地層圈閉油氣成藏有效性評價方法
——以渤海灣盆地濟陽坳陷為例

安天下

(1.中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司勘探開發研究院，東營 257001；2.中國地質大學(北京)地球科學與資源學院，北京 100083)

當前，中外對油氣資源的需求日益增加，隨著勘探程度的不斷提高，石油地質工作者勘探重點逐漸轉向以往油氣勘探過程中相對非重點的油藏類型，比如地層類、巖性類、致密油等類型油藏[1-3]。同時，受國際油氣價格持續走低影響，加之勘探難度不斷加大，如何針對這些特殊類型圈閉建立適用性強的圈閉成藏有效性評價方法，對于規避勘探投資風險和優選勘探部署有重要指導作用。前人研究認為，地質風險的科學評價是圈閉成藏有效性方法建立的核心內容，關于圈閉成藏地質風險的確定主要從“生、儲、蓋、圈、運、保”等六要素進行總結歸納，對影響地質風險的關鍵要素也開展過大量研究，均取得了一定的成果，但往往缺乏統一性和科學合理的量化賦值標準[4-5]。近年來，眾多學者雖然在中外多個含油氣盆地建立了相關的地質風險或含油氣概率定量評價標準或方法，但針對性相對較弱，尤其在勘探實踐中對于某一特殊類型圈閉缺乏有效的適用性，而涉及地層類圈閉的成藏有效性評價方法更加少見[6-7]。因此，開展地層圈閉成藏有效性評價方法及標準的建立具有重要意義，也是當前勘探階段實現高效勘探的必然要求。

濟陽坳陷是中國東部含油氣盆地的典型代表，已進入隱蔽油氣藏勘探階段[8-9]，地層圈閉是重要的勘探類型之一，主要指儲集層上傾方向直接與不整合面相切被封閉所形成的圈閉[10]。因該類油藏距油源較遠，成藏條件要求相對苛刻，勘探地質風險也相對較大。研究表明，地層油藏勘探潛力較大，在含油氣盆地中最終的探明比例可占到總探明儲量的50%以上[11-12]。但截至目前，濟陽坳陷地層油藏探明儲量比例(8.3%)遠低于世界平均水平(43.0%)，而資源評價和預測結果表明地層類油藏探明最大期望值達到15×108t，勘探潛力巨大[13]，但近年來的勘探成功率較低，亟需建立地層圈閉成效性評價方法，來提高勘探效益。

現以濟陽坳陷已發現地層油藏為基礎，通過對成功及失利探井對比分析，明確地層圈閉成藏有效性評價的地質條件及要素，結合探井成功率及其影響程度的對比來確定地質風險要素的分級及權重，最終利用地質風險概率法建立地層圈閉成藏有效性的評價方法體系。

1 地層圈閉成藏地質風險分析

1.1 成藏地質風險分析思路

在對濟陽坳陷地層目標失利原因分析的基礎上，結合地層油藏成藏規律及主控因素[14-15]，建立了地層圈閉失利地質原因流程和方法。具體思路是：從控制地層圈閉成藏的主要地質條件出發[16-18]，確定6個相對獨立的地質風險條件(即生油條件、儲層條件、蓋層條件、圈閉條件、運聚條件、保存條件)，結合濟陽坳陷近年來勘探實踐和地層圈閉成藏地質規律，主要選擇從儲層因素、輸導體系、圈閉有效性、油氣充滿程度入手，在此基礎上，選取各類條件相近的成功和失利探井開展對比分析，逐一排除相同要素，從而明確地層圈閉成藏有效性評價的主要地質風險。

1.2 地層圈閉成藏地質風險確認

1.2.1 地層圈閉失利的關鍵因素分析

利用上述方法，對“十一五”以來76口盆緣地層失利探井進行了系統總結，其中因輸導性差失利探井占比49.4%，因構造低部位失利探井占比22.2%，因封堵性差失利探井占比17.3%，因儲層條件差而失利探井占比11.1%(圖1)。由此可見，導致盆緣地層圈閉失利的主要原因有4個，即輸導條件差、構造低部位、封堵性差、儲層條件差，其中輸導條件差是地層圈閉鉆探失利的關鍵因素。

