1 大陆架科学钻探项目简介

大陆架是大陆沿岸土地在海面下向海洋的延伸，是被海水覆盖的大陆。从地质学角度上讲，大陆架是全球海陆相互作用最为活跃的地区之一，对全球性地质事件的响应也最为敏感，是进行海陆地质对比研究的桥梁和纽带。大陆架蕴含着丰富的石油、天然气等矿产资源，它的开发利用对保障国民经济持续发展意义重大。因此，研究大陆架发育历史与演化趋势，对于发展和完善地球科学，探查陆架盆地的油气资源，进行海岸带的开发与保护，维系沿海地区经济和社会的可持续发展都至关重要；这也是近年来陆架浅海成为地学界研究热点之一的主要推动力^[1]。

针对大陆架地质调查研究的科学问题和重要意义，“国家海洋地质保障工程”之“海洋区域地质调查计划”设立了“大陆架科学钻探”项目(CSDP)，由中国地质调查局青岛海洋地质研究所承担。项目的总体目标任务为：①收集、整理与我国大陆架海区相关的地质、地球物理资料，选取合理位置进行井场调查，分别在黄海、东海和南海陆架区实施第四纪地层和新近纪以来地层全取心钻探，建立黄海、南海海域第四纪及东海陆架海区晚新生代以来的标准地层层序，开展我国陆架区晚新生代以来地质事件的高精度记录、大陆边缘演化与资源环境效应等重大科学问题研究^[1]；②以南黄海盆地中部隆起为主要目标区，钻穿新近系，探查长期悬而未决的前新近纪地层属性，为地层格架、陆架演化和油气资源前景等科学研究提供基础资料，为南黄海中—古生代海相油气勘探做前期资料准备^[2]。

2013年6月，“大陆架科学钻探”项目以“打穿第四系”，建立相对完备的地层序列，并致力成为中国东部陆架区第四纪标准剖面为目标，在南黄海盆地中部隆起成功实施了CSDP-1井的科学钻探工作，为研究南黄海中部第四纪以来的高分辨率地层层序、沉积历史、海平面变化和古气候变化等提供了岩心样品^[1]。CSDP-1井终孔至300.1 m，在后续磁性地层学的研究中，采用交变退磁与热退磁数据相结合的方法建立钻孔的磁性地层，成功地获取了沉积物原生的剩磁信息，最终建立了钻孔的磁性地层年代框架。磁性地层显示，钻孔高斯正极性期和松山反极性期的界线(G/M:2 588 ka)位于227.0 m附近，这是黄海海洋第四系底界首次被准确揭示^[3]。

CSDP-2井为“大陆架科学钻探”项目的第二口全取心科学探井，实施周期为2014—2016年，设计总钻探进尺为2 800.0 m(海底起算，下同)。在此之前，面积达3万余km²的南黄海盆地中部隆起没有钻穿新近系的探井，以至于对中部隆起前新生代基岩的地质属性众说纷纭，造成对南黄海盆地形成与演化的认识不一，直接影响了南黄海区域构造研究的进程和对浅新生代海相油气资源前景的评价。因此，在中部隆起上实施钻穿新近系的科学钻探，探查中—古生代地层属性，研究分析地质结构和油气地质条件，对区域地质研究、海陆演化分析与海相油气资源前景评价意义重大^[4]。

2 区域地质背景

以中—新生界基底埋深和断裂展布为基础定义的南黄海盆地，位于下扬子块体主体部位，是在奠基于前震旦纪克拉通基础上发育的大型含油气盆地。该盆地北部以千里岩断裂与苏鲁造山带和中朝地台相连，南以江山—绍兴断裂带(江绍断裂)与华南块体相接，东与朝鲜半岛的京畿地块相连，西与苏北盆地连为整体，又称苏北—南黄海盆地(图 1)。在陆相沉积盆地基底之下，赋存着中—古生代海相残余地层，形成了海相中、古生代与陆相中、新生代的多旋回叠合盆地构造格局。其中，海相残余地层厚度大、分布广，具有良好的油气前景^[5]。

中部隆起作为南黄海盆地的一个二级构造单元，早期沉积了厚度较大的中—古生代海相地层，受印支期扬子块体向华北块体拼贴、碰撞构造作用影响，海相中、古生界长期隆升并遭受剥蚀；新近纪以后，构造运动趋于平静，整体下降进入坳陷期，沉积厚度为400~800 m、最大不超过1 000 m的新近系和第四系^[2]。

