三维古构造恢复技术在油气评价中的应用——以珠江口盆地番禺-流花地区为例

袁 才，张忠涛，刘 杰，张文珠，徐 徽，易雪斐

(1. 中海石油(中国)有限公司深圳分公司研究院，广东广州 510240；2. 非常规油气湖北省协同创新中心，湖北武汉 430100)



油气资源

三维古构造恢复技术在油气评价中的应用
——以珠江口盆地番禺-流花地区为例

袁 才1，张忠涛1，刘 杰1，张文珠1，徐 徽1，易雪斐2

(1. 中海石油(中国)有限公司深圳分公司研究院，广东广州 510240；2. 非常规油气湖北省协同创新中心，湖北武汉 430100)

目前常用的古构造图的制作方法为“厚度图法”和“断层平移法”，这两种方法对断控圈闭为主的古构造恢复具有一定的局限性，且不能定量化的研究古构造生长发育情况。本论文首次将三维古构造恢复技术应用于珠江口盆地番禺-流花地区。三维古构造恢复技术在应用时，避免了厚度异常现象，实现了去压实恢复，能够更真实的反映古构造情况。该技术在珠江口盆地番禺流花地区“A”构造的应用，达到了定量分析古构造发育的效果，并且认识到了A构造在关键时期T32时期古构造幅度较小，后期构造幅度增大是A构造充满度过低的重要原因之一。

古构造恢复 充满度 去压实 定量化

Yuan Cai,Zhang Zhong-tao,Liu Jie,Zhang Wen-zhu,Xu Hui,Yi Xue-fei. Application of 3D paleo-structure reconstruction to hydrocarbon evaluation: An example of Panyu-Liuhua area in the Pearl River Mouth basin[J]. Geology and Exploration,2016, 52(1):0182-0190

1 研究背景

1.1 区域地质背景

白云凹陷是珠江口盆地面积最大、最深的生烃凹陷，超过20000km2。白云凹陷存在三套烃源岩，即文昌组、恩平组陆相烃源岩和珠海组海相烃源岩，沉积中心最大厚度可达11000m，由主凹、东凹、西凹三个次级凹陷组成，各次凹面积、沉积厚度、生烃能力均有不同。其中白云主凹已被证实为富生烃凹陷，以生气为主。白云东凹已被证实具有巨大的原油勘探潜力(张忠涛等，2011)。

珠江口盆地位于华南大陆南缘，位于欧亚、印度洋和太平洋三大板块交会的南海北部，是在加里东、海西、燕山期褶皱基底上形成的中、新生代含油气盆地。形成过程中受印度板块、欧亚板块的接触、碰撞以及太平洋板块对欧亚板块NWW向俯冲的影响，有其独特的构造格局和复杂的发育史。盆地处于不同时期的大陆边缘，基底是陆区各个时期褶皱基地向海域的延伸，不同时期表现出不同的活动性质。A构造位于珠江口盆地番禺低隆起最东端，主要受NWW向北倾的反向断层所控制，构造形态为翘倾半背斜。

该目标南北紧邻白云凹陷东次凹陷与东沙隆起，长期位于白云凹陷的油气运移通道上，成藏条件十分有利。其北部约33km处是目前珠江口盆地最大的油田—B生物礁油田，西南部是目前已发现规模最大的天然气区，探明+控制储量超1300亿方(图1)。该构造的主要目的层段珠江组下段与珠江组上段的大套泥岩构成本地区最有利的储盖组合，近90%的油气储量集中在珠江组下段，其砂岩储层具有厚度大，分布连续，物性优的特征(张忠涛等，2011)。

1.2 问题提出

2010～2011年深圳分公司在A构造自营钻探了两口井(L1621、L1622)，钻后发现构造形态变化不大，但该构造的充满度只有37%。通过实钻含油体积(以含油水层底计算)推算，怀疑该构造充满度与古构造形态有关。本次研究试图通过三维古构造恢复技术，完成古构造恢复来探索该构造充满度过低问题。

