沉積成因過程分析方法在沉積體系研究中的應(yīng)用*
——以渤海海域渤中A區(qū)沙二段為例

鄭敬貴 王昕 杜曉峰 姚健 王啟明

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海油田勘探開發(fā)研究院)

沉積成因過程分析方法在沉積體系研究中的應(yīng)用*
——以渤海海域渤中A區(qū)沙二段為例

鄭敬貴 王昕 杜曉峰 姚健 王啟明

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海油田勘探開發(fā)研究院)

沉積成因過程分析方法是少井區(qū)沉積體系研究的有效方法之一。綜合利用鉆井、測井、巖礦以及三維地震等靜態(tài)資料，在不同時期湖平面變化框架下，通過古物源以及古溝谷體系研究，明確研究區(qū)物源面貌、母巖類型以及供源能力，認(rèn)識物源區(qū)與沉積區(qū)之間主要發(fā)育的多種溝谷類型高效輸砂通道，最終通過對有效物源區(qū)、母巖類型以及高效輸砂通道三者之間的耦合關(guān)系研究，達(dá)到預(yù)測優(yōu)質(zhì)砂體展布的目的。沉積成因過程分析方法在渤中A區(qū)沙二段沉積體系研究中的成功應(yīng)用，很好地指導(dǎo)了該區(qū)的中深層儲層預(yù)測，為該區(qū)中深層油氣勘探提供了有力支持。

沉積成因過程分析沉積體系中深層儲層預(yù)測渤海海域少井區(qū)

近年來，隨著渤海海域中深層油氣勘探的不斷深入，能否找到富砂優(yōu)質(zhì)沉積體進(jìn)而找到優(yōu)質(zhì)儲層，成為制約中深層油氣勘探尤其是隱蔽油氣藏勘探的難題之一。由于渤海海域?qū)儆诘湫偷年懴鄶嘞莺瑁哂袕?fù)雜的構(gòu)造背景以及多物源區(qū)、多物源類型等特點(diǎn)，導(dǎo)致該區(qū)沉積體系類型多樣，時空演化劇烈，從而為儲層預(yù)測及描述帶來困難。傳統(tǒng)的沉積體系研究方法多依靠大量的鉆井、測井以及三維地震等資料，從沉積結(jié)果入手開展研究。但是對于缺乏足夠的鉆井、測井資料的少井區(qū)，運(yùn)用傳統(tǒng)的研究方法存在一定的局限性，從而制約了中深層油氣勘探。筆者研究認(rèn)為，應(yīng)用沉積成因過程分析這種動態(tài)的沉積體系研究方法能夠較好地預(yù)測沉積體系展布規(guī)律以及富砂富泥特征。

沉積成因過程分析是一種注重動態(tài)的分析法，主要應(yīng)用鉆井、測井、巖礦以及三維地震等靜態(tài)資料，在不同時期湖平面變化框架下，通過物源區(qū)面貌、母巖類型以及供源能力研究，明確物源區(qū)的有效性;通過古溝谷類型、規(guī)模以及分布特征研究，明確是否存在高效的輸砂通道以及主要搬運(yùn)方向;最后在地質(zhì)模式指導(dǎo)下，將物源、輸砂通道以及沉積中心有機(jī)結(jié)合在一起，重建古沉積過程，最終達(dá)到預(yù)測優(yōu)質(zhì)砂體展布的目的。

本文以渤海海域渤中A區(qū)為例，應(yīng)用沉積成因過程分析方法開展了沙二段沉積體系研究，從而為該區(qū)中深層儲層預(yù)測及油氣勘探提供了新的理論依據(jù)。

1研究區(qū)地質(zhì)概況

渤中A區(qū)位于渤海海域中南部渤南低凸起北側(cè)緩坡帶，其北部為渤中富生烴凹陷，南部為黃河口凹陷，油氣運(yùn)聚條件優(yōu)越(圖1)。受郯廬斷裂西支走滑帶長期活動的影響，該區(qū)形成了由渤南低凸起向渤中凹陷延伸的2條近南北向展布的構(gòu)造脊，渤南低凸起南界斷層呈北西西走向，與北北東走向的走滑斷裂相交。

