渤海灣盆地歧口凹陷南部沙河街組濁積扇儲(chǔ)層綜合預(yù)測(cè)

譚建財(cái)，張春華，張明偉，劉 田，邵 遠(yuǎn)

1中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司；2中國(guó)石油集團(tuán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院

濁積扇是湖盆斷陷期形成的一種重要的油氣儲(chǔ)集體，其儲(chǔ)層具有物性好、厚度大等特征，多發(fā)育于深湖、半深湖，一般分布于暗色泥巖之中。圈閉靠近烴源巖，有利于油氣聚集，從而易形成巖性油氣藏。近幾年來，在東營(yíng)凹陷、惠民凹陷和泌陽凹陷等凹陷獲得了諸多濁積扇油氣藏的重大發(fā)現(xiàn)［1-4］。因此，濁積扇油氣藏作為巖性油氣藏的重要組成部分，已經(jīng)成為諸多凹陷的重點(diǎn)勘探開發(fā)目標(biāo)，濁積扇儲(chǔ)層預(yù)測(cè)也成為了研究熱點(diǎn)［5-7］。

1 概況

本文研究區(qū)位于渤海灣盆地黃驊坳陷歧口凹陷南部，北靠歧南次凹，南依埕寧隆起，為羊山木—扣村潛山與埕北斷階帶的結(jié)合部位（圖1）。研究區(qū)東西長(zhǎng)約30km，南北寬約20km，面積為600 km2，共有探井、開發(fā)井10余口，并且三維地震資料滿覆蓋。經(jīng)過40多年的勘探開發(fā)，研究區(qū)目前仍是歧口凹陷進(jìn)一步尋找剩余油氣的有利區(qū)。區(qū)內(nèi)在構(gòu)造油氣藏勘探程度較高的情況下，近幾年油氣勘探的目標(biāo)逐漸轉(zhuǎn)向巖性油氣藏。

通過鉆井和地震資料分析，認(rèn)為研究區(qū)古近系沙河街組為斷陷湖盆沉積，垂向上由低位域、水進(jìn)域和高位域旋回組成。受南部埕寧隆起物源供給的影響，在沙河街組沉積期濁積扇成群發(fā)育，并以其有利的成藏條件成為研究區(qū)最具潛力的勘探開發(fā)目標(biāo)。但是研究區(qū)目前處于勘探開發(fā)初級(jí)階段，由于井網(wǎng)稀、井距大，尤其是海上井的資料又少，因此，充分利用地震資料進(jìn)行地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)具有十分重要的意義［8］。

已鉆井揭示研究區(qū)沙河街組濁積扇砂巖發(fā)育，但砂巖非均質(zhì)性強(qiáng)，而且海上勘探初期鉆井資料少、井距大，導(dǎo)致難以有效預(yù)測(cè)濁積扇儲(chǔ)層的分布。針對(duì)這些難題，本文利用縱向精細(xì)的測(cè)井資料和橫向密集的地震資料，在構(gòu)造解釋、鉆井資料分析的基礎(chǔ)上，通過井震結(jié)合開展地震屬性分析、波阻抗反演和地質(zhì)統(tǒng)計(jì)反演“三步驟”儲(chǔ)層綜合預(yù)測(cè)研究，在橫向上預(yù)測(cè)儲(chǔ)層分布范圍和厚度大小，在縱向上預(yù)測(cè)儲(chǔ)層幾何形態(tài)和變化規(guī)律，以期為歧口凹陷南部巖性油氣藏勘探開發(fā)提供地質(zhì)依據(jù)。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置圖Fig.1 Tectonic location of thestudy area

2 儲(chǔ)層預(yù)測(cè)思路及方法

地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)是在地震信息采集和處理的基礎(chǔ)上，應(yīng)用地質(zhì)認(rèn)識(shí)規(guī)律，綜合地質(zhì)、測(cè)井和錄井等資料，預(yù)測(cè)地下地質(zhì)目標(biāo)的空間幾何形態(tài)、儲(chǔ)集物性等參數(shù)展布特征的一門綜合性的技術(shù)［5］。在勘探階段，對(duì)于井網(wǎng)稀、井距大的地區(qū)，還沒有十分成熟的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)。

