阿曼盆地A 區白堊系泥巖充填型碳酸鹽巖溶蝕溝谷識別技術

范 蕊，劉 卉，楊沛廣，孫 星，馬 輝，郝 菲，張珊珊

（1.中國石油東方地球物理公司研究院，河北涿州 072750；2.中國石油勘探開發研究院，北京 100083）

0 引言

中東地區油氣資源豐富，石油產量約占全球石油產量的2/3［1］，碳酸鹽巖儲層中油藏儲量占全球碳酸鹽巖油藏總儲量的70%，氣藏儲量占全球碳酸鹽巖氣藏總儲量的90%［2］。中東地區上白堊統Shuaiba 組和Natih 組儲層以高孔高滲的生物碎屑灰巖為主［3-6］，油氣儲量巨大。阿曼盆地A 區（阿曼A區）Shuaiba 組和Natih 組油氣資源主要分布在該區西部和中部的高部位，東部僅有零星油氣資源分布。受后期前陸盆地形成和斷層發育的影響，阿曼盆地的油氣多聚集于構造圈閉中［7］，斜坡帶缺少油氣資源和遠景目標，因此尋找新的圈閉類型作為戰略后備接替區是亟待解決的問題。

阿曼A 區斜坡帶完鉆的B01 井在Natih 組頂面見良好油氣顯示，解釋油層6.25 m，投產后自噴生產，該井的成功促使了對阿曼A 區油氣成藏的重新思考。結合鉆井結果和地震響應特征，認為該區發育一彎曲的碳酸鹽巖溶蝕溝谷。以往研究人員對于溶蝕溝谷的識別、形成機制及其對油氣勘探的影響已有一定研究，倪祥龍等［8］利用模型正演、古地貌分析和相干能量梯度屬性，落實了一大型溶蝕溝谷體系，認為溶蝕溝谷帶周緣巖溶儲層發育，油氣產量高。目前對溶蝕溝谷的展布、成藏過程及特征認識不足，且相似的勘探實例較少。為解決這一問題，擬開展地震正演模擬，確定溶蝕溝谷的地震反射特征，并在此基礎上，優選歐拉曲率屬性進一步刻畫溶蝕溝谷的展布特征，以期為優選有利勘探區及下一步勘探提供一定理論依據。

1 地質概況

阿曼盆地位于阿拉伯板塊東南部，其主體位于阿曼境內，向北延伸至伊朗海上，向南延伸至也門，盆地呈新月形展布，面積約15.3×104km2。阿曼盆地可分為Fahud 鹽盆、Ghaba 鹽盆和南阿曼鹽盆3 個次級盆地［9］。阿曼盆地經歷了多期復雜的構造運動，前寒武紀為裂谷階段，古生代為內陸凹陷階段，中生代為由印度板塊-阿拉伯板塊裂解形成的被動大陸邊緣階段，晚白堊世—新近紀為由于阿曼山仰沖-推覆作用形成的前陸盆地階段。其中，被動大陸邊緣階段沉積了寬廣穩定的碳酸鹽巖臺地，形成了多套完整的生儲蓋組合。

阿曼A 區位于阿曼盆地Fahud 鹽盆西北部（圖1a），面積約1 000 km2，地質儲量約1.9×108t，剩余資源量約1.34×108t，勘探潛力巨大。下白堊統Shuaiba組和上白堊統Natih 組巖性主要為白云巖、灰巖及粒狀灰巖（圖1b），富含生物碎屑［10］，油氣儲量分別占盆地總儲量的21.3%和10.7%。Natih 組自上而下分為A—G 共7 段，由富有機質泥灰巖向上過渡為生物碎屑灰巖，總有機碳（TOC）平均值為5%，主要由生物碎屑灰巖、球?；規r組成，沉積于淺海-潮間環境，孔隙度為17%～36%，滲透率為1～1 000 mD，該套儲層是阿曼盆地北部的主要儲層，在盆地分布廣泛。

圖1 阿曼盆地A 區構造地質圖（a）及白堊系—新近系地層綜合柱狀圖（b）Fig.1 Tectonic location（a）and stratigraphic column of Cretaceous-Neogene（b）of block A in Oman Basin

2 溶蝕溝谷正演模擬

阿曼盆地經歷了多次海侵、海退沉積旋回，淺海碳酸鹽巖、深海頁巖和泥灰巖交替發育，碳酸鹽巖溶蝕溝谷隨水流多次擺動。不同的巖性及其厚度致使溶蝕溝谷具有不同的地震反射特征，且溶蝕作用的強弱對溶蝕溝谷的深度和寬度具有直接影響。隨著溶蝕作用的強弱變化，地震反射特征也會發生變化，因此需通過正演模擬來識別溶蝕溝谷在地震上的響應特征［11-12］。本文擬針對研究區溶蝕溝谷較為發育的Natih 組頂部的碳酸鹽巖儲層進行正演模擬，通過建立不同寬度和深度的溶蝕溝谷地質模型來進行溶蝕溝谷的識別。

