地球物理学报  2019, Vol. 62 Issue (7): 2732-2747   PDF    
珠江口盆地揭阳凹陷珠海组海底扇含气性检测与分析
吴晓川1, 蒲仁海1, 薛怀艳2, 杨梦雄3, 姚佑承2     
1. 西北大学大陆动力学国家重点实验室, 西安 710069;
2. 中海石油(中国)有限公司深圳分公司研究院, 广东深圳 518067;
3. 台南-潮汕石油作业有限公司, 广东深圳 518067
摘要:揭阳凹陷是珠江口盆地近年划分出的无井新凹陷,烃类检测研究还是空白,多种技术的综合使用有利于提高地震烃类证据的可靠性.邻区白云凹陷的研究成果和揭阳凹陷三维地震资料解释出的构造、沉积和地层压力特征反映出该凹陷具有较好的油气生成和成藏条件.本文依据白云凹陷已发现的荔湾3-1气田所表现出的主频变化特征继而提出利用能量提前衰减来确定含气异常层位和异常区域的方法,即应用短时傅里叶变换,以5 Hz为间隔,将数据体分解成5 Hz、10 Hz、15 Hz、20 Hz、25 Hz、30 Hz的单频数据体;在了解含气层的主频与不含气层主频差异的前提下,通过比较相邻两个分频体的能量差异来获取异常衰减区域;以此检测出的含气能量衰减区域与荔湾3-1气田的分布范围颇为吻合,表明了该方法的有效性.地震资料解释出的揭阳凹陷珠海组底部海底扇在该方法的检测下亦表现出含气衰减,同时,检测出的衰减异常得到了AVO响应和正演模型的支持,它们一致反映出揭阳凹陷珠海组底部海底扇是一个具有勘探潜力的目标.
关键词: 揭阳凹陷      海底扇      能量衰减      正演模型      AVO响应     
Detection and analysis to gas-bearing of seafloor fans in the Zhuhai Formation of the Jieyang sag, Pearl River Mouth Basin
WU XiaoChuan1, PU RenHai1, XUE HuaiYan2, YANG MengXiong3, YAO YouCheng2     
1. State Key Laboratory of Continental Dynamics, Northwest University, Xi'an 710069, China;
2. Shenzhen Research Institute, CNOOC, Guangdong Shenzhen 518067, China;
3. Tainan-Chaoshan Petroleum Operating Company, Guangdong Shenzhen 518067, China
Abstract: The Jieyang sag is a new one divided recent years in the Pearl River Mouth Basin where no drilling well exists, and detection and research of hydrocarbon remain a blank. The reliability of seismic evidence of hydrocarbon indictors can be enhanced by integrated application of multiple technologies. With reference to the neighboring Baiyun sag, the structure, sediment and stratum pressure from interpretation of 3D seismic data show good hydrocarbon generation and accumulation conditions in the Jieyang sag. This paper proposes a method of identifying gas-bearing members and regions by energy attenuation in advance based on the variation of frequency in the Liwan 3-1 gas field. First, seismic data is decomposed into 5 Hz, 10 Hz, 15 Hz, 20 Hz, 25 Hz, and 30 Hz single frequency data volumes by short time window Fourier transform. Subsequently, relying on the diversity between dominant frequency of the gas-bearing layer and non-gas-bearing layer, the gas-bearing regions are identified by energy contrasts between the previous single frequency data and the later single frequency data. The abnormally attenuated area recognized through this method is turn out to be well consistent with the edge of the Liwan 3-1 gas field, which indicates this method is effective. The submarine fans of the lower member of Zhuhai Formation interpreted by seismic data in the Jieyang sag also exhibit obvious gas-bearing attenuation anomalies detected by this method. In addition, it is also supported by the analysis of the forward model and AVO response. These three pieces of gas-bearing evidence indicate the seafloor fans in the Jieyang sag are a target with exploration potential.
Keywords: Jieyang sag    Submarine fan    Energy attenuation    Forward model    AVO response    
0 引言

