孟美辰

(中國石化華東油氣分公司 勘探開發(fā)研究院，南京 210011)

隨著油氣勘探程度的不斷提高，單一的構(gòu)造圈閉數(shù)量越來越少，且油藏的規(guī)模也逐漸減小。目前，溱潼西斜坡下一步的勘探思路需從單一的構(gòu)造圈閉轉(zhuǎn)向構(gòu)造-巖性圈閉領(lǐng)域。構(gòu)造-巖性圈閉是指具有構(gòu)造背景的巖性圈閉，一般發(fā)育在凸起區(qū)的翼部、斜坡帶、構(gòu)造高點(diǎn)等，油氣成藏條件要優(yōu)于一般的巖性圈閉[1-3]。因此，加快溱潼西斜坡巖性油藏的勘探是實(shí)現(xiàn)蘇北老區(qū)增產(chǎn)上儲的有效手段。前期的勘探研究成果表明，深凹帶生烴，油氣在古近紀(jì)三垛組時(shí)期通過北東向順向斷層輸導(dǎo)至西斜坡成藏，成藏的關(guān)鍵是是否有儲層和保存條件。因此，尋找構(gòu)造-巖性圈閉的關(guān)鍵是要預(yù)測儲層砂體的展布規(guī)律和側(cè)向封堵條件。然而，前期的波阻抗反演和地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演工作難以有效地驗(yàn)證西斜坡砂體展布。目前，西斜坡在儲層預(yù)測上存在2個(gè)問題：①地震資料主頻在25 Hz，一套波阻代表厚度為31 m的地層，而儲層單砂體的厚度普遍為2～5 m，不能滿足識別薄砂體的要求；②砂泥巖縱波阻抗疊置，無法識別有效儲層。因此，本文主要從以下3個(gè)方面入手：①開展斷層對油氣成藏的輸導(dǎo)和封堵作用的研究，探明油氣富集區(qū)帶；②建立一套砂泥巖互層的二維地質(zhì)模型，正演分析薄砂體對地震波形的影響，同時(shí)優(yōu)選SP敏感參數(shù)；③利用地震波形變化與巖性組合的差異，采用SP波形指示反演提高分辨率，預(yù)測單砂體分布，刻畫構(gòu)造-巖性圈閉，優(yōu)選巖性勘探的有利目標(biāo)。根據(jù)此勘探思路，成功預(yù)測砂體展布特征，落實(shí)一批有利的構(gòu)造-巖性圈閉。研究結(jié)果實(shí)現(xiàn)了西斜坡古近系阜寧組第三段(簡稱“阜三段”，Ef3)構(gòu)造-巖性的勘探突破，對該區(qū)塊及類似的油氣藏勘探具有指導(dǎo)意義。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)溱潼凹陷位于蘇北盆地東南邊，吳堡低凸起為北側(cè)的界限，南側(cè)以泰州凸起、東側(cè)以梁垛低凸起為界，表現(xiàn)為箕狀斷陷的特征：南斷北超、中間開闊、東西收斂。溱潼凹陷由北向南被劃分為深凹帶、斜坡帶、斷階帶3個(gè)Ⅳ級構(gòu)造單元[4-5]，以帥垛油田為界將斜坡帶劃分為東、西斜坡帶，帥垛以東稱為東斜坡，帥垛以西稱為西斜坡(圖1)。

圖1 溱潼凹陷構(gòu)造區(qū)域劃分Fig.1 Regional tectonic division of the Qintong Sag

溱潼凹陷自上而下發(fā)育的地層為：第四系東臺組(Qd)，新近系鹽城組(Ny)，古近系三垛組(Es)、戴南組(Ed)、阜寧組(Ef)以及白堊系泰州組(Kt)。其中阜寧組第三段是目前西斜坡勘探的主力目標(biāo)層段，為夾持在阜寧組第四段和第二段2套烴源巖之間的暗色碎屑巖沉積，上砂組為灰色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖與灰黑色泥巖互層段，中部為灰黑色泥巖段，下砂組為灰色粉砂巖段與灰黑色泥巖互層。本次重點(diǎn)研究區(qū)為西斜坡倉吉地區(qū)，臨近生油的深凹帶，是溱潼凹陷油氣勘探有利區(qū)帶之一。

