探讨海底浅层生物礁及海沟对目标层构造的影响

罗　伟， 刘　铮， 朱　焕， 史运华， 万琼华

(中海石油(中国)有限公司　深圳分公司，深圳　510240)



探讨海底浅层生物礁及海沟对目标层构造的影响

罗伟， 刘铮， 朱焕， 史运华， 万琼华

(中海石油(中国)有限公司深圳分公司，深圳510240)

摘要：H-1N位于珠江口盆地东沙隆起之上，是该区为数不多的大型构造之一。受浅层生物礁及海沟的影响，下覆某层灰岩顶面构造形态难以落实。这里利用地震正演技术，根据已钻井资料，建立初始阻抗模型，通过正演获得合成地震记录。将正演得到的合成记录与实际地震剖面对比，以振幅比例关系一致为判断准则，通过不断迭代修改海沟物性参数，生成合成地震记录与实际剖面对比。当合成记录振幅比例关系与实际地震剖面振幅比例关系一致时，即得到较为准确的海沟速度、密度信息。再结合浅层生物礁、海沟及已钻井信息，用层剥离时深转换方法获得了下覆某层灰岩顶面构造形态。创新点在于探索出一套根据已知振幅信息推算未知层平均速度的方法。

关键词：珠江口盆地； 碳酸盐岩； 海底礁及海沟； 正演模型； 目的层形态

0前言

珠江口盆地位于南海北部，华南大陆边缘，自1996年登上了年产原油10 000 000 T的台阶后，成为继大庆、胜利、辽河油田之后，列全国第四位的重要原油生产基地[1]。珠江口盆地东部则是该盆地油气聚集与分布最为丰富的地带，其石油地质特征及其油气富集规律不仅在珠江口盆地占据着主导地位，而且在我国东部及全球含油盆地中占据着重要的地位[2],但是通过对东沙隆起所作的地质、地震及重、磁相结合的综合研究中发现，该区的岩浆岩体较少[3]。在南海，至今尚未发现有单纯的典型碳酸盐岩构成油气源岩的，绝大多数是与所伴生的生物礁一起组成储集层，所发现的碳酸盐及其生物礁(滩)型油气田，普遍具有较好的物性[4]。生物礁通常发育在高能环境，通过对地震波波形的分析，可以找出地震波波型变化的总体规律，从而认识沉积相和岩相的变化规律[5]。而海底生物礁是南海东北部含油气盆地中油气成藏规模，仅次于砂岩的储层类型[6]，所以对海底生物礁的研究非常有必要。

H井位于珠江口盆地东沙隆起上，在富烃洼陷Z洼陷的东南边，在L油田(国内最大的生物礁油田[7])的北边，虽然不是在油气运移的优势带上，但是也属于油气运移的有利区域。同时因为H井北构造的面积很大，是东沙隆起上为数不多的大型构造之一，某组灰岩顶面发育一套中深湖亚相沉积，有可能形成构造——岩性大型圈闭，具有较好的勘探潜力，所以研究H井对研究大构造也能可以起到帮助作用。该区碳酸盐岩的厚度大，可能形成大规模的油藏。另外， H井钻到了目标层灰岩顶层的构造较高部位，贯穿生物礁层(图1)，测井显示某组台内滩相储层孔隙较好，灰岩段储层平均孔隙度13.7%，渗透率仅次于L油田。H井在某组上层发现气测异常，在某组下层发现油迹，在某组发现荧光显示，但却仅仅是显示井。其原因之一就是该处的生物礁和生物礁上表层的海沟对地震剖面的同相轴造成了一定的畸变影响，导致地质解释时目标层构造形态无法落实。所以定量研究生物礁及海沟对地震勘探的影响，从而确定灰岩顶层构造形态，对于落实圈闭类型和范围具有重要意义，也能为下一步勘探钻井提供可靠依据。

作者的研究思路是：①对实际的三维构造地震剖面进行分析，提出面对的问题；②通过建立正演模型找到解决的方法；③得到正演模拟后的定量结果。

图1　H井附近的3D构造地震剖面Fig．1　3D seismic profile near the H well

如图1所示，上部的绿色和蓝色圈中区域为海底礁层。绿色区域上部显示的凹陷处为泥沙沉淀形成的海沟软泥层。图1中左下方的红线代表断层，根据测井数据，可以切实确定断层的存在。提取图1中同相轴较为清晰的层位进行正演建模，如Seabed、T层、Carbon Top层和Tg层。其中，Seabed代表海底，T层代表地震标志层，Carbon Top层表示灰岩顶，Tg层表示基底。从图1中可以看出，从T层就开始发生明显的同相轴下拉畸变。那么深层地层是否发生了如图1所示的同相轴下拉畸变？还是因为受海底礁和海沟的影响，实际较为平坦的目标层Carbon Top层，在地震剖面上显示为鞍部起伏？需要建立模型后定量讨论海底礁、海沟对时间构造的影响。

