基于地震沉積學(xué)精細(xì)分析饒陽凹陷西部沉積特征

楊瑩瑩 (中石油華北油田分公司第一采油廠，河北 任丘 062552)

程相振 (中石油華北油田分公司科技信息處，河北 任丘 062552)

崔剛，高蒙蒙，劉蓓蓓 (中石油華北油田分公司第一采油廠，河北 任丘 062552)

饒陽凹陷為渤海灣盆地大型富油氣斜坡之一[1～3]，經(jīng)多年勘探取得了一系列的成果[4～9]。前人研究主要集中在地震資料處理以及巖性油氣藏勘探上，對沉積相的研究多為宏觀的區(qū)域性認(rèn)識，制約了饒陽凹陷西部斜坡帶滾動勘探的進程。西部斜坡帶為寬緩斜坡，構(gòu)造上閉合高度低，難以形成較大規(guī)模的油氣富集區(qū)，主要出油層位沙河街組二段(以下簡稱沙二段)以河流或三角洲沉積為主，砂體規(guī)模變化大，縱、橫向連續(xù)性及連通性不穩(wěn)定，砂泥關(guān)系復(fù)雜，儲集砂體相變快，難以預(yù)測。研究區(qū)從1991年開始上交儲量，至2002年基本達(dá)到高峰，近17年來上交探明儲量未獲得大的突破。

筆者應(yīng)用層序地層學(xué)、地震地層學(xué)和地震沉積學(xué)的地層切片技術(shù)，對饒陽凹陷西部蠡縣斜坡中南段展開研究，對沙二段和沙河街組一段(以下簡稱沙一段)的地層層序進行高精度井震分析和沉積相分析，追蹤沉積相的橫向變化、空間展布及演化規(guī)律，尋找油氣勘探的有利目標(biāo)帶。

1 區(qū)域概況

蠡縣斜坡位于冀中坳陷饒陽凹陷西部，斜坡東西寬約20～30km，南北長約80km，面積約2000km2[10]。斜坡為高陽古隆起上發(fā)育的古近系繼承性沉積斜坡，地層產(chǎn)狀寬緩，原始坡降極小，一般約1～3m/km[11]，現(xiàn)今呈西抬東傾、北東走向的結(jié)構(gòu)特征，該次重點研究范圍在蠡縣斜坡中部，面積約450km2(見圖1)。古近系是饒陽凹陷發(fā)育和形成的主要時期，在基底古隆起上發(fā)育以斷陷為主的構(gòu)造活動，古近系自東而西超覆減薄或尖滅，從而形成了NNE走向、東斷西超的箕狀斷陷構(gòu)造格局[12～15]。燕山運動末期的引張力造成了蠡縣斜坡南部高陽斷層和大百尺等張性斷層的形成，切割了古生界的基底，同時盆緣斷層的活動，造成了斜坡南部微弱的翹傾。由于沙河街組三段(以下簡稱沙三段)沉積中、后期處于斷陷期末，構(gòu)造運動減弱，使得基底的古斷層在沙三段沉積后期停止活動，但古地形仍對后期沙二段的沉積產(chǎn)生一定的影響；沙二段沉積時期，繼承沙三段后期斷陷期古地形，湖盆抬升，沉積環(huán)境由初期的辮狀河三角洲過渡為三角洲前緣；沙一段沉積初期，湖盆繼續(xù)擴張，受快速水進影響，沉積環(huán)境由淺水三角洲轉(zhuǎn)變?yōu)樗w較深的濱淺湖灘壩，至沙一段沉積末期，湖盆進入回返消亡早期，水位下降，發(fā)育辮狀河三角洲沉積。

2 高頻層序格架的建立及地震處理

2.1 高頻層序地層格架劃分方案

根據(jù)饒陽凹陷蠡縣斜坡斷陷湖盆的特點[16～18]，研究區(qū)以P.R.Vail的經(jīng)典層序地層學(xué)理論為指導(dǎo)搭建沙河街組湖相沉積層序地層格架，將蠡縣斜坡沙一段至沙三段劃分為6個三級層序(見圖2(a))，分別對應(yīng)沙一上、下亞段，沙二段，沙三上、中、下亞段。重點層位沙一段和沙二上亞段劃分出4個三級層序。沙一上亞段發(fā)育三級層序湖退體系域，以進積式-加積式準(zhǔn)層序組為主，發(fā)育3個中期半旋回。沙一下亞段發(fā)育三級層序湖進體系域，整體以退積式準(zhǔn)層序組為主。其中，沙一下亞段特殊巖性段發(fā)育2個中期半旋回。沙二上亞段尾砂巖段早期為進積式準(zhǔn)層序組，后期為加積式-退積式準(zhǔn)層序組，發(fā)育一個中期半旋回。

