墨西哥博格斯盆地深水擠壓區(qū)復雜雙層鹽巖識別與解釋

李愛山 孔國英 陳 亮 朱釔同 張 量 丁鵬程

(中國海洋石油國際有限公司 北京 100028)

墨西哥灣、巴西和西非海域是當今深水油氣勘探開發(fā)的“金三角”地區(qū)[1]，尤其是墨西哥灣，近10年來，其深水區(qū)一直保持著40%～50%的高勘探成功率[2-3]。自2014年底墨西哥宣布油氣對外招標以來，吸引了以殼牌為首的各大國際油公司的激烈競標。該區(qū)中侏羅世隨著墨西哥灣的裂開發(fā)育了巨厚蘆安鹽巖，多期構造運動及強烈的鹽巖活動形成了本區(qū)深層原地母鹽和淺層異地鹽巖共生的雙層鹽巖結(jié)構。雙層鹽巖條件下，與鹽相關的圈閉落實、鹽巖參與下的油氣成藏規(guī)律分析和儲層預測等更加復雜。雖然近年來在一些地區(qū)鹽巖及鹽下地層的成像質(zhì)量有所改善[4-5]，但墨西哥灣雙層鹽發(fā)育區(qū)的地震成像品質(zhì)依然較差，準確刻畫雙層鹽巖是該區(qū)油氣勘探的關鍵。本文基于墨西哥灣博格斯盆地深水區(qū)現(xiàn)有的地震、鉆井等資料，對多年來在該區(qū)雙層鹽巖解釋過程中形成的技術方法進行梳理總結(jié)，以期為其他含鹽盆地的鹽體解釋提供可借鑒的思路。

1 研究區(qū)概況

博格斯盆地處于墨西哥灣西岸，主體位于墨西哥境內(nèi)，部分延伸至美國境內(nèi)，整體呈北西—南東向展布(圖1)。盆地面積16×104km2，其中陸地面積6×104km2，海域面積約10×104km2。盆地是在中生代南、北美板塊拉張背景下形成的被動陸緣含鹽盆地，研究區(qū)位于盆地東部深水鹽巖發(fā)育區(qū)。

圖1 墨西哥博格斯盆地位置圖(據(jù)文獻[6]修改)

博格斯盆地歷經(jīng)了裂陷期(晚三疊—中侏羅世)、漂移期(晚侏羅—晚白堊世)和碰撞改造期(晚白堊—中新世)3個構造演化階段[6-10]。裂陷末期的中侏羅世卡洛夫期，墨西哥灣盆地形成半封閉海，氣候干旱，蒸發(fā)量大，鹽巖大量析出，沉積了區(qū)域上廣泛分布的中侏羅統(tǒng)蘆安鹽巖。該套鹽巖在整個墨西哥灣盆地平均厚度約1 500 m，最大可達12 km。晚白堊世太平洋板塊向北美板塊俯沖，博格斯盆地西部發(fā)生擠壓造山作用，構造的抬升剝蝕為盆地提供了大量沉積物，形成了盆地的重力滑動系統(tǒng)。在沉積負載和側(cè)向重力滑動擠壓作用下，研究區(qū)原地母鹽上拱并侵入上覆地層，形成異地鹽蓬和原地母鹽共生的雙層鹽構造。

2 鹽巖的巖石物理性質(zhì)和變形機理

研究區(qū)鉆井揭示中侏羅統(tǒng)蘆安鹽巖以粗晶鹽巖為主，表現(xiàn)為白色晶體、塊狀、中等硬度、夾少量石膏(圖2)。測井曲線上表現(xiàn)為“三低一高”特征(圖2)，即低自然伽馬(5～25 API)、低密度(2.05～2.20 g/cm3)、低聲波時差(約222 μs/m)和高電阻(約3 000 Ω·m)。樣品分析表明，研究區(qū)的鹽巖較為純凈，以純鹽(鹵鹽)為主，其他組分包括硬石膏、少量的鉀鹽和光鹵石以及含量小于1%的石膏和石灰?guī)r等。

圖2 研究區(qū)鹽巖典型巖石物理特征(左)和 實鉆鹽巖照片(右)

在地表與淺埋藏階段(<3 000 m)，鹽巖密度要大于未充分壓實的碎屑沉積物。隨著埋深的增加，鹽巖的密度幾乎不發(fā)生改變，而碎屑巖則由于壓實脫水作用，密度逐漸超越鹽巖。純鹽密度通常為2.10 g/cm3，但考慮到約5%含量的硬石膏，鹽巖密度一般取2.20 g/cm3。鹽巖為高速體，縱波傳播速度約為4 480 m/s，一般大于砂泥巖(縱波速度1 500～3 500 m/s)，部分區(qū)域與碳酸鹽巖(縱波速度3 500～6 500 m/s)較為接近[11]。

