砂礫巖巖性油氣藏“甜點(diǎn)”儲層地震預(yù)測技術(shù)及應(yīng)用效果
——以環(huán)瑪湖凹陷西斜坡區(qū)黃羊泉扇體百口泉組二段砂礫巖為例

陳永波，楊超，馬斯駿，茹琦，陳雪珍，王曉輝

（1. 中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院，甘肅蘭州 730020；2. 中國石油玉門油田分公司老君廟采油廠，甘肅酒泉 735200；3. 東方地球物理公司，河北涿州 072750）

0 引言

砂礫巖巖性圈閉是重要的油氣藏圈閉類型之一［1-2］，如美國阿肯色州Walker Creek 油田、加拿大阿爾伯塔斯皮里特河組、阿布扎比東部地區(qū)均發(fā)育砂礫巖巖性圈閉［3-5］。中國準(zhǔn)噶爾盆地環(huán)瑪湖凹陷西斜坡發(fā)育三疊系百口泉組（T1b）扇三角洲前緣亞相砂礫巖巖性圈閉，主要由沉積期及其后的沉積、成巖作用引起的物性變化使砂礫巖儲層物性變好而形成［6］。通過解剖百口泉組二段（T1b2）砂礫巖巖性圈閉油氣藏可知，扇三角洲前緣亞相水下分流河道沉積的孔隙度一般為4.7%～15.3%，平均為8.69%，整體呈“低孔低滲”特征，但砂礫巖局部發(fā)育“甜點(diǎn)”儲層——次生孔隙發(fā)育帶［7］，孔隙度大于10%，并獲得高產(chǎn)工業(yè)油氣流。勘探證實(shí)利用三維地震資料預(yù)測砂礫巖“甜點(diǎn)”儲層存在以下難點(diǎn)：①儲層單層厚度?。?0～20 m）、橫向變化較快、埋深大（3000～4000 m），且儲層與圍巖波阻抗差異小（約1200 g/cm3·m/s），地震預(yù)測難度大；②單井產(chǎn)量高的“甜點(diǎn)”發(fā)育區(qū)受有利相帶、儲層厚度、孔隙度和油源斷裂等四重因素共同控制，利用單一的地球物理方法不能準(zhǔn)確地預(yù)測“甜點(diǎn)”儲層平面分布，同時也受地震資料信噪比低、保幅性差等因素的影響，預(yù)測精度不高，鉆探成功率低［8］。

面對“低孔低滲”砂礫巖巖性油氣藏的地質(zhì)特征，近幾年新疆油田公司在環(huán)瑪湖凹陷西斜坡重點(diǎn)區(qū)塊實(shí)施了“兩寬一高”二次地震資料采集［9］，通過“兩寬一高”地震資料采集、處理和解釋一體化，利用寬方位資料優(yōu)勢，開展炮檢距向量片（OVT）域振幅補(bǔ)償、噪聲壓制、數(shù)據(jù)規(guī)則化和疊前時間偏移，不僅使偏移道集的近、中、遠(yuǎn)炮檢距—振幅關(guān)系一致性更好，而且包含方位角信息，有利于疊前儲層預(yù)測［10］。目前OVT 域疊前偏移數(shù)據(jù)在預(yù)測斷裂、裂縫、薄砂體和碳酸鹽巖巖溶縫洞方面取得了廣泛應(yīng)用［11-12］，但業(yè)界利用OVT域疊前數(shù)據(jù)預(yù)測砂礫巖巖性圈閉“甜點(diǎn)”儲層的研究較少。為此，本文通過分析高產(chǎn)井的砂礫巖“甜點(diǎn)”儲層油氣富集主控因素，以黃羊泉扇體MX1 井區(qū)為例，采用“五步法”逐級控制的測井—地質(zhì)—地震一體化研究思路，利用OVT 域三維地震數(shù)據(jù)體預(yù)測扇三角洲前緣亞相砂礫巖“甜點(diǎn)”儲層的平面分布。利用研究成果部署的預(yù)探井相繼獲得高產(chǎn)工業(yè)油流，證明了研究結(jié)果的實(shí)用性和可靠性。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

