鶯歌海盆地深層“暗點”型隱蔽圈閉識別方法

潘光超 鄧 勇 范彩偉 朱沛苑 吳 濤

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057)

1 概況

鶯歌海盆地位于海南隆起區與昆嵩隆起區之間，是南海北部大陸架邊緣西區的NW向新生代大型走滑—伸展含油氣盆地[1]，包括鶯東斜坡、鶯西斜坡、中央坳陷等一級構造單元。中央坳陷又進一步分為鶯歌海凹陷、臨高凸起和河內凹陷等亞一級構造單元。其中，鶯歌海凹陷發育了大量串珠狀排列的泥—流體底辟構造，其分布區域通稱“中央底辟帶”[2-4]。中央底辟帶自下而上發育中中新統梅山組(二段、一段)、上中新統黃流組(二段、一段)、上新統鶯歌海組(二段、一段)及第四系樂東組多套儲蓋組合[2]。受新近紀后期盆地快速沉降、大規模泥—流體底辟作用及熱流體活動影響，中央底辟帶及圍區廣泛發育高溫超壓環境[3]。

研究及鉆探證實，鶯歌海盆地淺層砂巖速度、密度等巖石物理參數普遍低于泥巖。當砂巖含氣后，縱波速度進一步變小，從而與圍巖的波阻抗差異增大，在地震剖面上形成很強的地震反射異常，即通常所說的“亮點”(兩強波峰夾一強波谷地震反射，表征低阻抗砂巖儲層)。二十世紀九十年代，借助于高分辨率二維地震資料，利用“亮點”技術，在中央底辟帶淺層(鶯歌海組—樂東組)發現了一批常溫常壓氣田[5]。借鑒淺層“亮點”技術勘探經驗，2010年利用重新處理的高品質三維地震資料，在東方1-1構造西翼針對黃流組強振幅地震反射(“亮點”)鉆探的Y1-X14井獲得了成功。之后，根據“亮點”反射特征進一步分析和精細評價，發現了東方A、B兩個高溫超壓大氣田[6，7]。通過實踐總結出的“亮點”技術，雖然區分超壓氣層和含氣水層比較困難，但用于識別儲層不失為一種有效的方法。根據“亮點”特征落實超壓層系有利目標成為共識[8]，但隨著勘探的深入，中深層“亮點”型目標所剩無幾，盆地陷入后備油氣目標嚴重不足的困境。

為了進一步尋找、評價深層高溫超高壓領域油氣勘探目標，2013年底至2014年初，先后在盆地東方區和樂東區分別部署了兩口井，即Y1-X6井和Y23-X1井。兩口井的鉆探結果揭示，低頻強振幅“亮點”反射目的層并不是預期的砂巖儲層，而是低速泥巖(速度明顯低于背景泥巖)[8](圖1)，勘探再次陷入僵局。由此，辨明高溫超高壓領域含氣儲層地震反射特征成為在深層獲得油氣勘探突破的關鍵。

圖1 鶯歌海盆地儲層與低速泥巖地震反射特征對比圖

本文通過巖石物理特征分析及正演模擬，明確了盆地深層高溫超高壓領域含氣儲層地震反射特征以“暗點”型及兩波谷夾一強波峰的“亮點” 型為主。在深層儲層整體低孔、低滲及相同圍巖條件下，“暗點”型目標儲層物性通常要好于“亮點”型，因而，其勘探意義更大。在此基礎上，針對“暗點”型目標識別難點，提出了“暗點”目標識別三步法，并且將該技術應用到樂東S區，成功發現樂東10-X“暗點”型目標。經鉆探揭示，預測結果與實鉆結果一致，證實了該方法的可行性和有效性，值得進一步推廣。