在油气勘探中,地震资料被广泛采集并使用,学者们对地震烃类检测颇为关注和重视,提出并发展了一系列油气检测技术.从早期的亮点技术到AVO技术,再到频谱分解技术,反应出研究人员对地震和地质认识程度的不断提高以及烃类地震响应的复杂多变性(White,1977Fatti et al., 1994Odebeatu et al., 2006).亮点反射起初被作为含气砂岩的直接证据,以此为立足点发现了数个大型气藏,但不久后便发现火山灰、煤层、弱固结砂体、超压砂体等均会产生亮点反射,影响了解释人员把亮点反射当作含气显示的信心(Avseth et al., 2005).AVO技术的出现,在一定程度上弥补了亮点技术的不足,应用AVO技术在世界范围内的沉积盆地中发现了一系列油气藏,同时也伴随着不少勘探失利的实例(Forrest et al., 2010).频谱分解技术的出现,革新了烃类检测技术(Burnett et al., 2003),然而地震反射波的调谐效应会对频谱的形态造成较大的影响,不利于烃类的识别(Yoon and Farfour, 2012).调谐效应与偏移距和目标层厚与地震波长的比值有关,但AVO响应不会因调谐效应的出现而发生重大改变,基于此,联合频谱分解技术和AVO技术来预测油气成为一种可取的做法(Yoon and Farfour, 2012).

珠江口盆地是南海北部最大的含油气盆地,围绕着盆地内部白云凹陷发现了一系列大型气田.Lw3-1深水井钻穿亮点反射并获得重大产能,但亮点反射缺乏,后期勘目标的寻找仍是依靠于AVO技术(张卫卫等, 2012, 2015;张益明等,2016).白云凹陷北坡番禺气区同一个圈闭内的气井与水井在正演时均表现出Ⅳ类AVO异常,表明仅仅依靠AVO响应来区分气层和水层已难以得出令人信服的结论(张卫卫等,2012).研究区揭阳凹陷位于白云凹陷的东北部,是近年来划分出的新凹陷(图 1),尚未展开任何钻探工作,属于中国大陆与中国台湾合作的勘探区块,有关该凹陷的文献报道还是空白.由于处于深水-超深水区,地震资料是目前唯一的可用资料,而且邻区白云凹陷AVO异常表现出的不确定性,使得利用单一的地震烃类检测技术去识别气层响应不利于降低勘探风险,多种技术的配套使用有利于降地震低烃类检测的多解性,从而提高烃类地震证据的可靠性.

图 1 区域位置及测线位置图 (a)珠江口盆地区域位置图; (b)揭阳三维区位置及测线位置图. Fig. 1 Region location and survey lines location map (a) Regional map of Pearl River Mouth Basin; (b) Jieyang 3D survey location and lines location map.

本次研究根据含气后地震波能量的提前衰减提出了一种新的含气检测方法,以此来确定含气异常层位和异常区域,该方法在荔湾3-1气田得到了很好的验证,揭阳凹陷珠海组海底扇同样出现了含气响应—能量提前衰减,该方法对揭阳凹陷海底扇的检测结果得到了正演模型和AVO响应的支持,表明珠海组海底扇是一个潜在的含气储集体.

1 区域地质概况 1.1 油气地质条件

揭阳凹陷为珠江口盆地南部新划分出的深水-超深水区凹陷,地震剖面显示其为不对称式地堑,受几条北东走向的正断层控制,南部主控边界断层为铲式断层,北部边界断层较陡.根据研究区三维地震剖面能看出,凹陷经历了由始新世断陷、渐新世断坳到中新世以来陆缘盆地性质的转变,各时期地层厚度形态也存在较大差异(图 2),凹陷内新生界沉积厚度厚达5600 m.

图 2 揭阳凹陷区域地震剖面 Fig. 2 Seismic profile and geologic interpretation of the Jieyang sag

揭阳凹陷三维地震资料显示该区主要为泥质岩类烃源岩,沉积厚度较大,在地震剖面中表现为空白或者弱振幅反射.北部深水区白云凹陷的生油门限深度约为2100 m(李友川等,2013),揭阳凹陷位置更靠近洋壳,地壳厚度薄而热流值大(张功成等, 2014, 2016),所以部分有机质的埋深理应进入了生油门限.

