利用地震成藏学研究断陷湖盆油气成藏关键要素

周家雄 胡高伟 邓 勇 李 辉 徐 涛 周 刚

(中海石油(中国)有限公司湛江分公司，广东湛江 524057)

0 概况

珠江口盆地位于南海北部大陆架，是一个以新生代沉积为主的裂谷盆地[1-5]。珠三坳陷文昌B凹陷是珠江口盆地西部最重要的生烃凹陷，为“南断北超”的箕状断陷，珠三南断裂为控凹断裂，而文昌19区是珠三坳陷已证实的油气富集区(图1)，成藏条件优越，具有近源、垂向运聚、局部高点控藏、区域盖层控富集的油气成藏规律[1-5]。目前文昌19区浅层勘探程度较高，中深层勘探程度低，尚未了解油气分布规律，但中深层油气显示非常活跃，且剩余资源量主要集中于此。因此，中深层应是该区下步勘探的重点领域，应集中在文昌组中深湖相优质源岩分布范围内寻找有效圈闭。针对中深层的“生储盖”预测一直是该区油气勘探取得突破的瓶颈问题，利用常规油气成藏的研究思路和方法一直未取得实质性进展。

地震成藏学是石油地震地质学[6-7]的新分支学科，是将先进的地震勘探技术及其成果与现代油气成藏地质理论紧密结合，以揭示隐蔽、复杂油气藏形成过程、机理以及分布规律的一门交叉学科[8-10]。因此，理论(油气成藏理论)与技术(地球物理勘探技术)相结合是地震成藏学的根本，而直接利用地震成果(构造解释剖面、岩性反演剖面、烃检测剖面等)分析成藏要素是地震成藏学的特色方法[11]。为此，笔者利用地震成藏学思路和方法重新认识该区的“生储盖运圈保”，以期在中深层发现具有商业价值的油气藏。

图1 文昌B凹陷及周缘构造区划图

1 利用地震成藏学分析珠江口盆地成藏关键要素

作为勘探理论的重要组成，油气成藏历来受到高度关注。2006年，“油气成藏学”作为一门学科被正式提出，已步入快速发展阶段，涌现出众多关于成藏机理与成藏规律的研究成果[10]，推动了油气成藏研究的进步。但是，目前的油气成藏研究仍然以地质研究为主，地震信息与技术仍处于辅助和次要地位，这必然会影响油气成藏研究成果的质量。随着地震技术的飞速发展，地震资料可以揭示大量真实、连续、系统的油气成藏信息，因此，面对越来越隐蔽、越来越复杂的勘探目标，迫切需要以地震勘探技术为手段、依托现代油气成藏学理论为指导，利用地震信息研究油气藏形成机理和分布规律[9-11]。本文将速度、地震相、地震正演与反演信息、测井、地质、地化等资料相结合，重新认识文昌19区油气运聚成藏的关键要素，包括“生储盖”及其组合；其次，结合地震构造精细解释、地震层拉平、地震属性分析技术等恢复复杂地质条件下的油气成藏过程，预测该区中深层油气藏分布规律。

1.1 断陷湖盆少井区优质烃源岩识别

断陷湖盆少井区勘探首先要确定烃源岩及其生烃潜力，但由于文昌B凹陷钻井少、资料缺乏，大大限制了有机地球化学、有机岩石学及油藏地球化学等常规地化成藏评价方法的应用。因此，可考虑利用地震反射信息精细刻画烃源岩的空间展布[12-14]，再结合速度相、岩相、有机相综合识别和预测烃源岩的潜力。实践证明，利用上述方法开展烃源岩评价取得了较好的效果。

1.1.1 地震相、速度相、岩相、有机相烃源岩识别

文昌B凹陷是珠江口盆地西部油气最为富集的凹陷，自20世纪80年代以来相继发现了7个商业油田以及多个含油构造。凹陷的主力烃源岩为始新统文昌组二段中深湖相泥、页岩，长期以来认为该套烃源岩的分布范围较局限，主要集中在凹陷中心部位(图1)。但近年在文昌B凹陷东北缘珠三南断裂上升盘钻探A7井，在文昌组钻遇11.8m厚灰褐色页岩，具有质纯、性脆及页理面光滑、细腻的特征。从地化指标来看，新钻遇的烃源岩有机质丰度高，为Ⅰ型有机质，生油潜力大，属于优质烃源岩。目前共有3口井钻遇文昌B凹陷及周缘文昌组二段优质中深湖相烃源岩，其中 A1、A2井最具代表性，在主凹中心文昌组二段揭露了179.3m厚的优质烃源岩。本文根据钻井证实的中深湖相烃源岩的岩相、地震相、速度相、有机相重新研究文昌B凹陷优质烃源岩的分布。