針對(duì)研究區(qū)勘探開發(fā)存在的實(shí)際問題，本文以沉積巖石學(xué)、儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)、地震反演理論為指導(dǎo)，充分應(yīng)用地質(zhì)、測(cè)井、三維地震等資料，首先提取并優(yōu)選多參數(shù)地震屬性，在地震屬性標(biāo)定的基礎(chǔ)上，結(jié)合單井儲(chǔ)層評(píng)價(jià)結(jié)果，預(yù)測(cè)有利沉積相帶及儲(chǔ)層平面分布；然后應(yīng)用基于模型的測(cè)井約束反演方法，以測(cè)井高頻信息補(bǔ)充地震信息頻寬的不足，求取出反映儲(chǔ)層分布的波阻抗；最后，為進(jìn)一步提高儲(chǔ)層反演識(shí)別精度，在測(cè)井約束反演的基礎(chǔ)上，以地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理為指導(dǎo)，應(yīng)用地震測(cè)井協(xié)同模擬方法進(jìn)行地質(zhì)統(tǒng)計(jì)反演，開展儲(chǔ)層空間分布規(guī)律研究，分析儲(chǔ)層平面、剖面和空間展布規(guī)律，對(duì)目的層段的濁積扇儲(chǔ)層進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，為濁積扇油氣藏勘探開發(fā)提供參考依據(jù)。綜上所述，地震屬性分析、測(cè)井約束波阻抗反演和地質(zhì)統(tǒng)計(jì)反演是研究區(qū)“三步驟”濁積扇儲(chǔ)層綜合預(yù)測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)。

3 綜合地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

3.1 地震屬性分析

地震屬性是對(duì)地層地質(zhì)特征變化的綜合反映，經(jīng)過數(shù)學(xué)公式變換而導(dǎo)出的地震屬性可以反映地震波的幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)等特征。振幅類屬性是濁積扇地震預(yù)測(cè)的重要屬性之一，這主要是因?yàn)檠芯繀^(qū)目的層“泥包砂”的巖性特征使得儲(chǔ)層中的地震波傳播速度高于圍巖［9］。因此，在本次研究過程中，通過地震屬性優(yōu)化及地層標(biāo)定，建立井點(diǎn)處振幅屬性與地質(zhì)參數(shù)之間的定量關(guān)系，將地震振幅屬性分布轉(zhuǎn)化為沉積相分布，從而可以識(shí)別宏觀的沉積特征。

受地震資料品質(zhì)的影響，振幅屬性的縱向分辨率較低。以沙河街組二段（簡(jiǎn)稱沙二段）為例（圖2），剖面上只能識(shí)別出2套厚層儲(chǔ)層（厚度為30~50 m的砂層），無法與高分辨的測(cè)井曲線相比。但是在橫向上，地震振幅信息具有連續(xù)密集的特點(diǎn)，包含著豐富的地層巖性和物性信息，因此地震振幅屬性的順層切片可以反映巖性或沉積相等地質(zhì)特征在平面上的分布規(guī)律（圖3）。

圖2 渤海灣盆地歧口凹陷南部沙河街組濁積扇振幅屬性剖面（剖面位置見圖3a）Fig.2 Amplitudeattributeprofileof turbiditefan of Shahejie Formation in thesouth of Qikou Depression,Bohai Bay Basin(thelocation isshown in Fig.3a)

圖3 渤海灣盆地歧口凹陷南部沙河街組二段地震屬性與濁積扇平面分布Fig.3 Seismic attributesand planedistributionof turbiditefansof the Shahejie Formation Member 2 inthesouthof Qikou Depression,Bohai Bay Basin

圖3 a是沙二段地震振幅屬性平面圖，振幅屬性平面分析表明：砂巖厚度和砂地比高值區(qū)（紅黃色）整體上呈南東—北西向展布，分布范圍主要位于中部的1井—P3井—P2井一帶，同時(shí)在東部、西部的近物源端也有少部分振幅異常顯示；而砂巖厚度和砂地比低值區(qū)（藍(lán)綠色）主要位于研究區(qū)相對(duì)遠(yuǎn)離物源端的西北部和東北部。

在平面振幅屬性分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合單井沉積相特征，將地震屬性分布轉(zhuǎn)化為沉積相分布（圖3b）。已鉆井揭示研究區(qū)沙二段主要發(fā)育濁積扇沉積，巖石類型為巖屑長(zhǎng)石砂巖、長(zhǎng)石砂巖，粒度概率曲線以弧形為主。通過巖心觀察，沉積構(gòu)造可見濁積構(gòu)造的透鏡狀層理、球枕構(gòu)造和典型鮑馬序列（圖4）。例如1井在深度3 056 m發(fā)育透鏡狀層理、球枕構(gòu)造（圖4a），巖性為粉砂巖，中間見泥質(zhì)條帶，夾透鏡狀砂體，反映沉積物滑塌再沉積的特征；1井在深度3054m發(fā)育鮑馬序列（圖4b），巖性為粉砂巖，可以清晰看到5個(gè)沉積構(gòu)造單元組合，這是濁流沉積的典型特征。在地震屬性及單井沉積特征分析的基礎(chǔ)上，認(rèn)為沙二段發(fā)育了3個(gè)濁積扇(圖3b)，整體表現(xiàn)為南依邊界斷層，呈北西向扇狀展布。3個(gè)扇體中的中部扇體面積最大，東部扇體較大，西部扇體最小，物源均來自南部邊界斷層上盤的三角洲前緣砂體。