中海油深圳分公司利用地震速度资料,对新生界地层进行了地震压力预测,结果显示文昌组凹陷内部存在呈NE走向的超压条带,表明文昌组存在厚层泥岩或者正处于生烃过程中(图 3ac).恩平组最大压力系数平面图显示该组没有明显的超压现象(图 3bc).

图 3 文昌组及恩平组地层压力系数平面图和剖面图 (a)文昌组压力系数平面图; (b)恩平组压力系数平面图; (c)地震压力预测剖面图显示的文昌组地层超压现象. Fig. 3 Plan map and section map of strata pressure coefficient in Wenchang Formation and Enping Formation (a) Plane map of Wenchang Formation strata pressure coefficient; (b) Plane map of Enping Formation strata pressure coefficient; (c) Overpressure of Wenchang Foramtion is showed by seismic pressure section.
1.2 珠海组底部海底扇的地震响应

区域沉积学表明珠海组以海陆过渡相沉积为主(庞雄等,2007张浩等,2015),三维区珠海组(T70-T60)时间域厚度图显示了一个北北东走向西翼宽缓东翼陡窄不对称半地堑构造背景(图 4a).凹陷两翼主要为滨浅海沉积,凹陷中心则可能发育半深海沉积.珠海组底部均方根强振幅主要为三条由北向南的水道和120 km2的扇体组成的海底扇体系(图 4b);由于在海底斜坡的超覆,海底扇体系规模自下段下部向下段中部逐渐变大,振幅变强(图 4c);下段上部水道振幅减弱,砂体规模较小,甚至消失,造成扇体振幅减弱(图 4d).

图 4 珠海组底部海底扇构造背景与地震响应 (a)珠海组(T70-T60)时间域厚度图; (b)珠海组底部T70向上50 ms均方根振幅图; (c)珠海组底部海底扇反射特征; (d)海底海底扇水道反射特征. Fig. 4 Structural background and seismic response of seafloor fans at the bottom of Zhuhai Formation (a) Time thickness diagram of Zhuhai Formation (T70-T60); (b) RMS extracted from the T70 unconformity interface of Zhuhai Fomation to T70 upward 50 ms; (c) Seismic characteristics of seafloor fans; (d) Seismic characteristic of channels in seafloor fans.

珠海组下段均方根振幅平面图(图 4b)反映出在工区中部发育朝东呈扇形变宽的强振幅异常,古构造显示该异常位于构造较低洼部位,在地震剖面上该强振幅异常位于T70层位向上100 ms左右的珠海组下段,四周被半深海弱振幅泥岩包围,推测其为来自北西陆坡的海底扇砂泥岩互层沉积.北部的中-强振幅对应三角洲前缘沉积,弱振幅区对应浅海陆棚到半深海泥岩区,在扇体西侧发育两条弯曲的条带状强振幅为浊积水道沉积(图 4b).研究区北西方向的三角洲前缘亚相和海底扇厚度较大(100 ms),可能为多期朵状体叠置,三角洲前缘与海底扇之间由浊积水道连通.

2 方法与实例 2.1 分频能量衰减含气性检测原理

地震波沿含流体地层传播过程中,地层岩性、所含流体性质等差异会造成地震波不同程度的衰减,根据地震波的这一特征能够反推出地层中所含流体的性质.前人研究表明,当地层含气后对地震纵波的衰减要强于含其他流体时对地震纵波的衰减,造成地震频谱高频成分能量降低,低频成分占优,频带变窄,这是利用频谱变化进行含气检测的依据.

