阿姆河右岸區(qū)塊生物礁特征與識(shí)別方法

摘 要

摘要：土庫(kù)曼斯坦阿姆河右岸區(qū)塊儲(chǔ)集層以礁灰?guī)r為主，在該儲(chǔ)層之上發(fā)育著巨厚的膏鹽巖地層，使其地震勘探的難度增大。為此，依據(jù)該區(qū)塊礁灰?guī)r的分布特點(diǎn)，綜合測(cè)井、地質(zhì)資料建立了沉
摘要：土庫(kù)曼斯坦阿姆河右岸區(qū)塊儲(chǔ)集層以礁灰?guī)r為主，在該儲(chǔ)層之上發(fā)育著巨厚的膏鹽巖地層，使其地震勘探的難度增大。為此，依據(jù)該區(qū)塊礁灰?guī)r的分布特點(diǎn)，綜合測(cè)井、地質(zhì)資料建立了沉積模型、儲(chǔ)層模型和地震正演模型，分析了礁體的地球物理響應(yīng)特征。利用常規(guī)測(cè)井資料和測(cè)試資料，從單井上識(shí)別礁體；引入“地震相”的研究思路，利用地震屬性，對(duì)礁體平面分布進(jìn)行預(yù)測(cè)；根據(jù)上覆膏鹽層厚度變化、目的層碳酸鹽巖厚度的變化，采用“時(shí)差厚度”法進(jìn)行礁體識(shí)別，初步探索出一套適合于該區(qū)的基于疊后地震資料的礁體識(shí)別方法。利用該方法提高了生物礁的識(shí)別精度，在該區(qū)塊相繼發(fā)現(xiàn)了一批可供鉆探的生物礁，鉆遇生物礁的探井成功率從中方接手前的33%提高到現(xiàn)今的100%。
關(guān)鍵詞：阿姆河右岸區(qū)塊；土庫(kù)曼斯坦；生物礁；碳酸鹽巖；膏鹽層；地震勘探；識(shí)別
1 沉積背景及礁體特征
    土庫(kù)曼斯坦阿姆河右岸中國(guó)石油天然氣股份有限公司合作區(qū)位于阿姆河臺(tái)向斜內(nèi)阿姆河右岸查爾朱階地至東南吉薩爾山前沖斷帶，走向北西。根據(jù)現(xiàn)今構(gòu)造特征，研究區(qū)可以劃分為6個(gè)三級(jí)構(gòu)造單元，呈中間低兩端高的構(gòu)造格局。自東南向北西發(fā)育一系列古隆起，對(duì)該區(qū)生物礁、灘的形成與分布起到了重要的控制作用。
    中上侏羅統(tǒng)沉積時(shí)期，研究區(qū)沉積環(huán)境為淺水陸棚環(huán)境，發(fā)育卡洛夫-牛津階碳酸鹽巖臺(tái)地相沉積。沉積相帶與礁體的分布受古地貌和海平面升降的控制，主要發(fā)育兩個(gè)造礁期?？宸?牛津階沉積時(shí)期，海平面開(kāi)始震蕩式上升，發(fā)生了多期海侵事件。海平面相對(duì)變化率和造礁生物沉積速率之間的平衡，使得造礁生物位于透光區(qū)內(nèi)。受海平面的不斷上升和古地貌的控制，一方面，先期形成的礁體一部分被海水淹沒(méi)消亡，一部分位于古構(gòu)造較高部位的礁體隨著海平面的上升不斷向岸追捕、繼續(xù)生長(zhǎng)；另一方面，新的礁體不斷向岸生長(zhǎng)，因而該時(shí)期礁體具有自南東向北西退積式生長(zhǎng)的特點(diǎn)。由于海平面震蕩式緩慢上升，先期的斜坡帶以及開(kāi)闊臺(tái)地部分被海水淹沒(méi)，碳酸鹽巖臺(tái)地沉積相帶不斷變化，臺(tái)緣帶自南東向北西方向發(fā)生遷移。
    上侏羅統(tǒng)啟莫里-齊頓組地層沉積時(shí)期，發(fā)生大規(guī)模的海退，氣候逐漸變得干旱，沉積環(huán)境變?yōu)槌逼?瀉湖沉積相。礁體之間與之上發(fā)育巨厚的膏巖鹽沉積，巖性為硬石膏和鹽巖層，呈“三膏二鹽”特征，厚度變化較大(750～1200m)，厚度由南東向北西逐漸減薄，構(gòu)成了本區(qū)良好的區(qū)域蓋層。
2 生物礁特征
2.1 點(diǎn)礁