溱潼西斜坡是三角洲前緣-灘壩沉積模式，西斜坡由北東向南西呈三角洲前緣水下分流河道-灘-壩逐漸過渡的特點(diǎn)。根據(jù)前期的鉆井情況，從南華到蔡家堡上砂組巖性尖滅范圍較廣，南華和蔡家堡以西的下砂組是巖性圈閉的有利區(qū)，本次研究向西斜坡的東北部的倉吉地區(qū)擴(kuò)展。倉吉地區(qū)上砂組以三角洲前緣-灘壩相為主，砂體表現(xiàn)為橫向上存在巖性變化帶，是巖性勘探的有利區(qū)[6-9]。

2 斷裂系統(tǒng)及封堵分析

2.1 斷層側(cè)向封堵性分析

斷層側(cè)向封堵性的好壞取決于斷層上下盤的砂泥巖配置關(guān)系與泥巖涂抹情況。在側(cè)向上，由于地層的錯(cuò)動(dòng)，導(dǎo)致斷層一側(cè)的泥巖與另一側(cè)的砂巖對置，斷層填充物主要以泥巖為主時(shí)，形成了較好的側(cè)向封堵性。實(shí)際地層中，若砂泥比值高，斷層的封堵能力差；當(dāng)砂泥的比值達(dá)到一定高值時(shí)，斷層不具備封堵能力：因此，砂泥巖比值的大小可以反映斷層兩側(cè)巖性配置關(guān)系的好壞。

泥巖涂抹是在斷層活動(dòng)時(shí)期，泥巖涂抹在斷層兩側(cè)上下盤削截砂巖層斷面處形成比較薄的泥巖層，對儲集層起到了封堵作用。因此，泥巖涂抹的發(fā)育程度直接影響斷層對油氣的封堵能力，通常泥巖涂抹系數(shù)的大小可定量表征泥巖涂抹的發(fā)育程度[10]。

(1)

(2)

式中：fm為泥巖涂抹系數(shù)；d為斷層的斷距；δ為被斷層斷開的地層厚度；δi為第i層被斷層錯(cuò)開的泥巖層厚度(i=1,2,…,n)；n為被斷層錯(cuò)開的泥巖層數(shù)；Rm為被斷層斷開的地層厚度與泥巖厚度之比。

從圖2和表1中可以看到，F(xiàn)1斷層阜三段上升盤砂泥比為0.48，高于下降盤，砂泥對接的概率大，且上升盤的泥巖涂抹系數(shù)為0.45，優(yōu)于下降盤，因此，F(xiàn)1斷層下降盤側(cè)向封堵性較好，利于油氣聚集。而F2斷層上下盤砂泥比較為接近，泥巖涂抹系數(shù)值低，側(cè)向封堵性較差，砂泥對接概率小，不利于油氣的聚集。

圖2 溱潼凹陷西斜坡倉吉地區(qū)油氣成藏模式圖Fig.2 Reservoir profile at Cangji area in western slope of Qintong Sag

表1 溱潼凹陷西斜坡倉吉地區(qū)斷層阜三段封堵性評價(jià)參數(shù)Table 1 Evaluation parameters of fault sealing property of Ef3 in Cangji area

2.2 走滑輸導(dǎo)和反向封堵斷層

由于西斜坡阜二段的烴源巖成熟度比較低，阜四段未進(jìn)入生油門限，且原油樣品成熟度高，認(rèn)為西斜坡阜三段的油源主要來自溱潼深凹區(qū)的阜二段和泰州組，烴源巖生成油氣從深凹帶通過側(cè)向運(yùn)移至斷裂帶[11-12]。根據(jù)鉆井資料開展的油源對比及成藏規(guī)律分析，認(rèn)為溱潼凹陷阜三段的成藏期主要是在新近紀(jì)鹽城組沉積期，而三垛組時(shí)期沉積形成的具有走滑性質(zhì)的北東東向順向正斷層活動(dòng)一直延續(xù)至鹽城組沉積早期，斷層活動(dòng)期與成藏期匹配，是重要的油氣輸導(dǎo)斷層，斷層兩側(cè)是主要的油氣富集區(qū)帶。目前發(fā)現(xiàn)的俞垛-華莊油藏、倉吉油藏均是由三垛組沉積時(shí)期形成的倉場斷層(F2)、葉甸斷層(F3)運(yùn)聚成藏(圖3)，這類順向斷層起著油氣輸導(dǎo)作用；而吳堡期形成的北東向反向正斷層對圈閉的成藏起到關(guān)鍵作用，如吉溝斷層(F1)、北漢莊斷層(F4)、蔡家堡斷層(F5)反向斷層起到封堵作用(圖3)，與前期的斷層封堵性評價(jià)研究結(jié)果相吻合。因此，溱潼西斜坡北東東順向正斷層起油氣輸導(dǎo)作用，北東反向正斷層起側(cè)向封堵作用。

