珠江口盆地恩平凹陷海相三角洲巖性圈閉勘探的關(guān)鍵技術(shù)

吳靜，丁琳，張曉釗，王菲，龔文，李瀟

中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518054

巖性油氣藏是發(fā)育于一套連續(xù)沉積的地層內(nèi)部、由巖性或物性變化而形成的圈閉，聚集油氣而成藏[1]，已成為中國(guó)油氣勘探中油氣儲(chǔ)量增長(zhǎng)最有潛力的領(lǐng)域。在21世紀(jì)初，我國(guó)已經(jīng)系統(tǒng)建立了“四類盆地、三種儲(chǔ)集體”的巖性地層油氣藏區(qū)帶、圈閉與成藏的地質(zhì)理論[2]。針對(duì)巖性圈閉的識(shí)別技術(shù)層出不窮，是當(dāng)前勘探人員的研究熱點(diǎn)。

高密度或者其他優(yōu)化采集方式能為巖性圈閉勘探提供高品質(zhì)三維地震資料，但由于地震采集成本較高，故要充分利用已有地震資料，通過(guò)解釋性處理和高精度三維地震解釋來(lái)挖掘地震資料中的隱藏信息，為巖性圈閉勘探提供更多更精確的資料基礎(chǔ)[3]。近幾年關(guān)于巖性油氣藏地震評(píng)價(jià)關(guān)鍵技術(shù)的研究很多，大多集中于2個(gè)方面：一是隱藏層序識(shí)別，高精度層序識(shí)別，巖性圈閉發(fā)育模式等地質(zhì)方面[4]；二是時(shí)頻分析、解釋性處理、多屬性分析、井約束反演、疊前反演等地球物理方面[5]。另外，還有很多對(duì)巖性圈閉評(píng)價(jià)的工作步驟以及配套技術(shù)的研究[6]，但對(duì)于高精度沉積微相認(rèn)識(shí)和地震資料處理、解釋一體化評(píng)價(jià)策略的探討較少。恩平凹陷近幾年勘探成果顯著，探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量突破1億噸，但隨著恩平凹陷全面勘探以來(lái)，構(gòu)造圈閉越來(lái)越少，南北油氣邊界基本探明，亟需拓展新的儲(chǔ)量接替區(qū)。區(qū)域地質(zhì)研究認(rèn)為，恩平凹陷與已有巖性油氣藏發(fā)現(xiàn)的惠州凹陷都屬于珠江口盆地物源兩側(cè)的三角洲前緣區(qū)域，為巖性圈閉發(fā)育有利區(qū)域。前人對(duì)恩平凹陷古近系烴源巖，新近系構(gòu)造成藏，斷裂體系、斷層封堵等方面均有深入研究[7]，但對(duì)恩平凹陷巖性圈閉研究較少，對(duì)恩平凹陷巖性圈閉發(fā)育有利區(qū)帶及勘探目標(biāo)涉及更少。為此，筆者通過(guò)地震解釋性處理技術(shù)、高分辨率層序分析技術(shù)、高精度沉積演化分析技術(shù)、有利砂體定量刻畫(huà)技術(shù)等4項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)系列探討如何把地質(zhì)與地球物理深度結(jié)合，旨在為海相三角洲巖性圈閉評(píng)價(jià)提供一個(gè)綜合評(píng)價(jià)技術(shù)系列。

1 工區(qū)概況

恩平凹陷是珠江口盆地已經(jīng)證實(shí)的富生烴凹陷，位于珠江口盆地一級(jí)構(gòu)造單元珠一坳陷的西側(cè)，西南為陽(yáng)江凹陷，東北為西江凹陷，南北分別與番禺低隆起及海南隆起相鄰，凹陷總體走向?yàn)镹E-SW向，面積約5000km2，新生代沉積厚度達(dá)8000m[8]。該凹陷包括恩平17洼、恩平18洼和恩平12洼共3個(gè)次洼，以及番禺19斷裂構(gòu)造帶、番禺13斷裂構(gòu)造帶、恩平24斷裂背斜構(gòu)造帶、恩平中央斷裂構(gòu)造帶、番禺7翹傾斷裂構(gòu)造帶、恩平15潛山披覆構(gòu)造帶和恩平03潛山披覆構(gòu)造帶共7個(gè)正向構(gòu)造單元。