瑪湖凹陷是準(zhǔn)噶爾盆地的6 大生烴凹陷之一。瑪湖凹陷西、北、南以斷裂帶為界，東抵夏鹽凸起，凹陷與周緣相對隆起的逆沖斷裂帶和凸起之間形成環(huán)瑪湖凹陷斜坡區(qū)。逆沖斷裂帶和凸起明顯控制扇體的形成，瑪湖凹陷T1b 發(fā)育中拐扇、克拉瑪依扇、黃羊泉扇、夏子街扇、鹽北及夏鹽扇六大扇體［13］，研究區(qū)位于黃羊泉扇（圖1a），三維覆蓋面積為538 km2。環(huán)瑪湖凹陷斜坡區(qū)變形相對弱，呈平緩的單斜，地層傾角約為2°，局部發(fā)育低幅度平臺、背斜或鼻狀構(gòu)造。斜坡區(qū)發(fā)育平行于西北緣斷裂帶的逆斷裂，剖面上斷開層位從P 到T1b，逆斷裂與燕山期形成的正斷裂形成“Y”字型，正斷裂斷開層位為T1b2至J，平面上延伸方向?yàn)榻鼥|西向，具有走滑性質(zhì)［14］。“Y”字型斷裂將與二疊系風(fēng)城組（P1f）油氣運(yùn)移伴隨的有機(jī)酸流體垂向運(yùn)移至T1b2，在由古鼻狀構(gòu)造和層間小斷裂共同構(gòu)成的流體優(yōu)勢運(yùn)移通道內(nèi)，扇三角洲前緣亞相水下分流河道砂礫巖中的鉀長石、巖屑等顆粒發(fā)生溶解而形成次生孔隙儲層——“甜點(diǎn)”儲層發(fā)育區(qū)?！疤瘘c(diǎn)”儲層發(fā)育區(qū)上傾方向被扇三角洲平原亞相致密帶遮擋，側(cè)向被扇三角洲前緣亞相致密砂礫巖、水下分流河道間泥巖構(gòu)成遮擋帶，圈閉頂板層為百口泉組三段（T1b3）湖進(jìn)泥巖，底板層為百口泉組一段（T1b1）扇三角洲前緣亞相致密層或平原亞相砂礫巖致密層及湖泛泥巖，從而為前緣亞相“甜點(diǎn)”儲層成藏形成良好封閉條件［15］。

圖1 研究區(qū)位置圖（a）及T1b 巖性柱狀圖（b）

圖2 BAI75-AIHU1 井連井沉積相剖面（a）及其正演模擬結(jié)果（b）

環(huán)瑪湖凹陷斜坡區(qū)地層發(fā)育較全，其中T1b 厚度為200～250 m，根據(jù)巖性自下而上分為3 段（圖1b）：T1b1，厚度為60～80 m，巖性以厚層灰色砂礫巖、褐色砂礫巖為主，夾薄層棕灰色含礫泥巖；T1b2，厚度為70～90 m，單層厚度為15～20 m，巖性以灰綠色砂礫巖為主，夾棕灰色泥巖，儲層分布相對穩(wěn)定，為主要儲層；T1b3，厚度為70～80 m，巖性為薄層灰綠色砂礫巖與泥巖互層，為有利蓋層。目前已發(fā)現(xiàn)的油藏主要分布在T1b2扇三角洲前緣亞相水下分流河道砂礫巖“甜點(diǎn)”儲層中。T1b與下伏二疊系烏爾禾組（P2w）呈不整合接觸，與上覆三疊系克拉瑪依組（T2k）呈整合接觸。

