渤海灣盆地歧口18-1油田沙二段層序地層及沉積相研究

尹楠鑫，李中超，國殿斌，何 康，孫廷彬，羅波波，程瑞英，張 玲

(1.中原油田 博士后工作站,河南 濮陽 457001;2.中原油田 勘探開發(fā)科學研究院,河南 濮陽 457001;3.中海油天津分公司 勘探開發(fā)研究院，天津 300452)

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·地球科學·

渤海灣盆地歧口18-1油田沙二段層序地層及沉積相研究

尹楠鑫1,2，李中超2，國殿斌2，何 康3，孫廷彬1,2，羅波波2，程瑞英2，張 玲2

(1.中原油田 博士后工作站,河南 濮陽 457001;2.中原油田 勘探開發(fā)科學研究院,河南 濮陽 457001;3.中海油天津分公司 勘探開發(fā)研究院，天津 300452)

應用經典層序地層學理論進行歧口18-1油田層序地層格架和有利儲集相帶分布的預測,為油田開發(fā)方案的制定提供地質依據。通過不整合面、首次湖泛面和最大湖泛面的特征識別,在三級層序內部劃分出低位、湖侵、高位3個體系域,建立了歧口18-1油田沙二段的層序地層格架；以體系域為單元進行沉積相分異及其演化過程的研究,預測了有利的沉積相帶及儲集砂體的空間分布。結果表明，歧口18-1油田沙二段發(fā)育扇三角洲—湖泊沉積體系，其有利的儲集相帶為低位體系域和高位體系域的扇三角洲水下分流河道,平面上多期河道疊加,儲層物性好，是油田最為有利的開發(fā)目標。

歧口凹陷；沙河街組；層序地層；沉積微相；扇三角洲

層序地層學是20世紀80年代末期，在地震地層學基礎上發(fā)展起來的一門劃分、對比和分析層序地層的新技術[1]。應用層序地層學的原理和方法,可以建立高分辨等時地層格架，識別沉積體系，恢復古地理環(huán)境，鉆前預測生油巖、儲集巖和蓋層的分布,鉆前預測有利的勘探開發(fā)目標[2-5]。

歧口18-1油田位于渤海灣盆地黃驊拗陷中歧口凹陷海域淺海區(qū),該凹陷油氣資源豐富[6-10],其主力含油層系為古近系沙河街組。國內許多學者雖對歧口凹陷古近系開展了大量的層序地層研究[11-14],但受地震資料品質、油藏埋深及井控程度的影響,其沙河街組沙二段未能提煉出可供對比和儲層預測的高精度層序地層格架,繼而造成對儲層展布認知不清。針對上述問題,文中應用工區(qū)新采集的三維地震和已有的13口井的井筒資料,以經典層序地層學理論為指導,通過不同級次層序單元界面的識別與對比,首次對歧口18-1油田沙河街組沙二段的層序地層格架進行系統研究,進而在層序格架內通過沉積體系及沉積演化的分析,預測了沙二段有利的儲集相帶,為油田開發(fā)方案的制定提供了地質依據。

1 研究區(qū)概況

歧口18-1斷塊位于黃驊拗陷的歧口凹陷南部,北靠歧南次凹,南依埕寧隆起,為羊山木扣村潛山與埕北斷階帶的結合部位(見圖1)。該地區(qū)經歷了四十多年的勘探開發(fā),在構造油氣藏勘探程度較高的情況下,油氣勘探逐漸轉向巖性油氣藏。

鉆井資料揭示，研究區(qū)地層自上而下依次為新近系明化鎮(zhèn)組(Nm)、館陶組(Ng)、古近系東營組(Ed)、沙河街組(Es)。研究目的層段為古近系沙河街組沙二段,巖性以含礫砂巖、雜色礫巖夾深灰色泥巖為主。沙二段是黃驊拗陷從古近系以來,構造活動穩(wěn)定期沉積的一套地層,其沉積體系類型為扇三角洲沉積,儲層物性較好,為中孔中滲儲層。

