珠江口盆地H区块碳酸盐岩储层地震沉积学应用研究①

吴其林 但志伟 肖 为 曾 驿 周小康 侯志平

(1.成都理工大学地球科学学院 成都 610059;2.中海油能源发展股份有限公司物探技术研究所 广东湛江 524057;3.中海石油(中国)有限公司深圳分公司研究院 广州 510240)

0 引言

地震沉积学是在沉积学、地震地层学、层序地层学、地震储层预测技术等学科基础上发展起来的边缘交叉学科;简单地讲，地震沉积学是应用地震信息研究沉积岩及其形成过程的学科［1-4］。“地震沉积学”的出现要追溯到1998年，曾洪流，Henry，Riola等在geophysics上发表利用地震资料制作切片的论文，并首次使用了“地震沉积学”［5］。地震沉积学利用地震资料研究沉积岩石学及其形成过程的一门学科，它的两个基本原理:①一般的沉积体的宽度大于厚度(Galloway，1983);②地震垂向分辨率在垂向上无法识别的地质体，在平面上有可能通过地震横向分辨率被识别出来［6］。在充分利用了三维地震数据的横向分辨力，特别是在地震资料上中深层沉积体厚度小于纵向分辨率1/4波长，而横向伸展长度大于横向分辨率的情况下，地震沉积学有助于再造高分辨率层序格架，利用地层切片体(等时地质切片)技术识别沉积体系和油气储层预测工作。Posamentier，Kolla等为代表的国外学者先后描述了地震沉积学分支的地震地貌学在勘探开发领域的研究［7-14］，地震沉积学蓬勃发展。2005年至今，以朱筱敏、林承焰、董春梅等为代表的国内学者对地震沉积学理论进行了深入剖析和应用尝试［3-4，16-19］，推动了地震沉积学在国内的应用。

纵观国内外地震沉积学研究主要集中在以地震资料中、浅层的碎屑岩沉积环境为主，对于地震分辨率较低碳酸盐岩沉积环境的研究较少。本文尝试在南海珠江口盆地H区块中新世碳酸盐岩沉积区开展地震沉积成像研究，识别并圈定台内滩、台内礁滩复合体为有利储集相带的范围，克服了在高速、高密、低频、低分辨率碳酸盐岩沉积区储层精细描述的困难，为区域的碳酸盐岩勘探提供了有利依据。

1 地质背景

南海是最大的边缘海，地质历史时期乃至今生物礁都非常发育［11］。珠江口盆地(东部)中新统大规模发育碳酸盐岩沉积，生物礁发育，碳酸盐岩分布面积约5×104km2，大于 100 m厚度的区域约 0.8×104km2，最大厚度可达400 m以上，主要分布于东沙隆起。珠江口盆地H区块面积为400 km2，位于珠江口盆地东沙隆起与惠州凹陷的过渡带上，与HZ25-8、HZ32-1、LH4-1等众多油田群一样，处在惠州地区最有利的油气运移构造脊通道上，属于惠州含油气系统，北西有HZ26洼，油源充足(图1)。区块内珠江组碳酸盐岩地层中储层物性分布不均、有利储层的位置及其分布尚不清楚成为制约该地区勘探的首要问题，如何利用现有录井、测井、三维地震资料进行有利储层预测成为勘探突破的关键。笔者以地震沉积学为指导，结合现有的录井、测井、地质和地震资料，综合结构类地震相划分方法、单井相、连井相、地震属性地层切片相辅助进行了有利沉积相带的识别划分，一定程度上改进了单纯的地震相、地震属性相和沉积相划分的粗糙的问题，通过地震、地质各自确定的事实彼此约束实现了沉积相的划分。

2 剖面沉积相特征

近东西向剖面位于珠江口盆地H区块3口连井对比图，近东西向延伸，自西向东过井 HZ33-2A—HZ28-4A—HZ34-1A(图2)。图2展示了碳酸盐台地生长、发展到消亡的过程，分为SQ1、SQ2和SQ3三个阶段。

图1 珠江口盆地惠州地区H区位置图(据傅恒，2008)Fig.1 The location map of the Huizhou H block in Pearl River Mouth Basin(after Fu，2008)

SQ1海侵体系域，在珠江口盆地H区块均为一套滨岸砂岩。在惠州井区以远滨细—粉砂岩和泥岩互层，向东逐渐相变为近滨中—细砂岩沉积，砂岩粒度整体上由西向东呈逐渐变粗趋势，反映了西低东高的古地貌特征，说明陆源碎屑物源主要来自东沙隆起剥蚀区。