3 科学目的与选址原则

在以中—新生代陆相沉积层为油气勘探目标阶段，由于中部隆起上新近系和第四系厚度小、埋藏浅，未达到沉积岩中有机物生烃的门限深度，中部隆起成为油气勘探的禁区，不但未实施钻探工作，仅有的几条区域性地震剖面受当时的勘探技术方法限制，中—深部地层地震成像品质差，只能反映T₂地震反射界面(对应新近系底界面，下同)之上的地层结构和赋存状况。

虽然中部隆起新生代沉积层未达到生烃门限，但在新生界之下还残留厚度较大的海相沉积层已成为地质工作者的共识，并且它的油气勘探潜力也引起了石油地质工作者的关注。汪龙文^[6]在分析了南黄海陆相油气勘探的经验及油气地质条件后指出，南黄海下一步找油应在“隆起区”进行地震勘探，首先以中部隆起中、古生界为主，注意礁块、喀斯特、推覆构造等。但在缺乏钻井资料标定，海相地层地震反射成像不清晰和重力、磁力资料具有多解性的条件下，对中部隆起的海相地层属性与分布众说纷纭，对其油气地质条件也没有取得一致的认识：杨琦等^[7]推测，中部隆起赋存寒武系和奥陶系碳酸盐岩；裴振洪等^[8]从区域地质对比出发，认为中部隆起海相中—古生界保存完整，后期正、逆断层改造弱，构造以平缓宽缓背斜为主；王连进等^[9]从区域构造、地层分布出发，认为滨海隆起前新近系基底地层可能(因中间滩海地区缺少实际资料)向东北延伸进入南黄海中部隆起，存在海相残余地层。

受刘光鼎^[10]院士提出中国油气资源“二次创业”观点和我国南方海相碳酸盐岩油气重大突破^[11]的启示，南黄海的油气资源勘探目标由中、新生代陆相沉积盆地转到了中、古生代海相残留盆地。自2006年开始，采用长排列+大容量气枪阵列震源的多道地震勘探新技术^[12]，首次在中部隆起上获得了T₂界面以下清晰的层状地震反射，证明了区内该界面以下发育沉积地层；之后进一步发现该界面之下发育多个可识别和追踪对比的地震反射波组^[13]，证明了中部隆起发育厚度较大的海相残余地层。

但是，在缺乏钻探资料验证的条件下，研究人员对地震反射属性的认识还存在分歧：或认为由于隆起和剥蚀作用导致下三叠统青龙组和上二叠统大隆组及龙潭组几乎没有残余^[13-14]，甚至可能缺失石炭系以下地层^[15]；或认为中—古生代海相残余地层发育较齐全^{[2, 16]}。由此也造成了对中部隆起的海相油气资源前景认识的差异：或认为上构造层的保存条件较差，下构造层的保存条件较好^[17]；或认为海相地层齐全，发育较为平缓的褶皱，断裂活动最弱，构造相对简单，更有利于海相地层油气成藏及保存^[18]。上述认识孰是孰非，亟需科学钻探验证。

因此，实施科学钻探，厘定中部隆起中—古生代地层属性，探查油气地质条件，对区域地质与海相油气资源前景研究和评价意义重大。基于上述考虑，中部隆起科学钻探的目标是，探查中部隆起中—古生代地层和地质结构、油气地质条件，解决制约南黄海中部隆起油气勘查的海相残留盆地长期悬而未决的地层属性问题，同时为区域地质、海陆演化与海相油气资源前景研究和评价提供基础资料。

根据科学钻探的任务目标正确确定井位，既是科学钻探的前提，也是科学钻探的组成部分，它是关系到科学钻探目标能否顺利完成的关键性基础工作。许志琴等^[19]在对大陆科学钻探的现状研究的基础上，提出了科学钻探选址是：应位于地质及地球物理研究程度较高、深部地质具重大关键意义的构造带上，并以解决多种科学目的为准则，技术上可行，交通便利。陈毓川等^[20]应用高精度重磁面积测量和骨干剖面的大地电磁、反射地震和可控源音频大地电磁法/音频大地电磁法(controlled source audio-frequency magneto telluric/audio-frequency magneto telluric, CSAMT/AMT)等探测方法，在综合地球物理探测研究初步探明了区内地层-岩体-构造深部结构的基础上，选定了南岭科学钻探井位。王璞珺等^[21]根据松辽盆地大陆科学钻探工程“打穿松辽盆地白垩系、获取万米连续高分辨率的陆相地质记录”的科学目标，确定松科2井的选址原则为：地层沉积记录连续；以沉积岩为主，尤其是以湖相细碎屑岩为主；厚度尽可能薄；构造简单；地面施工条件好。