    也稱為環(huán)礁、生物丘、灰泥丘。通常位于斜坡相、開(kāi)闊的臺(tái)地相或局限臺(tái)地。造礁生物種類較多，為藻灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、粉晶灰?guī)r、泥灰?guī)r間互層。具有對(duì)稱分布的特點(diǎn)，沒(méi)有礁前、礁后之分，通常成群分布，是海平面緩慢上升的反映。研究區(qū)內(nèi)生物礁單個(gè)礁體規(guī)模不大，在1～15km2之間或更小，如坦基庫(kù)杜克、鮑塔、揚(yáng)古伊、恰什古伊等。儲(chǔ)集空間為孔隙、裂縫-孔隙型，發(fā)育各種粒間孔、溶蝕孔、晶間孔?？紫抖葹?%～18%，平均在5%左右，滲透率為0.1×10-3～189×10-3μm2，平均在1×10-3μm2左右。
2.2 塔礁
也稱為尖柱礁和孤礁，是成礁期海底持續(xù)下降而成，多出現(xiàn)于深水帶。研究區(qū)塔礁主要分布在淺水大陸斜坡亞相靠近盆地_側(cè)和盆地相帶內(nèi)，受阿姆河臺(tái)向斜的控制，為水下古隆起之上的孤立生物礁，如研究區(qū)南部與桑迪克雷南隆起、別希爾隆起有關(guān)的生物礁。塔礁巖性為球粒、藻團(tuán)泥?；?guī)r。單個(gè)礁體規(guī)模較大，在20～30km2之間。儲(chǔ)集空間以裂縫、裂縫-孔隙為主，發(fā)育有縫合線構(gòu)造及裂縫，鑄體薄片顯示發(fā)育有溶蝕孔及晶間孔。
2.3 堤礁
也稱為障壁礁，分布在臺(tái)地邊緣的一種生物建隆構(gòu)造，為海綿、藻類和珊瑚等生黏結(jié)灰?guī)r、多種骨架粒狀灰?guī)r，呈塊狀分布。儲(chǔ)層屬高孔隙-溶洞型，物性好，孔隙度在20%～28%之間，滲透率為120×10-3～5300×10-3μm2。礁體規(guī)模較大，面積450～550km2。本區(qū)主要發(fā)育兩期造礁期，第一期堤礁主要分布在別列克特構(gòu)造帶上，礁體面積為450km2；第二期堤礁主要發(fā)育在麥捷讓地區(qū)、薩曼杰佩地區(qū)，面積近550km2。
3 礁體識(shí)別方法
    根據(jù)本區(qū)地質(zhì)特點(diǎn)，從正演模型入手，建立不同礁體類型的正演模型，分析礁體與圍巖之間的關(guān)系。同時(shí)，根據(jù)上覆膏巖鹽層厚度變化、目的層碳酸鹽巖的變化以及古地貌恢復(fù)等手段，系統(tǒng)建立礁體識(shí)別方法[1～3]。
3.1 正演模型法
    根據(jù)本區(qū)中上侏羅統(tǒng)沉積地層與儲(chǔ)層特征，結(jié)合鉆井揭示的地層速度特征，建立了適合于本區(qū)特點(diǎn)的初始速度模型。白堊系以上地層取平均速度4000m/s，頂石膏地層速度為5200m/s，上鹽巖層速度為4500m/s，中石膏層速度為6000m/s，下鹽巖速度為4800m/s，下石膏巖和泥灰?guī)r互層速度為5500m/s，膏鹽底部泥巖與石灰?guī)r互層速度給定5000m/s，目的層碳酸鹽巖的速度為5500m/s，下部地層取6000m/s，本區(qū)生物礁灰?guī)r的速度為5200～5400m/s，設(shè)計(jì)6個(gè)大小不同的生物礁灰?guī)r，觀察上覆膏鹽巖與礁體發(fā)育部位地震響應(yīng)特征。
    從正演結(jié)果來(lái)看，上覆膏巖的形變與膏鹽巖厚度的變化與鹽下礁體的發(fā)育程度密切相關(guān)，膏鹽巖厚度減薄、膏鹽形變劇烈，對(duì)應(yīng)生物礁發(fā)育。礁體地震反射具有丘狀的外形，頂?shù)撞空穹^強(qiáng)，內(nèi)部振幅較弱，頂部具有明顯的披覆構(gòu)造，翼部地層超覆于礁體頂界面。礁體發(fā)育區(qū)由于速度低于圍巖速度，還可以引起下伏地層構(gòu)造下拉現(xiàn)象。通過(guò)正演模型的建立，可以分析礁體的響應(yīng)特征，指導(dǎo)礁體識(shí)別。
