關(guān)鍵層序界面識別及其在巖性油氣藏勘探中的意義
——以惠州凹陷珠江組為例

芮志鋒，林暢松，杜家元，丁 琳，李 瀟

（1.中國地質(zhì)大學（北京）能源學院，北京100083；2.中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東深圳518000）

0 引言

巖性圈閉是指因儲層巖性或物性變化而形成的圈閉［1］，近年來巖性油氣藏發(fā)現(xiàn)的比例逐年增大，目前已成為增加油氣儲量的重要構(gòu)成［2-4］。砂體上傾尖滅油氣藏是巖性油氣藏中最為常見、最為重要的類型。砂體上傾尖滅圈閉的勘探不僅要關(guān)注儲層的厚度、物性，而且要分析砂體的側(cè)封尖滅、頂?shù)装鍡l件，這些成藏要素直接關(guān)系到砂體上傾尖滅圈閉的有效性。在國內(nèi)外各大油田實際的勘探過程中，因為側(cè)封尖滅、頂?shù)装鍡l件不落實造成巖性圈閉勘探失敗的例子屢見不鮮［5-15］。層序地層學理論指導下，在三級層序和更高精度層序格架約束下開展儲蓋組合、砂體側(cè)封尖滅與頂?shù)装鍡l件分析等工作是巖性圈閉評價的基礎(chǔ)性工作，而儲蓋組合、砂體側(cè)封尖滅與頂?shù)装鍡l件受控于關(guān)鍵層序界面，這些關(guān)鍵層序界面包括三級層序界面、轉(zhuǎn)換面、最大水進界面以及次一級水進界面等，同時這些界面控制巖性油氣藏的分布，所以識別關(guān)鍵層序界面以及探討其在巖性油氣藏勘探中的意義是非常重要的。

珠江口盆地惠州凹陷珠江組沉積時期，來自西北方向的古珠江三角洲前緣砂體與后期東沙隆起抬升產(chǎn)生的相向緩傾的斜坡相配置形成的巖性圈閉是目前油氣勘探的有利區(qū)帶之一，但前人在層序地層格架（主要是三級層序級別）研究方面的精度已經(jīng)不能滿足砂體上傾尖滅圈閉的勘探。以珠江口盆地惠州地區(qū)珠江組古珠江三角洲形成的砂體上傾尖滅油氣藏為例，以鉆井和三維地震資料為基礎(chǔ)，井-震結(jié)合說明如何在三角洲巖性圈閉中識別不同成因類型的高頻層序界面，并分析其與儲層、頂?shù)装逯g的關(guān)系，以探討其在三角洲前緣砂體上傾尖滅油氣藏形成與勘探中的意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

惠州凹陷位于珠江口盆地珠一坳陷中部，凹陷北為北部斷階帶，南以東沙隆起為界。研究區(qū)主要位于惠州凹陷西南部，為惠州凹陷與東沙隆起的交會處［圖1（a）］。古近紀，由于陸內(nèi)拉張，斷陷湖盆發(fā)育，在始新世和漸新世早期，特別是始新世文昌組沉積的巨厚深湖相泥巖是珠江口盆地的主要烴源巖。新近系為盆地坳陷期的海相地層，珠海組沉積時期陸架坡折由白云凹陷南坡附近遷移到白云凹陷北坡，使得白云凹陷以北的大部分地區(qū)（包括東沙隆起和惠州凹陷等）處于陸架環(huán)境，物源主要來自于盆地北部的古珠江三角洲［圖1（b）］。從區(qū)域構(gòu)造演化角度來看，珠江組沉積期，盆地進入坳陷期，構(gòu)造活動較弱，地勢較為平緩。從沉積物供給速率來看，該時期由于青藏高原南部和喜馬拉雅山脈進入快速剝蝕階段，提供大量的陸源物質(zhì)，珠江水系攜帶大量的陸源碎屑形成珠江三角洲［16］。從海平面變化角度來看，在距今21～16 Ma，珠江口盆地總體處于一個海侵背景，在距今15.0～12.5 Ma，研究區(qū)經(jīng)歷了一個海平面下降過程后，又持續(xù)上升［17］。在整個海侵過程中，東沙隆起逐漸淹沒，提供物源的能力減弱，在一個陸源碎屑影響較小、淺水環(huán)境下形成了大規(guī)模的碳酸鹽巖沉積，這些碳酸鹽巖主要分布在東沙隆起上?？偟膩碚f，珠江組沉積期處在一個海平面多次上升-下降的過程中。在沉積物供給速率較大、海平面頻繁升降、沉積地貌較為平緩的背景下，三角洲多期次進退在平面上形成前三角洲或陸架泥巖與三角洲前緣砂巖指狀交互、縱向上大套砂泥互層的巖性組合特征［18-21］［圖 1（b）］。中新世晚期，由于菲律賓板塊對歐亞板塊的再次俯沖造成東沙隆起再次隆起，形成東南高、西北低的構(gòu)造格局［圖1（b）］。這種構(gòu)造演化特征為珠江組三角洲前緣砂體上傾尖滅圈閉形成提供了良好條件［22］。選擇三角洲及條帶砂發(fā)育區(qū)作為研究區(qū)，其內(nèi)目前共有探井30余口（本次研究選用典型探井15口），三維地震資料滿覆蓋（2 000 km2）。