恩平凹陷是經(jīng)歷了“斷陷-坳陷-斷塊升降”3個(gè)構(gòu)造演化階段的箕狀斷陷盆地，整體表現(xiàn)為NE走向。恩平凹陷以地震反射層T80為界，形成了下斷上拗的雙層結(jié)構(gòu)和縱向上下陸上海的沉積體系。自下而上發(fā)育古近系文昌組、恩平組、珠海組，新近系珠江組、韓江組、粵海組及萬(wàn)山組。目前油氣主要集中于新近系珠江組和韓江組，其儲(chǔ)量占比達(dá)90%以上。恩平凹陷處于珠江口盆地古珠江三角洲物源側(cè)翼，三角洲朵葉擺動(dòng)頻繁，海水從南向北大規(guī)模侵入，形成多種沉積體系[9]，恩平凹陷北部地層含砂率大多大于50%，部分區(qū)帶含砂率在35%～50%，恩平凹陷南部地層含砂率低于北部，特別是在海平面較高時(shí)，部分層段含砂率可降至30%以下。

2 關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 地震解釋性處理技術(shù)

恩平凹陷新近系海相三角洲地層地震資料信噪比較高，地震主頻達(dá)40Hz，淺層分辨率在15m左右。但經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，恩平凹陷砂體厚度大部分小于10m，因此需要通過(guò)解釋性處理技術(shù)來(lái)提高地震資料分辨率。該次研究主要考慮對(duì)疊后地震資料從分頻和拓頻2個(gè)方面來(lái)提高地震分辨率。

2.1.1 基于小波變換的分頻技術(shù)

地震分頻技術(shù)是一種基于頻譜分析的地震成像方法，主要是對(duì)原始地震資料進(jìn)行分解和重組，揭示地層的縱向整體變化規(guī)律和沉積相帶的空間演化模式。實(shí)際地震波是復(fù)合波，常常是地下多個(gè)單砂體的綜合響應(yīng)。利用分頻技術(shù)可以對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行全頻帶掃描，然后根據(jù)目標(biāo)層段的調(diào)諧振幅來(lái)選取不同頻帶的地震數(shù)據(jù)[10，11]。對(duì)于淺層海相三角洲沉積，特別是三角洲前緣沉積，砂體類型多樣，且厚度較薄，因此可以利用分頻技術(shù)來(lái)識(shí)別薄砂體以及巖性圈閉的砂體邊界。

分頻技術(shù)的基本算法是離散傅里葉變換(DFT)或最大熵方法，公式為:

式中：F(m,Δf)為離散傅里葉變換函數(shù)；Δt為時(shí)間域采樣間隔；m為頻率域采樣數(shù)；N為時(shí)間域地震采樣總數(shù)；f(n,Δt)為一系列小波函數(shù)；n為時(shí)間域采樣數(shù)；j為迭代次數(shù) ；Δf為頻率域采樣間隔。

小波變換技術(shù)近幾年已廣泛應(yīng)用于石油勘探領(lǐng)域，被譽(yù)為數(shù)學(xué)顯微鏡。該次研究采用基于傅里葉算法的連續(xù)小波變換進(jìn)行信號(hào)的分解和重構(gòu)，得到不同頻帶的地震數(shù)據(jù)。連續(xù)小波變換(CWT)表達(dá)式為[12]：

科爾沁沙地上有個(gè)腦子靈光的農(nóng)民，卻看到了種沙蔥是一個(gè)好項(xiàng)目。種沙蔥，一方面防風(fēng)固沙，保持水土，盡顯植物的生態(tài)功用，一方面作為一種沙地美物一茬一茬割下后出售，還可以帶來(lái)可觀的收入。在通遼、赤峰、沈陽(yáng)等地的超市，一盒二百克的沙蔥就能賣十幾元呢。

式中：a為縮放因子(對(duì)應(yīng)于頻率信息)；b為平移因子(對(duì)應(yīng)于時(shí)空信息)；f(t)為頻率；φ(t)為小波函數(shù)(又叫基本小波或母小波)；*表示共軛；t為時(shí)間。

