南陽凹陷南部斷超帶沉積相分析及有利儲集體預(yù)測

甘華軍 王 華 陳 潔 林正良 蔡 佳 李國良

（1.生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國家重點實驗室（中國地質(zhì)大學(xué)），武漢430074；2.中國地質(zhì)大學(xué) 構(gòu)造與油氣資源教育部重點實驗室，武漢430074；3.中國地質(zhì)大學(xué) 江城學(xué)院，武漢430200）

南陽油田勘探歷史較長，針對該凹陷的構(gòu)造背景、沉積演化和成藏方面已進行過較多的研究，并取得了不少的成果［1－11］。南陽凹陷南部斷超帶處于凹陷的深凹區(qū)南部，緊鄰凹陷的生烴中心，是非常有利的油氣勘探區(qū)。但是前人對于南陽凹陷的南部斷坡帶的研究還存在一些不足，主要包括：（1）南部邊界附近已發(fā)現(xiàn)了油氣田，但是對于斷裂邊緣重點層位的沉積相以及儲層發(fā)育與分布特征的研究涉及較少；（2）針對南部邊界的特殊地質(zhì)體的找尋和反演進行有利儲層精細刻畫工作還很缺乏，而這些對于凹陷南部邊緣的儲層和油氣勘探具有極其重要的意義。

南陽凹陷與鄰近的泌陽凹陷有著明顯的區(qū)別，即在南部的邊界斷裂附近并沒有發(fā)育大規(guī)模的扇三角洲［12］。受構(gòu)造的影響，南部斷超帶附近有些區(qū)塊所采集的三維地震資料的質(zhì)量較差，沉積相的研究僅僅利用地震和測井資料并不能取得較好的成果。為了對該區(qū)的沉積相進行精細的分析，進行儲集體有效預(yù)測，本文在充分利用單井和巖心資料進行沉積相研究外，還將綜合地震資料及其相應(yīng)的地球物理手段，對重點層段——古近系核桃園組第2段第3亞段（E3h2－3）進行沉積相的綜合研究；并結(jié)合南部斷超帶附近的油氣成藏條件，分析沉積相與有利儲層砂體分布之間的關(guān)系，為油氣勘探研究提供方法指導(dǎo)。

1 地質(zhì)概況

南襄盆地南陽凹陷為南深北淺的中新生代箕狀斷陷湖盆，面積約3 600km2，南部受控于新野—唐河鏟狀邊界大斷裂。凹陷內(nèi)自下而上發(fā)育有古近系玉皇頂—大倉房組、核桃園組、廖莊組、新近系上寺組及第四系。其中核桃園組的第2段和第3段是該凹陷的烴源巖層，也是油氣勘探的主要目的層，其沉積厚度一般為2～3km（圖1）。

凹陷經(jīng)歷了早期斷陷和晚期拗陷2個演化階段［11］。凹陷具有南北分帶、東西分塊、凸凹相間的構(gòu)造格局。據(jù)構(gòu)造和沉積特征，可將凹陷分為南部斷坡帶、中部凹陷帶和北部斜坡帶［13］（圖1）。本研究區(qū)位于凹陷的南部斷裂帶邊緣，包括的主要油田有東莊油田、黑龍廟油田和北馬莊油田以及凹陷的2個生烴次凹——東莊和牛三門次凹，其中牛三門次凹為主要生油洼陷。

圖1 南陽凹陷構(gòu)造地層格架圖Fig.1 The framework of tectonic and stratigraphy in the Nanyang depression

2 斷超帶沉積相分析

基于南陽凹陷南部斷超帶的構(gòu)造沉積背景，進行沉積相的研究需要綜合多種資料作全面詳細的分析。本文通過綜合利用測井、地震資料以及地球物理和構(gòu)造立體圖的方法，進行重點層段核桃園組第2段第3亞段（E3h2－3）的沉積相研究。