2 不同級次層序界面的特征及層序地層單元的劃分

層序地層學以層序作為盆地分析的基本單元。層序是由具有年代地層意義的一套相對整合的,成因上相關的地層序列組成[15]。層序地層單元劃分的關鍵是尋找不同級次的層序界面,如識別三級層序的不整合面或與之相對應的整合面,劃分體系域的首次湖泛面和最大湖泛面等,從而將地層劃分為不同級別的層序地層單元[16-20]。同時，油氣藏的形成與各種級別的層序地層界面存在著密切的聯系,因此，分析層序地層界面對沉積地層中油氣藏形成和分布的控制作用,具有重要的理論和現實意義[21]。論文應用研究區(qū)三維地震資料、測井資料和鉆井資料進行歧口18-1油田沙二段不同級次層序界面的識別和對比,從而建立起目的層段的層序地層等時格架,為有利沉積儲層的預測奠定地質基礎。

2.1 不同級次層序單元界面的特征

2.1.1 三級層序界面的識別及其特征 圖2為歧口18-1油田主測線Inline1000的地震剖面,通過地震剖面中的削蝕、上超、下超等特殊反射結構可識別出2個不整合面,這兩個不整合面可作為三級層序界面,分別為SB1，SB2。通過層位標定,SB1和SB2與沙二段的底界和頂界相當,即歧口18-1油田沙二段為一個完整的三級層序。SB1對應于巖石地層單元沙三段與沙二段的分界面。該界面為一局部不整合面,界面之下可見削蝕、下超和上超現象,地震剖面上表現為中—低振幅,連續(xù)性較好,全區(qū)易于追蹤和識別。SB2大致對應于沙二段與沙一段的分界面,該界面也為一局部不整合面,界面之上可見上超和削蝕現象,地震剖面表現為強振幅、連續(xù)好的波谷反射,全區(qū)易于追蹤和層位閉合。這兩個不整合面在電性曲線上也有明顯的特征。

圖3所示為沙二段SB1和 SB2三級層序界面在1井上的巖電綜合特征。界面SB1在1井位于3 280 m處,為高GR和高SP的泥巖段向低GR和低SP的轉換面。界面之下為沙三段高位域時期沉積的一套細粒的泥巖、粉砂巖。測井曲線表現為平直或低幅異常狀。而界面之上則為一套砂礫巖地層,河道充填沉積,底部發(fā)育沖刷面。測井曲線形態(tài)為箱形或高值異常，顯示基準面迅速下降過程中形成的淺水沉積物直接覆蓋于深水沉積之上,為水下分流河道下切侵蝕的沉積。測井曲線形態(tài)表明,該界面之上為新一期水進—水退旋回的開始。

圖1 歧口凹陷區(qū)域構造圖Fig.1 Tectonic location of Qikou Sag

界面SB2同樣為一巖性劇變面,在1井位于3 035 m處,界面之下為低GR和低SP的砂巖、含礫砂巖,測井曲線形態(tài)以箱形和鐘形為主。界面之上為一套砂泥互層段,巖性以泥巖、粉砂巖、粉砂質泥巖為主,測井曲線形態(tài)多呈指狀,這表明基準面之下水體逐漸變淺之后,缺失逐漸變深的過程,直接被深水沉積覆蓋,指示了沉積間斷的存在。界面上下的測井曲線形態(tài)呈漸變樣式。

2.1.2 體系域界面特征 體系域是指在三級層序內部一系列同期沉積體系的集合體，而沉積體系是指具有成因聯系的相的三維空間組合。因此，體系域是一個三維沉積單元,體系域的邊界可以是層序的界面、最大海泛面、首次海泛面[16,22-25]。體系域的劃分對沉積相編圖和古地理再造具有重要意義。一個完整的層序是由3個體系域構成,即低位體系域、海侵體系域、高位體系域。而對于陸相斷陷盆地,體系域主要分為低位體系域、湖侵體系域和高位體系域[1]。地層層序中沉積體系域、準層序(組)等不同規(guī)模的層序地層單元與油氣形成和聚集保存的基本地質因素之間存在密切的聯系,特別是沉積體系域,已經被勘探實踐證明與油氣的垂向分布具有密切的關系[21]。歧口18-1油田沙二段的沉積背景為陸相斷陷盆地,因而體系域界面的識別主要是對三級層序界面限定內的首次湖泛面和最大湖泛面的識別。