(1)岩相。在文昌B凹陷中心钻探的A1井在文昌组二段3223.7～3403.0m井段揭露了179.3m厚层中深湖相优质烃源岩，岩性以深灰色、灰褐色泥岩、页岩为主，质纯、性脆、层理较发育。近年在文昌B凹陷东北缘珠三南断裂上升盘钻探A7井，在文昌组2336～2354m井段发现了11.8m厚的灰褐色页岩，同样具有质纯、性脆及页理面光滑、细腻的特征。这与A1井揭示的优质烃源岩岩性非常一致，预示珠三南断裂下降盘文昌B凹陷东北缘文昌组也应发育类似的灰褐色、褐灰色的泥、页岩(表1)。

(2)地震相。早期本区中深层地震资料品质差、能量弱，针对优质烃源岩识别难度大，近年来重新处理的地震资料提高了中深层成像质量，较老资料更加可靠，降低了不确定性。A1、A2井钻遇的中深湖相优质烃源岩是一个反射密集段，具有低频、连续、强振幅、平行或亚平行反射特征，通过对比、分析地震相可知，文昌B凹陷东北缘文昌组二段的地震反射特征完全与本区已证实的中深湖相烃源岩相吻合(表1)，推测应具有良好的生烃能力。区域研究成果显示，在本区具备上述特征的地震反射波组并非全部指示泥岩，大面积的浅湖三角洲砂泥互层也具备以上特征。通过分析不同岩性组合与地震响应特征，认为区分砂岩和烃源岩的最重要标志是层序内存在低速欠压实带，在地震叠加速度谱上呈低速，否则为高速。

(3)速度相。在陆相沉积的洼陷中，深湖相泥岩往往存在欠压实带，泥岩通常具有较高的孔隙度、密度和较低的速度，所以在叠加速度谱上存在速度基本不变的等速台阶，并且在台阶两端的速度高于台阶平均速度[15-16]。A1、A2井钻遇的优质烃源岩的测井响应呈高自然伽马、高声波时差、高密度的低速泥岩特征而与上、下围岩存在明显差异，且井点处及凹陷优质烃源岩也表现为明显的低速，并出现速度反转(表1)。在凹陷的东北部也出现相同的速度变化特征，说明该区应发育良好的深湖相生烃源岩。

(4)有机相。A1井钻遇的文昌组二段中深湖相优质烃源岩具有如下特征： ①有机质丰度高，总有机碳(TOC)含量为1.75%～4.02%； 生烃潜量(S1+S2)为7.18～25.63 mg·g-1；氢(IH)指数为332.34～682.58 mg/(g·TOC)，为优质烃源岩[17]。②干酪根碳同位素偏重，δ13C值为-22.13‰～-25.82‰；显微镜下可见大量的藻类体与无定形体，有机质类型以Ⅰ～Ⅱ1型为主[17]。③生物标志化合物中存在丰富的C30-4甲基甾烷，不含“W、T”等树脂化合物，指示生烃母质主要来自低等水生生物(表1)。

A7井在文昌组钻遇的灰褐色页岩具有如下特征：①有机质丰度高，TOC含量介于9.32%～9.44%；生烃潜量(S1+S2)为59.72～60.18 mg/g； 氢(IH)指数为617.80～620.28 mg/(g·TOC)。②显微镜镜下观察发现，A7井文昌组灰褐色页岩薄片在反射光下可见大量棉絮状、云雾状或团粒状无定形体，颜色为褐色—深褐色，呈半透明—透明状。经统计，干酪根显微组分中腐泥组含量高达93%，而陆源高等植物碎屑成分含量极少； 与A1等井证实的优质烃源岩干酪根结构组分特征极为相似，表明其母质来源主要为低等水生生物，有机质类型为Ⅰ型，以生油为主。③生物标志化合物中还检测到丰富的C30-4甲基甾烷，不含“W、T”等树脂化合物(表1)。总体来看，其各项指标与A1井揭示的文昌组二段优质中深湖相烃源岩相似，综合评价为优质烃源岩。

表1 文昌B凹陷中深湖相烃源岩与东北缘烃源岩特征

通过与本区钻井揭示的中深湖相优质烃源岩的岩相、地震相、速度相、有机相进行综合类比可知，在文昌B凹陷东北缘珠三南断裂下降盘也应存在中深湖相优质烃源岩，其展布范围应大于前人落实的仅分布于文昌B凹陷中心的65km2(图1、图2、图3)。因此，如何确定文昌B凹陷文昌组二段中深湖相优质烃源岩的展布范围，对于进一步评价生烃潜力及目标评价具有重要地质意义。