频谱分解含气检测是近年来发展起来的一项基于频率谱分解的特色技术.对于地震剖面每个质点,都会存在一个分频频率对应的最大振幅值,也就是达到“调谐振幅”,该分频频率就是“第一调谐频率”(马如辉,2011).本次研究采用傅里叶变换,将时间域地震数据转换为5 Hz、10 Hz、15 Hz、20 Hz、25 Hz、30 Hz等频率域数据能量体.含气层与非含气层在未达到调谐振幅之前能量总是随频率增加而增加的,当达到调谐振幅后,地震波能量将随频率增大而减小,故达到调谐振幅之后的能量减去其之前相邻的能量将为负值.许多气藏的实例研究表明含气层能量比非含气层能量提前衰减,且含气饱和度越高,衰减越强,主频越低,所以含气地层出现能量差为负值比非含气层提前.含气饱和度或产能越高,负值应出现的越早,结合对目的层构造、圈闭及沉积相的研究可以预测含气范围.

2.2 荔湾3-1气田实例分析

荔湾3-1气田的发现源自于深水钻井LW3-1-1井,该井在珠江组底部海底扇储集层中发现了17 m气层(sand1),在珠海组三角洲前缘储集层中分别发现了20.1 m气层(sand2)、30.1 m气层(sand3)和17.4 m气层(sand4)(高岗等,2014).其中,珠江组海底扇sand1砂体为主力气层,受构造和岩性的双重控制,圈闭面积在50~60 km2内,闭合高度处于140~280 m间.Sand1气层在LW3-1-2和LW3-1-4井中获得了很高的产能,sand2气层在LW3-1-3井中获得了很高的产能(林鹤鸣和施和生,2014).

过LW3-1-1井地震剖面上气层表现为一谷两峰低速反射特征(图 5a).在目的层附近200 ms时窗范围内的频谱分析可以看出地震主频在32 Hz左右(图 5b),然而在含气层位附近地震主频降低至27 Hz左右(图 5c).

图 5 过LW3-1气田地震剖面及频谱图 (a)过LW3-1-1井地震剖面; (b)气田区T50-T50+200 ms频谱图; (c)非气田区T50-T50+200 ms频谱图. Fig. 5 Seismic section across the LW3-1 gas field and frequency spectral diagrams (a) Seismic section across well LW3-1-1;(b) Frequency spectral diagram of gas field area from T50 reflection interface to T50+200 ms; (c) Frequency spectral diagram of non-gas field area from T50 reflection interface to T50+200 ms.

对三维区地震数据进行频谱分解后,对不同频率的数据体在T50界面下方200 ms的时窗内提取均方根振幅(图 6),可以看出时窗范围内不同频率(10~35 Hz)均方根振幅在25~30 Hz最大,与图 5c中频谱分析图中地震主频一致.在上述的主频分析中可以看出,检测的层段会因为地震主频降低率先到达调谐振幅,因而调谐振幅的能量减去之后相邻的能量将为正值,而不含气段在达到调谐振幅以前,前后相邻的能量差值出现负值.主频提取降低区则反映可能的含气异常区,荔湾3-1气田中的重要勘探开发井均位于本次检测出的含气区内.此外,异常区的边界与目的层构造等值线延伸趋势大致吻合(图 7),因此用上述手段去检测含气区域是可行的.

图 6 LW3-1气田T50至T50+200 ms不同频率均方根振幅属性图 (a) 10 Hz均方根振幅属性图; (b) 15 Hz均方根振幅属性图; (c) 20 Hz均方根振幅属性图; (d) 25 Hz均方根振幅属性图; (e) 30 Hz均方根振幅属性图; (f) 35 Hz均方根振幅属性图. Fig. 6 RMS diagrams of different frequencies extracted from T50 interface to T50 downward 200 ms (a) RMS map of 10 Hz data; (b) RMS map of 15 Hz data; (c) RMS map of 20 Hz data; (d) RMS map of 25 Hz data; (e) RMS map of 30 Hz data; (f) RMS map of 35 Hz data.
图 7 LW3-1能量提前衰减区域与LW3-1构造图比较 (a) LW3-1能量提前衰减区域; (b) LW3-1构造图(修改自林鹤鸣和施和生, 2014); (c) LW3-1能量提前衰减区域与构造叠合图. Fig. 7 Comparison of energy advanced attenuation region of LW3-1 and LW3-1 structural map (a) Energy advanced attenuation region of LW3-1 structure; (b) Structural map of LW3-1 (modified from Lin and Shi, 2014); (c) Superposed map of energy advanced attenuation region of LW3-1 and LW3-1 structure.
3 揭阳凹陷珠海组下段海底扇地层含气性检测

对揭阳凹陷扇体发育的T70层位附近做频谱分析,可见目的层附近3990~4280 ms范围内过异常区Line4091地震主频为30~35 Hz(图 8).

