東海陸架盆地西湖凹陷平北地區(qū)含煤地層巖性圈閉識(shí)別

牛華偉，劉 苗，蔣 涔，朱立新，陳茂根

中國(guó)石化 上海海洋油氣分公司，上海 200120

平北地區(qū)是東海陸架盆地西湖凹陷主要油氣富集區(qū)帶，近年來(lái)勘探實(shí)踐證實(shí)，該地區(qū)始新統(tǒng)平湖組下段具有發(fā)育大型巖性油氣藏群的潛力[1-2]。平下段主要為邊緣海半封閉海灣相沉積環(huán)境，發(fā)育受潮汐作用影響的潮坪、三角洲沉積體系，巖性以砂泥煤互層為主。砂巖厚度多小于15 m，煤層具有單層厚度小(1～3 m)、縱向累計(jì)厚度大(30～70 m)、橫向變化快、發(fā)育不穩(wěn)定的特點(diǎn)，目的層埋深普遍超過(guò)3 500 m，儲(chǔ)層物性相對(duì)較差。從地震資料品質(zhì)來(lái)看，深層地震信噪比低，能量弱，波組特征不明顯；地震資料頻帶窄，分辨率不足；同時(shí)深層壓實(shí)效應(yīng)明顯，砂泥巖阻抗差異小，從而導(dǎo)致巖性圈閉的刻畫難度很大。以往的儲(chǔ)層識(shí)別方法以確定性反演為主。該方法充分利用地震資料的預(yù)測(cè)性進(jìn)行優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的識(shí)別，在簡(jiǎn)單巖性層段能取得較好的效果。但本區(qū)主要目的層儲(chǔ)層薄(厚度小于15 m)，薄煤層頻繁分布，僅用確定性反演方法無(wú)法有效刻畫優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層展布。

針對(duì)深層巖性油氣藏的地震識(shí)別與預(yù)測(cè)方法研究，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量的工作。李慶忠[3-4]對(duì)巖性油氣藏縱向分辨率以及砂巖的波阻抗解釋等若干問(wèn)題進(jìn)行了探討；王威[5]用層序地層分析技術(shù)、地震屬性及反演技術(shù)、流體勢(shì)分析、油氣檢測(cè)技術(shù)等多參數(shù)綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)巖性油氣藏進(jìn)行描述；呂公河等[6]運(yùn)用波形分類技術(shù)對(duì)河流相儲(chǔ)層進(jìn)行預(yù)測(cè)；陳永波等[7]用多屬性融合技術(shù)預(yù)測(cè)沉積微相，并結(jié)合含油氣檢測(cè)技術(shù)預(yù)測(cè)油氣區(qū)，取得了很好的效果。針對(duì)含煤地層儲(chǔ)層研究，前人也進(jìn)行了許多探索。劉愛群等[8-9]基于匹配追蹤對(duì)煤層引起的強(qiáng)反射進(jìn)行去除；王香文等[10-11]采用地震多屬性分析技術(shù)以及測(cè)井約束反演技術(shù)，預(yù)測(cè)煤層中砂體分布范圍；王寶江等[12]利用廣義S變換技術(shù)，刻畫含煤地層內(nèi)薄砂體的分布及形態(tài)；劉占族等[13]利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演預(yù)測(cè)煤層氣薄儲(chǔ)層，在實(shí)驗(yàn)地區(qū)取得了較好的成果?？偨Y(jié)當(dāng)前主要的含煤地層巖性圈閉識(shí)別方法來(lái)看，大多數(shù)方法針對(duì)的是區(qū)域相對(duì)穩(wěn)定發(fā)育的厚煤層下巖性圈閉識(shí)別及刻畫。而本區(qū)平下段1～2 m左右的薄煤層普遍發(fā)育且橫向砂體變化快，主要目的層埋深較大，不同巖性地震反射特征規(guī)律不明顯，進(jìn)一步加劇了儲(chǔ)層預(yù)測(cè)難度。