图1 A构造周边勘探现状图

2 古构造恢复方法

古构造图制作的理论基础是沉积补偿原理(杨克明等，2004)，该方法发展至今，已形成“宝塔图”法(万力等，2010)、厚度图法(马如辉等2006)、平衡剖面法(Dahlstrom C D A，1969；Suppe J，1983；Shaw J H,etal.，1994；Rowan M Getal.，2000)、断层平移法、地震属性恢复古构造法、三维空间古构造恢复法(许浚远等，1997)、同一变形体古构造恢复法等诸多方法(Griffiths Petal.，2002)，以及剥蚀量恢复、去断层、去褶皱、去压实校正及古水深校正等关键技术(Allen P Jetal.，1990；刘学锋等，1999；Rouby Detal.，2000；陆克政，2006；袁玉松等，2008)。目前最常用的古构造图的制作方法是厚度图法和断层平移法(久凯等，2012)。

厚度图法对古构造恢复具有较大的局限性，由于该方法无法实现去断层恢复以及去压实，因此其往往只适用于构造起伏平缓,褶皱、断裂不发育的部分地区，而对于以断控圈闭为主的地区，用厚度图法计算出的古构造图在靠近断层处存在一个盲区即厚度异常现象，不能真实的反应古构造形态。另外一种常用方法断层平移法虽然实现了去断层恢复，避免了厚度异常现象，但是该方法仍然无法实现去压实恢复，计算出的古构造图同样存在着巨大的误差，需要进行繁杂的误差校正工作。

3 三维古构造恢复原理

三维古构造恢复法能够很好地避免由断层、倾斜地层甚至是不均匀压实作用造成的误差。

三维古构造恢复过程实际上是地层沉积形变过程的逆过程，地层沉积过程往往是:沉积——压实——褶皱——断裂。因此对于某一目的层来说，构造恢复过程实际分三步:去断层、去褶皱、去压实。最终得到目的层无形变时的沉积状态(许浚远等，1997)。

4 应用实例

A构造为断控圈闭，三维古构造恢复方法能够定量化的研究古构造生长发育情况。本次三维古构造恢复通过MOVE软件3D模块来实现，构造恢复过程实际分三步:去断层、去褶皱、去压实。最终得到目的层无形变时的沉积状态。

4.1 去断层恢复

由于A构造为断控圈闭，因此本次恢复的首先任务是要消除断层断距的影响。去断层恢复方法为斜剪切法，该方法假设上下盘在移动过程中形变只发生在断层上盘，在上盘内沿着一系列平行的指向断层面的矢量线将上盘移动到一定的位置。由于矢量线的长度是保持不变的，因此，断层面附近的地形变化以褶皱形式传播到上盘地层中，从而完成了断层恢复(图2)(马如辉等，2006)。

4.2 去褶皱恢复

在完成断层恢复以后，紧接着就是去褶皱恢复即层拉平，三维古构造恢复使用“弯滑曲褶皱”方法进行去褶皱恢复(图3) (马如辉等，2006)。

该方法拉平一个模版层，这个模版层被拉平到一个水平层位或者一个固定深度。在模版层与目标层之间分割成多个平行于模版层的滑动层，在模版层恢复时，用滑动层之间的相互滑动来控制其他的联动层位去褶皱程度，同时保持滑动层厚度恒定。从而实现去褶皱恢复。

4.3 去压实恢复

造成地层不均匀压实的主要因素是埋藏深度差异和岩性差异。由于构造恢复通常未考虑横向上岩性变化，通常只考虑埋藏深度的变化，因此该方法的去压实恢复实际是地层孔隙度的恢复。根据万力等推导出来的孔隙度与深度的函数，公式如下(万力等，2010)：