SQ1高位体系域，珠江口盆地H区块广泛发育碳酸盐台地，灰岩在剖面各井均有分布。惠州地区早期短暂发育碳酸盐岩与碎屑岩混积，如HZ28-4A井;随后广泛发育生屑滩，如HZ34-1A井，且在台地内部滩间发育台坪沉积。

SQ2海侵体系域，海水迅速从东西两个方向淹没台地，HZ33-2A以西被淹没，接受陆棚粉砂岩和泥岩互层沉积。相对高部位的HZ28-4A和HZ34-1A仍接受碳酸盐岩沉积，HZ28-4A井区以生屑滩为主，而位置较高的HZ34-1A井区发育台内点礁。

SQ2高位体系域，HZ28-4A和HZ34-1A碳酸盐台地继承性生长，HZ28-4A发育礁滩互层的沉积，HZ34-1A主要发育台内点礁;而HZ32-2A发育陆棚相的泥质沉积夹粉砂岩。

SQ3海侵体系域，剖面上的碳酸盐台地全部淹没，接受陆棚泥沉积，以泥岩为主，在沉积高部位井区的HZ34-1A泥灰岩发育，厚度近30 m。

3 地层切片、地震相及沉积相

地层切片技术是地震沉积学应用的核心技术，它是地质(时间)界面上地震属性(例如振幅)的显示，也是一种解释性地震资料处理［6］。选择相对地质时间意义的地震同相轴看作一个视旅行时指数，这代表了某一时间指数切片具有了地质时间意义，按照成因地层原理，不同地质时间的地层切片组合即有助于恢复地层沉积史［6］。

根据区域背景和区内连井沉积相划分可得出研究区主体为台地—陆棚相沉积格局，依据地震相分类可分为五类，即①丘状、中低连续、中强振幅、中低频、平行—波状反射地震相;②丘状、低连续，中弱振幅、中高频前积反射地震相;③楔状、中低连续、中低频、平行—亚平行反射地震相等5类地震相，具体见表1。

在地震相划分的基础上，通过井—震剖面结合，将单井的上沉积相和地震剖面上的地震相进行一一对应，为后续平面相划分建立划相依据(图3)。

在地震相划分后，选用的参考层位开展地层切片研究，主要以层序体系域界面SB2、MFS2及次一级地层界面SST2为界(SST2为体系域内部MFS2与SB2之间横向上延伸广泛的次一级地层界面)，建立了时间地层切片的参考面(图3)。考虑到碳酸盐岩地层有别于目前国内外地震沉积研究的碎屑岩沉积，如碎屑岩地层沉积利用地震数据体的振幅或常规波阻抗地层切片即可完成沉积分析，但碳酸盐岩地层由于密度高、速度快、频率低的特点，振幅信息进行地层切片时分辨沉积体能力低，不易区分沉积体;而据前人岩石物理研究成果表明，纵波阻抗和储层孔隙度之间高达94%的相关性［25］。因此本文选取岩性物性信息丰富、精度较高的叠前弹性波阻抗数据体进行地层切片地震沉积研究，结合井震联合地震相划分成果，对各地层切片进行平面沉积相划分，精细刻画沉积体边界和内部变化，实现储层的精细研究。

图2 珠江口盆地珠江口盆地H区珠江组近东西向连井剖面层序地层及沉积相对比图Fig.2 The comparison chart of sequence stratigraphy and sedimentary facies of connecting well section in the Huizhou area of Pearl River Mouth Basin，Zhujiang Formation

3.1 SB2期地层切片

SB2是SQ1高位晚期和SQ2海侵早期之间的层序界面，其地层切片所代表的沉积环境可认为是两个层序转换时期的沉积环境。此时海平面由低向高转变，整个工区由浅水台地—陆棚的沉积环境向淹没台地—陆棚沉积环境发展，在台地边缘局部隆起区发育生物礁，如HZ28-4A井，其礁体以独立生长的珊瑚藻礁礁体为储集单元，单层厚度约10 m;在台内高部位区域发育生物滩向生物礁转变，如HZ34-1A井(图2)，而陆棚相HZ34-2A井发育以泥为主的致密沉积，井上的沉积特征在SB2地层切片上也得到印证。如图4，沿SB2界面提取弹性波阻抗平面图可知，碳酸盐岩储层孔隙主要发育于高弹性波阻抗区(图4A)，致密沉积区的阻抗值较小。

