黃驊坳陷北部拾場次洼沙三段井震聯合沉積相研究

何 偉，王 偉，劉峻橋，馬世忠，張夢迪

(1.中石化石油工程地球物理有限公司南方分公司 成都 610041；2.廣東石油化工學院石油工程學院 廣東 茂名 525000；3.東北石油大學地球科學學院 黑龍江 大慶 163318)

長期以來，在油氣勘探開發過程中利用井震聯合刻畫沉積相一直屬于熱點研究領域，也是難點問題。隨著地震資料采集與處理技術的不斷發展，地震資料品質及分辨率雖有所提升，但仍不能脫離測井、巖心等獨立完成地質分析與應用。同樣地，由于取心工藝、巖心分析及測井等技術的日益進步，巖心資料應用更加充分、成果更加可靠，測井曲線種類更加多樣、地層響應更加可靠，但同樣也不能脫離地震資料完成井間縱橫向沉積相預測，無法提供恰當的勘探開發方案等。因此，開展基于地震相、反演、多屬性預測及巖心描述、錄井、測井的井震聯合式石油地質研究是極其重要的[1-3]。國內外已有諸多學者開展了此類研究，但多數仍以“測井定點、屬性定面”方式完成沉積相刻畫及儲層預測等[1-2]，并未做到真正意義上的井震聯合。本文以黃驊坳陷拾場次洼沙三段地層為例，在構造、物源簡析的基礎上，開展基于巖心、測井的單井/聯井相分析，并進一步結合其在地震剖面上所呈現的外部幾何形態、內部反射結構及地球物理參數等來進行地震相識別與劃分，最終結合反演及地震多屬性優選成果，“點、線、面”全方位、多角度完成拾場次洼沙三段地層沉積相分析，解剖其沉積演化規律及模式，為油田后續烴源巖評價、儲層評價、運聚單元劃分、油氣成藏規律及要素分析、有利目標區優選等研究奠定了重要基礎[4-7]，更為油田后續勘探開發方案選擇提供了重要指導。

1 地質概況

拾場次洼位于渤海灣盆地黃驊坳陷東北部，具多幕構造演化、多物源、多沉積體系，其沉積和構造特征極為復雜[7]。拾場次洼總體呈箕狀斷陷特征，自下而上發育古近系沙河街組、東營組地層，新近系館陶組、明化鎮組和第四系地層(圖1a)。洼陷內主要烴源巖層系沙河街組三段(下文簡稱沙三段)劃分為5個亞段，垂向含油層系主要為沙三一亞段、沙三二亞段和沙三三亞段[8]，平面上高尚堡和柳贊披覆背斜構造帶是其最重要的油氣聚集帶[9]。近年來在拾場次洼發現大量油氣分布，勘探面積約為170 km2，目前已鉆探多口工業油流井，顯示了該區廣泛的油氣勘探前景。

圖1 拾場次洼地層簡表及沙三段底構造劃分

沉積方面：沙三段為古近系始新統地層，處裂陷期，在以沉降為背景的震蕩運動控制下，沉降速度較快。古近系是組成黃驊坳陷的重要沉積巖系，沉積厚度較大，由最早的Es3(4+5)亞段超覆于前第三系基底上，隨之以較大沉降速度沉積了厚度較大的Es3(3+2+1)及沙二段地層，繼而又沉積了沙一段與東營組等地層，總體上形成了一套以砂泥巖為主的碎屑巖沉積。構造方面：拾場次洼是西南莊(F1)、柏各莊(F2)和高柳(F3)三條大斷層控制下形成的箕狀斷陷構造[7]。據其斷裂發育特征，可將拾場次洼劃分為上、下兩套斷裂體系，上部斷裂體系以北東向為主，發育在沙一段、東營組、館陶組和明化鎮組等地層；下部斷裂體系以東西向為主，發育在沙三段地層。平面上，斷裂主要呈平行交織狀展布；剖面上，主要為階梯式(下部斷裂體系)和復式“Y”型構造樣式(上部斷裂體系)。拾場次洼具由中心位置向兩側逐漸抬升的構造趨勢，可將其劃分為西部隆起帶、中部緩坡帶、北部洼槽帶和東部隆起帶[7](圖1b)。