2 “暗點”型目標勘探前景及難點

鶯歌海盆地作為全球三大高溫高壓盆地之一，地層巖石物理特征變化規律復雜。選取盆地中鉆探較深、鉆遇地層較全、測井資料較齊全的鉆井數據開展儲蓋層成巖演化分析。結果發現：砂巖速度隨著埋深的增加呈逐漸變大的趨勢。其中，在淺層砂巖速度呈線性增加趨勢，在深層速度變化率逐漸減小，速度變化趨勢逐漸趨于平緩。由于受快速沉降、底辟發育、高溫高壓、低速泥巖等因素的影響，泥巖縱橫向速度變化規律相對復雜。其中，淺層泥巖速度隨著埋深的變化呈逐漸變大的趨勢；隨著壓力系數逐漸增大，中深層泥巖速度出現反轉，即從某一深度開始出現泥巖速度隨深度增加而減小的現象。由于不同地區超壓界面發育深度不同，盆地內不同地區泥巖速度的反轉深度也不相同。砂、泥巖的巖石物理特性表明，淺層砂巖總體表現為低速度、低密度、低阻抗特征。隨著深度增加，壓實作用逐漸增強[8，9]，砂、泥巖波阻抗值逐漸接近。在中深層高溫超高壓領域，由于砂巖速度隨埋深呈現逐漸增大的變化規律，而泥巖速度隨深度增加而逐漸減小，由于低速泥巖的存在，使砂巖速度遠大于泥巖速度成為必然，最終導致砂巖與泥巖波阻抗大小相當，甚至砂巖波阻抗超過泥巖[10]。

依據盆地淺、中、深層砂、泥巖巖石物理特征變化規律，建立了如圖2a所示速度模型。巖石物理參數從左到右采用漸變式，與盆地內深度由2800m逐漸增加到4800m砂、泥巖變化規律相符。具體參數為上覆泥巖從左到右速度由3600m/s逐漸減小到2800m/s，密度由2.55g/cm3逐漸增加到2.62g/cm3；下伏砂巖從左到右速度由2800m/s逐漸增加到4200m/s，密度由2.25g/cm3逐漸增加到2.50g/cm3。基于以上模型，通過波動方程有限差分算法進行正演模擬。模擬結果(圖2b)顯示，淺層含氣儲層地震反射特征表現為兩強波峰夾一強波谷的“亮點”(波谷亮點，表征低阻抗砂巖儲層)。隨深度增加，壓實作用增強，地震反射強度逐漸變弱直至呈現“暗點”(砂、泥巖波阻抗大小接近)，而隨著低速泥巖的出現，地震反射強度由弱逐漸增強，最終到一定深度呈現兩強波谷夾一強波峰的“亮點”(波峰亮點，表征高阻抗砂巖儲層)。

圖2 含氣儲層地震正演模擬分析

對深層鉆遇的高阻抗砂巖儲層的波峰“亮點”進行流體替換的正演模擬分析(圖3)發現，隨著孔隙度的增加，波峰“亮點”型目標地震反射強度逐漸減弱，逐漸向 “暗點”型轉變。通過以上分析可以看出，在深層儲層整體低孔、低滲及相同圍巖條件下，“暗點”型目標儲層物性通常要好于“亮點”型(波峰“亮點”)，由此明確了“暗點”型隱蔽圈閉在深層油氣勘探中的研究意義。

圖3 Y10-3A井含氣儲層段不同孔隙度流體替換正演模擬

在實際生產實踐中，在盆地深層曾鉆遇了多套“暗點”型儲層。圖4a為Y30-1A井在鶯歌海組二段鉆遇的一個典型 “暗點”型水道砂體，埋深為3930～4080m，在疊后地震剖面上表現為弱振幅、弱連續反射特征，儲層具有厚度(118m細砂巖)大、砂地比高(81%)、物性好(孔隙度為13%～22%，均值為20%；滲透率為1.5～20mD，均值為10.5mD)的優點。圖4b為Y10-1A井在黃流組一段底部鉆遇的一套“暗點”型氣層，與下伏“亮點”型高阻抗砂巖儲層相比， “暗點”型氣層同樣具有儲層厚度大、物性好的優點。通過以上實鉆案例分析可以看出，“暗點”型目標在盆地深層具有廣闊的勘探前景。