2.2 地震處理

標(biāo)準(zhǔn)地震資料處理通常提供零相位地震資料，其解釋優(yōu)點包括子波對稱性，中心波瓣(最大振幅)對應(yīng)反射界面以及更高的分辨率。但是，上述優(yōu)點只有當(dāng)?shù)卣鸱瓷鋪碜詥我环瓷浣缑?如海底，重要不整合面，厚層塊狀砂巖的頂面等)時才成立。

圖2 蠡縣斜坡過高26井常規(guī)0°相位地震剖面與90°相位旋轉(zhuǎn)地震剖面

3 典型地層切片解釋

沉積體大多具有寬度大于厚度的特點，故其地震反射橫向分辨率大于縱向分辨率，為了更好地揭示研究區(qū)的沉積微相類型及砂體展布形態(tài)，該次研究通過地震沉積學(xué)的方法，結(jié)合29口井鉆井、測井資料及三維地震數(shù)據(jù)在主要含油層位開展了地震沉積學(xué)研究。最終，選取了4張形態(tài)較好，具有一定代表性地層的切片進行了更加精細(xì)的解釋，自下而上分別為沙二上亞段尾砂巖seismic slice 91(以下簡稱ss91)、seismic slice 1(以下簡稱ss1)，沙一下亞段特殊巖性段seismic slice 189(以下簡稱ss189)、seismic slice 6(以下簡稱ss6)。

3.1 尾砂巖段地震屬性及對應(yīng)沉積相

沙二上亞段尾砂巖段為典型的淺水三角洲沉積體系，由29口井巖性標(biāo)定可知，均方根振幅切片顯示紅、黃色振幅為富砂反射，藍(lán)色振幅為富泥反射(見圖3(a))，在ss91切片上，見到較大范圍的黃綠色振幅反射特征，反映沉積相對較薄層的砂體。通過對切片細(xì)節(jié)的仔細(xì)識別，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)西北部三角洲前緣部位發(fā)育順物源方向間隔變化的振幅特征(見圖3(a))，比對垂直西北物源方向連井剖面巖性特征，觀察G29井、G104井、G23井及XL5井等單井巖性剖面，可見細(xì)砂巖、粉砂巖段與薄層深灰、灰色泥巖交互出現(xiàn)，能夠較好地對應(yīng)于三角洲前緣水下分流河道與支流間灣分布組合特征。由此表明，北部發(fā)育北西-南東向物源體系，物源推進到XL5井附近；西部物源從正西方向一直推進到G23井附近；西南部至南部地區(qū)發(fā)育一系列西南向物源，向盆地中心推進，一直推進到G22井-XL7井-XL6井一線附近，3個物源在XL5井-G23井-G22井-XL6井一帶形成湖灣，在湖灣附近發(fā)育灘壩，最終根據(jù)上述特征刻畫出了ss91切片的沉積綜合解釋圖(見圖3(b))。

圖3 饒陽凹陷蠡縣斜坡沙二上亞段尾砂巖段ss91切片及其沉積綜合解釋

在尾砂巖段ss1切片上可見研究區(qū)自南向東方向，呈現(xiàn)規(guī)律性的強振幅，中強振幅，弱振幅的變化，自西向東建立井格架剖面可知，G28井、G29井、G104井在地層切片的位置均發(fā)育富砂沉積，G23井轉(zhuǎn)變?yōu)楸由皫r，XL2井和XL5井切片的對應(yīng)井深為泥巖沉積。振幅與巖性存在較好的對應(yīng)關(guān)系，可用于觀察地層切片上各井點的含砂情況。切片上三角洲不同相帶的振幅分界明顯，大致方向自西向東(見圖4(a))，反映三角洲向東北湖區(qū)推進的特征，研究區(qū)西北部發(fā)育北西-南東相物源體系，物源推進到高43井附近；西南部發(fā)育一系列西向-北東向物源，一直推進到G23井-XL6井一帶，2個物源在G43井與XL6井附近形成小幅度的湖灣，受沿岸流改造，在湖灣附近形成B6井、XL3井、XL101井、XL102井一線的灘壩。綜合上述地層切片細(xì)節(jié)特征，最終得出尾砂巖段ss1切片沉積綜合解釋圖(見圖4(b))，其沉積相解釋與尾砂巖ss91沉積相圖中亞相邊界及三角洲形態(tài)類似，物源方向具有繼承性，但其細(xì)節(jié)刻畫(支流間灣沉積微相)更為清晰，能更好地提供單期三角洲砂體連續(xù)性及其展布特征等信息。

