亓亮高平
(勝利油田分公司物探研究院,山東 東營(yíng) 257022)
東營(yíng)凹陷灘壩砂巖發(fā)育層段呈典型的砂泥巖薄互層結(jié)構(gòu),儲(chǔ)層具有隱蔽性強(qiáng)、橫向變化大、單層厚度較薄、埋藏較深、局部地區(qū)含灰質(zhì)白云質(zhì)的特點(diǎn)。由于地震資料分辨率相對(duì)較低,灘壩砂巖發(fā)育層段頂?shù)自诘卣鹌拭嫔峡梢苑直?,其?nèi)部為中弱振幅、較差連續(xù)性、或無反射,致使灘壩砂巖儲(chǔ)層地震識(shí)別及預(yù)測(cè)難度大。針對(duì)灘壩砂巖油藏的勘探難點(diǎn),確立了基礎(chǔ)地質(zhì)研究與儲(chǔ)層描述技術(shù)發(fā)展并重的工作思路,通過深入研究,逐漸形成了系統(tǒng)的技術(shù)系列:①逐步完善古地貌恢復(fù)技術(shù)方法,實(shí)現(xiàn)了古地貌背景的準(zhǔn)確恢復(fù);②應(yīng)用正演模型技術(shù),基本搞清了不同厚度、不同巖性組合特征的灘壩砂巖儲(chǔ)層的地球物理響應(yīng)特征,建立起了灘壩砂體地震物理響應(yīng)特征與儲(chǔ)層發(fā)育程度的對(duì)應(yīng)關(guān)系和識(shí)別模式;③利用井震資料的相關(guān)性分析,針對(duì)灘壩砂巖發(fā)育特點(diǎn),開發(fā)出相應(yīng)的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)描述方法。有效的推動(dòng)了東營(yíng)凹陷灘壩砂巖油藏勘探。
灘壩砂巖的宏觀分布受古地形控制,東營(yíng)凹陷沙四上沉積時(shí)期,湖泊面積大,湖底地形平坦,淺水區(qū)所占面積大,灘壩砂巖最為發(fā)育。圍繞斷陷湖盆中的古隆起也可發(fā)育湖岸灘壩砂巖,它們以透鏡狀及薄層席狀砂的形式分布于古隆起周圍。
碎屑巖灘壩沉積體系一般形成于開闊的濱淺湖地區(qū),在湖浪或沿岸流的作用下,將鄰近地區(qū)三角洲或其他近岸淺水砂體再搬運(yùn)、沉積而成。根據(jù)本區(qū)砂體產(chǎn)狀及形態(tài),可分為壩砂亞相和灘砂亞相兩種。
圖1 濱淺湖灘壩沉積模式圖
壩砂亞相主要形成于濱淺湖破浪帶由于波浪劇烈變形形成的相對(duì)較粗碎屑沉積,或波浪與沿岸流共同作用的產(chǎn)物。巖性剖面中在一個(gè)沉積旋回中,砂巖層數(shù)少但單層厚度大,單層厚度幾米甚至更厚,一般大于3m,平面上與岸平行的細(xì)長(zhǎng)條帶狀砂體,也可以斜交或與岸相連,可能出現(xiàn)幾排。壩砂是灘壩沉積的主體部分,沉積水動(dòng)力能量最強(qiáng),沉積物不僅粒度最粗,且結(jié)構(gòu)和成分成熟度也最高。巖性以粉砂巖、細(xì)砂巖為主。壩砂的垂向剖面是厚層砂巖與厚層泥巖的互層,砂層層數(shù)少但單層厚度大,幾米甚至更厚,自然電位呈較厚的指狀,產(chǎn)狀為與平行岸線的細(xì)長(zhǎng)條帶砂體。壩砂亞相可劃分為壩主體和壩側(cè)緣微相。
灘砂亞相是發(fā)育于平坦的濱淺湖地區(qū)之上所形成的一套沉積體,一般平行岸線,呈較寬的席狀分布,分布面積大。根據(jù)沉積物類型,碎屑巖灘可以劃分為砂灘、泥灘,泥灘主要形成于水動(dòng)力較弱的、以泥質(zhì)沉積物為主的濱淺湖地區(qū)。在此主要討論的是砂灘。砂灘的垂向剖面是砂巖與泥巖的頻繁互層,砂層層數(shù)多但單層厚度薄,粒序不明顯或呈反序結(jié)構(gòu)。灘砂亞相又可劃分為灘脊、灘席和灘間灣微相(圖1)。