3.2 “測(cè)井響應(yīng)特征”判別法
    根據(jù)阿姆河右岸中油合作區(qū)塊三維區(qū)30余口井巖心和測(cè)井曲線分析，發(fā)現(xiàn)自然伽馬、電阻率、自然電位、微電極、成像測(cè)井、聲波時(shí)差曲線對(duì)礁體的反映較為敏感[4]。礁體發(fā)育區(qū)自然伽馬值很低，普遍小于15API，礁體發(fā)育部位自然伽馬曲線明顯低于圍巖，呈箱型，呈“中間低，頂?shù)赘?rdquo;特征。電阻率曲線與自然伽馬曲線一樣具有“中間低、頂?shù)赘?rdquo;的特點(diǎn)，礁體發(fā)育區(qū)電阻率明顯低于圍巖、為塊狀高阻背景下的中低電阻，在礁體發(fā)育部位，深、淺側(cè)向電阻率出現(xiàn)正幅度差，反映裂縫較為發(fā)育。聲波時(shí)差曲線反映儲(chǔ)層孔隙度的變化，在某種程度上，也能反映礁體的發(fā)育程度，鉆井證實(shí)，聲波時(shí)差曲線高速背景下的低速區(qū)是礁體發(fā)育的反映。成像測(cè)井方法能夠較好的反映礁體生物骨架結(jié)構(gòu)，通常，非礁體發(fā)育部位通常為致密的碳酸鹽巖，孔隙度極低，電阻率高，在成像測(cè)井曲線上呈“高亮”特征；礁體發(fā)育部位，儲(chǔ)層物性越好、裂縫、裂縫-孔隙越發(fā)育，則電阻率降低，成像測(cè)井上顏色也越深。
3.3 根據(jù)“地震相面法”進(jìn)行礁體識(shí)別
3.3.1根據(jù)礁體的地震反射特征
    生物礁形成與古地貌高地、特殊的沉積環(huán)境和成巖作用有密切關(guān)系，因此具有獨(dú)特的地貌、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和巖石學(xué)特征。這些特征決定了生物礁在地震反射剖面上具有不同的反射特征。根據(jù)礁體的外部幾何形態(tài)、內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)以及與圍巖的接觸關(guān)系可以識(shí)別礁體[5]。
    點(diǎn)礁——外形為丘狀、透鏡狀或不規(guī)則形狀。內(nèi)部反射能量較弱，局部為雜亂或空白反射，底部呈現(xiàn)微幅度下凹現(xiàn)象。從與圍巖接觸關(guān)系來(lái)看，圍巖超覆于礁體的翼部。在臺(tái)緣斜坡帶，點(diǎn)礁通常成群分布。
    塔礁——頂部近似為錐形、塔形或半圓形，振幅中-強(qiáng)，底部具有與頂部相似的外形。內(nèi)部反射能量較弱，成層性好于點(diǎn)礁。塔礁與圍巖呈超覆接觸。塔礁通常成孤立狀分布，與深水古隆起有關(guān)。
    堤礁——外形近似為穹隆狀反射結(jié)構(gòu)，頂、底部反射振幅較強(qiáng)。內(nèi)部反射為層狀或平行狀，礁體規(guī)模較大，物性發(fā)育程度有所差異。
3.3.2古地貌與地震屬性相結(jié)合預(yù)測(cè)礁體平面分布
    古地貌是控制一個(gè)盆地后期構(gòu)造與沉積特征的主要因素，對(duì)沉積體系內(nèi)的儲(chǔ)層發(fā)育與分布以及油氣藏的富集具有一定的控制作用。通過(guò)古地貌恢復(fù)技術(shù)與三維可視化技術(shù)相結(jié)合，可以從空間角度分析古地貌對(duì)鹽下礁體的控制作用。由于本區(qū)上覆膏巖、鹽巖與碳酸鹽巖速度的差異，極易形成強(qiáng)的巖性界面。另一方面，礁體發(fā)育區(qū)特別是含氣后，速度降低，波阻抗差減小，振幅也會(huì)降低；而礁間帶致密石灰?guī)r儲(chǔ)層，連續(xù)性好、振幅強(qiáng)，而因利用振幅屬性能較好的預(yù)測(cè)礁體發(fā)育區(qū)。