扇三角洲高分辨率層序構(gòu)型及地震沉積學(xué)解釋

肖大坤, 王 暉, 范廷恩, 胡曉慶, 趙衛(wèi)平, 張顯文, 牛 濤, 張宇焜

(中海油研究總院，北京 100027)

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扇三角洲高分辨率層序構(gòu)型及地震沉積學(xué)解釋

肖大坤, 王 暉, 范廷恩, 胡曉慶, 趙衛(wèi)平, 張顯文, 牛 濤, 張宇焜

(中海油研究總院，北京 100027)

建立渤海灣盆地A油田扇三角洲沉積的高分辨率層序構(gòu)型格架，并利用地震沉積學(xué)方法解釋儲層展布特征。綜合分析認為，對于扇三角洲巨厚儲層，應(yīng)堅持主體沉積區(qū)域刻畫為核心、不同相帶區(qū)別對待的原則。以儲層對比模式為指導(dǎo)，逐級確定層序界面，在1個中期基準(zhǔn)面旋回下共劃分出5個短期旋回及12個超短期旋回?；趦?yōu)選敏感頻率地震數(shù)據(jù)體，總結(jié)連續(xù)進積型、連續(xù)退積型、先退后進型及先進后退型4種多期扇體地層切片模式，開展高分辨率層序構(gòu)型格架下的地震沉積學(xué)解釋。結(jié)果表明，A地區(qū)沙河街組第一、第二段自下而上扇體規(guī)模先擴大后縮小，形態(tài)由裙帶狀逐漸演化為狹長條帶狀，符合層序構(gòu)型劃分結(jié)果。

扇三角洲；巨厚儲層；高分辨率層序構(gòu)型；地震沉積學(xué)；地層切片

高分辨率層序地層學(xué)從成因角度出發(fā)，以等時地層沉積模式為指導(dǎo)，采用豐富的對比標(biāo)志參數(shù)來研究地層格架[1-4]。層序構(gòu)型，作為高分辨率層序地層學(xué)研究的基本對象，是利用層次結(jié)構(gòu)分析方法開展地層層序格架研究的單元。對于扇三角洲沉積而言，由于沉積儲層普遍巨厚、縱向連續(xù)疊置、橫向頻繁遷移相變，缺乏穩(wěn)定明顯的對比標(biāo)志[5-9]，采用傳統(tǒng)地層對比方法建立等時地層格架具有較強的多解性。運用高分辨率層序地層學(xué)方法可更好地應(yīng)對這一問題，在降低地層等時對比多解性的同時，更有利于開展沉積體系展布特征研究[10]。地震沉積學(xué)作為繼地震地層學(xué)、層序地層學(xué)發(fā)展的新興學(xué)科，其分頻解釋方法及地層切片技術(shù)十分符合高分辨率層序構(gòu)型劃分的層次分析原則[11-13]，因此，可通過地震沉積學(xué)方法檢驗層序構(gòu)型劃分的合理性。

A油田位于渤海灣盆地石臼坨凸起北帶，目前處于開發(fā)前期階段。沙河街組第一、第二段(簡稱“沙一二段”)作為其主力含油氣層系，以扇三角洲沉積為主。沉積儲層受古地貌特征影響明顯，呈現(xiàn)縱向厚度大(單井厚度高達220 m)、隔夾層不發(fā)育等特點。由于缺乏足夠的鉆井資料，因此，本文采用以地震為主、以井輔震、多尺度資料融合的研究方法對沙一二段地層開展高分辨率層序構(gòu)型劃分，并利用地震沉積學(xué)手段進行儲層預(yù)測以驗證劃分結(jié)果。

1 高分辨率層序構(gòu)型及特征

區(qū)域?qū)有虻貙犹卣鞅砻?，A油田沙一二段地層層序單元整體處于沙河街組長期基準(zhǔn)面上升半旋回階段內(nèi)。地層單元與基準(zhǔn)面旋回尺度的匹配關(guān)系顯示，針對沙一二段地層需開展中期基準(zhǔn)面旋回以下的層序構(gòu)型劃分，共劃分了5期短期基準(zhǔn)面旋回以及12期超短期基準(zhǔn)面旋回(圖1)。