灘壩砂體的形成受物源、古地貌、湖泊水動(dòng)力條件、湖平面升降變化、氣候等多種因素的影響。陸源物質(zhì)供給的多少控制了灘壩砂巖的發(fā)育規(guī)模,根據(jù)古地理位置、物源供給條件以及形成灘壩的水動(dòng)力條件,可把東營(yíng)凹陷中發(fā)育的灘壩劃分成三種沉積模式[1-2]。
①湖岸線拐彎處灘壩沉積模式
在斷陷湖盆發(fā)育的早期,如東營(yíng)凹陷沙四段時(shí)期,湖盆剛剛形成不久,由于湖岸線的拐彎變化,造成沿岸流和湖浪能量的消耗,使得經(jīng)淘洗的砂粒沉積下來,形成平行岸線伸展的長(zhǎng)條狀湖岸砂嘴,并逐步發(fā)展為條帶狀灘壩。這些灘壩沉積物由成分和結(jié)構(gòu)成熟度均高的砂巖和粉砂巖組成,常顯示下細(xì)上粗的反韻律。
②水下古隆起處灘壩沉積模式
斷陷湖盆水下古隆起的成因主要包括以下三種類型,即構(gòu)造活動(dòng)造成的隆起、火山噴發(fā)形成的隆起以及持續(xù)性古地形隆起。一般來說,這些隆起相對(duì)遠(yuǎn)離陸源碎屑供給區(qū),多受湖浪和岸流的綜合作用,局部發(fā)育鮞?;?guī)r和生物灰?guī)r,構(gòu)成鮞粒灘和生物灘。砂體在平面上圍繞古隆起呈環(huán)帶狀展布,在古隆起的最高部位以沉積灘壩為主,壩砂體不發(fā)育。電阻率曲線特征表現(xiàn)為低阻。
③開闊淺湖灘壩沉積模式
這類灘壩位于平均枯水面與浪底之間。當(dāng)垂直岸線或斜交湖岸的波浪由湖盆中央向湖岸運(yùn)動(dòng)時(shí),波浪觸及浪底,形成升浪,并繼續(xù)向岸方向運(yùn)動(dòng)形成碎浪,波浪能量消耗較大,使得較粗粒碎屑沉積下來,形成開闊淺湖灘壩。此類灘壩由淺灰色粉、細(xì)砂巖及泥質(zhì)粉砂巖構(gòu)成,砂粒分選和磨圓均較好,有時(shí)可見一些鮞粒。砂體在平面上的展布形態(tài)多垂直或斜交于岸線分布,電阻率曲線特征表現(xiàn)為低阻,稀疏齒狀特征。
東營(yíng)凹陷灘壩砂巖發(fā)育段巖性組合主要為砂泥巖薄互層,局部地區(qū)含有灰質(zhì)、白云質(zhì)成分。根據(jù)鉆井統(tǒng)計(jì),灘壩砂體埋深多在2000~4050米之間,灘壩砂巖發(fā)育段厚度在50~250米之間,壩砂厚度一般為3~5米厚,最大可達(dá)15米,單個(gè)壩體面積平均0.7km2,具有橫向變化大、單層厚度薄的特點(diǎn)。
灘壩砂巖發(fā)育段在地震上表現(xiàn)為連續(xù)性較差的弱反射或無反射,僅有厚度較大的壩砂才能形成獨(dú)立的反射;地層灰質(zhì)含量較高時(shí),表現(xiàn)為強(qiáng)振幅、較連續(xù)席狀反射[3]。根據(jù)灘壩砂巖發(fā)育特點(diǎn),綜合考慮單層厚度、泥巖隔層、砂巖層數(shù)以及砂巖總厚度等多種因素,設(shè)計(jì)不同的模型進(jìn)行正演模擬,結(jié)果表明,地震波形、振幅、頻率特征,既與目的層上下背景地層的巖性及其組合方式有關(guān),也與目的層段的地層巖性及其組合方式有關(guān)[4-5]。提取各類屬性參數(shù)曲線分析認(rèn)為,灘壩砂巖地震響應(yīng)特征受多種地質(zhì)、地球物理因素的影響,單一地震屬性很難實(shí)現(xiàn)對(duì)灘壩砂巖儲(chǔ)層的預(yù)測(cè),需要通過攻關(guān)研究,開發(fā)針對(duì)性的地質(zhì)、地球物理預(yù)測(cè)配套技術(shù)。
古地形地貌是控制盆地沉積相類型與平面分布的主要因素之一,通過對(duì)盆地沉積時(shí)期古地形的恢復(fù)可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)灘壩砂巖的宏觀分布范圍,圈定有利相帶發(fā)育區(qū),可以為儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提供重要依據(jù)[6]。