圖2 歧口18-1油田三級層序界面的地震反射特征Fig.2 The seismic reflection features of each third-order sequence boundary in Qikou18-1 oilfields

1)首次湖泛面的識別及其特征。首次湖泛面是由進積或加積的低水位體系域向退積的水進體系域的轉換面。在陸相斷陷湖盆中,低位體系域多以濁積扇或扇三角洲為特征,進積或加積特征明顯;而水進體系域水體逐漸加深,以較深水的湖相沉積為特征,常表現出向上泥巖厚度加大的退積式準層序疊置樣式。

研究區(qū)低位體系域表現為一組1～2個相位，連續(xù)性、振幅平面變化較大的反射,分布相對穩(wěn)定(見圖2)。首次湖泛面為較連續(xù)到連續(xù)性好的變振幅波峰,在東南高部位超覆于層序不整合面上。其測井響應特征如圖3所示。在1井中,首次湖泛面出現于沙二段下部3 210 m處,為一沉積旋回轉換面。界面之下,為一套扇三角洲的粗粒,砂體發(fā)育,整體上為兩套反旋回和一套正旋回、以前積的沉積樣式垂向疊置;界面之上,隨著水體變深,沉積了一套夾薄層砂巖的細粒泥巖,總體上為一套向上變細的退積式沉積。

2)最大湖泛面的識別及其特征。最大湖泛面是最大湖侵時形成的界面,是三級層序地層中湖侵體系域和高位體系域的轉換面。此時期也常形成分布范圍廣、色暗質純、反映較深水環(huán)境的凝縮層。在沉積樣式上,最大湖泛面之下表現為向上粒度變細的退積沉積,而界面之上則為向上變粗的加積或前積的沉積樣式。

高位體系域大部分地區(qū)表現為較連續(xù)變振幅反射,最大湖泛面表現為連續(xù)性較好中強波峰反射,部分地區(qū)見上超和削蝕現象(見圖2),能較可靠追蹤。圖3中,1井的最大海泛面發(fā)育在3 125 m處,界面上下的測井曲線組合形態(tài)截然不同。該界面下部是一套細粒的泥巖沉積,砂泥比值較低,水體逐漸加深,其內部以退積型沉積樣式為特征。界面上部，隨著水體變淺,粗粒沉積物增加,為一向上變粗的前積型反旋回沉積。

2.2 層序地層單元的確定及等時地層格架的建立

層序地層格架內的巖層是同時期形成的,具有同步沉積演化序列的巖石組合,其邊界具有等時對比的意義,建立層序地層格架就是將同時代的巖層納入相關年代的地層對比格架中[26-28]。綜合地質和高分辨率的地球物理資料建立的高精度的層序地層格架可為精細的沉積體系、沉積相分析和砂體分布預測提供更有效的地層對比框架[3-4]。以經典層序地層學的理論為指導,通過不同級次層序界面的識別,將歧口18-1油田河街組沙二段劃分為1個三級層序(SQ1)3個體系域9個準層序組以及24個準層序(見圖4),建立起以準層序為單元的等時地層格架。從圖4中可以看出,SB1與首次湖泛面之間的低位體系域以前積型沉積為主,是一套向上變粗的反旋回沉積,局部地區(qū)超覆在SB1上,是儲集層十分發(fā)育的層段。首次湖泛面之上,隨著水體逐漸加深,發(fā)育一套向上變細的退積式細粒湖侵體系域沉積,到最大湖泛面時巖性最細。而最大湖泛面與SB2之間則為高位體系域,沉積物相對較粗,以加積和前積樣式為主,部分地層與頂面呈削蝕接觸關系。

圖3 1井單井沉積層序綜合分析圖Fig.3 Sedimentary maicrofacies and sequence stratigraphy evaluation of well 1

