Spatio-temporal change of coastal current around Shandong Peninsula and transport characteristics of suspended matter
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摘要: 基于2014—2018年NOAA/AVHRR遥感数据，在山东半岛海域选取6条剖面，结合海表温度和表层悬浮体的时空变化特征，详细研究了山东半岛沿岸流的年周期变化规律与移动路径。研究结果表明，山东半岛沿岸流年周期变化可分为4个阶段：成长期（10—12月）时开始形成于黄河口附近，沿莱州湾南部向东运移；强盛期（次年1—3月）时山东半岛沿岸流完全成型，扩散带最宽，鼎盛时期北部可以至38°N附近，东部可以至123°E附近，在35°～36°N附近分成NE—SW向的2个分支，主干部分最远可到达胶州湾东部海域，余流沿岸向西南方向转折；衰退期（4—6月）时沿岸流强度减弱，只在山东半岛北部和东部小范围内有微弱的显示；消亡期（7—9月）时基本消失。山东半岛沿岸流在冬季时对悬浮体扩散具有强烈的驱动作用，使其在黄河口南侧与山东半岛北岸-成山头东部海域分别形成呈“弧形”和“条带状”分布的2个高浓度区域。
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关键词:
- 山东半岛沿岸流 /
- NOAA/AVHRR /
- 海表温度 /
- 表层悬浮体
Abstract: Based on NOAA/AVHRR remote sensing data from 2014 to 2018, six sections were selected in the sea area around Shandong Peninsula, East China. Combined with the temporal and spatial variation characteristics of sea surface temperature and concentration of surface suspension matter, the annual periodic variation and movement path of the coastal current at the six sections were studied. Results show that the annual periodic variation of the coastal current along Shandong Peninsula could be divided into four stages. The first is the growth stage (October to December), during which coastal currents are originated near the Yellow River estuary and move eastward along the southern Laizhou Bay. The second is the mature stage (January to March of the next year), during which the coastal currents are fully formed, and had the widest diffusion zone reaching near 38°N in the north and 123°E in the east. Two branches from northeast to southwest near 35°～36°N could be recognized. The main part reached the eastern sea area of Jiaozhou Bay, and the residual current turned southwest. The third is the decline stage (April to June), during which the intensity of coastal currents weakened but showing only a small range in the north and east of Shandong Peninsula. The fourth is the extinction stage (July to September), and they largely disappeared. In winter, Shandong Peninsula coastal current