生物礁灰巖的研究現狀及儲層識別技術

趙健 方石 張新榮

摘 要：生物礁是油氣的有利儲集場所，如何實現油氣區生物礁的精細預測是關注的熱點。生物礁概念及分類等基本問題上的趨向共識可以推動生物礁研究的進展。生物礁與油氣有密切的關系，生物礁的分布、生儲蓋的組合關系是控制油氣分布以及油氣成藏的重要條件之一。著重綜述了油氣區生物礁研究的多方法交互驗證以及精細的儲層預測與描述等新技術、新方法的應用，這是提高礁型油氣藏勘探水平的有效手段。

關 鍵 詞：生物礁；油氣儲層；識別技術

中圖分類號：TE 122 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2016）04-0867-04

Abstract： The reef is a favorable place to reserve oil and gas. How to achieve fine prediction of reefs in the oil and gas area is the focus of attention. Consensus on basic issues such as concepts and classification of reefs can promote the research progress. Reefs have close relationship with oil and gas， as its distribution and the combination of source-reservoir-cap are important to control the oil， gas distribution， and the petroleum-generation system. In this paper， application of new technologies and new methods were summarized， such as methods' interactive validation on reef research and fine prediction and description on reservoir. New technologies and methods are the effective measures to improve the exploration level of reef type reservoir.

Key words： Reef； Oil and gas reservoir； Recognition technology

生物礁內部孔隙和孔洞發育的特點使其顯示良好的儲集性能。生物礁油氣藏在許多國家的油氣儲量中占有較高的比重，如加拿大占60%，墨西哥占70%[1]，所以，明確生物礁與油氣的密切關系，開展有效的生物礁儲層識別技術，對于實現我國油氣的“增儲上產”意義重大。

1 國內外生物礁研究的發展史

1.1 國外生物礁研究的發展史

礁一詞來源于古老的挪威語rif，其含義為脊。從科學的角度對生物礁進行研究始于18世紀末19世紀初，距今已有近200年的歷史。生物礁的研究大致可以劃分為三個階段：起步階段、發展階段、成熟階段。

1.1.1 起步階段（20世紀40年代以前）

1837年達爾文提出環礁成因假說，首次從科學的角度對珊瑚礁的成因進行了闡述，隨后著名地質學家Lyell（1841）， Hall（1862）， Vaughan（1911）和 Cumings（1932）等都分別開展了生物礁的早期研究[2]。主要成果是1916年墨西哥黃金巷等大量生物礁油氣田的發現。

1.1.2 發展階段（20世紀40年代到70年代）

1944年拉特（Ladd）首次引進了礁能抗浪的概念。1950年勞文斯坦（H.A.Lowenstam）從生態方面對礁進行了定義。該階段，生物礁勘探方法、技術的完善及應用，催生了大量的勘探成果。比較典型的是墨西哥波扎·里卡礁型油田以及美國二疊盆地的斯庫瑞礁型油田的發現。

1.1.3 成熟階段（20世紀70年代以后）

Dunham（1970）提出了礁的雙重概念，增加了地層礁的定義。Riding（2002）從生物礁生物來源、碳酸鹽組分以及原地堆積三個方面的特征對生物礁進行了定義[3]。70年代以后地震共深度點法的應用改善了對鹽下地質、構造的了解和認識，出現油氣發現的高峰。90年代里海北部儲量70108 t超大型卡薩岡礁型油田的發現是主要成果[1]。

1.2 國內生物礁研究的發展史

國內的生物礁研究相對較晚，直到1973年我國才初步證明了二疊系確實存在著生物礁。1974年取得突破，在川東二疊系生物礁中發現第一個礁型氣藏。20世紀80年代以后生物礁的研究從二疊系擴展到其他層位。1987年在南海珠江口盆地發現第一個大型礁油田（流花11-1）。2005年在塔中地區坡折帶發現了我國第一個奧陶系超億噸級礁型大油氣田。2006在四川盆地發現了特大型整裝海相氣田-普光氣田，隨后相繼發現龍崗和元壩大型生物礁氣田[4]。

2 生物礁分布規律及與油氣的關系

2.1 生物礁的概念及分類

生物礁由于其形態和構造上的高度復雜性，各國學者對其概念至今持有不同的觀點?，F今最新的，較為普遍接受的是Riding（2002）提出的“由底棲固著生物所形成的本質上是原地沉積的碳酸鹽建造” [2]。

生物礁概念的不統一，導致了生物礁的分類方法較多，如Heckel（1974），Wilson（1975），Riding（1977），庫茲涅佐夫（1983）和范嘉松（1985）等的分類。傳統的分類方案多是根據造礁生物種類、幾何形態以及古地理位置進行劃分，忽略了不同生物建造的相同構造特征的生物礁類型。目前比較有代表性的是由Riding于1977年提出，2002年修改的分類，將生物礁劃分為基質支撐的生物礁、骨架支撐的生物礁以及膠結物支撐的生物礁。