圖2 東營(yíng)西部沙四純下古地形恢復(fù)圖
高精度古地貌恢復(fù)技術(shù)流程是:首先選取等時(shí)基準(zhǔn)面(即0標(biāo)準(zhǔn)層);其次分別進(jìn)行深度及巖性校正,對(duì)壓實(shí)系數(shù)不同導(dǎo)致的深度變化進(jìn)行恢復(fù),恢復(fù)出當(dāng)時(shí)沉積的真實(shí)厚度;再進(jìn)行差異構(gòu)造校正,包括剝蝕補(bǔ)償和對(duì)同生斷層上下盤沉積差異作出補(bǔ)償?shù)臄鄬有U齼蓚€(gè)方面;最后綜合各種基本地質(zhì)圖件,同時(shí)結(jié)合古今構(gòu)造發(fā)育特點(diǎn)等求取本區(qū)的背景系數(shù),做出背景校正。
相標(biāo)志既是用來進(jìn)行古環(huán)境分析的重要依據(jù),也是用于判斷古地形地貌恢復(fù)正確與否的重要標(biāo)志。如坡積、殘積相一般出現(xiàn)在正地形;沖積扇一般則出現(xiàn)于高地的邊緣的正負(fù)地形過渡帶;河流沉積、三角洲、湖泊等大量沉積相產(chǎn)于負(fù)地形。如果古地形恢復(fù)結(jié)果和這些相標(biāo)志吻合一致,說明各項(xiàng)校正參數(shù)取得合適。此外,也可根據(jù)砂巖等厚圖、地層等厚圖中等厚線的變化趨勢(shì),也可以指示地形變化趨勢(shì)。一般來講,等厚線向上游方向有不斷變窄的趨勢(shì),越向下游則越寬(尤其是等厚線及低值等厚線),說明在上游的地勢(shì)陡,下游的地勢(shì)則相對(duì)要緩一些。支流與主流間交匯的銳角指向一般朝下游方向。古地形恢復(fù)結(jié)果,應(yīng)符合上述沉積規(guī)律[7]。將用殘留地層厚度法和高精度古地貌恢復(fù)法得到的古地貌恢復(fù)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn),后者較前者更加符合灘壩砂巖的平面分布規(guī)律,與實(shí)際鉆井情況吻合程度高。高精度古地貌恢復(fù)結(jié)果為勘探工作者指明了灘壩砂巖宏觀上的展布范圍。
應(yīng)用古地形恢復(fù)技術(shù),恢復(fù)了東營(yíng)西部地區(qū)沙四上純下沉積時(shí)期的古地形,從恢復(fù)的結(jié)果來看,該區(qū)沙四上純下沉積時(shí)期整體處于開闊湖區(qū),古地形平緩,為灘壩砂巖有利發(fā)育場(chǎng)所(圖2)。
基于前面的正演模型研究,優(yōu)選出對(duì)厚層砂巖敏感的頻譜類地震屬性進(jìn)行交匯分析,通過屬性交匯不僅可以用來研究各種屬性之間的相互關(guān)系,保留反應(yīng)儲(chǔ)層信息的屬性及符合地質(zhì)規(guī)則的屬性,挑選出敏感屬性參與屬性分析,從而對(duì)本區(qū)灘壩砂巖儲(chǔ)層開展預(yù)測(cè)[8]。在研究中形成了一套基于地震屬性優(yōu)選預(yù)測(cè)灘壩砂巖的技術(shù)方法。
地震屬性優(yōu)選是基于不同的數(shù)據(jù)體提取多種沿層地震屬性,通過交匯分析選擇出最佳的屬性組合[9]。