根據(jù)上述方法對(duì)恩平凹陷新近系地震資料進(jìn)行分頻處理，得到重點(diǎn)目標(biāo)區(qū)不同頻帶下的地震數(shù)據(jù)(見(jiàn)圖1)。從圖1中可以看出，在有效頻寬內(nèi)進(jìn)行分頻處理，隨著頻率的增大，地震識(shí)別的精度越來(lái)越高；以2口井的HJ64砂體為例，該層砂體地質(zhì)分析認(rèn)為不連通，是2套疊置的砂體，砂體厚度約為15m，縱波速度約為2500m，調(diào)諧頻率為40Hz左右，故在20Hz和40Hz分頻體上無(wú)法分辨HJ64砂體；當(dāng)頻率進(jìn)一步提高，達(dá)到60Hz和80Hz時(shí)，能夠看到HJ64砂體為橫向疊置的2套砂體。

圖1 地震分頻體剖面對(duì)比Fig.1 Comparison of seismic frequency division volume section

2.1.2 基于井控譜整形的拓頻技術(shù)

拓頻技術(shù)的核心思想是合理保留低頻，用作層序界面識(shí)別，相對(duì)增強(qiáng)調(diào)諧能量，突出薄層響應(yīng)，增強(qiáng)高頻弱信號(hào)[13]。基于井控譜整形的拓頻技術(shù)用井曲線作監(jiān)控，可以找到分辨率與保真度之間的最佳平衡點(diǎn)。該拓頻技術(shù)采用譜模擬的思想進(jìn)行人工定義，確保合理的信噪比水平，主要遵循以下原則：①用信噪比做參考，合理挖掘高頻潛力；②用井曲線監(jiān)控提高分辨率的合理性；③用提高分辨率后的頻譜做質(zhì)量監(jiān)控。

利用該方法對(duì)恩平凹陷新近系地震數(shù)據(jù)進(jìn)行拓頻處理，地震頻帶明顯拓寬，地震分辨率比以往有較大提高。從拓頻前后的地震頻譜圖(見(jiàn)圖2(a)、(b))上可以看出，拓頻后的地震數(shù)據(jù)主頻基本不變，而頻寬由58Hz提高到了74Hz，地震資料的有效高頻成分決定了能夠識(shí)別砂體的最高精度，因此地震主頻由58Hz提高到74Hz，對(duì)于識(shí)別薄層和砂體尖滅線刻畫(huà)具有重要意義。同時(shí)從拓頻前后的地震剖面(見(jiàn)圖2(c)、(d))上也可以看出，W1井的地震反射層T40界面附近的識(shí)別精度明顯提高，在拓頻前W1井附近的砂體只有一個(gè)同相軸，無(wú)法區(qū)分，拓頻后可以明顯看到地震資料分辨率提高，地震同相軸與砂體對(duì)應(yīng)關(guān)系變好，為后續(xù)刻畫(huà)砂體奠定了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

圖2 拓頻處理前后地震頻譜和剖面對(duì)比Fig.2 Comparison of seismic spectrum and sections before and after frequency extension processing

2.2 高分辨率層序分析技術(shù)

高分辨率層序分析技術(shù)的實(shí)質(zhì)是對(duì)不同層次的地層基準(zhǔn)面旋回進(jìn)行劃分和對(duì)比的高精度的時(shí)間分辨率，其研究目的在于建立高時(shí)間精度的等時(shí)地層格架及進(jìn)行地層框架內(nèi)同級(jí)次地層間的對(duì)比，用于油氣勘探階段長(zhǎng)時(shí)間尺度地層單元的劃分和等時(shí)對(duì)比[14，15]。

恩平凹陷新近系為寬緩型海相三角洲沉積，處于坡折帶以上，因此在已有的三級(jí)層序內(nèi)識(shí)別出最大海泛面(MFS)，劃分出高位域(HST)和海侵域(TST)，在韓江組下段和珠江組上段共劃分出14個(gè)四級(jí)層序(見(jiàn)表1)，并根據(jù)已鉆井砂體的分布和地震剖面得到了高精度的恩平凹陷海平面升降曲線。

表1 恩平凹陷新近系高精度層序劃分Table 1 High precision sequence division of Neogene in Enping Sag

2.3 高精度沉積演化分析技術(shù)