圖1 珠江口盆地珠江組沉積背景（a）與綜合柱狀圖（b）Fig.1 Depositional background（a）and integrated stratigraphic column（b）of Zhujiang Formation in Pearl River Mouth Basin

2 高精度層序地層格架

2.1 珠江組層序地層劃分

珠江組可以劃分為下段、上段，其分界面為MFS18.5，表現(xiàn)為一套穩(wěn)定的泥巖段（圖2），能在區(qū)域上進行追蹤對比。由于惠州凹陷處于三角洲前緣，三級層序界面不是不整合面，主要是沉積的轉(zhuǎn)換面，地層疊加樣式上表現(xiàn)為由進積型的疊加樣式向退積型的疊加樣式轉(zhuǎn)換（本次研究選用GR和AC共2條測井曲線，因為研究區(qū)是正常的砂泥巖組合，GR和AC曲線對本地區(qū)的巖性較為敏感）。其中，珠江組下段可以劃分為1個半三級層序，分別是 SQ1 與SQ2_TST［圖 3（a）］；珠江組上段可以劃分為3個半三級層序，分別是SQ2_HST，SQ3，SQ4與 SQ5［圖3（b）］。

圖2 珠江組三級層序劃分方案Fig.2 Third-order sequencedivision of Zhujiang Formation

圖3 珠江組上段（a）與下段（b）三級層序劃分Fig.3 Third-order sequencedivision of upper section（a）and lower section（b）of Zhujiang Formation

2.2 高精度層序地層構(gòu)成

2.2.1 高頻層序界面的選取方案

在三級層序內(nèi)進行四級層序的劃分關(guān)鍵在于界面的選擇，關(guān)于四級層序界面是選擇水進界面還是水退界面，國內(nèi)外的學者一直存在很大的爭議。大量研究表明，在三級層序地層格架內(nèi)依據(jù)水進面劃分高頻層序，井-震結(jié)合進行追蹤對比，建立四級或五級層序地層單元構(gòu)成的高精度層序地層格架，可為沉積相或儲集體分布規(guī)律研究分析提供重要基礎(chǔ)［圖 4（a）］［23］。

圖4 三角洲體系高精度層序劃分模式（a）與四級層序內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征（b）Fig.4 High-resolution sequence stratigraphic model of delta system（a）and internal structure characteristics of fourth-order sequence（b）

在三角洲體系中選擇水進界面作為四級層序界面主要有以下優(yōu)勢［圖4（b）］：①水進界面在鉆井中易識別和對比，在地震剖面中也較易追蹤；②從三角洲沉積角度來講，以一個四級水進界面開始到下一個水進界面結(jié)束代表了一期三角洲的進積和退積，是一個完整的水退和水進過程；③四級層序內(nèi)具備比較完整的儲蓋組合；④水進界面形成的泥巖構(gòu)成了巖性圈閉良好的頂?shù)装濉?/p>