3 波形指示反演技術(shù)的原理及應(yīng)用

3.1 波形指示反演技術(shù)

地震波形指示反演是根據(jù)傳統(tǒng)的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)發(fā)展起來的一種隨機(jī)方法模擬，其核心思想是在地震波形結(jié)構(gòu)特征一致的基礎(chǔ)上，對相似樣本井進(jìn)行分類，建立初始模型，對高頻和低頻補(bǔ)償處理[13-15]。對于高頻成分，采用地震波差值方法，對同一類型樣本井進(jìn)行多尺度分析，從地震頻帶外得到確定性波形模擬結(jié)果作為高頻成分；若兩口井地震波的波形相似，則具有相似的沉積環(huán)境，雖然高頻部分來源于不同沉積微相，但具有相似的低頻，并且根據(jù)井資料統(tǒng)計(jì)，其共有頻帶范圍遠(yuǎn)大于地震的有效頻帶。因此，通過樣本井相似性優(yōu)選，可以補(bǔ)償波形指示反演結(jié)果的低頻段信息，同時(shí)得到高頻成分無偏最優(yōu)估計(jì)，從而使反演結(jié)果在空間上具有沉積相帶特征，在平面上與地質(zhì)沉積規(guī)律更吻合[16]。

圖3 溱潼凹陷西斜坡剖面圖Fig.3 Seismic profile of western slope in Qintong Sag

該方法是利用馬爾科夫鏈蒙特卡洛隨機(jī)模擬(SMC-MC)算法尋優(yōu)的一個(gè)過程，技術(shù)流程如圖4?；谪惾~斯的框架，結(jié)合先驗(yàn)概率分布和似然函數(shù)，得到后驗(yàn)概率分布，將其作為目標(biāo)函數(shù)，反復(fù)迭代，輸出有效實(shí)現(xiàn)均值[17]。在該算法中有2個(gè)重要參數(shù)：有效樣本數(shù)n和最高截止頻率?！坝行颖緮?shù)n”為優(yōu)選的有效樣本個(gè)數(shù)，研究區(qū)通過對已有井的統(tǒng)計(jì)分析，擬合最佳的樣本數(shù)為5，此時(shí)擬合地震波形的相似性最高，反演結(jié)果空間的非均質(zhì)性最強(qiáng)?！白罡呓刂诡l率”是反演過程中提高分辨率的一個(gè)重要參數(shù)，對于研究區(qū)當(dāng)頻率>250 Hz時(shí)，相關(guān)指數(shù)的值趨于水平，此時(shí)是研究區(qū)的最高截止頻率。

圖4 波形指示反演流程Fig.4 Seismic inversion flow chart of SMI

3.2 正演模型驗(yàn)證

溱潼凹陷西斜坡地震資料主頻在25 Hz，一套地震波組代表厚度為31 m的地層，而儲層單砂體厚度普遍在2～5 m，所以薄層在地震上無法分辨；但巖性的變化會(huì)導(dǎo)致波形的樣式發(fā)生變化。為了驗(yàn)證波形反演薄砂巖的準(zhǔn)確性，建立了一套與西斜坡阜三段地球物理參數(shù)相同的砂泥巖段二維地質(zhì)模型，模型參數(shù)如表2，二維地質(zhì)模型如圖5-A，在一套3～4 m厚的穩(wěn)定泥巖上發(fā)育1～3 m厚的間斷砂巖，砂巖的密度是2.8 g/cm3，地震波在砂巖中的速度是3.5 km/s，泥巖的密度是2.2 g/cm3，地震波在泥巖中的速度是2.5 km/s。該模型與40 Hz的Ricker(雷克子波)進(jìn)行褶積得到的地震道如圖5-B，可以看出在有薄砂巖存在時(shí)，地震波形的樣式發(fā)生改變，多出半個(gè)波組，且砂巖厚度越大，增加的波組越寬。因此，薄層雖然在地震上無法分辨，但會(huì)由于巖性的變化對波形樣式產(chǎn)生影響[14]，可將波形上的變化加入反演的權(quán)重，更有效識別單層砂體。將得到的二維地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行波形指示反演(圖5-C)，在有波形發(fā)生變化的位置會(huì)出現(xiàn)異常，紅色代表砂體發(fā)育的地方。因此，波形指示反演技術(shù)是適用于研究區(qū)的薄層砂巖識別技術(shù)。

