琼东南盆地深水区松南低凸起基岩潜山地球物理特征及评价研究

孙万元, 邓 勇, 胡 林, 刘仕友, 廖 键, 汪 锐

(中海石油(中国)有限公司 湛江分公司，湛江 524000)

0 引言

琼东南深水区勘探储量发现主要集中于中央峡谷区，尤其是深水陵水17-2、陵水25-1两大气田，证实深水区勘探潜力，峡谷外领域亟需获得勘探突破[1-2]。沉积构造演化显示，松南低凸起受到早期古地形和构造运动的控制，崖城组时期中生代岩浆活动形成古潜山，在陵水组时期随海平面上升，松南低凸起大部分淹没水下，形成水下高地，基底形成了一系列的大中型披覆背斜构造。同时地处陵水、北礁、松南、宝岛、长昌5大富生烃凹陷之中，陵水凹陷证实富烃，松南～宝岛～北礁凹陷证实生烃，长昌凹陷潜在富烃凹陷，盆地模拟表明，这几个凹陷的烃源岩大部分已经成熟，天然气资源量超过2.8×1012m3[3-8]。基岩潜山油气藏具有整体成藏的优点，做为勘探新方向，松南低凸起潜山具有巨大的勘探潜力，有效的基岩潜山储层预测和烃类检测评价技术是勘探开发面临的难题。

前人针对基岩潜山地球物理评价做了大量研究[9-13]，王霞等[10]提出地震体属性分析技术及应用对倾角及方位角、相干、曲率、纹理和频谱峰值等体属性，进行了深入的地质和地球物理解读；胡志伟等[11]应用地震多属性联合预测花岗岩平面展布范围;张雨晴等[12]应用花岗岩潜山储层建模表征进行裂缝预测;韩翀等[13]应用体曲率和蚂蚁追踪技术综合预测微断裂。但是针对高孔隙型风化壳(孔隙度大于23%)的风化壳研究较少，尤其是针对高孔隙型和裂缝型并存的基岩潜山地球物理响应及预测方法更少。针对充分利用测井资料，分析高孔隙型风化壳和裂缝型风化壳岩石物理敏感参数，建立地震响应特征模板，针对海上地震资料创新性地提出变方位角曲率扫描，开展了针对松南低凸起区潜山的孔隙、裂缝及流体性质预测研究。

图1 W-81井地震相-岩性特征分析Fig.1 Analysis of seismic facies lithology characteristics of well w-81

图2 风化壳岩石物理特征分析Fig.2 Physical characteristics of weathering crust rock(a)密度与伽玛交汇;(b)纵波阻抗与伽玛交汇;(c)纵波阻抗与伽玛交汇;(d)纵横波速度比与伽玛交汇;(e)横波速度与伽玛交汇;(f)横波阻抗与伽玛交汇

图3 风化壳AVO特征与风化程度对应关系Fig.3 Rlationship between AVO characteristics and weathering degree of crust rock

1 深水区风化壳地球物理特征

南海西部在松南低凸起Y8-1区部署W8-1井，喜获成功，获得高产气流，打开了琼东南勘探新局面。根据井震标定及测井曲线分析(图1)，该区基岩潜山地震相特征与常规潜山反射特征具有巨大的差异。从图1中可以看出，碎屑岩顶界面Top-A位于地震波谷位置，基岩潜山风化壳顶界面Top-B位于强红轴之上，Top-C是为坚硬基岩，风化壳顶界面与业界常规认识大有差别，造成该现象的主要因素即为风化壳风化程度差异。潜山段物性特征可以看出，潜山顶部风化作用强，孔隙度曲线呈钟型，主要储集空间以破碎粒间孔、溶蚀孔洞为主；在潜山中部(Top-C附近)速度、密度以及电阻率均存在一个急剧增加的过程，该区属于孔隙带与裂缝带的过渡带，该区域储集空间为孔隙型与裂隙型并存；潜山深部风化作用向下呈逐渐减弱趋势，储层由孔隙型、孔-缝型向裂缝型演变，速度基本稳定在5 000 m/s左右。高风化引起的高孔隙度是该地区基岩潜山显著特征，本地区风化壳平均孔隙度达到23%，而业界常规达到10%以上孔隙度极为优质储集体，3%以上孔隙度具备储集性，也是其地震相异于常规认识的主要原因，给基岩潜山的地球物理评价带来难题。

