生物礁灰岩的研究现状及储层识别技术

赵健 方石 张新荣

摘 要：生物礁是油气的有利储集场所，如何实现油气区生物礁的精细预测是关注的热点。生物礁概念及分类等基本问题上的趋向共识可以推动生物礁研究的进展。生物礁与油气有密切的关系，生物礁的分布、生储盖的组合关系是控制油气分布以及油气成藏的重要条件之一。着重综述了油气区生物礁研究的多方法交互验证以及精细的储层预测与描述等新技术、新方法的应用，这是提高礁型油气藏勘探水平的有效手段。

关 键 词：生物礁；油气储层；识别技术

中图分类号：TE 122 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2016）04-0867-04

Abstract： The reef is a favorable place to reserve oil and gas. How to achieve fine prediction of reefs in the oil and gas area is the focus of attention. Consensus on basic issues such as concepts and classification of reefs can promote the research progress. Reefs have close relationship with oil and gas， as its distribution and the combination of source-reservoir-cap are important to control the oil， gas distribution， and the petroleum-generation system. In this paper， application of new technologies and new methods were summarized， such as methods' interactive validation on reef research and fine prediction and description on reservoir. New technologies and methods are the effective measures to improve the exploration level of reef type reservoir.

Key words： Reef； Oil and gas reservoir； Recognition technology

生物礁内部孔隙和孔洞发育的特点使其显示良好的储集性能。生物礁油气藏在许多国家的油气储量中占有较高的比重，如加拿大占60%，墨西哥占70%[1]，所以，明确生物礁与油气的密切关系，开展有效的生物礁储层识别技术，对于实现我国油气的“增储上产”意义重大。

1 国内外生物礁研究的发展史

1.1 国外生物礁研究的发展史

礁一词来源于古老的挪威语rif，其含义为脊。从科学的角度对生物礁进行研究始于18世纪末19世纪初，距今已有近200年的历史。生物礁的研究大致可以划分为三个阶段：起步阶段、发展阶段、成熟阶段。

1.1.1 起步阶段（20世纪40年代以前）

1837年达尔文提出环礁成因假说，首次从科学的角度对珊瑚礁的成因进行了阐述，随后著名地质学家Lyell（1841）， Hall（1862）， Vaughan（1911）和 Cumings（1932）等都分别开展了生物礁的早期研究[2]。主要成果是1916年墨西哥黄金巷等大量生物礁油气田的发现。

1.1.2 发展阶段（20世纪40年代到70年代）

1944年拉特（Ladd）首次引进了礁能抗浪的概念。1950年劳文斯坦（H.A.Lowenstam）从生态方面对礁进行了定义。该阶段，生物礁勘探方法、技术的完善及应用，催生了大量的勘探成果。比较典型的是墨西哥波扎·里卡礁型油田以及美国二叠盆地的斯库瑞礁型油田的发现。

1.1.3 成熟阶段（20世纪70年代以后）

Dunham（1970）提出了礁的双重概念，增加了地层礁的定义。Riding（2002）从生物礁生物来源、碳酸盐组分以及原地堆积三个方面的特征对生物礁进行了定义[3]。70年代以后地震共深度点法的应用改善了对盐下地质、构造的了解和认识，出现油气发现的高峰。90年代里海北部储量70108 t超大型卡萨冈礁型油田的发现是主要成果[1]。

1.2 国内生物礁研究的发展史

国内的生物礁研究相对较晚，直到1973年我国才初步证明了二叠系确实存在着生物礁。1974年取得突破，在川东二叠系生物礁中发现第一个礁型气藏。20世纪80年代以后生物礁的研究从二叠系扩展到其他层位。1987年在南海珠江口盆地发现第一个大型礁油田（流花11-1）。2005年在塔中地区坡折带发现了我国第一个奥陶系超亿吨级礁型大油气田。2006在四川盆地发现了特大型整装海相气田-普光气田，随后相继发现龙岗和元坝大型生物礁气田[4]。