以SB2弹性波阻抗平面图基础上，以工区东高西低、南高北低的台地(东部)—陆棚(西部)沉积背景为依据，以威尔逊模碳酸盐岩沉积模式为指导，由该时期HZ34-2A井(陆棚)—HZ28-4A井(台地边缘礁)—HZ34-1A井(台内滩)沉积变化特征将SB2弹性波阻抗平面图进行沉积相标定，同时结合该时期地震剖面上表现的丘状中连续低频强振幅台内滩相、席状中低连续中低频中弱振幅澙湖相、丘状低连续中弱振幅中高频台地边缘礁相、席状平行—亚平行中高连续强振幅低频陆棚相的地震相平面分布特征，将SB2地层切片转换成为沉积相图(图4B)。如图4B所示，SB2时期西部主要为陆棚相沉积，东部的台地细分为台地边缘礁、澙湖和东南部局部发育的碳酸盐生物滩沉积。SB2期沉积相划分表明，储层发育在台地边缘生物礁相区和台内滩体进积相区，发育在工区西北角HZ28-4-1井周围区域阻抗值较大，孔隙相对发育，面积虽小，但也沉积了近2 km2的台地边缘生物礁;位于台地边缘中部至南部呈条带状分布生物礁体，阻抗值比西北部阻抗值更大，孔隙也最为发育，且面积较大，约为40 km2;在工区东南角的台内进积滩体区域，阻抗值与台缘礁体阻抗值类似，孔隙较为发育，面积约为7 km2;而在台地内部的其他地区发育澙湖微晶灰岩或含泥质条带的微晶灰岩沉积，由于上覆地层大部分也为澙湖沉积灰岩，因此阻抗值差异较小，阻抗值也就偏小。在工区西部，陆棚相发育，如在HZ34-2A发育陆棚砂泥互层沉积，其阻抗值略高于台内澙湖沉积。

3.2 SST2期地层切片

SST2是SQ2海侵内部的次一级层序界面，其地层切片所代表的沉积环境可认为是SQ2早期的沉积

环境。此时海平面迅速上升，整个工区为淹没台地—陆棚沉积环境，沉积的主体位于台地隆起区上追涨的生物礁、滩沉积，如位于台缘的HZ28-4A井，生物礁滩互层沉积，是次一级海平面脉动升降的结果，同时也左右了礁滩生长的范围;而台地内部的HZ34-1A井区生物礁得益于海平面持续上升和隆起位置较高的优势持续生长;而陆棚相HZ34-2A井发育以泥夹粉砂的致密沉积(图2)。如图5，沿SST2界面提取的弹性波阻抗平面图可知，台地边缘及台地内部的高弹性波阻抗区域较SB2层有所扩大，特别是台地内部高波阻抗区域较为明显(图5A)。以SST2弹性波阻抗平面图基础上，与SB2期类似，工区东高西低、南高北低的继承性台地(东部)—陆棚(西部)沉积背景，在威尔逊模碳酸盐岩沉积模式指导下，由该时期HZ34-2A井(陆棚)—HZ28-4A井(台地边缘滩)—HZ34-1A井(台内生物礁)沉积变化特征将SST2弹性波阻抗平面图进行沉积相标定，同时结合该时期地震剖面上表现典型的地震相平面分布特征，如丘状中低连续中弱振幅中低频平行—波状反射台内生物礁相、丘状低连续中弱振幅中高频台地边缘礁相、席状中低连续中低频中弱振幅澙湖相等地震相特征(图3)，将SST2地层切片转换成为沉积相图(图5B)。

表1 研究区典型地震相分类Table 1 Classification of typical seismic facies in the study area

图3 井与地震剖面层序界面划分Fig.3 Sequence boundary of wells and seismic profile

图4 A.SB2弹性波阻抗地层切片;B.SB2弹性波阻抗地层切片转换的沉积相图Fig.4 A.Strata slice of elastic wave impedance，SB2;B.The map of sedimentary facies，SB2

图5 A.SST2弹性波阻抗地层切片;B.SST2弹性波阻抗地层切片转换的沉积相图Fig.5 A.Strata slice of elastic wave impedance，SST2;B.The map of sedimentary facies，SST2