2.2.2 高精度層序地層格架的建立

本文選取珠江組中的三級層序SQ2說明研究層段四級層序界面的識別標志。SQ2層序底界面為SB21，頂界為SB18，其中最大水進界面為mfs_18.5（圖5）。從區(qū)域研究成果來看，在研究區(qū)SQ2主要發(fā)育了三角洲體系，高頻層序界面主要是以水進界面為界。在鉆井剖面上，利用水進界面共識別了8 個四級層序，分別是 SQ2-1，SQ2-2，SQ2-3，SQ2-4，SQ2-5，SQ2-6，SQ2-7，SQ2-8。由于地震分辨率問題，在鉆井上劃分出來的8個四級層序無法都在地震剖面上進行區(qū)域追蹤。井-震精細標定表明，地震可識別的四級層序與鉆井上的四級層序?qū)?yīng)關(guān)系如下：鉆井上的四級層序SQ2-1對應(yīng)于地震上的四級層序SQ2-Ⅰ；鉆井上的四級層序SQ2-2，SQ2-3，SQ2-4合并對應(yīng)于地震上的四級層序SQ2-Ⅱ；鉆井上的四級層序SQ2-5，SQ2-6合并對應(yīng)于地震上的四級層序SQ2-Ⅲ；鉆井上的四級層序SQ2-7，SQ2-8合并對應(yīng)于地震上的四級層序SQ2-Ⅳ。在三級層序（SQ2）中不僅識別出了最大水進界面mfs_18.5，還識別出了2個能在地震上進行區(qū)域追蹤的水進界面（fs1，fs2）。在最大水進界面mfs_18.5表現(xiàn)為一套厚度在30～40 m、分布廣泛的泥巖，在地震上表現(xiàn)為反射較強、很容易追蹤的波谷。fs1界面附近表現(xiàn)為一套分布廣泛、厚度在15～20的泥巖，在地震上表現(xiàn)為反射較強、較容易追蹤的波谷。fs2界面附近表現(xiàn)為一套分布廣泛、厚度在20余米的泥巖，在地震上表現(xiàn)為反射較強、較容易追蹤的波谷。由此三級層序SQ2可劃分為4個地震尺度可識別的四級層序，將油田開發(fā)過程中的砂體編號納入到四級層序格架中來，賦予其地質(zhì)含義，這將為后面的砂體平面預測奠定基礎(chǔ)。

圖5 研究區(qū)井-震結(jié)合的高精度層序地層劃分Fig.5 Well-seismic tie classification of high-resolution sequence stratigraphy

2.3.3 高精度層序構(gòu)成樣式

（1）水進體系域四級層序構(gòu)成樣式

從三級層序位置來看，水進體系域處在水進背景下，四級層序具有完整的水退-水進結(jié)構(gòu)（圖6）。

從連井對比剖面上看［圖6（a）］，四級層序水退半旋回下部處在海平面上升的末期，形成了大套的泥巖；水退半旋回上部，三角洲砂體不斷往海方向進積，砂體類型從HZ25-8-1的箱形河道砂體逐漸變成HZ32-3-1的反旋回河口壩砂體；在水進半旋回中，三角洲砂體不斷往陸地方向退縮，在水進半旋回上部，形成了有一定厚度的灰質(zhì)砂巖。在水退、水進半旋回中，三角洲遠端都形成了被改造的條帶砂體。從連井地震剖面上看［圖6（b）］，水退半旋回形成了不斷進積的弱前積反射結(jié)構(gòu)，而水進半旋回形成了不斷退積的弱反射結(jié)構(gòu)，在這些弱前積結(jié)構(gòu)的前部存在透鏡狀的反射特征，根據(jù)鉆井標定，這些透鏡狀反射為被改造的條帶砂體，主要形成于波浪的改造作用。

圖6 水進體系域中沉積結(jié)構(gòu)解釋的鉆井對比剖面（a）與對應(yīng)的地震對比剖面（b）和高位體系域中沉積結(jié)構(gòu)解釋的鉆井對比剖面（c）與對應(yīng)的地震對比剖面（d）（剖面位置見圖1）Fig.6 Sedimentation structureinterpretation of well section（a）and corresponding seismic section（b）in transgressive system tract，sedimentation structureinterpretation of well section（c）and corresponding seismic section（d）in highstand system tract