2 五步法“甜點(diǎn)”儲層預(yù)測法

2.1 T1b 地震相特征及目標(biāo)處理方法選擇

唐勇等［16］對環(huán)瑪湖凹陷斜坡區(qū)T1b 扇三角洲沉積體系的水槽模擬實(shí)驗(yàn)表明，在T1b1、T1b2和T1b3三個沉積階段由于湖平面上升而形成一種退積層序，不同層序之間呈明顯的上超現(xiàn)象［17］。由BAI75-AIHU1井連井沉積相剖面（圖2a）可見，地層自下而上，隨著水體不斷擴(kuò)大，扇體由湖心向物源方向退積，表現(xiàn)為：T1b1為低位域，以扇三角洲平原亞相為主，僅在AIHU1井處局部發(fā)育扇三角洲前緣亞相；T1b2沉積期水體擴(kuò)大，平原亞相向物源方向后退，整體以扇三角洲前緣為主，僅在BAI75井發(fā)育一套褐色致密平原亞相砂礫巖；T1b3為高位域，以泥巖為主。根據(jù)圖2a 設(shè)計二維地質(zhì)模型，選取主頻為35 Hz 的雷克子波作為震源，采用波動方程法進(jìn)行正演模擬。正演模擬結(jié)果（圖2b）表明：扇三角洲平原亞相的T1b 厚度大于λ/4（λ為波長），呈弱振幅—空白反射；扇三角洲前緣亞相的T1b 厚度為15～20 m（等于λ/4）時，呈中—強(qiáng)振幅、中—高頻、平行連續(xù)反射，與泥巖形成互層反射，儲層向上傾方向超覆，反映了從下向上的水進(jìn)過程。根據(jù)圖2，選用OVT 域“分相帶道集疊加”技術(shù)對T1b 精細(xì)處理［18-20］。圖3 為過BAI75-AIHI1 井OVT 域分相帶道集疊加和常規(guī)全道集疊加的疊前時間偏移剖面。由圖可見：在OVT 域分相帶道集疊加的疊前時間偏移剖面（圖3a）上，T1b的平原亞相呈較弱振幅、中—低頻反射，連續(xù)性較差，前緣亞相呈中—強(qiáng)振幅反射，連續(xù)性較好，與圖2b 相似；常規(guī)全道集疊加的疊前時間偏移剖面（圖3b）反射特征與圖2b 不相似。因此，本文利用OVT 域資料預(yù)測沉積相帶和“甜點(diǎn)”。

圖3 過BAI75-AIHI1 井OVT 域分相帶道集疊加（a）和常規(guī)全道集疊加（b）的疊前時間偏移剖面

2.2 T1b 古地貌恢復(fù)及扇三角洲亞相邊界刻畫

2.2.1 古地貌恢復(fù)

古地貌控制著T1b 各段的沉積相帶分布，沉積相帶則決定有利相帶和儲層分布，精確恢復(fù)古地貌是刻畫T1b 沉積扇體邊界及預(yù)測有利儲層的基礎(chǔ)。由于T1b 為連續(xù)沉積，因此利用高分辨率層序地層學(xué)地層厚度法恢復(fù)T1b 各段沉積前古地貌背景［21-22］，在小時窗內(nèi)利用鉆井資料與OVT 域三維地震資料精細(xì)標(biāo)定合成記錄，結(jié)果（圖4）表明：T1b1底為波峰（最大值），振幅強(qiáng)、連續(xù)性好，易追蹤，與下伏P2w 呈不整合接觸；T1b2底為波峰下沿（零值點(diǎn)），振幅較強(qiáng)、連續(xù)性較好，較易追蹤，與T1b1頂呈整合接觸；T1b3底為波峰下沿（零值點(diǎn)），振幅較強(qiáng)、連續(xù)性較好，較易追蹤，與T1b2頂呈整合接觸；T1b3沉積末期形成最大湖泛面，T1b3頂為波峰上沿（零值點(diǎn)），振幅強(qiáng)、連續(xù)性好，易追蹤，與上覆T2k 呈整合接觸。待T1b 層位精細(xì)標(biāo)定后，應(yīng)用全局自動地震層序地層解釋技術(shù)解釋地震剖面，該技術(shù)基于地震波形相似性及地質(zhì)一致性的價值函數(shù)，利用地震—地質(zhì)一體化聯(lián)合分析的思想對地震三維數(shù)據(jù)體進(jìn)行空間解構(gòu)，通過數(shù)學(xué)算法直接從三維數(shù)據(jù)體中得到地質(zhì)模型，然后從地質(zhì)模型中提取層位。剖面解釋結(jié)果（圖4）表明，全局自動追蹤層位為相位“零值點(diǎn)”或波峰（谷），比人機(jī)交互解釋的層位細(xì)節(jié)準(zhǔn)確、豐富。從三維地層模型中抽取T1b2底、頂界的t0差值，再乘以T1b2層速度值，可得到T1b2厚度圖，從而恢復(fù)T1b2沉積前的古地貌。圖5 為T1b2沉積前古地貌。由圖可見：平面上分為低隆區(qū)（紅、黃色，厚度為60～66 m）和平臺區(qū)（綠、藍(lán)色，厚度為66～80 m），低隆區(qū)主要分布于BAI19-BAI64-BAI75 井周邊，在BAIWU1、HUANG3 井間存在一條溝谷；西南方向?yàn)槠脚_區(qū)，主要分布于BAI65-AIHU2-AIHU3 井周邊，為砂礫巖體卸載提供了空間。

