遼中凹陷東二下亞段湖底扇數值沉積模擬研究

王啟明，杜曉峰，加東輝，徐春強

(中海石油(中國)天津分公司渤海石油研究院，天津塘沽 300452)

遼中凹陷東二下亞段湖底扇數值沉積模擬研究

王啟明，杜曉峰，加東輝，徐春強

(中海石油(中國)天津分公司渤海石油研究院，天津塘沽 300452)

在無井的情況下,利用圍區古環境、三維地震等資料，應用數值沉積模擬軟件，對渤海海域遼中凹陷東二下亞段湖底扇的形成過程及時空展布進行了研究。研究區東二下亞段可以劃分為一個三級層序和三個體系域，湖平面曲線呈現脈沖式波動變化，主物源在盆地東側和北側兩個方向。通過各個體系域的構造圖，利用軟件恢復古地貌、古構造，得到了相對真實的沉積背景，利用這些地質參數進行數值沉積模擬，進一步得到了湖底扇分布的三維形態和演化規律。結果顯示，研究區湖底扇主要發育在在湖泛體系域內，受先期不穩定三角洲、湖泛域較強的水動力條件、沉積坡折帶的耦合而形成，具有多期、雙物源、分布范圍廣的特點。

遼中凹陷；湖底扇；數值沉積模擬；湖泛體系域；儲層描述

斷陷湖盆凹陷中心廣泛發育湖底扇沉積，是陸相巖性地層油氣藏勘探重要的領域[1]。相關學者通過對湖底扇的形成機制、發育特征以及沉積微相構成等方面的研究成果，近年來陸續發現了多個與湖底扇相關的巖性油氣藏[2-6]。隨著三維地震資料的應用，在渤海海域遼中凹陷北部東二下亞段發現了多個在地震剖面上呈現“蠕蟲狀”的地震反射特征，與渤海海域其他地區地震相對比[7]，證實為湖底扇沉積。由于研究區缺少鉆井條件，不能依賴像陸區大量的鉆測井、巖心資料，湖底扇鉆前儲層預測必須依賴地球物理技術，而地球物理信息多解性強，湖底扇富砂區精細預測存在一定的風險，難以滿足巖性油氣藏的勘探要求。數值沉積模擬是通過邏輯或數學描述方法來預測地質系統和地質沉積過程的綜合研究[8-10]，特別是在少井或者無井的地質條件下，可以用定量方法進行沉積機制的驗證和輔助沉積體系時空演化規律分析[11]。本文在高精度層序地層格架的基礎上，對湖底扇發育層序位置、部位和形成機制進行了研究，利用地震反射特征、古地貌、物源等資料，采用沉積模擬軟件，明確了湖底扇的形成過程及演化規律，以期在有限的條件下為海上勘探提供更可靠的信息，降低勘探風險。

1 區域地質概況

渤海海域遼中凹陷位于遼東灣地區中部，夾持在遼西低凸起和遼東凸起之間，為東斷西超的一個箕狀凹陷，沿北東方向呈現長條狀分布。研究區位于遼中凹陷北部(圖1)，在古近系自下而上依次發育沙河街組和東營組地層，其中，東營組可以分為東三段、東二下亞段、東二上亞段[7]。東營組主要發育大規模的辮狀河三角洲沉積，在東二下亞段凹陷區發現了多個在地震剖面上呈現“蠕蟲狀”的地震反射特征，與圍區已經鉆井證實的湖底扇地震特征較為類似。目前，研究區內有6口鉆井，均未鉆遇該湖底扇砂體。湖底扇具有較好的成藏條件，是該區巖性油氣藏勘探的主要目標之一。

2 地質參數分析

2.1 層序劃分與對比

在研究層段內進行層序劃分與對比，建立等時的地層格架，是開展湖底扇沉積模擬的首要任務。運用經典的層序地層分析方法，結合地層的接觸關系，在東二下亞段識別出一個完整的三級層序(圖2)，可以劃分為低位體系域、湖泛體系域和高位體系域，包括兩個層序界面以及初始湖泛面(ffs)和最大湖泛面(mfs)。

