渤海蓬萊9-1花崗巖潛山地震反射特征分析與儲(chǔ)層解釋

劉朋波 呂丁友 于海波 熊 煜 胡安文 鄧 輝

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459)

0 引言

渤海蓬萊9-1花崗巖潛山油藏是目前國(guó)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的單體規(guī)模最大的中生代花崗巖油藏[1]。前人利用鉆井和分析化驗(yàn)等資料研究其構(gòu)造演化、儲(chǔ)層、油藏等特征，取得了豐碩成果[1-3]，但利用地震資料預(yù)測(cè)花崗巖潛山儲(chǔ)層方面的研究成果鮮見(jiàn)報(bào)道。

準(zhǔn)確的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)結(jié)果往往能提高勘探成功率，基于“兩寬一高”地震資料的疊前儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)是目前潛山儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的主要應(yīng)用技術(shù)[4-7]。但由于勘探初期主要目標(biāo)不是針對(duì)潛山，潛山儲(chǔ)層地震資料并非都具有“兩寬一高”的資料品質(zhì)?；诔Ｒ?guī)地震資料開(kāi)展?jié)撋絻?chǔ)層預(yù)測(cè)，需要對(duì)潛山地震反射特征深入地理解和認(rèn)識(shí)[8-9]，因此開(kāi)展?jié)撋降卣鸱瓷涮卣鞣治鲆饬x重大。

針對(duì)花崗巖分布范圍不明、花崗巖區(qū)有利儲(chǔ)層分布規(guī)律不清等難題，本文利用三維地震、鉆井等資料，應(yīng)用地震正演模擬，基于地質(zhì)成因開(kāi)展蓬萊9-1油田花崗巖潛山地震反射特征的分析與儲(chǔ)層解釋。這種基于地質(zhì)成因分析的地震儲(chǔ)層解釋方法，地質(zhì)意義更加明確、儲(chǔ)層預(yù)測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確，可為蓬萊9-1油田花崗巖潛山油藏后續(xù)開(kāi)發(fā)和類似潛山油藏的勘探提供參考。

1 地質(zhì)概況

蓬萊9-1油田位于渤海東部郯廬走滑斷裂帶內(nèi)的廟西北凸起，緊鄰富生烴的渤東凹陷和廟西北洼，成藏背景優(yōu)越(圖1a)。廟西北凸起為NE走向，古近系整體缺失，新近系館陶組(N1g)富泥地層直接覆蓋于潛山之上，局部構(gòu)造高部位甚至缺失館陶組。凸起整體向北西方向下傾，其西側(cè)以斜坡帶向渤東凹陷過(guò)渡，東側(cè)以邊界大斷裂為界，呈陡坡與廟西北洼突變接觸。

蓬萊9-1潛山形態(tài)獨(dú)特，在長(zhǎng)軸方向，中部為寬緩的鞍部，南北為陡峭山峰(圖1b)。鉆井揭示潛山南、北古地貌高出露地層為元古界變質(zhì)巖，中間鞍部為中生代花崗巖出露區(qū)。同位素年齡測(cè)試揭示[10]，鞍部花崗巖形成于中侏羅世燕山期(165Ma左右)； 變質(zhì)巖年齡集中在2220Ma，歸屬于古元古代。在鞍部東側(cè)構(gòu)造高部位的第一口探井(A井)揭示花崗巖儲(chǔ)層發(fā)育且含油性好，展現(xiàn)了該區(qū)花崗巖潛山良好的勘探前景。

圖1 蓬萊9-1油田位置(a)及廟西北凸起新生界底面立體顯示圖(b)

2 花崗巖風(fēng)化殼特征

蓬萊9-1花崗巖以花崗閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)花崗巖為主，在中侏羅世侵入之后，經(jīng)歷了巖體結(jié)晶收縮、構(gòu)造破碎、風(fēng)化淋濾等作用[11]，儲(chǔ)集空間較發(fā)育。儲(chǔ)集空間具有孔隙型和裂隙型雙重介質(zhì)的特點(diǎn)。