3.2 測(cè)井約束反演

圖4 渤海灣盆地歧口凹陷南部沙河街組二段碎屑巖沉積構(gòu)造特征Fig.4 Sedimentary structural characteristicsof clastic rocksof the Shahejie Formation Member 2 in thesouth of Qikou Depression,Bohai Bay Basin

測(cè)井約束地震反演的思路和過程為：在構(gòu)造精細(xì)解釋的基礎(chǔ)上，將高分辨率測(cè)井信息與低頻地震有機(jī)結(jié)合起來，建立起符合地質(zhì)特征的、分辨率較高的初始模型；然后對(duì)初始模型進(jìn)行正演，計(jì)算出合成地震剖面，通過反復(fù)修改模型參數(shù)以更新初始模型，使得合成地震剖面與實(shí)際地震剖面最為接近，最終推算出高分辨率的波阻抗反演數(shù)據(jù)。然后結(jié)合巖石地球物理常數(shù)，在劃分砂泥巖波阻抗的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層的空間分布預(yù)測(cè)［10］。測(cè)井約束反演可為濁積扇油氣藏精細(xì)描述（包括沉積相、儲(chǔ)層物性、井間的儲(chǔ)層分布以及連通性等）提供可靠的地質(zhì)依據(jù)［11］。

圖5 渤海灣盆地歧口凹陷南部沙河街組二段濁積扇測(cè)井約束反演剖面（剖面位置見圖3a）Fig.5 Logconstrained inversion profileof turbiditefan of the Shahejie Formation Member 2 in thesouth of Qikou Depression,Bohai Bay Basin(the location is shown in Fig.3a)

圖5 為順著物源方向的波阻抗反演連井剖面，通過巖性曲線和波阻抗之間的砂泥巖交會(huì)圖分析，將紅色高值條帶標(biāo)定為有利儲(chǔ)層，波阻抗低值區(qū)標(biāo)定為泥巖。從圖5可以看出鉆井上的砂巖（井柱子上顯示暗黃色）與反演剖面上紅色和黃色高值條帶對(duì)應(yīng)關(guān)系較好，說明模型建立精度較高，能夠識(shí)別出主力儲(chǔ)層。主力儲(chǔ)層在剖面上呈層狀，但是井間變化快，P2井—P3井—1井的主力砂體多期疊置，預(yù)測(cè)結(jié)果與濁積扇的地質(zhì)特征相符合。

基于模型的測(cè)井約束反演結(jié)果既表現(xiàn)了地質(zhì)沉積規(guī)律和地震趨勢(shì)特征，又提高了儲(chǔ)層的識(shí)別精度，一般可以反演出厚度15～20 m的儲(chǔ)層，但是對(duì)小于15 m的薄砂體識(shí)別能力較差，說明測(cè)井約束反演的精度還不能滿足濁積扇油氣藏精細(xì)描述的需求，尤其是不能滿足指導(dǎo)開發(fā)井部署的需要，因此有必要開展地質(zhì)統(tǒng)計(jì)反演，從而進(jìn)一步提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度。

3.3 地質(zhì)統(tǒng)計(jì)反演

地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演由于數(shù)據(jù)運(yùn)算量大、運(yùn)算時(shí)間長(zhǎng)而一直未得到推廣，直到近幾年計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，推動(dòng)了該方法的廣泛應(yīng)用［12］。地質(zhì)統(tǒng)計(jì)反演是將隨機(jī)模擬算法與地震儲(chǔ)層反演結(jié)果相結(jié)合，對(duì)隨機(jī)模擬過程以及模擬結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，使之符合地震測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的過程。地質(zhì)統(tǒng)計(jì)反演利用隨機(jī)模擬技術(shù)，綜合了不同尺度的數(shù)據(jù)資料，盡管隨機(jī)模擬的實(shí)現(xiàn)各不相同，但其特點(diǎn)是在預(yù)測(cè)儲(chǔ)層參數(shù)時(shí)確保了預(yù)測(cè)結(jié)果在井點(diǎn)處的準(zhǔn)確性，井點(diǎn)以外則根據(jù)波阻抗數(shù)據(jù)空間變化規(guī)律及參數(shù)分布概率等進(jìn)行預(yù)測(cè)［13］。目前較為成熟和廣泛應(yīng)用的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)反演是將隨機(jī)模擬與基于模型的測(cè)井約束反演相結(jié)合［14］。

