低鉆揭洼陷有利烴源巖空間展布地質(zhì)與地球物理綜合識別方法
——以珠江口盆地珠一坳陷恩平17洼為例

彭光榮，龍祖烈，史玉玲，石 創(chuàng)，楊興業(yè)，劉 靈，馬曉楠

1.中海石油(中國)有限公司 深圳分公司，廣東 深圳 518054；2.中海石油 深海開發(fā)有限公司，廣東 深圳 518054

珠江口盆地珠一坳陷已發(fā)現(xiàn)油氣平面上圍繞富生烴凹(洼)陷分布，垂向上主要集中在上構(gòu)造層的漸新統(tǒng)珠海組、中新統(tǒng)珠江組、韓江組中，油氣分布不均衡，油氣聚集表現(xiàn)出顯著的“源控”特征[1]。在番禺4、惠州26及陸豐13等少數(shù)洼陷，已鉆揭較為明確的有效烴源巖段[2-4]，而多數(shù)小洼陷烴源巖鉆揭程度低或尚未鉆揭，有效烴源巖發(fā)育層段不明確，這給新區(qū)、新層系的勘探部署決策帶來困擾。地震反射特征能定性反映烴源巖段沉積保存條件及巖性組合的相對變化，地震相的定性分析是研究區(qū)預(yù)測烴源巖發(fā)育展布的重要依據(jù)，但缺少井約束的烴源巖地震反演預(yù)測結(jié)果仍具有多解性。此外，烴源巖展布預(yù)測思路、方法、標(biāo)準(zhǔn)及認(rèn)識不一，也給油氣勘探風(fēng)險(xiǎn)的鉆前預(yù)測帶來較大的不確定性。

本文以僅有1口井鉆揭烴源巖頂部地層，但已獲得較大油氣儲量發(fā)現(xiàn)的珠一坳陷恩平17洼為例，嘗試建立一套石油地質(zhì)、地球化學(xué)與地球物理相結(jié)合的有利烴源巖展布綜合識別方法，為珠江口盆地(東部)低鉆揭區(qū)的類似研究提供借鑒與參考。

1 烴源巖發(fā)育地質(zhì)背景

珠江口盆地(東部)陸架淺水區(qū)和陸坡深水區(qū)的構(gòu)造演化過程有顯著差異[5]，珠瓊運(yùn)動Ⅰ幕使珠江口盆地進(jìn)入快速裂陷階段，在中央隆起帶兩側(cè)形成NE—NEE向展布的裂陷湖盆群，形成了多個(gè)深水湖盆，沉積了盆地最主要的古近系文昌組傾油型烴源巖；珠瓊運(yùn)動Ⅱ幕使珠江口盆地發(fā)生區(qū)域性的抬升剝蝕，隨后珠江口盆地再次張裂，湖盆范圍擴(kuò)大，但水體變淺，以EW向裂陷為主，沉積了淺湖—三角洲—沼澤相的恩平組油氣兼生型烴源巖[6-8]。恩平17洼位于珠一坳陷最西端，北斷南超，斷陷期沉積受NE向低角度隱伏控洼斷裂控制，是恩平凹陷的主力生烴洼陷(圖1)，在其南部翹傾構(gòu)造帶及西部古隆起構(gòu)造上均已獲得商業(yè)性油氣發(fā)現(xiàn)，油氣主要來源于文昌組半深湖—深湖相和淺湖—半深湖相烴源巖[9-10]。

圖1 珠江口盆地珠一坳陷恩平17洼構(gòu)造位置及地層柱狀圖

恩平17洼文昌組地層最厚約3 km，面積約550 km2，鉆探于南部斜坡的E4井鉆揭文昌組頂部，鉆遇濱—淺湖相烴源巖。地震層序地層單元定量識別研究在恩平17洼識別出2個(gè)準(zhǔn)二級層序，進(jìn)一步劃分為6個(gè)三級層序[11]，地震相研究認(rèn)為北部陡坡帶發(fā)育一系列向北退覆式疊置的扇三角洲砂礫巖體，厚度大，平面展布面積小，與中深湖相泥巖指狀交互[12]，烴源巖具有低頻強(qiáng)振幅連續(xù)反射特征和席狀弱振幅—空白反射兩種地震相特征[13]，盡管生產(chǎn)上根據(jù)沉積層序演化及地震反射特征定性預(yù)測了文昌組不同時(shí)期沉積相類型及分布，但對主力烴源巖段及其展布規(guī)模的認(rèn)識仍然是籠統(tǒng)的。