該項(xiàng)技術(shù)是在以往基于同相軸的單一地震屬性儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,從而改進(jìn)了單一地震屬性在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方面存在的不足,其流程如下:(1)鉆井統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)層厚度;(2)提取地震屬性,從振幅體提取多種地震屬性;(3)地震屬性與儲(chǔ)層厚度相關(guān)性分析;(4)根據(jù)相關(guān)性大小,優(yōu)選出與儲(chǔ)層厚度相關(guān)性較大的屬性;(5)通過采取線性相關(guān)或者是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)算法,將鉆井統(tǒng)計(jì)的儲(chǔ)層厚度與優(yōu)選出的多個(gè)屬性進(jìn)行擬合計(jì)算,從而最終得到儲(chǔ)層預(yù)測(cè)結(jié)果[10],確定出灘壩砂巖發(fā)育邊界。
在基本明確東營(yíng)凹陷灘壩砂巖宏觀分布及發(fā)育邊界的基礎(chǔ)上,探索產(chǎn)能較高的壩砂儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)方法,是下一步灘壩砂巖油藏勘探的重要方向。以利津地區(qū)為例,通過從實(shí)鉆井的離散反射系數(shù)序與灘壩砂巖儲(chǔ)層發(fā)育段的對(duì)比中發(fā)現(xiàn),兩者有著良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,基于此進(jìn)行了實(shí)鉆井的反射系數(shù)正演模擬,進(jìn)一步明確壩砂在反射系數(shù)剖面上的響應(yīng)特征,在以上研究基礎(chǔ)上,針對(duì)原始地震資料進(jìn)行反射系數(shù)反演,從而得到反射系數(shù)體,通過與實(shí)鉆井的對(duì)比,建立了利津地區(qū)壩砂的反射系數(shù)識(shí)別量板,進(jìn)而對(duì)利津地區(qū)壩砂展開精細(xì)預(yù)測(cè)及描述[11]。
3.3.1 離散型測(cè)井反射系數(shù)特征
從鉆測(cè)井資料出發(fā),尋找可以區(qū)分灘砂和壩沙的物探方法。聲波曲線縱向上存在多個(gè)速度臺(tái)階,每個(gè)速度臺(tái)階產(chǎn)生一個(gè)反射系數(shù),在縱向上生成反射系數(shù)序列,每一個(gè)反射系數(shù)與子波進(jìn)行褶積運(yùn)算,得到地震響應(yīng),通過對(duì)縱向上多個(gè)地震響應(yīng)的疊加,從而形成了井旁道的地震合成記錄。
從利67巖屑錄井和反射系數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系(圖3)來看,反射系數(shù)頻繁出現(xiàn)的層段一般發(fā)育的是灘砂沉積,而在反射系數(shù)序列上分布較稀的地區(qū)一般對(duì)應(yīng)著壩砂發(fā)育段。反射系數(shù)序列基本能反映出灘砂、壩砂的沉積。如果過程反過來,就可以將原始地震轉(zhuǎn)化為反射系數(shù)體,描述灘砂、壩砂(小層)將成為可能[12]。
圖3 利津地區(qū)II砂組灘壩砂巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)相圖
基于這種認(rèn)識(shí),為進(jìn)一步明確灘砂、壩砂與反射系數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,借助正演,進(jìn)行了基于實(shí)鉆井的反射系數(shù)模型正演,以明確灘砂、壩砂在反射系數(shù)剖面上的識(shí)別特征。
3.3.2 基于實(shí)際模型的反射系數(shù)特征