只有在離地表極淺(幾米到幾十米),偏差應力較大和應變率較高的情況下, 鹽巖才有可能表現(xiàn)為脆塑性體。當埋深超過數(shù)百米后，鹽巖則表現(xiàn)為強烈的塑流體，與泥巖相比不存在屈服強度，屬于粘性物質(zhì)。鹽巖形變的驅(qū)動力多樣，包括重力差異負載、構造應力、熱沉降等。鹽相關構造樣式多樣，根據(jù)平面形態(tài)分為兩類：一類平面上呈線狀，主要表現(xiàn)為鹽背斜、鹽墻等，另一類平面上多呈點狀，主要表現(xiàn)為鹽株、鹽底辟、鹽蓬和鹽席等[11-13]。

在鹽巖基本物理性質(zhì)、變形機理分析的基礎上，針對研究區(qū)鹽巖變形特點，可以將雙層鹽體解釋分解為淺層異地鹽蓬、深層原地母鹽以及二者之間流動通道三部分(圖3)。根據(jù)每個部分各自的地震反射特點分別運用相應的解釋方法。

圖3 典型雙層鹽巖示意圖(據(jù)文獻[13]修改)

3 雙層鹽體的三維空間解釋

針對由于鹽巖發(fā)育和變形給地震解釋帶來的困難，采用“層層分解、各個擊破、匹配驗證”的研究思路(圖4)。基于3D深度域逆時偏移地震數(shù)據(jù)、偏移速度、測井和鉆井資料，依據(jù)鹽構造基礎理論，針對淺層鹽蓬、深層原地母鹽和鹽巖流動通道，分別應用速度與地震屬性相結(jié)合的方法識別淺層異地鹽蓬、構造演化分析聯(lián)合地震相解釋原地母鹽、平剖多要素協(xié)同方法識別鹽巖流動通道，并通過對淺層異地鹽蓬、原地母鹽和鹽通道源匯匹配分析最大程度地降低多解性，最終完成鹽體的空間刻畫。

3.1 速度與地震屬性相結(jié)合的淺層異地鹽蓬識別

鹽巖的密度和速度基本不隨埋深的變化而變化，因而淺層鹽蓬與圍巖波阻抗差較大，而且鹽巖內(nèi)部多表現(xiàn)為空白或雜亂反射特征，與圍巖存在明顯差異。因此，研究區(qū)部分區(qū)域鹽頂界面反射清晰，速度體模型較為準確，在速度體上利用軟件的三維自動追蹤功能即可完成快速追蹤解釋。但在鹽巖夾雜其他巖性或形變復雜地區(qū)，鹽巖邊界成像不清，速度體存在多解性，難以開展自動追蹤解釋，這時要嘗試不同類型的邊緣檢測屬性用于輔助鹽巖邊界的解釋。

圖4 研究區(qū)鹽巖解釋思路

理論和實際應用效果顯示相位類屬性不受同相軸反射強度的影響[14-15]能夠更好展示鹽巖與圍巖的接觸關系；傾角矯正方差屬性可輔助識別傾角變化較快的鹽巖邊界；振幅屬性則對鹽巖邊界的強振幅特征表現(xiàn)明顯(圖5)?；诓煌瑢傩苑从雏}巖邊界不同特征的特點，將同時滿足邊界相位屬性變化明顯，振幅變化劇烈、連續(xù)性差的采樣點提取出來，完成鹽邊界成像不清晰處的解釋，并與基于速度體的快速追蹤結(jié)果合并，最終完成全區(qū)異地鹽蓬的刻畫(圖6)。根據(jù)該方法完成的淺層鹽蓬解釋結(jié)果在研究區(qū)周邊的多口已鉆井得到證實。博格斯盆地深水擠壓區(qū)近期鉆探的X-1井鉆前淺層鹽蓬頂、底界面解釋預測深度分別為2 088 m和4 770 m，鉆后分別為2 059 m和4 814 m，誤差率分別僅為1.4%和0.9%，證明了該方法的有效性。

3.2 構造演化分析聯(lián)合地震相解釋原地母鹽

研究區(qū)原地母鹽位于橫向廣泛分布的白堊系碳酸鹽巖-上侏羅統(tǒng)泥灰?guī)r和下侏羅統(tǒng)裂谷地層之間，與上下圍巖間的阻抗差異較小，表現(xiàn)為中弱振幅，中等連續(xù)—不連續(xù)反射，頂?shù)捉缑孀R別難度較大[11]。在區(qū)域構造演化和鹽巖變形規(guī)律的指導下，結(jié)合地震相和地層接觸關系對其頂、底界面進行拾取。

