深水中央峽谷水道壁綜合識(shí)別

廖 儀 劉 巍 馬光克 鄧海東 李 雷

(中海石油(中國(guó))有限公司海南分公司，海南?？?524057)

0 概況

南中國(guó)海瓊東南盆地深水區(qū)沉積物總體以半深海泥、深海泥沉積為主，其間發(fā)育大型峽谷體系，峽谷總體延伸方向?yàn)镹E—NEE，起始于鶯歌海盆地東部陸坡及越南東部陸坡，自西向東依次經(jīng)過(guò)樂(lè)東、陵水、松南、寶島和長(zhǎng)昌等五個(gè)凹陷至西沙海槽，最終匯入西北次海盆，總長(zhǎng)度約為570km，寬為9～30km[1]。該深水水道由于規(guī)模大、下切深、彎曲度低且較平直，故稱為中央峽谷水道[2-3]。中央峽谷內(nèi)鉆遇的主要儲(chǔ)層分別為黃流組峽谷水道軸部砂體、側(cè)向加積體和天然堤砂體，總體沉積厚度大、物性較好[4-5]。2020年，深水L氣田鉆探A井，基于隨鉆電阻率和聲波測(cè)井的地層壓力分析顯示，地層壓力隨埋深增加而增大，至峽谷水道上方地層壓力系數(shù)接近1.4，進(jìn)入峽谷水道后壓力系數(shù)逐漸減至1.19，整個(gè)水道儲(chǔ)層表現(xiàn)為正常壓力系統(tǒng)。穿出峽谷水道后，地層壓力系數(shù)急劇升至約1.54(表現(xiàn)為異常高壓)。A井在峽谷壁附近鉆遇厚為2.9m的獨(dú)立氣層，該套氣層底部即為水道內(nèi)、外兩套不同壓力系統(tǒng)的分界處。以壓力系統(tǒng)分類，這套氣層應(yīng)屬水道內(nèi)的沉積物，其底部即為峽谷壁位置，井震標(biāo)定于地震波谷(圖1a)。2015年鉆探的B井同樣位于水道邊部，鉆遇水道內(nèi)厚為17m的儲(chǔ)層，穿出儲(chǔ)層后鉆遇上百米厚的泥巖?；诘刭|(zhì)定義，峽谷水道壁為峽谷水道沉積物與早期半深海泥巖的接觸面，井震標(biāo)定于地震波峰位置(圖1b)。

基于不同角度劃分的A井(峽谷水道壁標(biāo)定于黑色波谷)和B井(峽谷水道壁標(biāo)定于紅色波峰)峽谷水道壁地震響應(yīng)特征具有顯著差異，從而難以確定水道內(nèi)的砂體解釋方案，對(duì)該區(qū)探明地質(zhì)儲(chǔ)量落實(shí)和后續(xù)氣藏開(kāi)發(fā)帶來(lái)較大不確定性。峽谷水道壁既是水道儲(chǔ)層的邊界線，也是水道內(nèi)、外不同壓力系統(tǒng)的分界區(qū)，對(duì)它的識(shí)別和確認(rèn)有利于落實(shí)儲(chǔ)層邊界和提高地層壓力預(yù)測(cè)精度。然而，目前業(yè)界對(duì)深水中央峽谷水道的研究主要集中于水道儲(chǔ)層[6-9]，鮮有對(duì)于峽谷水道壁的研究。

因此，本次研究通過(guò)分析中央峽谷水道壁的測(cè)井、巖性、物性和地震反射特征，推測(cè)峽谷水道壁的沉積演化過(guò)程，然后通過(guò)正演模擬求證多種峽谷水道壁地質(zhì)假設(shè)的合理性，落實(shí)峽谷水道壁的地震響應(yīng)特征；之后結(jié)合區(qū)域物性和含氣性規(guī)律，判斷A井所鉆厚為2.9m的薄氣層的地層歸屬，評(píng)價(jià)峽谷水道壁沉積演化認(rèn)識(shí)，最終落實(shí)峽谷水道儲(chǔ)層邊界，優(yōu)化氣田開(kāi)發(fā)方案。