1.1 中期基準(zhǔn)面旋回及地質(zhì)意義

中期基準(zhǔn)面旋回變化控制扇三角洲多期疊置復(fù)合扇體的縱向演化趨勢。由于旋回變化尺度大、影響范圍廣，因此地震反射結(jié)構(gòu)特征是最有效的識別參數(shù)。地震反射接觸關(guān)系顯示，沙一二段底界與下伏沙三段地層之間呈削截接觸關(guān)系。單井巖性錄井信息揭示，沙一二段巖石類型主要為碎屑巖及少量碳酸鹽巖，沙三段為火山碎屑巖，二者巖性差異較大，與地震反射特征相符，因此將巖性界面作為基準(zhǔn)面旋回起始界面。沙一二段前期地震反射結(jié)構(gòu)呈亞平行、波狀反射特征，地層厚度差異小，后期地震反射結(jié)構(gòu)呈退覆接觸特征，上覆地層橫向穩(wěn)定性差，厚度變化較大。元素錄井信息顯示，前期巖性以厚層雜色砂礫巖、砂巖為主，后期整體以高鈣質(zhì)細粒沉積為主，與地震反射特征相符，因此將鈣質(zhì)含量突變界面作為旋回轉(zhuǎn)換面。由此推斷，中期基準(zhǔn)面旋回演化特征表現(xiàn)為，沙一二段沉積時期，研究區(qū)整體處在基準(zhǔn)面持續(xù)上升、沉積體系向岸遷移的階段，為1個非對稱中期基準(zhǔn)面旋回(圖1)，前半期為一幅度較小的基準(zhǔn)面下降半旋回，后半期為一幅度較大的基準(zhǔn)面上升半旋回。先降后升的組合特征表明，多期扇體縱向展布規(guī)模呈現(xiàn)先迅速擴大后逐漸縮小的特點。

圖1 高分辨率層序構(gòu)型對比剖面Fig.1 Correlation sections of high-resolution sequence configuration

1.2 短期基準(zhǔn)面旋回及地質(zhì)意義

圖2 沙一二段古地貌演化Fig.2 Palaeo-geomorphology evolution of 1stand 2nd Member of Shahejie Formation

短期基準(zhǔn)面旋回對扇三角洲發(fā)育的影響不僅體現(xiàn)在基準(zhǔn)面升降幅度及速率，還與古地貌的補償作用密切相關(guān)。A油田沙一二段古地貌演化特征顯示(圖2)，A4井所處構(gòu)造位置長期發(fā)育古沖溝及洼陷地形，易發(fā)育以沖溝為底形的扇體沉積，而且沉積厚度大、連續(xù)性好，是扇三角洲沉積主體區(qū)，而基準(zhǔn)面旋回變化則影響扇體展布與儲層規(guī)模。A5井所在的構(gòu)造位置長期以古斜坡及小型凸起構(gòu)造為主，局部發(fā)育小規(guī)模的沖溝，儲層厚度小于A4井附近。結(jié)合單井巖性特征，認為A5井附近作為扇三角洲邊緣區(qū)，在湖泊水動力與陸源供給水動力的雙重影響下，沉積類型既包括扇體沉積，也發(fā)育灘壩沉積。由此可見，基準(zhǔn)面旋回變化不僅影響扇體發(fā)育規(guī)模，而且也影響沉積相類型，導(dǎo)致沉積巖石類型多樣，縱向?qū)訝畈町愋悦黠@。

綜合中期基準(zhǔn)面旋回演化特征及古地貌影響，將沙一二段進一步細分為5期短期基準(zhǔn)面旋回(圖1)，短期基準(zhǔn)面旋回尺度與扇三角洲復(fù)合扇體規(guī)模相當(dāng)。自下而上，第5期短期旋回整體為一個下降旋回，基準(zhǔn)面下降幅度不大，沉積類型以近源砂礫巖體快速堆積為主。第4期短期基準(zhǔn)面旋回也為一個下降旋回，由于沉積過程對古地貌的補償作用，沉積體系類型演化為砂礫巖扇體和生物碎屑灘壩沉積并存的沉積類型，基準(zhǔn)面旋回在末期發(fā)生轉(zhuǎn)換。第3期短期基準(zhǔn)面旋回整體為一上升旋回，局部呈下降-上升復(fù)合旋回特征，基準(zhǔn)面上升幅度較小，沉積類型依然呈扇體和灘壩沉積并存的特征。第2期短期基準(zhǔn)面旋回為一個上升旋回，上升幅度較大，沉積過程十分穩(wěn)定。由于古地貌進一步準(zhǔn)平原化，灘壩沉積規(guī)?？赡苓M一步擴大。第1期短期基準(zhǔn)面旋回為一個幅度較大的上升旋回，基準(zhǔn)面大規(guī)模抬升導(dǎo)致沉積物向岸推移，發(fā)育小型扇體及灘壩為主的沿岸沉積。

