瓊東南盆地深水區(qū)松南低凸起基巖潛山地球物理特征及評(píng)價(jià)研究

孫萬元, 鄧 勇, 胡 林, 劉仕友, 廖 鍵, 汪 銳

(中海石油(中國(guó))有限公司 湛江分公司，湛江 524000)

0 引言

瓊東南深水區(qū)勘探儲(chǔ)量發(fā)現(xiàn)主要集中于中央峽谷區(qū)，尤其是深水陵水17-2、陵水25-1兩大氣田，證實(shí)深水區(qū)勘探潛力，峽谷外領(lǐng)域亟需獲得勘探突破[1-2]。沉積構(gòu)造演化顯示，松南低凸起受到早期古地形和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的控制，崖城組時(shí)期中生代巖漿活動(dòng)形成古潛山，在陵水組時(shí)期隨海平面上升，松南低凸起大部分淹沒水下，形成水下高地，基底形成了一系列的大中型披覆背斜構(gòu)造。同時(shí)地處陵水、北礁、松南、寶島、長(zhǎng)昌5大富生烴凹陷之中，陵水凹陷證實(shí)富烴，松南～寶島～北礁凹陷證實(shí)生烴，長(zhǎng)昌凹陷潛在富烴凹陷，盆地模擬表明，這幾個(gè)凹陷的烴源巖大部分已經(jīng)成熟，天然氣資源量超過2.8×1012m3[3-8]。基巖潛山油氣藏具有整體成藏的優(yōu)點(diǎn)，做為勘探新方向，松南低凸起潛山具有巨大的勘探潛力，有效的基巖潛山儲(chǔ)層預(yù)測(cè)和烴類檢測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)是勘探開發(fā)面臨的難題。

前人針對(duì)基巖潛山地球物理評(píng)價(jià)做了大量研究[9-13]，王霞等[10]提出地震體屬性分析技術(shù)及應(yīng)用對(duì)傾角及方位角、相干、曲率、紋理和頻譜峰值等體屬性，進(jìn)行了深入的地質(zhì)和地球物理解讀；胡志偉等[11]應(yīng)用地震多屬性聯(lián)合預(yù)測(cè)花崗巖平面展布范圍;張雨晴等[12]應(yīng)用花崗巖潛山儲(chǔ)層建模表征進(jìn)行裂縫預(yù)測(cè);韓翀等[13]應(yīng)用體曲率和螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)綜合預(yù)測(cè)微斷裂。但是針對(duì)高孔隙型風(fēng)化殼(孔隙度大于23%)的風(fēng)化殼研究較少，尤其是針對(duì)高孔隙型和裂縫型并存的基巖潛山地球物理響應(yīng)及預(yù)測(cè)方法更少。針對(duì)充分利用測(cè)井資料，分析高孔隙型風(fēng)化殼和裂縫型風(fēng)化殼巖石物理敏感參數(shù)，建立地震響應(yīng)特征模板，針對(duì)海上地震資料創(chuàng)新性地提出變方位角曲率掃描，開展了針對(duì)松南低凸起區(qū)潛山的孔隙、裂縫及流體性質(zhì)預(yù)測(cè)研究。

圖1 W-81井地震相-巖性特征分析Fig.1 Analysis of seismic facies lithology characteristics of well w-81

圖2 風(fēng)化殼巖石物理特征分析Fig.2 Physical characteristics of weathering crust rock(a)密度與伽瑪交匯;(b)縱波阻抗與伽瑪交匯;(c)縱波阻抗與伽瑪交匯;(d)縱橫波速度比與伽瑪交匯;(e)橫波速度與伽瑪交匯;(f)橫波阻抗與伽瑪交匯

圖3 風(fēng)化殼AVO特征與風(fēng)化程度對(duì)應(yīng)關(guān)系Fig.3 Rlationship between AVO characteristics and weathering degree of crust rock

