河流相儲層刻畫與垂向非均質(zhì)性分析
——以西湖凹陷C油田柳浪組為例

毛云新， 婁 敏

( 中海石油(中國)有限公司 上海分公司，上海 200335 )

0 引言

河流相儲層是油氣良好的儲集場所，其分布與油氣勘探開發(fā)關(guān)系密切。由于河流改道頻繁，造成儲層橫向變化快，勘探開發(fā)風(fēng)險大，因此精細(xì)刻畫河道砂體、分析儲層的空間展布特征具有重要意義。河流相儲層平面形態(tài)典型，多呈條帶狀展布。人們利用地震沉積學(xué)對河流相儲層平面刻畫開展研究[1-5]，主要集中于河流外部(如儲層厚度側(cè)向變化與曲流河側(cè)向加積間的關(guān)系)、儲層內(nèi)部(如河流點砂壩疊加樣式)、河道遷移變化等。地震沉積學(xué)利用地震資料橫向分辨率高的特點，通過地層切片將平面屬性成像為類似地表衛(wèi)星照片的沉積體系，有利于沉積體的平面展布刻畫。

河流相儲層空間疊置關(guān)系復(fù)雜，儲層的連通性和非均質(zhì)性是河流相儲層開發(fā)的關(guān)鍵因素，影響開發(fā)方案的設(shè)計。河流相砂體疊置類型主要有垂疊型、側(cè)疊型和孤立型，主要研究方法為測井、井震結(jié)合、波形分類、正演分析、傳統(tǒng)地震屬性等[6-8]。其中，正演分析是研究砂體疊置關(guān)系的核心技術(shù)[9-10]，通過實際地震相與不同河道疊置關(guān)系模型正演得到地震相對比，可以推斷河道空間切疊方式。

西湖凹陷C油田柳浪組發(fā)育河流相儲層，砂體橫向變化快且河道砂體疊置復(fù)雜，需要進一步明確儲層平面展布與垂向疊置關(guān)系?；谌S地震和鉆井巖心、測井資料，分析研究區(qū)巖心相—測井相—地震相，確定沉積相類型；利用等波形追蹤層位解釋技術(shù)，通過等時地層對比建立高分辨率層序地層格架；通過劃分砂體期次，在合理的時窗范圍內(nèi)提取常規(guī)和反演地震層間屬性，刻畫儲層平面展布情況；根據(jù)儲層平面展布刻畫結(jié)果，分析重要開發(fā)層系LL5段砂體的垂向疊置關(guān)系及連通性，指導(dǎo)研究區(qū)下一步開發(fā)布井方案，為類似地區(qū)開展砂體平面展布與垂向疊置關(guān)系研究提供參考。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

西湖凹陷位于東海陸架盆地的東北部，呈北北東向展布，為新生代斷—坳復(fù)合型盆地，經(jīng)歷早期斷陷、中期拗陷和晚期整體沉降3個階段[11]。C油田位于東海陸架盆地西湖凹陷中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶南部，是一個北北東向的大型反轉(zhuǎn)背斜(見圖1)。研究區(qū)自下而上發(fā)育古近系、新近系及第四系，其中漸新統(tǒng)花港組和更新統(tǒng)柳浪組、玉泉組、龍井組為C油田的重要含油氣層系[12](見圖1)。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置及井位分布Fig.1 Location of the study area and distribution of wells

目的層位為柳浪組，埋藏深度為1.4～2.0 km，為中淺層儲層，整體物性較好，孔隙度超過20%，滲透率為(10～10 000)×10-3μm2，屬于中高孔高—特高滲儲層。柳浪組共分為五段，即柳浪組一段(LL1)、二段(LL2)、三段(LL3)、四段(LL4)和五段(LL5)，為河流相沉積環(huán)境[13]。文中重點研究層段為柳浪組三段(LL3)和柳浪組五段(LL5)。在研究區(qū)淺層地塹中發(fā)現(xiàn)商業(yè)油氣，明確淺層儲層的平面展布，有利于C油田中淺層系后續(xù)的滾動挖潛。