3 沉積相分析

沉積相是沉積學的一項重要研究內容,是沉積體系中的基本構成單元。在油氣勘探過程中,研究沉積相可以尋找砂體分布及儲層物性的變化規(guī)律,是進行油藏描述的一項基礎工作。歧口18-1油田主要接受來自南部埕寧凸起的物源,由于構造活動強烈、物源近、水深變化快、氣候干燥,加之研究區(qū)處于南面海四斷層下降盤,同時該斷層高差大、坡度陡、物源區(qū)緊鄰湖盆,沉積物快速堆積形成扇三角洲。已有的鉆井資料揭示，沙二段發(fā)育扇三角洲前緣亞相，其微相進一步被劃分成水下分流河道、河口壩以及支流間灣。

3.1 巖石成分及結構特征

典型的扇三角洲沉積以灰色粉砂—細砂巖為主,砂巖類型主要為長石砂巖,次為巖屑長石砂巖,砂巖顆粒分選中等—好,磨圓度中等—好,成分成熟度中等。歧口18-1油田沙河街組巖石類型為巖屑質長石砂巖,長石砂巖。顆粒磨圓度次棱—次圓狀,分選中等。膠結物質量百分含量3%～30%,平均13%。膠結物成分主要為泥質、方解石和白云石。膠結類型主要為孔隙式,其他的膠結類型有接觸式和基底式。通過分析研究區(qū)2口井的粒度數據可知，該區(qū)粒度概率曲線以低角度兩段式和上拱弧形一段式為主,儲層分選差,粒度較粗,反映出較強的水動力條件。

圖4 沙二段南北向格架剖面對比圖Fig.4 Comparison diagram of individuals frame from north to south of Member 2 of Shahejie Formation

3.2 測井相及巖心相特征

在巖心相的標定下,依據上述扇三角洲沉積微相的劃分方案,通過分析各微相的測井曲線特征,編制了研究區(qū)測井相模板(見圖5)。

1)水下分流河道。其巖性主要為淺灰色、灰白色砂巖,具有向上變細的沉積旋回,包括含礫中砂巖到粗、細、粉砂巖等。發(fā)育交錯層理、平行層理、遞變層理等,底部多具沖刷面和河道滯留沉積,礫石順層排列,以泥礫為主。自然伽瑪曲線為典型的鐘形或箱形(圖5中1井，P9井)。鐘形曲線反映水流能量向上逐漸減弱或碎屑物質供應量減少,表明河流發(fā)生沉積后水流能量降低。箱形曲線反映物源供應充足,水流能量較穩(wěn)定。

2)河口壩。河口壩砂體也是本區(qū)主要的儲集砂體,主要由淺灰色—灰白色粉砂巖、細砂巖、中砂巖組成,分選、磨圓較好；主要發(fā)育波狀交錯層理以及塊狀層理等；自然伽瑪曲線為典型的漏斗形(圖5中P5井),漏斗形曲線反映水流能量向下逐漸減弱或碎屑物質供應量減少,表明河流發(fā)生沉積后水流能量增大,表現為反旋回。

3)席狀砂。席狀砂是三角洲河口壩和遠砂壩經湖水沖刷和波浪改造作用后再次沉積形成的、分布于三角洲前緣的薄層砂體,砂巖分選好,質較純。沉積構造以小型板狀層理、波狀交錯層理、壓扁層理、塊狀層理為主。測井曲線呈低幅漏斗形、低幅指形(圖5中2D井)。

4)前三角洲和支流間灣微相。支流間灣和前三角洲主要是以灰色或灰黑色泥質沉積為主,夾粉砂巖、泥質粉砂巖薄層,具有塊狀或具水平層理,泥巖的穩(wěn)定性較差。水平層理是在比較安靜的水動力條件下,由懸浮物沉積而成。如圖5中P2井和P4井所示,自然伽瑪曲線接近于泥巖基線,為平穩(wěn)沉積環(huán)境。有時夾雜粉砂巖或泥質粉砂巖薄層,因而具有一定的幅度。

