東營凹陷永北地區沙四上亞段砂礫巖儲層構型特征及分布樣式

孔省吾, 于正軍, 宋 璠, 王正偉

(1.勝利油田物探研究院， 東營 257022； 2.中國石油大學(華東)地球科學與技術學院， 青島 266580)

東營凹陷永北地區沙四上亞段砂礫巖油藏儲量豐富，是勝利油田油氣勘探與開發的主要目標之一[1-3]。然而，由于砂礫巖儲層內部結構復雜，隨著油氣開發工作不斷深入，傳統的基于沉積微相研究的油藏描述工作已不能滿足此類油藏精細評價、挖潛剩余油的需要。儲層構型分析技術由于其對儲層研究精度更為細化深入，可為復雜油氣藏的內部結構認識及油氣挖潛提供有力的技術支撐[4-5]。

近年來，對于河流相、三角洲等沉積相帶的儲層構型研究進展迅速，研究手段已由常規的野外露頭、現代沉積分析向三維地震、水槽實驗、數值模擬等技術轉變，建立了多種儲層構型發育模式[6-7]。但針對發育在斷陷湖盆陡坡帶近岸水下扇的構型研究很少，對其構型級次劃分和構型單元特征的研究不夠深入[8]。現綜合利用永北地區豐富的巖心、測井及三維地震資料，對沙四上亞段7-8砂組(Es47-8)典型的厚層砂礫巖儲層的特征及其分布樣式進行研究，為該區勘探開發過程中暴露出的不同期次河道疊置關系、邊界性質不清等問題提供解決思路。

1 地質背景

東營凹陷是渤海灣盆地濟陽坳陷內的一個次級凹陷，屬于典型的新生代陸相斷陷湖盆。依據構造特征，東營凹陷分為北部陡坡帶、洼陷帶、中央隆起帶和南部緩坡帶共四個次級構造單元[9]。永北地區位于東營凹陷北部陡坡帶東段，屬于鹽家油氣田東南部的一個區塊[10]，面積約為7.6 km2，東部與北部都緊鄰陳家莊凸起，西部為鹽家鹽22區塊，南部與民豐凹陷相接，東南部緊靠永安鎮油田(圖1)。永北地區受陳南斷裂所控制，發育一套混雜堆積為主的復雜砂礫巖體，主要對應于扇三角洲沉積、近岸水下扇沉積以及滑塌濁積扇沉積[11-13]。

圖1 東營凹陷永北地區構造位置

研究區目前有鉆井近50口，其中包括13口取心井，平面上以永928井、永936井為中心具有平均井距200 m左右的密井網區塊(圖1)。鉆井揭示研究區油氣資源主要集中于沙四上亞段，勝利油田經過多年勘探將該亞段進一步劃分為8個砂層組[14]，7-8砂層組為厚層砂礫巖儲層，內部進一步劃分出若干小層(表1)。其中7砂組對應于扇三角洲沉積，單層砂礫巖體厚度相對較小；8砂組對應于近岸水下扇沉積，主要為厚層塊狀砂礫巖沉積。該區自2007年投入開發，主要采用7-8砂組合層壓裂、天然能量開采的方式，原油采收率僅為10.4%，厚油層內還有較大的挖潛潛力。

表1 永北地區沙四上亞段地層系統劃分

2 構型界面分級

儲層構型界面的級次劃分是構型研究的基礎，不同級次的構型界面限定了不同級別的沉積單元，可將目的層劃分為不同級別、成因上具有聯系的沉積體[15]。構型研究目前在河流相、三角洲、沖積扇沉積中都取得了豐碩的成果[16-18]，在水下扇沉積構型劃分方面研究尚淺。現參考Maill 提出的河流相構型界面分級系統，在充分考慮研究區7-8砂組的扇三角洲—水下扇沉積條件與特征的基礎上，提出了砂礫巖儲層構型的6級劃分方案。