2 等時地層格架建立

高精度等時地層格架的建立是進行地震沉積學(xué)研究的基礎(chǔ)[14]，采用高分辨率層序地層學(xué)理論劃分長期、中期、短期旋回，建立等時地層格架。根據(jù)地層對比、沉積旋回、地層厚度等開展層序劃分，將C油田柳浪組劃分為1個長期旋回、2個中期旋回、5個短期旋回，短期旋回分別對應(yīng)LL1、LL2、LL3、LL4和LL5段；其中LL5至LL4段為一個完整的中期旋回，LL3至LL1段為另一個完整的中期旋回(見圖2)。短期基準(zhǔn)面旋回與砂層組相對應(yīng)；中期基準(zhǔn)面上升半旋回控制砂體發(fā)育樣式，早—中期多發(fā)育堆疊型厚砂體，晚期多發(fā)育孤立型薄砂體。柳浪組整體厚度約為450 m，砂體發(fā)育，單砂體厚度大。LL3和LL5段為重點開發(fā)層系，根據(jù)砂體期次進行單砂體劃分，可將LL3段劃分為LL3a、LL3b、LL3c小層，將LL5段劃分為LL5a和LL5b小層。柳浪組每個層段厚度相差不大且發(fā)育穩(wěn)定，單井鉆遇厚度為80～100 m。測井相以箱型、鐘型為主，整體為底部細(xì)砂巖、頂部偏粉砂巖的厚層復(fù)合正韻律砂體。垂向上多期河道砂體疊置，厚度較大，砂地比較高(60%～80%)。研究區(qū)柳浪組為河流相沉積，整體以正旋回為主。中期基準(zhǔn)面上升半旋回早—中期，沉積物供給充足，可容納空間較大，多發(fā)育辮狀河沉積；中期基準(zhǔn)面上升半旋回晚期，沉積物供給較少，可容納空間較小，多發(fā)育曲流河沉積。淺層儲層在C-1井柳浪組和龍井組取心，巖心可見透鏡狀層理、脈狀層理、交錯層理、爬升層理、塊狀層理和蟲孔構(gòu)造(見圖3)，其中透鏡狀層理、脈狀層理、爬升層理多形成于水動力較弱環(huán)境，反映曲流河沉積；塊狀層理、交錯層理多形成于水動力較強環(huán)境，反映辮狀河沉積。

圖2 研究區(qū)層序劃分及砂體對比(剖面位置見圖1①)Fig.2 Sequence division and sand body correlation in the study area(section position as shown inFig.1①)

圖3 研究區(qū)典型巖心照片F(xiàn)ig.3 Typical core characteristics of the study area

3 儲層平面展布

3.1 等波形追蹤層位解釋技術(shù)

利用Paleoscan軟件等波形追蹤層位解釋技術(shù)，在柳浪組地震數(shù)據(jù)全局分析的基礎(chǔ)上，通過地震數(shù)據(jù)相似性和地質(zhì)一致性的成本函數(shù)判斷，完成層序結(jié)構(gòu)的劃分和等時層位的追蹤解釋。相比于傳統(tǒng)地震自動解釋，等波形追蹤層位解釋技術(shù)以“地層模型—地震層面”解釋為切入點，可建立等時地層格架。層位的等時性是地震沉積學(xué)平面屬性提取準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)保障[15]，選擇連續(xù)性較好的波谷進行等波形追蹤，除目的層外，盡可能追蹤多層相對等時的地震層位(見圖4)，為后續(xù)層間屬性提取奠定基礎(chǔ)。

圖4 研究區(qū)連井地震剖面等波形追蹤層位解釋(剖面位置見圖1①)Fig.4 Seismic profile of well-connecting and interpretation horizon in the study area(section position as shown inFig.1①)

3.2 常規(guī)地震與反演地震結(jié)合技術(shù)

地震沉積學(xué)研究包括地震地貌和地震巖性體兩部分。地震地貌主要與地層切片、RGB屬性融合有關(guān)；地震巖性體主要與-90°相移技術(shù)有關(guān)。地震沉積學(xué)具有完備的技術(shù)流程體系，在油田勘探和開發(fā)儲層刻畫方面發(fā)揮重要作用[16-19]，尤其對于海上少井區(qū)塊，儲層刻畫離不開地震沉積學(xué)[20]。并非所有的地層切片具有典型沉積體形態(tài)，對于不同厚度儲層的刻畫，選取合適的地震巖性體和合理的地層切片方式，可以提高平面屬性效果。

地震巖性體的核心技術(shù)是-90°相移，將-90°相移后的常規(guī)地震體作為巖性體刻畫儲層平面展布，可以取得較好的效果[21]，但-90°相移技術(shù)僅適用于厚度小于1/2子波波長的薄—中等厚度儲層[22-23]。當(dāng)砂體厚度大于1/2子波波長時，相移后的剖面出現(xiàn)頂、底2套反射，地震軸出現(xiàn)分叉，與巖性不能一一對應(yīng)。此外，當(dāng)?shù)貙雍簳r，由于煤層與低阻砂巖反射特征相似(為波谷反射)，導(dǎo)致常規(guī)地震技術(shù)無法正確區(qū)分巖性。反演地震體可以更好反映巖性，作為下一步地層切片的基礎(chǔ)，對于不同類型的儲層有相適應(yīng)的反演方法，如厚層可以通過稀疏脈沖反演、有色反演等方式刻畫[24-25]，含煤地層可以通過去煤反演反映真實的儲層等。

