斷陷盆地斜坡帶三角洲前積型層序精細(xì)對(duì)比方法*
——以渤海SZ油田東營(yíng)組二段下亞段為例

李泉泉 馬世忠 胡光義 梁 旭 張雨晴 張斌弛 邵世國(guó) 王克東

（1.東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 黑龍江大慶 163318； 2.中國(guó)石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院 北京 102249；3.中海油研究總院有限責(zé)任公司 北京 100028； 4.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所 山東青島 266555）

自1995年高分辨率層序地層學(xué)理論引入中國(guó)以來［1］，國(guó)內(nèi)眾多石油地質(zhì)工作者將其應(yīng)用到河流相［2-7］、三角洲相［8-12］、湖相［13-14］等沉積相帶的層序地層分析與應(yīng)用中。三角洲前緣亞相的層序研究工作一直是較難的一種，甚至產(chǎn)生了不同的對(duì)比模式：平對(duì)模式認(rèn)為在現(xiàn)代泛濫平原以及河流—三角洲沉積盆地中，地表起伏舒緩，小范圍內(nèi)各類砂體沉積厚度不會(huì)存在急劇變化，有變化也是輕微且漸變的，因此認(rèn)為應(yīng)以近等厚平對(duì)模式為主；斜對(duì)模式則認(rèn)為三角洲前緣多位于水下斜坡區(qū)域，三角洲的不斷前積會(huì)形成呈疊瓦狀的前積體，因此認(rèn)為應(yīng)以一定前積角度的斜對(duì)模式為主［15］。那么究竟哪種對(duì)比模式更適合三角洲前緣層序的研究工作，在對(duì)渤海SZ油田古近系東營(yíng)組二段地層進(jìn)行層序研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，順物源方向地震及測(cè)井剖面不同位置出現(xiàn)了不同的地層增厚現(xiàn)象，且明顯有分帶的特征，在垂直物源方向這種地層增厚現(xiàn)象又是不均勻分布的。研究區(qū)位于斷陷盆地斜坡變化帶的特殊位置，沉積相類型主要為辮狀河三角洲前緣亞相，為弄清分帶地層增厚現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，將地震與測(cè)井資料相結(jié)合，對(duì)其相關(guān)特征進(jìn)行綜合分析，識(shí)別了三角洲前緣前積型層序。通過分頻解釋與正演模擬等技術(shù)手段，確定了研究區(qū)目的層發(fā)育的前積層序內(nèi)部結(jié)構(gòu)類型，并根據(jù)地震反射同相軸“分叉”的特征，將研究區(qū)目的層平面上劃分為不同區(qū)域，精確計(jì)算各區(qū)域地層的前積角度，較好地解決了斷陷盆地斜坡變化帶三角洲前積型高分辨率層序精細(xì)對(duì)比問題。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

渤海SZ油田位于渤海灣盆地遼東灣斷陷遼西低凸起中段（圖1），構(gòu)造上是一個(gè)在前新生界古潛山基礎(chǔ)上發(fā)育的北東走向的斷裂背斜構(gòu)造，油氣藏類型為古潛山型背斜油氣藏，西側(cè)以遼西邊界大斷層為界與遼西凹陷相鄰，東側(cè)以斜坡形式向遼中凹陷過渡。油田自下而上鉆遇古近系東營(yíng)組（Ed）、新近系館陶組（Ng）與明化鎮(zhèn)組（Nm）、第四紀(jì)平原組（Qp）地層，東營(yíng)組共劃分為3段，其中東營(yíng)組二段又劃分為零、I、II、III等4個(gè)油層組，東營(yíng)組二段I、II油層組為本文研究目的層位。油田目的層位發(fā)育大型河流三角洲沉積，屬大型河流三角洲沉積復(fù)合體，主要發(fā)育西北物源方向的辮狀河三角洲前緣亞相［16-19］，沉積微相類型以水下分流河道、河口壩、分流河道間與席狀砂為主，易形成薄互層結(jié)構(gòu)式油藏，目前注采井間距為200～400 m，屬較大開發(fā)井距油田。

圖1 遼東灣地區(qū)構(gòu)造圖及研究區(qū)位置圖（據(jù)文獻(xiàn)［20］修改）Fig.1 Tectonic map of Liaodong bay area and the location map of the study area（modified by reference［20］）