由表及里，隨著風(fēng)化作用逐漸減弱，儲(chǔ)集空間類型整體由孔隙型→裂縫—孔隙型→孔隙—裂縫型→裂縫型逐漸演變。

根據(jù)風(fēng)化強(qiáng)度和儲(chǔ)集空間類型，蓬萊9-1花崗巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層依次可以劃分為黏土帶、砂礫質(zhì)風(fēng)化帶、裂縫帶和基巖(圖2)。

圖2 蓬萊9-1花崗巖潛山儲(chǔ)層A-B-C-D連井剖面井位置見(jiàn)圖1a

其中，黏土帶主要為巖性疏松的風(fēng)化土壤，泥質(zhì)含量高、儲(chǔ)集物性差。粒間孔隙填充了片狀伊利石等黏土礦物，沒(méi)有有效孔隙和喉道，基本喪失儲(chǔ)集性能。電測(cè)曲線表現(xiàn)為高自然伽馬(GR)、低電阻率、低波速特征。主要在低洼斜坡區(qū)殘留，厚度一般較小(0～10m)。

砂礫質(zhì)風(fēng)化帶主要發(fā)育風(fēng)化砂巖和碎裂巖塊，以孔隙型和裂縫—孔隙型儲(chǔ)層為主，物性最好，有效儲(chǔ)層平均孔隙度為8.5%。電測(cè)曲線上表現(xiàn)為低GR、較高電阻率、較高波速特征。

裂縫帶風(fēng)化淋濾作用變?nèi)?，溶蝕孔、洞較少，以裂縫為主，物性較好。表現(xiàn)為低GR、高電阻率、較高波速的測(cè)井響應(yīng)特征。

基巖帶溶蝕孔不發(fā)育，斷裂處裂縫較發(fā)育。致密帶厚度增加，整體物性變差。表現(xiàn)為低GR、高電阻率、高波速的測(cè)井響應(yīng)特征。

砂礫質(zhì)風(fēng)化帶內(nèi)構(gòu)造縫與溶蝕孔交織發(fā)育，且致密隔層少、厚度小，橫向分布較穩(wěn)定，為潛山風(fēng)化殼最主要的儲(chǔ)層，也是潛山最主要的含油層段。而裂縫帶和基巖由于裂縫的橫向非均質(zhì)性強(qiáng)，致密段較多，儲(chǔ)層橫向分布不穩(wěn)定，連通性較差。整體而言，花崗巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層以孔隙型儲(chǔ)集空間為主導(dǎo)。不同井區(qū)花崗巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層垂向分帶發(fā)育的差異以及各帶橫向厚度變化，一定程度上會(huì)形成不同的地震響應(yīng)特征，這是花崗巖地震反射特征分析與儲(chǔ)層解釋的基礎(chǔ)。

3 花崗巖地震反射特征分析

3.1 潛山頂面外形

潛山鞍部花崗巖出露區(qū)頂面較平緩，與南部、北部變質(zhì)巖區(qū)頂面陡峭地形的區(qū)別較明顯(圖3)。在北東—南西向地震剖面上，可見(jiàn)花崗巖潛山頂面(T8地震反射層)起伏不大，僅局部侵蝕溝谷處有一定起伏(圖3a)； 在南東—北西向地震剖面上，潛山整體向西北傾斜，花崗巖頂面地形坡度約為4°(圖3b)。這種平緩的頂面形態(tài)，反映了花崗巖出露地表后遭受了強(qiáng)烈的風(fēng)化剝蝕，整體夷平化程度高[12]。這主要與花崗巖的巖性、后期的構(gòu)造改造作用相關(guān)，花崗巖中石英和長(zhǎng)石礦物含量較高，質(zhì)脆，節(jié)理發(fā)育，后期受構(gòu)造作用改造形成各種交叉的網(wǎng)狀縫，且長(zhǎng)石易于溶蝕，物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化作用均較強(qiáng)，易形成相對(duì)平緩的地貌。花崗巖頂部普遍存在的黏土、砂礫質(zhì)風(fēng)化殼指示花崗巖風(fēng)化殼為強(qiáng)烈的風(fēng)化淋濾產(chǎn)物[12](圖2)。