圖5 研究區(qū)鹽蓬典型地震剖面及屬性剖面

圖6 鹽蓬空間追蹤

區(qū)域構造演化分析表明原地鹽巖底面為斷拗轉(zhuǎn)換面，其下伏地層常發(fā)育上超特征，而鹽底面為上超的頂面，地層較為平緩。原地鹽巖頂界面作為上覆地層的滑脫層，隨著上覆地層的形變而變形，與上覆地層變形形態(tài)具有較好的耦合性。因此，根據(jù)上覆地層的變形形態(tài)可初步判斷原地鹽巖頂界面的形態(tài)[12]。在此基礎上結(jié)合鹽體內(nèi)部通常表現(xiàn)為雜亂及空白反射特征的特點，可以確定原地鹽巖頂界面的具體界面位置。此外，原地鹽巖在外部應力的作用下向上運移的過程中會刺穿上部地層，在頂面表現(xiàn)為“沙漏”狀變形特征(圖3)，“沙漏”邊界與圍巖地層表現(xiàn)為不整合接觸，綜合以上地震相特征可準確識別出研究區(qū)絕大部分的原地母鹽(圖7)，這為鹽巖供給通道的識別奠定了基礎。

3.3 平剖多要素協(xié)同的鹽巖流動通道識別

墨西哥灣鹽巖變形樣式多樣、程度劇烈和形態(tài)復雜[11-13]，結(jié)合鹽巖在外部應力作用下在構造薄弱帶處極易發(fā)生塑性形變流動的特點，建立了典型鹽巖流動通道剖面識別 “五要素”模式圖(圖8)：①鹽巖流動通道對應異地鹽蓬底界面的低點；②鹽巖流動通道對應原地母鹽頂界面的高點；③沉積地層在鹽巖流動通道附近上傾、減??；④鹽巖流動通道兩側(cè)截斷點爬升方向相反；⑤鹽巖流動通道附近的異地鹽蓬底界面常出現(xiàn)反射間斷。

圖7 研究區(qū)原地母鹽在地震剖面上的反射特征(左)及解釋剖面(右)(剖面位置見圖1)

圖8 鹽巖流動通道模式圖(左)及研究區(qū)典型剖面(右)

平面上，基于前文中異地鹽蓬和原地母鹽的解釋成果，分別提取異地鹽蓬底界面構造低值發(fā)育區(qū)和原地母鹽頂界面構造高值發(fā)育區(qū)，兩者的疊合區(qū)即為鹽巖流動通道可能的發(fā)育區(qū)。通過這種方法可以對鹽巖流動通道的發(fā)育區(qū)進行篩選和快速定位。

在平面識別、定位的基礎上，根據(jù)鹽巖流動通道形成機制和平面形態(tài)的差異，將鹽巖流動通道進一步分為底辟型鹽巖、逆沖型和走滑型鹽巖流動通道(圖9)。在平面快速識別可能的鹽通道發(fā)育區(qū)的基礎上，應用不同鹽巖流動通道模式圖版指導在地震剖面上逐一進行判別和分析，最終完成研究區(qū)鹽巖流動通道的識別。

圖9 研究區(qū)不同鹽巖流動通道模式圖版

3.4 原地母鹽、鹽通道和異地鹽巖源匯匹配解釋驗證

把淺層異地鹽巖(匯)與深層原地鹽巖(源)以及連接二者的鹽通道都找到，且空間上匹配合理，才能保證解釋方案是合理的。以研究區(qū)NW—SE方向的一條地震剖面(圖10)為例，鹽巖從母鹽流出后分別通過鹽通道FA和FB向淺層流動，形成A鹽席和B鹽席，兩個鹽席在NW向擠壓應力作用下均向東南方向溢流，在此過程中A鹽席與B鹽席發(fā)生縫合(縫合線為S)[16]，形成展布范圍更廣的鹽蓬。原地母鹽、異地鹽巖和對應鹽通道的匹配解釋，可以相互驗證三者解釋的是否合理，提高雙層鹽巖識別的準確性。

利用地震資料、偏移速度、測井和鉆井資料，綜合運用上述各項方法完成了工區(qū)36 000 km2淺層鹽蓬、深層原地母鹽以及鹽巖流動通道的刻畫(圖11)。

圖10 研究區(qū)鹽巖解釋示意圖(剖面位置見圖1)

圖11 研究區(qū)鹽巖空間示意圖(不同顏色代表不同鹽巖體)

4 結(jié)論

墨西哥博格斯盆地深水擠壓區(qū)具有復雜雙層鹽構造。從鹽巖的物理性質(zhì)和典型鹽巖變形樣式出發(fā)，根據(jù)墨西哥灣博格斯盆地深水擠壓區(qū)異地鹽蓬、原地母鹽和鹽巖流動通道地震反射特征，利用地震、速度、測井和鉆井資料，探索建立了復雜雙層鹽巖綜合解釋技術。運用該技術，高效完成了36 000 km2區(qū)塊中的鹽巖雕刻，實鉆證明利用該方法完成的解釋結(jié)果精確度較高。該項復雜雙層鹽巖識別與解釋技術可應用于其他含鹽盆地的鹽體解釋工作中，具有較好推廣價值。