2 有利烴源巖的識別

2.1 烴源巖沉積特征

恩平17洼文昌組是湖盆快速裂陷階段發(fā)育的以泥質(zhì)巖為主體的砂泥巖地層。斷陷早期沉積的文六段，主要為窄條狀淺水粗碎屑巖沉積；斷陷主體時(shí)期沉積的文五段、文四段、文三段，隨著斷陷不斷加劇，湖盆不斷擴(kuò)大，湖盆總體處于欠補(bǔ)償沉積狀態(tài)，發(fā)育大范圍的半深湖—深湖相泥質(zhì)巖沉積；斷陷晚期沉積的文二段、文一段，隨著湖盆斷陷逐漸減弱，湖盆由欠補(bǔ)償沉積狀態(tài)逐漸演化為均衡、過補(bǔ)償沉積狀態(tài)，雖然湖盆沉積范圍仍在不斷擴(kuò)大，沉積水體卻在不斷變淺，導(dǎo)致半深湖—深湖泥質(zhì)巖沉積范圍縮小，淺水粗碎屑巖沉積逐漸增多。位于恩平17洼洼陷帶的E4井，鉆揭了文一段、文二段及文三段頂部地層，該井文一段上部為濱淺湖灘壩相砂質(zhì)巖與泥巖、砂質(zhì)泥巖互層，中部為半深湖相泥質(zhì)巖及砂質(zhì)泥巖，下部為濱淺湖灘壩相砂質(zhì)巖與泥巖、砂質(zhì)泥巖互層；文二段為半深湖相泥質(zhì)巖夾少量砂質(zhì)泥巖薄層；文三段(未穿)上部為濱淺湖灘壩相砂質(zhì)巖與泥巖、砂質(zhì)泥巖互層，下部為半深湖相泥質(zhì)巖(圖2)。

圖2 珠江口盆地珠一坳陷恩平17洼E4井文昌組巖性組合及其測井響應(yīng)特征

2.2 鉆揭烴源巖巖石物理特征

E4井文一段頂部4 580 m以上地層的巖性組合以砂泥巖互層為特征，泥地比約為28%，伽馬測井值GR在60～180 API高低值之間頻繁交替變化，自4 580 m向下GR的變化區(qū)間明顯變窄，主要在140～160 API高低值間變化，巖性以泥巖為主，泥地比約為70%，巖屑樣品TOC含量為1.25%；自4 680 m往下的文二段，GR值明顯增大，均值在200 API以上，巖屑樣品有機(jī)碳含量為1.61%，表明該深度段鉆遇泥質(zhì)烴源巖的沉積環(huán)境及生烴物質(zhì)基礎(chǔ)較文一段更好，泥地比約為95%；自4 817 m往下的文三段，GR值存在高低值的交替變化，但基線較文二段抬高，也指示了烴源巖較好的沉積環(huán)境，泥地比約為80%。值得注意的是，GR高值巖性段對應(yīng)的聲波時(shí)差曲線也表現(xiàn)為高值特征(圖2)，兩者正相關(guān)特征十分明顯。由于縱波速度與聲波時(shí)差互為倒數(shù)關(guān)系，由此判斷文昌組隨泥質(zhì)含量增加，速度降低，高GR值泥巖段內(nèi)地層為相對低速、低阻抗特征，文昌組烴源巖沉積環(huán)境越好，阻抗值越低。

2.3 地震反演及有利烴源巖的半定量表征

圖3 珠江口盆地珠一坳陷恩平17洼過E4井縱測線方向反演波阻抗剖面

對E4井鉆遇的文昌組不同層段、不同巖性的反演阻抗值統(tǒng)計(jì)表明(圖4)，泥地比相對較低的文一段為一套濱淺湖相沉積，其砂、泥巖阻抗值的分布范圍較寬，分布區(qū)間基本重疊，砂巖阻抗值主要為單峰型分布，泥巖阻抗值具有雙峰型分布特征，烴源巖沉積環(huán)境相對更好的下部泥巖段，其阻抗值相對較低。文二段(4 681～4 817 m)砂泥巖阻抗值分布范圍大多重疊但砂巖分布區(qū)間總體偏大。文三段砂泥巖阻抗值分布范圍與文二段大致相當(dāng)，但砂泥巖分布區(qū)間基本沒有重疊，且泥巖分布具雙峰型特征?？傮w上，烴源巖沉積環(huán)境越好，有利烴源巖段的阻抗值越低，與差烴源巖或非烴源巖段之間的阻抗差異越大，參考E4井反演阻抗值、砂地比及泥地比統(tǒng)計(jì)結(jié)果，將恩平17洼文昌組的反演阻抗體半定量地劃分為4個(gè)區(qū)間，對應(yīng)4個(gè)巖相與阻抗關(guān)系：