圖1 A(a)井和B井(b)鉆遇水道壁位置對(duì)比圖

1 峽谷水道壁巖石物理特征

中央峽谷深水L氣田存在4口鉆穿水道壁或鄰近水道壁的探井(圖2)，彼此相隔幾千米至十幾千米不等。A井、D井均鉆遇水道砂主體，測(cè)井解釋顯示水層厚度遠(yuǎn)大于氣層、干層和層間泥巖段，因此水道砂整體的巖石物理性質(zhì)主要由水層的巖石物理參數(shù)表征(表1)。測(cè)井曲線對(duì)比顯示，當(dāng)前水道內(nèi)地層(圖2紅色虛線以上)相對(duì)水道外地層整體表現(xiàn)為高速度、低密度、高電阻率和低自然伽馬的巖石物理特征(圖2)。水道外巖石物理參數(shù)(表2，B井)表明，水道內(nèi)、外地層密度差(0.18g/cm3)的數(shù)量級(jí)遠(yuǎn)小于地層速度差(524m/s)。因此地層速度對(duì)縱波阻抗影響更明顯，即水道內(nèi)整體表現(xiàn)為高縱波阻抗特征，水道外表現(xiàn)為低縱波阻抗特征。

圖2 峽谷水道壁連井地層對(duì)比圖

研究目標(biāo)集中于水道壁(即圖2紫色虛線與紅色虛線之間)，發(fā)現(xiàn)區(qū)域上存在一套穩(wěn)定的高速度、高密度、高電阻率、高自然伽馬且厚度介于19～48m的正常壓實(shí)泥巖地層(表3)，相對(duì)于這套地層，其下欠壓實(shí)的巨厚半深海泥巖的速度、密度和電阻率均明顯更低。

表1 峽谷水道內(nèi)地層巖石物理參數(shù)

表2 峽谷水道外欠壓實(shí)泥巖巖石物理參數(shù)

表3 峽谷水道壁位置正常壓實(shí)泥巖巖石物理參數(shù)

2 峽谷水道壁沉積演化過(guò)程及正演模型驗(yàn)證

2.1 峽谷水道壁沉積演化過(guò)程

基于巖石物理特征，本文推測(cè)了峽谷水道壁沉積演化過(guò)程。瓊東南盆地自中中新世末開(kāi)始快速沉降，中央坳陷帶(含中央峽谷發(fā)育區(qū))迅速?gòu)臏\海環(huán)境演變?yōu)榘肷詈！詈－h(huán)境，其中中央坳陷帶沉降最大，水體最深，且從西往東明顯變深。深水區(qū)先期堆積了巨厚的泥質(zhì)披蓋沉積(L氣田G井鉆遇半深海泥巖厚度達(dá)407m)，后期發(fā)育大量重力流沉積，其物源主要來(lái)自盆地西部及北部，其中重力流沉積區(qū)域包括近東西向延伸的中央峽谷[10]。中央峽谷區(qū)域的海洋沉積物起初具有極高的孔隙度和滲透率，隨著沉積物負(fù)載增大，水道壁(水道沉積與半深海泥巖接觸面)周圍泥巖快速壓實(shí)為非滲透性隔層，埋深更大的半深海泥巖中的孔隙水就不能縱向穿過(guò)上覆被壓實(shí)的泥巖隔層，于是就在半深海泥巖孔隙間流動(dòng)。地層內(nèi)由于孔隙間流體受到新沉積負(fù)載而變成異常高壓層，這些流體支撐了大部分總負(fù)載，并產(chǎn)生大于正常壓實(shí)泥巖壓力的孔隙流體壓力，成為超壓狀態(tài)，這種超壓是由不平衡壓實(shí)或欠壓實(shí)引起的[11-12]。