圖4 T1b 標(biāo)定及剖面解釋結(jié)果的局部放大

圖5 T1b2沉積前古地貌

2.2.2 扇三角洲平原、前緣亞相邊界刻畫

鉆井資料表明，分布于古地貌低隆區(qū)的BAIWU1、HUANG3 和BAI75 等井的T1b2單井相為扇三角洲平原亞相，平臺區(qū)分布的BAI65、AIHU2、AIHU1 和MA18 等井的單井相為扇三角洲前緣亞相。結(jié)合圖2、圖3a 的地震響應(yīng)特征提取T1b2均方根振幅屬性圖（圖6）?？梢?，平面上低隆區(qū)的均方根振幅較低（藍(lán)、綠色），儲層不發(fā)育，平臺區(qū)的均方根振幅較高（黃、紅色），儲層較發(fā)育。將圖5 和圖6 疊合，結(jié)合單井相特征得到T1b2扇體亞相預(yù)測結(jié)果（圖7）：低隆區(qū)發(fā)育扇三角平原亞相，平臺區(qū)發(fā)育扇三角洲前緣亞相［23］，兩者的分界線位于MA14-BAI64-BAI75 井一線；在BAIWU1、HUANG3 井間存在一條溝谷，受其控制在前緣亞相發(fā)育水下分流河道及其分支，控制前緣相朵葉體的分布，從而形成砂礫巖體卸載區(qū)。

圖6 T1b2均方根振幅屬性圖

圖7 T1b2扇體亞相預(yù)測圖

2.3 疊前反演

2.3.1 優(yōu)質(zhì)儲層厚度預(yù)測

根據(jù)鉆井儲層物性、電性和試產(chǎn)結(jié)果，把T1b2分為優(yōu)質(zhì)儲層和非儲層兩大類。優(yōu)質(zhì)儲層電阻率值為25～30 Ω·m，密度為2.35～2.47 g/cm3；孔隙度為8%～15%，滲透率為0.1～1000 mD，試油獲日產(chǎn)油10 t 以上，巖性為扇三角洲前緣亞相水下分流河道灰色、灰綠色砂礫巖。非儲層分別為平原亞相的致密砂礫巖和泥巖，孔隙度小于6%，無油氣顯示。圖8 為T1b2儲層縱橫波速度比（VP/VS）與縱波阻抗交會圖。由圖可見：優(yōu)質(zhì)儲層的波阻抗值與泥巖、致密儲層嚴(yán)重交叉，利用波阻抗值不能區(qū)分；優(yōu)質(zhì)儲層的VP/VS小于1.75，可以利用VP/VS預(yù)測優(yōu)質(zhì)儲層。開展疊前AVA 參數(shù)反演時，首先將炮檢距道集轉(zhuǎn)化為角度道集，同時滿足T1b 的AVO 變化特征；然后按角度區(qū)間3o～12o、12o～21o 和21o～30o疊加，得到3 個分角度疊加地震數(shù)據(jù)體；最后同時聯(lián)立求解不同角度地震數(shù)據(jù)體，通過最小化實(shí)際地震道集與合成地震記錄道集之間的差異，反演縱、橫波阻抗和VP/VS。