研究區(qū)淺層地震品質(zhì)較高，砂泥阻抗差異大，反射特征明顯(見圖5(a))，砂層組頂部與波谷相對應(yīng)。地震同相軸較連續(xù)，地震主頻約為28 Hz。根據(jù)經(jīng)典楔狀正演地震分辨率分析，地震分辨率為1/4子波波長。其中，LL5段對應(yīng)的地震可識別最小砂體厚度為29 m(速度為2 770 m/s)。研究區(qū)單砂體厚度為10～50 m，位于1/4子波波長與1/2子波波長之間。由于儲層相對較厚，采用有色反演技術(shù)預(yù)測儲層，可以看到反演砂體與鉆井砂體較吻合，反演效果好(見圖5(b))。

將常規(guī)地震和有色反演技術(shù)結(jié)合起來，對目標(biāo)區(qū)砂體進行刻畫，增強儲層刻畫的可靠性。常規(guī)地震屬性和反演地震屬性的平面形態(tài)具有相似性，但是受特殊巖性、砂體厚度、地層組合等因素的影響，采用常規(guī)地震數(shù)據(jù)和反演地震數(shù)據(jù)刻畫的平面屬性形態(tài)具有較大差異。研究區(qū)LL5b小層常規(guī)地震和反演地震平面屬性形態(tài)差異大，常規(guī)地震平面屬性可見晚期河道，晚期河道對早期河道地震成像具有屏蔽作用。反演地震平面屬性可以清晰刻畫LL5b小層河道的平面展布(見圖6)。此外，由平面屬性與井點砂體厚度的相關(guān)關(guān)系(見圖7)可知，LL5b小層反演地震平面屬性與砂體厚度的相關(guān)關(guān)系更好，達(dá)到0.724 2。因此，對LL5b小層選用與井點砂體厚度相關(guān)關(guān)系好、平面形態(tài)佳的反演地震平面屬性刻畫儲層展布特征。

3.3 包絡(luò)層間屬性技術(shù)

地層切片是地震地貌研究的核心技術(shù)之一，通過地層切片獲得平面屬性，進行沉積體平面解釋。等時的地震層位和合理的開取時窗是平面屬性提取的關(guān)鍵。經(jīng)典地震沉積學(xué)解釋多個等時的地震層位，在層位頂、底之間進行地層切片，利用瞬時切片屬性刻畫儲層平面形態(tài)、分析沉積體垂向演化。在實際中，由于地震品質(zhì)低或沉積環(huán)境復(fù)雜，地震軸連續(xù)性較差，解釋的層位并非嚴(yán)格等時，所得平面屬性往往具有假象，并且當(dāng)?shù)貙虞^厚時，瞬時地層切片反映的地層信息有限，不足以包含厚儲層的地震反射信息[26]。

采用兩種方法，一種是選用Paleoscan軟件等波形追蹤層位解釋技術(shù)，盡可能提高地震層位解釋的等時性；另一種是在地層切片的基礎(chǔ)上，利用目的層地震同相軸頂、底包絡(luò)的兩層切片提取層間屬性(見圖8)，盡可能更好刻畫沉積體平面形態(tài)。包絡(luò)層間屬性技術(shù)比選擇單個層位開固定時窗更等時，平面屬性更可靠。根據(jù)測井曲線特征及井震結(jié)合資料，劃分研究區(qū)LL3段河道期次(見圖9)；采用包絡(luò)層間屬性技術(shù)精細(xì)刻畫LL3a、LL3b和LL3c三期河道的平面展布(見圖10)。

圖5 研究區(qū)過井常規(guī)地震和反演地震剖面(剖面位置見圖1 ②)Fig.5 Seismic profile and inversion seismic profile of well-connecting in the study area(section position as shown inFig.1②)

圖6 研究區(qū)LL5b小層平面屬性和沉積相Fig.6 Seismic plane attributes and sedimentary facies of LL5b Layer in the study area

圖7 研究區(qū)LL5b小層砂體厚度與地震屬性的相關(guān)關(guān)系Fig.7 Correlation of sand thickness and seismic plane attributes of LL5b Layer in the study area

圖8 研究區(qū)LL3段包絡(luò)層間屬性提取方式(剖面位置見圖1③)Fig. 8 The method to extract interlayer attributes of LL3 Member in the study area(section position as shown inFig.1③)