图 8 珠海组海底扇附近(时窗3990~4280 ms)频谱图(主频约为30~35 Hz) Fig. 8 Frequency spectral diagram of submarine fan of Zhuhai Foramtion at the time window of 3990~4280 ms with dominant frequency about 30~35 Hz

对研究区珠海组下段目的层(T70~50ms)每间隔5 Hz制作不同频率能量平面图(图 9),可看出5 Hz时研究工区的均方根振幅能量最弱,10~30 Hz的均方根振幅能量逐渐变强.到30 Hz时,均方根能量最强,所以地震主频为30 Hz左右或稍高.海底扇西北部的高部位在15~20 Hz发生调谐,能量达到最大,而扇体低部位在30 Hz能量最大,说明高部位含气层对高频能量的吸收.

图 9 珠海组下段T70至T70~50 ms不同频率均方根振幅属性图 (a) 5 Hz方根振幅属性图; (b) 10 Hz均方根振幅属性图; (c) 15 Hz均方根振幅属性图; (d) 20 Hz均方根振幅属性图; (e) 25 Hz均方根振幅属性图; (f) 30 Hz均方根振幅属性图. Fig. 9 RMS diagrams of different frequencies extracted from T70 interface to T70 upward 50 ms (a) RMS map of 5 Hz data; (b) RMS map of 10 Hz data; (c) RMS map of 15 Hz data; (d) RMS map of 20 Hz data; (e) RMS map of 25 Hz data; (f) RMS map of 30 Hz data.
3.1 珠海组下段海底扇分频能量衰减特征

由于海底扇厚度较大,为了研究海底扇内部较为准确的含气特征,将海底扇在纵向厚度上间隔50 ms的时窗进行含气检测.

时窗为T70到T70~50 ms能量异常衰减没有明显响应(图 10a).时窗为T70到T70~100 ms的能量异常衰减平面图含气面积较大,中部海底扇含气面积约62.5 km2,北部三角洲砂体和南部火山岩均具有含气显示,但是含气显示没有海底扇附近含气显示均匀(图 10b).时窗为T70到T70~150 ms的能量异常衰减平面图中海底扇西部存在明显的含气显示,异常区面积约56.4 km2,其次在北部三角洲砂体及南部火山岩中均有零星显示(图 10c).时窗为T70到T70~200 ms的能量异常衰减平面图中扇体西部有面积约为8 km2的含气显示,北部含气异常不明显(图 10d).时窗为T70~50 ms到T70~100 ms的能量异常衰减图中扇体西部存在面积约49.5 km2的含气显示,北部三角洲砂体也有微弱显示(图 10e).时窗为T70~100 ms到T70~150 ms的能量异常衰减平面图中没有明显含气显示(图 10f).时窗为T70~150 ms到T70~200 ms的能量异常衰减平面图无异常显示(图 10g).

图 10 珠海组海底扇不同时窗能量衰减异常图 (a) T70至T70~50 ms能量衰减异常图; (b) T70至T70~100 ms能量衰减异常图; (c) T70至T70~150 ms能量衰减异常图; (d) T70至T70~200 ms能量衰减异常图; (e) T70~50 ms至T70~100 ms能量衰减异常图; (f) T70~100 ms至T70~150 ms能量衰减异常图; (g) T70~150 ms至T70~200 ms能量衰减异常图. Fig. 10 Energy attenuation anomalies of submarine fans of Zhuhai Formation at different time windows (a) T70 to T70~50 ms; (b) T70 to T70~100 ms; (c) T70 to T70~150 ms; (d) T70 to T70~200 ms; (e) T70~50 ms to T70~100 ms; (f) T70~100 ms to T70~150 ms; (g) T70~150 ms to T70~200 ms.

