著水道高度的增加，水道頂?shù)追瓷浞珠_，短反射的能量減弱；第2組受水道底部“凹”形態(tài)的影響，水道頂?shù)追瓷錄]有分開，短反射呈下凹弧度，且隨著水道寬度的增加，逐漸形成中等連續(xù)的反射特征；第3組水道頂?shù)追瓷浞珠_，頂部是平直中等連續(xù)反射，且隨著水道寬度增大而增長，而底部是“V”反射特征，總體上尺寸較小的水道砂體具有短—中等連續(xù)的響應(yīng)特征，尺寸較大的水道砂體具有邊緣強(qiáng)、內(nèi)部弱的振幅響應(yīng)特征。第4組表示水道傾斜角度的改變，角度越大，短反射越傾斜。第5組表示水道內(nèi)部巖石速度和密度參數(shù)的改變，左側(cè)3個(gè)分別為模擬含氣砂巖、含水砂巖和泥巖水道，速度依次增大，此時(shí)水道與圍巖波阻抗差為正并隨之變小，地震反射特征變?nèi)?，與圍巖接近的泥巖水道的地震響應(yīng)近乎于空白反射；右側(cè)2個(gè)均為模擬砂泥巖互層水道，泥巖隔層設(shè)置為5 m，比較含氣砂巖水道和氣砂與泥巖互層水道，可見受泥巖隔層影響，水道頂部同相軸能量減弱(紅色箭頭所示)，水道底部已不再是“V”反射特征，而是錯(cuò)斷雜亂的短反射特征(藍(lán)色箭頭所示)。

圖3 單一水道砂體正演模擬

2.2 復(fù)合水道內(nèi)部砂體構(gòu)型

復(fù)合水道是僅次于水道體系的中等尺度構(gòu)型單元，由多個(gè)單水道、1～3個(gè)氣組砂體組成。依據(jù)鉆井、測井資料及氣組地震相特征，同時(shí)參考趙曉明、李晨曦等[11-12]提出的水道構(gòu)型層次分級方案，研究區(qū)單一水道砂體之間存在垂向疊置和側(cè)向疊置2種構(gòu)型樣式，均又細(xì)分為孤立式、疊合式和切疊式等3種疊置樣式。

2.2.1垂向疊置構(gòu)型樣式

為了界定3種疊置樣式，首先建立水道砂體疊置模型(圖4a)，分析隔夾層厚度對2個(gè)垂直疊置水道地震響應(yīng)特征的影響。設(shè)置7種隔夾層厚度，分別為3、5、10、15、30、60和100 m，進(jìn)行正演模擬。從正演模擬得到的自激自收剖面(圖4b)可以看出，當(dāng)隔夾層厚度為3 m和5 m時(shí)，下邊水道的頂部反射和上邊水道的底部反射混合在一起，下邊水道的頂部反射缺失，形成“兩谷一峰”的丘狀特征(藍(lán)色矩形框所示)；當(dāng)隔夾層厚度大于10 m時(shí)，逐漸出現(xiàn)下邊水道的頂部反射，能量逐漸增強(qiáng)；當(dāng)隔夾層厚度大于30 m時(shí)，隔夾層達(dá)到調(diào)諧厚度，2個(gè)垂直疊置水道的地震反射逐漸分開。

圖4 垂向疊置水道砂體隔夾層厚度變化正演模擬

結(jié)合上述正演模擬結(jié)果和研究區(qū)地質(zhì)、地震和測井分析情況，認(rèn)為垂向孤立式砂體組合是不同氣組單元間的砂體組合關(guān)系，砂體之間被10～30 m的厚層深海泥巖分隔(圖5a中編號1)；垂向疊合式砂體之間被3～10 m的泥巖隔層分隔(圖5a中編號2)，剖面上有水道凸起倒置地震相特征，這是由差異壓實(shí)作用引起，水道頂面向上凸起得越厲害，則說明該水道砂體厚度較厚、儲(chǔ)層物性也越好[26]；而垂向切疊式砂體組合是指晚期砂體切割早期砂體，再疊置晚期水道砂體的砂體組合樣式(圖5a中編號3)，體現(xiàn)了濁積水道縱橫向演化復(fù)雜、多期次沉積充填特征，砂體間相互切割、沖蝕，儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)。