相干屬性對(duì)地層的不連續(xù)性特別敏感，可以識(shí)別斷裂、裂縫的分布范圍。將古地貌與相干振幅屬性相結(jié)合，可以更好的預(yù)測(cè)礁體的平面分布。圖1-a是研究區(qū)B區(qū)塊楊古伊-恰什古伊氣田碳酸鹽巖沉積時(shí)的古地貌，鉆井證實(shí)，生物礁發(fā)育于古地貌較高部位。從圖1-b的相干振幅平面分布圖可以看出，生物礁發(fā)育部位相干性差、振幅為中低振幅，裂縫較為發(fā)育，儲(chǔ)層物性較好，與古地貌隆起區(qū)的分布一致。利用古地貌與相干振幅屬性相結(jié)合，在斜坡相帶已發(fā)現(xiàn)了楊古伊氣田和恰什古伊氣田。鉆井證實(shí)，斜坡帶的點(diǎn)礁群是擴(kuò)大B區(qū)塊探明儲(chǔ)量的有利地區(qū)。
3.4 根據(jù)“時(shí)差厚度法”進(jìn)行礁體識(shí)別
    本區(qū)碳酸鹽巖之上發(fā)育巨厚的膏鹽巖地層，呈“三膏兩鹽”分布特征。由于鹽巖的密度小，一般為2.15～2.20g/cm3，具有抗壓強(qiáng)度較弱、彈性模量小、容易流動(dòng)等特點(diǎn)，在外力作用下極易發(fā)生流動(dòng)。當(dāng)遇到遮擋物如生物礁發(fā)育的隆起構(gòu)造，鹽的流動(dòng)受到抑制。而膏巖速度高、密度大、脆性較強(qiáng)，受到外力后極易發(fā)生塑性形變。生物礁發(fā)育部位由于構(gòu)造隆起，上覆膏巖地層極易變形，因而利用上覆膏巖鹽時(shí)差厚度可以識(shí)別生物礁發(fā)育區(qū)。
    圖2為B區(qū)塊三維區(qū)內(nèi)斜坡帶生物礁儲(chǔ)層與上覆地層的地震響應(yīng)特征。上部變形較為嚴(yán)重的強(qiáng)反射界面為中石膏，黃層和紅層之間為碳酸鹽巖地層的頂、底界面。中石膏與黃層間的弱反射為鹽地層。對(duì)圖2中不同構(gòu)造部位碳酸鹽巖地層與上覆膏鹽巖厚度分布情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。表明碳酸鹽沉積地層的厚度與膏鹽巖地層厚度的分布呈反比關(guān)系，碳酸鹽巖沉積厚度大對(duì)應(yīng)上覆膏巖鹽厚度較??；上部膏巖鹽地層較厚，對(duì)應(yīng)下部碳酸鹽巖沉積相對(duì)減薄。圖中構(gòu)造位置④膏巖鹽時(shí)差厚度為43ms，下伏碳酸鹽巖時(shí)差厚度為123ms；構(gòu)造位置⑤上覆碳酸鹽巖地層時(shí)差厚度為204ms，下伏碳酸鹽巖時(shí)差厚度為63ms。碳酸鹽巖時(shí)差厚度大的地區(qū)為生物礁發(fā)育區(qū)，時(shí)差厚度薄區(qū)域?yàn)榻搁g致密石灰?guī)r沉積，頂部地層連續(xù)性和成層性較好、振幅較強(qiáng)。
3.5 利用“地震反演方法”預(yù)測(cè)礁體分布
   針對(duì)本區(qū)生物礁儲(chǔ)層與上覆膏鹽巖的分布特點(diǎn)，采用等時(shí)格架約束的稀疏脈沖反演方法來(lái)預(yù)測(cè)礁體的分布。其優(yōu)點(diǎn)是：①測(cè)井約束模型的低頻和高頻成分，地震提供模型的中頻成分，控制垂向分辨率；②地震層序格架約束地層橫向變化，進(jìn)而控制橫向分辨率，可以解決上覆膏鹽巖地層塑性形變對(duì)礁體的影響[6]。