对典型探井基岩潜山风化壳进行岩石物理分析(图2)，从图2中可以看出，风化壳分带明显，分为孔隙型风化壳(图中╋)和裂缝型风化壳(图中●)两种类型。其中孔隙型风化壳密度与泥岩盖层叠置，速度高于泥岩盖层，纵波阻抗略高于泥岩盖层、部分叠置，低纵横波速度比，高横波速度，高横波阻抗特征；裂缝型风化壳相对于泥岩盖层，表现为高密度、高纵横波速度，高纵横波阻抗、低纵横波速度比特征，应用多参数低纵横波速度比和较高纵波阻抗可以有效识别风化壳地层顶界面。

区域岩石物理规律为基岩潜山评价提供了基础，琼东南盆地基岩潜山埋藏较浅，约为1 000 m。地层埋深浅导致上覆盖层泥岩压实较弱，泥岩速度整体较低，风化壳在区域上表现为高纵波速度特征。而密度特征受风化程度影响展布范围较广，其中风化壳储层表现为低密度，裂缝带储层表现为高密度特征，同时根据录井分析，该区域盖层泥岩具有可塑性。岩石物理统计也表明，泥岩的纵横波速度比较高。风化壳岩石物理敏感参数具有普适性。

获得岩石物理敏感参数即可对其地震响应特征进行正演，以便为后续目标评价提供基础模板。在叠前地震响应特征模拟中(图3)，从图3中可以看出，随基岩潜山风化程度增加，孔隙度增加，AVO类型由I类AVO逐步过渡到II类AVO特征。在叠后地震响应特征模拟中，分别建立不同风化程度组合分析其地震响应特征(图4)。模式A：地层发育孔隙型风化壳地层、裂缝型基岩潜山储层和致密基底的地层组合，其地震相特征表现为弱振幅～强振幅双波峰特征，强波峰下存在杂乱反射，平行～亚平行同相轴产状，高连续性，弱波峰为II类AVO、强波峰对应I类AVO特征，道集能量强。模式B：地层发育裂缝型基岩潜山储层和致密基底的地层组合，地震相特征表现为强振幅单波峰特征，强波峰下存在杂乱反射，丘状～亚平行同相轴产状，中等连续性，I类AVO特征道集能量强。模式C：地层发育孔隙型风化壳地层和致密基底的地层组合，其地震相特征表现为弱振幅～强振幅双波峰特征，强波峰下无杂乱反射，平行～亚平行同相轴产状，高连续性，弱波峰为II类AVO、强波峰对应I类AVO特征，道集能量强。

图4 风化壳风化模式及其正演模拟Fig.4 Forward modelling of different weathering crust rock stratigraphic assemblages(a)孔隙+裂缝型风化壳模型;(b)裂缝型风化壳模型;(c)孔隙型风化壳模型;(d)孔隙+裂缝型风化壳地震特征;(e)裂缝型风化壳地震特征;(f)孔隙型风化壳地震特征

图5 基岩潜山地球物理评价技术流程Fig.5 The technic process of geophysical evaluation for basement buried-hills

2 基岩潜山内幕储集性评价方法

2.1 松南低凸起基岩潜山识别与评价技术流程

根据基岩潜山岩石物理特征，以及基岩潜山地震反射特征规律，建立了适用于琼东南盆地深水区松南低凸起基岩潜山地球物理评价技术流程(图5)，建立了波峰反射特征、高纵波阻抗、低纵横波速度比、I～II类AVO为主的基岩潜山地球物理响应模板，实现了基岩潜山顶界面识别，应用方位角扫描欧拉曲率裂缝描述技术、DBSCAN波形聚类对潜山内幕优质储集体进行评价分析，实现基岩潜山的综合评价。

2.2 海洋拖缆资料变方位角曲率扫描技术

曲率是反映空间曲线或曲面弯曲程度的主要指标，地层受到应力作用发生弯曲，一般情况下曲率值高的地区构造应力相对较高，则破碎作用较强，小断层和裂缝较为发育。

图6 变方位角曲率扫描结果Fig.6 Variable azimuth curvature scanning results(a)15°方位角扫描结果;(b)45°方位角扫描结果;(c)75°方位角扫描结果;(d)105°方位角扫描结果;(e)145°方位角扫描结果;(f)165°方位角扫描结果

图7 变方位角曲率Fig.7 Variable azimuth curvature(a)75°方位角曲率;(b)160°方位角曲率;(c)欧拉曲率

基于海洋宽方位资料的曲率是裂缝预测有效技术有段，在实际勘探中受制于采集成本，一般海上地震资料为拖缆资料，对地震资料开展变方位角裂缝扫描，如图6所示，分别选取了三组相互正交的方向开展，其中图6(c)和图6(f)曲率扫描异常最为明显，75°方位角，较好刻画北西-南东向曲率异常、北东-南西向曲率异常，与该区构造应力一致，且玫瑰花图与该区域地质构造运动相吻合，最终确定75°、165°优势方位角做为构造应力方向曲率(图7)，计算合成欧拉曲率，用来描述该地层的弯曲程度，最终用以评价裂缝的发育程度。