圖1 渤中A區(qū)區(qū)域位置圖

研究區(qū)古近系主要發(fā)育沙一、二段和東營組，沙二段往斜坡高部位超覆于潛山基底之上，至渤南低凸起頂部缺失。研究區(qū)內(nèi)有2口井鉆遇沙二段，證實(shí)沙二段儲層較為發(fā)育，但發(fā)育程度及橫向展布具有明顯的不均衡性(圖2)。由于該區(qū)構(gòu)造演化復(fù)雜且勘探程度較低，沙二段埋深較深，三維地震資料精度有限，造成了對研究區(qū)沙二段儲層發(fā)育及分布規(guī)律認(rèn)識不清，因此應(yīng)用沉積成因過程分析方法重新研究沙二段沉積體系對于該區(qū)下一步油氣勘探具有重要的指導(dǎo)意義。

圖2 渤中A區(qū)連井對比圖

2沉積成因過程分析方法的應(yīng)用

2.1 古物源體系研究

物源分析包括古剝蝕區(qū)的判定、古地貌特征的重塑等，主要是確定物源方向、母巖類型及分布、搬運(yùn)路徑及距離，同時進(jìn)一步分析盆地發(fā)育過程中剝蝕區(qū)與沉積區(qū)、隆起與坳陷的關(guān)系，這是最終解決砂體成因及分布規(guī)律的基礎(chǔ)［1-2］。物源方向研究一般可通過重礦物、由于巖相側(cè)向變化及縱向疊置關(guān)系所反映的地震反射特征、地層厚度變化等判定［3-4］。從地層結(jié)構(gòu)來看，研究區(qū)位于渤南低凸起向渤中凹陷傾沒的斜坡區(qū)，沙二段沉積早—中期湖平面處于下降到緩慢上升的階段，湖盆范圍相對局限，此時物源區(qū)規(guī)模較大，供源能力強(qiáng)。至沙二段沉積中—晚期，隨著湖平面不斷上升，湖盆范圍逐步擴(kuò)大，導(dǎo)致其地層向渤南低凸起高部位呈現(xiàn)逐步超覆的特征，且地層厚度向渤中凹陷明顯變厚，表明研究區(qū)沙二段物源方向主要來自渤南低凸起，且物源區(qū)從沙二段沉積早期到晚期逐步縮小。因此，通過對沙二段地層超覆線的刻畫，可以明確研究區(qū)沙二段沉積時期最大物源區(qū)的規(guī)模，進(jìn)而評價其供源能力。

物源區(qū)的母巖類型決定了砂體類型及儲集性能［5］。已鉆井證實(shí)，渤南低凸起東段潛山地層年齡橫跨時代長，巖性類型多樣且構(gòu)造復(fù)雜，發(fā)育有中生界火成巖、古生界寒武系—奧陶系碳酸鹽巖以及元古界花崗巖。在地震剖面上，中生界火成巖表現(xiàn)為低頻、中—弱振幅、低連續(xù)性等特征，古生界碳酸鹽巖表現(xiàn)為低頻、強(qiáng)振幅、連續(xù)性較好等特征，元古界花崗巖則表現(xiàn)為空白雜亂反射特征，這種三層結(jié)構(gòu)的地震反射特征易于識別(圖3)。通過對不同巖性潛山地震反射特征的識別和追蹤，結(jié)合地震屬性分析，明確了物源區(qū)中生界火成巖分布范圍局限，僅在渤南低凸起東段斜坡兩側(cè)低部位有分布;古生界碳酸鹽巖主要分布于渤中28-A油田及其北部，分布范圍較小;而元古界花崗巖則大面積分布，是研究區(qū)主要的母巖類型，元古界花崗巖經(jīng)風(fēng)化剝蝕，能形成良好的儲層(圖4)。

2.2 古溝谷體系研究

古溝谷是在基準(zhǔn)面下降到坡折帶之下地表長期遭受侵蝕而形成的負(fù)向單元，一般沿層序界面廣泛發(fā)育，控制后期水系發(fā)育及走向，是向盆地輸送沉積物的重要通道，是溝通物源區(qū)與沉積區(qū)的橋梁;但是，只有切過有效物源區(qū)的溝谷才可能成為有效輸砂通道［6］，其形成受坡度、地形粗糙度、水流強(qiáng)度以及湖平面等多種因素制約［7］。