圖1 “十一五”以來地層圈閉探井失利地質原因統計

1.2.2 地層圈閉成藏主控因素分析

同時，對濟陽坳陷已發現地層油藏的富集規律分析發現，有利的鼻狀構造或斜坡邊緣正向構造帶以及與大斷層溝通良好的地區是油氣聚集的有利場所。說明了構造背景以及有利斷層的輸導也是影響地層圈閉油氣成藏的非常重要的地質要素。

綜合以上分析認為，運聚匹配條件、保存條件、圈閉條件及儲層條件等4個地質條件是控制濟陽坳陷地層圈閉油氣成藏的關鍵，也是地層圈閉成藏有效性評價的主要地質風險。

2 地層圈閉成藏有效性評價方法

2.1 地質風險要素分級劃分

地質風險要素的量化本質上是為了從數學角度反映其對圈閉成藏的控制程度。地質要素量化標準的科學性與否，是建立整個評價方法體系的基礎。而確定某一地質條件包含的地質要素的量化標準既可以參考現有的國家或行業標準，同時也可以通過對工區的基礎資料綜合分析來確定。針對濟陽坳陷實際資料較多的情況，在實際資料分析的基礎上進行量化分級。

地質風險要素有兩個層次的意義：一是影響圈閉成藏可靠性方面的地質風險要素，包括斷層輸導方式、距油源斷層距離、直接蓋層厚度、蓋層巖性、頂/底板條件及儲層孔隙度等，以上要素越好，表明圈閉越可能聚集油氣，對于這類地質風險要素可采用“探井鉆探成功率分級法”進行分級劃分；二是描述圈閉的規模、品位方面的地質風險要素，包括圈閉面積、資源量、儲集層厚度等，以上要素越好，說明圈閉規模越大、品位越好，可采用“累計概率曲線法”分級取值[13,19]。下面以4個地質條件中的7個要素為例來說明評價標準的劃分及取值過程。

2.1.1 運聚匹配條件

(1)油源斷層輸導方式。盆緣地層油藏油氣運聚規律研究表明，成藏過程中油源斷層主要通過3種方式進行油氣輸導，即斷層垂向、側向及走向方式輸導。統計了已探明盆緣地層油藏儲量不同斷層輸導方式所占的比例(圖2)，發現垂向輸導方式比例大，其次為斷層側向輸導，最小的為斷層走向輸導。因此，按照當前勘探認識劃分了油源斷層輸導方式3個分級標準(表1)。

圖2 地層油藏探明儲量不同斷層輸導方式分布

(2)距油源斷層距離。從地層油藏分布規律及成藏主控因素研究可知，距油源斷層的距離是影響圈閉成藏的關鍵要素。為此統計50余個地層圈閉成功和失利的探井距油源斷層平面距離的關系(圖3)。從圖3可以看出，隨著距油源斷層平面距離的加大，盆緣地層圈閉失利越來越多，通過其與鉆探成功率關系研究，以5 km間隔對距油源斷層距離這一地質風險要素進行標準分級(表1)，距離<5 km時，鉆探成功率為60.0%，設定為一級；距離在5～10 km時，鉆探成功率為50.0%，設定為二級；距離為10～15 km時，鉆探成功率為41.6%，設定為三級；距離大于15 km時，鉆探成功率為16.7%，設定為四級。

圖3 地層圈閉距油源斷層距離分級評價劃

2.1.2 保存條件

(1)直接蓋層厚度。直接蓋層厚度指一套儲蓋組合的直接蓋層厚度，厚度越大，圈閉成藏概率越大。當直接蓋層厚度小于5 m時，對于成藏是非常不利的(圖4)，參考不同蓋層厚度對應探井成功率的比例，制定了蓋層厚度4級評價標準，具體為：蓋層厚度>20 m為一級，在10～20 m為二級，在5～10 m為三級，<5 m為四級(表1)。