針對(duì)研究區(qū)深層巖性圈閉刻畫難點(diǎn)，結(jié)合前人研究成果及認(rèn)識(shí)，本次研究通過(guò)三個(gè)方面展開：首先加強(qiáng)基礎(chǔ)地震資料針對(duì)性處理及優(yōu)化研究，對(duì)深層三維地震資料進(jìn)行保幅寬頻處理，提高資料品質(zhì)，得到高保真高分辨率的地震資料；以優(yōu)化后資料為核心，根據(jù)古地貌、坡折帶刻畫，研究控砂機(jī)制，運(yùn)用“源—渠—匯”理論系統(tǒng)分析、明確砂體分布模式及潛在圈閉類型；在這一格架的約束下，結(jié)合測(cè)井資料的精細(xì)分析，通過(guò)疊前確定性反演預(yù)測(cè)砂體、疊后統(tǒng)計(jì)學(xué)反演識(shí)別煤層相結(jié)合的手段開展精細(xì)砂體描述工作[14-30]，提高深層巖性圈閉預(yù)測(cè)精度。

1 巖性圈閉識(shí)別技術(shù)方案

1.1 基于組合多次波衰減及鬼波壓制的深層保幅寬頻處理技術(shù)

對(duì)原有資料分析認(rèn)為主要存在以下幾點(diǎn)問(wèn)題：(1)信噪比低，各種干擾波特別是多次波較為發(fā)育、斷裂復(fù)雜，速度建模不精細(xì)；(2)主要目的層埋深較大，地震信號(hào)能量衰減嚴(yán)重，波組特征不明顯；(3)深層地震資料受鬼波影響，有效頻帶窄，制約了巖性圈閉刻畫精度。

利用最新的海洋拖纜寬頻保幅處理技術(shù)，通過(guò)淺水去多次波、3DSRME、反褶積優(yōu)化、Radon、LIFT等組合方法去除近道多次波、水層多次波及層間多次波，提高資料中深層信噪比；通過(guò)寬頻保幅的疊前去噪、子波處理、鬼波處理、反褶積、低頻及高頻補(bǔ)償技術(shù)，恢復(fù)目的層反射振幅特征，優(yōu)化道集質(zhì)量，有效提高基礎(chǔ)數(shù)據(jù)質(zhì)量；通過(guò)層位及傾角約束的非線性網(wǎng)格層析成像及百分比掃描，建立最有利于成像的速度模型，最終實(shí)現(xiàn)疊前深度偏移成像效果的改善，獲得針對(duì)巖性圈閉研究的高信噪比、高保真性、低頻充分的地震數(shù)據(jù)及地震速度的時(shí)空變化規(guī)律。

從圖1可以看到，寬頻處理后能夠充分挖掘原始資料潛力，深層地震資料能量得到有效增強(qiáng)。其低頻端的有效處理保證15 Hz以下低頻成分的成像效果是獲得基底清晰成像的關(guān)鍵；高頻端的有效處理獲得40 Hz以上頻率成分的準(zhǔn)確成像，能夠改善平湖組內(nèi)幕成像細(xì)節(jié)，提高中深層信噪比，為地質(zhì)及儲(chǔ)層研究提供高質(zhì)量的地震數(shù)據(jù)。

圖1 新、老處理資料頻譜參數(shù)、信噪比對(duì)比

1.2 以微古地貌精細(xì)刻畫為基礎(chǔ)研究控砂模式及潛在巖性圈閉類型

在保幅寬頻地震資料精細(xì)解釋的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)重點(diǎn)區(qū)域、重點(diǎn)層位微古地貌的精細(xì)刻畫，同時(shí)結(jié)合斷層活動(dòng)演化評(píng)價(jià)微古地貌及斷層、微坡折等對(duì)沉積作用的控制程度，綜合分析地震反射結(jié)構(gòu)、單井相并在此基礎(chǔ)上確定保俶斜坡帶平北構(gòu)造帶平湖組主要三級(jí)層序的沉積相展布特征和發(fā)育演化規(guī)律，建立沉積微相發(fā)育模式，探索主要目的層系巖性圈閉發(fā)育模式。

