Identification of lithologic traps in block N of Bonaparte Basin, Australia
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摘要: 澳大利亚N区块是海上勘探区块，钻探成本高，存在一定的勘探风险，尽可能地降低风险和找寻可能存在的最大圈闭资源规模，成为勘探的重点和难点。为此，在澳大利亚N区块开展了构造和岩性等多种类型圈闭的识别评价。在构造圈闭落实的情况下，利用澳大利亚N区块二维、三维地震资料，在高精度层序地层格架下，结合物源方向、古地貌和沉积体系空间配置关系分析，建立了岩性圈闭发育模式。通过目标层位的地震叠后属性、叠前同时反演等综合分析，采用纵横波速度比（Vp/Vs）等地震属性预测了岩性圈闭的分布特点及含油气性。在上述工作基础上，开展了岩性圈闭的油气成藏条件研究和圈闭资源量估算，扩大了澳大利亚N区块的资源规模，使其具备了一定的勘探价值。Abstract: The Block N in the Bonaparte Basin of Australia is an offshore exploration target with high drilling cost and exploration risk. The way to reduce the exploration risk as much as possible remains with the discovery of large traps. Therefore, the identification and evaluation of structural and lithologic traps have become a very important task. Based on the high-precision sequence stratigraphic framework established with 2D and 3D seismic data collected from the block, combined with the analysis of provenance directions, paleogeomorphology and spatial distribution of depositional systems, a depositional model for the lithologic traps is established in this paper. Through comprehensive study of post-stack attributes and pre-stack simultaneous inversion of the target horizon, the distribution patterns and oil-gas potential of the lithologic traps are predicted and evaluated using the seismic attributes such as P-wave velocity ratio (Vp/ Vs) etc. On the basis of the above work, we carried out the research again on the hydrocarbon accumulation conditions of the lithologic traps and the assessment of resource potentials. The resource scale of the block is substantially increased, which proves that the block is valuable for further exploration.
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1. 区域概况及难点分析
澳大利亚N区块位于波拿巴盆地东北部（图1），波拿巴盆地[1]位于澳大利亚西北大陆边缘的帝汶海（Timor Sea）海域，覆盖了西澳大利亚金伯利（Kimberley）地区的陆上和海上区域，面积达27×104 km2。盆地形态上呈喇叭状向北帝汶海域张开，位于海上的主体部位约25×104 km2，陆上部分为西澳大利亚地区金伯利古老克拉通盆地[2]。
波拿巴盆地北部地区中生界属于裂谷作用形成的北东向裂谷盆地，NE-SW走向的中生代构造带控制了盆地北部的构造格架，包括Malita地堑、Calder地堑等，它们被Sahul台地、Londonderry隆起、Nancar槽谷（Laminaria高地）和Flamingo向斜等分隔开来（图1）。
澳大利亚N区块是风险勘探区块，为尽可能在实施钻探前获得最大的圈闭资源量，除了开展常规构造圈闭解释外，还开展了以层序地层学研究为主的岩性圈闭等隐蔽油气圈闭的识别工作。吴金才[3]通过准噶尔盆地层序地层学研究识别隐蔽圈闭，认为层序地层学是建立地层等时格架、预测砂体分布并进一步预测有利岩性圈闭发育区的有效理论和方法。钟玮[4]等认为物源及沉积体系研究对岩性圈闭识别有重要意义。从前人对岩性圈闭的识别研究来看，对澳大利亚N区块的岩性圈闭识别的启示是基于层序地层学建立N区块地层等时格架，并结合N区块古地貌、物源和沉积体系分析岩性圈闭可能发育的有利部位。