表2 二維地質(zhì)模型參數(shù)Table 2 Two-dimensional geological model parameters

3.3 敏感參數(shù)分析

選取溱潼凹陷西斜坡一口井，圖6-A是縱波阻抗直方圖，圖6-B是自然電位直方圖。從圖中可以看到砂泥巖的縱波阻抗疊置較為嚴(yán)重，而自然電位可以較好地區(qū)分砂泥巖，認(rèn)為自然電位<80 mV時(shí)是泥巖，>80 mV時(shí)是砂巖。因此，優(yōu)選自然電位敏感參數(shù)作為波形指示反演的特征參數(shù)，提高疊后儲層預(yù)測的縱向分辨率，有效預(yù)測西斜坡阜三段2～5 m厚單砂層的砂體變化。

3.4 圈閉識別及刻畫

砂體預(yù)測剖面圖(圖7)中紅色代表砂體發(fā)育區(qū)，藍(lán)色為泥巖發(fā)育區(qū)，可以看到上砂體橫向存在巖性變化，下砂體較為連續(xù)，與沉積相描述較為符合。通過在剖面上小層砂體的追蹤，我們刻畫了倉吉地區(qū)一系列的巖性圈閉群，符合率83%。倉西2井3～4小層預(yù)測砂體厚度6 m(圖8)，實(shí)鉆砂體厚度4.9 m， 厚度符合率78%；共統(tǒng)計(jì)西斜坡10口井的3～4小層砂體實(shí)鉆厚度與預(yù)測砂體厚度，符合率平均達(dá)78%。

反演結(jié)果與斷層封堵性研究相結(jié)合，我們認(rèn)為倉西3號圈閉由吉溝反向斷層形成側(cè)向封堵，高部位存在巖性尖滅的構(gòu)造-巖性油藏。因此，部署了倉西3井，預(yù)測上下砂體的總有效厚度為10 m，圈閉面積1.17 km2，資源量104.5×104t。實(shí)鉆后顯示倉西3井單井試油18.9 t/d。隨后根據(jù)此勘探思路發(fā)現(xiàn)并落實(shí)構(gòu)造-巖性圈閉8個(gè)，成功5個(gè)，鉆探成功率達(dá)62.5%。因此，SP波形指示反演技術(shù)在溱潼西斜坡阜三段具有較好的適用性，同時(shí)提高了砂體預(yù)測的分辨率和巖性圈閉識別的精度，實(shí)現(xiàn)了構(gòu)造-巖性的勘探突破。

圖5 二維砂泥巖互層地質(zhì)模型及其地震、儲層反演響應(yīng)特征Fig.5 2D sand-shale geological model and its seismic and inversion response characteristics

圖6 縱波阻抗與自然電位直方圖Fig.6 P-impedance and SP histogram

圖7 溱潼凹陷倉吉阜三段過倉西2-倉西3井砂體預(yù)測剖面圖 Fig.7 Sand prediction section of Ef 3 in western slope of Qintong Sag through Cangxi 2-Cangxi 3

圖8 溱潼凹陷倉吉地區(qū)阜三段上砂組3～4小層砂體厚度預(yù)測圖Fig.8 Ef3 sand thickness prediction by inversion result

4 結(jié) 論

a.蘇北盆地溱潼凹陷在三垛組沉積期形成的具有走滑性質(zhì)的北東東順向正斷層是重要的油氣輸導(dǎo)斷層，斷層兩側(cè)是油氣的有利富集區(qū)；而吳堡期形成的北東反向正斷層起到了良好的側(cè)向封堵作用，控制油氣的運(yùn)移。

b.建立二維砂泥巖互層的地質(zhì)模型，正演分析：受地震分辨率的限制，薄砂巖層無法識別，但波形的樣式會(huì)受巖性變化的影響，且波形指示反演也會(huì)出現(xiàn)異常，從而提高波形反演的縱向分辨率。

c.采用自然電位作為特征曲線模擬，以波形特征控制反演技術(shù)為主要手段，小層砂體為目標(biāo)，成功預(yù)測單砂體內(nèi)部展布規(guī)律，刻畫單砂體巖性圈閉邊界。

d.形成一套以評價(jià)斷層側(cè)向封堵性和油氣輸導(dǎo)能力為研究基礎(chǔ)、以SP波形反演儲層預(yù)測綜合描述技術(shù)為手段的構(gòu)造-巖性圈閉識別評價(jià)技術(shù)，對該區(qū)塊及類似的油氣藏的目標(biāo)優(yōu)選及勘探部署具有指導(dǎo)意義。