溱潼凹陷西斜坡构造-岩性圈闭识别技术及应用效果

孟美辰

(中国石化华东油气分公司 勘探开发研究院，南京 210011)

随着油气勘探程度的不断提高，单一的构造圈闭数量越来越少，且油藏的规模也逐渐减小。目前，溱潼西斜坡下一步的勘探思路需从单一的构造圈闭转向构造-岩性圈闭领域。构造-岩性圈闭是指具有构造背景的岩性圈闭，一般发育在凸起区的翼部、斜坡带、构造高点等，油气成藏条件要优于一般的岩性圈闭[1-3]。因此，加快溱潼西斜坡岩性油藏的勘探是实现苏北老区增产上储的有效手段。前期的勘探研究成果表明，深凹带生烃，油气在古近纪三垛组时期通过北东向顺向断层输导至西斜坡成藏，成藏的关键是是否有储层和保存条件。因此，寻找构造-岩性圈闭的关键是要预测储层砂体的展布规律和侧向封堵条件。然而，前期的波阻抗反演和地质统计学反演工作难以有效地验证西斜坡砂体展布。目前，西斜坡在储层预测上存在2个问题：①地震资料主频在25 Hz，一套波阻代表厚度为31 m的地层，而储层单砂体的厚度普遍为2～5 m，不能满足识别薄砂体的要求；②砂泥岩纵波阻抗叠置，无法识别有效储层。因此，本文主要从以下3个方面入手：①开展断层对油气成藏的输导和封堵作用的研究，探明油气富集区带；②建立一套砂泥岩互层的二维地质模型，正演分析薄砂体对地震波形的影响，同时优选SP敏感参数；③利用地震波形变化与岩性组合的差异，采用SP波形指示反演提高分辨率，预测单砂体分布，刻画构造-岩性圈闭，优选岩性勘探的有利目标。根据此勘探思路，成功预测砂体展布特征，落实一批有利的构造-岩性圈闭。研究结果实现了西斜坡古近系阜宁组第三段(简称“阜三段”，Ef3)构造-岩性的勘探突破，对该区块及类似的油气藏勘探具有指导意义。

1 地质概况

研究区溱潼凹陷位于苏北盆地东南边，吴堡低凸起为北侧的界限，南侧以泰州凸起、东侧以梁垛低凸起为界，表现为箕状断陷的特征：南断北超、中间开阔、东西收敛。溱潼凹陷由北向南被划分为深凹带、斜坡带、断阶带3个Ⅳ级构造单元[4-5]，以帅垛油田为界将斜坡带划分为东、西斜坡带，帅垛以东称为东斜坡，帅垛以西称为西斜坡(图1)。

图1 溱潼凹陷构造区域划分Fig.1 Regional tectonic division of the Qintong Sag

溱潼凹陷自上而下发育的地层为：第四系东台组(Qd)，新近系盐城组(Ny)，古近系三垛组(Es)、戴南组(Ed)、阜宁组(Ef)以及白垩系泰州组(Kt)。其中阜宁组第三段是目前西斜坡勘探的主力目标层段，为夹持在阜宁组第四段和第二段2套烃源岩之间的暗色碎屑岩沉积，上砂组为灰色粉砂岩、泥质粉砂岩与灰黑色泥岩互层段，中部为灰黑色泥岩段，下砂组为灰色粉砂岩段与灰黑色泥岩互层。本次重点研究区为西斜坡仓吉地区，临近生油的深凹带，是溱潼凹陷油气勘探有利区带之一。

溱潼西斜坡是三角洲前缘-滩坝沉积模式，西斜坡由北东向南西呈三角洲前缘水下分流河道-滩-坝逐渐过渡的特点。根据前期的钻井情况，从南华到蔡家堡上砂组岩性尖灭范围较广，南华和蔡家堡以西的下砂组是岩性圈闭的有利区，本次研究向西斜坡的东北部的仓吉地区扩展。仓吉地区上砂组以三角洲前缘-滩坝相为主，砂体表现为横向上存在岩性变化带，是岩性勘探的有利区[6-9]。

2 断裂系统及封堵分析

2.1 断层侧向封堵性分析

断层侧向封堵性的好坏取决于断层上下盘的砂泥岩配置关系与泥岩涂抹情况。在侧向上，由于地层的错动，导致断层一侧的泥岩与另一侧的砂岩对置，断层填充物主要以泥岩为主时，形成了较好的侧向封堵性。实际地层中，若砂泥比值高，断层的封堵能力差；当砂泥的比值达到一定高值时，断层不具备封堵能力：因此，砂泥岩比值的大小可以反映断层两侧岩性配置关系的好坏。