式中，

φ(z)为任意深度的孔隙度；φ0为地表孔隙度；φr为残余孔隙度；z为深度；α为常数；γg=(1+2M)

图2 斜剪切算法恢复断层示意图

图3 弯滑曲褶皱方法恢复褶皱示意图

(ρs-ρw)g/3为常数，M为水平应力与垂向应力的比值，ρs和ρw分别为固体颗粒和水的密度，g为重力加速度。

孔隙度随深度的衰减都受γgα的控制，假设容重为一常数，即γe=(ρs-ρw)g，则孔隙度与深度的函数为：

φ(z) =φr+(φ0-φr)exp(-γgαz)

假设φr为0，则上式变为：

φ(z)=φ0exp(-γgαz)

根据以上公式就能得到A构造不同埋深造成孔隙度下降的程度(图4)。也就能对不同埋深的地层进行不均匀压实恢复。另外也可用A构造及周边已钻井的泥岩孔隙度统计方法来制作泥岩压实曲线，从而实现去压实恢复(万力等，2010)。

图4 泥岩孔隙度与埋藏深度交会图(φ0=0.3,φr=0.03)

4.4 应用实例分析

三维古构造恢复通过实现去断层恢复、去褶皱恢复、去压实恢复，能够很好地避免由断层、倾斜地层甚至是不均匀压实作用造成的误差。

A构造所在地区为三维地震覆盖，数据体为时间域，因此在古构造恢复之前根据L161井实钻数据做了时深转换。另外根据A构造已钻探的两口井(L1621、L1622)实测孔隙度数据，依照万力等推导出来的孔隙度与深度的函数关系绘制了泥岩孔隙度曲线。

由于A构造主要目的层为T50层，将该构造分别恢复到T30时期、T32时期、T35时期和T40时期(图5)。

分别定量化统计各个时期T50层的古构造形态，如表1。

通过对A构造各个时期T50层的构造形态进行定量化分析，发现该构造T50层圈闭大小一直在变化，到现今时期T50层圈闭最大。T32时期T50层圈闭体积为925×106m3，到T30时期圈闭体积增加到1118×106m3，到现今时期圈闭体积为1644×106m3。通过对比发现T50层构造幅度从T32时期到现今时期发生了较大的变化，现今时期相对T32时期T50层构造圈闭面积增长32.5%，圈闭体积增长77.7%。

图5 A构造古构造恢复图

表1 A构造T50层古构造圈闭要素表

5 古构造与油气成藏关系分析

古构造恢复是含油气盆地研究的重要内容，对于了解盆地的构造演化历史、烃源岩的成熟和排烃、油气的运移和聚集、油气藏的后期改造和破坏具有重要意义。

为了综合分析古构造与油气成藏关系，我们将A构造的一系列的标准层不同时期的古构造图排列在一张平面图上，形式宝塔，称为“宝塔图”(图6)(王翳培等，1990)。宝塔图中最左侧一列构造称为第一列构造，它反映现今构造形态，从第二列开始全为古构造图。从各横列的古构造图上可以分析出不同标准层古构造发育史。在A构造的宝塔图中，以列为单元，从左至右分别表示A构造在现今时期、T30时期、T32时期、T35时期和T40时期该构造的古构造地层情况；以行为单元，从上到下依次为T30、T32、T35、T40、T50层地层在各个时期的发育情况。根据A构造的发育情况，按照古今构造幅度比D，将A构造演化分为三个时期(表2)：雏形期、定型期、完整期。雏形期为T30以前，该时期是构造的运动初期，古今构造幅度变化较大；定型期为T30～现今时期，由于早期受到东沙运动影响，古构造强烈隆起，幅度相当大，反映构造的强烈运动；完整期为现今时期，该时期构造略有发展，变化不大。

图6 A构造宝塔图(深度构造图)

