奧里諾科重油帶MPE-3區塊Oficina組辮狀河三角洲沉積相定量刻畫

林承焰,程盼,任麗華,張靜,李宗奇, 劉書亭,黃文松

1．中國石油大學(華東)地球科學與技術學院,山東青島 266580 2．中國石油勘探開發研究院,北京 100083

委內瑞拉奧里諾科重油帶油藏資源豐富，是目前全球地質儲量最大的稠油富集帶，含油面積約5.4×104km2，地質儲量約2 000×108t，可采儲量約500×108t，原油API高達7.8，為超重油油藏[1-2]。研究區MPE-3區塊是重油帶已投入開發的主力區塊之一，主力產層Oficina組埋藏深度1 000 m左右。研究區內井間砂體形態及分布認識不足，這增大了水平井開發提高鉆砂率和油層鉆遇率的難度。近些年來，不斷有學者對該區沉積演化規律及儲層發育特征進行研究，但該地區沉積相研究一直存在爭議[3-7]，國外一些學者認為Oficina組地層下部發育辮狀河相，中上部發育河口灣—三角洲相[3-4]，也有部分學者認為中上部發育辮狀河三角洲相[5-7]，但都認為該地區為海陸過渡相[3-7]。本文通過巖芯，測井，地震切片資料研究表明MPE-3區塊Oficina組發育辮狀河三角洲沉積相，通過井震結合解決在稀井網條件下沉積相展布和井間儲層發育預測問題；利用現代沉積考察和擬合經驗公式解決沉積微相定量化的研究問題，明確河道和心灘等微相發育形態和規模，總結研究區沉積模式和演化規律。

1 研究區概況

奧里諾科重油帶位于東委內瑞拉盆地南部斜坡隆起帶上，盆地的南部為圭亞那地盾(物源供給方向)，北部為加勒比板塊，盆地形成于加勒比板塊和圭亞那地盾的碰撞時期[8](圖1)。奧里諾科重油帶地形上為一個區域性向北傾斜的單斜構造，地層的傾角為0.5°～4°左右[2](圖2)。研究區內部構造簡單，主要發育近北東—東西向正斷層，斷層斷距較小[9]，Hato Viejo大斷裂將重油帶分為東西2個沉積構造區[3-5]，目前奧里諾科重油帶被分四個工區：Boyaca(博雅卡)、Junin(胡寧)、Ayacucho(阿亞庫喬)、Carabobo(卡拉沃沃)，本次研究區位于Carabobo東部的MPE-3區塊。

MPE-3區塊地層從下到上包括：前寒武紀及古生界變質巖基底、中生界白堊系、新生界第三系、第四系[1,10]。第三系Oficina組沉積在前寒武系與白堊系不整合面上,自下向上分為三段，分別是Morichal段、Yabo段和Jobo段。下部Morichal段是厚層疏松砂巖沉積，中高孔滲儲層發育，含油性好，是本區主要的生產層段；中部Yabo段以泥質沉積為主，厚度較薄，物性及含油性較差；上部Jobo段是一套砂泥巖互層巖性，物性含油性中等，是僅次于Morichal段的含油層段。區塊內區域性標志層主要有三套：第一套為Morichal段下部不整合面，地震上同相軸特征明顯，測井上表現為GR、SP曲線急劇回返特征；第二套為中部Yabo段—全區穩定發育的泥巖段，測井上以高GR值、SP值急劇回返至泥巖基線為特征，反映全區最大海泛面沉積；第三套為Jobo段頂部發育泥巖段，測井曲線上表現為低GR、SP值。根據地震屬性、GR和SP曲線形態特征在地層中識別出若干小級次泥巖段標志層，將地層進一步劃分為七個砂組，若干個小層(圖2)。

圖1 奧里諾科重油帶區塊構造及井位圖Fig.1 Orinoco heavy oil belt structure and well location map

圖2 MPE-3區塊Oficina組地層剖面特征圖Fig.2 Stratigraphic profile map of the Oficina Formation in the MPE-3 block