測井解釋結果顯示，阿曼A 區Natih 組頂部碳酸鹽巖儲層具有低聲波時差、低自然伽馬、低—中等密度的特征，碳酸鹽巖儲層厚度較大，B01 井、S01 井和B08 井儲層厚度分別為13 m，27 m 和35 m（圖2）。根據鉆井和測井資料統計結果，設定上覆泥巖和溶蝕溝谷充填泥巖的縱波速度為2 600 m/s，密度為2.24 g/cm3；上部儲層碳酸鹽巖縱波速度為3 400 m/s，密度為2.21 g/cm3，儲層厚度為13～35 m；下部非儲層碳酸鹽巖縱波速度為4 100 m/s，密度為2.43 g/cm3；地震子波采用主頻為40Hz 的Ricker 子波。

圖2 阿曼盆地A 區B01 井、S01 井、B08 井測井曲線Fig.2 Logging curves of wells B01，S01 and B08 in block A，Oman Basin

阿曼A 區過B01 井地震剖面顯示，地震同相軸出現下凹、間斷、弱振幅反射特征（圖3）。通過正演模擬可判斷該反射特征是否為溶蝕溝谷的地震響應。

圖3 阿曼盆地A 區過B01 井溶蝕溝谷地震反射剖面（剖面位置見圖1）Fig.3 Seismic reflection section of dissolution valleys across well B01 in block A，Oman Basin

根據溶蝕溝谷不同的寬度、深度、儲層厚度，建立了2 種正演模型。模型一為溶蝕溝谷寬度不變，深度和儲層厚度改變，假設溶蝕溝谷寬度為200 m，深度為1～10 m，碳酸鹽巖儲層厚度分別為10 m，20 m，30 m，40 m。從模型一的正演結果來看，當碳酸鹽巖儲層厚度為10 m 時，地震分辨率較低，無法識別儲層，溶蝕溝谷同相軸表現為下拉強振幅反射特征；當碳酸鹽巖儲層厚度為20 m 時，隨著溶蝕溝谷深度的增大，振幅強度增大；當碳酸鹽巖儲層厚度為30 m 時，模擬結果可識別儲層，溶蝕溝谷表現為下拉弱振幅反射特征；當碳酸巖鹽儲層厚度為40 m 時，儲層底界影響較小，溶蝕溝谷表現為下拉的反射特征，且隨著溶蝕溝谷深度的增大，振幅強度減弱（圖4）。結合B01 井、S01 井和B08 井的儲層厚度，當碳酸鹽巖儲層厚度為30 m 時，正演剖面中地震同相軸的反射特征與實際地震資料情況更為接近。

模型二為溶蝕溝谷深度一定，寬度改變。設定溶蝕溝谷深度為5 m，寬度為10～400 m。當溶蝕溝谷寬度為10 m 時，同相軸反射特征不明顯，寬度大于10 m 的溶蝕溝谷表現為同相軸下凹、間斷、弱振幅反射特征（圖5）。

圖5 地震正演模型二及其偏移剖面Fig.5 Forward model and time migration sections of model 2

根據上述正演模擬結果可知，溶蝕溝谷在地震上表現為同相軸下凹、間斷、弱振幅反射特征，且目前地震資料可識別深度大于3 m、寬度大于10 m 的溶蝕溝谷。因此，現有地震數據和儲層厚度可滿足溶蝕溝谷識別的要求。根據溶蝕溝谷的地震反射特征，優選合適的物探技術手段，即可刻畫溶蝕溝谷在平面上的分布特征。

3 溶蝕溝谷的識別

根據以往研究成果，碳酸鹽巖溶蝕孔溝谷的識別方法主要有2 類：一類是以疊后幾何地震屬性為主，如相干、曲率等；另一類是利用疊后地震反演或疊前反演預測，由于儲層非均質性強，該類識別方法精度不高，難度大，且需要的井較多［13-14］。根據阿曼A 區實際情況和溶蝕溝谷的地震反射特征，認為疊后幾何地震屬性對同相軸下凹、間斷有較好的表征，因此本次研究選取疊后幾何地震屬性開展溶蝕溝谷的識別。

3.1 相干屬性

相干屬性是利用波形之間的相似性來反映地層的不連續性，主要用來檢測斷層和裂縫及刻畫地質體邊界［15-17］。研究區Natih 組頂面相干屬性平面圖（圖6a）顯示，該區明顯發育一系列北西—南東向斷層，而溶蝕溝谷發育較局限，僅在B01 井東部顯示“M”型溶蝕溝谷，長度約10 km，分布較局限且不連續，不符合溶蝕溝谷的沉積規律。同時局部地震剖面上出現同相軸下凹形態（圖6b），反映為溶蝕溝谷發育位置，但其未在相干平面屬性上顯示，因此常規的單一屬性不能有效刻畫出溶蝕溝谷的分布。

