渤海蓬萊9-1花崗巖潛山地震反射特征分析與儲層解釋

劉朋波 呂丁友 于海波 熊 煜 胡安文 鄧 輝

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459)

0 引言

渤海蓬萊9-1花崗巖潛山油藏是目前國內發現的單體規模最大的中生代花崗巖油藏[1]。前人利用鉆井和分析化驗等資料研究其構造演化、儲層、油藏等特征，取得了豐碩成果[1-3]，但利用地震資料預測花崗巖潛山儲層方面的研究成果鮮見報道。

準確的儲層預測結果往往能提高勘探成功率，基于“兩寬一高”地震資料的疊前儲層預測技術是目前潛山儲層預測的主要應用技術[4-7]。但由于勘探初期主要目標不是針對潛山，潛山儲層地震資料并非都具有“兩寬一高”的資料品質?；诔Ｒ幍卣鹳Y料開展潛山儲層預測，需要對潛山地震反射特征深入地理解和認識[8-9]，因此開展潛山地震反射特征分析意義重大。

針對花崗巖分布范圍不明、花崗巖區有利儲層分布規律不清等難題，本文利用三維地震、鉆井等資料，應用地震正演模擬，基于地質成因開展蓬萊9-1油田花崗巖潛山地震反射特征的分析與儲層解釋。這種基于地質成因分析的地震儲層解釋方法，地質意義更加明確、儲層預測結果更加準確，可為蓬萊9-1油田花崗巖潛山油藏后續開發和類似潛山油藏的勘探提供參考。

1 地質概況

蓬萊9-1油田位于渤海東部郯廬走滑斷裂帶內的廟西北凸起，緊鄰富生烴的渤東凹陷和廟西北洼，成藏背景優越(圖1a)。廟西北凸起為NE走向，古近系整體缺失，新近系館陶組(N1g)富泥地層直接覆蓋于潛山之上，局部構造高部位甚至缺失館陶組。凸起整體向北西方向下傾，其西側以斜坡帶向渤東凹陷過渡，東側以邊界大斷裂為界，呈陡坡與廟西北洼突變接觸。

蓬萊9-1潛山形態獨特，在長軸方向，中部為寬緩的鞍部，南北為陡峭山峰(圖1b)。鉆井揭示潛山南、北古地貌高出露地層為元古界變質巖，中間鞍部為中生代花崗巖出露區。同位素年齡測試揭示[10]，鞍部花崗巖形成于中侏羅世燕山期(165Ma左右)； 變質巖年齡集中在2220Ma，歸屬于古元古代。在鞍部東側構造高部位的第一口探井(A井)揭示花崗巖儲層發育且含油性好，展現了該區花崗巖潛山良好的勘探前景。

圖1 蓬萊9-1油田位置(a)及廟西北凸起新生界底面立體顯示圖(b)

2 花崗巖風化殼特征

蓬萊9-1花崗巖以花崗閃長巖和二長花崗巖為主，在中侏羅世侵入之后，經歷了巖體結晶收縮、構造破碎、風化淋濾等作用[11]，儲集空間較發育。儲集空間具有孔隙型和裂隙型雙重介質的特點。

由表及里，隨著風化作用逐漸減弱，儲集空間類型整體由孔隙型→裂縫—孔隙型→孔隙—裂縫型→裂縫型逐漸演變。

根據風化強度和儲集空間類型，蓬萊9-1花崗巖風化殼儲層依次可以劃分為黏土帶、砂礫質風化帶、裂縫帶和基巖(圖2)。

圖2 蓬萊9-1花崗巖潛山儲層A-B-C-D連井剖面井位置見圖1a

其中，黏土帶主要為巖性疏松的風化土壤，泥質含量高、儲集物性差。粒間孔隙填充了片狀伊利石等黏土礦物，沒有有效孔隙和喉道，基本喪失儲集性能。電測曲線表現為高自然伽馬(GR)、低電阻率、低波速特征。主要在低洼斜坡區殘留，厚度一般較小(0～10m)。