圖3為推測(cè)的峽谷水道壁地質(zhì)演化過(guò)程。由圖可見(jiàn)：①在演化早期，峽谷水道壁為水道內(nèi)沉積物與早期半深海泥巖的接觸面，水道砂為儲(chǔ)層，其間深海泥巖充填于各期水道砂之間，上覆泥巖為蓋層。這套沉積組合處于正常靜水壓力梯度條件下，地層之間會(huì)發(fā)生流體交換(圖3a)。②隨著上覆荷載增加，地層壓實(shí)作用增強(qiáng)，沿水道壁分布的具有一定厚度的半深海泥巖首先被擠壓，將孔隙水排出到水道砂中，其孔隙度和滲透率隨著壓實(shí)作用的持續(xù)增強(qiáng)而逐漸降低(圖3b)。③隨著上覆荷載繼續(xù)增加，這套沿水道壁分布的半深海泥巖最終被壓實(shí)為非滲透性隔層，隔層頂面為地質(zhì)意義上的峽谷水道壁，底面為兩套不同地層壓力系統(tǒng)的分界線，即峽谷水道壁和地層壓力分界線并不是一個(gè)界面(圖3c)。

2.2 峽谷水道壁正演模型驗(yàn)證

2.2.1 正演模擬信號(hào)旁瓣干擾壓制論證

峽谷水道壁沉積演化認(rèn)識(shí)是否合理還需要通過(guò)正演模型驗(yàn)證[13-15]。首先，針對(duì)單一反射系數(shù)開(kāi)展論證分析。采用雷克子波正演模擬得到的不同主頻正演信號(hào)均主瓣能量突出，旁瓣能量明顯。當(dāng)較強(qiáng)的旁瓣干擾(負(fù)相位)與真實(shí)波谷(負(fù)相位)位置重合時(shí)，難以判斷波谷地震響應(yīng)的真實(shí)性。實(shí)際地震資料的有效頻寬為8～70Hz，因此進(jìn)行主頻為10～70Hz的雷克子波單頻自激自收正演模擬，分別得到7個(gè)不同主頻的正演信號(hào)，然后直接將其累加，拓寬其頻帶，得到累加正演信號(hào)(圖4)。分析認(rèn)為地震子波的分辨率與頻帶寬度有關(guān)，不論何種子波，隨著頻帶加寬，子波旁瓣的連續(xù)振動(dòng)相位數(shù)和能量逐漸減小，主峰逐漸變窄、變尖銳[16]，在提升信號(hào)分辨率的同時(shí)兼顧保真度[17]。

2.2.2 峽谷水道正演模型構(gòu)建與分析

參考實(shí)鉆結(jié)果，峽谷水道正演模型地層巖性組合由泥巖蓋層、峽谷水道沉積、地層壓力分隔帶和半深海泥巖組成(圖5)，表4為峽谷水道正演模型速度、密度參數(shù)。其中峽谷水道沉積相對(duì)半深海泥巖整體上呈高速度、高密度和高縱波阻抗特征，地層壓力分隔帶頂面為峽谷水道壁，底面為地層壓力分界線。

圖3 推測(cè)的峽谷水道壁地質(zhì)演化過(guò)程(a)早期； (b)中期； (c)晚期

本文基于峽谷水道壁的地震反射結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了三種地質(zhì)模式，通過(guò)對(duì)比累加正演信號(hào)與實(shí)際峽谷水道壁地震響應(yīng)特征的匹配程度判斷各種模式的合理性。

第一種地質(zhì)模式(圖6a)認(rèn)為，峽谷水道壁和地層壓力分界線是同一個(gè)界面。巖石物理分析結(jié)果表明，水道內(nèi)地層呈高縱波阻抗，水道外地層呈低縱波阻抗。正演模擬結(jié)果顯示峽谷水道壁整體呈地震波谷響應(yīng)特征。然而實(shí)際地震資料(圖7)中水道壁附近地震波谷(黑軸)和波峰(紅軸)響應(yīng)均存在，正演模擬結(jié)果與其差異明顯，因此本模式有待完善。