1.1.2 烃源岩展布范围刻画

为了明确文昌组二段中深湖相优质烃源岩在文昌B凹陷的展布范围，并评价其生烃潜力，本文在总结优质烃源岩典型特征的基础上，结合地震构造精细解释、地震层拉平、地震属性分析技术等恢复复杂地质条件下的油气成藏过程，预测该区中深层油气藏分布规律。

根据烃源岩的层序、动力学、运动学特征及几何学特征(表2)，对烃源岩进行了精细的类比追踪，落实了优质烃源岩横向展布、埋藏深度。由于文昌组富有机质泥、页岩层段在地震叠加速度谱发生“阶梯状倒转”，速度值明显小于上、下岩层，基于此特征描述了优质烃源岩的纵向厚度。结果表明，该套烃源岩在主凹中心最厚，向NE—SW方向逐渐减薄，预测最大厚度达1600m。此外，根据烃源岩“低频、连续、强振幅”的地震相特征，采用烃源岩敏感属性分析方法精细刻画了优质烃源岩的空间展布范围。振幅属性反映了地震反射能量，在烃源岩发育较好的区域，沉积稳定，反射能量较高，振幅值也较大。由文昌B凹陷文昌组二段均方根振幅属性、甜点属性图明显看出，低频、强振幅反射特征及甜点属性异常非常明显(图2)。依据烃源岩的敏感甜点属性开展三维空间雕刻，表明该套烃源岩整体沿着平行于珠三南断裂呈NE向长条状分布，分布面积可达110km2(图3)。最终，选取A7井文昌组页岩最新岩石热解数据、干酪根镜鉴结果及参考本区实钻文昌组中深湖相泥页岩厚度作为有效烃源岩厚度值等设置烃源岩参数条件，对文昌B凹陷新落实的文昌组优质烃源岩进行生烃动力学模拟。结果显示，新增的烃源岩以生油为主，生油量较前人预测结果增加了约40%，从而大大提升了文昌B凹陷优质烃源岩的勘探价值。

1.2 相控多属性优质盖层预测

该区钻井失利的主要原因是缺乏有效泥岩盖层，而且由于恩平组存在低速泥岩，导致砂、泥岩阻抗叠置，预测盖层难度较大。因此，采用常规的波阻抗反演方法已无法有效预测盖层。为此，笔者在分析该区沉积微相的基础上，通过分析砂泥岩地震正演响应特征，结合区域沉积相研究，在相控约束下优选多种属性综合预测盖层展布范围，即基于相控属性分析预测盖层。

表2 文昌B凹陷中深湖相烃源岩地震识别特征

图2 文昌B凹陷文昌组二段均方根振幅属性(左)、甜点属性(右)

图3 文昌B凹陷优质烃源岩三维空间展布

连井沉积相分析表明：文19-1油田A3、A4井处于扇三角洲主体部位，恩平组一段砂岩较发育，砂地比高达90%以上；扇三角洲侧翼泥岩较发育，尤其是A5、A6井均钻遇厚层湖相泥岩。据此推测位于扇三角洲侧翼的文19-1构造以北为本区寻找优质盖层的主攻方向。

A4井恩平组为富砂地层，岩性较单一，且无明显的阻抗界面，地震响应呈弱振幅。A5井恩平组一段为富泥地层，由于存在低速泥岩、砂泥互层的影响，形成较明显的阻抗界面，地震响应呈强振幅(图4)。由垂直物源方向以及顺物源方向可以看到，恩平组一段区域湖相泥岩与扇三角洲砂岩地震相具有明显差异，湖相泥岩呈“低频、连续、强振幅”特征，扇三角洲砂岩呈“低频、弱连续、弱振幅”特征。

依据砂泥岩地震相的差异[18]，经试验最终优选均方根振幅以及波形聚类属性[19]综合预测文19-9构造区泥岩盖层的平面展布范围。由文19-9构造T70～T70a层间均方根振幅及波形聚类属性图可知(图5)，文19-9构造区振幅、波形特征与A4井区差异较大，而与A5、A6井区厚层浅湖相泥岩的“低频、连续、强振幅”反射特征较相似，推测文19-9构造区恩平组一段泥岩较发育，据此认为文19-9构造区恩平组一段内部发育局部优质盖层，并精细刻画了浅湖泥岩盖层的展布范围(图5)。实钻结果表明，目标区恩平组一段发育厚层泥岩，厚达152.6m，与钻前预测结果一致。

1.3 浅埋藏轻质油储层及含油气性预测

文昌19区中深层钻井资料少，缺乏岩石物理样本，且尚未钻遇油层，难以了解储层的岩石物理特征。因此，只能通过岩石物理、流体替换、正演分析等方法研究储层及油、气、水的地震响应特征，进而根据地震属性及反演结果综合预测储层及其含油气性[18-21]。