2 前積層序識(shí)別與內(nèi)部結(jié)構(gòu)確定

2.1 井震結(jié)合前積層序識(shí)別

受沉積物供給量（S）、可容納空間（A）、古地貌等多種因素影響，三角洲前緣地層疊置樣式具有多樣性。圖2為研究區(qū)內(nèi)順物源方向地震反射剖面，可以看出地震同相軸有“增厚”及“分叉”現(xiàn)象，上超點(diǎn)沿上分叉軸順物源方向下移，排除了由于湖侵造成上超的可能性。圖2b、c中黑色虛線為館陶組與東營(yíng)組間不整合界面，為全區(qū)發(fā)育的等時(shí)界面，從圖中可以看出，SSC4短期旋回與SSC1短期旋回明顯增厚區(qū)域即“分叉單相位”，“分叉復(fù)相位”區(qū)域主要位于古潛山的斜坡區(qū)，而古潛山頂部目的層厚度變化不大。圖3為與圖2a相對(duì)應(yīng)的順物源測(cè)井剖面，可以看出，目的層上部為近百米高伽馬值泥巖段，泥巖段下部有3處洪泛沉積，可作為準(zhǔn)確厘定SSC1頂部的標(biāo)志層；將泥巖段底作為標(biāo)準(zhǔn)層，并以此為等時(shí)界面作層拉平，順物源方向SSC4與SSC1具有明顯的增厚現(xiàn)象，且順物源方向出現(xiàn)多期次的薄砂體，而其他短期基準(zhǔn)面旋回厚度相近，地震剖面SSC4與SSC1中上超點(diǎn)位置與測(cè)井剖面中開始出現(xiàn)薄砂體位置相近，地震與測(cè)井剖面特征顯示一致，說明地層增厚主要由SSC4及SSC1前積地層造成。在三角洲前緣沉積背景下，通過對(duì)地震與測(cè)井資料的綜合分析，認(rèn)為研究區(qū)目的層發(fā)育三角洲前緣前積型層序。在確定前積層序的基礎(chǔ)上，通過分頻解釋與正演模擬等技術(shù)手段分析前積層序內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)。

2.2 分頻解釋及正演模擬確定前積層內(nèi)部結(jié)構(gòu)

前積層可發(fā)育含頂積層型、無頂積層型、斜交型等3種不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)（圖4）。當(dāng)斜坡坡度角較小，可容納空間（A）與沉積物供給量（S）比值為1左右時(shí)，前積層多為含頂積層型內(nèi)部結(jié)構(gòu)（圖4a）；在一定坡度范圍內(nèi)，沉積物供給量與可容納空間比值略大于1時(shí)，前積層多為無頂積層型內(nèi)部結(jié)構(gòu)（圖4b）；當(dāng)?shù)貙悠露冉禽^大，可容納空間較大，沉積物供給較充足時(shí)，前積層內(nèi)部結(jié)構(gòu)可發(fā)育為斜交型（圖4c）。不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)、剩余油分布等有一定影響，因此本文在通過順物源地震與測(cè)井剖面特征識(shí)別，確定前積型層序后，進(jìn)一步分析前積層內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