2 沉積相標志

2.1 區域沉積背景

關于奧里諾科重油帶Oficina組沉積環境的研究，國內外學者認為重油帶地處緩坡邊緣、主要發育砂巖和泥巖等巖性，區域上發育海陸過渡相，地層下部發育三角洲平原沉積相，上部發育三角洲前緣或河口灣沉積相[5]；通過遺跡化石研究發現重油帶Oficina組在不同區域的垂向上混生咸水和淡水環境下古生物，恢復重油帶地區Oficina組海水鹽度的變化[3-4]，從而推斷出海平面升降變化以及Oficina組時期古地理[3-5](圖3)。總體上重油帶地區Oficina組時期發育不同類型、受不同程度海水影響的三角洲相沉積。

2.2 分析化驗標志及巖芯觀察

工區不完整取芯井僅有四口，為CES-2-0、CJS-1-0、CIB-07E、CNX-2井(圖1)。巖性以泥巖、未完全固結砂巖和砂礫巖為主，砂巖受到原油侵染，顏色主要從深黑色到淺黃色；泥巖顏色以黑色和灰白色為主。Oficina組下段巖性以中—細砂巖為主，含有少量粗砂巖、泥巖、含泥礫砂巖等；中段巖性以細砂巖和泥巖為主；上段巖性以中—細砂巖和泥巖為主。結合取自CES-2-0和CJS-1-0井樣品薄片分析資料，Oficina組中砂巖以石英砂巖為主，石英顆粒含量高達95%以上，石英顆粒分選中等—差，磨圓主要為棱角—次棱角狀為主(圖4)。樣品粒度中值為0.24 mm，偏度和峰度平均值為0.96和0.24(表1)，表明為中—近物源沉積。結合Oficina組上段和下段的粒度概率曲線分析，表明Oficina組下段以兩段式為主，少見三段式(圖4)，兩段式主要為懸浮和跳躍總體，反映牽引流的沉積環境，考慮到前人對古沉積環境研究，可能對應三角洲平原河道沉積；Oficina組上段以兩段式或兩段加過渡式，主要為兩個不同斜率的跳躍和懸浮總體組成，反映牽引流為主、受沉積水動力交替變換的環境，可能對應三角洲前緣河道沉積(圖4)。

圖3 奧里諾科重油帶Oficina組古地理圖(據Martinius et al.[5]修改)Fig.3 Paleogeographic map of the Oficina Formation in the Orinoco heavy oil belt(mordified after Martinius et al.[5])

圖4 巖石薄片及粒度概率曲線圖A.O-11小層,3 125 ft;B.O-12小層,3 294 ft;C.O-12小層,3 166 ft;C.O-13小層,3 332 ft;a.CES-2-0井,3 259.5 ft;b.CES-2-0井,3 261 ft;c.CES-2-0井,3 214 ft;d.CES-2-0井,3 243 ft; e.CJS-1-0井,2 205 ft; f.CJS-1-0井,2 238 ftFig.4 Rock thin slice and grain size probability curve A.O-11sublayer,3 125 ft;B.O-12sublaye,3 294 ft；C.O-12sublaye,3 166 ft;C.O-13sublaye,3 332 ft;a.CES-2-0well,3 259.5 ft; b.CES-2-0well,3 261 ft;c.CES-2-0well,3 214 ft;d.CES-2-0well,3 243 ft; e.CJS-1-0well,2 205 ft; f.CJS-1-0well,2 238 ft

表1 MPE-3區塊薄片顆粒參數統計表Table 1 MPE-3 block grain parameter statistics table

砂巖中可見河底滯留沉積、塊狀層理，槽狀交錯層理、沖刷面、脈狀層理等沉積構造，泥巖中可見發育水平層理、透鏡狀層理、包卷層理、波狀層理等沉積構造。通過取芯井巖芯總結出12種巖相組合，分為兩大類(圖5)：1)砂礫巖類：塊狀層理含泥礫粗砂巖相、塊狀層理中砂巖相、含泥質條帶塊狀層理、塊狀層理細砂巖相、塊狀層理細砂巖相、槽狀層理中—細砂巖相、平行層理細—粉砂巖相、波狀層理粉砂巖和砂泥互層相等；2)泥巖類:透鏡狀層理、包卷層理泥巖相、紋層狀泥巖相、水平層理泥巖相等。綜合分析化驗和巖心標志結果，并根據在垂向上出現大段砂泥巖組合方式，泥巖保存較差，大多數被沖刷，河流二元結構不發育，反映典型辮狀河“砂包泥”的沉積特征，最終推斷研究區沉積環境為辮狀河三角洲沉積相[3-5,11-13]，發育辮狀河三角洲平原和三角洲前緣兩個亞相，包括辮狀河道、心灘、決口扇/溢岸、水下分流河道、分流間灣等微相，少部分地區發育泛濫平原微相。結合巖相類型和沉積微相沉積特征，建立各微相典型巖相及其組合對應關系(圖5)。