圖5 渤中A區(qū)古溝谷類型及典型特征

研究區(qū)溝谷發(fā)育，且類型多樣，主要形成于沙二段沉積早—中期，此時期湖平面下降至坡折帶之下，隨著河流回返作用以及伴隨著構(gòu)造活動，坡折帶之上發(fā)育斷溝型、V型、U型以及W型溝谷等(圖5)。不同類型古溝谷距物源區(qū)遠(yuǎn)近不同，水動力特征不同，對于碎屑顆粒的搬運(yùn)能力也存在差異。對于斷溝型溝谷，由于斷裂作用影響，溝谷規(guī)模往往較大，加之后期水系對其沖刷改造，具有較強(qiáng)的輸砂能力，其靠近斷層一側(cè)地層明顯加厚，地震反射特征表現(xiàn)為斷超充填結(jié)構(gòu);而對于V型、U型以及W型溝谷，除了地震剖面上的形態(tài)存在較大差異外，則表現(xiàn)為溝谷中心地層厚度明顯增加，向兩側(cè)逐漸減薄的雙向上超充填結(jié)構(gòu)，且可以明顯看出對其下覆地層的侵蝕切割現(xiàn)象。V型溝谷是由于水動力作用較強(qiáng)，所搬運(yùn)的粗碎屑顆粒對其強(qiáng)烈侵蝕，造成切蝕谷較深，說明此類溝谷輸砂能力較強(qiáng)。通過對研究區(qū)各種類型溝谷所表現(xiàn)出的地震反射特征差異性研究，結(jié)合沙二段沉積時期古地貌分析(圖6)，結(jié)果表明渤南低凸起北部緩坡帶以及斷坡帶之上發(fā)育多條近南北走向的溝谷，在物源區(qū)與沉積區(qū)之間建立起了一條高效的輸砂紐帶。

圖6 渤中A區(qū)沙二段沉積時期古地貌圖

3沉積體系展布特征及其控制因素

古物源與古溝谷體系研究以及已鉆井巖心、測井等資料分析表明，研究區(qū)沙二段沉積時期主要發(fā)育辮狀河三角洲沉積(A-3井在沙二段鉆遇約60 m厚辮狀河三角洲前緣砂體);辮狀河三角洲前緣在地震剖面上表現(xiàn)為低頻、弱振幅以及充填結(jié)構(gòu)特征，局部地區(qū)可見前積反射特征，向沉積中心則相變?yōu)橹袕?qiáng)振幅、中連續(xù)反射特征。研究區(qū)辮狀河三角洲自南向北發(fā)育4條主水道，形成三大朵體(圖7)。從研究區(qū)沙二段時期古地貌圖(圖6)可以看出，辮狀河三角洲主水道發(fā)育受控于古溝谷展布，3個朵體主要沿走滑斷裂區(qū)分布。

圖7 渤中A區(qū)沙二段沉積體系展布圖

對于陸相斷陷湖盆，其沉積充填的控制因素是多方面的，渤中A區(qū)沙二段辮狀河三角洲沉積主要受古溝谷體系、構(gòu)造坡折帶、湖平面變化等因素的控制。其中，古溝谷作為溝通物源區(qū)與沉積區(qū)紐帶，不僅決定了是否能將碎屑物質(zhì)有效搬運(yùn)至沉積區(qū)，同時控制了碎屑物質(zhì)的搬運(yùn)方向。研究區(qū)斜坡帶斷裂坡折帶控制著斷裂坡折下降盤可容納空間，沿古溝谷搬運(yùn)來的碎屑物質(zhì)在斷裂坡折帶控制下，由于水動力條件的快速變化而導(dǎo)致碎屑物質(zhì)快速堆積。

區(qū)域上，沙二段沉積早期湖平面相對較小，湖盆范圍相對局限，辮狀河三角洲主要在研究區(qū)低洼處形成沉積;在地震剖面上，沉積體表現(xiàn)為充填結(jié)構(gòu)特征，而且規(guī)模較大、疊合連片，儲層極為發(fā)育。到沙二段沉積晚期，隨著湖平面不斷上升，湖盆范圍逐步擴(kuò)大，物源區(qū)規(guī)模隨之減小，溝谷逐步被充填而消亡，輸砂通道閉合，研究區(qū)演化為湖相泥質(zhì)沉積，并與沙二段沉積早期發(fā)育的富砂辮狀河三角洲砂體構(gòu)成了良好的儲蓋組合。