通過(guò)古地貌恢復(fù)以及斷裂坡折帶的刻畫認(rèn)為，整個(gè)平北地區(qū)在平下段斷陷期呈現(xiàn)深洼高隆的結(jié)構(gòu)特征。西部的海礁凸起是長(zhǎng)期物源提供區(qū)，沿北東向的地震剖面能夠清晰地識(shí)別出V型谷(圖2)，目標(biāo)區(qū)W構(gòu)造平下段主物源方向正是2號(hào)凹槽口。

圖2 東海陸架盆地西湖凹陷平北地區(qū)西部平下段拉平地震剖面

物源從西南方向順2號(hào)凹槽口向東北方向逐級(jí)推進(jìn)，在低隆起(W斷裂邊界斷層)與反向斷階形成的限定型空間內(nèi)沉積，順物源方向的各級(jí)坡折均起到控砂作用，易于形成西南方向上傾尖滅、側(cè)向大斷裂整體封堵的巖性圈閉類型(圖3)。

圖3 東海陸架盆地西湖凹陷平北地區(qū)平下段控砂模式

1.3 巖石物理優(yōu)選彈性參數(shù)、反演結(jié)合波形特征精細(xì)描述砂體

結(jié)合已鉆井進(jìn)行巖石物理彈性屬性分析及正演研究可以發(fā)現(xiàn)，縱橫波速比(Vp/Vs)屬性相比縱波阻抗對(duì)砂—泥巖區(qū)分更為敏感，優(yōu)質(zhì)砂巖儲(chǔ)層具有明顯的低縱橫波速比特征，而煤層則表現(xiàn)為明顯的低縱波阻抗特征，在巖石物理模板上具有很好的分異性?；趲r石物理敏感屬性開展疊前同時(shí)反演，同時(shí)依據(jù)地震波形結(jié)構(gòu)特征，針對(duì)巖性—地層目標(biāo)區(qū)進(jìn)行多期次、多尺度的砂體內(nèi)幕刻畫，拾取沉積體疊置期次，能夠準(zhǔn)確描述沉積體平面分布及空間疊置關(guān)系(圖4)?？梢钥吹剑囱輰傩郧逦乜坍嫵錾绑w厚度的變化以及上傾尖滅特征，而波形結(jié)構(gòu)特征也能夠準(zhǔn)確表現(xiàn)多期砂體疊置關(guān)系和巖性尖滅波形變化，兩種屬性相結(jié)合可以有效描述深部?jī)?chǔ)層展布特征。

圖4 東海陸架盆地西湖凹陷平北地區(qū)過(guò)W1-W3-W2井反演、波形剖面對(duì)比

1.4 利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)高分辨率優(yōu)勢(shì)開展薄煤層識(shí)別研究

由于本區(qū)多發(fā)育薄煤層且對(duì)巖性圈閉刻畫的影響較大，需要在砂體預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，通過(guò)去煤層研究更進(jìn)一步準(zhǔn)確描述深層巖性圈閉。從已鉆井統(tǒng)計(jì)來(lái)看，本區(qū)煤系地層發(fā)育，各井均鉆遇多套煤層，平湖組煤層累積厚度能達(dá)到30 m(圖5)。

圖5 東海陸架盆地西湖凹陷平北地區(qū)平湖組各層段煤層累積厚度統(tǒng)計(jì)

由于煤層有極低阻抗的特點(diǎn)，其與上、下界面容易形成較大的反射系數(shù)差異，同時(shí)煤系地層分布相對(duì)較廣，在空間上具有一定的延展性，在地震剖面上表現(xiàn)為高頻連續(xù)強(qiáng)振幅反射。利用疊后統(tǒng)計(jì)學(xué)反演在已鉆井控制下，結(jié)合地震反射特征能夠在有井區(qū)對(duì)煤層進(jìn)行預(yù)測(cè)。從疊后地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演結(jié)果可以看到(圖6)，煤系地層在目的層段廣泛分布，橫向變化快，與實(shí)鉆井對(duì)比認(rèn)為該方法能夠較好地識(shí)別煤層。