had a strong driving effect on the diffusion of surface suspension, by which two high-concentration areas in the patterns of "arc" and "strip" distribution were formed in the south of the Yellow River Estuary, and in the area between the north shore of Shandong Peninsula and the east of Chengshantou, respectively. -
0. 引言
随着油气勘探程度的提高，古潜山成为海上油气勘探的重点。近年来中海油在渤海盆地、珠江口盆地、琼东南盆地古潜山领域相继取得油气发现[1-4]，证实了古潜山油气领域的巨大勘探潜力。古潜山油气勘探的重点就是要落实古潜山储层空间展布特征及储集物性和流体性质，但是，由于海上油气勘探探井少、钻探成本高，可以通过有效的地球物理技术手段及信息来综合预测古潜山有利储层发育区、分析其储层空间展布和储集特征，进而开展含气性检测。该方法对于指导古潜山油气藏评价与勘探部署等工作至关重要。
目前业界主要应用相干、方差体等叠后地震属性以及叠前弹性反演等技术开展对潜山裂缝性储层的预测与流体识别。王景春等[5]利用曲率体等属性结合偏移距矢量域（OVT）地震属性，融合古地貌信息开展花岗岩古潜山裂缝性储层预测，取得了较好的应用效果；程四洪等[6]采用裂缝敏感参数测井曲线拟合声波重构技术，结合叠前弹性反演技术预测古潜山裂缝发育密集段取得了较好的效果；王亚等[7]利用分频相干和曲率体属性等技术方法进行古潜山裂缝-孔洞复合型储层识别预测，利用AVO属性及地震频率梯度等组合技术开展裂缝性储层含油气检测取得较好的效果。本文从已钻井岩电特征分析入手，在潜山储集相带纵向划分与有利地震相分析的基础上，综合应用蚂蚁体、曲率体属性融合技术，精细刻画了裂缝性储层空间展布特征；结合潜山不同地质模型正演模拟，采用地震纹技术对裂缝有利发育区进行了含气性检测。
1. 区域地质背景
琼东南盆地是南海北部被动大陆边缘新生代断坳盆地，面积约80 000 km2，盆地内油气共生，油气资源勘探潜力巨大。2019年，中海油在琼东南盆地深水区松南低凸起花岗岩古潜山储层喜获工业气流，日产天然气超百万立方米，测试产能创中国海域古潜山气藏新纪录，实现了南海西北部中生界古潜山油气商业发现“零”的突破。松南低凸起位于琼东南盆地中央坳陷带中东部，水深约1 500～2 000 m，属于南海北部超深水油气勘探领域（图1）。松南低凸起整体呈NW向展布，其被周缘多个凹陷环抱，前古近系基底岩性为中生界三叠系花岗岩。该古潜山花岗岩储层的主要储集空间为基岩凸起经长期风化淋滤作用形成的风化壳和由于构造活动形成的网格状裂缝。
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图 1 琼东南盆地松南低凸起及研究区区域构造位置Figure 1. Structural location of the study area, Songnan Low Uplift in the Qiongdongnan Basin琼东南盆地区域构造演化研究表明[8-9]，松南低凸起中生界古潜山花岗岩自形成以来，主要经历了3期构造运动：印支期挤压成山阶段、燕山期走滑改造阶段、喜山期伸展翘倾抬升阶段。多期构造运动叠加控制影响了松南低凸起花岗岩古潜山发育展布特征。
2. 潜山裂缝性储层分布
2.1 潜山储层发育特征
琼东南盆地松南低凸起花岗岩储层受大气淋滤、深部热流体溶蚀等多种作用改造，储层具有“孔隙+裂缝”双重介质属性，物性纵向分带明显。按照古潜山发育模式，综合储层的储集空间组合特征、储层类型及其岩石物理特征、储层地震响应特征，将松南低凸起花岗岩潜山储层在纵向上划分为砂砾质风化带、风化裂缝带和内幕裂缝带3类。
砂砾质风化带由于埋深较浅，受压实作用弱，整体结构疏松，储层类型为孔隙型，厚度一般<50 m，常见砾石、花岗岩块等，风化严重，顶部多发育较薄土壤层。砂砾质风化带与常规碎屑岩在岩电参数上差异较小，表现为低伽玛、低密度、高声波时差特点，录井上常与上覆近源扇三角洲砂砾岩混淆。砂砾质风化带顶面在地震剖面上表现为近似平行于基底强波峰的中等强度、较连续反射，受其厚度与地震分辨率影响，在地震剖面上往往难以准确预测砂砾质风化带底界。