(2)側向封堵條件(頂底板條件)。地層圈閉類型分為兩種，一種是地層剝蝕型，另外一種是地層超覆型。對于地層剝蝕型圈閉，側向封擋條件就是頂板條件，也就是蓋層條件，所以與蓋層的評價標準分級相同；而對于地層超覆型圈閉，側向封擋條件有泥巖、碳酸鹽巖、變質巖及火成巖等巖性。根據已鉆探井資料，不同巖性的側向封擋條件對應的鉆探成功率不同：泥巖為59.4%、碳酸鹽巖為35.3%、變質巖為31.8%，火成巖的樣本數少，參考以上結果，確定了側向封擋條件的4級評價標準(表1)。

圖4 地層圈閉蓋層厚度分級評價劃分圖

2.1.3 圈閉條件

靶點高差/圈閉幅度。圈閉幅度越大，表示圈閉成藏后含油高度可能越大，含油充滿度越高。探井靶點埋深與圈閉高點埋深距離越近，探井成功概率越大，為此統計了80余個盆緣地層圈閉的圈閉幅度和探井靶點深度及圈閉高點埋深數據，將靶點與圈閉高點差與圈閉幅度比值劃分為≤0.25、0.25～0.5、0.5～0.75及0.75～1.00等4個分級區間，比值越小表示離圈閉高點越近，探井成功的概率越大。以此確定了靶點距圈閉高點距離與圈閉幅度比值的評價分級標準(表1)。

2.1.4 儲層條件

(1)儲層孔隙度。儲層孔隙度可直接反映油氣能否進入儲層而成藏，通過對80余個盆緣地層圈閉進行了統計分析，當儲層孔隙度大于30%時，鉆探成功率為66.7%，當儲層孔隙度為25%～30%，鉆探成功率為54.6%，當儲層孔隙度為15%～25%時，鉆探成功率為41.7%，當儲層孔隙度≤15%時，鉆探成功率為11.1%，據此將儲層孔隙度分級標準劃分為4級(圖5，表1)。

圖5 地層圈閉儲層孔隙度分級評價劃分圖

(2)儲層厚度。儲層厚度越大，表示圈閉能裝的油氣越多。為此統計了80余個盆緣地層圈閉的儲層厚度數據，并制作了其不同區間的分布柱狀及概率分布圖(圖6)。按同樣的分級評價思路，當累計概率值為75%時，對應的儲層厚度為25 m，因此可將>25 m作為儲層厚度的一級取值標準；累計概率值為50%時，儲層厚度為15.0 m，可將25.0～15.0 m作為二級取值標準；累計概率值為25%時，儲層厚度為15.0 m，可將15.0～5.0 m作為三級取值標準；≤5.0 m作為四級取值標準。由此，確定了儲層厚度這一地質要素的評價分級標準(表1)。

按照以上思路，建立了濟陽坳陷地層圈閉地質風險評價標準(表1)，確定了運聚匹配條件、保存條件、圈閉條件及儲層條件共計10個地質要素的風險評價標準和取值。其中，除運聚匹配條件中的構造背景和輸導方式以外，其他地質要素均劃分為4個評價等級，評價取值分別為：一級取值為1，二級取值為0.75，三級取值為0.5，四級為0.25；構造背景和輸導方式兩個地質要素主要劃分為3個評價等級，評價取值分別為：一級取值為1，二級取值為0.75，三級取值為0.5。各地質要素的評價級別越高，對應的評價取值越高，代表的意義是地層圈閉油氣成藏的概率越高，勘探地質風險越小。

圖6 儲層厚度評價分級區間劃分

表1 地層圈閉地質風險評價標準

2.2 地質風險要素權系數確定

地質風險評價中每一個地質條件中地質要素對成藏條件的影響程度不一樣，而地質要素權重系數的含義就是從量化角度來說明該要素在油氣成藏過程中的重要性或者影響程度。權系數確定的合理性也直接影響到最終評價方法的有效程度。對于權系數的確定方法有很多，應用比較多的是“專家打分法”[20-21]，但這種主要依靠的地質專家主觀對地質條件的認識程度和勘探實踐經驗，并且不同專家評價的結果往往差異較大。除此之外，還有“相關分析法”、“模糊判別方法”等[22-23]。目前研究更傾向于利用統計學方法來確定參數權值[24]。為了能夠更客觀的確定不同地質要素的權重系數，基于濟陽坳陷大量的探井資料，主要采用“探井鉆探成功率影響程度差異對比法”來確定權重系數。具體思路如下。