圖6 東海陸架盆地西湖凹陷平北地區(qū)過(guò)W1-W3-W2井煤層識(shí)別剖面

2 應(yīng)用效果

在明確沉積模式的基礎(chǔ)上，通過(guò)開展疊前同時(shí)反演、波形特征變化、地震反射結(jié)構(gòu)特征研究進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，并結(jié)合井約束疊后地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)煤層預(yù)測(cè)技術(shù)，對(duì)含煤地層優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層進(jìn)行描述，最終落實(shí)儲(chǔ)層變化特征及尖滅點(diǎn)位置，并對(duì)巖性圈閉進(jìn)行精細(xì)刻畫。

運(yùn)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)煤層刻畫成果與疊前反演預(yù)測(cè)剖面疊合可以看到(圖7)，W5井鉆前認(rèn)為P7層為高概率煤層發(fā)育區(qū)，已鉆井證實(shí)該層發(fā)育多套薄煤層；P11b層鉆前認(rèn)為薄煤層發(fā)育概率高，且砂體有一定厚度及規(guī)模，鉆后發(fā)現(xiàn)在該層砂體主體部位厚度超過(guò)20 m，其下部發(fā)育薄煤層，鉆后認(rèn)識(shí)與鉆前預(yù)測(cè)吻合度較高，結(jié)合巖石物理正演分析及統(tǒng)計(jì)學(xué)煤層識(shí)別成果能夠?qū)ι顚雍簝?chǔ)層有更準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。

圖7 東海陸架盆地西湖凹陷平北地區(qū)過(guò)W3-W5-W2井儲(chǔ)層預(yù)測(cè)與煤層識(shí)別剖面

針對(duì)目標(biāo)區(qū)平下段的反射特征分析認(rèn)為，順凹槽方向?yàn)槎梯S較連續(xù)前積充填型地震相，而順斜坡方向?yàn)殚L(zhǎng)軸連續(xù)丘形充填型地震相(圖8)。

圖8 東海陸架盆地西湖凹陷平北地區(qū)順凹槽(a)、順斜坡(b)地震反射結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)這一特征在地震剖面上進(jìn)行砂體追蹤并刻畫其厚度(圖9a)，對(duì)比反演雕刻砂體厚度(圖9b)，二者清晰地表現(xiàn)出洼槽內(nèi)砂體厚度增厚、上傾變薄的特征，與古地貌特征及區(qū)域控砂模式吻合。通過(guò)砂體地震反射結(jié)構(gòu)特征刻畫與波形變化特征，能夠進(jìn)一步夯實(shí)砂體預(yù)測(cè)的可靠性，與反演彈性屬性描出的砂體平面具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖9 東海陸架盆地西湖凹陷平北地區(qū)沉積體反射特征追蹤砂體厚度(a)及P11b砂體預(yù)測(cè)厚度(b)

通過(guò)將該方法應(yīng)用于W區(qū)，鉆探的兩口探井均實(shí)現(xiàn)油氣發(fā)現(xiàn)，方法可靠性得到有效證實(shí)。

3 結(jié)論

研究區(qū)主要目的層平湖組沉積環(huán)境較為復(fù)雜，薄砂體多層疊置、煤層發(fā)育，儲(chǔ)層預(yù)測(cè)及刻畫難度極大。在前期認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，本次研究通過(guò)針對(duì)目標(biāo)的深層保幅寬頻處理，進(jìn)一步提高基礎(chǔ)資料的品質(zhì)，通過(guò)構(gòu)造背景、層序沉積類型、砂體控制因素及巖性圈閉發(fā)育模式的指導(dǎo)，充分考慮疊后、疊前反射特征在不同維度對(duì)巖性體刻畫的敏感差異，運(yùn)用砂體的疊前縱橫波速比低值異常和煤泥互層的疊后低阻抗異常特征，優(yōu)選合適的反演方法聯(lián)合預(yù)測(cè)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，并最終形成了地質(zhì)—物探相結(jié)合的深層含煤地層巖性圈閉綜合預(yù)測(cè)技術(shù)系列。在該技術(shù)系列應(yīng)用基礎(chǔ)上部署的新鉆井取得了重大突破，進(jìn)一步證實(shí)了該方法的可靠性及適用性。

致謝：對(duì)所有為平北地區(qū)含煤地層巖性圈閉識(shí)別做出貢獻(xiàn)的單位及個(gè)人致以衷心感謝！