1.3 超短期基準(zhǔn)面旋回及地質(zhì)意義

超短期基準(zhǔn)面旋回劃分旨在識別扇三角洲單期扇體層序構(gòu)型。在超短期基準(zhǔn)面旋回變化影響下，同期扇體內(nèi)不同微相儲層呈現(xiàn)差異性沉積特征，如巖性組構(gòu)差異、沉積旋回反轉(zhuǎn)等，不利于縱向疊置扇體的解剖，給單期扇體層序構(gòu)型格架建立帶來困難。為了更好地解決這一問題，結(jié)合A油田扇三角洲沉積特征，建立了單期扇體儲層對比概念模式以指導(dǎo)超短期層序構(gòu)型劃分。

扇三角洲沉積儲層連續(xù)性好、巖性復(fù)雜、不同相帶相互疊置的特點通常導(dǎo)致在同期扇體沉積單元中，不僅同一沉積相帶、巖性相近的儲層能構(gòu)成橫向?qū)Ρ汝P(guān)系，不同相帶、巖性及規(guī)模差異較大的儲層之間也能建立對比關(guān)系。綜合認為，A油田沙一二段存在以扇三角洲為主體的緣部對比、核部對比、緣核對比3種等時對比模式。緣部對比模式是指扇三角洲邊緣、側(cè)向末端處所發(fā)育的漫溢沉積儲層之間的對比模式，其特點為巖性相近、粒度較細、橫向相對穩(wěn)定、厚度相近、可對比性強，主要發(fā)育于沙一二段沉積末期。核部對比模式是指扇三角洲主體部位辮狀分流水道區(qū)的對比模式，由于多期水道沖刷疊置，其儲層表現(xiàn)為巖性差異大、粒度較粗、厚度橫向變化快、可對比性差等特點，主要發(fā)育于沙一二段沉積初期。緣核對比模式是指扇三角洲主體水道區(qū)與邊緣區(qū)儲層之間的對比模式，其特點表現(xiàn)為巖石類型、碎屑結(jié)構(gòu)、儲層厚度等差異均較大，發(fā)育層位集中在沙二段沉積中后期。根據(jù)上述對比模式，在短期基準(zhǔn)面旋回對比格架下進一步實現(xiàn)了超短期基準(zhǔn)面旋回劃分對比，共劃分出12期超短期基準(zhǔn)面旋回，一般為非對稱性旋回組合，早期旋回多呈現(xiàn)緩慢下降、快速抬升的特點，后期旋回多呈現(xiàn)快速的下降、緩慢抬升的特點。

2 高分辨率層序構(gòu)型地震沉積學(xué)解釋

2.1 層序界面-地震頻率匹配性分析

不同頻率地震數(shù)據(jù)體的反射同相軸連續(xù)性特征反映不同的地層信息，一般認為高頻地震反射同相軸傾向于反映等時沉積地層界線，低頻地震反射同相軸傾向于反映相似巖性界面，但并不一定具有等時意義[14-16]，因此可分別采用不同頻率地震資料解釋不同級次的基準(zhǔn)面旋回變化特征。

A油田沙一二段地震資料頻帶范圍為20～70 Hz，在該范圍內(nèi)，以5 Hz為增益量對地震數(shù)據(jù)進行頻譜分解。綜合對比不同頻率地震數(shù)據(jù)，分析其反射同相軸與層序構(gòu)型界面的對應(yīng)關(guān)系認為，當(dāng)主頻達到35 Hz時，地震反射同相軸與短期基準(zhǔn)面旋回層序構(gòu)型界面對應(yīng)性最好，可用以揭示高級次層序構(gòu)型單元內(nèi)復(fù)合扇體展布特征。當(dāng)主頻達到55 Hz時，地震反射同相軸與超短期基準(zhǔn)面旋回層序構(gòu)型界面對應(yīng)性良好，可用以揭示低級次層序構(gòu)型單元內(nèi)單期扇體儲層的展布特征(圖3)。