(1)假定某一地質條件中包含n個地質要素，首先確定該地質條件中的某一地質要素樣本的范圍，統計范圍內總探井數N總，再按不同級別將樣本范圍進行劃分，統計各級樣本范圍內獲得成功的探井數量N成，即可求出不同級別樣本范圍內探井成功率P。

P=N成/N總

(1)

(2)經過(1)后，將會得到該地質條件中第i個地質要素不同級別樣本的平均成功率Pi，最大值為Pimax，最小值為Pimin，二者相減獲得第i個地質要素各級樣本平均成功率最大差值ΔPi：

ΔPi=Pimax-Pimin

(2)

(3)經過步驟(2)后，即可獲得該地質條件中n個每個地質要素的平均成功率最大差值ΔPi(i=1，2，…，n)。求出每個地質要素成功率最大差值ΔPi占所有地質要素平均成功率最大差值總和ΔP總的比例，作為該地質要素的權系數Wi。

(3)

Wi=ΔPi/ΔP總

(4)

以儲層條件為例，包括2個地質要素，即儲層孔隙度、儲層厚度。對于儲層孔隙度，樣本點分布在≤40%，孔隙度小于15%范圍內，探井成功率為21.1%；15%～25%，探井成功率為27.8%；25%～30%，探井成功率為52.4%；≥30%范圍內，探井成功率為66.7%。就儲層厚度而言，樣本點中大多數儲層厚度都在2～50 m，2～5 m內的儲層厚度，探井成功率為34.8%；5～15 m內的探井成功率為39.1%；15～25 m內的探井成功率為50.0%；≥25 m范圍內的探井成功率為52.6%(圖7)。孔隙度各區間探井成功率最大差值為45.6%，儲層厚度各區間探井成功率最大差值為17.8%，因此，對比這兩個要素，孔隙度對圈閉地質風險的影響程度要比儲層厚度大。那么，儲層孔隙度和儲層厚度各區間探井成功率最大差值和為45.6%+17.8%=63.4%；這樣，就可以確定儲層條件中儲層孔隙度的權系數為45.6%/63.4%=0.7；儲層厚度的權系數為17.8%/63.4%=0.3(表2)。按照這樣的思路，確定了所有地質條件中不同地質要素的權重系數(表1)，同地質風險評價標準的分級及取值意義相似，確定的權重系數數值越大，代表該地質要素對于地層圈閉油氣成藏的影響越大，勘探的地質風險越小。

圖7 地層圈閉儲層厚度變化圖

2.3 地質風險評價標準及方法建立

通過以上對盆緣地層圈閉成藏地質風險要素分級標準和權系數的確定，建立了濟陽坳陷的盆緣地層圈閉地質風險評價方法，實現了對盆緣地層圈閉地質風險的定量評價。

總結以上盆緣地層圈閉地質風險評價標準及方法的建立過程，具體如下：①根據盆緣地層圈閉的成藏特點，確定地質風險評價的地質條件。②根據每個地質條件的地質意義，確定每個地質條件包括的地質要素。③綜合運用探井成功率分級法和累計概率曲線分級法，劃分各地質條件所包含的每個地質要素的分級標準。④利用“鉆探成功率影響程度對比法”確定每項地質條件的權系數。⑤最后，運用地質風險概率方法的通用公式[25]，可對具體的盆緣地層圈閉進行成藏可能性進行定量評價。

(5)

(6)

式中：fi為第i類地質條件的地質風險評值；n為地質條件的個數；Ri為第i類地質條件的要素個數；fij為第i類地質風險中第j個地質要素的地質風險評值；aij為第i類地質風險中第j個地質要素的權重系數。F為盆緣地層圈閉成藏有效性評價值。