基于地震沉積學(xué)理論，對(duì)于高頻地震資料，其地震反射同相軸更傾向于時(shí)間意義，而對(duì)于低頻資料，其地震反射同相軸更傾向于巖性意義而不是時(shí)間意義［21-24］。研究區(qū)地震資料主頻在35～40 Hz范圍內(nèi)，對(duì)于厚度較薄的頂積層無法識(shí)別，因此通過分頻解釋分析前積層內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖5為40～70 Hz順物源方向分頻解釋結(jié)果，對(duì)應(yīng)地震剖面1，地震反射軸間為近平行形態(tài)，即研究區(qū)目的層前積層內(nèi)部結(jié)構(gòu)不屬于高角度斜交型（圖4c）。從圖5a、b可以看出，位于E25井附近SSC4地震反射同相軸出現(xiàn)了分叉的特征，并以此識(shí)別上超點(diǎn)與分叉單相位軸起始點(diǎn)，二者之間為復(fù)相位軸區(qū)域，并且50 Hz分頻解釋地震剖面中復(fù)相位軸區(qū)域范圍較40 Hz的更廣；從圖3可以看出，E24井SSC4上部的2期薄層砂體變?yōu)镋26井SSC4上部3～4個(gè)較厚的砂體，與地震資料顯示特征一致。圖5c、d中SSC4識(shí)別出2處地震反射同相軸的分叉特征，分別位于E24井、E27井兩側(cè)，相比于40、50 Hz分頻解釋結(jié)果，60、70 Hz分頻解釋結(jié)果中SSC4出現(xiàn)上超點(diǎn)的位置向北西向移至E24井附近，須通過測(cè)井與地震資料結(jié)合，才能更好地確定上超點(diǎn)的位置。從圖5各圖可以看出，由西北至東南順物源方向地震同相軸個(gè)數(shù)增加，更符合無頂積層型內(nèi)部結(jié)構(gòu)（圖4b），而非由西北至東南順物源方向逐層增厚的含頂積層型內(nèi)部結(jié)構(gòu)（圖4a）。地震反射同相軸復(fù)相位軸區(qū)域、“分叉單相位軸”區(qū)域、“分叉復(fù)相位軸”區(qū)域與無頂積層型內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)示意圖的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖4b所示。

圖2 研究區(qū)順物源方向地震反射剖面（剖面位置見圖1）Fig.2 Seismic reflection profiles along source direction in the study area（see Fig.1 for location）

圖4 前積層內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Progradational bed internal structures

圖5 研究區(qū)順物源方向分頻解釋結(jié)果（剖面位置見圖1）Fig.5 Frequency division interpretation results along source direction in the study area（see Fig.1 for location）

為進(jìn)一步驗(yàn)證研究區(qū)前積層內(nèi)部結(jié)構(gòu)，依據(jù)地震剖面與井間對(duì)比剖面，設(shè)計(jì)了不發(fā)育頂積層的地質(zhì)模型（圖6a）。根據(jù)實(shí)際地震資料主頻，給出雷克子波的頻率為38 Hz，并根據(jù)研究區(qū)井位目的層段聲波時(shí)差與密度，給定了用于地震正演模擬所需的波速與密度，得出正演模擬模型（圖6b），圖中可見地震同相軸存在“增厚”與“分叉”現(xiàn)象，與實(shí)際工區(qū)地震剖面特征基本一致。

通過分頻解釋技術(shù)與正演模擬綜合分析，認(rèn)為研究區(qū)前積層內(nèi)部結(jié)構(gòu)類型為無頂積層內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

圖6 不發(fā)育頂積層的地質(zhì)模型及其正演模擬Fig.6 Geological model without top layers and itsforward modeling

3 高計(jì)分算辨率層序地層劃分與前積角度

在完成前積層序識(shí)別與確定內(nèi)部結(jié)構(gòu)之后，需要結(jié)合測(cè)井與地震資料，完成前積層前積角度的計(jì)算，從而指導(dǎo)層序地層的劃分與對(duì)比，完成高分辨率等時(shí)地層格架的建立。

3.1 標(biāo)準(zhǔn)層選取

不同級(jí)次的地層劃分與不同規(guī)模標(biāo)志層的識(shí)別及其成因研究是地層層序劃分和建立等時(shí)地層格架的依據(jù)［25-26］。研究區(qū)目的層主要為辮狀河三角洲前緣亞相沉積類型，目的層之上館陶組與東營(yíng)組間發(fā)育一套大規(guī)模的不整合面，可作為研究區(qū)地層等時(shí)性劃分的一級(jí)標(biāo)志層，目的層之上發(fā)育大套百米左右的泥巖段，具高伽馬、低電阻率值特征（圖3），泥巖段底部與目的層頂部之間為一巖性突變面，地震剖面（圖2b、c）中表現(xiàn)為強(qiáng)反射軸特征，可作為一級(jí)標(biāo)志層。泥巖段下部發(fā)育3套較為連續(xù)的洪泛沉積，可作為次級(jí)標(biāo)志層，連井剖面中顯示為低幅的伽馬尖特征，地震反射剖面中顯示為3個(gè)中強(qiáng)地震反射軸，次級(jí)標(biāo)志層的識(shí)別能夠更有效地確定目的層頂部位置。但目的層內(nèi)部缺少大規(guī)模發(fā)育且穩(wěn)定的標(biāo)志層，對(duì)于不同級(jí)次層序地層的劃分有一定的難度，特別是本區(qū)域多發(fā)育復(fù)合疊置砂體［27］，達(dá)到單砂體及前積層［28］等時(shí)對(duì)比更為困難。通過對(duì)巖心、測(cè)井、地震資料的研究，目的層內(nèi)部發(fā)育一些可用于高分辨率地層劃分的小范圍等時(shí)界面，如水下分流河道頂部與水下天然堤和席狀砂的組合等，可用于指導(dǎo)高分辨率層序地層的劃分。