1 深水區(qū)風(fēng)化殼地球物理特征

南海西部在松南低凸起Y8-1區(qū)部署W8-1井，喜獲成功，獲得高產(chǎn)氣流，打開了瓊東南勘探新局面。根據(jù)井震標(biāo)定及測(cè)井曲線分析(圖1)，該區(qū)基巖潛山地震相特征與常規(guī)潛山反射特征具有巨大的差異。從圖1中可以看出，碎屑巖頂界面Top-A位于地震波谷位置，基巖潛山風(fēng)化殼頂界面Top-B位于強(qiáng)紅軸之上，Top-C是為堅(jiān)硬基巖，風(fēng)化殼頂界面與業(yè)界常規(guī)認(rèn)識(shí)大有差別，造成該現(xiàn)象的主要因素即為風(fēng)化殼風(fēng)化程度差異。潛山段物性特征可以看出，潛山頂部風(fēng)化作用強(qiáng)，孔隙度曲線呈鐘型，主要儲(chǔ)集空間以破碎粒間孔、溶蝕孔洞為主；在潛山中部(Top-C附近)速度、密度以及電阻率均存在一個(gè)急劇增加的過程，該區(qū)屬于孔隙帶與裂縫帶的過渡帶，該區(qū)域儲(chǔ)集空間為孔隙型與裂隙型并存；潛山深部風(fēng)化作用向下呈逐漸減弱趨勢(shì)，儲(chǔ)層由孔隙型、孔-縫型向裂縫型演變，速度基本穩(wěn)定在5 000 m/s左右。高風(fēng)化引起的高孔隙度是該地區(qū)基巖潛山顯著特征，本地區(qū)風(fēng)化殼平均孔隙度達(dá)到23%，而業(yè)界常規(guī)達(dá)到10%以上孔隙度極為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體，3%以上孔隙度具備儲(chǔ)集性，也是其地震相異于常規(guī)認(rèn)識(shí)的主要原因，給基巖潛山的地球物理評(píng)價(jià)帶來難題。

對(duì)典型探井基巖潛山風(fēng)化殼進(jìn)行巖石物理分析(圖2)，從圖2中可以看出，風(fēng)化殼分帶明顯，分為孔隙型風(fēng)化殼(圖中╋)和裂縫型風(fēng)化殼(圖中●)兩種類型。其中孔隙型風(fēng)化殼密度與泥巖蓋層疊置，速度高于泥巖蓋層，縱波阻抗略高于泥巖蓋層、部分疊置，低縱橫波速度比，高橫波速度，高橫波阻抗特征；裂縫型風(fēng)化殼相對(duì)于泥巖蓋層，表現(xiàn)為高密度、高縱橫波速度，高縱橫波阻抗、低縱橫波速度比特征，應(yīng)用多參數(shù)低縱橫波速度比和較高縱波阻抗可以有效識(shí)別風(fēng)化殼地層頂界面。

區(qū)域巖石物理規(guī)律為基巖潛山評(píng)價(jià)提供了基礎(chǔ)，瓊東南盆地基巖潛山埋藏較淺，約為1 000 m。地層埋深淺導(dǎo)致上覆蓋層泥巖壓實(shí)較弱，泥巖速度整體較低，風(fēng)化殼在區(qū)域上表現(xiàn)為高縱波速度特征。而密度特征受風(fēng)化程度影響展布范圍較廣，其中風(fēng)化殼儲(chǔ)層表現(xiàn)為低密度，裂縫帶儲(chǔ)層表現(xiàn)為高密度特征，同時(shí)根據(jù)錄井分析，該區(qū)域蓋層泥巖具有可塑性。巖石物理統(tǒng)計(jì)也表明，泥巖的縱橫波速度比較高。風(fēng)化殼巖石物理敏感參數(shù)具有普適性。

獲得巖石物理敏感參數(shù)即可對(duì)其地震響應(yīng)特征進(jìn)行正演，以便為后續(xù)目標(biāo)評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)模板。在疊前地震響應(yīng)特征模擬中(圖3)，從圖3中可以看出，隨基巖潛山風(fēng)化程度增加，孔隙度增加，AVO類型由I類AVO逐步過渡到II類AVO特征。在疊后地震響應(yīng)特征模擬中，分別建立不同風(fēng)化程度組合分析其地震響應(yīng)特征(圖4)。模式A：地層發(fā)育孔隙型風(fēng)化殼地層、裂縫型基巖潛山儲(chǔ)層和致密基底的地層組合，其地震相特征表現(xiàn)為弱振幅～強(qiáng)振幅雙波峰特征，強(qiáng)波峰下存在雜亂反射，平行～亞平行同相軸產(chǎn)狀，高連續(xù)性，弱波峰為II類AVO、強(qiáng)波峰對(duì)應(yīng)I類AVO特征，道集能量強(qiáng)。模式B：地層發(fā)育裂縫型基巖潛山儲(chǔ)層和致密基底的地層組合，地震相特征表現(xiàn)為強(qiáng)振幅單波峰特征，強(qiáng)波峰下存在雜亂反射，丘狀～亞平行同相軸產(chǎn)狀，中等連續(xù)性，I類AVO特征道集能量強(qiáng)。模式C：地層發(fā)育孔隙型風(fēng)化殼地層和致密基底的地層組合，其地震相特征表現(xiàn)為弱振幅～強(qiáng)振幅雙波峰特征，強(qiáng)波峰下無雜亂反射，平行～亞平行同相軸產(chǎn)狀，高連續(xù)性，弱波峰為II類AVO、強(qiáng)波峰對(duì)應(yīng)I類AVO特征，道集能量強(qiáng)。