圖6 阿曼盆地A 區Natih 組頂面相干屬性平面圖（a）及地震-曲率屬性體融合剖面（b）Fig.6 Coherence（a）and attribute scale fuse section of seismic data and coherence volume（b）of the top surface of Natih Formation in block A，Oman Basin

3.2 最正曲率和最負曲率

常規的曲率體屬性是描述曲線上任意一點的彎曲程度，其計算公式表示為該點正切曲線所形成的圓半徑的倒數，曲率大小可反映弧形的彎曲程度，弧形越彎曲，則曲率越大。曲率屬性用于刻畫地質體的幾何變化，對具有撓曲以及線性特征的地質構造具有較好的響應［18-20］。常用曲率包括高斯曲率、平均曲率、最正曲率及最負曲率等。根據溶蝕溝谷的地震反射特征，選取最負曲率刻畫溶蝕溝谷下切時的弧形最大彎曲度，最正曲率刻畫溶蝕溝谷兩側隆起部位的弧形最大彎曲度。

屬性平面分析結果顯示，曲率屬性對溶蝕溝谷的刻畫優于相干屬性，可基本反映溶蝕溝谷的分布。由圖7 可看出，溶蝕溝谷分為東、西2 支，西支較東支更為清晰，在“M”型溶蝕溝谷附近相連，延伸方向為北東—南西向，且與斷層呈直角相交，長度為70 km。最正曲率屬性平面圖（圖8）中的2 條平行線即溶蝕溝谷的寬度，為350～450 m。

圖7 阿曼盆地A 區Natih 頂面最負曲率屬性平面圖及局部放大圖Fig.7 Maximum negative curvature map and local zooming of the top surface of Natih Formation in block A，Oman Basin

圖8 阿曼盆地A 區Natih 頂面最正曲率屬性平面圖及局部放大圖Fig.8 Maximum positive curvature map and local zooming of the top surface of Natih Formation in block A，Oman Basin

由于溶蝕溝谷的展布方向與斷層走向垂直，斷層對溶蝕溝谷的識別具有一定影響，導致最正曲率和最負曲率屬性顯示的溶蝕溝谷展布不連續，且在密集斷層發育帶附近很難判斷溶蝕溝谷的走向，因此如何壓制北西—南東向斷層效應是有效識別溶蝕溝谷的關鍵。

3.3 歐拉曲率

歐拉曲率是用純數學的方式給出空間曲線曲率的計算公式［21］，可以看作給定了方位角的視曲率，通常對于斷裂、裂縫和褶皺具有較連續的刻畫［22-23］。在曲面上取一點E，曲面在E 點的法線為Z 軸，過Z 軸可以有無限多個剖切平面，每個剖切平面與曲面相交，其交線為一條平面曲線，每條平面曲線在E 點有一個曲率。不同剖切平面上的平面曲線在E 點的曲率不等。把最大曲率和最小曲率稱為主曲率，分別記作k1與k2，這2 個曲率半徑所在的方向，數學上可以證明是相互垂直的。（k1，φ1）和（k2，φ2）分別表示最大曲率和最小曲率的大小與走向，那么E 點處以方位角φ的歐拉曲率表達式為

式中：k1，k2分別為E 點處最大曲率和最小曲率；φ為方位角，（°）；φ2為E 點處最小曲率所對應的方位角，（°）。

經過歐拉曲率計算，得出相同時間、不同方位角的6 個歐拉曲率圖（圖9）。方位角為30°和60°時的歐拉曲率圖中溶蝕溝谷顯示更加清晰，且對北西—南東向斷層的壓制效果相對較好。為進一步驗證這一計算結果，把方位角間隔縮小為15°，將45°方位角的歐拉曲率圖與30°和60°方位角的歐拉曲率圖相比，溶蝕溝谷刻畫效果相似，且對北西—南東向斷層的壓制效果最好（圖10），因此阿曼A 區溶蝕溝谷刻畫選取45°方位角的歐拉曲率。

圖9 相同時間不同方位角的歐拉曲率屬性切片Fig.9 Euler curvature time slice of different azimuths at the same time point

圖10 方位角為30°，45°，60°時的歐拉曲率屬性切片Fig.10 Euler curvature time slice at the azimuths of 30°，45°and 60°

與最負曲率相比，歐拉曲率刻畫的溶蝕溝谷更加連續、清晰（圖11），延伸長度更大，約為110 km。圖11 中黃圈處歐拉曲率對于潮道的細節顯示優于最負曲率，尤其是東側一支溝谷局部特征更為清晰（黃圈處），且通過對北西—南東向斷層的壓制，進一步突顯了溶蝕溝谷的延展。