圖3 蓬萊9-1花崗巖潛山地震剖面

在南部、北部古地貌高變質(zhì)巖區(qū)，石英片巖中云母含量較高，長(zhǎng)石含量較低，具有一定的韌性、塑性，不易形成大規(guī)模裂隙和溶蝕，導(dǎo)致其物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化作用均較弱[13]。僅斷裂發(fā)育區(qū)風(fēng)化程度較高，并且因?yàn)楦叩孛诧L(fēng)化產(chǎn)物不易保存而形成峰林地貌。殘留古地貌高區(qū)巖性致密，儲(chǔ)集物性差。

在潛山整體隆升過(guò)程中，花崗巖與變質(zhì)巖兩種不同巖性的差異風(fēng)化作用形成了南部、北部變質(zhì)巖區(qū)高而陡峭、中部花崗巖區(qū)地貌低而平緩的獨(dú)特地貌格局?；跐撋交◢弾r出露區(qū)與圍巖區(qū)頂面形態(tài)差異，利用潛山頂面邊緣檢測(cè)屬性可以刻畫花崗巖出露區(qū)的分布(圖4)。紅、黃色異常區(qū)主要分布在兩組北西向斷層夾持的鞍部，代表花崗巖出露區(qū)，地層產(chǎn)狀變化較小。這種巖性分布格局與潛山地貌具有非常好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖4 潛山頂面邊緣檢測(cè)屬性

3.2 花崗巖內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)

在垂直于構(gòu)造走向的南東—北西向剖面(圖3b)上，花崗巖內(nèi)部可見(jiàn)傾斜地震反射結(jié)構(gòu)。在傾斜地震反射結(jié)構(gòu)發(fā)育區(qū)，潛山頂面地震反射同相軸存在鋸齒狀彎曲下拉的現(xiàn)象，同相軸似斷非斷，這是由于裂縫帶附近風(fēng)化剝蝕強(qiáng)度較大形成的局部地形變化，推斷傾斜反射結(jié)構(gòu)為花崗巖內(nèi)部裂縫帶的地震響應(yīng)。傾斜反射結(jié)構(gòu)在花崗巖類潛山中比較常見(jiàn)，如越南的白虎油田花崗巖潛山[14]、渤海渤中19-6太古界變質(zhì)花崗巖潛山[15]，這主要是與花崗巖固有的脆性特征及后期構(gòu)造改造作用有關(guān)。在黃山、三清山、泰山等花崗巖景區(qū)[16]，巖體內(nèi)部同樣可見(jiàn)節(jié)理和裂縫非常發(fā)育。蓬萊9-1油田位于郯廬走滑斷裂帶內(nèi)，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，花崗巖體周圍斷裂發(fā)育，具備形成裂縫的應(yīng)力條件。

根據(jù)傾斜地震反射的傾向，平面上可以劃分為兩組。一組主要為南東傾，分布于花崗巖體東側(cè)，與東側(cè)邊界大斷層的傾向相同； 另一組主要為北西傾，位于花崗巖體的西側(cè)。平面上除花崗巖中心區(qū)域(C井區(qū)周圍)傾斜反射結(jié)構(gòu)不發(fā)育外，其他區(qū)域傾斜反射結(jié)構(gòu)均發(fā)育，且兩組傾斜反射在花崗巖北東向軸線附近交會(huì)。

花崗巖東側(cè)傾斜地震反射主要與廟西北凸起東側(cè)邊界斷層有關(guān)。凸起東側(cè)北東向邊界大斷層具有走滑和伸展雙重性質(zhì)[17]，新生代以來(lái)長(zhǎng)期活動(dòng)。上升盤(花崗巖潛山)發(fā)生翹傾，易形成一系列與邊界斷層傾向一致的裂縫帶。從圖3b中可以看到，中部C井區(qū)館陶組厚度分別小于東、西兩側(cè)的A井區(qū)和D井區(qū)，說(shuō)明館陶組沉積前中部C井區(qū)處于古構(gòu)造高部位，而東、西兩側(cè)為古斜坡區(qū)； 后續(xù)隨著東側(cè)邊界大斷層繼續(xù)活動(dòng)，上升盤地層發(fā)生翹傾，凸起區(qū)東側(cè)地層均發(fā)生不同程度的抬升，導(dǎo)致現(xiàn)今凸起區(qū)地層西傾。邊界大斷層在北部末端活動(dòng)性減弱，形成馬尾狀構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶[18-19]，發(fā)育一系列斜交的北東向次級(jí)斷層，地層更加破碎，裂縫更加發(fā)育。