2.2 生物礁發育的主控因素

生物礁的發育與能分泌石灰質的動植物有關，造礁生物群落中生物的發展需要合適的水深、水溫、鹽度、透明度、波浪及海流等條件[3]。同時，生物礁的形成、發育還要受到一定的地質背景條件的控制，主要有海底地形、構造活動以及相對海平面的變化等。

2.2.1環境因素

南北緯30°之間，30～40 m的水深，23～27 ℃的水溫，可延伸到18～30 ℃范圍，含鹽度在30‰～40‰范圍內的條件下造礁珊瑚生長最茂盛，是大部分現代生物礁的生長環境。

2.2.2 相對海平面變化

相對海平面變化其控制著礁體的厚度以及縱向上的連續性。Pomar（1991）研究了西班牙東部馬略卡島中新世晚期的生物礁，提出了按照相對海平面升降速率與礁生長速率的相互關系，將生物礁劃分為三大類，即加積礁、進積礁和退積礁[5]。

相對海平面的上升速率與生物礁的生長速率一致時，水深條件不變，生物礁以加積的形式垂直發育。相對海平面上升速率小于生物礁生長速率時，生物礁發育部位水深逐漸變淺，生物礁露出水面死亡或者向盆地方向逐漸遷移，在合適水深及地形條件下形成新的生物礁，即進積礁。相對海平面上升速率大于生物礁生長速率時，海平面逐漸上升，水深逐漸增大，超過合適水深時，生物礁停止生長或向淺水環境遷移，形成新的生物礁，即退積礁。

2.2.3 海底地形

隆起的海底地形，有充足的陽光、氧氣以及相對安靜的水體，適宜造礁生物群落的生長，所以生物礁往往選擇在地貌高部位進行建造。生物礁形成發育的有利場所主要有陸棚邊緣、坡折帶、盆地內高地或盆地邊緣。

2.2.4 構造活動

從大地構造活動影響的角度看，相對穩定的構造背景有利于生物礁的生長發育。在海平面變化相對穩定的情況下，大地構造沉降的范圍及沉降幅度影響礁的生長，限定礁的形態與厚度[3]。另外，構造活動通過構造影響地形變化間接影響礁的形成過程，如局部隆起、大幅度的明顯撓曲等。

2.3 生物礁與油氣的關系

2.3.1 生物礁的油源條件

曾鼎乾（1988）認為生物礁本身只是良好的儲層，對于油藏的形成，生物礁巖自身生油能力有限。生物礁形成的生態環境使得近源成藏，即烴源巖來源于直接接觸的同期或近期沉積的泥頁巖或石灰巖，成為生物礁油氣藏的優勢。

2.3.2 生物礁的儲層條件

生物礁有良好的孔隙度和滲透率，原生孔隙以及次生孔隙都有良好的儲集性能，由于成巖作用的影響，原生孔隙往往難以保存，次生孔隙是主要的儲集空間。生物礁在形成過程中反復的淹沒與出露水面遭受大氣環境的淋濾使其成為優質儲層。

2.3.3 生物礁的蓋層條件

有泥頁巖或石灰巖等蓋層是生物礁成藏的必要條件。在海侵成礁背景下，成礁末期由于海侵速度加快，水體變深，礁體死亡后伴生的泥頁巖或石灰巖以及在蒸發環境中形成的鹽巖、石膏或致密白云巖都有良好的封閉作用，可以成為理想的蓋層。

2.3.4 生物礁的生儲蓋組合

生物礁有發育良好的生儲蓋組合關系，在研究生物礁油氣藏時，生儲蓋三者的時間和空間上的配置關系同樣重要。生物礁生儲蓋之間的配置關系有“自生自儲”、“下生上儲”、“上生下儲”、“異地生儲”四種關系，其中自生自儲型的近源成藏模式最有利，下生上儲型和上生下儲型次之，異地生儲型最差[6]。

3 生物礁的識別技術

生物礁的巖性、結構、厚度均與周圍的沉積物有所不同。因此，生物礁的測井響應特征以及地震響應特征與周圍地層同樣有所不同。重磁、測井、地震識別等方法是識別生物礁的常用手段。

3.1 重磁法

（1）礁體的重力異常是由礁體和圍巖的巖性、孔隙度和密度差直接引起的，同時也受礁體上覆和下伏地層巖性以及礁體下有無構造存在的影響。通常，由于礁體上覆沉積巖的壓實作用及圍巖圈閉，巖性上的差異會造成礁體在重力上的反映是正異常。在進行油藏勘探時，埋藏較淺的礁體，可利用重力異?？碧?。

（2）生物礁的地磁特性不顯著，產生的磁力異常微弱，因此強的地磁異常不能作為生物礁存在的直接證據。但是強的地磁異常往往能夠反映出基底、大陸架、大陸坡折線、臺地、侵入巖和噴發巖等的地質現象，這些部位常是生物礁的有利發育區。

3.2 測井法

3.2.1 自然伽馬和地層傾角測井識別法

（1）從測井曲線上識別生物礁主要是依靠礁巖巖性在各種曲線上的反映。生物礁的生長環境低陸源物質、低泥質含量的特點，使其在自然伽馬曲線上表現為低值，一般小于15API[3]。