   在反演過(guò)程中，門檻值的確定至關(guān)重要，可以大致確定有利儲(chǔ)層的分布，進(jìn)而預(yù)測(cè)生物礁的分布。門檻值的確定通常以測(cè)井解釋成果為基礎(chǔ)、測(cè)試結(jié)論為衡量標(biāo)準(zhǔn)，將能反映礁體物性特征的測(cè)井曲線進(jìn)行交匯。根據(jù)B區(qū)塊楊古伊-恰什古伊氣田6口井的3種測(cè)井曲線與測(cè)試資料進(jìn)行交匯的結(jié)果，初步確定該氣田密度上限值為2.68g/cm3，大于該值為礁間致密石灰?guī)r；聲波時(shí)差的下限值為52μs/ft，小于該值為致密石灰?guī)r；自然伽馬的上限值為12API，大于該值則泥質(zhì)含量較多。初步判別生物礁儲(chǔ)層具有中低密度、中高聲波時(shí)差、中低自然伽馬的特征。
    圖3為桑迪克雷-楊古伊-恰什古伊三維區(qū)自南西-北東向分布的反演波阻抗剖面。紅色低阻抗儲(chǔ)層，主要分布在碳酸鹽巖地層的上部，波阻抗值大約在15000g/(cm2·s)；藍(lán)色為致密儲(chǔ)層發(fā)育段，具有低聲波時(shí)差、高密度的特征，與前述分析結(jié)果較為吻合。從反演結(jié)果可以看出，西南部桑迪克雷、楊古伊氣田波阻抗值相對(duì)較小，礁體較為發(fā)育，而東北部恰什古伊氣田波阻抗值相對(duì)較大，礁體發(fā)育程度較南部略顯致密。
 
4 結(jié)論
   通過(guò)對(duì)阿姆河盆地中油合作區(qū)塊沉積背景、儲(chǔ)層分布特征與上覆地層的變化，立足于疊后疊前時(shí)間偏移資料，初步探索出一套適合于本區(qū)的礁體識(shí)別與描述方法：①根據(jù)已鉆井的測(cè)井響應(yīng)特征與測(cè)試資料，單井上識(shí)別礁體發(fā)育段；②提出利用模型指導(dǎo)礁體識(shí)別的研究思路：謝針對(duì)已鉆遇礁體的沉積相帶、大小、含油氣性，分別建立沉積模型、儲(chǔ)層模型、地震正演模型，分析礁體地震響應(yīng)特征，指導(dǎo)礁體識(shí)別；③引入地震相的研究思路，對(duì)礁體特征進(jìn)行分類，利用古地貌與相干振幅屬性，預(yù)測(cè)礁體的平面分布；④探索出基于時(shí)差厚度的礁體識(shí)別方法，即根據(jù)上覆膏鹽巖與下伏碳酸鹽巖厚度的變化；⑤采用基于等時(shí)地層格架下的確定性反演，消除膏鹽巖的影響，能準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)礁體分布。
參考文獻(xiàn)
[1] 劉振武，撒利民，張研，等.天然氣勘探開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及物探技術(shù)需求[J].天然氣工業(yè)，2009，29(1)：1-7.
[2] 劉延莉，樊太亮，薛艷梅，等.塔里木盆地塔中地區(qū)中、上奧陶統(tǒng)生物礁灘特征及儲(chǔ)集體預(yù)測(cè)[J].石油勘探與開(kāi)發(fā)，2006，33(5)：562-565.
[3] 殷積峰，李軍，謝芬，等.川東二疊系生物礁油氣藏的地震勘探技術(shù)[J].石油地球物理勘探，2007，42(1)：70-75.
[4] 任興國(guó)，姚聲賢，羅利，等.川東生物礁測(cè)井響應(yīng)及判別模式[J].測(cè)井技術(shù)，1999，23(3)：190-193.
[5] 鄔光輝，黃廣建，王振宇，等.塔中奧陶系生物礁地震識(shí)別與預(yù)測(cè)[J].天然氣工業(yè)，2007，27(4)：40-42.
[6] 周仲禮，張艷芳，馮趙劍，等.地震反演技術(shù)在(灘)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J].天然氣工業(yè)，2008，28(12)：34-36.
 
(本文作者：王玲1 張研1 吳蕾2 馬曉宇1 徐明華2 1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院；2.中國(guó)石油(土庫(kù)曼斯坦)阿姆河天然氣公司)