风化裂缝带储层类型表现为孔隙-裂缝型，在井壁取心样品及薄片上可见明显网状裂隙，声电成像测井见明显高角度裂缝、孔洞发育，电性曲线表现为高伽玛、高电阻率、低声波时差特征，在密度曲线上由于裂缝发育，多存在明显的锯齿状异常（图2）。从成因上分析，风化裂缝带为构造裂缝受后期大气淋滤溶蚀改造而成，储层物性较好。内幕裂缝带主要为构造成因裂缝，局部含致密层，裂缝发育密度也较风化裂缝段略差。风化裂缝带与内幕裂缝带的整体纵波速度为4 500～6 000 m/s，其分界面在地震剖面上难以区分，都对应网格状交叉反射。受限于地震资料的分辨率，这种反射特征并非裂缝的直接响应，而是断面波的叠合效应。由于构造裂缝往往发育在断裂密集区，因此，网格状反射也间接指示裂缝带发育（图3）。松南低凸起花岗岩潜山钻井证实，风化裂缝带厚度为100～150 m，内幕裂缝带尚未钻穿，钻进潜山约300 m时仍见良好裂缝储集显示，裂缝纵向上多呈枝状分布，相互切割连通。
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图 2 研究区YL83井潜山储层纵向分带地质地球物理特征Figure 2. Geological and geophysical characteristics of well YL83 showing the zoning buried-hills in the study area![]()
图 3 松南低凸起花岗岩古潜山储层发育典型地震剖面AA'、BB'剖面位置见图1Figure 3. Seismic profile showing reservoir characteristics of the granite buried-hills on Songnan Low Uplift2.2 裂缝性储层预测
业内通常采用相干体、方差体及蚂蚁体等属性等开展潜山裂缝性储层预测研究。相干体主要反映研究区构造活动及断裂发育情况，而潜山储层主要以构造裂缝及后期溶蚀缝为主，断裂密集发育区同时也指示裂缝发育区，因此，相干属性可间接反映潜山储层发育情况[10-14]。单一属性体预测结果受地震资料品质影响较大，效果往往较差，而属性融合技术可以有效降低预测结果的多解性。不同地震属性的物理意义不同，且对储层类型响应存在差异，因此，在属性迭代和融合过程中，必须优选相关系数高、对裂缝性储层敏感的属性进行融合[15-18]。本文选用蚂蚁体与曲率体属性融合的技术，开展潜山有利储层表征，可以有效地减少潜山储层预测的多解性。
研究区地震资料为常规拖缆采集三维数据[19]，方位角比较窄。受潜山上覆地层岩性组合、岩相变化的不均一性及多期多次的构造叠加运动等综合影响，潜山面地震反射较为杂乱，整体信噪比较低；因此，采取的工作步骤是：①首先对原始地震数据做大尺度构造平滑滤波，降低潜山内幕杂乱信号的干扰；②结合区域断裂走向及主应力场分析，开展连续倾角扫描与主曲率属性计算；③对得到的主应力方向与垂向方向曲率体分别进行蚂蚁追踪，并将2个方向的蚂蚁体属性归一化处理，之后加权平均得到属性融合体。
从研究区潜山属性融合体三维显示（图4）可以看出，松南低凸起潜山整体向南抬升，构造高低起伏，大致发育3排NE向展布的潜山构造带，北部第1排低潜山呈“馒头状”，发育多个高点；南部为NE向长轴高潜山，圈闭规模大，其中YL8井区已钻探4口井，证实裂缝性储层十分发育。裂缝发育区表现为多组裂缝相交网状分布，裂缝的主要方向为NE向，次要方向为NW向、近SN向。NE向裂缝延伸较长，横向上延伸长度为200～600 m不等。依据该预测成果，在北部低潜山部署YL1井，实钻证实潜山储层物性好，孔隙度约为8%，钻进潜山超200 m依旧发育裂缝性储层，验证了该方法在松南低凸起区的适用性。
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图 4 松南低凸起古潜山属性融合预测储层裂缝三维显示特征Figure 4. 3D fracture prediction using attribute merge for buried-hills on Songnan Low Uplift3. 潜山含油气预测
叠前弹性反演、AVO分析、吸收衰减属性[20]是常规碎屑岩储层含气性检测的3大技术方法，在南海西部深水区勘探实践中取得较好的应用效果。由于潜山储层条件复杂，横向非均质性强，有效储层厚度变化大，既发育与常规碎屑岩岩石物理特征类似的低速低密的砂砾质带，也发育高速高密的裂缝带储层，因此，常规含气性检测手段对于深水区潜山这一新型勘探领域预测效果不佳。为此，笔者引入地震纹检测技术开展潜山含气性研究工作。
3.1 地震纹技术原理
地震纹是参考声纹的概念而引入的一个概念，定义为“地震记录上能标识目标地质体属性的起伏波纹”，是特定地质体地震波动力学特征的综合表现[21-22]。地震纹分析的关键不在其信号特征的提取，而在其特征对特定地质目标体标识性的确定。利用地震纹分析技术，可以获得地下地质体的流体信息。与叠前反演等技术不同，它不依赖于岩石物理分析，克服了不同流体因素对弹性参数区分度的要求。