3.2 特殊巖性段地震屬性及對應(yīng)沉積相

沙一下亞段特殊巖性段為典型的湖相灘壩沉積體系，在ss189切片上可見與尾砂巖段ss1切片相近的振幅反射特征(見圖5(a))，主要砂體分布范圍大致相同，但其內(nèi)部富砂反射特征卻相差較大，切片明顯強振幅屬性延伸方向為北北西-南東東向，與尾砂巖段強振幅屬性優(yōu)勢方向不同。尾砂巖段ss1切片富砂強振幅多為順三角洲物源方向延伸，而特殊巖性段ss189切片富砂振幅延伸方向多為平行于湖岸線方向，說明隨著尾砂巖至特殊巖性段沉積過程中經(jīng)歷快速的湖泛作用，三角洲短時期供源較弱，在湖浪作用下灘壩沿著湖岸線方向展布。平行于湖岸方向井剖面顯示，該切片井標(biāo)定顯示強振幅屬性多為薄層砂巖、少量井為薄層鮞粒灰?guī)r，上下均為較純的泥巖沉積，該層段單井相解釋均為湖相灘壩沉積。研究區(qū)西北部發(fā)育北西-南東向次物源，西部發(fā)育西南方向主物源，綜合上述地層切片細(xì)節(jié)特征，最終得出特殊巖性段ss189切片沉積綜合解釋圖(見圖5(b))。

圖4 饒陽凹陷蠡縣斜坡沙二上亞段尾砂巖段ss1切片及其沉積綜合解釋

圖5 饒陽凹陷蠡縣斜坡沙一下亞段特殊巖性段ss189切片及其沉積綜合解釋

特殊巖性段ss6切片，該層發(fā)育碎屑巖也發(fā)育碳酸鹽巖沉積，具有較獨特的振幅反射特征(見圖6(a))。特殊巖性段頂界面下第1套反演儲層大致與切片對應(yīng)深度相同。通過G28井、G29-9井和XL101井的反演特征可知，該切片對應(yīng)的反演儲層在順物源方向上呈現(xiàn)出厚薄的不規(guī)律變化，相對較厚的地層可達(dá)約15m，相對較薄的約2～3m，甚至有的部位反演顯示無有效儲層，該特征揭露了湖相灘壩沉積的特征。順物源方向井剖面切過多條沿湖岸線展布的灘壩，可見壩主體部位儲層相對較厚，壩側(cè)緣及灘砂、壩間沉積部位儲層厚度較薄甚至不發(fā)育。綜合上述地層切片特征，最終得出特殊巖性段ss6切片沉積綜合解釋圖(見圖6(b))，刻畫了湖平面范圍最廣時期饒陽凹陷蠡縣斜坡湖相灘壩的展布特征，在地形相對較平緩、水深相對較淺的臺坡上，發(fā)育多組灘壩沉積，該展布特征能夠為特殊巖性段的勘探及儲層分布規(guī)律提供認(rèn)識。

圖6 饒陽凹陷蠡縣斜坡沙一下亞段特殊巖性段ss6切片及其沉積綜合解釋

4 沉積相演化及模式

蠡縣斜坡中南段尾砂巖段主體以淺水三角洲沉積為特征，每一套砂組沉積亞相分布范圍有所不同。由上述沉積相平面特征可知，尾砂巖沉積初期至中期，淺水三角洲整體靠近湖盆，G28井沉積序列自下而上可以劃分出三角洲平原、三角洲內(nèi)前緣、三角洲外前緣和濱淺湖沉積亞相，反映三角洲逐漸向湖盆中央推進的過程。自下至上，研究區(qū)西南部物源供給一直增強，三角洲向湖盆推進距離和分布范圍一直增大；北部物源三角洲供源強度逐漸減小，沉積范圍漸小；三角洲外前緣砂體受到湖浪改造，形成薄層的席狀沙。砂質(zhì)灘壩沉積主要平行于三角洲外前緣，此時湖浪能量較強，湖岸線呈現(xiàn)凹凸?fàn)?；之后湖浪能量減弱，三角洲物源供給增強，在三角洲外前緣由于滑塌作用形成少量重力流沉積體，其延伸方向為三角洲推進方向。至尾砂巖末期時，三角洲沉積范圍較小，三角洲平原亞相消失，西南部物源為主要物源，北部物源較弱，湖盆沉積中心由研究區(qū)東南部向北部遷移，三角洲前緣重力流砂體較為發(fā)育。整體上，尾砂巖段由下至上發(fā)育湖泛沉積，三角洲向岸線方向逐漸退縮。