CSDP-1井是南黄海盆地中部隆起上第一口科学钻探井，根据聚焦关键科学问题、瞄准钻探目标和兼顾钻探装备性能的原则，确定选址原则为：①根据经费情况，“大陆架科学钻探”项目组确定由“探海1号”钻探平台实施钻探取心作业^[22]，根据其装备性能并从安全的角度考虑，要求钻孔位置距海岸的距离不超过200 km，水深不超过30 m；②以钻达海相中—古生界为基础，并在2 800 m的深度范围内钻遇更多、更齐全的地层；③钻孔所在的位置应有相交多道地震测线标定，预测地质层位的主要地震反射层序可靠，且可横向追踪对比；④以了解本区地质演化历史为主要目标，应避开火成岩等特殊的地质体；⑤为保障钻井平台和施工安全，应避开浅层气发育区域。

4 钻探选址地质、地球物理研究

根据钻探目标和选址原则，针对中部没有钻探资料的状况，确定井位部署与钻前预测研究的指导思想和技术路线是，以区域约束局部、深层制约浅层为指导，以综合地球物理场特征对比研究为重点，采用以点带线、以线带面的技术路线，以南部坳陷过钻遇海相地层的WX5-ST1钻井地震测线上标定的地震反射特征为依据，以地震属性分析法为手段，同时结合重力、磁力异常特征分析，对中部隆起地震剖面进行标定和横向追踪解释，推测中部隆起的海相地层展布特征；在此基础上，拟定钻探井位、预测钻探层位，对过钻探井位的地震测线进行地震储层预测，为钻探过程设计提供依据。

4.1 区域对比与地震资料追踪解释

区域地质背景对局部地质特征研究具有指导和约束作用，在缺乏钻井资料、对海相地层的时代属性还存在争议的情况下，从区域对比出发研究中部隆起的海相地层分布更为重要。最近对区域地质特征的研究和地球物理调查研究成果证明，中部隆起海相中—古生界较发育^{[15, 23-25]}。因此，在井位部署和层位预测过程中，以中部隆起区域发育中—古生界认识为指导，对二维多道地震成像处理成果剖面进行了层位对比和追踪解释。地震剖面解释的主要思路是，结合区域地层及本区地层发育特征和分布规律，先寻找印支面(即T₈地震反射界面，在中部隆起大部分区域与T₂反射界面重合)；参考陆区苏北盆地及南黄海盆地南部坳陷的地震-地质层位标定成果，据地质、地震属性特征进行地震-地质层位类比标定，运用现代构造地质学及地震地层学进行地层属性分析，进而对海相构造层内地震反射层进行识别。

地震资料追踪解释采用二维多道地震资料，来源于“全国油气资源战略选区调查与评价国家专项”项目2009年测线。在地震资料采集过程中，针对中部隆起海相目标层的地震地质条件，采用了大容量气枪阵列震源、长排列、高覆盖次数的采集参数(表 1)；在成像处理过程中，制定了针对性的处理流程，应用叠前综合多域噪音压制、多次波联合衰减、大偏移距各向异性动校正、各向异性叠前时间偏移等关键技术^[12]，获得了海相目标层的有效成像。