根據(jù)恩平凹陷韓江組下段和珠江組上段高精度海平面變化曲線以及測(cè)井和地震屬性切片繪制每個(gè)四級(jí)層序的沉積微相，見(jiàn)圖3。從圖3可以看出，不同地質(zhì)時(shí)期，砂體發(fā)育類型有較大區(qū)別：在海侵域(TST)，海平面相對(duì)較高，主要發(fā)育遠(yuǎn)砂壩，三角洲退到恩平凹陷北部，此時(shí)主要發(fā)育三角洲朵體型和孤立砂壩型巖性圈閉；在高位域(HST)，海平面相對(duì)較低，主要發(fā)育水下分流河道和河口壩，三角洲可以推進(jìn)到恩平凹陷南部，此時(shí)可以發(fā)育河道-間灣泥型巖性圈閉。

圖3 恩平凹陷新近系體系域級(jí)沉積演化圖Fig.3 Sedimentary evolution map of Neogene system tract level in Enping Sag

2.4 有利砂體定量刻畫(huà)技術(shù)

巖性油氣藏研究最重要的是對(duì)其圈閉條件進(jìn)行分析，特別是有利砂體的頂封、底封和側(cè)封條件，這就需要對(duì)有利砂體進(jìn)行半定量或定量刻畫(huà)。該次研究從三維疊后正演模擬技術(shù)、多屬性分析技術(shù)以及相控分頻反演技術(shù)對(duì)有利砂體進(jìn)行刻畫(huà)。

2.4.1 三維疊后正演模擬技術(shù)

通過(guò)統(tǒng)計(jì)恩平凹陷重點(diǎn)井的速度和密度等巖石物理參數(shù)，分析得出恩平凹陷韓江組下段和珠江組上段砂巖為低阻抗，泥巖為高阻抗，而部分泥質(zhì)含量高的砂巖的波阻抗與泥巖重疊，難以區(qū)分。由于處于三角洲前緣位置，砂巖厚度較薄，最大厚度為40m左右，大部分小于10m。目的層地震主頻為40Hz左右，速度為2800m/s左右，因此小于17.5m厚的儲(chǔ)層都為薄層。為了準(zhǔn)確識(shí)別儲(chǔ)層與地震的對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用多井的測(cè)井平均數(shù)據(jù)作為理論砂巖和泥巖的參考數(shù)據(jù)。利用全三維層序格架解釋模型作為格架地層，以有利砂體的地震解釋邊界作為其反射界面，且平面上以沉積相進(jìn)行約束。通過(guò)對(duì)三維地層格架和有利砂體賦值，然后用40Hz雷克子波進(jìn)行三維疊后正演模擬。通過(guò)改變有利砂體儲(chǔ)層參數(shù)來(lái)看物性和厚度對(duì)地震正演剖面的影響，并對(duì)有利砂體與地震的響應(yīng)關(guān)系進(jìn)行定量分析。

2.4.2 多屬性分析技術(shù)

地震數(shù)據(jù)體中隱含著豐富的地質(zhì)信息，主要是通過(guò)地震屬性來(lái)實(shí)現(xiàn)和表達(dá)的。但地震屬性和儲(chǔ)層屬性并沒(méi)有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，地震屬性的變化除了由巖性、物性和含油氣性的變化引起外，還可以由其他地質(zhì)因素引起，如地層厚度、各向異性等，同時(shí)有些儲(chǔ)層參數(shù)異常在某些屬性上得不到反映[17]，所以利用地震屬性預(yù)測(cè)儲(chǔ)層參數(shù)常具有多解性和不確定性。而多屬性分析技術(shù)可以降低這種多解性和不確定性。采用多屬性RGB融合技術(shù)對(duì)目標(biāo)區(qū)砂體進(jìn)行定性刻畫(huà)。

2.4.3 相控分頻反演技術(shù)

傳統(tǒng)的地震反演主要是通過(guò)井插值建立低頻模型，雖然有不同的插值方法，但難以模擬平面上沉積相的變化。該次研究把高精度的沉積相納入初始模型建立過(guò)程，實(shí)現(xiàn)相控建模，以期利用地質(zhì)規(guī)律約束地震反演[18]。另外，常規(guī)反演沒(méi)有發(fā)揮出相對(duì)高頻和相對(duì)低頻的潛力，反演結(jié)果具有多解性。而分頻反演是依靠測(cè)井和地震資料，利用支持向量機(jī)的方法研究不同探測(cè)頻率下的振幅響應(yīng)，并將其作為獨(dú)立參數(shù)引入反演，充分利用地震資料的低、中、高頻帶信息，減少薄層反演的不確定性。