2.1 單井及巖心沉積相分析

通過綜合巖心和測井資料，對研究區(qū)內(nèi)E3h2－3的沉積相進行分析，在研究區(qū)內(nèi)主要識別出的沉積相類型包括扇三角洲、湖泊、重力流和辮狀河三角洲，并可進一步劃分出沉積亞相和微相（圖2、圖3）。

a.扇三角洲：扇三角洲主要分布于凹陷南部的邊界斷裂附近，分為扇中和扇端亞相（圖3－A，B）。其中扇中亞相主要為粉砂巖、細－中粒砂巖，變形層理發(fā)育，出現(xiàn)大量砂泥互層，泥質(zhì)含量高的呈深灰色，泥質(zhì)含量低的呈灰白色；扇端亞相主要為粉砂質(zhì)泥巖，并出現(xiàn)大量粉砂質(zhì)泥巖與泥巖互層，局部出現(xiàn)變形構(gòu)造和砂巖透鏡體，以及發(fā)育薄層深灰色泥巖并出現(xiàn)大量植物碎屑。

圖2 南陽凹陷南部N32井巖心沉積相圖Fig.2 The core sedimentary facies of Well N32in the south of the Nanyang depression

圖3 南陽凹陷南部單井巖心沉積微相特征Fig.3 The core sedimentary microfacies of single wells in the south of the Nanyang depression

b.辮狀河三角洲：主要沉積灰綠色泥質(zhì)粉砂巖、灰綠－深綠色泥巖、灰綠－深綠色粉砂質(zhì)泥巖、灰綠－灰黑色泥巖、灰白－淺灰色粉砂－細砂巖、褐色團塊狀泥巖。含有生物碎屑，局部夾深黑色泥巖透鏡體和灰白色粉砂巖透鏡體，致密塊狀，白云質(zhì)膠結(jié)，發(fā)育槽狀交錯層理、水平層理、斜層理、楔狀交錯層理、板狀交錯層理、波紋交錯層理，壓變構(gòu)造、生物擾動構(gòu)造、壓溶構(gòu)造、滑塌變形構(gòu)造，發(fā)育的微相有水下分流河道、河口壩、遠端壩、間灣和前三角洲泥，反映了辮狀河三角洲的前三角洲和三角洲前緣沉積環(huán)境（圖3－C）。

c.重力流：主要為灰白色細－中砂巖、灰綠－灰黑色粉砂巖，局部夾有方解石脈，發(fā)育壓溶變形構(gòu)造，變形層理，砂泥接觸面處含有大量白云母，局部可見砂巖透鏡體（圖3－D）。還可見“鮑馬序列”，反映了濁流的沉積環(huán)境。

d.湖泊相：主要沉積有深灰色－黑色泥巖、深灰—黑色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、深黑色泥巖－頁巖。泥巖質(zhì)純，局部夾白色粉砂巖條帶和薄層泥質(zhì)粉砂巖，發(fā)育水平層理，并含有變形構(gòu)造，見少量碳屑及殼類和魚類等生物化石（圖3－E，F(xiàn)）。

2.2 砂體展布特征

通過統(tǒng)計研究區(qū)內(nèi)鉆井E3h2－3的砂巖厚度，勾畫出E3h2－3的砂體累計厚度和含砂率圖（圖4）。研究區(qū)砂體厚度一般在10～60m之間。整個研究區(qū)出現(xiàn)3個砂體厚度較大的區(qū)域，分別在研究區(qū)的東莊構(gòu)造區(qū)塊、北馬莊構(gòu)造區(qū)塊和黑龍廟構(gòu)造區(qū)塊。其中砂巖厚度最大地區(qū)在黑龍廟構(gòu)造區(qū)塊，最厚達150m以上；北馬莊構(gòu)造區(qū)塊砂巖厚度最大可達110m，東莊構(gòu)造區(qū)塊的砂巖厚度最大達90m。砂巖厚度自西向東呈逐漸增加趨勢。該層段的含砂率中等，一般為10%～40%，最高可達70%以上。對比砂體厚度圖和含砂率圖可以發(fā)現(xiàn)，在厚度大的地方含砂率并不是最高的，尤其在東莊構(gòu)造區(qū)塊，含砂率最大但其厚度并非最大。含砂率圖和厚度圖總體表現(xiàn)出“東西分塊”的趨勢，構(gòu)成3個明顯的砂體發(fā)育帶。砂體厚度與含砂率分布具有很大的一致性，并可以判斷出砂體的物源方向分別來自凹陷北部的辮狀河三角洲和凹陷南部邊界斷裂附近。