南黄海盆地共有7口井钻达海相中—古生界。其中，距中部隆起最近的为WX5-ST1井(图 1)，但由于南部坳陷北界断层相隔和地层缺失的原因，不能通过该井的地震剖面对中部隆起地震测线进行横向追踪解释。为此，采用在南部坳陷钻井标定的海相中—古生界地震反射特征基础上, 通过地震属性对比分析的方法，对中部隆起的地震剖面进行了层位标定和追踪解释。杨艳秋等^[26]利用南黄海盆地钻井合成记录和VSP(vertical seismic profile)资料，对地震剖面上的特征波进行对比与标定，结合地层发育特征，将海相地层划分为6个地震层序，根据地震反射特征、地层速度、重磁震联合反演和区域地质背景，推测了地震层序的地质属性。林年添等^[23]通过对南部坳陷钻井、地震资料对比分析，提取了海相二叠系、三叠系的地震反射属性，总结分析后认为，上二叠统龙潭组(P₂l)和大隆组(P₂d)总体表现为中—强振幅、偏低频、平行—近平行较密集的地震反射特征，下三叠统下青龙组(T₁q)为弱振幅或空白反射、低—中频、平行—近平行的地震反射特征。这些研究成果为中部隆起的多道地震资料解释提供了依据。

在地震剖面上标定印支面后，根据二叠系、三叠系的地震反射特征，追踪对比了T₉、T₁₀反射波组。在T₁₀之下，存在一套中、高连续性，中等频率、中等振幅的反射波组，对该套波组的顶界(T₁₁)进行了对比解释和标定，形成的地震解释剖面如图 2所示。

在图 2地震剖面上，T₈(或T₂)—T₉反射界面代表的第Ⅰ套中—古生界海相地震反射层序为空白或平行弱反射，地震层速度为5 400 m/s左右，推测为三叠系青龙组。南黄海盆地有WX5-ST1井等4口井钻遇该组地层，揭示岩性主要为灰岩、泥质灰岩、鲕状灰岩夹白云岩和白云质灰岩，预测该套地层岩性与其相当。

T₉—T₁₀反射界面代表的第Ⅱ套中—古生界海相地震反射层序总体呈现为振幅较强、连续性较好、频率较低，其内部结构为似平行的反射特征，地震层速度为4 200 m/s左右，推测为二叠系大隆组与龙潭组。参考WX5-ST1井和CZ35-2-1井揭示的该套地层主要岩性为粉砂岩、砂岩，夹煤层，推测该套层序主要发育砂岩、泥岩互层，夹有煤层。从南黄海钻井资料分析看，该套地层孔隙不太发育，孔隙度一般为4%~8%，泥质体积分数较高，一般为4%~14%。

T₁₀—T₁₁反射界面代表的第Ⅲ套中—古生界海相地震反射层序整体呈现为空白或平行弱反射，地震层速度为5 000~6 000 m/s，之下为一套中、高连续性，中等频率和中等振幅的反射波组，与其呈不整合接触关系，是一个区域性不整合面反射，推测为二叠系栖霞组—泥盆系五通组，岩性主要为灰岩和致密砂岩。

T₁₁反射界面之下的中、高连续性，中等频率、中等振幅的反射波组应为志留系反射特征。由于地震资料的成像品质原因，其底界难以可靠追踪。

4.2 井位拟定与层位预测

根据井位部署原则，在深入分析中部隆起重力、磁力异常特征^{[15, 24]}的基础上，确定以中部隆起西部为井位部署区域，即XQ09-2线与XQ09-4线交点处的区域。该处距海岸120 km左右，钻探材料与生活物资供应较便利。在该处有相交的地震测线通过，为钻探层位(包括储层)预测和含油气识别提供了资料基础。另外，该区域处于重力布格负异常区和磁力化极ΔT负异常区^[15]，预示该区域沉积地层较发育，出现火成岩的可能性较小。

图 2中CSDP-2井处为东西向地震测线XQ09-2线与南北向地震测线XQ09-4交点处(测线位置见图 1)。选择该处作为钻探井位的理由是:该井位于中部隆起的西部，距陆地距离约120 km，所在海域水深22 m，符合钻探平台性能和安全等对水深及距海岸距离的要求；该井位于钻探选区的构造高点处(图 2、图 3)，因地震测线间距较大，是否存在完整的构造圈闭尚难确定，但在此处钻探，预计在2 800 m井深范围内可钻遇第Ⅰ套—第Ⅲ套中—古生界海相地震反射层序，预计钻遇的地质层位较多，满足尽量钻探更多地层的目标要求。