砂礫質風化帶主要發育風化砂巖和碎裂巖塊，以孔隙型和裂縫—孔隙型儲層為主，物性最好，有效儲層平均孔隙度為8.5%。電測曲線上表現為低GR、較高電阻率、較高波速特征。

裂縫帶風化淋濾作用變弱，溶蝕孔、洞較少，以裂縫為主，物性較好。表現為低GR、高電阻率、較高波速的測井響應特征。

基巖帶溶蝕孔不發育，斷裂處裂縫較發育。致密帶厚度增加，整體物性變差。表現為低GR、高電阻率、高波速的測井響應特征。

砂礫質風化帶內構造縫與溶蝕孔交織發育，且致密隔層少、厚度小，橫向分布較穩定，為潛山風化殼最主要的儲層，也是潛山最主要的含油層段。而裂縫帶和基巖由于裂縫的橫向非均質性強，致密段較多，儲層橫向分布不穩定，連通性較差。整體而言，花崗巖風化殼儲層以孔隙型儲集空間為主導。不同井區花崗巖風化殼儲層垂向分帶發育的差異以及各帶橫向厚度變化，一定程度上會形成不同的地震響應特征，這是花崗巖地震反射特征分析與儲層解釋的基礎。

3 花崗巖地震反射特征分析

3.1 潛山頂面外形

潛山鞍部花崗巖出露區頂面較平緩，與南部、北部變質巖區頂面陡峭地形的區別較明顯(圖3)。在北東—南西向地震剖面上，可見花崗巖潛山頂面(T8地震反射層)起伏不大，僅局部侵蝕溝谷處有一定起伏(圖3a)； 在南東—北西向地震剖面上，潛山整體向西北傾斜，花崗巖頂面地形坡度約為4°(圖3b)。這種平緩的頂面形態，反映了花崗巖出露地表后遭受了強烈的風化剝蝕，整體夷平化程度高[12]。這主要與花崗巖的巖性、后期的構造改造作用相關，花崗巖中石英和長石礦物含量較高，質脆，節理發育，后期受構造作用改造形成各種交叉的網狀縫，且長石易于溶蝕，物理風化和化學風化作用均較強，易形成相對平緩的地貌?；◢弾r頂部普遍存在的黏土、砂礫質風化殼指示花崗巖風化殼為強烈的風化淋濾產物[12](圖2)。

圖3 蓬萊9-1花崗巖潛山地震剖面

在南部、北部古地貌高變質巖區，石英片巖中云母含量較高，長石含量較低，具有一定的韌性、塑性，不易形成大規模裂隙和溶蝕，導致其物理風化和化學風化作用均較弱[13]。僅斷裂發育區風化程度較高，并且因為高地貌風化產物不易保存而形成峰林地貌。殘留古地貌高區巖性致密，儲集物性差。

在潛山整體隆升過程中，花崗巖與變質巖兩種不同巖性的差異風化作用形成了南部、北部變質巖區高而陡峭、中部花崗巖區地貌低而平緩的獨特地貌格局?；跐撋交◢弾r出露區與圍巖區頂面形態差異，利用潛山頂面邊緣檢測屬性可以刻畫花崗巖出露區的分布(圖4)。紅、黃色異常區主要分布在兩組北西向斷層夾持的鞍部，代表花崗巖出露區，地層產狀變化較小。這種巖性分布格局與潛山地貌具有非常好的對應關系。