地震纹技术方法主要基于倒谱变换分析地震波穿过地下含不同流体的地质体时动力学特征的微弱差异。倒谱分析是一种同态变换，可以采用傅立叶变换或者Z变换计算，其特点是通过对时序信号谱函数的对数变换，能够分离提取出弱信号。大量正演模拟分析表明，1、2阶倒谱系数作为识别含气层的最佳参数组合可以充分表征地震记录的特征，两者具镜像对称关系，其差值越大指示含气性越好[23-24]。
3.2 模型建立及验证
松南低凸起花岗岩潜山储层以孔隙型砂砾质风化带、孔隙-裂缝型风化裂缝带与裂缝型内幕裂缝带为主。砂砾质风化带因遭受长期大气风化淋滤，花岗岩破碎严重，且大多风化成碎屑颗粒，与常规碎屑岩储层的岩石物理特征基本类似，其纵波速度主要受埋深压实作用影响；而风化裂缝带及内幕裂缝带由于仍保存花岗岩的结构特征，岩石骨架大多完整，因此，其岩石物理特征与原状花岗岩相差无几，受深埋压实作用较小，纵波速度约4 500～6 000 m/s。
依据已钻井岩石物理分析，结合潜山储层纵向分带特征，本文利用弥散黏质方程分别建立研究区潜山砂砾质风化带、风化裂缝带的地质模型，采样频率1 000 Hz，雷克子波主频25 Hz，基岩及上覆围岩地层品质因子Q值200。如图5所示，砂砾质风带含气层与含水层厚度均为50 m，气层速度为2 400 m/s，水层速度为2 800 m/s，上覆两层围岩泥岩速度为2 700～2 900 m/s，下伏潜山裂缝带速度为4 500～5 000 m/s。从地震响应来看，含气层与含水层振幅强度差异很小，而地震纹剖面上气层表现为明显倒谱系数异常。图6为风化裂缝带含气模型，气层厚度为50 m，速度为4 750 m/s，上覆泥岩速度值与砂砾质风化带模型（图5a）一样，下伏潜山基岩速度为4 800～6 000 m/s。正演模拟分析表明，基于倒谱变换的地震纹技术可以有效识别潜山有利储层段含气特征。
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图 5 潜山砂砾质风化带储层地震纹流体识别模型验证Figure 5. Forward modeling for detritus weathering zone of a buried-hill with different fluid using seismic print![]()
图 6 潜山风化裂缝带储层地震纹流体识别模型验证Figure 6. Forward modeling for weathered fracture zone of a buried-hill with different fluid using seismic print3.3 应用效果
琼东南盆地松南低凸起YL8研究区潜山地形高低起伏，整体水深约1 800 m，地层埋深约1 000～1 300 m，基底潜山顶界（T100）在地震剖面上表现为一组中强较连续反射，潜山层段地层破碎，小断裂发育，上覆崖城组（T70）、陵水组（T60）、三亚组（T50）地层呈层层超覆特征（图7）。YL81井在潜山段钻遇厚层砂砾质风化带气层，孔隙度约25%，在地震剖面上呈一组强振幅异常，为典型的低速低密气层响应，在常规叠前弹性反演剖面上表现为明显的低纵、横波速度比（VP/VS）异常，同时，地震纹含气性检测的结果也表现为地震纹强异常。2种技术方法对砂砾质风化带流体识别都具有较好的效果，基于倒谱分析的地震纹分析方法在气、水识别敏感度以及在时间-空间分辨率上的效果较叠前反演更好，计算效率更高。
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图 7 研究区古潜山连井地震剖面CC'剖面位置见图1Figure 7. Raw seismic profile with wells through buried-hills in the study area研究区YL83井钻遇厚层风化裂缝带，钻遇气层厚度超百米，在常规叠前弹性反演剖面（图8a）上无明显VP/VS异常；而从地震纹检测剖面（图8b）及平面预测图（图9）看，在该井点及低部位处均表现出明显的地震纹倒谱异常。YL13井潜山段无明显地震纹异常处则表现为低VP/VS异常，实钻证实YL13井为水层，说明常规叠前反演对潜山风化裂缝带含气性判别存在明显的多解性，这也验证了地震纹含气性检测技术在本区具有较好的适用性。
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图 8 研究区连井叠前VP/VS反演剖面与地震纹检测剖面特征Figure 8. VP/VS profile of prestack inversion and seismic print profile of the study area综合潜山有利储层预测与地震纹检测结果，在YL83井东北部低部位部署的评价井获得成功，实钻超300 m优质风化裂缝带与内幕裂缝带储层，钻遇气层厚度近50 m，初步解决了研究区潜山含气性预测难题，为井位部署提供了良好依据，有效促进了松南低凸起潜山勘探研究工作。