圖11 阿曼盆地A 區Natih 頂面45°方位角歐拉曲率屬性圖與最負曲率對比圖Fig.11 Euler curvature map and maximum negative map of the top surface of Natih Formation in block A，Oman Basin

結合歐拉曲率屬性和溶蝕溝谷-泥巖充填遮擋的成藏模式，本次研究識別出與溶蝕溝谷相關的復合圈閉27 個，面積共計80.66 km2，最大圈閉面積約11 km2，圈閉幅度為20～75 ms，圈閉高點雙程旅行時為880～1 100 ms（圖12）。新圈閉的識別填補了研究區構造圈閉的空白區，有效擴大了有利區域面積，綜合評價認為阿曼A 區具有較大的勘探潛力。在新圈閉類型的勘探目標指導下，完成D01 井鉆探。該井位于阿曼A 區西部，地震剖面顯示該井的上傾方向發育泥巖充填的溶蝕溝谷（圖13a），形成了泥巖遮擋的復合圈閉。鉆探結果解釋D01 井在Natih 組頂部鉆遇了25 m 的碳酸鹽巖儲層，平均孔隙度為28%，油氣顯示較好（圖13b）。D01 井鉆探結果驗證了溶蝕溝谷-泥巖充填遮擋圈閉的可靠性。

圖12 阿曼盆地A 區溶蝕溝谷-泥巖充填型圈閉分布Fig.12 Distribution of mudstones-filled dissolution valley traps in block A，Oman Basin

圖13 阿曼盆地A 區過D01 井地震剖面（a）和D01 井測井曲線（b）（剖面位置見圖12）Fig.13 Seismic section across well D01（a）and logging curves of well D01（b）in block A，Oman Basin

4 成藏模式

受晚白堊世Ⅰ期阿爾卑斯構造運動的影響，阿曼盆地北部地層逐漸向西抬升，導致白堊系上部地層遭受剝蝕。Ⅰ期阿爾卑斯構造運動結束后，Fiqa組泥巖接受沉積并向東逐漸增厚，因此阿曼A 區Natih 組與上覆Fiqa 組形成不整合接觸。從成藏條件來看，上白堊統Natih 組烴源巖有機質豐度高，在晚白堊世進入生油窗，生烴持續至今，生烴潛力大，烴源巖呈條帶狀分布于Fahud 鹽盆北部，碳酸鹽巖儲層物性好，埋藏適中，上覆Fiqa 組泥巖為區域蓋層，生儲蓋配置良好。阿曼A 區緊鄰烴源灶，處于油氣自東向西運移的路徑中，易于形成油氣藏。

根據地質背景以及對溶蝕溝谷的認識和鉆探結果，在阿曼A 區總結出溶蝕溝谷-泥巖充填的成藏模式。受強烈大氣淡水淋濾作用影響，Natih 組頂部碳酸鹽巖遭受強烈侵蝕，局部形成丘狀隆起并廣泛呈現下切特征［24］，因此在地震剖面上出現同相軸下凹、間斷和弱振幅反射響應。根據被動大陸邊緣旋回特征，三疊紀—晚白堊世發育3 期特提斯海侵，期間形成3 個碳酸鹽巖沉積旋回，其中Natih 組為第三期碳酸鹽巖沉積，當海侵擴大到最大范圍時，形成了重要的區域性泥巖蓋層［25］。受溶蝕作用影響，Fiqa 組泥巖發生垮塌，使得Natih組頂部的溶蝕溝谷被泥巖充填，在上傾方向形成側向遮擋，油氣聚集于此并形成泥巖充填型油氣藏（圖14）。

圖14 阿曼盆地A 區溶蝕溝谷-泥巖充填型成藏模式示意圖Fig.14 Hydrocarbon accumulation model of mudstone-filled dissolution valleys in block A，Oman Basin

5 結論

（1）阿曼A 區溶蝕溝谷表現為下凹、間斷、弱振幅反射的地震反射特征，現有地震資料能夠識別深度大于3 m、寬度大于10 m 的溶蝕溝谷，為溶蝕溝谷的識別起到了指導作用。

（2）與相干屬性、最正曲率和最負曲率相比，歐拉曲率屬性對研究區北西—南東向斷層起到了壓制作用，且進一步突顯了溶蝕溝谷的延展，該屬性刻畫的溶蝕溝谷更加清晰、連續性更好、識別度更高。

（3）在識別溶蝕溝谷體系的基礎上，阿曼A 區識別出27 個復合圈閉，面積共計80.66 km2，有效擴大了有利勘探目標的區域，同時新的鉆井揭示了較好的油氣顯示，驗證了溶蝕溝谷-泥巖充填型成藏模式的可靠性。