從層序的發育特征來看，T3m界面(28 Ma)為東二下層序的底界面，在層序界面之上，表現為明顯的底超和前積現象，界面之下表現為頂超現象，在全區較易識別與追蹤；初始湖泛面(27.5Ma)與最大湖泛面(26.5 Ma)表現為穩定、一根或多根較強的連續反射軸，多為湖相泥巖沉積，易于識別和追蹤，為進積與退積作用的轉換面；T3u界面(26 Ma)為東二下層序的頂界面，界面之下為頂超現象。從層序的構成來看，在低位體系域內主要發育厚層的砂泥巖互層，為大型的辮狀河三角洲沉積；湖泛體系域為湖相泥巖為主，局部發育湖底扇沉積，表現為蠕蟲狀斷續反射特征。一般而言，大型復合湖底扇是由多期事件性沉積形成的疊置體，在不同期次的沉積記錄上有明顯的沉積間斷，這種沉積間斷表現為被不同尺度的湖泛面限定或分割。東二下層序復合湖底扇其頂面和底面分別為最大湖泛面和初始湖泛面限定，可以劃分為兩期(圖2)，中間被薄層泥巖所分割。

圖1 研究區構造位置圖

圖2 東二下層序地層劃分

2.2 相對湖平面變化分析

在陸相斷陷湖盆中，相對湖平面變化受多種因素影響[12]，變化頻繁。由于研究區位于斜坡帶，在少井的條件下，可以利用海相的濱岸上超法，結合古生物孢粉資料，分析東二下亞段的湖平面相對變化趨勢。在三級層序內識別層序界面上部的上超點向上遷移(LST上超點、TST上超點、早期HST上超點)和界面下部的上超點向下遷移(晚期HST上超點)，通過古生物、古地磁等方法，記錄對應的沉積時間、橫向相對距離和縱向深度。其中，關鍵界面的內插點沉積時間根據盆地內部對應等時點與關鍵界面間泥巖厚度占上下關鍵界面間泥巖總厚度的百分比來確定。

根據相對湖平面變化曲線可以看出(圖3)，在東二下層序低位時期，相對湖平面表現為快速下降，之后湖平面穩定上升，到最大湖泛面附近水面達到最大，高位域時期湖平面又緩慢回落，變化幅度較小。從圍區已鉆井的巖性來看，低位域向上泥質含量或泥巖夾層逐漸增多,至高位域則迅速變為大套泥巖,高位域泥巖夾層又逐漸減少，反映了沉積水深由快速下降到穩定上升、最后緩慢下降的過程。

圖3 東二下層序相對湖平面變化分析

2.3 物源及發育機制分析

東二段沉積時期處于裂陷晚期，地勢趨于平緩，受盆外的長軸方向物源的影響，表現為沉積作用控制下的湖盆遷移夷平過程，以大規模的辮狀河三角洲沉積為主；同時，東部斷層活動性減弱，也發育了短軸方向的辮狀河三角洲沉積。因此，研究區東營組時期具有很好的物源補給，大型沉積體能夠很容易地延伸至凹陷中心部位，為湖底扇的最終形成奠定了物質基礎。

東營組早期雖然斷裂作用較弱，但在凹陷邊緣的斜坡帶，廣泛發育繼承型同沉積構造坡折帶。湖盆底形恢復表明，東側后期斷裂改造弱，沉積坡折繼承性發育，斜坡坡度突變帶特征清晰；而北部由于東三層序穩定沉降后，東二下層序低位域為高建設三角洲的差異沉積，造就坡折坡度的積累，坡度在3°左右。坡折帶頂部和中上部的富砂部位，在湖平面相對上升期，很容易遭受湖浪沖擊破壞，在坡折帶的中下部形成規模較大的湖底扇。

與低位海底扇不同，斷陷湖盆湖底扇的類型更多，成因機制更為復雜[5]。斷陷湖盆除構造運動、地震作用等觸發應力外，湖平面的周期性變化對重力流的形成也十分有利。東營組沉積時期整個湖泊水體開闊，湖平面變化頻繁，濱岸線的遷移和水體的震蕩變化對先期沉積物改造作用非常強烈。從東營組湖平面相對變化曲線看，東三段和東二下亞段在最大湖泛期湖平面大幅震蕩，東二下亞段甚至達到了60 m。正是這種變化造成了物源系統的動態變化和沉積物在坡折帶不同部位的堆積。