以上不同时窗的异常检测表明,含气异常主要发育在珠江组下段具有强振幅响应的100 ms时窗内,不同深度段的含气面积大小不同,越靠近T70向上100 ms附近的扇体顶部,含气面积越大,扇体上部50 ms时窗内含气面积49.5 km2,下部时窗内含气面积20 km2,上下叠合含气面积62.5 km2.过含气异常区的剖面显示T70向上50~100 ms处为“一谷两峰”的低速亮点反射,振幅比上下左右明显增强(图 11).厚度变大处变为“两峰两谷”或“多峰多谷”的地震反射,最厚处厚度略大于100 ms,指示可能含累加厚度超过30~50 m的多层砂岩储层存在,它们与泥岩间互形成强振幅.由于含气层与上下泥岩的界面发生调谐,因此形成亮点(强振幅)反射.亮点反射段位于一个鼻凹构造中,凹陷中心南翼存在断层和气窗显示(图 11).含气异常强振幅位于海底扇西北部的较高部位,表现出上超于T70不整合面的地层超覆气藏特征(图 12).扇体高部位可能由于含气振幅强、频率低,中低部位则可能由于气变为油或水层而频率稍变高,低部位振幅的减弱也可能与砂层的减薄有关.过含气异常区的两个垂直剖面上均可看出珠海组下段楔形强反射含气异常被包围在大套半深海泥岩的弱反射背景中,所以具较好的形成地层岩性圈闭气藏条件.

图 11 过珠海组下段含气异常区北西向地震剖面 Fig. 11 Northwest trending seismic profile across gas-bearing anomaly area in lower member of Zhuhai Formation
图 12 过珠海组下段含气异常区的北东向地震剖面 Fig. 12 Northeast trending seismic profile across gas-bearing anomaly area in lower member of Zhuhai Formation

根据以上分析,该海底扇高部位含气,如果油气充注充分,则在低部位有可能含油,那么该T70不整合面上的珠江组下段海底扇圈闭则可能是一个高部位含气顶、中低部位为油环的凝析油气藏.将珠海组顶面T60拉平,可以看出珠海组沉积时,三维区中部和南部分别存在两个次洼,中部次洼浅,南部次洼深,含气异常下段海底扇强反射位于中部较浅的次洼中,为一个顶平下凸的透镜体形态(图 13).超过100 ms的强反射指示珠海组下段至少含有两层以上的海底扇砂体,根据振幅与调谐厚度的关系,推测砂岩单层厚度20~40 m,总厚度大于60 m(两倍调谐厚度),砂体长度6~10 km,含气异常段长约3~4 km.

T60拉平的北东-南西向剖面上珠海组下段海底扇位于一个不对称凹陷的南西缓坡带上,也呈中间厚两侧薄的透镜体形态,高部位振幅强,为含气区亮点,中低部位为含油或水区中强振幅反射(图 14).根据其位于大套弱反射指示的半深海泥岩背景中,推测其为海底扇重力流砂岩储层,即砂质碎屑流和浊流等(Ingersoll, 1978; Shanmugam and Moiola, 1991).同时该剖面上的珠江组下段发育浊积扇砂体,长约5 km,厚约30 m;珠江组上段发育多套浅-半深海粉-细砂岩,东北部珠江组上段的强振幅具多期叠加的火山丘反射特征.