2 井震聯合沉積相分析

2.1 沉積體系

綜合測井、地震響應特征以及對研究區S27-2、S160X1、S15、S2、C3X1、S202X2等共計13口井19個巖心樣品觀察，通過對巖心段巖性、顏色、粒度、磨圓等方面的描述和分析，綜合認為黃驊坳陷拾場次洼沙三段地層主要發育的沉積體系為扇三角洲、湖泊、沖積扇等三類沉積體系[10-11]，其中扇三角洲體系沉積具有以紅(褐)色與雜色等氧化色為主、粒度較大、分選及磨圓較差，漸變至以暗色泥巖為主、粒度較細、分選及磨圓中等、多見沖刷面、下細上粗反韻律的沉積特征及由工區邊部楔形雜亂強反射漸變至中部楔形前積反射的地震響應特征；湖泊體系沉積具有以砂泥互層為主、分選較好、見季節性波狀交錯層理、泥裂及生物擾動構造等漸變至以暗色泥巖為主、質純、水平紋理發育、見少量底棲生物及粉砂夾層的沉積特征及由工區邊部強振幅、強連續席狀反射漸變至以亞平行、弱振幅反射夾少量強振幅波狀反射的地震響應特征(見附圖版)。

2.2 物源體系

巖心方面：由工區邊部沉積物顆粒較粗、分選及磨圓差、紅(褐)色泥巖(氧化色)漸變至中部沉積物顆粒較細、分選及磨圓中等、暗色泥巖(還原色)(圖版)；地震相方面：由邊部(F1、F2斷層下降盤近斷層處)的楔形雜亂強反射漸變為中部楔形前積反射(圖2、表1)；屬性方面：由工區邊部片狀分布強振幅漸變至中部低振幅、零星分布中振幅(圖3)；反演方面：由工區邊部高砂地比(地層薄、砂體厚)漸變至中部低砂地比(地層厚、砂體薄)(圖4)。綜合認為，研究區主要存在北西向、北東向及北東東向等3個物源體系。

2.3 地震相分析

地震相分析是依據對地震反射特征的識別與分類，建立起各類反射結構與其所對應沉積相、巖相特征的對應關系，從而達到以地震相特征為指導，進行井間縱、橫向地質特征識別，完成相應沉積相、巖相組成特征的預測[11-13](圖2)。本次研究主要依據測井、巖心所反映的沉積相、巖相特征及其在地震剖面上所呈現的外部幾何形態、內部反射結構(波組間延伸情況、搭接關系等)及地球物理參數(振幅、連續性等)等差異性，從而完成地震相識別與劃分[11、14]。本次地震相分析共識別席狀-平行反射(強振幅/強連續、中振幅/中連續兩類)、席狀-亞平行反射、丘形/楔形-雜亂反射、丘形/楔形-前積反射、空白反射、透鏡狀反射等7類地震相，如表1所示，分別揭示了半深湖/深湖、扇三角洲前緣/濱淺湖、扇三角洲前緣/半深湖、扇三角洲平原/沖積扇、扇三角洲前緣/半深湖、半深湖/深湖、濁流等沉積環境。