第二種地質(zhì)模式(圖6b)依然認(rèn)為，峽谷水道壁和地層壓力分界線是一個(gè)界面，但是假設(shè)水道外半深海泥巖縱波阻抗高于水道內(nèi)。正演模擬結(jié)果顯示水道壁地震響應(yīng)變?yōu)閺?qiáng)波峰(紅軸)特征。由于氣組Ⅲ砂體頂部為高縱波阻抗層間泥巖，因此氣組Ⅲ砂體頂面地震響應(yīng)為強(qiáng)波谷(黑軸)特征，與本模式峽谷水道壁的地震波峰響應(yīng)產(chǎn)生耦合效應(yīng)，使峽谷水道壁的波峰響應(yīng)由于局部波谷影響出現(xiàn)斷點(diǎn)現(xiàn)象。上述正演信號(hào)特征與實(shí)際地震資料在水道壁位置的波峰變化響應(yīng)特征一致，說(shuō)明沿峽谷水道壁確實(shí)存在一套更高阻抗的泥巖地層。

第三種地質(zhì)模式(圖6c)認(rèn)為，峽谷水道壁和地層壓力分界線是兩個(gè)不同的界面，高縱波阻抗水道砂和低縱波阻抗半深海泥巖間存在一套具有更高縱波阻抗的泥質(zhì)隔層。正演模擬結(jié)果顯示峽谷水道壁為地震波峰(紅軸)響應(yīng)特征，但局部受氣組Ⅲ砂體頂面地震強(qiáng)波谷(黑軸)影響出現(xiàn)斷點(diǎn)；地層壓力分界線為地震波谷(黑軸)響應(yīng)特征。這種地質(zhì)模式對(duì)應(yīng)的正演信號(hào)特征與實(shí)際地震資料的信號(hào)響應(yīng)特征高度匹配。

圖4 10～70Hz雷克子波正演信號(hào)及其累加正演信號(hào)

圖5 峽谷水道正演模型

因此，綜合峽谷水道壁沉積演化認(rèn)識(shí)和多種地質(zhì)模式正演模擬信號(hào)與實(shí)際地震資料的對(duì)比結(jié)果，認(rèn)為峽谷水道壁位置存在一套泥質(zhì)的具有高縱波阻抗特征的地層壓力分隔層。這套分隔層一方面限制其下方巨厚半深海泥巖中大量孔隙流體的及時(shí)排出而成為低速度、低密度、低電阻率等具欠壓實(shí)特征的高[18]壓地層；另一方面成為具有十幾米至幾十米厚的地層壓力過(guò)渡帶，使水道內(nèi)、外不能發(fā)生流體壓力交換，水道內(nèi)的正常壓力系統(tǒng)和水道外的異常高壓系統(tǒng)得以共存。實(shí)際水道位置的地震波峰是峽谷水道沉積(高縱波阻抗)與壓力分隔層(更高縱波阻抗)的界面響應(yīng)特征(圖7藍(lán)色虛線)，而外側(cè)的波谷是壓力分隔層與欠壓實(shí)泥巖(低縱波阻抗)的界面響應(yīng)特征(圖7紅色虛線)。峽谷水道壁是地層壓力分隔層的頂面，地層壓力分界線是地層壓力分隔層的底面，兩者對(duì)應(yīng)兩個(gè)不同的地震反射界面。

表4 峽谷水道正演模型速度、密度參數(shù)