1級構型與2級構型的劃分與Maill的劃分方案基本一致，其中1級構型界面為層理組內部一個紋層的界面，即為巖心上可識別最小級別的構型單元的級別；2級構型則是交錯層系組，將不同巖相區分開；3級構型為單期朵葉體或舌狀體內部的某一沉積單元，包括小沖溝、溝槽填充體；4級構型對應于近岸水下扇單期辮狀溝道、溝道間，以及扇三角洲單期水下分流河道；5級構型對應多期次辮狀溝道或水下分流河道疊加形成的復合體；6級構型為多期水下扇或扇三角洲朵葉復合體。其中由于4級、5級構型識別的可操作性強、預測精度高，是油田砂礫巖勘探開發的重點，也是研究的主要目標。

圖2 永北地區沙四上亞段巖性特征

3 砂礫巖儲層特征及構型單元類型

構型單元是構型界面控制下的構型實體，實質上就是某一沉積時間單元內的沉積微相或微相復合體[19-21]。通過對研究區13口取心井資料分析，結合測井與地震資料，對永北地區沙四上亞段7-8砂組砂礫巖儲層的巖性特征、測井響應特征及地震反射特征進行了系統研究，進而對儲層構型單元進行了劃分。研究區8砂組主要發育近岸水下扇辮狀溝道和溝道側緣兩種構型單元，7砂組主要發育水下分流河道構型單元。

3.1 巖性特征

通過近400 m的巖心觀察，發現研究區沙四上亞段7-8砂組砂礫巖儲層巖性類型多樣，包括粗礫巖、中礫巖、含中礫細礫巖、細礫巖、含礫砂巖、粗砂巖、中砂巖、細砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖、泥巖等。其中，粗礫巖是由粒徑超過10 cm以上的大礫石組成的塊狀層理礫巖，厚度一般為30～100 cm，主要發育在扇根溝道主體[圖2(a)]；中礫巖由粒徑2～10 cm的礫石組成，研究區存在雜基支撐和顆粒支撐兩種方式[圖2(b)、圖2(c)]，主要發育在扇根或扇中靠近扇根部位；含中礫細礫巖和細礫巖主要由粒徑0.2～2 cm的礫石組成[圖2(c)、圖2(d)]，厚度一般為15～100 cm，主要發育在扇中靠近扇根部位；含礫砂巖和粗砂巖厚度一般為5～30 cm，常發育塊狀層理、遞變層理和沖刷面等沉積構造[圖2(e)、圖2(f)]，主要發育在扇中部位。中砂巖和細砂巖厚度一般為5～30 cm，常發育平行層理、韻律層理等沉積構造[圖2(g)、圖2(h)]，主要發育在扇中部位；粉砂巖和泥質粉砂巖厚度一般為5～20 cm，常發育小型交錯層理[圖2(i)、圖2(j)]，主要發育在扇中位置或靠近扇緣部位。泥巖主要呈深黑色，泥巖厚度一般為1～100 cm，常發育泥巖撕裂屑和塊狀層理[圖2(k)、圖2(l)]，主要發育在扇緣或深湖環境中。

3.2 測井響應特征

東營凹陷北帶永935～936區塊沙四上亞段發育的砂礫巖測井曲線形態類型多樣，代表著研究區沉積環境、水動力強弱變化等沉積現象，綜合曲線形態及巖性特征，可識別出五種研究區典型的測井相類型(表2)。

主溝道：自然電位(SP)曲線形態呈中高幅微齒化箱形，頂底界面回返明顯表現為突變接觸，電阻率曲線呈高幅形態。主要發育混雜堆積礫巖相、塊狀層理。主溝道主要發育在靠近物源區的扇根位置，陡坡帶的沉積物沿陡坡帶快速堆積速堆積填充在底部，單期主溝道砂礫巖體厚度普遍在20～40 m左右。