4. 结论与建议
（1）综合井震特征对比、岩电参数分析等手段，将花岗岩古潜山储层纵向划分为砂砾质风化带、风化裂缝带及内幕裂缝带，其中风化裂缝带储层厚度大、物性好，为本区古潜山重点储层相带。结合蚂蚁体与曲率体属性融合技术，在区域断裂展布基础上，提出潜山裂缝性储层半定量预测新方法，精细刻画了裂缝性储层平面分布特征，有效解决了常规技术方法的多解性问题。
（2）针对常规叠前反演手段难以解决潜山裂缝型储层含气性识别的问题，首次在研究区应用基于倒谱变换的地震纹检测技术，从正演模拟出发，针对潜山孔隙型与裂缝型储层开展含气性检测，预测结果与已钻井吻合度高，取得较好的应用效果。
（3）琼东南盆地深水区松南低凸起中生界花岗岩潜山分布面积广，勘探潜力巨大，综合多种地质地球物理手段圈定有利勘探区带，对于下一步勘探具有较大的促进意义。
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图 2 实测海表温度与反演海表温度拟合关系
Figure 2. Fitting relationship between measured SST and inversion SST
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图 3 山东半岛海域SSTy分布图
（a）12月；（b）1月；（c）2月；（d）3月；（e）4月；（f）5月；（g） 6月；（h）7月；（i）8月；（j）9月；（k）10月；（l）11月
Figure 3. Distribution of SSTy near the Shandong Peninsula
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图 4 经纬度-时间-SST剖面图
（a）垂直剖面1，119.5°E；（b）垂直剖面2，121.3°E；（c）垂直剖面3，37°N；（d）垂直剖面4，36.5°N；（e）垂直剖面5，35.8°N；（f ）沿岸流剖面6
Figure 4. Profiles of longitude-latitude–time–SST at different sections
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图 5 山东半岛海域反射率5年平均分布
（a）12月；（b）1月；（c）2月；（d）3月；（e）4月；（f）5月；（g）6月；（h）7月；（i）8月；（j）9月；（k）10月；（l）11月
Figure 5. Distribution of five-year average of reflectivity near the Shandong Peninsula
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图 6 经纬度-时间-反射率剖面图
（a）垂直剖面1，119.5°E；（b）垂直剖面2，121.3°E；（c）垂直剖面3，37°N；（d）垂直剖面4，36.5°N；（e）垂直剖面5，35.8°N；（f）沿岸流剖面6
Figure 6. Profiles of longitude-latitude–time–reflectivity at different sections
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图 7 经纬度-时间-SSTy剖面图
（a）剖面1；（b）剖面2；（c）剖面3；（d）剖面4；（e）剖面5
Figure 7. Profiles of longitude-latitude-time-SSTy at different sections
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图 9 山东半岛沿岸流年周期变化示意图
Figure 9. Schematic diagram of annual periodic variation of coastal currents along Shandong Peninsula
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图 10 2014—2018年黄河径流量、输沙量与研究区反射率5年平均变化图
Figure 10. The five-year average variations of the Yellow River runoff, sediment discharge, and reflectance of research area from 2014 to 2018
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