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(shí)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(duì)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(shí)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(chǔ)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(shí)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(dòng)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(dòng)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(shí)別研究在恩平17洼識(shí)別出2個(gè)準(zhǔn)二級(jí)層序，進(jìn)一步劃分為6個(gè)三級(jí)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(duì)主力烴源巖段及其展布規(guī)模的認(rèn)識(shí)仍然是籠統(tǒng)的。

2 有利烴源巖的識(shí)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)更好的下部泥巖段，其阻抗值相對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)應(yīng)關(guān)系，凝析油屬自生自儲(chǔ)型原生油氣藏[10]?？紤]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(chǔ)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(duì)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(shí)別的誤差必然放大，要提高巖性識(shí)別效果，需要更精細(xì)的地震層序格架支持，對(duì)洼陷級(jí)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(shí)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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。