表2 永北地區沙四上亞段構型單元類型及特征

辮狀溝道：自然電位曲線形態呈中高幅微齒化箱形與鐘形復合，頂界面呈漸變式接觸，底界面回返明顯表現為突變接觸，電阻率曲線呈中高幅齒化形態。主要發育礫巖相、砂巖相，塊狀層理、正粒序層理為主。辮狀溝道靠近物源區的扇中位置，陡坡帶的沉積物沿陡坡帶快速堆積填充在底部之后沿相對較平緩的扇根沉積之上向前鋪撒開來形成辮狀溝道，溝道形成底部礫石向砂巖以及泥巖過渡的正韻律。每期溝道結束，下一期辮狀溝道疊覆沖刷，形成多期辮狀溝道疊置的現象，單期辮狀溝道砂礫巖體厚度在10～20 m。測井曲線呈中高幅微齒化箱形與鐘形復合形態。

溝道側緣：自然電位曲線形態呈中低幅微齒化漏斗形，頂界面回返明顯表現為突變接觸，底界面呈漸變式接觸，電阻率曲線呈中低幅齒化形態。主要發育砂巖相，反粒序層理為主。溝道側緣在陡坡帶的沉積物沿陡坡帶快速堆積填充在底部形成的主溝道與辮狀溝道沉積，溝道滿載之后向溝道兩側溢出形成的類似河口壩的沉積體。每期溝道側緣厚度普遍在1～5 m。

水下分流河道：7砂組沉積時期湖平面下降，砂礫巖體向湖盆進積形成扇三角洲，其中作為沉積主體的水下分流河道以砂礫巖、中-粗砂巖沉積為主，常見塊狀層理、正粒序層理的礫巖相、砂巖相。測井曲線呈中高幅微齒化箱形與鐘形復合，頂界面呈漸變式接觸，底界面回返明顯表現為突變接觸。

扇端泥巖：測井曲線呈低幅微齒化直線型。主要發育泥巖相、泥巖撕裂屑現象，塊狀層理、韻律層理為主。扇端泥巖相主要發育在遠離物源區的扇端位置，每期溝道伴隨著沿陡坡帶向前延伸進去深湖～半深湖環境之中，形成塊狀泥巖和多期砂泥互層。

3.3 地震反射特征

圖3 過永936井典型雜亂反射相、丘狀相的地震剖面

利用地震反射內部結構、外部形態及地震屬性，并以地震反射同相軸的振幅和連續性等地震參數，將沙四上亞段砂礫巖體的地震反射形態與鉆井資料結合，識別出近物源的雜亂充填相、丘狀相、扇中發育的沖刷填充相以及遠物源的平行席狀相等標志，作為構型單元確定的輔助標志(圖3)。其中雜亂充填相分布在北部陡坡帶靠近物源的砂礫巖扇體根部位置，巖性以分選極差、磨圓差、雜基支撐、顆粒支撐充填的礫巖、礫質砂巖為主；丘狀相是砂礫巖扇體主體部位的地震相特征，巖性以礫質砂巖、砂巖為主。該地震相振幅較強，連續性較好，對應于扇三角洲水下分流河道和近岸水下扇辮狀溝道；沖刷填充相同樣是砂礫巖扇中主體部位的地震相特征，巖性以礫質砂巖、砂巖為主。該地震相振幅較強，連續性較好，其近物源位置與雜亂充填相接觸。

4 構型單元分布

砂礫巖油藏的開發主要受砂礫巖體之間的連通性和空間展布樣式所制約。永北地區沙四上亞段7-8砂組砂礫巖體中單期朵葉體或舌狀體(5級構型單元)的空間疊置關系，以及單期辮狀溝道或水下分流河道(4級構型單元)之間是否連通等問題尚不清楚。在單井構型劃分與識別的基礎上，從剖面到平面研究4-5級構型單元的分布樣式，為研究區砂礫巖油藏的挖潛提供地質依據。

4.1 構型單元剖面分布樣式

研究區沙四上亞段8砂組的5級構型單元主要為近岸水下扇多期舌狀體，常呈頂平底凹展布，單期舌狀體規模大小不一(圖4)。區內永936井區舌狀體明顯比永928井區和永930井區薄。其中靠近斷層邊界位置，單期舌狀體之間存在泥巖隔層為5級構型界面，永930區與永928區單期舌狀體之間存在疊切和沖刷現象，砂體之間沖刷面也屬于5級構型界面。永928區與永930區之間存在古高地，高地兩側與斷層邊界之間以及永928井區單期舌狀體呈明顯的退積樣式。