据前人研究[5-6]并综合岩相、测井相、地震剖面等所反映的地层不整合面及其与之对应界面的级别及特征，波拿巴盆地侏罗系主要目的层段（Malita组至Cleia组）充填沉积中共识别确定出了5个主要的等时界面，其中：一级层序（构造层序界面）1个：SBE（Callovian）；二级层序（层序组界面）1个：SBES（Valanginian）；三级层序（层序界面）3个：SBC（Oxfordian）、SB_Upper Plover、SB_Lower Plover。N区块主体位于阶地上，层序发育稳定但很局限，故对N区块层序地层研究是在综合考虑区块周边台地、地堑等构造单元层序发育特征的基础上进行的。N区块的主要目的层段为侏罗系。对于N区块岩性圈闭识别而言，研究区存在两个方面的难点：① 研究区沉积相带不明确，砂体的形成机制不明确，岩性圈闭识别比较困难；② 刻画砂体的展布形态、探究目标砂体的含油气性是识别岩性圈闭的另一难点[7]。
针对以上难点，制定了相应的技术路线和解决方案。首先，针对N区块内没有钻井，只有二维和三维地震数据的现实条件，利用N区块周边钻井资料和钻井成果，开展单井沉积相的研究，通过二维地震数据和周边钻井建立高精度层序地层格架，结合物源方向和古地貌特征研究区块沉积体系的空间配置关系，建立区块内三维工区岩性圈闭的发育模式。其次，在岩性圈闭发育模式指导下，借鉴区块东南已发现气田内S1井的资料，通过对S1井的岩石物理分析，结合地震属性、叠前同时反演等技术进行综合解释，开展岩性圈闭的识别。最后参考区块周边东南方向已发现气田的石油地质条件，对识别的岩性圈闭做初步的评价。
2. 沉积体系
层序地层学为隐蔽圈闭的寻找指明了方向[8]。为了研究区块沉积体系，确定了由“点（单井相）”-“线（地震相沉积相）”-“面（沉积体系平面）”的研究思路。
2.1 N区块周边钻井典型单井相分析
图2为N区块东南方向Calder地堑S1井单井沉积相精细解剖结果。从S1井单井沉积相可以看出：坳陷的缓慢沉降时期，层序组发育有Elang组、Cleia组，各地层均发育海侵体系域和高位体系域。Cleia组主要发育海侵体系域和高位体系域。海侵体系域：其准层序构成可划分出1个退积型准层序组，3个准层序。该层序五级高频单元（准层序）主要由下粗上细的正粒序单元组成，局部地区是下细上粗的反粒序单元，测井曲线上显示为微齿形。高位体系域：该体系域的准层序组划分为1个进积型准层序组，2个准层序。该层序五级高频单元（准层序）主要由下粗上细的正粒序单元和下细上粗的反粒序单元组成，测井曲线上显示为齿化漏斗形。
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图 2 S1井层序地层格架及沉积相精细解剖Figure 2. Stratigraphic framework and sedimentary facies of well S1从S1井岩心特征及环境解释（图2）可以看出，Elang组、Upper Plover组和Lower Plover组层序中砂岩非常发育，测井曲线几乎为箱状或宽幅齿状，都处于三角洲环境；并且除了Upper Plover组的高位域之外，Elang组、Upper Plover组的下部和Lower Plover组都属于三角洲平原，表现为砂岩粒度大、砂层厚度大，主要为水下分流河道微相；Upper Plover组的高位域属于三角洲前缘。Cleia组发育大套的泥岩，沉积环境已经由三角洲过渡到了浅海环境，主要为大面积的浅海陆架沉积，以陆架泥岩为主，局部发育浅海陆架砂岩。该井的目的层段Cleia组、Elang组和Plover组，从下至上水体逐渐变深，在S1井区逐渐出现了分流河道、河口坝、水下分流河道和浅海陆棚泥，以分流河道微相最为典型。
2.2 古地貌与物源分析
古地貌是控制盆地后期沉积体系发育与分布的主要因素之一，在某种程度上同时也影响着后期油气成藏要素中的储盖组合。本次研究以盆地沉降史回剥为技术核心[8]，结合构造演化分析，恢复N区块关键界面的古地貌形态，划分古地貌单元、分析古地貌对砂体分布的影响，为沉积体系分析提供依据。图3是N区块Cleia组底界的古地貌图。可以看到这一沉积时期地形发生了较大变化，研究区西部开始逐渐抬升，因此Sahul台地范围逐渐增大，阶地范围缩小，在台地和阶地之间，发育有一个高度不大的低凸起，在靠近Malita地堑附近仍旧存在几个地势相对较低的低洼区，而且深度加深。
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图 3 N区块Cleia组底界古地貌图Figure 3. Paleogeomorphologic map of the bottom boundary of Cleia Formation for Block NN区块周边单井相和古地貌分析结果结合物源方向[5]，可以发现，Lower Plover时期，沉积物主要来自西北部Sahul台地之上，Upper Plover时期三角洲物源供给持续稳定，该时段沉积具有继承性。到Elang和Cleia时期西北部物源继续供应但是明显比Upper Plover时期变弱，此时N区块开始接受来自南部Darwin陆架物源和东北部Abadi高地物源供给（图4）。因此，该时期N区块处于多物源控制时期，能看到三角洲远源、近源和水下分流河道沉积。
2.3 沉积体系分析
在全区古地貌分析[9]基础上，对N区块内三维工区的Cleia组古地貌形态进行了恢复（如图5a所示）。该时期高低起伏明显、隆洼格局显著。低洼区集中在东部和南部的三个区域。高地区发育在西部边界附近，范围较为局限。高地区与低洼区之间为过渡区。从三维区内侏罗系Plover组到Cleia组古地貌形态整体演化过程分析认为，西部有一个逐渐抬升的过程，牛津到白垩期间（Oxfordian-Cretaceous），已经出现了低凸起，这与区域古地貌（图3）变化一致，为N区块三维区岩性圈闭的找寻指示了方向。