1建立正演模型

1.1初步建立正演模型

根据H井的实际测井文件和实际资料进行时深标定，作为初步的校正标准。海底礁造成的浅层高速问题可能会在地震勘探得到的剖面上造成深层海底同相轴的下拉畸变，从而导致海底的层位起伏状况不一定符合真实的情况。因此，先假定深层海底为平层建立正演模型并进行试验，然后针对得到的结果再进行分析。

1)根据图1所示的三维构造地震剖面建立图2的正演模型。其中：第一层代表海水层；第二层代表Seabed到海底礁的礁底之间的层位；第三层代表海底礁的礁底到T层之间的层位；第四层代表T层到Carbon Top层之间的层位；第五层代表Carbon Top层到Tg层之间的层位；第六层代表Tg层以下层位；第七层代表海底生物礁层；第八层代表海沟层。T层、Carbon Top层和Tg层在建立正演模型时不妨先建立为平层，以方便定量研究海底礁和海沟对下层同相轴的影响。

2)确定正演模型的各层的速度和密度参数。正演模型中各层的速度和密度值可以由测井数据得到。特别说明第六层不是目的层，且测井没有钻到，所以建模时取5 000 m/s的较大速度，以便与其他层进行区分；第七层的速度可以由H井直接读出，密度则综合相关文献选取经验值；但是第八层海沟层的速度和密度都无法知道，目前只能在实际剖面上读取时间深度为0.107 s。根据以上方法，得到正演模型各层的速度和密度见图2。

1.2确定海沟参数

海底礁顶部的海沟速度和密度都无法通过测井资料准确获得，所以根据实际剖面中海沟处的振幅值对正演模型进行校正，从而使海沟层的参数接近真实。

图3为根据实际剖面的平均振幅值确定模型的技术路线图。具体步骤：①已知实际剖面的振幅信息，通过建立正演模型使得在相同位置处，模型能拟合实际振幅，从而得到此时的模型中海沟的速度V和密度ρ;②对比实际剖面海沟的时间深度，修正模型，得到此时的海沟的速度V、密度ρ以及深度D;③对此时的模型进行正演，将得到正演剖面振幅信息与实际剖面进行对比，如果相同，则可以确定正演模型对实际情况模拟得较好，从而确定海沟速度V、密度ρ以及深度D。否则再根据实际剖面修正模型，直至模型与实际吻合为止。

图2　正演模型Fig．2　The forward model

图3　确定海沟参数的技术路线图Fig．3　The technology roadmap to determine the paraments

图4为实际剖面和正演剖面在海沟处取对应振幅值的情况。在实际剖面中，读取海沟附近四个位置的振幅值，每个位置读取五组数据，然后取平均值作为这个位置的振幅值。待四个位置的振幅值都读取后，以一号位置为基准进行数据的标准化，得出四个位置振幅的比例关系。在正演剖面中，类似地在四个对应的位置读数并标准化，然后把正演的标准化数据与实际进行对比。实际剖面与不同速度的正演剖面在图4所示的四个位置的对比见表1。其中正演部分仅选取了比较有代表性的三个速度，与实际剖面进行对比。

通过使用上面算法进行不断的地迭代计算，直到使得正演剖面和实际剖面相同位置处的振幅标准化后的比例值最为相近为止。不难发现，当速度V=1 600 m/s时，正演剖面振幅的标准化值与实际剖面的标准化值拟合得较好(表2)。此时正演模型中，海沟的时间深度值为0.107 s，与实际剖面一致。通过对比振幅与时间，现在建立的正演模型可以认为与实际拟合较好。此时海沟的速度V=1 600 m/s、密度根据该区的经验公式得到ρ=1 715 kg/m3。需要说明的是，实际剖面的主频是35 Hz,所以正演模型所用的模拟震源为35 Hz的Ricker子波。

图4　在实际剖面和正演剖面的海沟处取对应的振幅值Fig．4　Amplitudes at corresponding points of the trench in the actual profile and the forward profile(a)实际地震剖面海沟附近四个振幅位置示意图;(b)不同正演剖面海附近四个振幅位置示意图

HwellHwell(1500m/s)Hwell(1600m/s)Hwell(1748m/s)实际剖面正演模型剖面正演模型剖面正演模型剖面位置位置振幅平均值振幅标准化位置位置振幅平均值振幅标准化位置位置振幅平均值振幅标准化位置位置振幅平均值振幅标准化13.527967110.352110.3969110.4586126.6282211.87876520.79612.26164820.73261.84580520.79611.73593536.8698381.94725130.79632.26221630.77091.94230330.79631.73637244.6806751.32673540.56621.60852340.52811.33056240.59641.30048