變差函數(shù)是地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)用來描述區(qū)域化變量的空間相關(guān)性的數(shù)學(xué)工具。為了表征區(qū)域中地質(zhì)特征的空間變化規(guī)律，在充分考慮地質(zhì)特征的空間相關(guān)性和隨機(jī)性的基礎(chǔ)上，用反映地質(zhì)特征區(qū)域變化的隨機(jī)函數(shù)——變差函數(shù)作為表征工具，來研究統(tǒng)計(jì)各種地質(zhì)現(xiàn)象的分布規(guī)律［14］。變差函數(shù)分析分3個(gè)主要方向：主變程、次變程和垂向變程，不同方向變差函數(shù)的變程不同，分別反映了不同方向地質(zhì)特征變量相關(guān)性的差異。由于地震反演波阻抗數(shù)據(jù)體樣本點(diǎn)多，井?dāng)?shù)據(jù)樣本點(diǎn)少，故對(duì)波阻抗數(shù)據(jù)分析的水平方向變差函數(shù)的準(zhǔn)確度要明顯高于利用井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算的變差函數(shù)結(jié)果。

圖6為研究區(qū)沙河街組有利儲(chǔ)層變差函數(shù)分析圖，圖中的變程參數(shù)主要是根據(jù)地震反演波阻抗數(shù)據(jù)體得到的結(jié)果。其中，圖6a為有利儲(chǔ)層主變程分析圖，主變程方向60°，主變程為965.5 m；圖6b為有利儲(chǔ)層次變程分析圖，次變程方向300°，次變程為326.5 m；圖6c為有利儲(chǔ)層垂向變程分析圖，垂向變程為10 m。各個(gè)高點(diǎn)基本相當(dāng)，基本上是扇體單砂體厚度。這些參數(shù)的確定為之后協(xié)同波阻抗結(jié)果的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)反演提供了變程分析數(shù)據(jù)。

圖6 渤海灣盆地歧口凹陷南部沙河街組有利儲(chǔ)層變差函數(shù)分析圖Fig.6 Variogram analysisdiagramof favorablereservoir of Shahejie Formation in the south of Qikou Depression,Bohai Bay Basin

從測(cè)井約束反演結(jié)果（圖5）可以看出，預(yù)測(cè)結(jié)果不能完全分辨出研究區(qū)沙河街組濁積扇油藏的砂泥巖薄互層，而自然伽馬的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)反演結(jié)果（圖7）不僅能預(yù)測(cè)薄砂體的分布，還能分析儲(chǔ)層的空間接觸關(guān)系及展布規(guī)律。

圖7所示是基于波阻抗反演結(jié)果的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演剖面，為自然伽馬屬性剖面，可以看出其垂向分辨率較基于模型的測(cè)井約束反演有了很大提高，同時(shí)井點(diǎn)處與測(cè)井資料基本吻合，井間分布符合地震反演結(jié)果，在井間尤其是井距較大時(shí)，順著物源方向的剖面可以識(shí)別出砂體尖滅、疊置現(xiàn)象?？梢娫诨谀Ｐ偷臏y(cè)井約束反演中不能識(shí)別的薄砂體和砂體疊置現(xiàn)象在地質(zhì)統(tǒng)計(jì)反演中可以得到識(shí)別，因此可將第2次實(shí)現(xiàn)的測(cè)井-地震協(xié)同模擬的自然伽馬數(shù)據(jù)體用來分析研究區(qū)濁積扇儲(chǔ)層，尤其是厚度小于15m的薄砂體的分布規(guī)律。這證明了地質(zhì)統(tǒng)計(jì)反演精度可以滿足濁積扇油氣藏精細(xì)描述的需求，可以為油田開發(fā)井的部署鉆探提供地質(zhì)依據(jù)。

4 綜合預(yù)測(cè)效果分析

本文從已鉆井測(cè)井資料出發(fā)，綜合振幅屬性順層切片、測(cè)井約束反演及地質(zhì)統(tǒng)計(jì)反演儲(chǔ)層預(yù)測(cè)成果，對(duì)濁積扇油藏儲(chǔ)層進(jìn)行精細(xì)解釋，追蹤描述儲(chǔ)層并對(duì)井間儲(chǔ)層進(jìn)行預(yù)測(cè)，最后對(duì)綜合預(yù)測(cè)結(jié)果的應(yīng)用效果進(jìn)行分析。