图 13 过异常区T60拉平北西向地震剖面和沉积相剖面图 Fig. 13 Flattened northwest trending seismic and sediment facies profiles through anomaly area T60
图 14 过异常区T60拉平北东向地震剖面和沉积相剖面图 Fig. 14 Flattened northeast trending seismic and sediment facies profiles through anomaly area T60
3.2 珠海组下段砂岩正演模型

为了更为精确地分析珠海组海底扇砂体展布特征、含油气特征及强振幅形成原因,设定了三种正演模型来具体分析.根据荔湾凹陷深水区不同岩性的速度和组合特征,第一种模型将珠海组下段泥岩速度设置为2800 m·s-1,含气砂岩速度设置为3000 m·s-1,含油砂岩速度设置为3200 m·s-1,子波选用35 Hz正极性雷克子波.在珠海组下段对应含气砂岩位置上形成“一谷两峰”低频强振幅反射,含油砂岩为“多峰多谷”中频强振幅反射,该模型为砂岩储层速度大于泥岩盖层速度的暗点模型(图 15).该模型与真实情况最接近,说明高部位气层厚度60 m左右,多层砂岩在主频35 Hz左右时形成五峰五谷强振幅;低部位振幅减弱是由于砂厚减薄、砂层减少所造成,低部位不含气,但可能含油或含水,气藏类型应为超覆在T70不整合面上的地层岩性圈闭(油)气藏.

图 15 珠海组下段砂岩的暗点模型及地震响应剖面图 Fig. 15 Dim spot model of sandstone in lower member of Zhuhai Formation and seismic response section

其次,考虑到砂岩速度可能稍大于泥岩速度,制作了含气后可能引起极性反转的正演模型(图 16).设定泥岩速度为3100 m·s-1,砂岩含气后速度为3000 m·s-1,子波仍然选用35 Hz正极性雷克子波.由地震响应可以看出,含气砂岩形成中振幅反射,下部含油砂岩形成中-弱振幅反射,高部位含气砂岩形成的地震反射同相轴与含油地层同相轴之间发生极性反转,这一情况与真实地震剖面不相符.

图 16 珠海组下段砂岩的极性反转模型及地震响应剖面图 Fig. 16 Polarity reversal model of sandstone in lower member of Zhuhai Formation and seismic response section

再次,考虑到砂岩速度可能小于泥岩速度,制作了含气后砂岩速度更小的亮点正演模型(图 17).泥岩速度3500 m·s-1,砂岩含气后速度为3000 m·s-1.由地震响应可以看出,高部位含气反射同相轴振幅很强,低部位不含气的厚度与高部位类似,但同相轴很弱.这种情况与实际情况并不相像.根据与相邻凹陷同时代浊积扇近似深度的水道反射特征来看,真实情况也不存在砂岩速度小于泥岩速度的情况,这一模型反证了低部位砂岩层数和累计厚度比高部位减少.

图 17 珠海组下段砂岩的亮点模型及地震响应剖面图 Fig. 17 Bright spot model of sandstone in lower member of Zhuhai Formation and seismic response section

珠海组下段海底扇北部的水道砂体表现为“上峰下谷”的地震反射(图 4d),与海底反射均为正极性记录,说明珠海组下段砂岩速度大于泥岩速度.所以地震剖面上的强振幅并非含气造成,而应该是多层高速砂岩与泥岩发生的调谐作用,应排除气层速度小于盖层泥岩速度的正演模型假设.

3.3 珠海组下段AVO类型分析

Rutherford和Williams(1989)将AVO异常分为四种类型.在入射角小于30°情况下,根据Shuey的AVO方程可以直接计算振幅随入射角线性变化的截距和斜率,从而判断AVO类型.在截距和斜率都大于0时,则会出现第Ⅴ类AVO,它代表正反射系数界面振幅随偏移距增大而增大的情况.实际的正极性地震剖面上波峰位置道集有可能出现这种类型,代表自然界的双界面或薄互层响应中可能存在的一种现象,前人没将这种类型划分出来.但在形成于薄互层的情况下是否代表含气的夹层或非含气尚不清楚,所以这里将其作为第Ⅴ种类型,以便于分析.图 18给出了三种判断AVO类型的方法:一是根据原始地震道集的振幅变化判断,二是根据全波测井计算单界面的AVO类型;三是通过人工合成道集判断.