花崗巖西側(cè)的傾斜地震反射與一組北東走向、雁行排列的小斷層有關(guān)(圖4)。這些斷層均為北西傾向，呈弱走滑特征[20]。弱走滑作用產(chǎn)生的張扭應(yīng)力在花崗巖體西側(cè)形成一系列的北西傾向裂縫帶，即在地震剖面上表現(xiàn)為北西傾向的傾斜地震反射結(jié)構(gòu)(圖3b)。圖3b中東側(cè)傾斜地震反射的發(fā)育密度明顯強(qiáng)于西側(cè)，也反映了東側(cè)構(gòu)造作用更強(qiáng)，裂縫更加發(fā)育。

4 有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

為了查明不同風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)特征，同時(shí)進(jìn)一步探討花崗巖內(nèi)部?jī)A斜地震反射結(jié)構(gòu)的成因，本文結(jié)合地震資料與風(fēng)化殼分帶特征，設(shè)計(jì)花崗巖風(fēng)化殼地質(zhì)模型(圖5a)進(jìn)行正演模擬。黏土帶、砂礫質(zhì)風(fēng)化帶、裂縫帶和基巖帶的速度和厚度取值均根據(jù)鉆井資料的統(tǒng)計(jì)。由于黏土帶厚度一般較小(<10m)，且其速度與上覆館陶組相當(dāng)，故地質(zhì)模型中未設(shè)置黏土帶。明化鎮(zhèn)組下段、館陶組、潛山基巖、潛山頂部砂礫質(zhì)風(fēng)化帶、裂縫帶速度分別為2500、2770、4700、3380、3800m/s。東側(cè)砂礫質(zhì)風(fēng)化帶的厚度變化為0～75m，西側(cè)砂礫質(zhì)風(fēng)化帶厚度變化為0～27m，裂縫帶的寬帶范圍為10～45m。采樣率為1ms，選用雷克子波，主頻為30Hz。

正演模擬結(jié)果(圖5b)顯示：①砂礫質(zhì)風(fēng)化帶發(fā)育區(qū)振幅較弱，且砂礫質(zhì)風(fēng)化帶厚度越大，潛山頂面之下的振幅(波谷)越弱。當(dāng)砂礫質(zhì)風(fēng)化帶厚度大于38.4m時(shí)，潛山頂面之下會(huì)出現(xiàn)一個(gè)新阻抗界面。②裂縫帶會(huì)形成較強(qiáng)的傾斜地震反射界面。裂縫帶發(fā)育的密度越大，傾斜反射越密集。③上穿至潛山頂面的裂縫帶導(dǎo)致潛山頂面振幅減弱，同相軸出現(xiàn)下拉現(xiàn)象。

圖5 花崗巖風(fēng)化殼地質(zhì)模型(a)和正演模擬結(jié)果(b)

地震正演模擬表明了砂礫質(zhì)風(fēng)化帶發(fā)育程度與潛山頂面之下波谷反射強(qiáng)度之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，因而可以利用振幅預(yù)測(cè)砂礫質(zhì)風(fēng)化帶的發(fā)育程度。

以T8地震反射層為參考層，提取向下50ms最大波谷振幅屬性(圖6)。由圖可見(jiàn)，反映砂礫質(zhì)風(fēng)化帶發(fā)育的弱振幅異常主要分布在斷裂帶附近，花崗巖體東側(cè)斷裂帶附近(A、E井區(qū))弱振幅異常最明顯； 其次為花崗巖南部(B井區(qū))、北部北西向斷層附近(F井區(qū))和西側(cè)雁行排列的小斷層發(fā)育區(qū)(D井區(qū))； 強(qiáng)振幅區(qū)(C井區(qū))砂礫質(zhì)風(fēng)化帶發(fā)育程度最差。整體呈現(xiàn)斷裂規(guī)模越大、越密集，砂礫質(zhì)風(fēng)化帶越發(fā)育的特點(diǎn)。