岩石物理分析表明，恩平组有效储层具有明显的低纵波阻抗特征，在排除低速泥岩影响的情况下，泥岩盖层呈高阻特征，因此利用纵波阻抗可有效识别储层。从纵波阻抗反演结果来看，文19-9构造南块、中块具有明显的低阻和强振幅异常，推测储层较发育(图6)，但这种异常是否为含油气响应还需进一步分析。对A5井ZH2-VI油组的岩石物理及流体替换分析表明，对于埋深小、厚度大的轻质油，在相同孔隙度条件下，油层较水层具有明显低阻抗特征，且将油层100%替换为水后，其油层顶面地震振幅明显变弱。因此该区储层含轻质油后明显较水层的振幅强。根据已知油层、水层、泥岩的岩石物理参数建立了三个正演模型。正演分析结果表明，储层在含轻质油后相对水层在其构造高部位具有明显的振幅增强特征(图7)。由于泥岩与含油砂岩界面反射系数绝对值最大，与子波褶积后能量最强，油水界面的反射系数绝对值较小，与子波褶积后能量较弱，因此储层含轻质油后油层顶面的振幅明显强于油层底面(油水界面)(图8)。此外，为便于振幅定量分析，构建油层顶面与油层底面振幅比

图4 A4(左)、A5井(右)恩平组地震正演分析

图5 文19-9构造T70～T70a层间均方根振幅(左)及波形聚类(右)属性图

R=|mintop|/maxbot

预测储层流体的横向分布。式中：|mintop|为砂岩顶部反射最大振幅绝对值； maxbot为砂岩底部反射最大振幅值。在正演分析的基础上，对文19-9构造开展烃类检测。分析表明，文19-9构造振幅、振幅比属性异常的范围与圈闭高部位叠合较好，振幅异常明显，且储层顶面振幅强于底面，平点特征也非常明显，推测含油气概率较高，实钻结果支持上述推断(图9)。

1.4 地震成藏学研究成果综合分析

综合前文成藏关键要素分析，利用地震层拉平技术，恢复本区油气藏形成演化历史，总结了文昌组中深层成藏过程：

图6 过文19-9构造地震纯波剖面(上)和波阻抗反演剖面(下)

图7 背斜构造高、低部位含不同流体模型(上)及正演分析剖面(下)

图8 楔状模型(左)、正演油层顶面(中)和油层顶面反射特征分析(右)

图9 文19-9构造最小振幅属性(a)、振幅比属性(b)、含油面积(c)图

(1)珠三南断裂带的差异张扭作用控制了文昌组中深湖相优质烃源岩向南断裂陡坡带抬升、翘倾。早渐新世，由于珠三南断裂西段NNE—SSW向应力场与区域SN向伸展应力场方向的夹角小于45°，形成了斜向张扭分量，表现为右旋张扭变形特征[22]，出现第一期挤压反转，形成沿珠三南断裂分布的渐新统挤压褶皱和下沉小坑共生构造及多条近EW向断层，形成了如文19-1大型反转构造、文19-9断背斜构造等多个断鼻、断块圈闭，因此，沿断裂带发育的隆起构造为主要油气圈闭。

(2)至珠海组沉积末期—珠江组沉积早期，文昌组中深湖相烃源岩逐步进入生油高峰期，早期活动的NNE向珠三南断裂与同期活动的近EW向调节断层沟通烃源岩，生成的油气主要通过沟源断层垂向输导至恩平组一段(T70-T71)浅湖相区域泥岩盖层底面，并通过恩平组一段厚层扇三角洲前缘砂岩储集体侧向输导、运移至珠三南断裂西段下降盘反转构造带(文19-9构造)较高部位聚集、成藏，形成珠三南断裂西段中深层“中深湖相源岩供烃、优质储盖控富集、构造控藏”的成藏模式(图10)。

图10 文19-9构造油气成藏模式图

2 结束语

在珠江口盆地西部引入地震成藏学分析方法，建立了一套在钻井资料少、勘探程度较低的地区的烃源岩识别技术。结合理论研究与勘探实践总结了“地震成藏学研究新思路”，即以地震勘探技术为手段，现代油气成藏理论为指导，根据地震资料处理、解释成果合理、科学地分析研究区油气成藏关键要素，揭示油气成藏过程、总结成藏模式，精准预测油气藏的分布。认为文昌组中深湖相优质烃源岩有机质丰度高，有机质类型为Ⅰ～Ⅱ1型，生烃潜力大，分布面积可达110km2，平行于珠三南断裂呈NE向长条状分布，证实文昌B凹陷东北缘也发育优质烃源岩，改变了以往文昌B凹陷优质烃源岩分布较局限的认识，提升了勘探潜力。