2 生物礁分布规律及与油气的关系

2.1 生物礁的概念及分类

生物礁由于其形态和构造上的高度复杂性，各国学者对其概念至今持有不同的观点。现今最新的，较为普遍接受的是Riding（2002）提出的“由底栖固着生物所形成的本质上是原地沉积的碳酸盐建造” [2]。

生物礁概念的不统一，导致了生物礁的分类方法较多，如Heckel（1974），Wilson（1975），Riding（1977），库兹涅佐夫（1983）和范嘉松（1985）等的分类。传统的分类方案多是根据造礁生物种类、几何形态以及古地理位置进行划分，忽略了不同生物建造的相同构造特征的生物礁类型。目前比较有代表性的是由Riding于1977年提出，2002年修改的分类，将生物礁划分为基质支撑的生物礁、骨架支撑的生物礁以及胶结物支撑的生物礁。

2.2 生物礁发育的主控因素

生物礁的发育与能分泌石灰质的动植物有关，造礁生物群落中生物的发展需要合适的水深、水温、盐度、透明度、波浪及海流等条件[3]。同时，生物礁的形成、发育还要受到一定的地质背景条件的控制，主要有海底地形、构造活动以及相对海平面的变化等。

2.2.1环境因素

南北纬30°之间，30～40 m的水深，23～27 ℃的水温，可延伸到18～30 ℃范围，含盐度在30‰～40‰范围内的条件下造礁珊瑚生长最茂盛，是大部分现代生物礁的生长环境。

2.2.2 相对海平面变化

相对海平面变化其控制着礁体的厚度以及纵向上的连续性。Pomar（1991）研究了西班牙东部马略卡岛中新世晚期的生物礁，提出了按照相对海平面升降速率与礁生长速率的相互关系，将生物礁划分为三大类，即加积礁、进积礁和退积礁[5]。

相对海平面的上升速率与生物礁的生长速率一致时，水深条件不变，生物礁以加积的形式垂直发育。相对海平面上升速率小于生物礁生长速率时，生物礁发育部位水深逐渐变浅，生物礁露出水面死亡或者向盆地方向逐渐迁移，在合适水深及地形条件下形成新的生物礁，即进积礁。相对海平面上升速率大于生物礁生长速率时，海平面逐渐上升，水深逐渐增大，超过合适水深时，生物礁停止生长或向浅水环境迁移，形成新的生物礁，即退积礁。

2.2.3 海底地形

隆起的海底地形，有充足的阳光、氧气以及相对安静的水体，适宜造礁生物群落的生长，所以生物礁往往选择在地貌高部位进行建造。生物礁形成发育的有利场所主要有陆棚边缘、坡折带、盆地内高地或盆地边缘。

2.2.4 构造活动

从大地构造活动影响的角度看，相对稳定的构造背景有利于生物礁的生长发育。在海平面变化相对稳定的情况下，大地构造沉降的范围及沉降幅度影响礁的生长，限定礁的形态与厚度[3]。另外，构造活动通过构造影响地形变化间接影响礁的形成过程，如局部隆起、大幅度的明显挠曲等。

2.3 生物礁与油气的关系

2.3.1 生物礁的油源条件

曾鼎乾（1988）认为生物礁本身只是良好的储层，对于油藏的形成，生物礁岩自身生油能力有限。生物礁形成的生态环境使得近源成藏，即烃源岩来源于直接接触的同期或近期沉积的泥页岩或石灰岩，成为生物礁油气藏的优势。

2.3.2 生物礁的储层条件

生物礁有良好的孔隙度和渗透率，原生孔隙以及次生孔隙都有良好的储集性能，由于成岩作用的影响，原生孔隙往往难以保存，次生孔隙是主要的储集空间。生物礁在形成过程中反复的淹没与出露水面遭受大气环境的淋滤使其成为优质储层。