參考隔夾層厚度分析參數(shù)，建立3種垂向疊置水道砂體地震響應(yīng)正演模型(圖5b)，并根據(jù)測井解釋結(jié)果來調(diào)整隔夾層厚度，模擬剖面上的地震特征，驗(yàn)證疊置樣式分類的正確性。例如，對于圖5b中編號1，垂向孤立式砂體組合間泥巖隔層厚度為70 m，在地震剖面上有一定傾斜，設(shè)置水道砂體厚度分別是30 m和62 m，據(jù)此得到的正演模擬結(jié)果與地震響應(yīng)特征相符合，即2個(gè)水道砂體的地震響應(yīng)是分開的，頂部具有強(qiáng)振幅波谷的特征。對于圖5b中編號2，垂向疊合式水道砂體組合間泥巖隔層厚度為5 m，設(shè)置水道凸起倒置的特征，下邊水道內(nèi)部有一個(gè)10 m的泥巖隔層，據(jù)此得到的正演模擬結(jié)果與地震剖面類似，即下邊水道砂體頂部反射缺失，形成“兩谷一峰”的丘狀特征，泥巖隔層使得下邊水道底界面反射與側(cè)邊界反射錯(cuò)斷，并減弱其反射能量。對于圖5b中編號3，垂向切疊式水道砂體模型中5個(gè)水道砂體疊置在一起，且相互切割，水平間距都在25 m以內(nèi)，垂向間距都在10 m以內(nèi)，據(jù)此得到的正演模擬結(jié)果與地震剖面相對應(yīng)，顯示具有5個(gè)弱振幅復(fù)波。

圖5 垂向疊置水道砂體地震剖面、測井解釋結(jié)果及正演模擬

2.2.2側(cè)向疊置構(gòu)型樣式

圖6 水道砂體側(cè)向疊置間距變化正演模擬

如圖7a所示，在實(shí)際地震剖面中，側(cè)向孤立式砂體組合發(fā)育在被晚期下切水道沖蝕改造強(qiáng)烈的地區(qū)，砂體被泥質(zhì)充填水道完全分隔，呈孤立式分布與“一砂一藏”的特征；側(cè)向疊合式砂體組合一般發(fā)育在晚期有小規(guī)模水道沖蝕、砂體之間有薄層天然堤、泥質(zhì)沉積發(fā)育的地區(qū)，儲(chǔ)層具有一定的非均質(zhì)性，但局部也有一定的連通性；側(cè)向切疊式砂體組合發(fā)育在砂體側(cè)向遷移、水道擺動(dòng)頻繁的地區(qū)，砂體之間同樣有薄層水道間泥巖、天然堤的存在，但局部也有一定的非均質(zhì)性。

以水平分辨力分析為依據(jù)，建立3種水道砂體側(cè)向疊置模式的正演模型，并進(jìn)行正演模擬，如圖7b所示，結(jié)果表明：左邊側(cè)向孤立式水道砂體的平均間距大于70 m，地震剖面上呈現(xiàn)孤立的中等連續(xù)反射特征，符合“一砂一藏”的特征；中間側(cè)向疊合式水道砂體之間的距離較近，小于70 m，各個(gè)砂體的中等連續(xù)反射特征無法被嚴(yán)格地區(qū)分開來，它們相互連接在一起，因水道砂體尺寸、位置、填充物等不同而形成能量不同、扭曲、略有錯(cuò)斷的同相軸特征；右邊側(cè)向切疊式砂體的地震響應(yīng)為同相軸傾斜、扭曲，具有“波浪形”的特征。由此可見，側(cè)向疊置水道砂體模型的正演結(jié)果與實(shí)際剖面的砂體地震響應(yīng)特征吻合程度高。

圖7 側(cè)向疊置水道砂體地震剖面及正演模擬

3 研究區(qū)水道砂體的類型劃分和有利分布區(qū)預(yù)測

3.1 水道砂體類型劃分

基于水道砂體構(gòu)型樣式正演模擬分析，依據(jù)水道砂體地震縱橫向反射結(jié)構(gòu)、波形、振幅強(qiáng)弱、連續(xù)性等參數(shù)，按照地震相特征將研究區(qū)2個(gè)主要?dú)饨M水道砂體劃分為6類(圖8a、b和表2)。