圖4 潛山頂面邊緣檢測屬性

3.2 花崗巖內部反射結構

在垂直于構造走向的南東—北西向剖面(圖3b)上，花崗巖內部可見傾斜地震反射結構。在傾斜地震反射結構發育區，潛山頂面地震反射同相軸存在鋸齒狀彎曲下拉的現象，同相軸似斷非斷，這是由于裂縫帶附近風化剝蝕強度較大形成的局部地形變化，推斷傾斜反射結構為花崗巖內部裂縫帶的地震響應。傾斜反射結構在花崗巖類潛山中比較常見，如越南的白虎油田花崗巖潛山[14]、渤海渤中19-6太古界變質花崗巖潛山[15]，這主要是與花崗巖固有的脆性特征及后期構造改造作用有關。在黃山、三清山、泰山等花崗巖景區[16]，巖體內部同樣可見節理和裂縫非常發育。蓬萊9-1油田位于郯廬走滑斷裂帶內，構造活動強烈，花崗巖體周圍斷裂發育，具備形成裂縫的應力條件。

根據傾斜地震反射的傾向，平面上可以劃分為兩組。一組主要為南東傾，分布于花崗巖體東側，與東側邊界大斷層的傾向相同； 另一組主要為北西傾，位于花崗巖體的西側。平面上除花崗巖中心區域(C井區周圍)傾斜反射結構不發育外，其他區域傾斜反射結構均發育，且兩組傾斜反射在花崗巖北東向軸線附近交會。

花崗巖東側傾斜地震反射主要與廟西北凸起東側邊界斷層有關。凸起東側北東向邊界大斷層具有走滑和伸展雙重性質[17]，新生代以來長期活動。上升盤(花崗巖潛山)發生翹傾，易形成一系列與邊界斷層傾向一致的裂縫帶。從圖3b中可以看到，中部C井區館陶組厚度分別小于東、西兩側的A井區和D井區，說明館陶組沉積前中部C井區處于古構造高部位，而東、西兩側為古斜坡區； 后續隨著東側邊界大斷層繼續活動，上升盤地層發生翹傾，凸起區東側地層均發生不同程度的抬升，導致現今凸起區地層西傾。邊界大斷層在北部末端活動性減弱，形成馬尾狀構造轉換帶[18-19]，發育一系列斜交的北東向次級斷層，地層更加破碎，裂縫更加發育。

花崗巖西側的傾斜地震反射與一組北東走向、雁行排列的小斷層有關(圖4)。這些斷層均為北西傾向，呈弱走滑特征[20]。弱走滑作用產生的張扭應力在花崗巖體西側形成一系列的北西傾向裂縫帶，即在地震剖面上表現為北西傾向的傾斜地震反射結構(圖3b)。圖3b中東側傾斜地震反射的發育密度明顯強于西側，也反映了東側構造作用更強，裂縫更加發育。

4 有利儲層預測

為了查明不同風化殼結構的地震響應特征，同時進一步探討花崗巖內部傾斜地震反射結構的成因，本文結合地震資料與風化殼分帶特征，設計花崗巖風化殼地質模型(圖5a)進行正演模擬。黏土帶、砂礫質風化帶、裂縫帶和基巖帶的速度和厚度取值均根據鉆井資料的統計。由于黏土帶厚度一般較小(<10m)，且其速度與上覆館陶組相當，故地質模型中未設置黏土帶。明化鎮組下段、館陶組、潛山基巖、潛山頂部砂礫質風化帶、裂縫帶速度分別為2500、2770、4700、3380、3800m/s。東側砂礫質風化帶的厚度變化為0～75m，西側砂礫質風化帶厚度變化為0～27m，裂縫帶的寬帶范圍為10～45m。采樣率為1ms，選用雷克子波，主頻為30Hz。

正演模擬結果(圖5b)顯示：①砂礫質風化帶發育區振幅較弱，且砂礫質風化帶厚度越大，潛山頂面之下的振幅(波谷)越弱。當砂礫質風化帶厚度大于38.4m時，潛山頂面之下會出現一個新阻抗界面。②裂縫帶會形成較強的傾斜地震反射界面。裂縫帶發育的密度越大，傾斜反射越密集。③上穿至潛山頂面的裂縫帶導致潛山頂面振幅減弱，同相軸出現下拉現象。