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图 5 N区块内三维区的Cleia组沉积体系分析a. 古地貌, b. 均方根振幅属性, c. 地震相分布, d. 沉积体系平面展布。Figure 5. Sedimentary system analysis of Cleia Formation for the 3D area of N blocka. paleogeomorphology, b. root mean square amplitude attribute, c. seismic facies distribution, d. plane distribution of sedimentary system.到Cleia时期，西北部物源已经消亡，N区块物源供给主要为南部Darwin陆架物源和Abadi高地物源。在海侵体系域时南部和东部的低洼区靠近物源，直接接受沉积物沉积。根据Cleia组地震均方根振幅属性（图5b）和Cleia组地震相（图5c）分析认为，Cleia时期N区块三维区东侧形成大量前缘砂坝（图5d）。
3. 岩性圈闭识别
3.1 岩性圈闭的地震剖面特征
从过N区块及其东南方向区块内的S1井、S2井和ES1井的地震剖面（图6）可以看出：N区块内发育古生代、中生代和新生代古、新近纪沉积的地层，其中目的层段为侏罗系，自下而上包括下侏罗统Malita组、Lower Plover组，中侏罗统Upper Plover组和Elang组，上侏罗统Cleia组。
基于高分辨率层序地层的沉积体系空间配置关系分析认为，N区块三维区的东北边缘Cleia组可能发育来自东北物源沉积的一套岩性圈闭。从地震剖面特征来看，N区块三维区的东北边缘Cleia组的顶部存在一个上倾尖灭体，如图7a所示。从联络测线上可以看到，地层西高东低、该尖灭体由东向西尖灭在Cleia组的顶部，再往西部分被削蚀，沿主测线方向横穿上倾尖灭体的剖面依然表现为进积体，发育范围局限于Cleia组的顶部，进积体在主测线剖面上向两边减薄，如图7b所示。
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图 7 过Cleia组岩性圈闭的地震剖面a. 联络测线方向, b. 主测线方向。Figure 7. Seismic profile passing through lithologic trap of Cleia Formationa. direction of crossline, b. direction of main line.在N区块三维区内通过对岩性体进行精细解释，得到Cleia组岩性圈闭厚度图及最大负振幅地震属性，厚度从北东往西南方向由60 m逐渐尖灭（图8a）。从最大负振幅地震属性图（图8b）上可以看出此岩性圈闭分布范围。
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图 8 Cleia组岩性圈闭厚度图（a）和最大负振幅地震属性图（b）Figure 8. Lithologic trap in the Cleia Formationa. thickness map, b. maximum negative amplitude seismic attribute map.3.2 基于叠前同时反演的储层及含油气性预测
岩性圈闭是隐蔽圈闭的一种类型，它是砂体尖灭于非渗透性泥岩中形成，为了提高预测精度，采用叠前同时反演技术进行储层岩性及含油气性预测[10-14]。要开展工区内叠前同时反演，有两个难点：区块内没有钻井资料和实验室岩石弹性参数数据。因此利用周边已钻井S1井的测井资料进行岩石物理[15]弹性参数交会分析和横波预测，为叠前同时反演和解释奠定基础。
3.2.1 岩石物理参数分析
利用S1井测井数据（包含纵波、横波、密度等主要测井曲线）确定主要目的层段气砂、水砂和泥岩的弹性参数范围（表1）。对目的层段不同组的波阻抗、泊松比、纵横波速度比和密度分别与纵波阻抗进行交会分析，从图9可以看出纵横波速度比、泊松比是识别岩性和流体最敏感的参数。
表 1 Cleia组岩石物理参数统计表Table 1. Statistical table of petrophysical parameters of Cleia Formation岩性 纵横波速度比Vp/Vs 泊松比 纵波阻抗/（m·s−1·g·cm−3） 横波阻抗/（m·s−1·g·cm−3） 密度/（g·cm−3） 泥岩 1.75～1.9 0.26～0.31 9300～11000 4800～5700 2.55～2.71 水砂 1.6～1.7 0.18～0.22 10700～11100 6400～6700 2.58～2.65 气砂 1.5～1.6 0.12～0.17 10000～10500 6400～6700 2.48～2.55 ![]()
图 9 Cleia组岩石物理参数交会分析Figure 9. Intersection analysis of petrophysical parameters of the Cleia Formation3.2.2 虚拟井横波预测
根据过N区块和S1井的二维地震测线反演结果，建立N区块内的虚拟井，提取纵波阻抗，得到虚拟井的纵波速度（图10a）。图10b为合成记录与地震标定剖面，主要目的层段合成记录与地震道的波组对应关系较好。