2.3 地震屬性特征

研究區(qū)的E3h2－3層段的地震屬性盡管受地層埋藏較深、大量發(fā)育的構(gòu)造斷裂和地震資料的品質(zhì)的影響，但仍可以通過地震屬性判斷一些巖性差異、地層變化、孔隙度變化等特征。其中平均能量可以反映儲層物性的變化，平均反射強度可以反映砂巖分布的變化，振幅變化可以反映巖性和沉積相的變化［14，15］。

圖4 南陽凹陷南部E3h2－3砂巖厚度及含砂率分布圖Fig.4 The sandstone thickness and the percentage of sands of E3h2－3 in the south Nanyang depression

圖5 南陽凹陷南部斷超帶E3h2底界面（T4）地震屬性圖Fig.5 The seismic attribute map at the bottom interface of E3h2 in the south of the Nanyang depression

圖6 E3h2－3底界（T4）之上20ms時窗波阻抗切片圖Fig.6 Wave impedance slices of 20ms time windows over the bottom interface in E3h2－3

此次所提取的地震屬性分別包括平均絕對振幅、平均能量、平均反射強度和均方根振幅（圖5）。依據(jù)提取的平均能量圖并結(jié)合其他地震屬性和地震反演圖（圖6），可以看出在南部斷裂帶邊緣發(fā)育的扇三角洲規(guī)模較小，分別位于N18井的東部、北馬莊和黑龍廟地區(qū)；而在研究區(qū)的北邊，僅識別出北馬莊和東莊地區(qū)發(fā)育有遠源的辮狀河三角洲，這2個區(qū)塊的中部受復(fù)雜構(gòu)造、斷層的影響，導(dǎo)致提取的地震屬性難以進行有效識別。結(jié)合該層段的砂體厚度圖和含砂率圖，可以看出，南部斷裂發(fā)育的砂體位置與地震屬性能較好地吻合，而通過地震反演在邊界斷裂附近識別出小規(guī)模的三角洲扇體。這些小規(guī)模的扇三角洲扇體，還需要后期進一步的精細解剖，才可以作為潛在的勘探目標(biāo)儲層。

2.4 E3h2－3平面沉積相展布特征

綜合測井、巖心和地震屬性等資料，可以精細勾畫出E3h2－3的平面沉積相展布特征（圖7）。該時期以斷陷湖盆沉積為主，南部斷裂邊界的扇三角洲不發(fā)育，僅北馬莊與黑龍廟地區(qū)發(fā)育小規(guī)模的扇三角洲。自北面而來的遠源辮狀河三角洲前緣部分在研究區(qū)內(nèi)發(fā)育規(guī)模較大，平面展布范圍較廣，一直延伸至邊界斷層附近的沉積中心處；而在遠源的前三角洲發(fā)育有重力流沉積。淺—深湖相仍然分布于凹陷斷裂邊緣的深洼區(qū)。

3 構(gòu)造古地貌對沉積和物源的控制

圖7 南陽凹陷南部E3h2－3沉積相及其與該層段內(nèi)油氣藏平面展布疊合圖Fig.7 The Sedimentary facies and its composite with reservoir distribution of E3h2－3 in the south of the Nanyang depression