表2正演剖面与实际剖面相同位置处振幅标准化后对比

Tab.2The comparison after amplitudes standardization at corresponding points of the forward profile and the actual profile

振幅相对值1位置2位置3位置4位置正演剖面v=1600m/s11.84581.94231.3306实际剖面11.87881.94731.3267

2正演模拟

在得到正演结果之前，根据已知的测井信息先进行质量控制。如图5所示，在实际剖面中，沿着测井在各个界面的分界处取一点，读取该点的时间深度值及深度值，依次读取五组数据；然后在正演模型中找准对应测井的位置，依次读取五个分界面处的深度值；再根据正演剖面，读取相同位置的五个时间深度值，组成正演剖面的五组数据；将实际数据与正演后得到的数据进行对比后不难发现，模型的拟合程度非常好，再次证明建立的正演模型具有较高的可信度。

为了使正演之后的目标层Carbon Top层的起伏状况与实际剖面一致，需要对正演模型中的Carbon Top层进行调整，使其中部出现了标志性的鞍部起伏(图6)。此时图6(a)图显示的就是实际中灰岩顶地层的起伏状况。对鞍部中间的凹槽进行充填，可以定量分析出：①凹槽最高点距离凹槽底部的距离为103 m；②凹槽最低点距离凹槽底部的距离为55 m；③凹槽平均高度距离凹槽底部的距离为91 m。这证明了目标层中部确实存在鞍部起伏。

图5　实际剖面和正演剖面在沿井各层分界面处的时间深度及深度对比Fig．5　The comparison of the time-depth and the depth at each layer interface along the well of the actual profile and the forward profile(a)实际剖面沿井各层分界处的时间深度及及深度;(b)正演结果剖面沿井各层分界处的时间深度;(c)正演模型剖面沿井各层分界处的深度

图6　根据实际剖面修正后的正演模型及正演结果示意图Fig．6　The result diagram of the modified forward model and the forward result according to the actual profile(a)正演模型剖面;(b)正演结果剖面;(c)正演模型中鞍部充填示意图

此外，另一种可能的解释是海沟处的时间深度比较大，对Carbon Top层的同相轴畸变的影响大到可以出现如实际剖面的鞍部。但是实际上，地层不存在鞍部起伏，而是近平层结构。根据这个假设，修订正演模型后的结果如图7所示。经过测算，只有当海沟处的时间深度达到216 ms时，才可能使正演后的Carbon Top层的起伏与实际剖面一致。而此时，海沟为212 m，海沟底部已经非常接近海底礁的礁底。从实际剖面上观察后发现，如果生物礁底是平层，则此时海沟底已经几乎将生物礁截为两段。

如果单纯考虑生物礁对下覆地层的影响又会是怎样的情况呢？针对这个问题，进行实验时特意将选取的测线避开了海沟以及断层的影响，只选取受生物礁影响的目标层部分，得到实际相差0.218 s的结果。在正演模型中进行模拟，使得相同位置处的时间深度差为该值，此时反推海底礁的速度，显示为3 650 m/s。这和一般的认识以及该地区的实际均有较大出入。因此，再次证明了目标层确实存在鞍部起伏的情况。

针对使用自激自收进行正演和模拟实际拖缆采集时的2D声波正演结果是否一致也进行了初步的探讨。根据这次的模型，将自激自收得到的正演剖面与用2D声波模拟得到的炮集数据进行PSTM处理后得到的正演剖面进行对比后，不难发现它们得到的目标层的构造形态是比较相似的(图8)。更进一步对比目标层不同位置的时间深度值后发现，实际剖面、自激自收正演剖面与2D声波模拟正演剖面得到的结果是较为近似的。又由于自激自收的正演模拟能得到最好的偏移成像效果，所以这里采用自激自收的正演模拟结果。

图7　加深海沟深度直至正演出现鞍部起伏时的正演模型及正演结果示意图Fig．7　The result diagram of the forward model and the forward result when the trench was deepened until the forwarded saddle began to roll(a)正演模型剖面;(b)正演结果剖面;(c)实际地震剖面

3结论

通过以上的分析，可以得到的结论为：

1)论证得出海沟软泥层较为可靠的速度为1 600 m/s。

2)落实浅层生物礁下覆某组的灰岩顶下降盘，确实存在鞍部起伏的构造形态。

3)探索出一套根据已知振幅信息推算未知层平均速度的算法。

图8　2D声波正演模拟和自激自收正演模拟结果对比Fig．8　The result comparison of the 2D acoustic forward modeling and the self-collected forward simulation(a)声波模拟剖面(PSTM处理后);(b)自激自收剖面

通过以上的研究，尽管得出了一些结论，但仍有需要进一步结合地质认识研究的问题，比如海底礁的礁底层位和沉积模式的落实等。

参考文献：

[1]庞雄，陈长民，彭大钧，等.南海珠江深水扇系统及油气[M].北京：科学出版社,2007.