圖8 研究區(qū)水道砂體類型及正演模擬

表2 研究區(qū)水道砂體類型

1) 透鏡狀反射(A類)。

該類水道砂體為透鏡狀外形、橢圓形平面、強(qiáng)振幅反射的特征，反映由多套單一水道砂體疊置的厚層復(fù)合水道砂體，而且水道砂體尺寸大時(shí)，其內(nèi)部弱振幅特征明顯。地質(zhì)分析表明，研究區(qū)中部W1、W5井區(qū)2、3氣組水體流速快，巖屑顆粒分選好，儲(chǔ)層物性好；測井分析認(rèn)為，縱橫波速度比是識別研究區(qū)氣層的優(yōu)勢屬性(門檻值是1.70)，在反演的縱橫波速度比剖面上表現(xiàn)為厚層砂體疊置，且鉆井證實(shí)該井區(qū)2、3氣組是高含氣性儲(chǔ)層。研究區(qū)中部W1、W5井區(qū)2、3氣組屬于此類水道砂體結(jié)構(gòu)，為水道體系內(nèi)主水道。

2) 丘狀反射(B類)。

該類水道砂體是在A類反射基礎(chǔ)上，頂部疊置了波谷反射特征，平面上為長圓形，氣組頂部為中—強(qiáng)振幅波谷，整體具有“兩谷一峰+頂波谷”的特征；在反演的縱橫波速度比剖面上表現(xiàn)為兩套砂體疊合的高含氣儲(chǔ)層(縱橫波速度比<1.70)。研究區(qū)西部WW1井區(qū)2氣組內(nèi)部砂體組合屬于此類水道結(jié)構(gòu)。

3) 強(qiáng)振幅波谷反射(C類)。

該類水道砂體平面上為S形—長條形，剖面外形呈席狀。該類水道沉積充填砂體比A、B類厚層水道薄，或是疊置水道被下切水道沖蝕切割，內(nèi)部隔層相對不發(fā)育；在反演出的縱橫波速度比剖面上表現(xiàn)為薄層單砂體特征。研究區(qū)3氣組多為此類水道砂體組合特征。

4) 斜交透鏡狀反射(D類)。

該類水道砂體剖面形態(tài)呈透鏡狀，與泥巖之間形成波谷反射界面，頂部波谷為中等強(qiáng)度振幅，一般為物性、含氣性稍遜色于A、B類的濁積水道反射特征，通常視為含水的濁積砂體；在反演出的縱橫波速度比剖面上表現(xiàn)為砂體發(fā)育，但含氣性較差。

5) 下切復(fù)波波谷反射(E類)。

該類水道砂體剖面振幅變?nèi)?，出現(xiàn)復(fù)波反射，平面為狹長濁積水道特征；水道砂體被沖蝕，被泥質(zhì)、巖性混雜的沉積物充填替換，砂體厚度變薄，這是研究區(qū)2、3氣組砂體下切水道的反射特征。分析認(rèn)為，下切水道是濁積水道砂體橫向連通性變差的原因之一。

6) 層狀反射(F類)。

該類水道砂體剖面為層狀、平行弱反射，平面為席狀長條形；在反演出的縱橫波速度比剖面上表現(xiàn)為高阻抗泥巖，縱橫波速比大于1.8，為深海泥巖典型反射特征。

根據(jù)上述濁積水道砂體類型劃分及測井相應(yīng)特征，開展了地震正演模擬研究(圖8c)。通過對多類砂體正演模型與鉆井揭示的砂體反射特征的對比分析，結(jié)果顯示二者的反射結(jié)構(gòu)與振幅特征是一致的，驗(yàn)證了上述濁積水道砂體分類的合理性，表明本文正演模擬結(jié)果可用于指導(dǎo)研究區(qū)有利砂體分布的定性預(yù)測。