（2）高位體系域四級層序構(gòu)成樣式

從三級層序的位置來看，高位體系域處在水退背景下，四級層序的結(jié)構(gòu)不完整，通常以一個水退半旋回為主［圖 6（c），（d）］。

從連井對比剖面上看［圖 6（c）］，SQ2_Ⅲ四級層序的水退半旋回下部處在海平面上升的末期，形成了大套的泥巖；水退半旋回上部，三角洲砂體不斷往海方向進積，水退半旋回結(jié)束后，由于快速水進（水進持續(xù)的時間較短），形成了厚度不大的泥巖段，四級層序表現(xiàn)為不完整的結(jié)構(gòu)特征。SQ2_Ⅳ為SQ2三級層序中最上部的四級層序，它的頂界面為三級層序界面（SB），這個四級層序由一個水退半旋回組成。由于處在高位體系域的頂部，在三級層序界面下部大規(guī)模的三角洲往盆地方向推進，形成了厚度較大的、物性較好的儲層。

從地震剖面上看［圖6（d）］，由于四級層序主要由水退半旋回組成，地震上主要表現(xiàn)為進積型的弱前積特征，而退積型的弱前積結(jié)構(gòu)特征不明顯。

3 層序界面類型及其在砂體上傾尖滅油氣藏勘探中的意義

在三級層序內(nèi)部識別了次一級水進界面，利用此界面建立了珠江盆地惠州凹陷三角洲體系井-震吻合的高精度層序地層格架。圖7為根據(jù)研究區(qū)鉆井和地震建立的三級層序內(nèi)部不同成因類型的界面與儲集層及其頂?shù)装宸植嫉年P(guān)系模式圖。從圖中可以看出，在此高精度層序地層格架中存在2種性質(zhì)不同的界面，分別是水退界面和水進界面。水退界面包括三級層序界面（SB）和四級層序內(nèi)部的轉(zhuǎn)換面；水進界面包括最大水進界面（mfs）和次一級水進界面（fs）。

圖7 三級層序內(nèi)的關(guān)鍵界面類型及其與儲集層、頂?shù)装宓年P(guān)系Fig.7 Key interfacetypesin third-order sequencesand their relationship with reservoirs，top and bottom caps

三級層序界面是由于相對海平面下降驅(qū)動形成的，隨著相對海平面的下降，三角洲不斷往盆地推進。鉆井揭示在三級層序界面附近相對富砂，即三級層序界面控制砂體的分布。這種類型砂體是巖性圈閉重要的儲集對象。

四級層序內(nèi)部轉(zhuǎn)換界面形成于一次水退到一次水進的轉(zhuǎn)換。通常隨著水退過程的發(fā)生，三角洲往盆地方向推進，在轉(zhuǎn)換界面附近達到進積作用的高峰。隨著水進的開始，三角洲往陸地方向退縮，在一個水進界面（mfs或者fs）附近退積作用達到極限。因此，在四級層序內(nèi)部轉(zhuǎn)換界面附近也是相對富砂，即四級層序內(nèi)部轉(zhuǎn)換界面控制砂體的分布。

最大水進界面是由于相對海平面上升驅(qū)動形成的，是三級層序內(nèi)規(guī)模最大的一個水進界面，在地震上容易追蹤對比。隨著相對海平面的上升，三角洲不斷往陸地方向退縮，在最大水進界面附近達到高峰，因為最大水進界面附近相對富泥，能作為一個區(qū)域性的蓋層控制油氣的分布，即最大水進界面控制頂板或底板的分布。

次一級水進界面發(fā)生在三級層序內(nèi)，其形成與次一級海平面上升或與三角洲朵葉體的退積作用有關(guān)，在此界面附近相對富泥。其在地震上較易識別追蹤，與其伴生的泥巖在一定范圍內(nèi)可以作為蓋層控制油氣的分布；能成為巖性圈閉的頂板或底板，即次一級水進界面也控制頂板或底板的分布。