盡管“暗點”型目標勘探意義大，但識別難度同樣很大，具體表現在：①“暗點”型儲層地震反射特征表現為弱振幅、弱連續，與泥巖相似，從疊后地震數據體上難以識別，僅依靠疊后地震數據體上地震同相軸的連續性很難準確刻畫砂體范圍；② “暗點”型目標砂、泥巖縱波阻抗接近，常規的疊后反演方法無法預測儲層。因此，解決“暗點”型隱蔽圈閉識別問題成為深層油氣勘探的關鍵。

圖4 鶯歌海盆地鉆遇的暗點型水道砂體(a)及氣層(b)地震剖面

3 “暗點”型目標識別方法

在一定程度上，與炮檢距有關的振幅變化會影響在疊后地震數據上僅依靠絕對振幅的大小預測儲層及其含氣性的 “亮點”技術的應用效果。例如，淺層低阻抗含氣砂巖被高阻抗頁巖所覆蓋，由于在近道具有較大的法向入射反射系數，而遠道數據反射波振幅隨入射角增大而增加，因而在全疊加地震剖面上表現為非常強的“亮點”特征，對于這種AVO類型的儲層通過“亮點”識別的烴類效果顯著。但當蓋層介質與含氣儲層之間波阻抗差較小而使法向入射反射振幅中等或較弱時，由于在共中心點(CMP)道集中可能出現相位反轉，導致在全疊加剖面呈現較小的反射振幅。在這種情況下，無論預測儲層還是儲層含氣性問題，“亮點” 等技術都將無能為力。本文所討論的正是這種非亮點含氣儲層或非亮點AVO響應的識別問題[11]。

研究AVO異常的相關論文較多，并且有很多成功應用的實例。然而，這些文獻主要偏向于“亮點”而不是“暗點”或弱振幅地震異常的AVO異常分析。這可能有兩個方面的原因： ①全疊加地震數據中非“亮點”型儲層肉眼識別困難，而亮點儲層則比較容易識別，因此對這些儲層進行AVO分析較多； ②非“亮點”AVO分析較多地受制于資料信噪比和速度問題，道集優化難度大[11]。雖然論點②有一定的合理性，但易形成一種錯誤概念，即AVO技術只適用于“亮點”型目標，對于非“亮點”型目標，則不需要作AVO分析。這種錯誤概念在某種情況下限制了AVO異常在油氣勘探開發中的作用，從而使勘探家們失去了一種使用傳統地震解釋方法以外的技術去發現新的勘探目標或評估已有目標的機會。但是,采用AVO分析非“亮點”地震反射是否出現了“非常規”響應，即一些背離背景的AVO異常同樣是很重要的[11]。

3.1 “暗點”型目標FN屬性刻畫技術

根據定義，“暗點”是由于烴類的存在而導致的全疊加反射振幅變小的現象。Rutherford和Williams[12]將“暗點”歸類到砂、泥巖聲阻抗差趨于零的Ⅱ類AVO響應情況。然而Ⅱ類AVO響應實際上是有一定的響應區間，正如圖5中的兩條曲線所表征的那樣，其中上面一條曲線(黑色實線)具有較小的正法向入射反射系數，對較小的入射角反射波振幅是減小的；對較大的入射角，相位發生反轉，反射波振幅增加。下面那條曲線(黑色虛線)則具有較小的負法向入射反射系數，其振幅隨入射角的增加而增加。基于以上現象，進一步將Ⅱ類AVO響應細分為兩類： 一類為振幅隨炮檢距增加出現相位反轉(Ⅱa類)； 另一類為振幅隨炮檢距增大而正常增加(Ⅱb類)。Ⅱa類響應由于在小入射角和大入射角處有相反的極性，導致全疊加振幅響應趨于零，因而更接近于傳統意義上的“暗點”。Ⅱb類響應全疊加反射振幅介于“亮點”與“暗點”之間，也許既不能解釋為“亮點”，也不能解釋為“暗點”[13]。

圖5 Ⅱ類AVO振幅隨炮檢距變化關系

通過分析穿過界面的局部速度、密度和泊松比的差異可確定地震響應是屬于Ⅱa類還是Ⅱb類。然而，用傳統的AVO屬性剖面(如P×G)檢測Ⅱ類AVO響應中的任何一種都是十分困難的[13]。Ⅱa類響應因為存在相位反轉，P和G的積為負值；Ⅱb類響應由于P趨于零，使得P×G趨于零[14]。