古地貌是控制一個盆地后期沉積相發(fā)育與分布的主要因素，同時，在一定程度上控制著后期油藏的儲蓋組合，是研究區(qū)所受構(gòu)造變形、沉積充填、差異壓實、風(fēng)化剝蝕等綜合作用的結(jié)果，特別是構(gòu)造運動往往導(dǎo)致盆地面貌的整體變化［16－19］。在古地貌研究中，一般要清楚地勾畫出研究區(qū)內(nèi)的溝谷分布特征。這些盆地內(nèi)的微地貌對物源體系的展布有著重要的控制作用。尤其在南陽凹陷南部邊界斷裂，在該區(qū)域的物源整體上較少，扇三角洲發(fā)育的范圍也不廣，因而斷裂邊緣的溝谷發(fā)育對于尋找南部的物源有著重要的意義。

3.1 構(gòu)造古地貌特征

從南陽凹陷E3h2－3（T4）底界面同沉積期古地貌圖上可以看出（圖8），E3h2－3底界面（T4）同沉積期的古地形起伏變大，溝谷發(fā)育，地形變陡。研究區(qū)南部仍然清晰可見邊界斷層及剝蝕區(qū)，面積進一步減小，約占研究區(qū)的1／3。其地貌總體上明顯呈“南北分帶、東西分塊”的格局：南部地形高，而北部地形低；北部的低洼區(qū)由3個主要的“凹”組成。

主要的“凹”：南陽凹陷E3h2－3（T4）底界面同沉積期古地形有2處較深，一處位于研究區(qū)的西南部，對應(yīng)于東莊次洼；另外在此界面上還有一個重要的次洼，位于研究區(qū)東部的黑龍廟次洼，為全區(qū)最深的區(qū)域。

主要的“溝”：從圖上可以看到南部邊界斷層上溝谷縱橫，主要的溝發(fā)育在東莊地區(qū)（末端連接新出現(xiàn)的次洼），以及黑龍廟地區(qū)，溝的末端連接黑龍廟次洼中心。

另外在這些溝谷之間發(fā)育了很多“脊”：有東莊地區(qū)發(fā)育的脊，對應(yīng)著新生次洼的東部；黑龍廟地區(qū)發(fā)育的脊，對應(yīng)黑龍廟次洼中心，可以作為物源。它們不具有分隔研究區(qū)的主要區(qū)塊的意義。

局部的低凸起：此時繼承性地在研究區(qū)北部東莊－白馬莊地區(qū)所限定的區(qū)域仍有一大塊低凸起，橫跨了東莊北部及北馬莊的西部。它作為新生次洼的邊界高部位，對新生次洼的沉積應(yīng)該起重要的控制作用。同時，在新生次洼的南部新出現(xiàn)一部分小凸起，夾持在新生次洼和東莊洼陷之間，可以分隔南部來自邊界斷裂的砂體和北部的三角洲砂體的推進位置。研究區(qū)東北角繼承性的低凸起，控制了北部砂體的推進方向。

3.2 構(gòu)造古地貌對沉積的控制

根據(jù)邊界斷裂的立體圖可以看出，E3h2－3沉積期（圖7、圖8），整個南部邊界研究區(qū)呈現(xiàn)出東莊和黑龍廟地區(qū)低而北馬莊高的特征，這一特征控制了后續(xù)沉積的古地貌構(gòu)型。E3h2－3沉積期，南部邊界扇三角洲的發(fā)育同樣受到邊界斷裂的溝谷的控制，而沉積相的展布也受到了凹陷內(nèi)的古地貌的影響。但由于該時期內(nèi)的物源供給較少，邊界斷裂附近的扇三角洲的發(fā)育范圍和規(guī)模均較小。而北部的辮狀河三角洲則廣為分布，尤其是北馬莊和黑龍廟地區(qū)辮狀河三角洲發(fā)育規(guī)模和范圍均較大。

圖8 南陽凹陷南部E3h2－3底界面古地貌及其與沉積相疊合圖Fig.8 Palaeogeomorphology of the bottom of E3h2－3 and the superimposed with sedimentary facies