4.1 儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)與樣式

從圖8a順物源方向剖面來看，沙三段和沙二段儲(chǔ)層發(fā)育，沙一段儲(chǔ)層相對(duì)不發(fā)育，儲(chǔ)層向上變少主要是受到水體上升和物源減少的控制。整個(gè)沙河街組由從低位域、水進(jìn)域過渡到高位體系域的一個(gè)完整旋回組成，其中沙三段和沙二段處于低位域，砂體發(fā)育，具有前積疊置樣式，單個(gè)砂體變化快，延伸距離較短，符合濁積扇儲(chǔ)層變化快、非均質(zhì)性強(qiáng)的沉積特征；而沙一段處于水進(jìn)域至高位域，砂體以薄層為主，發(fā)育大套泥巖，反映高水位期沉積物源逐漸減弱的特征。從圖8b垂直物源方向的儲(chǔ)層剖面可以看出，在垂直物源方向，砂體側(cè)向疊置，延伸更短，變化更快。在1井和P1井之間的構(gòu)造高點(diǎn)位置上，儲(chǔ)層厚度比兩側(cè)構(gòu)造低部位的要大，說明扇體沉積的主體區(qū)位于構(gòu)造高點(diǎn)處，構(gòu)造低點(diǎn)處是扇體的邊部，儲(chǔ)層相對(duì)不發(fā)育。

可以看出，地質(zhì)統(tǒng)計(jì)反演的結(jié)果比波阻抗反演更加精細(xì)、更加符合地質(zhì)特征，因此相對(duì)于測(cè)井約束反演，地質(zhì)統(tǒng)計(jì)反演有利于歧口凹陷南部濁積扇儲(chǔ)層的精細(xì)描述。

4.2 儲(chǔ)層平面分布

研究區(qū)沙河街組濁積扇的物源來自南部斷層之上的三角洲沉積，南部靠近斷層的近物源端的砂體厚度較大，以濁積水道沉積為主，北部遠(yuǎn)離物源端的砂體逐漸減薄直至尖滅。以沙二段濁積扇為例（圖9），沙二段濁積水道的砂體展布與物源、水流方向一致，呈北西向扇狀分布，受控于3個(gè)大小不一的扇體：西部扇體發(fā)育面積最小，尖滅于2D井以北一帶，砂體平均厚度為15m；東高點(diǎn)扇體發(fā)育面積較大，尖滅于3井、5D井以北一帶，砂體平均厚度與西部扇體相當(dāng)，平均厚度為15m；中部高點(diǎn)扇體面積和厚度均最大，尖滅于1井、P1井以北一帶，砂體厚度最大為40m。

圖9 渤海灣盆地歧口凹陷南部沙河街組二段濁積扇砂體等厚圖Fig.9 Isopachmap of sand bodyof turbiditefansof the Shahejie Formation Member 2in thesouthof Qikou Depression,Bohai Bay Basin

5 結(jié)論

（1）歧口凹陷南部沙河街組發(fā)育一套湖相的濁積扇沉積，砂巖發(fā)育但非均質(zhì)性強(qiáng)，儲(chǔ)層砂體范圍小、變化快。應(yīng)用地震順層切片及地震屬性分析技術(shù)可以基本確定濁積體呈南東—北西向扇狀展布，進(jìn)一步結(jié)合測(cè)井約束反演和地質(zhì)統(tǒng)計(jì)反演結(jié)果，明確順物源方向砂體呈前積疊置，分布較連續(xù)，垂直物源方向砂體分布變化快，多呈透鏡狀分布。

（2）測(cè)井約束的波阻抗反演將高分辨測(cè)井信息與低頻地震屬性信息結(jié)合起來，地質(zhì)統(tǒng)計(jì)反演將隨機(jī)模擬算法與地震儲(chǔ)層反演結(jié)果相結(jié)合，其反演精度可以滿足濁積扇油氣藏精細(xì)描述的需求。本文提出的結(jié)合地震屬性分析、波阻抗反演和地震測(cè)井協(xié)同模擬“三步驟”儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的技術(shù)思路比較適合應(yīng)用于橫向非均質(zhì)性強(qiáng)而且井網(wǎng)稀、井距大的儲(chǔ)層精細(xì)預(yù)測(cè)研究，預(yù)測(cè)結(jié)果可為油田開發(fā)井的部署鉆探提供地質(zhì)依據(jù)。