圖5 MPE-3區塊巖相特征及分類圖Fig.5 Lithofacies characteristics and classification chart of the MPE-3 block

2.3 測井相標志

根據取芯井段巖芯描述和測井曲線特征完成CES-2-0井單井相圖(圖6)，結合取芯井巖性組合、測井曲線形態和旋回性，在取芯井單井相圖基礎上劃分為13個短期旋回，3個中期旋回。中期基準面表現為上升半旋回特征，短期基準面表現有升有降特征。通過奧里諾科重油帶古地理調研、巖芯資料和薄片分析資料，明確Oficina組發育辮狀河三角洲平原亞相、三角洲前緣亞相和相關沉積微相類型，同時結合取芯井段識別沉積微相在測井上響應特征，總結出七種沉積微相的測井響應特征：箱形、鐘形、高幅漏斗形、指狀、鐘形—箱形、指形—漏斗形、低幅漏斗形，建立沉積微相測井相模板(圖7)。

圖6 CES-2-0取芯井單井相圖Fig.6 Single well facies map of the CES-2-0 coring well

3 沉積相定量刻畫

辮狀河三角洲中平原辮狀河道、心灘、前緣水下分流河道規模的刻畫是沉積定量化研究重點。國內外學者對沉積相的刻畫研究很多:1)通過對相似地質背景的露頭區進行研究，直接觀察測量建立不同沉積規模尺度下的經驗公式[14-15]；2)在密井網條件下，通過單井相研究建立測井相模板，使用測井相模板對全區測井曲線進行識別，通過對垂直物源和順物源方向上預測沉積微相連通性，從而確定沉積體規模[16-17]；3)通過大量相似沉積背景的現代沉積觀察，識別不同沉積相下各個沉積體規模和發育情況，建立不同規模下沉積體之間的經驗公式[18-19]。本研究使用以井資料為基礎，井震結合作為沉積體刻畫的重要手段，并結合相似沉積區類比、經驗公式等，開展了沉積微相定量刻畫，建立奧里諾科重油帶辮狀河三角洲地質知識庫。

3.1 井震結合

井震結合是沉積相井間預測的一種重要手段。Zengetal[20-21]提出地震沉積學，結合使用90°相位轉換和地層切片技術，在高分辨率地層格架控制下，解決地震切片的不等時的問題，實現地震資料從傳統一維垂直剖面向二維切片剖面的轉換，從而實現對地震地貌學的研究，很好地解決沉積相空間展布問題。林承焰等[22]學者將該理論與方法引入我國陸相含油氣盆地沉積相研究中，在我國渤海灣、松遼等盆地沉積相研究得到很好的應用[23-25]。

研究區三維地震資料豐富，地震資料品質較好、信噪比低，主頻高達60 Hz左右，對識別辮狀河三角洲相大量出現 “砂包泥現象”中的砂泥界面較為有利，Oficina組地層底部的不整合界面和上部海泛泥巖標志層地震反射同相軸特征明顯，有利于在高分辨地層格架基礎上，使用地層切片和屬性切片技術研究沉積相展布。本研究優選出瞬時相位、均方根振幅、能量值等屬性，對研究區Oficina組中上部沉積相特征進行研究；使用地震沉積學方法，通過地層切片實現對Oficina組下部沉積相特征研究。均方根振幅屬性能夠識別地層中的亮點和暗點，河道砂體振幅變化反應明顯。以O-7小層為例展示均方根屬性切片對辮狀河三角前緣水下分流河道的研究，暖色區域為強振幅區，代表砂巖發育，高亮部位顯示河道主體形態。以0-11小層為例展示使用地層切片方法對辮狀河三角洲平原辮流帶各個微相的刻畫(圖8)。