表2 A构造标准层古构造发育史

Table 2 Paleo-structural development history of marked layers in structure A

地质时期演化时期主要地质特征古今构造幅度比(D)T30时期以前雏形期构造运动初期D<50%T30～现今时期定型期古构造的强烈隆起阶段,幅度相当大,反映构造强烈的运动50%

圈闭能否成藏除了分析其油源问题、油气运移问题、储盖组合问题外我们还需要研究圈闭的形成与油气运移、充注的关系。在油气充注充足的条件下，根据圈闭的变化情况以及油气运移、充注的关系可以形成以下八种情况(表3)，通过分析发现A构造属于第Ⅳ种情况。

结合A构造古构造发育情况和珠江口盆地白云东地区系统事件图(图7)，分析认为T50层的有利储层在构造发育雏形期已基本形成，该时期有利盖层开始形成；到定型期构造活动较强，圈闭在该时期快速发育，到现今时期基本稳定成型。由于T32时期为白云东地区油气充注的关键时期(张忠涛等，2011)，而该时期正好处于A构造发育的雏形期，因此该时期T50层的构造形态是影响现今时期充满度的重要因素。

对比A构造T32时期T50层古构造形态和现今时期T50层构造形态(表1)发现，T32时期T50层构造有效构造幅度为160m，有效圈闭面积18.5×106m2，圈闭体积925×106m3；现今时期T50层有效构造有效圈闭幅度210m，圈闭面积为24.52×106m2，圈闭体积为1644×106m3；而实钻含油水层圈闭幅度158.5m，含油水圈闭面积13.21×106m2，含油水圈闭体积676×106m3。通过对比发现A构造

表3 圈闭形成与油气充注关系

Table 3 Relationship between trap generation and hydrocarbon charging

充注与圈闭时期早期中期晚期充满度主要特征Ⅰ充注形成圈闭充满度最低构造在形成圈闭以前就完成油气充注,该方式圈闭的充满度最低,几乎没充注Ⅱ充注形成圈闭充满度待定构造在圈闭雏形形成以后到圈闭定型期之间完成充注,充注时期越早充满度越低Ⅲ形成圈闭充注充满度高构造在圈闭完全定型稳定后完成充注,该方式充满度高,如油气充注充足可全部充满Ⅳ充注形成圈闭构造运动圈闭变大充满度低圈闭在早期完成充注,后期圈闭变大充满度逐渐降低,古今构造幅度比越大充满度越低Ⅴ形成圈闭构造运动圈闭变大充注充满度高古构造圈闭较小,后期增大,再圈闭定型稳定后完成充注,圈闭充满度较高Ⅵ充注形成圈闭圈闭变小充满度待定充满度需要根据充注时期古今构造幅度比D决定,D越接近1,其充满度越高Ⅶ充注形成圈闭圈闭变小充满度高古构造圈闭较大,后期圈闭逐渐减小,在活动期间完成充注,圈闭充满度较高Ⅷ形成圈闭圈闭变小充注充满度最低古构造圈闭较大,后期圈闭逐渐减小,到圈闭消失之后才完成油气充注,圈闭几乎没充注

注：该统计限于油气充注充足的条件。

图7 白云东地区油气系统事件图

T32时期有效圈闭体积较小只有现今时期有效圈闭体积的33.6%，而该体积与现今时期实钻含油水圈闭体积相似。因此认为A构造在关键时期T32时期古构造幅度较小，后期构造幅度增大造成现今构造充满度降低，是A构造充满度过低的重要原因之一。

6 结论

(1) 将A构造的发育分为三个演化时期：雏形期、定型期、完整期。雏形期为T30以前，该时期是构造的形成初期，古今构造幅度变化较大；定型期为T30～现今时期，该时期为古构造强烈隆起阶段，幅度相当大(古今构造幅度比大于50%，小于80%)，反映构造的强烈运动；完整期为现今时期，该时期构造略有发育但是变化不大。