圖5 花崗巖風化殼地質模型(a)和正演模擬結果(b)

地震正演模擬表明了砂礫質風化帶發育程度與潛山頂面之下波谷反射強度之間存在對應關系，因而可以利用振幅預測砂礫質風化帶的發育程度。

以T8地震反射層為參考層，提取向下50ms最大波谷振幅屬性(圖6)。由圖可見，反映砂礫質風化帶發育的弱振幅異常主要分布在斷裂帶附近，花崗巖體東側斷裂帶附近(A、E井區)弱振幅異常最明顯； 其次為花崗巖南部(B井區)、北部北西向斷層附近(F井區)和西側雁行排列的小斷層發育區(D井區)； 強振幅區(C井區)砂礫質風化帶發育程度最差。整體呈現斷裂規模越大、越密集，砂礫質風化帶越發育的特點。

據成像測井資料所成花崗巖裂縫走向玫瑰圖(圖6)可知，主要發育兩組裂縫走向，一組是花崗巖東側斷裂帶和西側雁行排列的小斷層附近的北東走向裂縫(A井、E井、D井)； 另外一組是花崗巖南、北兩側斷裂帶附近的北西西走向裂縫(B井、F井)。這進一步說明了裂縫發育主要受周圍斷裂的控制。因此傾斜地震反射所代表的裂縫帶是花崗巖砂礫質風化帶發育的基礎，它不僅是裂縫儲層的發育區，更是風化淋濾的重要通道[21]，是砂礫質風化帶內優質儲層形成的關鍵。將A、B、C、D、E、F井點振幅屬性值與鉆井揭示的砂礫質風化帶內儲層厚度交會，發現二者具有很好的相關性(圖7)，線性擬合相關系數高達0.8919。

圖6 潛山頂面向下50ms最大波谷振幅屬性及各井花崗巖裂縫走向玫瑰花圖

圖7 潛山頂面向下50ms最大波谷振幅屬性與強風化帶下100m井段儲層厚度交會圖

根據上述儲層預測方法在花崗巖東側儲層發育區部署H井和I井。鉆前預測H井、I井砂礫質風化帶儲層厚度分別為95、70m，實鉆厚度分別為101.4、65.3m，絕對誤差在7m以內(表1)。這兩口井風化殼儲層預測結果表明，通過潛山頂面之下的最大波谷振幅屬性可以較好地預測砂礫質風化帶內儲層的發育程度，進而為預測平面上砂礫質風化帶內有效儲層的厚度變化趨勢提供依據。

表1 儲層預測效果

5 結論

(1)蓬萊9-1花崗巖潛山風化殼經歷了強烈的風化淋濾作用，垂向上具有分帶性，儲層主要發育在砂礫質風化帶內，以孔隙型儲層為主導。

(2)潛山頂面形態主要受花崗巖與圍區變質巖之間的差異風化剝蝕作用控制，頂面平緩的外形和內部傾斜反射結構是蓬萊9-1潛山花崗巖出露區的典型特征，其中平緩的頂面外形特征表明花崗巖風化殼在風化過程中整體夷平化程度高； 內部傾斜反射結構是裂縫帶的響應，主要受花崗巖巖性、構造改造作用控制。

(3)裂縫帶是花崗巖風化殼儲層發育的基礎，只有傾斜地震反射結構發育區才能發育有利的風化殼儲層。潛山頂面振幅強度與風化殼儲層發育程度呈負相關，綜合潛山頂面振幅強弱和內部傾斜地震反射的發育程度，可以預測有利儲層的分布。潛山頂面弱振幅、內部密集傾斜地震反射區主要位于花崗巖東側邊界大斷層附近，是最有利的儲層發育區。

(4)基于地質成因分析的潛山風化殼儲層地震解釋方法可為蓬萊9-1花崗巖潛山油藏后續開發和類似潛山的油氣勘探提供參考。