3 模擬結果分析

用濱岸上超法，根據鉆井標定的湖泛面來確定湖平面變化曲線。給定東部和北部為主要物源方向，根據地層厚度計算不同時間段內物源供應速率，通過古構造、古地貌的恢復，進行可容納空間的建立，利用Dionisos軟件對研究區東二下亞段湖泛體系域(27.4 Ma到26.5 Ma)進行了沉積模擬。從研究區沉積模擬三維圖可見，由于盆地差異沉降和早期三角洲沉積，低位域沉積晚期在JZ17-2井區形成了較大坡折帶。27.4Ma到27Ma時，碎屑物質從北側和東側向湖盆搬運，遇到地形坡折處大量沉積下來，形成了第一期湖底扇沉積，地層在JZ17-2井區厚度最大，成“橢圓”狀展布，砂巖百分含量也最高(圖4中A到B)。湖平面繼續上升，形成了一套中間的薄層泥巖，在盆地中心區域厚度最大，向岸邊尖滅減薄。27.0 Ma到26.5 Ma時，湖平面持續上升，碎屑物質同樣從北側和東側向湖盆推進，在第一期湖底扇發育位置上再向前推進，發育第二期湖底扇，模擬的兩個沉積中心特征更加明顯，在兩個水道前緣區域砂巖百分含量最高，呈“梨形”狀展布(圖4中C到D)。湖底扇的兩期砂體、中間泥巖層在縱向上主要呈現進積的接觸關系，與地震資料觀察到的地質現象和地震特征較為一致，基本上接近實際的沉積過程。由此，根據模擬結果，建立了研究區湖底扇的沉積模式。在東二下層序低位域時期,物源來自東部和北部方向，發育大型辮狀河三角洲前緣砂體；在湖泛體系域時期，隨著相對湖平面的上升，湖泛域有較強的水動力條件，先期沉積的三角洲變得不穩定，由于早期的同沉積坡折的影響，同時在斷裂活動等突發事件的觸發下，在前三角洲或凹陷部位間歇性地發育兩期湖底扇沉積，中間被一套穩定分布的薄層泥巖所分割。模擬結果驗證了湖底扇在湖泛體系域內的形成機制，并明確了其平面分布規律。

圖4 湖底扇發育過程演化圖

4 湖底扇儲層精細描述

上述沉積模擬結果為研究區平面沉積相分析提供了新的信息；結合宏觀地震相、地震屬性分析、地層厚度圖等信息，可以進行湖底扇儲層的精細描述。從均方根振幅、瞬時頻率、瞬時相位和半能量做的屬性聚類分析圖來看，一期湖底扇受兩個物源供給方向的影響，發育兩個沉積主體，其中，東側物源沉積主體較北側規模大。屬性顯示由東北向西南逐漸由紅色區域過渡為藍色區域(圖5中A)，巖石地球物理相關性分析認為，這反映了砂巖逐漸減少的變化趨勢，這與趨勢沉積模擬預測的砂巖百分比變化結果相一致。此外，在靠近東側和北側為綠色區域，為內扇發育區，紅色區域為中扇主體部分，黃色和藍色區域為中扇側翼和遠端。

從第二期湖底扇屬性聚類圖來看(圖5中C)，由于該沉積時相對湖平面進一步擴大，沉積中心往前推移，紅色區域對于的兩個中扇主體范圍變大，僅在邊緣地帶發育中扇遠端。研究區地震預測與沉積模擬結果相結合而確定出的湖底扇內部構成(圖5中B和D)所示，可以看出，除了東側物源的供給，北側也為湖底扇的發育提供了物質來源，兩期湖底扇平面分布范圍有差異，第二期湖底扇沉積主體較大。

圖5 湖底扇儲層精細描述

總的來看，東二下層序沉積時期湖泛體系域內發育的湖底扇沉積，蓋層和烴源巖較好，儲蓋組合優良，圈閉條件良好，具備有利的巖性油氣藏成藏條件[13-14]，兩期湖底扇分布范圍廣，最大面積達50 km2，其中扇主體富砂區面積達30 km2，勘探潛力巨大。

5 結論

(1)遼中凹陷區東二下亞段可以劃分為一個三級層序，根據地層的接觸關系，又可以識別出低位體系域、湖泛體系域、高位體系域,其中，湖底扇主要在湖泛體系域內發育。

(2)模擬結果再現了湖底扇的形成過程。在東二下層序低位域時期,物源充沛，來自東部和北部方向，發育大型辮狀河三角洲前緣砂體；在湖泛體系域時期，隨著相對湖平面的上升，湖泛域有較強的水動力條件，先期沉積的三角洲變得不穩定，由于早期的同沉積坡折的影響，同時在斷裂活動等突發事件的觸發下，在凹陷部位間歇性地發育兩期湖底扇沉積。

(3)通過模擬分析，研究區湖底扇具有兩期、雙物源、分布范圍廣的特點，根據模擬兩期湖底扇三維分布及形態，結合宏觀地震相和地震屬性等信息，可為湖底扇儲層的精細描述提供有力依據。

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編輯：吳官生

1673-8217(2015)04-0015-03

2014-09-01

王啟明，地質工程師，碩士，1984年生，2010年畢業于中國地質大學(北京)礦產普查與勘探專業，現從事石油地質綜合研究工作。

國家十二五重大專項“大型油氣田及煤層氣開發”(2011ZX05023-002)。

TE111.3

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