圖8 T1b2儲層VP/VS與縱波阻抗交會圖

圖9為過BAI75-AIHU1井T1b 的VP/VS反演剖面。由圖可見：BAI75井位于扇三角洲平原亞相，VP/VS大于1.75，T1b2優(yōu)質(zhì)儲層不發(fā)育；AIHU1井位于扇三角洲前緣亞相，VP/VS小于1.75，T1b2優(yōu)質(zhì)儲層較發(fā)育，呈“透鏡體狀”。

圖9 過BAI75-AIHU1 井T1b 的VP/VS反演剖面

根據(jù)儲層的橫向延伸范圍、儲層頂、底的雙程旅行時及反射層速度（4000 m/s）得到儲層厚度（圖10）?？梢姡浩矫嫔螧AI75、BAI59、BAI64 井位于扇三角洲平原亞相，VP/VS大于1.75，優(yōu)質(zhì)儲層不發(fā)育；扇三角洲前緣亞相發(fā)育水下分流河道，VP/VS小于1.75，優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育，共有16個巖性圈閉，儲層厚度為0～30 m，優(yōu)質(zhì)儲層分布面積為4.80～34.4 km2，累計面積達(dá)231.5 km2。

圖10 T1b2優(yōu)質(zhì)儲層厚度圖

2.3.2 孔隙度平面預(yù)測

利用疊前地震數(shù)據(jù)反演孔隙度時，將疊前反演的縱、橫波阻抗、密度、AVO 屬性作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入數(shù)據(jù)，與測井孔隙度進(jìn)行交叉驗(yàn)證并優(yōu)選屬性。交叉驗(yàn)證的基本原理為N+1個屬性的多屬性變換的預(yù)測誤差必須不大于N個屬性的多屬性變換預(yù)測誤差。交叉檢驗(yàn)的目的就是尋找最優(yōu)屬性，并將最優(yōu)屬性輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，利用概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（PNN）方法訓(xùn)練，最終反演儲層孔隙度參數(shù)［24］。圖11 為T1b2孔隙度平面圖。由圖可見，扇三角洲平原亞相孔隙度小于6%，扇三角洲前緣亞相優(yōu)質(zhì)儲層厚度（圖10）與孔隙度呈正相關(guān)，水下分流河道砂礫巖孔隙度為10%～16%。

2.4 油源小斷裂剖面、平面展布預(yù)測

圖12 為不同方法的小斷裂識別成果。由圖可見：①斜坡區(qū)T1b2、T1b3發(fā)育正斷裂，斷距為10～15 m，斷面陡傾（傾角為70o～80o）。上述正斷裂與下伏海西期逆斷裂呈“Y”型搭配，將P1f烴源巖垂向運(yùn)移至T1b 砂礫巖優(yōu)質(zhì)儲層內(nèi)，從而形成“甜點(diǎn)”儲層（圖12a）。②在地震剖面（圖12b）的斷點(diǎn)處（A、B、C、D、E、F）同相軸輕微撓曲，具有“層斷波不斷”特征。③在第三代相干體屬性剖面（圖12c）上各斷點(diǎn)不清晰。④在沿T1b 頂提取的第三代相干體屬性平面圖（圖12d）上斷裂展布方向也不明顯。⑤本文根據(jù)地震道及其相鄰道的變差三分量建立梯度結(jié)構(gòu)張量矩陣，由矩陣特征值計算斷裂屬性（圖12e、圖12f）量化斷裂結(jié)構(gòu)特征［25］。如：圖12e 中A、B、C、D、E、F 處的斷點(diǎn)清晰；圖12f 中發(fā)育兩組斷裂（一組為近南北向，平行于西北緣斷裂；另一組為近東西向，為走滑斷裂），在縱、橫向切割扇三角洲前緣亞相砂礫巖巖性圈閉，為油氣垂向運(yùn)移至巖性圈閉的疏導(dǎo)斷層。