3.4 儲層平面刻畫技術(shù)

在等波形追蹤層位解釋的基礎(chǔ)上，選取LL3和LL5段，通過常規(guī)地震體和有色反演地震體相結(jié)合提取層間地震屬性，優(yōu)選與井點砂體吻合程度好、平面形態(tài)佳的平面屬性，有效刻畫研究區(qū)儲層平面展布。

LL3段砂體整體較發(fā)育，厚度為40～70 m，砂地比為55%。根據(jù)測井曲線特征及井震結(jié)合資料，可將LL3段劃分為三期河道砂體(見圖9)，即早期河道砂體、中期河道砂體和晚期河道砂體。早期河道砂體發(fā)育于連井剖面的所有井，中期河道砂體發(fā)育于C-A5井，晚期河道砂體基本無井鉆遇。通過大時窗提取屬性，刻畫三期河道砂體平面形態(tài)(見圖10)。早期河道砂體以南北向辮狀河為主，河道寬度約為1.46 km，局部發(fā)育曲流河道，河道寬度約為0.79 km；中期河道砂體為近南北向辮狀河，河道寬度約為2.20 km；晚期河道砂體表現(xiàn)為近東西向辮狀河和窄河道，辮狀河道寬度約為1.95 km，窄河道寬度約為0.55 m。總體上，上升半旋回早期和中期河道砂體規(guī)模較大，上升半旋回晚期河道砂體規(guī)模變小，水系方向由南西向逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榻鼥|西向。LL3段沉積末期，發(fā)育東西向河道砂體，物源來自西側(cè)。早期河道砂體在主井區(qū)全部鉆遇水層，中期河道和晚期河道砂體鉆遇油氣層。C-A5井鉆遇LL3段早期河道主體和中期辮狀河道邊部。

圖9 研究區(qū)LL3段連井地震剖面及河道砂體期次(剖面位置見圖1①)Fig.9 Seismic profile of well-connecting and stage of channel sand body of LL3 Member in the study area(section position as shown inFig.1①)

圖10 研究區(qū)LL3段平面屬性及沉積相Fig.10 Surface attributes and sedimentary facies of LL3 Member in the study area

總體上，振幅屬性與砂體厚度具有較好的負(fù)相關(guān)關(guān)系，可超過0.70。由砂體厚度與地震屬性的相關(guān)關(guān)系(見圖11)可知，當(dāng)砂體厚度在1/4子波波長以下時，砂體厚度與振幅屬性呈正相關(guān)關(guān)系；當(dāng)砂體厚度在1/4子波波長與1/2子波波長之間時，砂體厚度與振幅屬性呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；當(dāng)砂體厚度大于1/2子波波長時，隨砂體厚度的增加，振幅屬性減弱，相關(guān)關(guān)系較差。研究區(qū)鉆井鉆遇的砂體厚度在1/4子波波長與1/2子波波長之間，砂體厚度與地震屬性呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

圖11 研究區(qū)LL3段砂體厚度與地震屬性的相關(guān)關(guān)系Fig.11 Correlation analysis of sand thickness and seismic plane attributes of LL3 Member in the study area

研究區(qū)LL5段與LL3段相似，發(fā)育多期河道疊置砂體。根據(jù)井震結(jié)合資料，可劃分為早期河道砂體與晚期河道砂體。早期河道砂體與晚期河道砂體疊置，在地震上難以區(qū)分，因此根據(jù)反演地震資料刻畫早期河道砂體平面形態(tài)。在地震剖面上，晚期河道砂體表現(xiàn)為“小鼓包”， 可以通過RGB屬性融合技術(shù)清晰刻畫砂體。RGB屬性融合技術(shù)既能對不同頻率的瞬時振幅屬性進行融合，也可以對振幅類、頻率類、方差類等不同類型的屬性進行融合[13]。選取30、40、50 Hz三種頻率的振幅屬性進行融合，刻畫LL5段晚期河道砂體(LL5a小層)平面展布(見圖12)。LL5段沉積早期，河道砂體(LL5b小層)(見圖6)發(fā)育近南北向的辮狀河和曲流河沉積，早期發(fā)育辮狀河沉積，河道規(guī)模較大，河道寬度約為1.00 km；晚期發(fā)育曲流河沉積，河道規(guī)模較小，河道寬度約為0.30 km。

圖12 研究區(qū)LL5a小層河道平面屬性及沉積相Fig.12 Surface attributes and sedimentary facies map of LL5a Layer in the study area