3.3 地震相分析

沙二段早期,歧口凹陷開始進入盆地演化的斷陷階段,歧南斷階帶斷層開始活動,物源豐富,此時歧口18-1油田主要發(fā)育扇三洲前緣亞相?；谌墝有虻貙痈窦?結合鉆井、測井及地震資料,開展了研究區(qū)三維地震數據體地震屬性和地震相研究。圖6為研究區(qū)湖侵體系域地震均方根振幅及方差體順層切片圖。均方根振幅主要用于追蹤地震異常體,如三角洲、河道及含氣砂巖引起的振幅異常,分析流體、巖性、儲層孔隙度的變化,可以依據振幅切片幾何形態(tài)直觀地識別河流、三角洲、生物礁等特殊沉積體。方差體以其對不連續(xù)體非常敏感而廣泛應用于沉積相邊界、斷層和裂縫的識別。從圖6可見,均方根振幅在該地層切片處表現為多個呈扇形分布的低幅異常分布區(qū),利用方差體切片可以準確地識別出這些異常體的平面界限,在前述巖心相和測井相綜合標定的基礎上,可以清楚地識別出該沉積時期發(fā)育的3個扇三角洲的發(fā)育位置極其規(guī)模的大小。

圖5 研究區(qū)沙河二段測井相模板Fig.5 Logging facies template of Member 2 of Shahejie Formation in the study area

4 層序地層格架內沉積相演化及有利目標

通過層序地層格架的劃分,在分析沉積相及其演化的基礎上,預測不同層序地層單元內儲層砂體的平面分布,勾繪有利的儲集相帶,可以為油田開發(fā)方案的制定以及油田擴邊、調整、挖潛動態(tài)分析、剩余油研究等提供重要地質基礎[26-27,29]。在歧口18-1油田沙二段層序地層格架內,綜合應用研究區(qū)的三維地震和鉆井資料,開展以體系域為單元的沉積相平面分布研究,預測有利的儲集相帶,為油田開發(fā)提供明確的地質目標。

1)低位體系域沉積相平面分布及有利的儲集相帶。沙二段低位域沉積期,由于水體較淺,碎屑物源供應充足,發(fā)育一系列平面上相互疊置的扇三角洲扇體(見圖7A)。扇體外沿被一定規(guī)模的席狀砂微相包圍,其內部水下分支河道間被細粒的支流間灣所分隔,河道延伸距離遠,河口部位發(fā)育一系列河口壩微相?？傮w上看,低位域時期發(fā)育了3個扇三角洲：西高點的扇三角洲自東向西展布,扇體規(guī)模中等,河道微向發(fā)育,呈東西向展布,研究區(qū)P4，2D井都鉆遇了水下分流河道微相的儲層;在中高點發(fā)育一個由東南向西北展布的扇三角洲,扇體規(guī)模較大,河道微相發(fā)育,多期河道連片疊加,形成了本區(qū)最優(yōu)質的儲集相帶;東南高點發(fā)育了一個由西向東方向展布的扇三角洲,扇體規(guī)模較大,河道沿北東向展布。

圖6 沙二段內湖侵體系域均方根振幅與方差體順層切片Fig.6 Stratal slice of RMS and Variance seismic attributes in the Transgressive systems tract

2)湖侵體系域沉積相平面分布及有利的儲集相帶。湖侵域沉積期的沉積相與低位體系域具有繼承性,也發(fā)育了3個扇三角洲(見圖7B)。由于水體變深,退積作用明顯,河道砂體變薄,河道延伸距離短,扇體之間被淺湖泥所分隔,扇體的規(guī)模大幅度縮小。在中高點發(fā)育一個由東南向西北展布扇三角洲,扇體規(guī)模中等;西高點的扇三角洲自東南向西展布,扇體規(guī)模較小;東南高點發(fā)育了一個由西向東方向展布的扇三角洲,扇體規(guī)模較小,但河道微相發(fā)育,向北東方向延伸。湖侵體系域扇三角洲規(guī)模小,儲層砂體不發(fā)育,儲層物性較差,難以形成優(yōu)質儲層。

圖7 不同體系域沉積微相平面分布Fig.7 Sedimentary facies plan map of each systems tract Formation in the study area

3)高位體系域沉積相平面分布及有利的儲集相帶。高位域沉積期同樣發(fā)育了3個扇三角洲(見圖7C),扇體的規(guī)模較湖侵體系域顯著增大,3個扇體在平面上相互疊置,連片分布形成一個整體。這一時期進積作用明顯,河道延伸距離變大,河口壩個數變多。西高點的扇三角洲自東南向西展布,扇體規(guī)模較大;在中高點發(fā)育一個由東南向西北展布的扇三角洲,扇體規(guī)模較小,河道延伸距離較短;東南高點發(fā)育了一個由西向東方向展布的扇三角洲,扇體規(guī)模大,河道延伸距離遠,河道連片疊加,分布范圍廣,遠端見河口壩發(fā)育。