3 成藏有效性評價方法校驗

3.1 樣本的選取

運用已建立的盆緣地層圈閉成藏有效性評價方法及標準，對近年來年的10個盆緣地層圈閉新鉆探井樣本進行了地質風險評價。這些地層圈閉樣品并未參與過評價方法的建立，同時這些圈閉位于濟陽坳陷的各個地區，具有一定的代表性，根據盆緣地層圈閉成藏有效性評價方法及標準的要求，對上述10個盆緣地層圈閉探井樣本進行石油地質綜合研究，對成藏有效性評價要素進行分析和填寫，完成了盆緣地層圈閉地質風險評價參數表(表3)。

3.2 地質風險評價方法校驗

根據選取的地層圈閉樣本，對已建立的盆緣地層圈閉成藏有效性評價方法及標準進行驗證(表4)。

以JP2圈閉為例進行說明。該圈閉的運聚匹配條件評價值=構造背景評價值×0.4+輸導運移方式評價值×0.2+距油源斷層距離評價值×0.4。JP2地層剝蝕圈閉處于于繼承性發育的鼻狀構造，這一地質要素取值為1；輸導運移方式為垂向運移，評價值為1；距油源斷層距離參數值為4.9 km，其評價值取值為1，由上述分析可知運聚匹配條件評價值為1；保存條件評價值=直接蓋層厚度評價值×0.2+蓋層巖性評價值×0.4+側向封堵條件(頂板條件)評價值×0.4，JP2圈閉的直接蓋層厚度為50 m，取值為1；蓋層巖性為泥巖，取值為1；頂板條件為館陶組泥巖，取值為1，由上述分析可知保存條件評價值為1。圈閉條件評價值=地震控制程度評價值×0.2+探井控制程度評價值×0.2+靶點距高點距離(高差/圈閉幅度)評價值×0.6。JP2圈閉區為“十一五”以來一次采集三維地震資料，其評價取值為0.75，鉆探控制程度為鄰塊有井，且鉆遇油氣層，取值為1，靶點距高點距離(高差/圈閉幅度)為0.225，取值為1，由上述分析可知圈閉條件評價值為0.95。儲層條件評價值=孔隙度評價值×0.7+儲層厚度評價值×0.3，JP2圈閉的儲層孔隙度為29%，取值為0.75，儲層厚度為20.0 m，取值為1，故儲層條件評價值為0.825。由上述研究可知，圈閉的成藏有效性評價值=運聚匹配條件評價值×保存條件評價值×圈閉條件評價值×儲層條件評價值，從而可知JP2圈閉的成藏有效性評價值為0.784。根據上述思路，對其余9個盆緣地層圈閉進行了成藏有效性評價，結果如表4。

表3 地層圈閉成藏有效性評價方法校驗地質要素表

表4 地層圈閉成藏有效性評價地質要素綜合分析及鉆探結果表

利用本次建立的盆緣地層圈閉成藏有效性方法及標準對10個鉆探的盆緣地層圈閉進行計算，從計算結果和鉆探結果對比來看，綜合評價值>0.5的均能成藏，解釋油層或獲得油流，而<0.5的僅見熒光顯示或未見顯示，綜合分析，確定綜合評價值0.5作為判識地層圈閉成藏有效性的界限。

4 結論

(1)影響盆緣地層圈閉成藏有效性的地質條件主要包括運聚匹配條件、保存條件、圈閉條件和儲層條件等4類地質條件，共計包含構造背景、輸導方式、距油斷層距離、直接蓋層厚度、蓋層巖性、側向封擋條件、可靠程度、靶點高差/圈閉幅度、孔隙度及儲層厚度等10個地質風險評價要素。

(2)利用鉆探成功率法、累計概率曲線法及探井成功率影響程度對比法能夠有效確定各地質條件中不同地質要素的分級標準及權重系數，最終利用地質概率風險方法建立了濟陽坳陷盆緣地層圈閉地質風險評價體系。

(3)運用近年來10個盆緣地層圈閉探井樣本檢驗評級方法有效性的結果表明，綜合評價值>0.5的盆緣地層圈閉基本上均成藏，綜合評價值<0.5的地層圈閉僅見油氣顯示或干井，可以將綜合評價值0.5作為判識地層圈閉成藏有效性的界限，建立的分析方法和標準能夠滿足當前濟陽坳陷盆緣地層圈閉勘探需求。