泥岩涂抹是在断层活动时期，泥岩涂抹在断层两侧上下盘削截砂岩层断面处形成比较薄的泥岩层，对储集层起到了封堵作用。因此，泥岩涂抹的发育程度直接影响断层对油气的封堵能力，通常泥岩涂抹系数的大小可定量表征泥岩涂抹的发育程度[10]。

(1)

(2)

式中：fm为泥岩涂抹系数；d为断层的断距；δ为被断层断开的地层厚度；δi为第i层被断层错开的泥岩层厚度(i=1,2,…,n)；n为被断层错开的泥岩层数；Rm为被断层断开的地层厚度与泥岩厚度之比。

从图2和表1中可以看到，F1断层阜三段上升盘砂泥比为0.48，高于下降盘，砂泥对接的概率大，且上升盘的泥岩涂抹系数为0.45，优于下降盘，因此，F1断层下降盘侧向封堵性较好，利于油气聚集。而F2断层上下盘砂泥比较为接近，泥岩涂抹系数值低，侧向封堵性较差，砂泥对接概率小，不利于油气的聚集。

图2 溱潼凹陷西斜坡仓吉地区油气成藏模式图Fig.2 Reservoir profile at Cangji area in western slope of Qintong Sag

表1 溱潼凹陷西斜坡仓吉地区断层阜三段封堵性评价参数Table 1 Evaluation parameters of fault sealing property of Ef3 in Cangji area

2.2 走滑输导和反向封堵断层

由于西斜坡阜二段的烃源岩成熟度比较低，阜四段未进入生油门限，且原油样品成熟度高，认为西斜坡阜三段的油源主要来自溱潼深凹区的阜二段和泰州组，烃源岩生成油气从深凹带通过侧向运移至断裂带[11-12]。根据钻井资料开展的油源对比及成藏规律分析，认为溱潼凹陷阜三段的成藏期主要是在新近纪盐城组沉积期，而三垛组时期沉积形成的具有走滑性质的北东东向顺向正断层活动一直延续至盐城组沉积早期，断层活动期与成藏期匹配，是重要的油气输导断层，断层两侧是主要的油气富集区带。目前发现的俞垛-华庄油藏、仓吉油藏均是由三垛组沉积时期形成的仓场断层(F2)、叶甸断层(F3)运聚成藏(图3)，这类顺向断层起着油气输导作用；而吴堡期形成的北东向反向正断层对圈闭的成藏起到关键作用，如吉沟断层(F1)、北汉庄断层(F4)、蔡家堡断层(F5)反向断层起到封堵作用(图3)，与前期的断层封堵性评价研究结果相吻合。因此，溱潼西斜坡北东东顺向正断层起油气输导作用，北东反向正断层起侧向封堵作用。

3 波形指示反演技术的原理及应用

3.1 波形指示反演技术

地震波形指示反演是根据传统的地质统计学发展起来的一种随机方法模拟，其核心思想是在地震波形结构特征一致的基础上，对相似样本井进行分类，建立初始模型，对高频和低频补偿处理[13-15]。对于高频成分，采用地震波差值方法，对同一类型样本井进行多尺度分析，从地震频带外得到确定性波形模拟结果作为高频成分；若两口井地震波的波形相似，则具有相似的沉积环境，虽然高频部分来源于不同沉积微相，但具有相似的低频，并且根据井资料统计，其共有频带范围远大于地震的有效频带。因此，通过样本井相似性优选，可以补偿波形指示反演结果的低频段信息，同时得到高频成分无偏最优估计，从而使反演结果在空间上具有沉积相带特征，在平面上与地质沉积规律更吻合[16]。

图3 溱潼凹陷西斜坡剖面图Fig.3 Seismic profile of western slope in Qintong Sag

该方法是利用马尔科夫链蒙特卡洛随机模拟(SMC-MC)算法寻优的一个过程，技术流程如图4。基于贝叶斯的框架，结合先验概率分布和似然函数，得到后验概率分布，将其作为目标函数，反复迭代，输出有效实现均值[17]。在该算法中有2个重要参数：有效样本数n和最高截止频率。“有效样本数n”为优选的有效样本个数，研究区通过对已有井的统计分析，拟合最佳的样本数为5，此时拟合地震波形的相似性最高，反演结果空间的非均质性最强。“最高截止频率”是反演过程中提高分辨率的一个重要参数，对于研究区当频率>250 Hz时，相关指数的值趋于水平，此时是研究区的最高截止频率。