為了進(jìn)一步明確灘砂、壩砂與反射系數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,選取利津地區(qū)具有代表性的利671、利67、利672三口典型井位。從這三口實(shí)際井出發(fā),通過正演模擬,首先構(gòu)建了在實(shí)際地質(zhì)模型約束下的地震反射正演模型,并以此為基礎(chǔ),進(jìn)行反射系數(shù)反演,從而得到對(duì)應(yīng)的反射系數(shù)剖面(圖 4)。
圖4 基于實(shí)鉆井的正演示模擬剖面與反射系數(shù)剖面對(duì)比圖
在研究中發(fā)現(xiàn)當(dāng)正演模型不含噪音時(shí),厚層壩砂在反射系數(shù)剖面上有明顯響應(yīng),而當(dāng)正演模型含噪音時(shí),反射系數(shù)剖面對(duì)于壩砂的識(shí)別精度會(huì)降低。具體呈現(xiàn)如下規(guī)律:(1)在地震資料無噪音的情況下,通過反射系數(shù)反演處理,可識(shí)別最小厚度為2~3米的壩砂,灘砂無響應(yīng);壩砂的頂、底界面在反射系數(shù)剖面上依次呈現(xiàn)一正、一負(fù),反射強(qiáng)度相等的兩個(gè)界面,并且壩砂的單層厚度越大,反射強(qiáng)度越大;當(dāng)壩砂飽含油時(shí),砂層速度降低,其頂、底在反射系數(shù)剖面上呈現(xiàn)一負(fù)、一正,反射強(qiáng)度相等的兩個(gè)兩個(gè)界面;(2)地震含噪音時(shí)會(huì)對(duì)反射系數(shù)反演結(jié)果產(chǎn)生較大影響,識(shí)別精度明顯降低,薄層壩砂(2~3米)在反射系數(shù)剖面上無明顯響應(yīng),單層厚度較大的壩砂或包含多層壩砂的小砂層段僅出現(xiàn)一個(gè)符號(hào)為正的反射界面,對(duì)應(yīng)著壩砂的頂界面,底界面無明顯反射特征。
基于以上研究,進(jìn)一步明確了壩砂在反射系數(shù)剖面上的識(shí)別特征,為后續(xù)的反射系數(shù)反演定量預(yù)測(cè)壩砂奠定了基礎(chǔ)。
3.3.3 壩砂精細(xì)預(yù)測(cè)及描述
在明確壩砂的反射系數(shù)特征的基礎(chǔ)上,通過采取基于分頻處理的薄層反射系數(shù)方法對(duì)壩砂展開預(yù)測(cè)。
從預(yù)測(cè)結(jié)果來看,T6、T7和鹽膏三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層在原始地震上為強(qiáng)軸,在反射系數(shù)剖面上相應(yīng)的呈現(xiàn)出一正、一負(fù)兩個(gè)強(qiáng)的反射系數(shù)界面,其數(shù)值的大小相近,反射系數(shù)界面的連續(xù)性與原始地震資料一致,反演結(jié)果合理;從分辨能力看,相對(duì)于原始地震,反射系數(shù)剖面上,界面增多,分辨率有著明顯的提高。
通過實(shí)鉆井的標(biāo)定,建立了壩砂在實(shí)際反射系數(shù)剖面上的識(shí)別量板(圖5)。從實(shí)鉆井的對(duì)應(yīng)關(guān)系看,壩砂在實(shí)際反射系數(shù)剖面上的識(shí)別特征:(1)原始地震噪音較高時(shí),會(huì)對(duì)反射系數(shù)反演結(jié)果產(chǎn)生較大影響,與正演模型相比,所得到的反射系數(shù)反演結(jié)果識(shí)別精度明顯降低。對(duì)于單層厚度較大的壩砂,反射系數(shù)剖面上出現(xiàn)一個(gè)單一的反射界面,為中—強(qiáng)反射強(qiáng)度,正反射。僅在壩砂飽含油時(shí),會(huì)出現(xiàn)極性反轉(zhuǎn)現(xiàn)象,頂界面出現(xiàn)負(fù)射,中-強(qiáng)反射特征,壩砂飽含油時(shí)的反射系數(shù)特征與厚層泥巖段反射系數(shù)特征近似。(2)單層厚度較小的壩砂在反射系數(shù)剖面上無明顯反射界面,但當(dāng)小段地層包含多套薄層壩砂,泥巖含量較低時(shí),仍出現(xiàn)一個(gè)中-強(qiáng)反射強(qiáng)度的正反射,能夠在反射系數(shù)剖面上進(jìn)行識(shí)別。