4結(jié)論

(1)沉積成因過程分析方法是一種注重沉積時空動態(tài)過程的沉積體系分析法，主要在湖平面變化框架下，通過對有效物源區(qū)、母巖類型以及高效輸砂通道三者之間耦合關(guān)系的研究，結(jié)合砂體富集控制因素分析，尋找優(yōu)質(zhì)砂體。實(shí)踐證明，沉積成因過程分析方法是少井條件下中深層儲層預(yù)測的一種行之有效的方法。

(2)沉積成因過程分析方法的應(yīng)用結(jié)果表明，沙二段沉積早—中期，渤中A區(qū)物源主要來自渤南低凸起東段，物源區(qū)規(guī)模大，母巖類型以花崗巖為主，具有良好的沉積物質(zhì)基礎(chǔ)，碎屑物質(zhì)通過斜坡帶上發(fā)育的多類型古溝谷的搬運(yùn)作用，在斜坡構(gòu)造坡折帶等因素的控制下，于沉積中心快速堆積，形成以辮狀河三角洲為主的沉積體系;沙二段沉積晚期，研究區(qū)湖平面上升，物源區(qū)規(guī)模減小，溝谷消亡，發(fā)育湖相泥質(zhì)沉積，并與沙二段沉積早期發(fā)育的辮狀河三角洲砂體構(gòu)成良好的儲蓋組合。

［1］汪正江，陳洪德，張錦泉．物源分析的研究與展望［J］．沉積與特提斯地質(zhì)，2000，20(4):104-110．

［2］毛振強(qiáng)．博興洼陷沙四段沉積物源特征分析［J］．礦物巖石，2011，31(4):94-99．

［3］趙紅格，劉池洋．物源分析方法及研究進(jìn)展［J］．沉積學(xué)報，2003，21(3):409-415．

［4］陳海清，楊波，壽建峰，等．沉積物源的綜合識別與巖性圈閉的確定——以柴達(dá)木盆地七個泉地區(qū)為例［J］．石油地球物理勘探，2007，42(3):283-289．

［5］楊雄濤，羅順社，朱顏，等．泌陽凹陷南部陡坡帶核桃園組物源區(qū)母巖性質(zhì)分析［J］．四川地質(zhì)學(xué)報，2010，30(1):9-12．

［6］徐長貴，賴維成．渤海古近系中深層儲層預(yù)測技術(shù)及其應(yīng)用［J］．中國海上油氣，2005，17(4):231-236．

［7］劉忠保，龔文平，張春生，等．坡折帶上深切谷的形成及發(fā)育沉積模擬試驗(yàn)研究［J］．石油天然氣學(xué)報，2006，28(6):32-34．收稿日期:2012-07-17改回日期:2012-09-12

(編輯:周雯雯)

App lying process analysis of sedimentary origen in researches of sedimentary system:a case of M ember E2s2in BZ-A block，Bohai water

Zheng Jinggui Wang Xin Du Xiaofeng Yao Jian Wang Qiming
(Bohai Oilfield Exploration and Development Institute，Tianjin Branch of CNOOC Ltd．，Tianjin，300452)

Process analysis of sedimentary origen is one of the effective methods to research sedimentary systems in a region with sparse wells．Several static data，such as drilling，logging，lithology，mineral and 3-D seismic，were comprehensively used to research ancient provenance and channel-valley system in a framework of lake-level change during different periods，so that the provenance feature，the parent rock type and the ability of debris supply were identified in the study region，and the main sand-transportation passages with multiple channel-valley types were recognized between the provenance and the sedimentary area．Finally，the distribution of high-quality sand bodies was predicted through analysing the coupling among effective provenance，parent rock type and efficient sand-transportation passage．A successful application of this process analysis of sedimentary origen in Member E2s2，BZ-A block，has effectively guided the middle-deep reservoir prediction and provided strong supports for the middle-deep hydrocarbon exploration in this region．

process analysis of sedimentary origen; sedimentary system;middle-deep reservoir prediction; Bohai water;sparse-well region

*國家科技重大專項(xiàng)“近海隱蔽油氣藏勘探技術(shù)(編號:2011ZX05023-002)”部分研究成果。

鄭敬貴，男，工程師，2006年畢業(yè)于成都理工大學(xué)，獲碩士學(xué)位，主要從事沉積儲層及油氣勘探研究工作。地址:天津市塘沽區(qū)609信箱(郵編:300452)。電話:022-25804561。E-mail:zhengjg@cnooc．com．cn。