圖6 峽谷水道壁不同地質(zhì)模式(左)及其正演模擬剖面(右)(a)模式一； (b)模式二； (c)模式三

圖7 峽谷水道壁及地層壓力分界線地震解釋剖面

3 實(shí)際資料分析驗(yàn)證

3.1 區(qū)域物性資料對(duì)比驗(yàn)證

假設(shè)峽谷水道壁和地層壓力分界線為同一界面，并據(jù)此劃分A井地質(zhì)層位。1610～1650m井段為氣組Ⅱ，其下方厚為2.9m的薄層為氣組Ⅲ(圖8)，氣組Ⅱ和氣組Ⅲ為中央峽谷水道黃流組重力流沉積。氣組Ⅱ(圖9a)各井儲(chǔ)層物性隨泥質(zhì)含量而變化，在泥質(zhì)含量相當(dāng)?shù)那闆r下，A井與C井孔隙度和滲透率極為接近(孔隙度大于18%，滲透率大于30mD)；氣組Ⅲ(圖9b)受地層埋深壓實(shí)作用影響，C井、D井和E井的儲(chǔ)層物性整體變差(孔隙度小于17%，滲透率小于13.5mD)，A井氣組Ⅲ(即厚為2.9m的薄氣層)的泥質(zhì)含量與C井相當(dāng)(約10%)，但儲(chǔ)層物性好于其余各井(孔隙度大于19%，滲透率大于30mD)。

井中物性資料表明，A井區(qū)氣組Ⅱ儲(chǔ)層物性與峽谷水道砂相當(dāng)，氣組Ⅲ儲(chǔ)層物性與其余各井存在顯著差異。相關(guān)研究[19-22]認(rèn)為，泥質(zhì)底床對(duì)重力流沉積過(guò)程具有反作用，當(dāng)重力流底部剪切力顯著大于底床強(qiáng)度時(shí)，重力流下部會(huì)直接進(jìn)入底床并保持其原有形態(tài)繼續(xù)發(fā)生侵蝕搬運(yùn)，隨后再與底床發(fā)生混合，降低重力流砂泥比。因此，A井鉆遇的厚為2.9m的薄氣層可能是水道重力流侵蝕半深海泥巖后的混合產(chǎn)物。測(cè)井曲線(圖8)顯示，分隔層內(nèi)聲波速度隨埋深增大逐漸減小，該套薄氣層處于壓力分隔層底部，毗鄰下伏高壓地層，儲(chǔ)層物性受地層高壓保護(hù)，所以在地層埋深和泥質(zhì)含量與其余各井相當(dāng)?shù)那闆r下，保持了更優(yōu)質(zhì)的儲(chǔ)層物性，并與水道內(nèi)正常壓實(shí)的儲(chǔ)層物性差異明顯。

圖8 峽谷水道壁測(cè)井資料

圖9 氣組Ⅱ(a)、氣組Ⅲ(b)最小振幅屬性圖紫線為含氣層邊界

3.2 區(qū)域含氣性對(duì)比驗(yàn)證

中央峽谷水道儲(chǔ)層含氣后具有明顯的地震反射亮點(diǎn)特征，L氣田多口探井已證實(shí)最小振幅屬性對(duì)儲(chǔ)層含氣性的良好指示意義[23]。以地震資料進(jìn)行振幅流體定量化統(tǒng)計(jì)，當(dāng)最小振幅值為-2時(shí)可以有效區(qū)分氣層和非氣層(圖10)，且含氣邊界與振幅屬性包絡(luò)吻合程度較高(圖9)。A井在氣組Ⅲ構(gòu)造高部位鉆遇厚為2.9m的氣層，未鉆遇水層，因此以構(gòu)造等值線最低圈閉線確定A井區(qū)控制儲(chǔ)量。控制儲(chǔ)量區(qū)域內(nèi)最大氣層厚度為16.3m，D井區(qū)(氣層厚度為15.1m)和E井區(qū)(氣層厚度為7.6m)均表現(xiàn)為強(qiáng)振幅響應(yīng)特征，而A井區(qū)和東北方向F井區(qū)均表現(xiàn)為水層弱振幅響應(yīng)特征，因此將A井鉆遇的厚度為2.9m的氣層劃入氣組Ⅲ且以構(gòu)造等值線最低圈閉線確定其控制儲(chǔ)量，與L氣田整體的含氣性認(rèn)識(shí)矛盾，存在較高的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。