B1井為恩平凹陷第一口巖性油氣藏的探井，共發(fā)現(xiàn)HJ61和HJ62兩層油層，相控分頻反演技術(shù)能夠識(shí)別出HJ62層8m厚的儲(chǔ)層(見(jiàn)圖4)，為該井的儲(chǔ)量計(jì)算提供了儲(chǔ)層參數(shù)。

圖4 相控分頻反演剖面Fig.4 Phase-controlled frequency division inversion profile

3 應(yīng)用效果

經(jīng)過(guò)對(duì)珠江口盆地恩平凹陷巖性圈閉近幾年的研究，形成的地震解釋性處理技術(shù)、高分辨率層序分析技術(shù)、高精度沉積演化分析技術(shù)、有利砂體定量刻畫(huà)技術(shù)等4項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)能夠在巖性圈閉不同階段發(fā)揮作用。利用地震解釋性處理技術(shù)和高分辨率層序分析技術(shù)研究出恩平凹陷新近系巖性圈閉主要發(fā)育在恩平24斷裂背斜構(gòu)造帶和恩平15潛山披覆構(gòu)造帶(見(jiàn)圖5)，恩平24斷裂背斜構(gòu)造帶以高位域水下分流河道為主，恩平15潛山披覆構(gòu)造帶以高位域末端水下分流河道和海侵域三角洲前緣砂體為主(見(jiàn)圖6)。利用高精度沉積演化分析技術(shù)和有利砂體定量刻畫(huà)技術(shù)分析出恩平凹陷多個(gè)巖性圈閉，主要包括恩平24斷裂背斜構(gòu)造帶和恩平15潛山披覆構(gòu)造帶共計(jì)5個(gè)巖性圈閉(見(jiàn)圖5)。

圖5 恩平凹陷二級(jí)構(gòu)造帶Fig.5 The secondary structure belt of Enping Sag

圖6 恩平凹陷新近系巖性圈閉發(fā)育有利區(qū)Fig.6 Favorable development area of Neogene lithologic traps in Enping Sag

根據(jù)研究結(jié)果，近期在恩平15潛山披覆構(gòu)造帶上鉆探了恩平凹陷第一口巖性圈閉探井B1井，并取得地質(zhì)成功，證明了恩平凹陷新近系海相三角洲巖性圈閉勘探技術(shù)的有效性，為研究區(qū)巖性圈閉目標(biāo)的確定提供了更為精確的技術(shù)基礎(chǔ)。

4 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

1)以恩平凹陷大連片三維地震資料和鉆井?dāng)?shù)據(jù)為整體研究的基礎(chǔ)資料，通過(guò)地震解釋性處理技術(shù)、高分辨率層序分析技術(shù)、高精度沉積演化分析技術(shù)和有利砂體定量刻畫(huà)技術(shù)等4種關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，落實(shí)了恩平凹陷恩平24斷裂背斜構(gòu)造帶和恩平15潛山披覆構(gòu)造帶2大巖性圈閉發(fā)育區(qū)，提出了多個(gè)勘探目標(biāo)，并成功鉆探恩平凹陷第一口巖性油氣藏探井B1井。

2)恩平凹陷新近系海相三角洲具有地震資料信噪比好、分辨率較高、砂泥巖相對(duì)容易區(qū)分等優(yōu)點(diǎn)，因此下一步勘探需要加強(qiáng)構(gòu)造油氣藏與巖性油氣藏的聯(lián)系，在一定構(gòu)造背景下尋找規(guī)模巖性油氣藏。

3)恩平凹陷巖性圈閉勘探還處于起步階段，應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)和地球物理研究。針對(duì)恩平24斷裂背斜構(gòu)造帶和恩平15潛山披覆構(gòu)造帶2大巖性圈閉發(fā)育有利區(qū)需要進(jìn)一步加強(qiáng)地質(zhì)認(rèn)識(shí)，特別是更高精度的層序劃分，同時(shí)需要增強(qiáng)疊前儲(chǔ)層參數(shù)的應(yīng)用。