圖4 珠江口盆地珠一坳陷恩平17洼E4井古近系文昌組砂泥巖反演阻抗值分布

(1)阻抗值≥1.03×104g/cm3·m/s，濱淺湖相一般烴源巖，砂巖較發(fā)育，砂地比≥40%，烴源巖占比≤50%；

(2)阻抗值為(1.0～1.03)×104g/cm3·m/s，淺湖相一般烴源巖，泥巖發(fā)育，砂地比約為30%，烴源巖占比約為70%；

(3)阻抗值為(0.95～1.0)×104g/cm3·m/s，淺湖—半深湖相有利烴源巖，泥巖發(fā)育，砂地比約為20%，有利烴源巖占比約為80%；

(4)阻抗值<0.95×104g/cm3·m/s，半深湖—深湖相有利烴源巖，泥巖發(fā)育，砂地比約為10%，有利烴源巖占比約為90%；

3 有利烴源巖的空間展布預(yù)測

3.1 有利烴源巖空間展布特征

將地震解釋層面、斷層及地震反演數(shù)據(jù)體進(jìn)行統(tǒng)一時(shí)深轉(zhuǎn)換，利用petrel軟件的建模功能，確定縱向及平面網(wǎng)格劃分方案，建立并網(wǎng)格化構(gòu)造模型，對每個(gè)模型網(wǎng)格進(jìn)行反演阻抗值采樣，根據(jù)前述文昌組烴源巖段的4個(gè)巖相與阻抗關(guān)系，平均阻抗值小于0.95×104g/cm3·m/s的網(wǎng)格為發(fā)育有利烴源巖的網(wǎng)格，大于此值的網(wǎng)格視為發(fā)育一般烴源巖網(wǎng)格，依據(jù)其烴源巖占比，計(jì)算獲得各網(wǎng)格不同類型烴源巖的厚度，最后再累加勾畫不同層段各類烴源巖的空間分布特征。如圖5所示，恩平17洼自文六段向上，有利烴源巖發(fā)育展布范圍逐漸增大，至文三段時(shí)期達(dá)最大沉積展布。

文六段沉積時(shí)期，湖盆范圍相對較小，烴源巖厚度在250 m以上，最厚達(dá)1 000 m以上，集中分布在洼陷西南部(圖5a)，其中有利烴源巖約占80%。文五段至文三段沉積時(shí)期，主要發(fā)育有利烴源巖，自下而上展布范圍擴(kuò)大，文五段厚度分布多在200～800 m之間，體積169.9 km3(圖5b)；文四段厚度分布多在100～600 m之間，體積187.4 km3(圖5c)；文三段厚度分布多在120～420 m之間，體積174 km3(圖5d)，3套有利烴源巖規(guī)模大致相當(dāng)，厚度中心仍位于洼陷西南部。文二段沉積時(shí)期，湖盆水體變淺，烴源巖沉積環(huán)境相對變差，烴源巖厚度多在100～200 m之間(圖5e)，其中有利烴源巖約占50%。從有利烴源巖預(yù)測結(jié)果看，恩平17洼文三段、文四段及文五段烴源巖最為有利。

圖5 珠江口盆地珠一坳陷恩平17洼文昌組有利烴源巖厚度分布

3.2 預(yù)測合理性的地球化學(xué)證據(jù)

烴源巖及其生成原油的地球化學(xué)特征通常具有可比性，原油的地化成因類型及來源分析能間接反推未鉆揭烴源巖的沉積環(huán)境、母質(zhì)類型及發(fā)育層段，并與地質(zhì)沉積分析及地震預(yù)測結(jié)果相互驗(yàn)證以最終明確有利烴源巖的發(fā)育層段及規(guī)模。恩平17洼已發(fā)現(xiàn)原油生物標(biāo)志化合物主要以高C304-甲基甾烷及不同豐度雙杜松烷T化合物含量為典型特征[9]，原油中高豐度C304-甲基甾烷含量被認(rèn)為是源于半深湖—深湖相烴源巖的重要標(biāo)志，烴源巖中較高豐度T化合物與高豐度C304-甲基甾烷的共存，反映了以低等水生生物來源有機(jī)質(zhì)為主的宏觀背景下具有一定豐度陸源樹脂類有機(jī)質(zhì)輸入[2]，據(jù)此判斷，恩平17洼已發(fā)現(xiàn)原油主要來自半深湖—深湖相烴源巖。