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图 10 虚拟井井震标定a. 虚拟井纵波曲线，b. 合成记录标定剖面。Figure 10. Well seismic calibration of virtual wella. P-wave curve, b. synthetic record calibration section.虚拟井横波估算[16-18]方法需要依靠工区东南部S1井进行分析。拟合横波的公式有很多，譬如Castagna等由现场数据导出了著名的“泥岩线”公式：Vs=0.862Vp−1.172，Han（1986）根据实验室超声波数据获得经验公式：Vs=0.794Vp−0.787。通过试验表明，用Castagna泥岩线公式拟合的横波与实测较为接近（图11a），其中黑色为实测横波曲线。
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图 11 横波预测a. 拟合横波与实测横波的对比，b. 横波与纵波的拟合关系式。Figure 11. S-wave predictiona. comparison between simulated S-wave and measured S-wave, b. fitting relationship between S-wave and P-wave.通过分析S1井纵波及横波速度的关系，最终选择乘幂方程建立改进的Castagna横波预测关系式见图11b，用于虚拟井的横波速度预测，并取得了较好的效果。
3.2.3 叠前同时反演
在岩石物理分析和横波预测的基础上，对此岩性圈闭尝试利用叠前不同偏移距叠加数据进行叠前同时反演[19]，进行岩性及含油气性预测，其目的是对岩性圈闭的储层发育情况及含油气性进一步落实，降低叠后反演及预测的不确定性风险。对于Cleia组岩性圈闭的储层及含油气性预测，我们从过此岩性体的联络测线方向Vp/Vs（纵、横波速度比）剖面可以看出，其为一套向上倾尖灭的砂体（图12a），但从主测线方向线上可看出此岩性体的岩体是有明显变化的，表明了其明显的横向泥质含量变化引起的非均质性，沿此岩性体提取的Vp/Vs平面图（图12b）上也表明此岩性体不是非常均一。
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图 12 Cleia组岩性圈闭储层预测结果a. Vp/Vs属性剖面图，b. Vp/Vs属性平面图。Figure 12. Prediction results of lithologic trap reservoir in Cleia Formationa. Vp/Vs attribute section, b. Vp/Vs attribute plane.利用AVO流体因子属性对此岩性圈闭进行了含油气性预测。Cleia组岩性圈闭范围与Cleia组地层的高位体系域分布范围大致吻合，其储集体类型可能是东北部物源控制下的三角洲河口坝和水下分流河道砂体。新发现的有利区面积较大，有较好的含油性显示（图13）。
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图 13 Cleia组岩性圈闭AVO流体因子含油气性预测结果Figure 13. Prediction results of AVO fluid factor of lithologic trap in the Cleia Formation4. 岩性圈闭初步评价
对于N区块而言，主要研究层段为侏罗系，生油层主要是Echuca Shoals组、Cleia组、Elang组、Plover组；储层主要是Elang组、Plover组、Cleia组；白垩系泥岩是区域盖层、Cleia组泥岩盖层、上Plover组中泥岩盖层。因此分为两套生储盖组合：上组合、下组合。本次研究中识别出的Cleia组岩性圈闭属于上组合，同时它有属于自生自储的生储盖组合。结合相关资料[20-21]对识别的Cleia组岩性圈闭进行评价，可以看到三维区既有构造成藏（背斜），又有Cleia岩性成藏（地层尖灭），见图14岩性圈闭地质剖面。不整合面、断层和横向展布的砂体构成了油气输送通道。在岩性圈闭成藏中，油气聚集在上倾尖灭的地层中。利用石油天然气行业圈闭评价规范进行了Cleia 组岩性圈闭资源量的计算，其资源量为1.46 TCF（1个TCF表示1万亿立方英尺）。
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图 14 N区块Cleia组岩性圈闭地质剖面Figure 14. A geological section of the lithologic trap of Cleia Formation in Block N5. 结论
针对澳大利亚波拿巴盆地N区块仅有二维、三维地震数据而无钻井资料的条件下开展识别岩性圈闭提出了有效的研究思路，并取得了一定效果。
（1）根据N区块周边已钻井确立了层序地层格架，并结合古地貌、物源分析和沉积体系研究确定了N区块可能发育岩性圈闭的有利部位。
（2）基于N区块邻区已钻井的岩石物理分析和叠前同时反演是预测岩性圈闭的有效手段。认为纵横波速度比是该地区识别岩性的敏感参数，AVO流体因子是N区块流体识别最敏感的参数，可以有效地对N区块岩性圈闭进行储层和含油气性预测。
（3）N区块岩性圈闭识别，不仅扩大了区块资源规模，而且拓展了区块的勘探目标类型，使其具备了勘探价值。
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图 2 S1井层序地层格架及沉积相精细解剖
Figure 2. Stratigraphic framework and sedimentary facies of well S1
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图 3 N区块Cleia组底界古地貌图