綜上所述，假設(shè)峽谷水道壁和地層壓力分界線為同一界面，并將A井緊鄰地層壓力分界線之上的厚度為2.9m的薄氣層劃分至峽谷水道沉積中，會(huì)導(dǎo)致其與區(qū)域儲(chǔ)層物性分布規(guī)律和儲(chǔ)層含氣性認(rèn)識(shí)之間的明顯矛盾。因此，上述假設(shè)不成立，峽谷水道壁和地層壓力分界線應(yīng)為兩個(gè)不同界面，且兩者之間為地層壓力分隔層。

圖10 中央峽谷水道L氣田儲(chǔ)層流體振幅定量化統(tǒng)計(jì)圖

4 結(jié)論

(1)綜合區(qū)域測(cè)井、巖性、物性和地質(zhì)認(rèn)識(shí)，使用地震資料可識(shí)別水道壁地層壓力分隔層的地震響應(yīng)特征，該特征為深水區(qū)峽谷水道內(nèi)、外地層壓力急劇變化點(diǎn)的判別標(biāo)志。若結(jié)合高精度地震速度模型可進(jìn)一步提高鉆前地層壓力預(yù)測(cè)精度，減小工程實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)。

(2)單頻正演模擬信號(hào)具有較強(qiáng)的旁瓣能量，當(dāng)旁瓣干擾與真實(shí)地震響應(yīng)在某一位置重合時(shí)，該位置地震響應(yīng)的可靠性存在較大不確定性。通過(guò)直接累加多個(gè)低頻到高頻的單頻正演信號(hào)可以得到主瓣能量突出、波形尖銳、旁瓣相位數(shù)與能量高度收斂的累加正演信號(hào)，該信號(hào)對(duì)正演模型的識(shí)別更精準(zhǔn)，具有高分辨率和高保真度的特征，可為后續(xù)研究提供可靠的分析數(shù)據(jù)。

(3)瓊東南盆地深水區(qū)中央峽谷水道壁內(nèi)、外兩個(gè)不同的地層壓力系統(tǒng)間存在一套平行峽谷壁分布的泥質(zhì)非滲透性壓力分隔層，整體上相對(duì)于底部欠壓實(shí)的半深海泥巖表現(xiàn)為高速度、高密度、高縱波阻抗、高電阻率和高自然伽馬的巖石物理特征。這套壓力分隔層厚度為十幾米至幾十米不等，使水道內(nèi)、外不能發(fā)生流體壓力交換，進(jìn)而使中央峽谷水道內(nèi)正常壓力系統(tǒng)和水道外異常高壓系統(tǒng)共存。壓力分隔層頂部為峽谷水道壁，整體上對(duì)應(yīng)地震波峰響應(yīng)，局部受水道內(nèi)地層巖性組合縱波阻抗差異變化和波形干涉影響，水道壁波峰能量會(huì)出現(xiàn)減弱或斷點(diǎn)現(xiàn)象；壓力分隔層底部為地層壓力分界線，對(duì)應(yīng)地震波谷響應(yīng)，相對(duì)穩(wěn)定分布。

(4)由于水道重力流對(duì)泥質(zhì)底床的侵蝕作用，可能導(dǎo)致壓力分隔層中存在部分薄砂體，對(duì)這些薄砂體的地層歸屬需要結(jié)合區(qū)域物性和含氣性認(rèn)識(shí)綜合判別。

(5)明確了深水中央峽谷水道壁的地震響應(yīng)特征，對(duì)砂體邊界落實(shí)、減小深水L氣田的地質(zhì)儲(chǔ)量評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)及深水氣田水道壁研究具借鑒意義。