圖2 黃驊坳陷拾場次洼典型地震相特征

圖3 拾場次洼沙三五至沙三一亞段均方根屬性平面分布

圖4 基于稀疏脈沖反演預測拾場次洼沙三五至沙三一亞段砂地比平面分布

表1 拾場次洼地震相特征及分類

2.4 地震多屬性優選

不同地震屬性對巖性、含油性等敏感度不同，通過巖性標定、正演等手段可進行屬性的初步優選。此外，屬性提取時門檻值及時窗的拾取也是關鍵因素之一。本次研究中，分別提取了平均峰值振幅、平均能量、均方根振幅、總能量、最大峰值振幅、平均絕對振幅等16類屬性參數，結合井點砂體發育特征，利用VVA軟件對屬性進行多屬性分類、多屬性篩選、合并相道等，優選最能反映研究區沙三段沉積特征的均方根振幅屬性進行平面成圖，由此得沙三五亞段～沙三一亞段優化后的屬性平面圖(圖3)[13、15-18]。研究認為：沙三五亞段屬性值整體較為均一，僅洼陷東西兩側發育零星高值區，揭示該時期物源并不充足，洼陷以湖泊相沉積為主，僅邊部沉積小規模扇三角洲朵體；沙三四亞段屬性值差異較大，洼陷中部屬性值偏低，沉積大段泥巖，指示半深湖/深湖相，邊部高值區發育，反映扇三角洲向洼陷中心的進一步推進，規模較沙三五亞段大；沙三三～沙三一亞段屬性值整體較沙三四、沙三五亞段高，高值區沿洼陷邊部連片分布，向中部漸減，低值區零星分布，其中沙三三亞段沉積儲層規模最大，指示該時期水動力較強、物源豐富，向湖推進較遠，扇三角洲、沖積扇等沉積體系發達(圖3)。

2.5 單井相分析

S160X1井：洼陷東南側F2斷層根部，鉆遇沙三三、沙三二、沙三一(2 547～3 432 m)三個亞段；沙三三亞段低位，巖性相對較粗，灰色含礫不等粒砂巖，以辮狀河道為主，泥巖呈褐色，指示陸上氧化環境，屬扇三角洲平原沉積；沙三三亞段高位，巖性較沙三三亞段低位變細，多為灰色粉砂巖、灰色含礫不等粒砂巖，見大量反韻律河口壩砂體，泥巖呈灰色，指示水下還原環境，屬扇三角洲前緣沉積；沙三二～沙三一亞段低位，總體巖性較粗，多為灰色砂礫巖、灰色含礫不等粒砂巖，見少量褐色不等粒砂巖與褐色砂礫巖，見大量河道底部沖刷面，泥巖呈灰色，屬扇三角洲平原末端；沙三一亞段高位，巖性向上逐漸變細，分選較差，灰色含礫不等粒砂巖與灰色泥巖互層，具明顯正韻律，頂部見大段棕紅色泥巖，指示由還原(水下)至氧化(陸上)環境過渡，屬扇三角洲前緣沉積(圖5a)。

S2井：洼陷東南側F3斷層根部，鉆遇沙三五～沙三一亞段(2 380～3 508 m)；沙三五亞段，泥巖呈綠色、棕紅色、褐色、灰色等，砂巖則以雜色砂礫巖、灰色含礫不等粒砂巖、灰色含礫砂巖(部分見油斑)為主，巖性混雜，粒度大小不一，反映沉積物物源豐富、搬運距離短，屬沖積扇沉積，進一步可劃分為低位扇根沉積、高位扇中沉積；沙三四～沙三二亞段，泥巖呈褐色、棕紅色等氧化色，砂巖有雜色砂礫巖、黃色含礫砂巖、灰色含礫砂巖、綠色細砂巖(部分見油斑)等，其中，雜色礫巖內含大量飄礫，具定向排列結構，磨圓中等，向上逐漸變細，部分砂巖底部見沖刷面構造，屬扇三角洲平原沉積；沙三一亞段，由低位褐色及綠色細砂巖向上過渡至灰色細砂巖，泥巖呈灰色，反映由前期扇三角洲平原向前緣過渡(圖5b)。

圖5 S160X1井、S2井單井相分析

2.6 聯井相分析

優選近物源及垂直物源、近構造展布及垂直構造展布等方向，據測井、錄井、巖心等資料對各井沉積相進行識別與劃分，進一步以地震相對井間相類型延展進行指導，由此完成研究區3條聯井相剖面的對比與刻畫(表1、圖6)。