3.2 水道砂體綜合評價(jià)及有利分布區(qū)預(yù)測

基于上述水道砂體類型劃分方案，綜合水道砂體構(gòu)型地震響應(yīng)正演模擬分析及儲(chǔ)層反演結(jié)果和已知井信息，將研究區(qū)A、B、C類水道砂體評價(jià)為Ⅰ類儲(chǔ)層，D類水道砂體評價(jià)為Ⅱ類儲(chǔ)層，E、F類水道砂體分別評價(jià)為Ⅲ類儲(chǔ)層和非儲(chǔ)層(表2)。在此基礎(chǔ)上，利用地震時(shí)頻三原色切片分析技術(shù)進(jìn)行了研究區(qū)2氣組主要含氣砂體的平面分布范圍預(yù)測，并開展了有利砂體分布的定性評價(jià)(圖9)，結(jié)果表明：該氣組有利砂體分布區(qū)位于未遭受下切水道改造的區(qū)域，中段W1井區(qū)、W5井區(qū)、WW1井區(qū)北部及峽谷水道側(cè)翼水道改造較弱，砂體厚度大，圈閉及物性條件好，是最有利的Ⅰ類水道砂體發(fā)育區(qū)；而東北部(未鉆探區(qū)域)發(fā)育多個(gè)厚度較大、含氣性較好的Ⅰ、Ⅱ類水道砂體，是未來勘探潛力區(qū)。

圖9 研究區(qū)晚期水道2氣組有利砂體分布平面圖

4 結(jié)論

1) 水道砂體構(gòu)型地震響應(yīng)正演模擬分析表明，單一水道砂體的地震響應(yīng)具有中等連續(xù)的強(qiáng)反射特征；尺寸較大時(shí)，砂體邊緣為強(qiáng)振幅反射，砂體內(nèi)部為弱振幅反射；含水砂巖水道較含氣砂巖水道的響應(yīng)特征弱；受泥巖隔夾層的影響，水道底部原本的“V”反射特征變成錯(cuò)斷雜亂的短反射特征。

2) 復(fù)合水道內(nèi)部砂體可劃分為垂向孤立式、垂向疊合式、垂向切疊式、側(cè)向孤立式、側(cè)向疊合式和側(cè)向切疊式等6種疊置構(gòu)型樣式。正演模擬分析表明，垂向孤立式水道砂體的地震響應(yīng)是分開的，頂部是強(qiáng)振幅波谷特征；垂向疊合式水道砂體具有“兩谷一峰”的丘狀特征；垂向切疊式水道砂體具有弱振幅復(fù)波的特征；側(cè)向孤立式水道砂體具有多個(gè)孤立的中等連續(xù)的反射特征；側(cè)向疊合式水道砂體具有能量不同、扭曲、略有錯(cuò)斷的同相軸特征；側(cè)向切疊式水道砂體具有“波浪形”的反射特征。

3) 基于水道砂體構(gòu)型樣式正演模擬分析，依據(jù)水道砂體地震縱橫向反射結(jié)構(gòu)、波形、振幅強(qiáng)弱、連續(xù)性等參數(shù)，按照地震相特征將研究區(qū)2個(gè)主要?dú)饨M水道砂體劃分為6類，即透鏡狀反射(A類)、丘狀反射(B類)、強(qiáng)振幅波谷反射(C類)、斜交透鏡狀反射(D類)、下切復(fù)波波谷反射(E類)及層狀反射(F類)，并將A、B、C類水道砂體評價(jià)為Ⅰ類儲(chǔ)層，D類水道砂體評價(jià)為Ⅱ類儲(chǔ)層，E、F類水道砂體分別評價(jià)為Ⅲ類儲(chǔ)層和非儲(chǔ)層。

4) 利用地震時(shí)頻三原色切片分析技術(shù)對研究區(qū)晚期水道2氣組主要含氣砂體的平面分布范圍進(jìn)行了預(yù)測，并開展了有利砂體分布區(qū)的定性評價(jià)，結(jié)果表明該氣組有利砂體分布區(qū)位于未遭受下切水道改造的區(qū)域，其中中段W1井區(qū)、W5井區(qū)、WW1井區(qū)北部及峽谷水道側(cè)翼水道改造較弱，砂體厚度大，圈閉及物性條件好，是最有利的I類水道砂體發(fā)育區(qū)；而東北部(未鉆探區(qū)域)發(fā)育多個(gè)厚度較大、含氣性較好的Ⅰ、Ⅱ類水道砂體，是未來勘探潛力區(qū)。