7砂組5級構型單元為單期扇三角洲朵葉體，連續性較好，單期朵葉體從盆地邊界到深湖區巖性逐漸變細，尖滅在湖相泥巖中(圖4)。永936井區朵葉體呈頂平底凹展布，泥巖為5級構型界面，整體呈進積樣式展布。此外，7砂組頂部位置伴隨著斷層活動或古地貌，滑塌堆積或滑落堆積在脫離朵葉體前端的深湖濁積扇，在垂向上呈現頂平底凹的形態，整體呈條帶狀展布，少見疊切樣式。

在5級構型單元的約束下，以永936井區8砂組和永928井區7砂組為例進行4級構型單元的刻畫(圖5)。由永936井區垂直物源剖面可見，構型單元主要為主溝道、辮狀溝道和溝道間。單期主溝道在永936井底部呈現三期退積樣式展布，主溝道呈不規則舌態，橫向連續性好，辮狀溝道交錯疊置。由永928井區順物源剖面可見，構型單元主要為水下分流河道、遠砂壩以及河道間。分流河道主要呈頂平底凹的形態，單期河道有孤立式和疊切式兩種形式，期間發育的河道間沉積和遠砂壩。

4.2 構型單元平面分布樣式

在單井構型單元識別與剖面分布樣式研究的基礎上，利用研究區新處理的三維地震資料進行地震屬性分析，提取了波阻抗屬性、振幅類屬性、頻率類屬性等十余種屬性數據體，最終優選出均方根振幅、弧長、方差屬性作為精細刻畫構型單元邊界的地球物理依據。

永北地區沙四上亞段8砂組發育的水下扇辮狀溝道主要分布于永928、永935以及永936三個井區，單期辮狀溝道舌狀體整體呈現退積樣式(圖6)，由8-4小層[圖6(d)]到8-1小層[圖6(a)]的舌狀體逐漸向西北方向退積，扇體規模不斷縮小，符合斷陷湖盆裂陷擴張期時期的地質特征。平面上每期舌狀體的發育規律差異較大，永935區塊向西南區域呈北東-南西方向的條帶狀分布，永928區塊向西區域呈北西-南東方向展布，舌狀體整體延伸方向較為穩定，分叉、彎曲現象不明顯，多個舌狀體之間近平行分布。沙四上亞段7砂組扇三角洲朵葉體從早期到晚期呈進積樣式展布(圖7)，朵葉體主要分布于永928井區以及永936井區。各時期朵葉體形態變化較大，朵葉體之間垂向、橫向均有明顯的沖刷切割及疊置分布特點。

5 結論

(1)東營凹陷永北地區沙四上亞段為一套近岸水下扇—扇三角洲砂礫巖沉積體，其中8砂組主要發育水下扇辮狀溝道、溝道間，7砂組主要發育扇三角洲水下分流河道。

(2)將研究區水下扇—扇三角洲砂礫巖體內部儲層結構劃分為6級，總結了與油氣勘探開發關系最為密切的4-5級構型巖性、測井及地震響應特征。不同構型單元的巖性、厚度、分布位置及地球物理響應存在顯著差異。

圖4 研究區5級構型單元剖面圖(東西向，垂直物源)

圖5 永936井區8-2小層4級構型單元連井剖面(垂直物源)

圖6 研究區8砂組1～4小層舌狀體分布特征

圖7 研究區7砂組1～3小層朵葉體分布特征

(3)研究區沙四上亞段8砂組的5級構型單元主要為近岸水下扇多期舌狀體，常呈頂平底凹展布，單期舌狀體規模大小不一，4級構型單元呈多期退積樣式展布，辮狀溝道砂礫巖交錯疊置發育；7砂組5級構型單元為單期扇三角洲朵葉體，連續性較好，單期朵葉體從盆地邊界到深湖區巖性逐漸變細直至尖滅，4級構型單元呈進積樣式展布，具有明顯的沖刷切割及疊置分布特點。