Figure 3. Paleogeomorphologic map of the bottom boundary of Cleia Formation for Block N
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图 5 N区块内三维区的Cleia组沉积体系分析
a. 古地貌, b. 均方根振幅属性, c. 地震相分布, d. 沉积体系平面展布。
Figure 5. Sedimentary system analysis of Cleia Formation for the 3D area of N block
a. paleogeomorphology, b. root mean square amplitude attribute, c. seismic facies distribution, d. plane distribution of sedimentary system.
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图 7 过Cleia组岩性圈闭的地震剖面
a. 联络测线方向, b. 主测线方向。
Figure 7. Seismic profile passing through lithologic trap of Cleia Formation
a. direction of crossline, b. direction of main line.
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图 8 Cleia组岩性圈闭厚度图（a）和最大负振幅地震属性图（b）
Figure 8. Lithologic trap in the Cleia Formation
a. thickness map, b. maximum negative amplitude seismic attribute map.
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图 9 Cleia组岩石物理参数交会分析
Figure 9. Intersection analysis of petrophysical parameters of the Cleia Formation
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图 10 虚拟井井震标定
a. 虚拟井纵波曲线，b. 合成记录标定剖面。
Figure 10. Well seismic calibration of virtual well
a. P-wave curve, b. synthetic record calibration section.
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图 11 横波预测
a. 拟合横波与实测横波的对比，b. 横波与纵波的拟合关系式。
Figure 11. S-wave prediction
a. comparison between simulated S-wave and measured S-wave, b. fitting relationship between S-wave and P-wave.
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图 12 Cleia组岩性圈闭储层预测结果
a. Vp/Vs属性剖面图，b. Vp/Vs属性平面图。
Figure 12. Prediction results of lithologic trap reservoir in Cleia Formation
a. Vp/Vs attribute section, b. Vp/Vs attribute plane.
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图 13 Cleia组岩性圈闭AVO流体因子含油气性预测结果
Figure 13. Prediction results of AVO fluid factor of lithologic trap in the Cleia Formation
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图 14 N区块Cleia组岩性圈闭地质剖面
Figure 14. A geological section of the lithologic trap of Cleia Formation in Block N
表 1 Cleia组岩石物理参数统计表
Table 1 Statistical table of petrophysical parameters of Cleia Formation
岩性 纵横波速度比Vp/Vs 泊松比 纵波阻抗/（m·s−1·g·cm−3） 横波阻抗/（m·s−1·g·cm−3） 密度/（g·cm−3） 泥岩 1.75～1.9 0.26～0.31 9300～11000 4800～5700 2.55～2.71 水砂 1.6～1.7 0.18～0.22 10700～11100 6400～6700 2.58～2.65 气砂 1.5～1.6 0.12～0.17 10000～10500 6400～6700 2.48～2.55 
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