PANG X, CHEN C M, PENG D J, et al. The Pearl River Deep-water Fan System & Petroleum in South China Sea[M]. Beijing: Science Press, 2007.(In Chinese)

[2]陈长民，施和生，许仕策，等.珠江口盆地(东部)第三系油气藏形成条件[M].北京：科学出版社,2003.

CHEN C M, SHI H S, XU S C,et al. The pearl river mouth basin (Eastern) third series of oil and gas reservoir formation condition[M]. Beijing: Science Press,2003. (In Chinese)

[3] 郝沪军，汪瑞良，张向涛，等.珠江口盆地东部海相中生界识别及分布[J].中国海上油气，2004，16(2):84-88.

HAN H J, WANG R L, ZHANG X T, et al. Mesozoic marine facies identification and distribution in the eastern pearl mouth basin[J]. Chinese Offshore Oil and Gas，2004，16(2):84-88. (In Chinese)

[4]刘宝明，夏斌，金庆焕，等.南海盆地演化及碳酸盐岩油气勘探[J].海相油气地质，2003,8(1)：201-221.

LIU B M, XIA B, JIN Q H, et al. The evolution of the south China sea oil and gas exploration in the carbonate rock[J]. Marine Oil and Gas Geology，2003,8(1)：201-221. (In Chinese)

[5]曾驿，汪瑞良，刘军，等.东沙隆起碳酸盐岩储层特征及预测[J].石油天然气(江汉石油学院)，2011,33(6)：111-119.

ZENG Y, WANG R L, LIU J, et al. Dongsha uplift reservoir characteristics and prediction of carbonate Rock reservoir[J]. Petroleum and Natural Gas (Jianghan Petroleum Institute)，2011,33(6)：111-119. (In Chinese)

[6]黄海平，傅恒，周小康，等.珠江口盆地(东部)某组碳酸盐岩层序地层及储层分布[J].沉积学报，2012,30(2)：291-300.

HUANG H P, FU H, ZHOU X K, et al. The pearl river mouth basin (eastern) a group of carbonate sequence Stratigraphy and Reservoir Distribution[J]. Journal of Sediment Research，2012,30(2)：291-300. (In Chinese)

[7]李小平，施和生，杜家元，等.珠海组-某组时期东沙隆起物源提供能力探讨[J].沉积学报,2014,32(4):654-662

LI X P, SHI H S, DU J Y, et al. Zhuhai-X group in dongsha uplift source provides the ability to investigate[J]. Journal of Sediment Research,2014, 32(4):654-662. (In Chinese)

收稿日期：2015-04-05改回日期：2015-04-28

作者简介：罗伟(1985-)，男，硕士，从事海洋地球物理勘探方向的研究工作,E-mail:luowei8@cnooc.com.cn。

文章编号：1001-1749(2016)03-0388-08

中图分类号：P 631.4

文献标志码：A

DOI：10.3969/j.issn.1001-1749.2016.03.15

To explore the influence of submarine shallow and trench on the target layer structure

LUO Wei， LIU Zheng， ZHU Huan， SHI Yun-hua, WAN Qiong-hua

(Shenzhen Branch of CNOOC Ltd.,Guangzhou510240， China)

Abstract:H-1N is located in the Dongsha uplift, the Pearl River basin, and it is one of the largest structures. Due to the shallow reef and trench, it is difficult to implement the limestone top structure morphology of the overlying layer. According to drilling data, this paper mainly uses the seismic forward modeling technology to establish the initial impedance models and gain synthetic seismic records. Comparing the synthetic seismogram gained from the forward model and the actual seismic section, it is to determine with the principle that is whether the amplitude proportional relationship is consistent, the trench physical parameters are modified iteratively and then generate synthetic seismic records to compare with actual profile. When the amplitude proportional rations of the synthetic seismogram and the actual seismic profile are the consistent, the accurate information of the velocity and density is obtained. Combined with the shallow reef, trench and drilling data, by using the layer stripping time depth conversion method, the limestone top structure morphology of the overlying layer can be obtained. The innovation point is to explore a set of method according to that the known amplitude information to calculate the average speed of unknown layer.

Key words:Pearl river mouth basin; carbonate rocks; submarine reefs and trench; forward model; objective layer morphology