2.3 DBSCAN波形聚类

由于基底潜山顶界面强反射界面，其内幕能量较弱，信噪比低，需要高抗噪性的波形聚类技术，DBSCAN波形聚类是一种典型的基于密度的无监督机器学习的聚类算法，其基于地震波形特征向量展开聚类，并且适应于含噪声的大型空间数据集的聚类分析，综合考虑了地震信号的振幅、相位和频率属性特征，具有更好的抗噪能力和更高的横向分辨率。

在常规波形情况下(图8(a))进行波形聚类分析，一般聚类结果如图8(b)所示，波形具有临近相似性特点，不能准确反映波形空间变化特征，DBSCAN扫描可以有效消除这种现象(图8(c))，可以实现每一个构造点波形相似性分析，满足实际勘探生产需求。在潜山勘探中，优质潜山目标往往具有背斜特征，基于DBSCAN波形聚类能够更好地反映潜山内幕地震反射类型相似性。

图8 DBSCAN波形聚类对比Fig.8 Comparison of DBSCAN waveform clustering and other clustering(a)波形特征;(b)常规聚类结果;(c)DBSCAN波形聚类结果

图9 波形聚类分析Fig.9 Waveform clustering analysis

图10 裂缝预测分析Fig.10 Fracture prediction analysis

3 实例验证

根据已钻井波形特征，对松南低凸起进行DBSCAN波形聚类分析。已钻井W81位于A区，根据波形聚类潜在有利区域为B～G 6个潜在有利区域(图9)。对潜山内幕进行变方位角曲率分析，预测裂缝发育程度(图10)，根据裂缝预测结果，BCEF区裂缝发育程度高，BC区域裂缝发育程度更为明显，与已钻井区相当，且与构造高度吻合。结合地层埋深及裂缝发育范围，优选B区域为潜在勘探目标。

图11 叠前反演分析Fig.11 Prestack inversion analysis(a)纯波地震;(b)纵波阻抗;(c)纵横波速度比

图12 AVO分析Fig.12 AVO analysis

图13 W83井实钻结果与合成记录标定Fig.13 Calibration of actual drilling results and synthetic records of W83 well

准确预测潜山界面及内幕，对于储层厚度的评价以及钻井套管设计、钻井安全至关重要。从地震相分析(图11(a))，在构造高部位存在AB两层波峰反射，依据常规潜山地震相认识，B波峰下存在杂乱反射且呈丘状构造，潜山界面概率高。根据岩石物理及潜山地震相特征认识，对AB两套波峰进行分析：从叠前反演结果分析，A波峰表现为高纵波阻抗、低纵横波速度比特征，B波峰表现为较高阻抗、高纵横波速度比特征(图11(b)、图11(c))，两套波峰AVO规律分析显示，A界面为AVO特征均在第四象限(图12中A1～A3点)为I类AVO特征，B界面AVO特征均在第一象限(图12中B1～B3点)。基于岩石物理规律及反射特征模板，据此推断A波峰风化壳顶界面高概率。

在B区部署W83探井，钻探优质潜山气层，井震标定证实(图13)，潜山界面与内幕储集性与钻前预测结果基本一致，证明了该技术方法的有效性。

4 结论

琼东南盆地深水区基岩潜山发育，地层埋深浅、风化程度高是其显著区域特色，也造成其潜山顶界面不一定为强波峰的特殊地震相模式。笔者从基岩潜山岩石物理敏感参数出发，明确基岩潜山低纵横波速度比，高风化程度潜山较高纵波阻抗、低风化程度潜山高纵波阻抗的岩石物理特征。高风化程度孔隙型潜山弱波峰反射特征，II类AVO，具有一定成层性；低风化程度裂缝型潜山强波峰特征，I类AVO，内部反射杂乱。基于方位角扫描曲率预测技术可以有效弥补海洋拖缆地震资料局限，应用该曲率可以有效预测潜山裂缝，DBSCAN波形聚类技术可以对潜山内幕低信噪比、多局部高点发育地层有较好的聚类效果。通过多种方法的相互结合、相互验证，获取了较为可靠的信息，经实际探井验证，达到满意的效果。