(2) A构造在油气运聚关键时期T32时期，油气运聚充分，古构造的充满度高，后期构造幅度增大造成现今构造充满度降低，是A充满度过低的原因之一。

Allen P J,Allen J R.1990.Basin analysis-principles and applications[M].London:Blackwell Scientific Publication:120-135

Dahlstrom C D A.1969.Balanced cross sections[J].Canadian Journal of Earth Sciences:743-757

Griffiths P,Jone S.2002.A new technology for 3-D flexural-slip restoration[J].Journal Of Structural Geology,24:773-782

Jiu Kai,Ding Wen-long,Li Chun-yan,Zeng Wei-te.2012.Advances of paleostructure restoration methods for petroliferous basin[J].Lithologic Reservoirs,24(1):13-19(in Chinese with English abstract)

Liu Xue-feng,He You-bin,Zhang Huo-dan.1999.Palaeotectonic reconstruction using backstripping analysis-example from border areas of Sichuan,Hubei and Hunan provinces[J].Journal of Palaeogeography,1(2):53-61(in Chinese with English abstract)

Lu Ke-zheng.2006.Petroliferous basin analysis[M].Bei Jing:China University of Petroleum press:296-297(in Chinese with English abstract)

Ma Ru-hui,Wang An-zhi.2006.Cr eation of Structural Evolution Diagr ams with StructuralRecovery Principal[J].West China Ptroleum Geosciences,2(2):185-188(in Chinese with English abstract)

Rouby D,Xiao H B,Suppe J.2000.3-D Restoration of Complexly Folded and Faulted Surfaces Using Multiple Unfolding Mechanisms[J].AAPG Bulletin,84(6):805-829

Rowan M G,Linares R.2000.Fold-evolution matrices and axial-surface analysis of fault-bend folds:Application to the Medina anticline eastern Cordillera,Columbia[J].AAPG Bulletin,84(6):741-764

Shaw J H,Suppe J.1994.Structural trend analysis by axial surface mapping[J].AAPG Bulletin,78(5):700-721

Suppe J.1983.Geometry and kinematics of fault-bend folding[J].American Journal of Science,283:684-721

Wan Li,Jiang Xiao-wei,Wang Xu-sheng.2010.A Common Regularity of Aquifers:The Decay in Hydraulic Conductivity with Depth[J].Geological Journal of China Universities,16(1):7-12(in Chinese with English abstract)

Wang Yi-pei,Fei Qi,Zhang Jia-hua.1990.Petroleum exploration and structure analysis[M].Wuhan:China university of Geosciences press:79-84(in Chinese)

Xu Jun-yuan,Li Hui-fang,Wang Yan-ping,Wang Lei,Tian Yu-gang,Wang Hao.1997.Reconstruction of 3D Paleostructures of the basement top in the Tang yuan Fault Depression during middle Eocene[J].Ji Lin Geology,16(1):63-70(in Chinese with English abstract)

Yang Ke-ming,Xu Jin.2004.tight clastic rock gas pool Reservoired Mechanism and Exploration and development technology in western Sichuan depression[M].Bei Jing:Geological Press:287-296(in Chinese with English abstract)

Yuan Yu-song，Zheng He-rong,Tu Wei.2008.Methods of Eroded strata thinckness restoration in sedimentary basins[J].Petroleum Geology & Experiment,30(6):636-642(in Chinese with English abstract)

Zhang Zhong-tao,Qin Cheng-gang,Gao Peng,Qu Liang,Liu Dao-li,Xu Hui,Xu Le-yi,Zhou Feng-juan.2011.Geological characteristics and exploration potentials of the shelf break zone on the north slope of the Baiyun Depression,Pearl River Mouth Basin[J].Geology and Prospecting,31(5):39-44(in Chinese with English abstract)

Zhang Zhong-tao,Qin Cheng-gang,Gao Peng,Qu Liang,Liu Dao-li,Xuan Y-i hua,Zhou Feng-juan,Xing Zhen-zhen,Li Guo-fang.2011.Accumulation of Natural Gas and Main Controlling Factors n PY-LH Zone in Zhujiang River Mouth Basin[J].Natural Gas Geoscience,22(5):778-783(in Chinese with English abstract)