洼陷南部EW向R80-S109X3-S160X1-S24聯井剖面(圖6a、b)：沙三五亞段，S24井見大段紫色泥巖，指示陸上氧化沉積環境，對應丘狀、楔狀雜亂反射地震相，向西過渡至強振幅、強連續穩定反射，指示水下還原沉積環境(半深湖-深湖相)；沙三四亞段，S24井斷失部分該亞段地層，鉆遇部分巖屑多呈紫色、紅色，對應楔狀雜亂反射地震相，向西過渡至強振幅、強連續穩定反射的淺湖、深湖相，受邊界斷層影響強烈，中部可見陣發性洪流所沉積的滑塌扇等；沙三三亞段，該時期斷層活動強烈，洼陷中部伴生諸多小斷層，致使該段地層厚度變化較大，由根部S24井處扇三角洲平原相，向西漸變至S109X3井處扇三角洲前緣相與R80井處湖泊相；沙三二亞段，S24井處F2斷層上盤根部，泥巖多呈棕紅色、綠色，指示陸上氧化環境(扇三角洲平原沉積)；至S160X1、S109X3井處，泥巖呈灰色、深灰色，發育灰色含礫不等粒中-細砂巖，屬扇三角洲前緣亞相，向湖推進至R80井處漸變湖泊相；沙三一亞段，由S24井處扇三角洲平原向前緣、濱淺湖至深湖過渡，于R80井處見小規模濁流沉積。

洼陷東部NS向S202X2-S60X1-S27-2-S160X1聯井剖面(圖6c)：沙三五亞段，S202X2等井均未鉆至該亞段，參考地震相，認為由F2斷層根部扇三角洲平原漸變為小規模扇三角洲前緣沉積，向南進一步漸變為湖泊相；沙三四亞段，S202X2井鉆遇巖性可劃分為三個巖性序列，下部含礫中粗砂巖(尖峰狀高阻)→中部油頁巖、砂巖互層(高基值電阻)→上部灰色、灰黑色泥巖(齒化低阻)，主要為扇三角洲沉積，參考地震相，向南迅速相變為湖泊相；沙三三亞段，S202X2井鉆遇巖性呈灰色泥巖與雜色不等粒砂巖(部分含礫)互層，巖心揭示沉積顆?；祀s，分選及磨圓差，總體指示扇三角洲平原沉積，至S160X1井，由低位扇三角洲平原漸變至高位扇三角洲前緣；沙三二亞段，S202X2井(因剝蝕)、S27-2與S109X3井(因斷失)缺失該段地層，至S160X1井處，鉆遇深灰色泥巖、灰色含礫不等粒砂巖，指示扇三角洲前緣，參考地震相，向南漸變為湖泊相；沙三一亞段，S202X2井鉆遇紫紅色、灰綠色泥巖，偶見雜色含礫不等粒砂巖，反映氧化→還原交替環境，屬典型沖積扇-扇三角洲體系，向南過渡為湖泊相，至S60X1、S27-2、S160X1等井處，指示扇三角洲向湖推進過程中的前緣沉積。

圖6 連井相分析

3 井震聯合沉積相刻畫

c一方面受地震資料品質的限制，另一方面地震屬性與地震相分析也存在明顯的多解性，反演砂體預測也僅能反映沉積相整體的展布趨勢，因此，同樣的屬性值與地震相在不同區域可能反映不同的沉積相類型，而相同的沉積相也可能在不同部位表現出不同的屬性特征和地震相。因此，本次研究在著重考慮上述因素的基礎上，充分應用巖心、測井進行單/聯井相分析，綜合應用地震相、屬性預測及反演砂體預測等成果，互補互驗，最大限度真實的完成了井震聯合沉積相刻畫(圖7a)。

沙三五亞段(圖7b)：處洼陷初期，沉積地層相對較薄，以湖泊相沉積為主，進一步湖盆收縮，僅洼陷邊部發育扇三角洲平原及前緣亞相，其中西側三個扇三角洲朵體規模較小，東側兩扇三角洲朵體相對略大，向湖推進距離短，總體而言，該時期洼陷以湖相沉積為主。

沙三四亞段(圖7b)：湖盆較沙三五時期收縮，扇三角洲朵體進一步向湖推進，因該時期物源供應相對不足，僅洼陷東西兩側各發育兩扇三角洲朵體，東側扇三角洲規模較西側略大；洼陷中部深湖區因斷層活動較強，發育兩個陣發性濁積體；該時期沉積中心位于洼陷中部。