图4 波形指示反演流程Fig.4 Seismic inversion flow chart of SMI

3.2 正演模型验证

溱潼凹陷西斜坡地震资料主频在25 Hz，一套地震波组代表厚度为31 m的地层，而储层单砂体厚度普遍在2～5 m，所以薄层在地震上无法分辨；但岩性的变化会导致波形的样式发生变化。为了验证波形反演薄砂岩的准确性，建立了一套与西斜坡阜三段地球物理参数相同的砂泥岩段二维地质模型，模型参数如表2，二维地质模型如图5-A，在一套3～4 m厚的稳定泥岩上发育1～3 m厚的间断砂岩，砂岩的密度是2.8 g/cm3，地震波在砂岩中的速度是3.5 km/s，泥岩的密度是2.2 g/cm3，地震波在泥岩中的速度是2.5 km/s。该模型与40 Hz的Ricker(雷克子波)进行褶积得到的地震道如图5-B，可以看出在有薄砂岩存在时，地震波形的样式发生改变，多出半个波组，且砂岩厚度越大，增加的波组越宽。因此，薄层虽然在地震上无法分辨，但会由于岩性的变化对波形样式产生影响[14]，可将波形上的变化加入反演的权重，更有效识别单层砂体。将得到的二维地震数据体进行波形指示反演(图5-C)，在有波形发生变化的位置会出现异常，红色代表砂体发育的地方。因此，波形指示反演技术是适用于研究区的薄层砂岩识别技术。

表2 二维地质模型参数Table 2 Two-dimensional geological model parameters

3.3 敏感参数分析

选取溱潼凹陷西斜坡一口井，图6-A是纵波阻抗直方图，图6-B是自然电位直方图。从图中可以看到砂泥岩的纵波阻抗叠置较为严重，而自然电位可以较好地区分砂泥岩，认为自然电位<80 mV时是泥岩，>80 mV时是砂岩。因此，优选自然电位敏感参数作为波形指示反演的特征参数，提高叠后储层预测的纵向分辨率，有效预测西斜坡阜三段2～5 m厚单砂层的砂体变化。

3.4 圈闭识别及刻画

砂体预测剖面图(图7)中红色代表砂体发育区，蓝色为泥岩发育区，可以看到上砂体横向存在岩性变化，下砂体较为连续，与沉积相描述较为符合。通过在剖面上小层砂体的追踪，我们刻画了仓吉地区一系列的岩性圈闭群，符合率83%。仓西2井3～4小层预测砂体厚度6 m(图8)，实钻砂体厚度4.9 m， 厚度符合率78%；共统计西斜坡10口井的3～4小层砂体实钻厚度与预测砂体厚度，符合率平均达78%。

反演结果与断层封堵性研究相结合，我们认为仓西3号圈闭由吉沟反向断层形成侧向封堵，高部位存在岩性尖灭的构造-岩性油藏。因此，部署了仓西3井，预测上下砂体的总有效厚度为10 m，圈闭面积1.17 km2，资源量104.5×104t。实钻后显示仓西3井单井试油18.9 t/d。随后根据此勘探思路发现并落实构造-岩性圈闭8个，成功5个，钻探成功率达62.5%。因此，SP波形指示反演技术在溱潼西斜坡阜三段具有较好的适用性，同时提高了砂体预测的分辨率和岩性圈闭识别的精度，实现了构造-岩性的勘探突破。

图5 二维砂泥岩互层地质模型及其地震、储层反演响应特征Fig.5 2D sand-shale geological model and its seismic and inversion response characteristics

图6 纵波阻抗与自然电位直方图Fig.6 P-impedance and SP histogram

图7 溱潼凹陷仓吉阜三段过仓西2-仓西3井砂体预测剖面图 Fig.7 Sand prediction section of Ef 3 in western slope of Qintong Sag through Cangxi 2-Cangxi 3

图8 溱潼凹陷仓吉地区阜三段上砂组3～4小层砂体厚度预测图Fig.8 Ef3 sand thickness prediction by inversion result

4 结 论

a.苏北盆地溱潼凹陷在三垛组沉积期形成的具有走滑性质的北东东顺向正断层是重要的油气输导断层，断层两侧是油气的有利富集区；而吴堡期形成的北东反向正断层起到了良好的侧向封堵作用，控制油气的运移。

b.建立二维砂泥岩互层的地质模型，正演分析：受地震分辨率的限制，薄砂岩层无法识别，但波形的样式会受岩性变化的影响，且波形指示反演也会出现异常，从而提高波形反演的纵向分辨率。

c.采用自然电位作为特征曲线模拟，以波形特征控制反演技术为主要手段，小层砂体为目标，成功预测单砂体内部展布规律，刻画单砂体岩性圈闭边界。

d.形成一套以评价断层侧向封堵性和油气输导能力为研究基础、以SP波形反演储层预测综合描述技术为手段的构造-岩性圈闭识别评价技术，对该区块及类似的油气藏的目标优选及勘探部署具有指导意义。