[附中文参考文献]

久 凯,丁文龙,李春燕,曾维特.2012.含油气盆地古构造恢复方法研究及进展[J].岩性油气藏,24(1):13-19

刘学锋,何幼斌,张或丹.1999.利用回剥分析重建古构造格局—以川、鄂、湘边区为例[J].古地理学报,1(2):53-61

陆克政.2006.含油气盆地分析[M].北京:中国石油大学出版社:296-297

马如辉,王安志.2006.利用构造恢复原理制作古构造演化图[J].中国西部油气地质2(2):185-188

万 力,蒋小伟,王旭升.2010.含水层的一种普遍规律：渗透系数随深度衰减[J].高校地质学报,16(1):7 -12

王蘙培,费 琪,张家骅.1990.石油勘探构造分析[M].武汉:中国地质大学出版社:79-84

许浚远,李惠芳,王艳萍,王 磊,田玉刚,王 皓.1997.汤原断陷早第三纪中期基底顶界的三维古构造重建[J].吉林地质,16(1):63-70

杨克明,徐 进.2004.川西凹陷致密碎屑岩天然气成藏理论与勘探开发方法技术[M].北京:地质出版社:287-296

袁玉松,郑和荣,涂 伟.2008.沉积盆地剥蚀量恢复方法[J].石油实验地质,30(6):636-642

张忠涛,秦成岗,高 鹏,屈 亮,刘道理,徐 徽,徐乐意,周凤娟.2011.珠江口盆地白云凹陷北坡陆架坡折带地质特征及其油气勘探潜力[J].地质与勘探,31(5):39-44

张忠涛,秦成岗,高 鹏,屈 亮,刘道理,轩义华,周凤娟,邢贞贞,李国放.2011.珠江口盆地番禺-流花地区天然气成藏特征及主控因素分析[J].天然气地球科学,22(5):778-783

Application of 3D Paleo-structure Reconstruction to Hydrocarbon Evaluation:

An Example of the Panyu-Liuhua Area in the Pearl River Mouth Basin

YUAN Cai1,ZHANG Zhong-tao1,LIU Jie1,ZHANG Wen-zhu1,XU Hui1,YI Xue-fei2

(1.ResearchInstituteofShenzhenBranchofCNOOCLtd.,Guangzhou,Guangdong510240;2.HubeiCooperativeInnovationCenterofUnconventionalOilandGas,Wuhan,Hubei430100)

Thethicknessmethodandfault-movementmethod,which are commonly utilized in paleo-structure restoration,have some limitations in the cases of fault-controlled-predominant traps,and are unable to study the paleo-structure development quantitatively.This article applies the 3D paleo-structure restoration technique to the Panyu-Liuhua area,Pearl River Mouth basin for the first time.This technique can avoid emerging thickness anomaly phenomenon and realize decompaction restoration,better reflecting the paleo-structure.The application of this technique in Structure A achieves the aim of analyzing paleo-structure quantitatively and reveals that Structure A has smaller relief in the critical time T32 and its relief enlarged later,which is regarded as a critical factor to lead to the very low hydrocarbon fullness in the president Structure A.

paleo-structure reconstruction,fullness,decompaction,quantitatively

2015-06-23；

2015-10-13；[责任编辑]陈伟军。

袁 才(1987年-)，男，2011年毕业于江汉石油学院油气地球化学专业，工程师，现从事含油气盆地地质综合研究与勘探目标评价工作。E-mail：yuancai@cnooc.com.cn。

易雪斐(1986年-)，女，讲师， 主要从事油气勘探与非常归油气地质研究。E-mail:xuefeiyi1986@163.com。

P547

A

0495-5331(2016)01-0182-09