三級層序內(nèi)部存在不同的界面組合類型，這些組合類型會分別形成獨立的頂板-上傾尖滅的儲集層-底板的“三明治”式組合體。巖性油氣藏往往分布在這些組合體中，即受不同類型界面控制的頂板-上傾尖滅的儲集層-底板的“三明治”式組合體控制油氣藏的縱向分布。研究表明，研究區(qū)存在2種類型組合體，分別是“最大水進界面控制的頂板-三級層序界面控制的上傾尖滅儲集層-次一級水進界面控制的底板”組合體（三級層序界面SB18附近的K22砂體為代表）［圖8（a）］和“最大水進界面控制的頂板-四級層序內(nèi)部轉(zhuǎn)換界面控制的上傾尖滅儲集層-次一級水進界面控制的底板”組合體（mfs_18.5附近的 L15-L10 low 砂體為代表）［圖 8（b）］。通過對已知油藏的對比與分析表明，三級層序界面控制的儲集層比四級層序內(nèi)部轉(zhuǎn)換面控制的儲集層厚度大、物性好，形成的巖性油氣藏規(guī)模大。

圖8 “最大水進界面控制的頂板-三級層序界面（a）和頂板-四級層序內(nèi)部轉(zhuǎn)換界面（b）控制的上傾尖滅儲集層-次一級水進界面控制的底板”組合體控藏（剖面位置見圖1）Fig.8 Reservoir combinations：up-dip pinch-out reservoir-sub-level water flooding surface-controlled floor controlled by maximum water flooding surface-controlled roof-third-order sequence boundary（a）and maximum water flooding surface-controlled roof-fourth-order sequence internal transition surface（b）

研究表明，四級層序內(nèi)部轉(zhuǎn)換面上下三角洲沉積體的分布范圍與疊加樣式不同，其決定了巖性上傾尖滅帶的分布范圍與儲層物性的優(yōu)劣。轉(zhuǎn)換面之下，砂體呈進積疊加樣式，與上傾構(gòu)造背景配置形成的巖性圈閉分布范圍大，自下而上砂體物性逐漸變好；轉(zhuǎn)換面之上砂體呈退積疊加樣式，巖性圈閉分布范圍相對較小，砂體物性逐漸變差。因此，高頻層序的劃分對巖性圈閉精細預測有重要意義。

4 結(jié)論

（1）利用三級層序內(nèi)的水進界面將三級層序SQ2劃分為4個地震尺度的四級層序，為后續(xù)精細的沉積體系與砂體平面分布預測提供一個合理的地層單元。通過對內(nèi)部構(gòu)成的分析，在一個三級層序內(nèi)識別了水進體系域四級層序構(gòu)成樣式和高位體系域四級層序構(gòu)成樣式2種類型。水進體系域中，四級層序具有完整的水退-水進結(jié)構(gòu)，而高位體系域往往由一個水退半旋回組成。

（2）在一個三級層序內(nèi)識別了2種性質(zhì)不同的界面，分別是水退界面和水進界面。按照級別來講，水退界面可以劃分為三級層序界面（SB）和四級層序內(nèi)部的轉(zhuǎn)換面；水進界面可以劃分為最大水進界面（mfs）和次一級水進界面（fs）。其中，三級層序界面和四級層序內(nèi)部的轉(zhuǎn)換面均控制砂體的分布，即水退界面控砂，而最大水進界面和次一級水進界面均控制頂?shù)装宓姆植?，即水進界面控頂?shù)装濉?/p>

（3）珠江盆地惠州凹陷珠江組存在2種“頂板-儲集層-底板”組合體類型，分別是“最大水進界面控制的頂板-三級層序界面控制的上傾尖滅儲集層-次一級水進界面控制的底板”組合體和“最大水進界面控制的頂板-四級層序內(nèi)部轉(zhuǎn)換界面控制的上傾尖滅儲集層-次一級水進界面控制的底板”組合體，這2種類型的“頂板-儲集層-底板”組合體控制著惠州地區(qū)珠江組砂體上傾尖滅油氣藏的分布。