圖4 風(fēng)化殼風(fēng)化模式及其正演模擬Fig.4 Forward modelling of different weathering crust rock stratigraphic assemblages(a)孔隙+裂縫型風(fēng)化殼模型;(b)裂縫型風(fēng)化殼模型;(c)孔隙型風(fēng)化殼模型;(d)孔隙+裂縫型風(fēng)化殼地震特征;(e)裂縫型風(fēng)化殼地震特征;(f)孔隙型風(fēng)化殼地震特征

圖5 基巖潛山地球物理評(píng)價(jià)技術(shù)流程Fig.5 The technic process of geophysical evaluation for basement buried-hills

2 基巖潛山內(nèi)幕儲(chǔ)集性評(píng)價(jià)方法

2.1 松南低凸起基巖潛山識(shí)別與評(píng)價(jià)技術(shù)流程

根據(jù)基巖潛山巖石物理特征，以及基巖潛山地震反射特征規(guī)律，建立了適用于瓊東南盆地深水區(qū)松南低凸起基巖潛山地球物理評(píng)價(jià)技術(shù)流程(圖5)，建立了波峰反射特征、高縱波阻抗、低縱橫波速度比、I～I(xiàn)I類AVO為主的基巖潛山地球物理響應(yīng)模板，實(shí)現(xiàn)了基巖潛山頂界面識(shí)別，應(yīng)用方位角掃描歐拉曲率裂縫描述技術(shù)、DBSCAN波形聚類對(duì)潛山內(nèi)幕優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，實(shí)現(xiàn)基巖潛山的綜合評(píng)價(jià)。

2.2 海洋拖纜資料變方位角曲率掃描技術(shù)

曲率是反映空間曲線或曲面彎曲程度的主要指標(biāo)，地層受到應(yīng)力作用發(fā)生彎曲，一般情況下曲率值高的地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力相對(duì)較高，則破碎作用較強(qiáng)，小斷層和裂縫較為發(fā)育。

圖6 變方位角曲率掃描結(jié)果Fig.6 Variable azimuth curvature scanning results(a)15°方位角掃描結(jié)果;(b)45°方位角掃描結(jié)果;(c)75°方位角掃描結(jié)果;(d)105°方位角掃描結(jié)果;(e)145°方位角掃描結(jié)果;(f)165°方位角掃描結(jié)果

圖7 變方位角曲率Fig.7 Variable azimuth curvature(a)75°方位角曲率;(b)160°方位角曲率;(c)歐拉曲率

基于海洋寬方位資料的曲率是裂縫預(yù)測(cè)有效技術(shù)有段，在實(shí)際勘探中受制于采集成本，一般海上地震資料為拖纜資料，對(duì)地震資料開展變方位角裂縫掃描，如圖6所示，分別選取了三組相互正交的方向開展，其中圖6(c)和圖6(f)曲率掃描異常最為明顯，75°方位角，較好刻畫北西-南東向曲率異常、北東-南西向曲率異常，與該區(qū)構(gòu)造應(yīng)力一致，且玫瑰花圖與該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相吻合，最終確定75°、165°優(yōu)勢(shì)方位角做為構(gòu)造應(yīng)力方向曲率(圖7)，計(jì)算合成歐拉曲率，用來描述該地層的彎曲程度，最終用以評(píng)價(jià)裂縫的發(fā)育程度。

2.3 DBSCAN波形聚類

由于基底潛山頂界面強(qiáng)反射界面，其內(nèi)幕能量較弱，信噪比低，需要高抗噪性的波形聚類技術(shù)，DBSCAN波形聚類是一種典型的基于密度的無監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)的聚類算法，其基于地震波形特征向量展開聚類，并且適應(yīng)于含噪聲的大型空間數(shù)據(jù)集的聚類分析，綜合考慮了地震信號(hào)的振幅、相位和頻率屬性特征，具有更好的抗噪能力和更高的橫向分辨率。

在常規(guī)波形情況下(圖8(a))進(jìn)行波形聚類分析，一般聚類結(jié)果如圖8(b)所示，波形具有臨近相似性特點(diǎn)，不能準(zhǔn)確反映波形空間變化特征，DBSCAN掃描可以有效消除這種現(xiàn)象(圖8(c))，可以實(shí)現(xiàn)每一個(gè)構(gòu)造點(diǎn)波形相似性分析，滿足實(shí)際勘探生產(chǎn)需求。在潛山勘探中，優(yōu)質(zhì)潛山目標(biāo)往往具有背斜特征，基于DBSCAN波形聚類能夠更好地反映潛山內(nèi)幕地震反射類型相似性。