饒陽凹陷蠡縣斜坡中部沙二上亞段尾砂巖段沉積時期，發(fā)育“西南為主，北部為輔”的2個物源體系，其中西南部物源體系發(fā)育2個淺水三角洲，北向物源體系發(fā)育一個淺水三角洲；受控于古地形坡度，南部地形寬緩，三角洲具有寬廣的內(nèi)前緣，狹窄的外前緣，前三角洲發(fā)育濁積扇；北部地形窄陡，三角洲沉積范圍較小，具有狹窄的內(nèi)、外前緣，前三角洲具有土豆?fàn)钌百|(zhì)碎屑流(見圖7)。

圖7 饒陽凹陷蠡縣斜坡沙二上亞段尾砂巖段沉積模式

特殊巖性段沉積時期以濱淺湖和半深湖相沉積的湖相灘壩為整體特征，以G28井為例，其在特殊巖性段初期砂組主體以濱淺湖碎屑巖灘壩沉積為主，之后三角洲重新進入工區(qū)，發(fā)育自下而上湖退體系域沉積；至特殊巖性段沉積末期時，湖平面迅速擴張，三角洲退出研究區(qū)，并在高陽、大百尺斷層一線發(fā)育碳酸鹽巖和碎屑巖混積灘壩，表現(xiàn)為湖進體系域的特征。特殊巖性段沉積初期，蠡縣斜坡整體以砂質(zhì)灘壩為沉積特征，其延伸方向主要平行于湖岸線分布。特殊巖性段沉積中期時，以三角洲內(nèi)前緣和外前緣沉積為主，發(fā)育少量砂質(zhì)灘壩。至末期沉積時，砂質(zhì)灘壩和碳酸鹽巖灘壩混合沉積。整體上，自下而上，特殊巖性段初期為湖退沉積過程，三角洲逐漸向湖盆推進，末期為湖泛沉積過程，三角洲退出研究區(qū)。

饒陽凹陷蠡縣斜坡中部沙一下亞段特殊巖性段沉積模式可總結(jié)為：湖泛達(dá)到最大，主體發(fā)育砂質(zhì)灘壩以及碳酸鹽巖灘壩；灘壩走向平行于湖岸線，自湖岸線向湖中心，依次發(fā)育砂質(zhì)灘壩-鮞粒、生物碎屑灘壩-泥灰坪沉積(見圖8)。

圖8 饒陽凹陷蠡縣斜坡沙一下亞段特殊巖性段沉積模式

5 結(jié)論

1)在高頻層序格架建立的基礎(chǔ)上，統(tǒng)計了饒陽凹陷蠡縣斜坡中部沙一段及沙二段巖性組合與地震屬性的匹配情況，結(jié)果表明振幅的強弱與巖性具有良好的對應(yīng)關(guān)系，可用于觀察地層切片上各井點的含砂情況。一般而言，砂巖厚度與振幅(采樣點或均方根)呈正比關(guān)系：強振幅含砂量高，含泥量低，反之弱振幅含砂量低，含泥量高，通過正演模擬得到了更加真實的砂體平面分布模式圖。

2)蠡縣斜坡中部沙二段尾砂巖段發(fā)育淺水三角洲沉積，以三角洲內(nèi)前緣-外前緣水下分流河道砂體為主力儲層，自下而上砂組組成湖退體系域，發(fā)育湖泛沉積，三角洲向湖岸線方向逐漸退縮；沙一段特殊巖性段以壩砂和灘砂為主力儲層，自下至上砂組組成湖退體系域和湖進體系域，初期為湖退沉積過程，三角洲逐漸向湖盆推進，末期為湖泛沉積過程，三角洲退出研究區(qū)。