从图 2可以看出，在东西向分布的XQ09-2测线地震剖面上，反射波组较清晰，信噪比较高，特征相对突出；从CSDP-2井出发，向东追踪到测线端点(120 km以上)可以标定推测XQ09-2测线东段以重力负异常为特征的宽缓隆起构造的地层属性，分析隆起构造负重力异常形成的原因。同时，在与XQ09-2测线直交的南北向XQ09-4测线上，向北追踪100 km左右可到达北部坳陷南部边界附近，可进一步确认北部坳陷陆相沉积盆地下部反射层的地质属性，为研究南黄海盆地北部坳陷海相残留盆地的构造演化与油气资源前景评价提供依据。

基于区域地质对比和地震地层学的研究，依据XQ09-2测线多道地震剖面上地震层位追踪和解释结果，对钻探地质层位的岩性进行预测。结果(表 2)表明，CSDP-2井处主要分布新生代第四系和新近系，缺失新生界古近系和中生界白垩系、侏罗系，预测在新近系之下为海相碳酸盐岩和碎屑岩。

4.3 储层预测

参考CZ35-2-1井、WX13-3-1井揭示二叠系栖霞组、石炭系的岩性特征分析，该地层主要岩性为灰岩夹少量泥灰岩，鲕粒亮晶灰岩和团粒亮晶灰岩的存在说明该套地层具有一定孔隙。由于遭受长期的风化剥蚀，在其顶部可能存在风化壳，勿南沙隆起的CZ35-2-1井钻遇青龙组风化壳，泥浆漏失严重，其中1 326.89~1 330.54 m钻遇溶洞^[27]。同时，也不能排除存在地层高压的可能性。

谭思哲等^[28]通过对南黄海钻井剖面孢粉及沉积有机屑孢粉的相分析认为，栖霞组是有利烃源岩，大隆组为较有利的烃源岩，龙潭组煤质型不利于富氢烃源岩的形成。寻找有利的烃源岩与良好的储层配置，对钻探作业方案的制定至关重要。

地震储层预测最有效的方法是基于钻井资料约束下的反演处理与属性提取，而中部隆起缺乏钻井资料，这些方法难以有效应用。因此，地震储层预测采用从储层和含油气层的地球物理特征分析入手，以无井约束下的属性分析技术进行目标储层预测与油气识别的技术路线。

碳酸盐岩储层具有很强的非均质性，裂缝型、孔洞型、裂缝-孔洞型等复杂的孔隙空间不均匀地随机分布，使储层具有极强的各向异性，其中裂缝是一种重要的储集类型。研究表明，在碳酸盐岩储层中，当岩石结构成致密块状时，地震波传播速度和岩石密度均较高，上覆沉积地层与碳酸盐岩间界面反映在地震剖面上应为强振幅的反射同相轴，其内部地震反射波振幅较弱；当碳酸盐岩顶面发育裂缝系统时，会使碳酸盐岩的波阻抗相对降低，与上覆介质的波阻抗差减小形成强背景下的弱振幅特征；当碳酸盐岩储层内幕发育缝洞时(往往充填油、水或其他物质)，缝洞与周围介质存在较大的波阻抗差异，会形成相对强的振幅；碳酸盐岩结构较致密，地震波传播中吸收系数普遍很小，但当其含有油气时，则会出现高吸收系数异常区；碳酸盐岩储层的储集空间类型多为裂缝及孔洞，波在由地表(震源)向下传播的过程中，受到裂缝、孔隙及其所含油、气、水等的影响，高频成分衰减快。同时，实验模拟和理论研究均表明，流体充填介质常常导致地震波发生不同程度的频散和衰减，为利用地震波频散特征识别储层流体提供了依据^[29]。

对偏移成像处理后的地震数据进行匹配追踪计算，提取频谱差异属性；分析这些属性对流体的反应特征，利用地震高低频反射波信息的有效频带分析推测储层含油气敏感程度，为钻探提供预测成果。

图 4为XQ09-2线总反射能量剖面。该剖面上存在一个能量强、连续性好的界面，为T₂反射界面，它是反射振幅较强的岩性分界面，其下伏为速度较高的灰岩地层；在800 ms附近和1 150 ms附近分别存在能量异常段，横向延续较短，表明此处的物性与围岩的差异较明显。

图 5为通过匹配追踪油气分析预测方法^[30]处理得到的瞬时频宽差异剖面。图中两个异常段呈现较窄的频带宽度；说明这两处异常的高频能量受到较大的吸收和衰减。高频的衰减代表此处岩石存在孔隙的可能性较大，并且孔隙中含有流体成分。