圖7 MPE-3區塊測井相模板圖Fig.7 Logfacies template map of the MPE-3 block

3.2 現代沉積類比

為進一步預測目的層段辮狀河三角洲河道的發育規模及分布規律，在現代奧里諾科河沉積測量和調研的基礎上，展開基于現代相似沉積河道參數研究。首先選取了現代奧里諾科河中下游辮狀河段進行測量(圖9a,b)，表明辮狀河道帶寬度1 800～3 000 m，活動河道寬度150～200 m，心灘長度270～1 800 m，寬度180～800 m，心灘長寬比1.5～4.5。盡管現代奧里諾科河沉積規模變小，但沉積背景相似，該結果為研究區沉積微相定量表征提供一定的參考。

圖8 地震屬性切片和地層切片圖A.RMS屬性切片；B.地層切片Fig.8 Seismic attribute slice and stratigraphic section map A. RMS attribute slice; B. stratigraphic slice

圖9 奧里諾科河及現代相似辮狀河、三角洲沉積參數測量示意圖a.現代奧里諾科河中下游及三角洲；b.奧里諾科河局部；c.印度恒河辮狀河段；d.美國Jago River三角洲Fig.9 Deposition parameter measurement schematic of the Orinoco River and the similar modern braided river deltasa. The middle and lower reaches of the modern Orinoco River and delta; b. part of the Orinoco River; c. Braided channel of the Ganges River in India; d. Jago delta in the USA

研究區沉積地層傾角小于5°，為緩坡型辮狀河三角洲沉積，且井資料表明辮狀河道沉積時期砂體厚度大且大規模分布，物源沉積物供給充足，綜合考慮這兩個因素后，調研選取國內外與之構造背景相近、沉積成因及規模相似的新西蘭朗伊塔塔河、阿拉斯加育空河等4個辮狀測量河段，對其河道寬度、心灘長度和寬度、心灘長寬比等參數進行了分析(圖9c)，得出其定量關系(表2)。除了考慮上述辮狀河沉積特征以外，還應參考現代三角洲沉積體系參數，調研全球不同規模的辮狀河三角洲現代沉積，對其河道寬度、心灘長度及寬度等參數進行測量，進而可計算出分叉前后新老河道寬度比、心灘長寬比等參數。本次研究選取了大型辮狀河三角洲俄羅斯Lena河、美國Kotlik河三角洲，中型的Sagavanirktik河三角洲以及小型的Hulahula河、Jago河三角洲(圖9d)共5個不同規模的辮狀河三角洲進行深入研究(表3)。

表2 現代辮狀河段參數統計及計算結果Table 2 Parameters and calculation results of the modern braided river sections

表3 現代典型辮狀河三角洲參數測量統計及計算結果Table 3 Parameters and calculation results of the modern typical braided river deltas

研究表明辮狀河三角洲與辮狀河沉積體系特征不同：辮狀河沉積相以辮狀河道和心灘為主，而辮狀河三角洲在三角洲平原亞相上以辮狀分流河道及河道間為主，河道中心灘發育但規模小，多呈狹長狀，長寬比大于辮狀河心灘長寬比；三角洲前緣以水下分流河道沉積為主。研究表明雖發育規模和地理位置不同，但其新老分流河道的分叉后的寬度比平均值較為接近(0.68～0.77)，心灘長寬比也相差不大(3.21～3.68)，這說明三角洲沉積特征及發育規律是可以相互參考[26]，這對工區研究辮狀河三角洲沉積相的展布有一定借鑒意義。

3.3 經驗公式法

針對曲流河和辮狀河，前人在對不同地區露頭和現代沉積研究的基礎上總結多個經驗公式[26-30]。Bridgeetal.[30]在大量測量數據基礎上，總結基于平均單河道滿岸深度的單一辮流帶最小寬度和最大寬度的預測公式(1)和(2)，和平均單河道滿岸深度與單河道滿岸深度的公式(3)，可對河道的發育規模進行計算[17]。

Wmin=59.9da1.8

(1)

Wmax=192da1.37

(2)

da=0.55d

(3)