3.2 高分辨率層序地層劃分

依據(jù)以上各級(jí)標(biāo)志層層序地層學(xué)的意義，以及不同級(jí)次基準(zhǔn)面升降引起不同級(jí)別沉積的旋回性，根據(jù)高分辨率層序地層學(xué)原理、概念和分析方法確定各級(jí)次劃分方案［29］，將渤海SZ油田東營(yíng)組二段下部I、Ⅱ油層組劃分為2個(gè)中期旋回（自下而上為MSC2、MSC1），14個(gè)短期旋回（自下而上為SSC14～SSC1），26個(gè)超短期旋回（自下而上為SSSC26～SSSC1）（圖7）。中期、短期旋回劃分層序與前人研究的油層組、小層劃分情況相近，使得劃分結(jié)果能夠更好地服務(wù)于生產(chǎn)實(shí)踐，而超短期旋回達(dá)到了單砂體及前積層級(jí)別，更精細(xì)的劃分能夠更好地應(yīng)用于沉積模式、砂體間疊置模式等方面的研究。

3.3 分區(qū)域前積角度計(jì)算

為確定前積層不同發(fā)育位置的前積角度，依據(jù)地震同相軸單相位軸、復(fù)相位軸與“分叉相位軸”的位置分布，采用分區(qū)域計(jì)算前積角度的方法。順物源方向拉取地震剖面，對(duì)各地震剖面單相位軸末端、復(fù)相位軸末端與“分叉單相位軸”末端的位置實(shí)現(xiàn)了精細(xì)刻畫。以SSC1為例，進(jìn)行前積角度計(jì)算的說明（圖8）。SSC1與SSC4所對(duì)應(yīng)的地震反射軸具有明顯的“分叉”現(xiàn)象，研究區(qū)范圍內(nèi)SSC1所對(duì)應(yīng)的地震同相軸出現(xiàn)1次“分叉”現(xiàn)象（圖5）；對(duì)SSC1所對(duì)應(yīng)的地震同相軸復(fù)相位起始位置與“分叉同相軸”起始位置進(jìn)行標(biāo)記，從而將研究區(qū)范圍內(nèi)SSC1所對(duì)應(yīng)的地震反射軸分為3個(gè)區(qū)域，即單相位軸區(qū)域、復(fù)相位軸區(qū)域、“分叉單相位軸”區(qū)域。與SSC1所對(duì)應(yīng)的地震同相軸相比，SSC4所對(duì)應(yīng)的地震同相軸出現(xiàn)多次“分叉”現(xiàn)象，對(duì)研究區(qū)范圍內(nèi)SSC4所對(duì)應(yīng)的地震同相軸中復(fù)相位起始位置與“分叉同相軸”起始位置及次一級(jí)復(fù)相位軸起始位置進(jìn)行了標(biāo)記，從而將SSC4所對(duì)應(yīng)的地震同相軸分為4個(gè)區(qū)域，即單相位軸區(qū)域、復(fù)相位軸區(qū)域、“分叉單相位軸”區(qū)域、“分叉復(fù)相位軸”區(qū)域。

圖7 渤海SZ油田東營(yíng)組二段高分辨率層序地層劃分結(jié)果Fig.7 High resolution sequence stratigraphic division of the second Member of the Palaeogene Dongying Formation of the SZ oilfield