图 18 AVO分类图(修改自Rutherford and Williams, 1989) Fig. 18 Classification diagram of AVO types (modified from Rutherford and Williams, 1989)

由于本区珠海组海底扇可能是多层砂泥岩组合,砂体横向变化快,其地震响应的极性因受到上下临层岩性组合的影响存在一定的不确定性,所以不大适合于用前两种方法判断其AVO类型.但从储层砂岩速度大于泥岩速度的多层砂泥岩交互情况来看,珠海组海底扇可能会出现的多种类型AVO,正反射系数波峰出现Ⅰ、Ⅴ类AVO,负反射系数的波谷则可能出现Ⅲ或Ⅳ类AVO.

海底扇在地震剖面中形成了“三峰两谷”的反射特征,自下而上三个波峰的AVO类型依次为Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ类,两个波谷依次为Ⅱ类和Ⅲ类AVO,Ⅱ类AVO反映了海底扇含气砂岩与盖层泥岩波阻抗较为接近的特点(图 19).

图 19 Line 4316上Traces 1991和1992亮点道集的AVO响应 Fig. 19 AVO response of bright spot on Traces 1991 and 1992 in Line 4316 section

对揭阳凹陷的实际叠前AVO分析结果表明,T70附近(3400~3600 ms)的强反射上部以Ⅰ类和Ⅱ类AVO为主,下部则以Ⅴ和Ⅵ类为主(这里的Ⅴ和Ⅵ类均属于图 19的Ⅴ类),中部有少量的Ⅲ类(图 20).也就是说珠海组海底扇含气砂岩的速度可能稍大于或接近于泥岩盖层,AVO类型以Ⅰ类和Ⅱ类为主,Ⅲ类较少(图 1920),同时存在第Ⅴ类AVO,几乎没有第Ⅳ类AVO.

图 20 揭阳三维一个任意线的AVO类型剖面 Fig. 20 AVO-type profile along a line of Jieyang 3D survey

根据沉积构造、AVO分析和含气检测研究,珠海组含气异常储层岩性为半深海背景下的砂质碎屑流和浊积砂体,圈闭类型为超覆在T70不整合面上地层岩性复合圈闭,存在含气异常显示的面积约20~62 km2,可能气层厚度20~60 m,气柱高度180 m,可能是一个含油环和气顶的凝析油气藏(图 21).

图 21 珠海组下段海底扇气藏剖面 Fig. 21 Gas reservoir section of submarine fan in lower member of Zhuhai Formation
4 结论

揭阳凹陷具备了基本的油气地质条件.文昌组凹陷内部存在呈NE走向的超压条带,暗示文昌组发育厚层泥岩或处于强烈生烃过程.珠海组下段发育三角洲、滨浅海到半深海沉积,在凹陷中部发育面积约120 km2的海底扇砂体,扇体被弱振幅泥岩包围.

珠江口盆地荔湾3-1气田,经分频能量衰减含气检测方法验证,检测出的能量衰减分布趋势与钻井揭示的含气状况吻合良好,表明本次提出的分频能量衰减预测含气层的方法在南海深水区是可行和可信的.

揭阳凹陷珠海组下段海底扇不同时窗的分频能量衰减检测到的含气异常面积具有较大差异,总体来说异常面积介于20~62 km2,为超覆在T70不整合面上的海底扇砂岩上倾尖灭与透镜体多层气层的复合圈闭.

揭阳凹陷珠海组海底扇AVO类型以Ⅰ类和Ⅱ类为主,Ⅲ类较少,同时存在第Ⅴ类AVO.正演模型分析表明珠海组下段砂岩速度大于泥岩速度,地震剖面上的强振幅是多层高速砂岩与泥岩发生调谐作用的结果.

揭阳凹陷珠海组海底检测出的衰减异常得到了正演模型和AVO响应的支持,三种不同的地震烃类证据分析共同反映出揭阳凹陷珠海组底部海底扇是一个不错的勘探目标.

致谢  感谢台南-潮汕石油作业有限公司总经理魏声焜、技术部经理郝沪军和技术部资深工程师薛怀艳对本研究的资助与资料的使用.
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