式中，Wmin為單一辮流帶最小寬度，m；Wmax為單一辮流帶最大寬度，m；da為單河道平均滿岸深度，m；d為單河道滿岸深度，m。

由于辮狀河沉積河道遷移頻繁，對沒有露頭資料的區塊，要想實現辮流帶經驗公式修改，存在很大的困難。因此本研究對辮狀河的刻畫采用前人研究的經驗公式，而對三角洲水下分流河道，由于河道沉積穩定，可以在實際地質資料基礎上建立適合研究區的經驗公式。目前對水下分流河道規模的研究，還是通過保存較好的三角洲露頭測量建立三角洲河道寬度和厚度經驗公式[31]，但這種方法研究的局限性很大，既要求露頭保存良好，同時也要求對各個沉積微相界面有明確的識別。本次主要參考前期對現代沉積測量等資料，通過地震切片和測井相資料分析，直接刻畫辮狀河三角洲沉積體邊界和發育規模，實現地震資料切片平面沉積相定量化。對水下分流河道沉積體厚度規模統計，由于同期單河道在順物源方向上沉積厚度一般不會出現較大變化[16]，使用測井資料可以統計單期河道層沉積厚度。通過以上對河道沉積體規模的統計，以實際地下資料建立心灘寬度與長度、河流寬度以及單河道厚度與水下分流河道寬度經驗公式，線性回歸方程的相關系數在0.74以上(圖10)。

Wd=0.5101WLR2=0.744

Wd=0.7242L0.8942R2=0.785 8

L=104.2d1.0411R2=0.743 2

式中,Wd為心灘寬；WL為心灘長；L為河道寬;d為單期河道厚度。

4 沉積演化規律

該地區海平面多期升降變化是影響Oficina組沉積環境變化的主要原因，Morichal段發育低位體系域、Yabo段發育海侵體系域、Jobo段發育高位體系域[5]，在全區廣泛發育Jobo段泥巖段反映最大海侵面沉積[3-5]。MPE-3區塊內Jobo段泥巖鉆遇率100%，泥質含量超過80%，泥巖的顏色以灰白色為主(推測由于重油帶處于緩坡邊緣，沉積水體較淺造成)，進一步明確該時期為最大海侵階段。Morichal段處于第一個中期基準面上升期，垂向上底部發育厚層砂體、上部發育砂泥互層，總體以砂多泥少特征為主，地層垂向上主要表現為加積式，地震切片上表現三角洲平原亞相辮流帶沉積特征，整體上反映低位體系域時期海平面緩慢上升、沉積空間小的特點；Jobo段處于第二個中期基準面上升期，垂向上以泥巖為主，夾雜少數細砂巖發育，反映快速海侵時期下海侵體系域沉積空間大的特點；Yabo段處于第三個中期基準面上升期，垂向上以砂質含量增大，砂巖夾雜泥巖的特征為主，地層垂向上主要表現為進積式，地震切片上表現三角洲前緣水下分流河道沉積，反映高位體系域背景下海平面緩慢下降，沉積空間大的特點，總體上反映Oficina組下往上從低位體系域—海侵體系域—高位體系域的垂向演化特征，揭示研究區海平面的升降變化。