2.3.3 生物礁的盖层条件

有泥页岩或石灰岩等盖层是生物礁成藏的必要条件。在海侵成礁背景下，成礁末期由于海侵速度加快，水体变深，礁体死亡后伴生的泥页岩或石灰岩以及在蒸发环境中形成的盐岩、石膏或致密白云岩都有良好的封闭作用，可以成为理想的盖层。

2.3.4 生物礁的生储盖组合

生物礁有发育良好的生储盖组合关系，在研究生物礁油气藏时，生储盖三者的时间和空间上的配置关系同样重要。生物礁生储盖之间的配置关系有“自生自储”、“下生上储”、“上生下储”、“异地生储”四种关系，其中自生自储型的近源成藏模式最有利，下生上储型和上生下储型次之，异地生储型最差[6]。

3 生物礁的识别技术

生物礁的岩性、结构、厚度均与周围的沉积物有所不同。因此，生物礁的测井响应特征以及地震响应特征与周围地层同样有所不同。重磁、测井、地震识别等方法是识别生物礁的常用手段。

3.1 重磁法

（1）礁体的重力异常是由礁体和围岩的岩性、孔隙度和密度差直接引起的，同时也受礁体上覆和下伏地层岩性以及礁体下有无构造存在的影响。通常，由于礁体上覆沉积岩的压实作用及围岩圈闭，岩性上的差异会造成礁体在重力上的反映是正异常。在进行油藏勘探时，埋藏较浅的礁体，可利用重力异常勘探。

（2）生物礁的地磁特性不显著，产生的磁力异常微弱，因此强的地磁异常不能作为生物礁存在的直接证据。但是强的地磁异常往往能够反映出基底、大陆架、大陆坡折线、台地、侵入岩和喷发岩等的地质现象，这些部位常是生物礁的有利发育区。

3.2 测井法

3.2.1 自然伽马和地层倾角测井识别法

（1）从测井曲线上识别生物礁主要是依靠礁岩岩性在各种曲线上的反映。生物礁的生长环境低陆源物质、低泥质含量的特点，使其在自然伽马曲线上表现为低值，一般小于15API[3]。

（2）生物礁比四周同期沉积物厚度大，在地层倾角成果图上的表现为：生物礁以上地层倾向基本不变，倾角逐渐增大。礁体内部表现为倾角、倾向杂乱的模式，或是无矢量点的空白模式。

3.2.2 成像测井识别法

成像测井资料经过处理后可较详尽、直观地显示地层倾角、岩石孔隙、孔洞、层理、裂缝发育等地质资料。生物礁由于成岩后生作用与白云岩化作用，成像测井资料上显示次生孔隙发育，而非礁碳酸盐岩则岩性致密，呈现高阻特征。

3.3 地震识别法

3.3.1 地震反射特征

生物礁与围岩存在地貌及岩石学特征上的差异性，这决定了生物礁地震反射结构的特殊性，可分为以下几类（图1）。

（1）造礁生物的快速生长，使得生物礁与四周同期沉积物相比，厚度明显增大，在地震剖面上外形多呈丘状或透镜状。同时生物礁体与围岩之间的速度和密度差异使得其界面会产生较强的地震反射，在生物礁的顶部呈现强地震反射特征。

①丘状和顶界强反射；②杂乱或空白；③底部上凸；④披覆构造；⑤翼部上超；⑥绕射

（2）生物礁是由造礁生物和附礁生物形成的块状格架地质体，在地震剖面上内部多表现为断续、杂乱或无反射空白区等特征。

（3）生物礁底部因生长地质条件的差异会出现不同的反射结构特征：当礁体速度高于围岩速度时，底部反射界面上凸，反之，底部反射界面下凹。此外，礁体顶界面较强的反射会对底界面造成屏蔽，使得底界面反射变弱或者反射不清楚。