圖3 不同頻率地震反射同相軸及其對應(yīng)層序界面Fig.3 Seismic events of different frequency and their sequence boundaries

2.2 構(gòu)型單元約束的地層切片模式

地層切片解釋技術(shù)作為地震沉積學(xué)的關(guān)鍵技術(shù)之一，其核心在于通過適當(dāng)?shù)膶游粌?nèi)插獲得差異性沉積地層內(nèi)部的近似等時界面[17]。應(yīng)用該技術(shù)進行儲層預(yù)測有2個前提：一方面必須保證參與內(nèi)插的頂?shù)讌⒖济鏋榈葧r界面；另一方面，差異性沉積地層內(nèi)各部分的相對沉積速率近于穩(wěn)定，以確保等比例內(nèi)插界面的等時性。但對于扇三角洲沉積儲層而言，受基準(zhǔn)面變化及古地貌的繼承性影響，扇三角洲進積與退積過程交互進行，導(dǎo)致各單期扇體呈不規(guī)則幾何特征疊置分布，扇主體區(qū)與邊緣區(qū)沉積速率差異較大。因此，為保證地層切片的等時性，本次在高分辨率層序構(gòu)型格架約束下，以扇三角洲扇體層次結(jié)構(gòu)為核心，通過對比分析扇體前積層的產(chǎn)狀特征，建立了如下4種地層切片解釋模式(圖4)。

連續(xù)進積型地層切片(圖4-A)。當(dāng)基準(zhǔn)面持續(xù)穩(wěn)定下降時，扇三角洲扇體呈現(xiàn)連續(xù)進積特征，單期扇體內(nèi)部前積層向湖推進，與扇體頂面產(chǎn)狀相近。因此，地層切片參考面應(yīng)選擇相鄰扇體頂界面或頂界包絡(luò)面，以保證等比例內(nèi)插層近似平行于扇體內(nèi)部前積層面，從而獲得等時切片。地層切片產(chǎn)狀受扇體前積層產(chǎn)狀的影響，整體呈平行或亞平行特征。

連續(xù)退積型地層切片(圖4-B)。與進積型切片相反，如果基準(zhǔn)面持續(xù)穩(wěn)定上升，扇三角洲扇體則表現(xiàn)為連續(xù)退積特征，單期扇體內(nèi)部前積層持續(xù)向岸遷移，導(dǎo)致前積層與扇體底面產(chǎn)狀相近。所以，地層切片內(nèi)插參考面應(yīng)選擇相鄰扇體底界面或其包絡(luò)面。若沉積過程穩(wěn)定進行，各地層切片的產(chǎn)狀也呈現(xiàn)平行或亞平行特征。

先退后進型地層切片(圖4-C)。若基準(zhǔn)面先持續(xù)上升而后穩(wěn)定下降，扇三角洲扇體沉積則兼有退積和進積特征，退積扇體與進積扇體內(nèi)前積層產(chǎn)狀差異較大。為了保證地層切片最大程度地穿過同一期前積層，選擇早期退積扇體底界面或其包絡(luò)面作為地層切片參考底面，選擇晚期進積扇體頂界面或其包絡(luò)面作為地層切片參考頂面。由此內(nèi)插得到的切片層面可最大程度地平行于扇體前積層，呈現(xiàn)向源發(fā)散、遠源聚斂的特征。

先進后退型地層切片(圖4-D)。與先退后進型切片相反，當(dāng)基準(zhǔn)面先持續(xù)下降而后穩(wěn)定抬升時，地層切片參考底面選擇早期進積扇體頂界面或其包絡(luò)面，參考頂面選擇晚期退積扇體底界面或其包絡(luò)面。切片產(chǎn)狀整體呈現(xiàn)向源聚斂、遠源發(fā)散的特征。

圖4 扇三角洲多期扇體地層切片模式Fig.4 Stratigraphic slicing patterns of multi-superimposed fans of fan delta