4 砂體垂向演化及疊置關(guān)系

4.1 垂向演化

根據(jù)巖心相、測井相及各層系的平面屬性精細(xì)解釋結(jié)果，C油田柳浪組總體為辮狀河—曲流河沉積體系(見圖13)。其中，LL5段早期、LL3段和LL4段多發(fā)育辮狀河，其他層系多發(fā)育曲流河。影響辮狀河、曲流河轉(zhuǎn)換的因素有基準(zhǔn)面旋回、地形坡度、物源供給、古氣候等。基準(zhǔn)面旋回上升早期，地形坡度較陡，物源供給充足，氣候相對溫暖潮濕，植被發(fā)育，河岸抗水流侵蝕能力強，多發(fā)育辮狀河；基準(zhǔn)面上升中晚期，地形坡度較緩，物源供給減少，氣候干旱，植被不發(fā)育，多發(fā)育曲流河，河岸抗水流侵蝕能力弱，河道容易擺動。研究區(qū)辮狀河、曲流河之間轉(zhuǎn)化頻繁，主要與基準(zhǔn)面旋回有關(guān)，辮狀河主要發(fā)育于基準(zhǔn)面旋回上升早期，曲流河主要發(fā)育于基準(zhǔn)面上升中晚期。

圖13 C油田柳浪組垂向沉積演化Fig.13 Vertical sedimentary evolution of the Liulang Formation of C Oilfield

4.2 疊置關(guān)系

C-A5井鉆遇LL5段。該層位晚期河道砂體為油層，具有極高的商業(yè)開發(fā)價值。由于該層位晚期河道砂體厚度較薄(12 m)，且早期河道砂體為水層，分析儲層垂向疊置關(guān)系有利于水平井軌跡的方案設(shè)計。

基于儲層平面展布特征，分析早期河道與晚期河道的垂向疊置關(guān)系。通過對常規(guī)地震剖面和反演地震剖面地震相差異分析，C油田地塹內(nèi)垂直河道的地震相南北部具有一定差異(見圖14)。北部(剖面AA′)表現(xiàn)為波谷局部變寬，橫向連續(xù)性好，未出現(xiàn)波峰特征(見圖14(a))；C-A5井點處(剖面BB′)表現(xiàn)為波谷上翹，出現(xiàn)波峰特征(見圖14(b))；南部(剖面CC′)表現(xiàn)為波谷中出現(xiàn)波峰透鏡體及波谷橫向錯斷特征(見圖14(c))。南北部地震相的差異反映早期河道與晚期河道不同的疊置關(guān)系。

圖14 研究區(qū)LL5段早期與晚期河道疊置地震相特征(剖面位置見圖12)Fig.14 Seismic facies of early and late channel in LL5 Member in the study area (section position as shown inFig.12)

正演分析結(jié)果表明，早、晚期河道間隔夾層越發(fā)育，阻抗界面越明顯，波峰越發(fā)育。早期東、西兩條河道間疊置關(guān)系可以用波谷橫向的連續(xù)性表征(見圖14)。結(jié)合南北地震相差異及正演分析結(jié)果(見圖15)，早、晚期河道間南部隔夾層相對于北部的更發(fā)育；早期東、西河道間，北部比南部疊置程度更高。LL5段三條河道空間疊置形成3類地震相，即波谷局部變寬無波峰型、波谷上翹有波峰型和波谷橫向錯斷有波峰型。橫向上，早期東、西兩條河道在北部疊置程度高，在南部疊置程度低，形成井點處波谷錯斷現(xiàn)象；垂向上，晚期河道在北部與早期河道疊置，在南部與早期河道分離。考慮三期河道在空間上的相互疊置關(guān)系，建議水平井設(shè)置在晚期河道南部。

圖15 研究區(qū)LL5段早期與晚期河道疊置正演分析Fig.15 Seismic forward modeling of early and late channel in LL5 Member in the study area

5 結(jié)論

(1)西湖凹陷C油田柳浪組為河流相沉積，其中LL5段早期、LL3段和LL4段多發(fā)育辮狀河，其他層系多發(fā)育曲流河。研究區(qū)辮狀河、曲流河之間轉(zhuǎn)化頻繁，主要與基準(zhǔn)面旋回有關(guān)；辮狀河主要發(fā)育于基準(zhǔn)面旋回上升早期，曲流河主要發(fā)育于基準(zhǔn)面上升中晚期。

(2)研究區(qū)LL5段早期河道和晚期河道相互疊置，形成3類不同地震相：波谷局部變寬無波峰型、波谷上翹有波峰型和波谷橫向錯斷有波峰型。晚期河道在北部與早期河道疊置，在南部與早期河道分離。建議水平井設(shè)置在晚期河道南部。