（4）生物礁与围岩的厚度差异产生的差异压实作用使生物礁上覆地层产生披覆程度向上递减的披覆反射现象。

（5）生物礁与围岩的生长速度不同，沉积厚度相差悬殊，在礁翼部位会出现上超现象，上超点可以作为识别礁体边缘的标志。

（6）岩性突变点或陡崖带的边缘都可以使礁体的边界内部及基底出现绕射波，可作为识别礁体的标志[7]。

3.3.2 地震属性识别技术

地震属性是依靠纵横向上属性的强弱或大小的相对变化，划分沉积相、判断断裂带的展布及其岩性、含油气性。振幅、相位、速度等是识别中常用的地震属性参数。

礁灰岩在均方根振幅等振幅属性平面图上表现为明显的弱振幅信息，礁体之外为较连续的层状地震反射的差异性可以较准确地圈出生物礁体的边界和分布范围。

生物礁地震瞬时相位与围岩有明显的区别。生物礁叠置性发育与纵横向不规则分布的特点，使得生物礁在地震瞬时相位上表现为相对杂乱的地震响应特征。

速度类参数，对地层含流体反映比较敏感，生物礁与围岩在地震速度图上多表现为高速异常体，在含油气后会表现为低速异常体。

3.3.3 低频伴影技术

地层含油气之后对地震波高频成分有较强的吸收衰减，地震波的低频能量相对衰减小。此时油气藏表现为：在储层部位能量强或较强，在储层下方，则低频能量强，高频能量弱。该特征可以作为油气储层的识别标志[8]。

3.3.4 地震反演技术

地震反演技术可以研究储层特征的纵、横向和空间变化，以已有测井、钻井及地质资料作为约束条件进行基于模型的多参数测井约束地震反演是生物礁储层识别和描述的优选方法。依据生物礁自然伽马的低值特性，可以开展拟伽马地震反演预测生物礁储层。生物礁岩层波阻抗值与围岩相比一般显示高阻抗，含油气后表现为高阻抗背景下的相对低阻抗，可以作为生物礁储层含油气的指示。

3.3.5 地震资料高分辨率处理技术

生物礁非均质性强，内部结构复杂，地震反射受主频低、频带窄等不利因素约束，难以实现高精度识别。对常规地震信号的高分辨率处理能有效地提高其分辨能力[9]。基于高分辨率地震资料反演获得的阻抗能清晰地描述礁体的内部细节，突出礁体内幕细节，有助于准确圈定优质储集层。

4 结束语

（1）生物礁在海域和湖域中分布广泛，它们的生长发育受到环境、海平面升降、海底地形以及构造活动等地质背景的控制。生物礁与油气关系密切，可以形成礁型圈闭和油气田。

（2）在目前的生物礁研究中，随着地球物理手段的发展，多种生物礁储层识别技术的应用日益深入，生物礁的识别与预测也向多方法的交互验证的方向发展，借助新技术、新方法精准的预测与描述是提高油气勘探水平行之有效的手段。

参考文献：

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[3]赵邦六，杜小弟. 生物礁地质特征与地球物理识别[M]. 北京：石油工业出版社， 2009.

[4]周刚. 川东地区长兴组生物礁储层沉积学研究[D].成都理工大学， 2012.

[5]陆亚秋，龚一鸣.海相油气区生物礁研究现状问题与展望[J]. 地球科学（中国地质大学学报） ， 2007 （06）：871-878 .

[6]郭倩. 巴麦地区小海子组礁滩体的识别与沉积储层综合研究[D]. 西安：西北大学， 2012.

[7]殷积峰. 川东二叠系生物礁的地质特征与地震预测技术研究[D]. 中国地质大学（北京）， 2008.

[8]He Zhenhua， Xiong Xiaojun， Bian Lien. Numerical simulation of seismic low-frequency shadows and its application[J]. Applied Geophysics， 2008， 5（4）：30l-306.

[9] 魏水建，程冰洁，徐天吉. 地震资料高分辨率处理识别生物礁储集层方法[J]. 新疆石油地质， 2014（ 06）：678-683.