沙三三亞段(圖7b)：該時期湖盆急劇收縮，沉積中心向西偏移，原西側扇三角洲朵體退化；受北東-南西向物源控制，扇三角洲朵體主要發育于東側，共三個，且向湖推進遠，規模較大，近物源端見沖積扇沉積，辮狀河道發育；洼陷北部發育2處規模較小扇三角洲。

沙三二亞段(圖7b)：沉積中心由西向東南略微偏移，湖盆緩慢擴張，洼陷邊緣各處均可見規模不一的扇三角洲朵體；受湖浪作用影響，朵體散開，扇三角洲前緣逐漸占據主體，該時期辮狀河道、水下分流河道較為發育。

沙三一亞段(圖7b)：該時期沉積中心略微向南偏移，洼陷內共發育4個扇三角洲朵體與1個沖積扇朵體；東部扇三角洲朵體規模較大，向湖延伸距離更遠，深湖區可見兩處濁流沉積；該時期湖水動力較弱，扇三角洲朵體改造不明顯，總體以扇三角洲前緣沉積為主，平原為輔，水下分流河道、辮狀河道等微相極為發育。

圖7 拾場次洼各亞段沉積相展布

4 沉積模式及演化規律

拾場次洼內構造運動對物源、相類型、儲層分布及規模等均有較強的控制作用，沙三段時期內沖積扇、扇三角洲及湖泊等均有發育，因各亞段時期構造活動強弱的不同，造成了研究區地貌形態、物源供應、沉積體規模及沉積中心等的變化。

沙三段沉積期沉積中心經歷了由洼陷中心向西(先)、向南(后)遷移的兩次變化，在北西向、北東向及北東東向等物源控制下，洼陷內發育大面積片狀扇三角洲相，偶見因構造運動、陣發性洪流所沉積的小規?；?、濁流沉積等；由洼陷邊界至中心，相變規律呈沖積扇→扇三角洲平原→扇三角洲前緣→湖泊相。總體上，垂向砂體分期、相序漸變主要受控于湖平面升降變化；平面砂體分布、相帶漸變則主要受控于邊界物源與構造活動(主要為斷層活動)(圖8)。綜合認為，洼陷內經歷了“急湖侵→緩湖退→緩湖侵”的基準面上升湖侵環境，沉積了垂向以扇三角洲相為主巖性序列變化的一套沉積地層，主要屬近岸沉積模式、河控扇三角洲平原模式、(湖)浪控席狀扇三角洲前緣模式及零散濁流沉積模式等四類。

圖8 渤海灣盆地黃驊坳陷拾場次洼沉積演化及模式

5 結論

(1)依據巖心、測井、地震相、屬性及反演預測等成果，綜合判定渤海灣盆地黃驊坳陷拾場次洼沙三段地層主要受北西向、北東向及北東東向等3個物源體系控制，以發育沖積扇、扇三角洲、湖泊等3種沉積體系為主。

(2)依據測井、巖心所反映的沉積相、巖相特征及其在地震剖面上所呈現的外部幾何形態、內部反射結構及地球物理參數等差異性來進行地震相識別與劃分，并在研究區予以應用，識別出席狀-平行反射(含強振幅/強連續、中振幅/中連續兩類)、席狀-亞平行反射、丘形/楔形-雜亂反射、丘形/楔形-前積反射、空白反射、透鏡狀反射等7類地震相。

(3)提出以“巖心、測井分析定點、地震相、屬性預測及反演分析綜合定面”的井震聯合沉積相分析方法，并以此精細刻畫了拾場次洼沙三五～沙三一亞段等5亞段的平面沉積相展布規律。

(4)識別研究區沙三段時期屬近岸沉積模式、河控扇三角洲平原模式、(湖)浪控席狀扇三角洲前緣模式及零散濁流沉積模式等四類，為“急湖侵→緩湖退→緩湖侵”的基準面上升湖侵環境；平面相變呈沖積扇→扇三角洲平原→扇三角洲前緣→湖泊相。