4 有利儲集體分布預(yù)測

4.1 沉積相展布對儲層的控制

受區(qū)域構(gòu)造背景及古構(gòu)造地貌控制，南陽凹陷核桃園組沉積時期物源來自南、北2個方向，且以北部為主。凹陷發(fā)育多種沉積相類型，其中可以作為有利儲層的砂巖主要有北部斜坡的三角洲前緣砂體、河道砂體和南部斷裂邊緣扇三角洲砂體。研究區(qū)發(fā)育的沉積砂體類型主要有三角洲前緣、濁積體和扇三角洲的砂體，這些砂體對凹陷的儲層起主要控制作用。據(jù)圖7可以看出，研究區(qū)內(nèi)的沉積砂體展布與已勘探的儲層分布在時空上存在一定的關(guān)系，儲層砂體主要分布于三角洲前緣部位。因而沉積相中的不同砂體類型控制著儲層的發(fā)育，從而可以為儲層預(yù)測提供指導(dǎo)。

半深湖－深湖泥巖以及前三角洲泥巖分布于凹陷的沉降中心及周緣，成為該區(qū)的烴源巖。湖相泥巖和前三角洲泥巖分布受沉積相控制，間接控制油藏分布。

4.2 儲集體物性對儲層的控制作用

儲集體巖性和物性的好壞，直接決定了儲層儲集性能的優(yōu)劣，儲集層物性的好壞還直接影響儲層的含油性［20］。由含油顯示巖心分析孔、滲交匯圖可見（圖9），南陽凹陷南部目的層段含油、油浸產(chǎn)狀巖心的孔隙度、滲透率基本在14%與5×10－3μm2以上；無油氣顯示的巖心孔隙度、滲透率基本在13%和1×10－3μm2以下；油斑、油跡及熒光顯示巖心的孔、滲處于以上二者之間。由此表明研究區(qū)范圍內(nèi)，儲層含油氣性與其孔滲特征具有良好的相關(guān)性。李海燕等［21］通過對南陽凹陷的沉積微相研究發(fā)現(xiàn)，這4種儲集砂體的儲集性能有明顯的差異，其中水下分支水道和辮狀河道最好，河口壩次之，遠砂壩相對較差，且水下分流河道和辮狀河道含油性最好。因而南陽凹陷扇三角洲和辮狀河三角洲前緣的水下分流河道具有較好的物性，且含油性普遍較好。所以，在研究區(qū)內(nèi)的邊界斷裂帶的扇三角洲均可以作為有利的儲集體，具有潛在的勘探價值。

圖9 不同含油巖心孔隙度、滲透率相關(guān)圖Fig.9 The correlatograph between porosity and permeability in oil－bearing cores

4.3 有利區(qū)帶預(yù)測

通過對南陽凹陷南部斷超帶沉積相的精細分析，可以更精確地預(yù)測研究區(qū)扇三角洲砂體的分布。南部斷超帶有利的儲集體主要為扇三角洲砂體和辮狀河三角洲前緣砂體。由于砂體緊鄰東莊次洼和黑龍廟次洼2個生烴中心，具有很好的油氣來源，同時砂體直接伸入烴源巖中，可以近源聚集成藏，因此具有很好的成藏條件。

5 結(jié)論

a.研究區(qū)內(nèi)主要發(fā)育扇三角洲、辮狀河三角洲、湖泊及濁積砂體。凹陷南部斷超帶受構(gòu)造、地震數(shù)據(jù)和測井等資料的影響，沉積相的精細研究需要結(jié)合多種資料進行綜合研究。

b.南陽凹陷內(nèi)的南部斷超帶的儲層物性與沉積相密切相關(guān)，研究區(qū)內(nèi)的扇三角洲和辮狀河三角洲前緣具有很好的孔隙度和滲透率，同時其分布與油氣藏的分布具有很好的相關(guān)性。

c.南部斷超帶物源供給不充足，需要結(jié)合構(gòu)造、沉積以及沉積相的綜合分析和精細研究，找尋小型的扇三角洲砂體作為有利儲層。南部斷超帶緊鄰生烴中心，具有很好的成藏條件，因而其附近的扇三角洲砂體可以作為勘探突破的重點。

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