為了優化Ⅱa類和Ⅱb類AVO響應的應用，本文提出通過FN屬性刻畫Ⅱ類AVO響應，即

(1)

式中：an和af分別為近道、遠道的振幅；c1為由響應類型所確定的常數，Ⅱa類響應c1=1，Ⅱb類響應c1=0；θn、θf和θmax分別為限定的角孔徑，由響應類型和相位反轉的位置所確定。

FN屬性等于遠道數據的疊加與近道數據的疊加之差，目的是在減小背景反射響應的同時，使含氣響應得到加強。對于Ⅱb類響應，遠道疊加是有效的，這是因為近道疊加的振幅通常較低(可忽略)。然而，Ⅱa類響應由于遠道數據與近道數據的極性相反，因此，在常規全疊加響應被相互抵消減弱的同時，在FN屬性剖面上含氣響應則表現為加強特征。

已發現的Y30-1A“暗點”型水道砂體在疊后地震剖面上表現為弱振幅、弱連續反射特征(圖4a)，在疊前道集上(圖6)近道表現為波峰反射，遠道表現為波谷反射，存在明顯的極性反轉現象，是一個典型的Ⅱ類AVO“暗點”型儲層實例。

從計算的FN屬性剖面(圖7c)來看，由于FN屬性綜合了近道數據和遠道數據的能量，因而實現了對“暗點”儲層的“亮點”成像。但該FN屬性剖面中存在一個重要問題：上部FN屬性異常代表砂巖儲層，但下部同樣具有水道外觀形態的FN屬性異常代表泥巖。分析原因認為，FN屬性異常主要反映全疊加剖面中無法顯示的Ⅱ類AVO異常，而Ⅱ類AVO異常在識別儲層方面并不存在唯一性，導致FN屬性異常在指示儲層方面也存在多解性。因此在實際應用中需要進一步對具有FN屬性異常的地質體進行巖性預測，以排除由于特殊巖性等非“暗點”型儲層引起的假FN屬性異常。

圖6 過 Y30-1A“暗點”型水道疊前道集AVO特征分析

圖7 Y30-1A井測井剖面(a)及過井“暗點”型水道全疊加數據(b)和FN屬性對比圖(c)

3.2 FN屬性異常巖性預測

通過巖石物理分析(圖8)發現，受壓實作用、地層灰質含量、低速泥巖三者交互影響，深層砂巖儲層縱波阻抗變化很大，利用門檻值難以確定儲層。因此，無法通過縱波阻抗實現“暗點”型目標巖性預測。但本區縱橫波速度比在區分巖性方面效果顯著，高阻抗砂巖儲層和低阻抗砂巖儲層均為低值；正常泥巖和低速泥巖縱橫波速度比均為高值，區分門檻值為1.7。因此，縱橫波速度比可作為“暗點”型目標巖性預測的敏感參數[15]。

圖9為過Y10-1A、Y10-2A、Y10-3A井地震剖面及波阻抗反演剖面，在地震剖面上，既有表征低阻抗砂巖的波谷型“亮點”，又有經Y10-1A井鉆探證實的砂泥巖阻抗接近的“暗點”及表征高阻抗砂巖的波峰型“亮點”。在縱波阻抗剖面上，三者分別表現為低于、相當和高于背景泥巖阻抗的三種砂巖情況，無法通過縱波阻抗對目標體進行儲層預測；但是在縱橫波速度比剖面上，低、中、高阻抗砂巖儲層均表現為低縱、橫波速度比。反演結果與實鉆結果一致，證明了縱、橫波速度比可有效解決“暗點”型隱蔽圈閉巖性預測問題。