據(jù)成像測(cè)井資料所成花崗巖裂縫走向玫瑰圖(圖6)可知，主要發(fā)育兩組裂縫走向，一組是花崗巖東側(cè)斷裂帶和西側(cè)雁行排列的小斷層附近的北東走向裂縫(A井、E井、D井)； 另外一組是花崗巖南、北兩側(cè)斷裂帶附近的北西西走向裂縫(B井、F井)。這進(jìn)一步說(shuō)明了裂縫發(fā)育主要受周圍斷裂的控制。因此傾斜地震反射所代表的裂縫帶是花崗巖砂礫質(zhì)風(fēng)化帶發(fā)育的基礎(chǔ)，它不僅是裂縫儲(chǔ)層的發(fā)育區(qū)，更是風(fēng)化淋濾的重要通道[21]，是砂礫質(zhì)風(fēng)化帶內(nèi)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成的關(guān)鍵。將A、B、C、D、E、F井點(diǎn)振幅屬性值與鉆井揭示的砂礫質(zhì)風(fēng)化帶內(nèi)儲(chǔ)層厚度交會(huì)，發(fā)現(xiàn)二者具有很好的相關(guān)性(圖7)，線性擬合相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.8919。

圖6 潛山頂面向下50ms最大波谷振幅屬性及各井花崗巖裂縫走向玫瑰花圖

圖7 潛山頂面向下50ms最大波谷振幅屬性與強(qiáng)風(fēng)化帶下100m井段儲(chǔ)層厚度交會(huì)圖

根據(jù)上述儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法在花崗巖東側(cè)儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)部署H井和I井。鉆前預(yù)測(cè)H井、I井砂礫質(zhì)風(fēng)化帶儲(chǔ)層厚度分別為95、70m，實(shí)鉆厚度分別為101.4、65.3m，絕對(duì)誤差在7m以內(nèi)(表1)。這兩口井風(fēng)化殼儲(chǔ)層預(yù)測(cè)結(jié)果表明，通過(guò)潛山頂面之下的最大波谷振幅屬性可以較好地預(yù)測(cè)砂礫質(zhì)風(fēng)化帶內(nèi)儲(chǔ)層的發(fā)育程度，進(jìn)而為預(yù)測(cè)平面上砂礫質(zhì)風(fēng)化帶內(nèi)有效儲(chǔ)層的厚度變化趨勢(shì)提供依據(jù)。

表1 儲(chǔ)層預(yù)測(cè)效果

5 結(jié)論

(1)蓬萊9-1花崗巖潛山風(fēng)化殼經(jīng)歷了強(qiáng)烈的風(fēng)化淋濾作用，垂向上具有分帶性，儲(chǔ)層主要發(fā)育在砂礫質(zhì)風(fēng)化帶內(nèi)，以孔隙型儲(chǔ)層為主導(dǎo)。

(2)潛山頂面形態(tài)主要受花崗巖與圍區(qū)變質(zhì)巖之間的差異風(fēng)化剝蝕作用控制，頂面平緩的外形和內(nèi)部?jī)A斜反射結(jié)構(gòu)是蓬萊9-1潛山花崗巖出露區(qū)的典型特征，其中平緩的頂面外形特征表明花崗巖風(fēng)化殼在風(fēng)化過(guò)程中整體夷平化程度高； 內(nèi)部?jī)A斜反射結(jié)構(gòu)是裂縫帶的響應(yīng)，主要受花崗巖巖性、構(gòu)造改造作用控制。

(3)裂縫帶是花崗巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層發(fā)育的基礎(chǔ)，只有傾斜地震反射結(jié)構(gòu)發(fā)育區(qū)才能發(fā)育有利的風(fēng)化殼儲(chǔ)層。潛山頂面振幅強(qiáng)度與風(fēng)化殼儲(chǔ)層發(fā)育程度呈負(fù)相關(guān)，綜合潛山頂面振幅強(qiáng)弱和內(nèi)部?jī)A斜地震反射的發(fā)育程度，可以預(yù)測(cè)有利儲(chǔ)層的分布。潛山頂面弱振幅、內(nèi)部密集傾斜地震反射區(qū)主要位于花崗巖東側(cè)邊界大斷層附近，是最有利的儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)。

(4)基于地質(zhì)成因分析的潛山風(fēng)化殼儲(chǔ)層地震解釋方法可為蓬萊9-1花崗巖潛山油藏后續(xù)開(kāi)發(fā)和類似潛山的油氣勘探提供參考。