在目的層頂部標(biāo)志層拉齊（圖3）的情況下，通過地震剖面與井間剖面相結(jié)合，依據(jù)目的層內(nèi)標(biāo)志層與地層厚度確定各區(qū)域前積角度。SSC1旋回所對(duì)應(yīng)地震同相軸復(fù)相位起始位置為A井所處位置，“分叉同相軸”起始位置為B井所處位置，構(gòu)建一直角三角形，得SSC1復(fù)相位軸區(qū)域前積角度計(jì)算公式為

式（1）中：yA1、yA2分別為A井SSC1旋回頂、底深度；yB1、yB2分別為B井SSC1旋回頂、底深度；x為A井與B井間距。

式（1）所得結(jié)果即為SSC1復(fù)相位軸區(qū)域前積角度（圖8中黃色充填區(qū)域增厚角度α）。同理可求取各前積層不同區(qū)域的前積角度，從而實(shí)現(xiàn)了前積層分區(qū)域前積角度的計(jì)算。依據(jù)此方法，計(jì)算出各剖面不同區(qū)域的前積角度（表1），劃分出SSC1、SSC4所對(duì)應(yīng)的前積層分區(qū)域前積角度計(jì)算平面分布圖（圖9）。

圖8 前積角度計(jì)算示意圖Fig.8 Progradation angle calculation picture

表1 分區(qū)域前積角度計(jì)算成果Table 1 The result of sub-regional progradation angle calculation

圖9 分區(qū)域前積角度計(jì)算成果圖Fig.9 Sub-regional progradation angle calculation result map

通過對(duì)各剖面的精細(xì)計(jì)算，去除構(gòu)造及古地貌等因素造成的地層傾角，在目的層頂部標(biāo)志層拉平情況下，單相位軸區(qū)域近似等厚，SSC1復(fù)相位區(qū)域前積角度平均值為0.61°，“分叉單相位軸”區(qū)域前積角度平均值為0.82°；SSC4復(fù)相位區(qū)域前積角度平均值為0.86°，“分叉單相位軸”區(qū)域前積角度平均值為2.44°，“分叉復(fù)相位軸”區(qū)域前積角度平均值為1.81°。

4 等時(shí)地層格架的建立

在完成單井中期、短期、超短期旋回劃分的基礎(chǔ)上，以中期、短期基準(zhǔn)面旋回作為地層等時(shí)對(duì)比的框架，建立了渤海SZ油田東營(yíng)組二段下部Ⅰ、Ⅱ油層組高分辨率層序地層格架（圖3），在短期旋回地層格架的控制下，根據(jù)三角洲前積層沉積模式特點(diǎn)［30-31］以及本文研究成果，完成了超短期基準(zhǔn)面旋回的等時(shí)對(duì)比。

5 結(jié)論

1）針對(duì)斷陷盆地斜坡變化帶三角洲前緣層序識(shí)別的難點(diǎn)，綜合利用測(cè)井、地震、巖心資料，識(shí)別出研究區(qū)目的層為三角洲前緣前積型層序，并通過分頻解釋與正演模擬等技術(shù)手段，確定了前積層發(fā)育無頂積層型內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

2）在標(biāo)志層的控制下，對(duì)地震反射同相軸的不同形態(tài)特征分析，將研究區(qū)目的層劃分為單相位軸、復(fù)相位軸、分叉單相位軸與分叉復(fù)相位軸等4個(gè)區(qū)域，結(jié)合連井剖面，精細(xì)計(jì)算得到不同區(qū)域前積角度，較好地解決了斷陷盆地斜坡區(qū)地形坡度變化大所引起的地層厚度差異性變化的難點(diǎn)。

3）在識(shí)別三角洲前緣前積型層序和確定無頂積層型內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，按照不同級(jí)次基準(zhǔn)面旋回的變化，結(jié)合巖心及測(cè)井資料分析，將渤海SZ油田東營(yíng)組二段下部Ⅰ、Ⅱ油層組劃分為2個(gè)中期、14個(gè)短期和26個(gè)超短期基準(zhǔn)面旋回，建立了中期、短期基準(zhǔn)面旋回高分辨率等時(shí)地層格架，并在等時(shí)地層格架內(nèi)完成了超短期旋回的等時(shí)對(duì)比。