（2）生物礁比四周同期沉積物厚度大，在地層傾角成果圖上的表現為：生物礁以上地層傾向基本不變，傾角逐漸增大。礁體內部表現為傾角、傾向雜亂的模式，或是無矢量點的空白模式。

3.2.2 成像測井識別法

成像測井資料經過處理后可較詳盡、直觀地顯示地層傾角、巖石孔隙、孔洞、層理、裂縫發育等地質資料。生物礁由于成巖后生作用與白云巖化作用，成像測井資料上顯示次生孔隙發育，而非礁碳酸鹽巖則巖性致密，呈現高阻特征。

3.3 地震識別法

3.3.1 地震反射特征

生物礁與圍巖存在地貌及巖石學特征上的差異性，這決定了生物礁地震反射結構的特殊性，可分為以下幾類（圖1）。

（1）造礁生物的快速生長，使得生物礁與四周同期沉積物相比，厚度明顯增大，在地震剖面上外形多呈丘狀或透鏡狀。同時生物礁體與圍巖之間的速度和密度差異使得其界面會產生較強的地震反射，在生物礁的頂部呈現強地震反射特征。

①丘狀和頂界強反射；②雜亂或空白；③底部上凸；④披覆構造；⑤翼部上超；⑥繞射

（2）生物礁是由造礁生物和附礁生物形成的塊狀格架地質體，在地震剖面上內部多表現為斷續、雜亂或無反射空白區等特征。

（3）生物礁底部因生長地質條件的差異會出現不同的反射結構特征：當礁體速度高于圍巖速度時，底部反射界面上凸，反之，底部反射界面下凹。此外，礁體頂界面較強的反射會對底界面造成屏蔽，使得底界面反射變弱或者反射不清楚。

（4）生物礁與圍巖的厚度差異產生的差異壓實作用使生物礁上覆地層產生披覆程度向上遞減的披覆反射現象。

（5）生物礁與圍巖的生長速度不同，沉積厚度相差懸殊，在礁翼部位會出現上超現象，上超點可以作為識別礁體邊緣的標志。

（6）巖性突變點或陡崖帶的邊緣都可以使礁體的邊界內部及基底出現繞射波，可作為識別礁體的標志[7]。

3.3.2 地震屬性識別技術

地震屬性是依靠縱橫向上屬性的強弱或大小的相對變化，劃分沉積相、判斷斷裂帶的展布及其巖性、含油氣性。振幅、相位、速度等是識別中常用的地震屬性參數。

礁灰巖在均方根振幅等振幅屬性平面圖上表現為明顯的弱振幅信息，礁體之外為較連續的層狀地震反射的差異性可以較準確地圈出生物礁體的邊界和分布范圍。

生物礁地震瞬時相位與圍巖有明顯的區別。生物礁疊置性發育與縱橫向不規則分布的特點，使得生物礁在地震瞬時相位上表現為相對雜亂的地震響應特征。

速度類參數，對地層含流體反映比較敏感，生物礁與圍巖在地震速度圖上多表現為高速異常體，在含油氣后會表現為低速異常體。

3.3.3 低頻伴影技術

地層含油氣之后對地震波高頻成分有較強的吸收衰減，地震波的低頻能量相對衰減小。此時油氣藏表現為：在儲層部位能量強或較強，在儲層下方，則低頻能量強，高頻能量弱。該特征可以作為油氣儲層的識別標志[8]。

3.3.4 地震反演技術

地震反演技術可以研究儲層特征的縱、橫向和空間變化，以已有測井、鉆井及地質資料作為約束條件進行基于模型的多參數測井約束地震反演是生物礁儲層識別和描述的優選方法。依據生物礁自然伽馬的低值特性，可以開展擬伽馬地震反演預測生物礁儲層。生物礁巖層波阻抗值與圍巖相比一般顯示高阻抗，含油氣后表現為高阻抗背景下的相對低阻抗，可以作為生物礁儲層含油氣的指示。

3.3.5 地震資料高分辨率處理技術

生物礁非均質性強，內部結構復雜，地震反射受主頻低、頻帶窄等不利因素約束，難以實現高精度識別。對常規地震信號的高分辨率處理能有效地提高其分辨能力[9]。基于高分辨率地震資料反演獲得的阻抗能清晰地描述礁體的內部細節，突出礁體內幕細節，有助于準確圈定優質儲集層。

4 結束語

（1）生物礁在海域和湖域中分布廣泛，它們的生長發育受到環境、海平面升降、海底地形以及構造活動等地質背景的控制。生物礁與油氣關系密切，可以形成礁型圈閉和油氣田。

（2）在目前的生物礁研究中，隨著地球物理手段的發展，多種生物礁儲層識別技術的應用日益深入，生物礁的識別與預測也向多方法的交互驗證的方向發展，借助新技術、新方法精準的預測與描述是提高油氣勘探水平行之有效的手段。

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