通過歧口18-1沙二段層序地層格架內沉積相演化及其沉積相平面分布的研究可知，低位體系域和高位體系域是研究區(qū)儲集砂體最發(fā)育的地層層序單元,尤以低位體系域優(yōu)質儲層最為發(fā)育。各體系域都由西、中、東3各扇體組成,并且具有很好的繼承性。綜上所述，歧口18-1沙二段最有利的開發(fā)目標應是低位體系域和高位體系域的扇體,尤以中扇和東扇優(yōu)質儲層最為發(fā)育,可以作為油田優(yōu)先開發(fā)的有利目標。

5 結 論

1)以經典層序地層學的理論為指導,通過不同級次層序界面的識別,將歧口18-1油田沙河街組沙二段劃分為1個三級層序3個體系域9個準層序組以及24個準層序。

2)歧口18-1油田沙二段三級層序內發(fā)育了一系列由南向北展布的扇三角洲,其中低位體系域和高位體系域扇三角洲規(guī)模最大,水下分流河道微相最為發(fā)育,河道延伸距離遠；其次是河口壩和席狀砂等微相,最有利的儲層沉積微相是水下分流河道。

3)對比層序地層格架下儲層砂體的分布規(guī)律可知，湖侵體系域因水體擴張加深,沉積物供給速率小于可容納空間增加速率,形成的扇三角洲規(guī)模小,儲層砂體平面連片性差。而低位體系域和高位體系域儲層最為發(fā)育,主要以水下分流河道砂為主,儲層物性好,分布面積廣,是油田最為有利的開發(fā)層位。

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(編 輯雷雁林)

Study on sequence stratigraphy and sedimentary facies for the second member of Shahejie Formation of Qikou 18-1 Oilfield, Bohai Bay Basin

YIN Nan-xin1,2, LI Zhong-chao2, GUO Dian-bin2, HE Kang3, SUN Ting-bin1,2, LUO Bo-bo2, CHENG Rui-ying2, ZHANG Ling2

(1.Postdoctoral Research Workstation, Zhongyuan Oilfield, Puyang 457001,China；2.Research Institute of Petroleum Exploration & Development, Zhongyuan Oilfield, Puyang 457001, China；3.Tianjin Exploration and Development Research Institute, CNOOC, Tianjin 300452， China)

Based on the classic theory of Sequence Stratigraphy, the paper studies the sequence stratigraphic framework of Qikou 18-1 Oilfield and predicts the distribution of favorable reservoir facies belts, which can provide a geological basis for oilfield development planning. Through recognition of unconformity surfaces, first flooding surfaces and maximum flooding surfaces, the paper divides the third-order sequence into three system tracts, that is, lowstand system tract, transgressive system tract and highstand system tract and hence establishes the sequence stratigraphic framework for the second member of Shahejie Formation of Qikou 18-1 Oilfield. Subsequently, facies differentiation and evolution within each system tract of the framework is studied so as to predict the spatial distribution of favorable facies belts and sand bodies. The second member of Shahejie Formation of Qikou 18-1 Oilfield was deposited in a fan delta-lacustrine sedimentary system, the distribution range of favorable facies belts of each system tract was mapped and the spatial distribution of high-quality sandstone bodies was predicted. The distributary channels of fan delta within lowstand and highstand system tract, which overlay in space and possess excellent physical properties, are advantageous facies of the second member of Shahejie Formation in Qikou 18-1 Oilfield and make it the most favorable development targets for the oilfield.

Qikou depression; Shahejie Formation; sequence stratigraphy; sedimentary microfacies; fan delta

2014-02-24

國家重大科技專項基金資助項目(2011ZX05001)

尹楠鑫,男,四川武勝人,博士生,從事油氣田開發(fā)地質研究。

P539.2

：ADOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2015-02-019