圖8 鶯歌海盆地砂泥巖巖石物理分析

3.3 “暗點”型目標物性預測

受壓實作用影響，深層高溫超高壓區域儲層整體以低孔、低滲為主，因此需要進一步對“暗點”型隱蔽圈閉進行物性預測，以確定“甜點”儲層范圍，指導鉆前的井位部署。通過巖石物理分析(圖10)發現，縱波阻抗、橫波阻抗、密度三者對孔隙度均具有一定的指示意義，隨著儲層孔隙度增大，縱波阻抗、橫波阻抗和密度均逐漸減小。其中密度和孔隙度的相關性最好，但是由于 “暗點”型目標普遍埋藏較深，在地震采集過程中，很難獲得遠道地震數據，因此，目前的疊前反演技術很難獲得一個穩定、可靠的密度數據，但是可以獲得可靠、穩定的縱、橫波阻抗信息[16-18]。因此，可以考慮通過縱波阻抗、橫波阻抗和孔隙度的相關性對“暗點”型隱蔽圈閉進行物性預測。

圖9 過Y10-1A、Y10-2A和Y10-3A井剖面

圖10 Y10-3A井孔隙度與縱波阻抗(左)、橫波阻抗(中)和密度(右)交會分析圖

通過以上分析，最終提出針對“暗點”型隱蔽圈閉識別的三步法技術：第一步，暗點識別，利用FN屬性識別出常規疊加剖面上具有Ⅱ類AVO異常的弱反射地震特殊異常體；第二步，巖性識別，利用砂、泥巖縱橫波速度比的差異識別儲層，剔出特殊巖性體造成的假FN屬性異常；第三步，物性預測，利用砂巖孔隙度與縱、橫波阻抗的線性關系對儲層物性進行預測，識別“甜點”儲層。

4 樂東S區應用效果分析

樂東S區位于鶯歌海盆地鶯東斜坡的南段，發育一大型構造脊，油氣運聚條件有利。該區新近系中新統黃流組、梅山組廣泛發育低位域海底扇儲層，與海侵泥巖及淺海泥巖形成良好的儲蓋組合。根據該區砂、泥巖巖石物理特性，推測該區具備發育“暗點”型隱蔽圈閉的基本條件。

利用本文方法，在樂東S區黃流組二段底部發現了一套Ⅱ類AVO異常“暗點”型目標，即樂東10-X異常(設計井位置)。單點AVO分析表明，該異常體在近道數據為波峰反射，隨炮檢距增加，極性發生反轉，在遠道為波谷反射，在全疊加剖面上(圖11左上)表現為弱振幅、弱連續反射特征，無明顯的地質體外觀形態，為一典型的Ⅱa類AVO“暗點”型目標，無法通過常規的全疊加剖面進行落實。通過計算FN屬性剖面及FN屬性沿層切片，結合近道部分疊加數據剖面的解釋，最終對該Ⅱa類AVO“暗點”型目標范圍進行了準確的落實。疊前反演結果(圖11)表明，目標存在明顯的低縱橫波速度比，預測目標為砂巖儲層。進一步通過疊前反演獲得的縱波阻抗對目標砂體進行了物性預測，目標砂體縱波阻抗值低于樂東Y10-1A井鉆探揭示的高阻抗砂巖，預測目標儲層物性好于樂東Y10-1A井揭示的高阻抗砂體。結合該區的石油地質條件及平面屬性特征，鉆前預測該Ⅱ類AVO“暗點”型目標發育物性較好的儲層，同時具備明顯的含油氣特征，為該區有利的勘探目標，值得進一步上鉆評價。

圖11 過樂東S區“暗點”異常體全疊加地震(左上)、FN屬性(右上)、縱橫波速度比(左下)和縱波阻抗剖面(右下)

盡管設計井位置在該異常體構造較低的邊緣部位，但經鉆探證實，該“暗點”型異常體為一套儲層物性及含氣性均較好的氣層，與鉆前預測結果一致，證實了本文方法的有效性和可行性。

5 結論

(1)在鶯歌海盆地深層高溫超高壓領域，受壓實作用及低速泥巖的影響，含氣儲層地震反射以“暗點”或波峰型“亮點”為主；相比表征高阻抗砂巖類型的波峰型“亮點”， 相同圍巖條件下的“暗點”型目標通常儲層物性更好。

(2)針對“暗點”型目標識別難點，通過構建FN屬性總結了針對深層“暗點”型目標三步識別法。利用該方法在樂東S區成功發現一“暗點”型氣藏，證實了方法的可行性和有效性。