圖12 不同方法的小斷裂識別成果圖

2.5 “甜點(diǎn)”儲層預(yù)測成果

根據(jù)T1b 砂礫巖成藏特征，“甜點(diǎn)”儲層發(fā)育區(qū)受相帶、優(yōu)質(zhì)儲層厚度、孔隙度和油源斷裂等四個關(guān)鍵要素控制，因此以T1b2頂面構(gòu)造圖為背景，采用疊合分析法確定“甜點(diǎn)”儲層發(fā)育區(qū)。分析認(rèn)為，扇三角洲前緣亞相的儲層厚度、孔隙度高值區(qū)及存在油源斷裂的部位為“甜點(diǎn)”儲層發(fā)育區(qū)。圖13 為T1b2“甜點(diǎn)”儲層分布及后驗(yàn)井平面分布圖。由圖可見，共預(yù)測了18 個“甜點(diǎn)”區(qū)，面積為2.9～15.9 km2，累計面積達(dá)126.9 km2。

圖13 T1b2 “甜點(diǎn)”儲層分布及后驗(yàn)井平面分布圖

3 應(yīng)用效果

采用“五步法”逐級控制的研究思路，預(yù)測了研究區(qū)T1b2砂礫巖“甜點(diǎn)”儲層平面分布范圍，部署的一批探井獲得了工業(yè)油流，如AIHU2、MA18、MA14、BAI65 等井在T1b2“甜點(diǎn)”儲層獲得10 t/d以上的油流。為了驗(yàn)證“五步法”的合理性及可靠性，根據(jù)有利相帶、優(yōu)質(zhì)儲層厚度、孔隙度、油源斷裂和油氣單井產(chǎn)量五個指標(biāo)（每個指標(biāo)權(quán)重為20%），對比、分析了預(yù)測結(jié)果與5 口探井的實(shí)鉆結(jié)果（表1）。結(jié)果表明，T1b2“甜點(diǎn)”儲層預(yù)測結(jié)果最終吻合率達(dá)92%，預(yù)測精度較高，可指導(dǎo)該區(qū)的勘探、開發(fā)。

表1 研究區(qū)T1b2“甜點(diǎn)”儲層預(yù)測精度

4 結(jié)論

環(huán)瑪湖凹陷西斜坡區(qū)T1b2發(fā)育砂礫巖“甜點(diǎn)”儲層，油氣高產(chǎn)富集主要受扇三角洲前緣亞相有利相帶、優(yōu)質(zhì)儲層厚度、孔隙度和油源斷裂四重因素共同控制。利用“分相帶道集疊加”O(jiān)VT 域技術(shù)精細(xì)處理T1b目標(biāo)，為儲層預(yù)測奠定了資料基礎(chǔ)。對OVT 域三維地震資料進(jìn)行全三維自動地震層序解釋，精細(xì)地恢復(fù)了古地貌，結(jié)合單井相、地震屬性準(zhǔn)確刻畫了扇三角洲亞相邊界。通過疊前反演預(yù)測優(yōu)質(zhì)儲層的厚度、范圍和孔隙度，利用結(jié)構(gòu)張量矩陣特征值構(gòu)建斷裂屬性數(shù)據(jù)體，從而預(yù)測油源斷裂剖面、平面展布特征，其中扇三角洲前緣亞相的儲層厚度、孔隙度高值區(qū)及存在油源斷裂的部位為“甜點(diǎn)”儲層發(fā)育區(qū)。采用“五步法”逐級控制研究思路預(yù)測砂礫巖“甜點(diǎn)”儲層平面分布范圍，根據(jù)有利相帶、優(yōu)質(zhì)儲層厚度、孔隙度、油源斷裂和油氣單井產(chǎn)量五個指標(biāo)，對比、分析了預(yù)測結(jié)果與實(shí)鉆結(jié)果，預(yù)測結(jié)果最終吻合率達(dá)92%，預(yù)測精度較高，可指導(dǎo)該區(qū)的油氣勘探與開發(fā)。