圖8 DBSCAN波形聚類對(duì)比Fig.8 Comparison of DBSCAN waveform clustering and other clustering(a)波形特征;(b)常規(guī)聚類結(jié)果;(c)DBSCAN波形聚類結(jié)果

圖9 波形聚類分析Fig.9 Waveform clustering analysis

圖10 裂縫預(yù)測(cè)分析Fig.10 Fracture prediction analysis

3 實(shí)例驗(yàn)證

根據(jù)已鉆井波形特征，對(duì)松南低凸起進(jìn)行DBSCAN波形聚類分析。已鉆井W81位于A區(qū)，根據(jù)波形聚類潛在有利區(qū)域?yàn)锽～G 6個(gè)潛在有利區(qū)域(圖9)。對(duì)潛山內(nèi)幕進(jìn)行變方位角曲率分析，預(yù)測(cè)裂縫發(fā)育程度(圖10)，根據(jù)裂縫預(yù)測(cè)結(jié)果，BCEF區(qū)裂縫發(fā)育程度高，BC區(qū)域裂縫發(fā)育程度更為明顯，與已鉆井區(qū)相當(dāng)，且與構(gòu)造高度吻合。結(jié)合地層埋深及裂縫發(fā)育范圍，優(yōu)選B區(qū)域?yàn)闈撛诳碧侥繕?biāo)。

圖11 疊前反演分析Fig.11 Prestack inversion analysis(a)純波地震;(b)縱波阻抗;(c)縱橫波速度比

圖12 AVO分析Fig.12 AVO analysis

圖13 W83井實(shí)鉆結(jié)果與合成記錄標(biāo)定Fig.13 Calibration of actual drilling results and synthetic records of W83 well

準(zhǔn)確預(yù)測(cè)潛山界面及內(nèi)幕，對(duì)于儲(chǔ)層厚度的評(píng)價(jià)以及鉆井套管設(shè)計(jì)、鉆井安全至關(guān)重要。從地震相分析(圖11(a))，在構(gòu)造高部位存在AB兩層波峰反射，依據(jù)常規(guī)潛山地震相認(rèn)識(shí)，B波峰下存在雜亂反射且呈丘狀構(gòu)造，潛山界面概率高。根據(jù)巖石物理及潛山地震相特征認(rèn)識(shí)，對(duì)AB兩套波峰進(jìn)行分析：從疊前反演結(jié)果分析，A波峰表現(xiàn)為高縱波阻抗、低縱橫波速度比特征，B波峰表現(xiàn)為較高阻抗、高縱橫波速度比特征(圖11(b)、圖11(c))，兩套波峰AVO規(guī)律分析顯示，A界面為AVO特征均在第四象限(圖12中A1～A3點(diǎn))為I類AVO特征，B界面AVO特征均在第一象限(圖12中B1～B3點(diǎn))?；趲r石物理規(guī)律及反射特征模板，據(jù)此推斷A波峰風(fēng)化殼頂界面高概率。

在B區(qū)部署W83探井，鉆探優(yōu)質(zhì)潛山氣層，井震標(biāo)定證實(shí)(圖13)，潛山界面與內(nèi)幕儲(chǔ)集性與鉆前預(yù)測(cè)結(jié)果基本一致，證明了該技術(shù)方法的有效性。

4 結(jié)論

瓊東南盆地深水區(qū)基巖潛山發(fā)育，地層埋深淺、風(fēng)化程度高是其顯著區(qū)域特色，也造成其潛山頂界面不一定為強(qiáng)波峰的特殊地震相模式。筆者從基巖潛山巖石物理敏感參數(shù)出發(fā)，明確基巖潛山低縱橫波速度比，高風(fēng)化程度潛山較高縱波阻抗、低風(fēng)化程度潛山高縱波阻抗的巖石物理特征。高風(fēng)化程度孔隙型潛山弱波峰反射特征，II類AVO，具有一定成層性；低風(fēng)化程度裂縫型潛山強(qiáng)波峰特征，I類AVO，內(nèi)部反射雜亂。基于方位角掃描曲率預(yù)測(cè)技術(shù)可以有效彌補(bǔ)海洋拖纜地震資料局限，應(yīng)用該曲率可以有效預(yù)測(cè)潛山裂縫，DBSCAN波形聚類技術(shù)可以對(duì)潛山內(nèi)幕低信噪比、多局部高點(diǎn)發(fā)育地層有較好的聚類效果。通過多種方法的相互結(jié)合、相互驗(yàn)證，獲取了較為可靠的信息，經(jīng)實(shí)際探井驗(yàn)證，達(dá)到滿意的效果。