圖5 壩砂在反射系數(shù)剖面上的識(shí)別量板
因此,在由原始地震資料所得到的實(shí)際反射系數(shù)剖面上,受噪音的影響,反演結(jié)果識(shí)別精度降低,但仍可識(shí)別單層厚度較大的壩砂或小段地層中包含多套壩砂的壩砂集中發(fā)育段。
由此,開展了利津地區(qū)壩砂的精細(xì)解釋工作,通過精細(xì)解釋,落實(shí)利津地區(qū)各個(gè)砂組的壩砂展布形態(tài)。預(yù)測(cè)壩砂有利發(fā)育面積31km2,II砂組預(yù)測(cè)壩砂有利發(fā)育面積42km2,III砂組預(yù)測(cè)壩砂有利發(fā)育面積29km2,IV砂組預(yù)測(cè)壩砂有利發(fā)育面積33km2,首次實(shí)現(xiàn)壩砂的定量解釋。通過以上研究,形成了一套針對(duì)灘壩砂巖-壩砂地球物理預(yù)測(cè)的技術(shù)序列,有效的指導(dǎo)了本區(qū)的勘探,在實(shí)際應(yīng)用中取得了較好的效果。
近幾年,隨著研究的不斷深入和勘探的不斷深化,在地質(zhì)認(rèn)識(shí)不斷完善的基礎(chǔ)上,應(yīng)用灘壩砂巖地震資料特殊處理技術(shù)、古地貌恢復(fù)技術(shù)、正演模型技術(shù)、地震屬性提取、壩砂精細(xì)預(yù)測(cè)等新技術(shù)、預(yù)測(cè)了儲(chǔ)層發(fā)育的有利地區(qū),通過精細(xì)評(píng)價(jià),科學(xué)部署,東營(yíng)凹陷灘壩砂巖油藏勘探取得重大突破,獲得巨大勘探成果和經(jīng)濟(jì)效益。
2011年底,利津洼陷帶灘壩I砂組砂巖整體上報(bào)探明儲(chǔ)量8463.56萬噸,是進(jìn)入隱蔽油氣藏勘探階段以來勝利油田上報(bào)探明儲(chǔ)量最大的整裝區(qū)塊;2012年僅利67井區(qū)III砂組上報(bào)控制儲(chǔ)量693.95萬噸,灘壩砂巖勘探成果極為豐碩。2012年完鉆的利673井在鉆遇多套壩砂,與預(yù)測(cè)結(jié)果吻合,試油獲得了日產(chǎn)近30方高產(chǎn)油流。利673井的鉆探進(jìn)步證實(shí)了這套預(yù)測(cè)方法的有效性,具有較大的推廣價(jià)值。
2012年青南洼陷沙四上亞段純上5-純下3砂組上報(bào)預(yù)測(cè)含油面積110.34km2,石油地質(zhì)儲(chǔ)量 2261.58×104t溶解氣地質(zhì)儲(chǔ)量 11.52×108m3。
至今,已在東營(yíng)凹陷探明加控制灘壩砂巖油藏石油地質(zhì)儲(chǔ)量2.05億噸??梢姡瑵?jì)陽坳陷灘壩砂巖油藏的勘探潛力十分巨大,必將是勝利油田今后一段時(shí)期最為重要的勘探對(duì)象之一。
通過開展灘壩砂巖的地震地質(zhì)特征及儲(chǔ)層描述技術(shù)攻關(guān),實(shí)現(xiàn)了該類油藏勘探由“碰”到“找”,由“定性預(yù)測(cè)”到“定量描述”的質(zhì)的飛躍,已產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益,必將為提高該類油藏勘探效益,提供強(qiáng)有力支撐。
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