根据以上处理和分析，并利用层速度计算，CSDP-2井在钻探深度840 m和1 710 m附近存在具有较好物性条件的储层，并且储层孔隙中存在一定的流体成分。

5 钻探成果

经过两年的施工，完成了总进尺2 810.1 m的钻探和全井段取心工作，平均取心率在90%以上。根据钻探取得的岩心观察和古生物鉴定初步结果，结合区域地质特征和地层对比结果，初步厘定了中部隆起的地层属性和地质时代^[31-32]。从已钻取的岩心岩性组合变化特征分析，CSDP-2井自上而下钻遇第四系、新近系、三叠系、二叠系、石炭系、泥盆系、志留系(表 3)，并在840 m和1 710 m附近存在具有较好物性条件的储层，验证了地震储层分析的成果。

岩心油气地球化学测试与研究表明，该井发育倾油型的青龙组上段灰岩、上奥陶统—下志留统上部灰岩，油气型的石炭系中—上部灰岩3套有效烃源岩，以生气为主的有效烃源岩主要为龙潭组泥岩和炭质泥岩、栖霞组上部富含炭质的臭灰岩、石炭系中—下部灰岩和底部炭质泥岩；丰富的烃类物质基础、7套全烃、荧光高幅上升段及累计40余处油浸、油斑等直接油气显示彰显了南黄海中—古生界海相地层存在着巨大的油气勘探潜力^{[4, 32-33]}。

表 4为CSDP-2井预测地层与实钻地层对比表。从中看出：由于T₂界面以上的地震反射波组信噪比、分辨率高，地震速度的分析精度高，根据地震资料预测的地层埋深和岩性与实钻基本一致；进入海相地层后，地震反射波组的品质变差，分辨率较低，逆掩推覆等构造发育，地层倾角较大，造成速度分析的精度下降和波组对比标定出现误差，并且随着埋藏深度的增加，层位预测的误差累计增加。在CSDP-2井实施前，南黄海钻遇的最老地层是石炭系，根据石炭系以下地层的地震反射特征认识上的差异，也是造成预测误差的原因之一。另外，由于CSDP-2井钻遇的二叠系较全，合成地震记录与VSP测井标定的T₁₀反射界面对应二叠系栖霞组的底界，而不是传统认识的龙潭组的底界，这是本次科学钻探的又一进展。

6 结语

大陆架科学钻探CSDP-2井的科学目的是获取南黄海盆地中部隆起连续高分辨率海相中—古生代地质记录，厘定其海相地层地质属性，为南黄海区域地质研究和海相油气资源前景评价提供基础资料。

钻探科学目标决定选址原则，CSDP-2井就是在中部隆起范围内选择尽可能靠近海岸、构造隆起和地层相对发育、齐全的区域进行钻探。最终在中部隆起西部选定了CSDP-2井井位，钻探成果证实了中部隆起上发育中—古生代海相沉积地层的推论，使长期以来关于中部隆起海相残留盆地地层属性的争论有了定论，揭示海相中—古生界烃源岩普遍发育，厚度较大、级别较高(中等—好级别)，并于三叠系青龙组灰岩、二叠系龙潭组和栖霞组含煤碎屑岩，泥盆系和志留系砂泥岩等多个地层中获得了不同级别的油气显示，表明南黄海具有良好的海相油气资源前景，坚定了南黄海海相油气勘探的信心，极大地推动了南黄海尤其是中部隆起海相油气勘探工作。上述成果表明，CSDP-2井的选址是科学而正确的，所预定的科学目标经钻探得到了实现。

在没有实施钻探的区域开展科学钻探意义重大，井位选址与层位直接关系到钻探目标的实现。但是，在没有实施钻探，且地震资料多解的情况下，选择正确的钻探位置，进行准确的层位预测，难度较大。根据钻探目标、选址原则现有的资料状况，经攻关研究形成“以区域地质特征为指导，以周边钻井、地震资料对比为参考，以地震资料多属性解释为手段”的井位选区和地震资料解释技术路线，拟定了钻探井位并开展了层位预测；采用了以地震属性分析为主的无井储层预测技术，预测了有利储层的埋藏深度。钻探结果证明了技术路线和方法的可靠性，为以后类似区域的科学钻探井位选址提供了技术路线和技术方法的借鉴。