而在SST2界面转换的沉积相图(图5B)上，碳酸盐岩台内珊瑚藻礁、生屑滩发育，这可能与SQ2层序海侵早期生物生长速率大于海平面上升速率所致。受台地边缘礁滩聚类沿边生长特点，沉积呈条带状不连续分布，由于台地边缘中、南部生长环境高于北部，故其中、南部的珊瑚藻礁发育面积最广，约30 km2，显示台缘碳酸盐岩生物礁生长所具有良好的继承性;而此时的台地内部的中部和南部台内点礁、台内滩开始广泛生长，受后期溶蚀成岩作用的影响，孔隙度特别发育，孔隙度值间11%～20%之间，平均孔隙度值高达18%以上，总面积超过100 km2。

图6 A.MFS2弹性波阻抗地层切片;B.MFS2弹性波阻抗地层切片转换的沉积相图Fig.6 A.Strata slice of elastic wave impedance，MFS2;B.The map of sedimentary facies，MFS2

3.3 MFS2期地层切片

MFS2是SQ2海侵晚期的体系域界面，其地层切片所代表的沉积环境可认为是SQ2晚期的沉积环境。此时快速上升的海平面促使陆棚相泥质沉积更为典型，如陆棚相HZ34-2B井;而此时沉积位置较高且生物礁生长速率和海平面上升较为匹配的井区碳酸盐岩生长较快，厚度增长明显，如HZ34-1A井与HZ28-4A井。

如图6所示，在MFS2界面提取的弹性波阻抗平面图上，高波阻抗值区域较SST2地层切片面积较小，这和MFS2期海平面上升到高位期后生物礁、滩体存在一定的收缩有关(图6A)。

以3.1节和3.2节中弹性波阻抗平面图转换成沉积相图的思路将MFS2的弹性波阻抗地层切片转换为沉积相图。该时期较高的海平面让处于礁滩体生长位置较低的台地中、北部区域开始停止生长，其点礁、生屑滩沉积单元在SST2的基础上规模有变小趋势，这和MFS2期海平面快速上升后台内礁滩体开始收缩相匹配。而在工区南部，由于沉积的地理位置相对较高，离海平面15 m以内的透光带区域继续生长礁体持续生长，其台内点礁和台缘礁体之间有连片的趋势。台地边缘礁滩面积虽然大为收缩，但孔隙度仍然发育，据HZ34-1A测井孔隙度推算在台缘中南部区域孔隙度值大部分在13%以上，面积收缩为5 km2。在台内礁滩复合体平均孔隙度值大部分仍然在13%以上，平均孔隙度约为18%，中部、南部两个礁体总面积仍超过100 km2(图6B)。

3.4 研究区有利相带预测

结合区域南高北低的构造沉积背景，综合SB2期、SST2期和MFS2期地层切片的弹性阻抗变化特征及其转换的沉积相分布，考虑到 HZ34-1A井、HZ28-4A井单井上储层受控于生物礁、滩的孔隙度的变化以及HZ33-2A为代表的陆棚沉积致密层现状，可将研究区有利储层分为三类。如图7所示，优质的Ⅰ类储层位于研究区中最为有利的储层，位于南部的台内生物礁叠合生长体上(绿色区域)，单井HZ34-1A生物礁高达20%以上测井孔隙度和超过85 m，测井储层解释厚度已经证实了这套有利台内礁、滩复合沉积体的存在，且总面积超过了100 km2，是优先考虑的勘探区域;Ⅱ类储层为次有利储层，位于研究区中西部，以狭长的台地边缘礁沉积体为储集空间，推测其孔隙度平均在12%以上，且面积超过40 km2(黄色区域)，是研究区潜力较大的区域;Ⅲ类储层为较有利储层，位于研究区西北角和东北角的蓝色显示区域，由HZ28-4A井测井解释可知平均孔隙度主要在10%左右，累计储层累计厚度超过30 m，面积也近20 km2，也是值得后续勘探的区域。

4 结论与讨论

(1)针对珠江口盆地H区块内低于地震纵向分辨率四分一波长的碳酸盐岩薄储层通过地震沉积学的研究识别出台地边缘礁、台内礁、台内滩为研究区有利储集相，克服了纵向分辨不够的困难。

图7 研究区有利储层分布图Fig.7 The map of favorable reservoir distribution

(2)依据研究区有利相带预测结果，在研究区划分出三类储层，其中I类的台内礁和Ⅱ类台缘礁储层为最有利储层，Ⅲ类区的台缘礁和台内滩为较有利储层。

致谢 成文的过程中，中海油能源发展股份有限公司物探技术研究所方中于总工和河海大学张宏兵教授的给予了中肯的修改意见，同时也凝聚了“十二五”国家中大专项《南海北部深水区碳酸盐岩储层识别技术与评价》项目组同事的心血和汗水，在此一并表示衷心的感谢。

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