以井點沉積相刻畫為基礎，采用地震屬性、地層切片和測井相的方法刻畫河道、心灘展布，結合井間對比、現代沉積類比和經驗公式計算出不同時期沉積規模，建立研究區沉積相定量知識庫(表4)，明確研究區辮狀河三角洲平原、三角洲前緣最大海侵和海退三個典型時期的沉積相平面展布(圖11)，闡述沉積演化。Oficina組Morichal段(0-13-0-11)為低位體系域背景下三角洲平原辮流帶沉積，垂向上加積式沉積，以多期疊置形成的厚層砂巖為主，在測井曲線(SP、GR)上以箱型、鐘型為主，地層垂向上主體表現為加積式沉積。沉積相圖中反映辮狀河沉積特征，沒有明顯的河道界限，砂體大面積連片發育，體現三角洲平原亞相上辮狀河道帶縱橫交錯，心灘和復合心灘壩沉積微相極其發育的大規模辮流帶沉積特點，辮狀河河道帶寬度達2～5 km。Yabo段為海侵體系域背景下發育三角洲前緣亞相沉積，O-11S頂部地震屬性切片最接近反映最大海泛時期的沉積特點，以三角洲前緣水下分流河道和河道間沉積為主，少數地區發育河口壩/ 席狀砂沉積。水下分流河道微相測井以鐘狀、指狀為主，在地震屬性切片上可辨認出來，呈窄條狀分布(平均寬約931.6 m)，該時期為Oficina段沉積規模最小的時期。Jobo段為高位域背景下三角洲前緣亞相沉積，與最大海泛時期沉積存在明顯差別，主要以三角洲前緣水下分流河道和分流間灣沉積為主，局部發育少量心灘沉積。垂向上表現為進積式沉積特征，可見多期水下分流河道發育，水下分流河道在測井曲線(SP、GR)上以箱型、鐘型為主，地震切片上呈寬條帶狀分布，水下分流河道寬度達1.0～1.5 km，與0-11S時期相比，水下分流河道規模增大，反映高位體系域背景下海平面下降時期三角洲前緣沉積相特征。總的來說，MPE-3區塊Oficina組由于處于海陸交互段，海平面變化頻繁，經歷了海平面由緩慢上升—快速上升—緩慢下降的復雜的沉積環境演化，沉積體規模發生相應的變化，由早期低位域三角洲平原厚層、連片的辮狀河沉積到海泛期砂體較不發育、高位域三角洲前緣沉積規模中等、條帶狀分布的水下分流河道沉積。

圖10 MPE-3區辮狀河道心灘規模和水下分流河道規模線性回歸圖Fig.10 Linear regression map of the size of the braided river channel and the underwater channel in the MPE-3 area

表4 河道滿岸深度統計及寬度計算結果表Table 4 River bank-full depth statistics and width calculation results table

圖11 奧里諾科重油帶Oficina組各時期沉積相圖Fig.11 Sedimentary facies map of different periodsof the Oficina Formation in the Orinoco heavy oil belt

5 結論及認識

本文綜合利用文獻調研、巖芯觀察和測井相分析認為研究區發育辮狀河三角洲沉積相，結合使用井震資料、現代沉積類比及經驗公式三種方法，對委內瑞拉奧里諾科重油帶MPE-3區塊Oficina組沉積相展開定量研究，建立定量刻畫沉積相地質庫，取得以下結論與認識：

(1) 結合研究區沉積背景，根據巖相、測井相等相標志，認為Oficina組中上段發育為三角洲前緣亞相，主要發育分流河道、分流間灣、河口壩/潮汐砂壩、席狀砂等微相；Oficina組下部沉積相為三角洲平原亞相，主要發育辮狀河道充填、復合心灘壩、決口扇/溢岸、泛濫平原等微相。

(2) 以井點沉積相認識為依據，井震結合，利用地震沉積學方法，實現對河道展布范圍和形態的精細刻畫；結合奧里諾科河現代沉積測量，選取與目的層段沉積條件及規模相似的4個辮狀河測量段及其他5個辮狀河三角洲進行深入研究，建立心灘的長度、寬度和河道規模等參數之間定量關系，從而為沉積相平面展布、發育情況以及建立研究區沉積相經驗公式提供參考；以研究區實際沉積相刻畫結果為主，結合相似沉積區測量結果，建立符合研究區實際地下地質情況的經驗公式，包括心灘長寬、心灘厚度與寬度以及水下分流單期河道厚度與河道寬度線性回歸方程，方程相關系數高達0.74以上，為奧里諾科重油帶砂體展布與預測提供方法支持。

(3) Oficina組為海陸交互環境，海平面變化頻繁，導致沉積體發育規模變化較大。Morichal段處于海平面緩慢上升的低位域時期，發育三角洲平原亞相厚層、連片的辮狀河沉積，沉積規模巨大，是研究區最好的油氣儲層；Yabo段處于海平面快速上升的海侵體系域時期，沉積范圍規模最小；Jobo段處于海平面緩慢下降的高位域時期，發育三角洲前緣亞相水下分流河道、河道間沉積，水下分流河道砂體規模中等、條帶狀分布，是研究區次要的油氣儲層。