值得注意的是，在E4井文昌組文一段泥巖發(fā)育段頂部的4 553～4 559 m地層，鉆桿測試(DST)地層壓力為44.8 MPa，壓力系數(shù)僅為1.04，屬常壓，泥巖段底部的4 641.5～4 653.5 m地層，鉆桿測試地層壓力為67.6 MPa，地層壓力系數(shù)高達(dá)1.486，屬超壓，其成因主要與生烴作用有關(guān)[14]，而且在井深4 617 m的DST測試獲得的凝析油，其原油生物標(biāo)志化合物缺失C304-甲基甾烷，分析認(rèn)為與該井鉆遇的濱—淺湖相烴源巖有較好的對應(yīng)關(guān)系，凝析油屬自生自儲型原生油氣藏[10]。考慮到此類缺失C304-甲基甾烷的原油僅見于洼陷帶文昌組超壓地層邊緣內(nèi)，且主要儲層段位于文一段及文二段兩套不同測井伽馬值泥巖段之間，這類原油應(yīng)來自文一段及文二段濱—淺湖相烴源巖。據(jù)此認(rèn)為，文二段下伏烴源巖才是恩平17洼最有利烴源巖，大量以高C304-甲基甾烷含量為典型特征的原油，只能來自文二段下伏的文三、文四、文五等層段，其沉積環(huán)境主要為半深湖—深湖相，這從地球化學(xué)的角度驗(yàn)證了前述地質(zhì)地球物理預(yù)測結(jié)果，表明該預(yù)測思路方法可行可信。

4 方法討論

地震反射特征基本反映了地層沉積特征及巖性組合的變化，與決定烴源巖生烴潛力的有機(jī)質(zhì)豐度及有機(jī)質(zhì)類型等生烴指標(biāo)并沒有直接關(guān)聯(lián)，但地震沉積學(xué)分析能定性分析沉積環(huán)境相對有利的層段或區(qū)域，原油地球化學(xué)特征所反映的烴源巖沉積環(huán)境及生烴母質(zhì)信息則有助于約束和校正地球物理的預(yù)測結(jié)果。受沉積壓實(shí)及成巖作用等因素的影響，單次地震反演涉及的縱向地層厚度越大，其巖性識別的誤差必然放大，要提高巖性識別效果，需要更精細(xì)的地震層序格架支持，對洼陷級別的研究而言，這意味著非常大的地震解釋工作量。petrel建?？梢栽诳v向上細(xì)分層，平面上細(xì)分網(wǎng)格，地震反演與petrel建模的結(jié)合，可以合理減少地震解釋層面數(shù)，分網(wǎng)格層采用不同的判識標(biāo)準(zhǔn)，在有利烴源巖展布預(yù)測及成圖方面更為靈活。

綜合來看，低鉆揭洼陷有利烴源巖展布預(yù)測方法流程如下：①井震結(jié)合開展層序地層及地震沉積學(xué)分析揭示烴源巖的沉積演化特征，確定目的層縱向低頻阻抗模型，指導(dǎo)約束疊后地震反演，獲得反演阻抗體；②建立不同沉積環(huán)境烴源巖巖相與反演阻抗體半定量關(guān)系；③建立網(wǎng)格化構(gòu)造模型，對每個(gè)模型網(wǎng)格進(jìn)行反演阻抗值采樣，根據(jù)烴源巖巖相與反演阻抗體半定量關(guān)系，預(yù)測有利烴源巖空間展布；④根據(jù)已發(fā)現(xiàn)原油的地化成因類型及來源分析所獲得的烴源巖沉積環(huán)境及生烴母質(zhì)來源信息約束和校正地球物理的預(yù)測結(jié)果。石油地質(zhì)、地球物理與地球化學(xué)的緊密結(jié)合，是解決低鉆揭條件下有利烴源巖展布預(yù)測的必由之路。

5 結(jié)論

(1)烴源巖沉積環(huán)境越好，反演阻抗值越低，與差(非)烴源巖的阻抗差異越大。通過建立烴源巖巖相與阻抗定量、半定量關(guān)系，進(jìn)行相控地質(zhì)建模，能夠?qū)崿F(xiàn)不同沉積環(huán)境類型烴源巖空間展布的定量預(yù)測。

(2)恩平17洼發(fā)育古近系文昌組文三、文四及文五段3套主力烴源巖，文六段有利烴源巖發(fā)育展布范圍相對較小，文二段烴源巖展布范圍較大，但厚度較小、烴源巖沉積環(huán)境相對較差，文一段烴源巖發(fā)育條件最差。

(3)在石油地質(zhì)背景條件基本明確的珠江口盆地各小洼陷，在地震層序分析及地震反演基礎(chǔ)上，結(jié)合已發(fā)現(xiàn)油氣顯示地球化學(xué)特征的對比分析，建立烴源巖巖相與反演阻抗值之間的定量、半定量關(guān)系，進(jìn)而通過地質(zhì)建模確定有利烴源巖的研究方法，具有較好的推廣應(yīng)用前景，有助于快速明確主力烴源巖發(fā)育層段及規(guī)模，預(yù)測各洼陷的資源潛力、成藏組合特征及主力勘探層系。