根據(jù)高分辨率層序構(gòu)型劃分結(jié)果以及基準(zhǔn)面旋回“先降后升”的整體演化特征，A油田沙一二段主體符合先進后退型地層切片模式，末期扇體符合連續(xù)退積型地層切片模式，初期扇體符合連續(xù)進積型地層切片模式。然而，由于沙一二段地層縱向跨度大，不同階段基準(zhǔn)面旋回的升降幅度、古地貌特征及沉積環(huán)境均有明顯差異，因此，在明確沙一二段末期扇體底界包絡(luò)面以及初期扇體的頂界包絡(luò)面作為切片參考面之外，增加中期基準(zhǔn)面旋回轉(zhuǎn)換面作為輔助參考面，共建立5層短期基準(zhǔn)面旋回地層切片格架以及12層超短期基準(zhǔn)面旋回地層切片格架(圖5)，地層切片產(chǎn)狀整體呈現(xiàn)一定的向源聚斂、遠源發(fā)散形態(tài)特征，符合相應(yīng)的地層切片模式。

2.3 構(gòu)型單元的地震沉積學(xué)解釋

以高分辨率層序構(gòu)型格架為基礎(chǔ)，提取十余種振幅類及能量類地震屬性，通過地震單屬性敏感性分析，將均方根振幅、總振幅、平均能量、反射強度斜率及弧長等6種敏感屬性進行加權(quán)合并處理，提高儲層預(yù)測精度以開展構(gòu)型單元地震沉積學(xué)解釋。

圖5 沙一二段地層切片格架Fig.5 Stratigraphic slice framework of 1st and 2nd Member of Shahejie Formation

2.3.1 短期構(gòu)型單元解釋

采用低頻地震數(shù)據(jù)對短期基準(zhǔn)面旋回構(gòu)型單元開展地震沉積學(xué)解釋，可描述扇三角洲復(fù)合扇體展布特征。地震加權(quán)屬性平面響應(yīng)特征顯示，5期層序構(gòu)型單元內(nèi)復(fù)合扇體發(fā)育位置主要集中于A4井附近，與古沖溝發(fā)育位置基本相符，扇體呈短軸連片展布，外包絡(luò)邊界響應(yīng)明顯。扇體內(nèi)部屬性呈現(xiàn)明顯的不均勻分布特征，扇主體區(qū)屬性呈條帶狀分布、色度異常強，非主體區(qū)屬性呈斑塊狀分布、色度相對較弱?？v向上，各期復(fù)合扇體形態(tài)特征及展布規(guī)模差異較大，自下而上整體演化特征表現(xiàn)為早期裙帶狀扇體迅速擴大、后期逐漸縮小形成條帶狀扇體(圖6)，符合中期基準(zhǔn)面旋回縱向演化趨勢，證實了短期基準(zhǔn)面旋回層序構(gòu)型劃分的合理性。

2.3.2 超短期構(gòu)型單元解釋

對超短期基準(zhǔn)面旋回構(gòu)型單元開展地震沉積學(xué)解釋，旨在揭示單期扇體展布形態(tài)、范圍及規(guī)模。地層振幅切片顯示(圖7)，超短期層序構(gòu)型單元內(nèi)，單期扇體反射外形明顯，內(nèi)部振幅屬性也呈現(xiàn)強烈的不均一性，扇體邊緣處的反射相位多發(fā)生反轉(zhuǎn)。與復(fù)合扇體相比，單期扇體規(guī)模較小，長短軸之比接近于1?？v向上，各期構(gòu)型單元的扇體外形及組合形式各有不同，早期基準(zhǔn)面下降旋回構(gòu)型單元的扇體側(cè)向疊置嚴重、形態(tài)不規(guī)則，表明陸源供給水動力占優(yōu)勢地位，對扇體發(fā)育起主要作用?；鶞?zhǔn)面旋回轉(zhuǎn)換期，構(gòu)型單元扇體形態(tài)發(fā)育較為完整，規(guī)模相近，表明湖盆改造型水動力與陸源供給型水動力相對均衡，共同影響了扇體發(fā)育?；鶞?zhǔn)面上升旋回末期構(gòu)型單元的扇體形態(tài)不再清晰，沿岸線呈條帶狀展布，表明在占絕對優(yōu)勢的湖盆改造型水動力影響下，扇三角洲發(fā)育規(guī)模受到限制，扇體沉積物在湖水改造作用下再次搬運沉積，形成扇間灘壩，導(dǎo)致扇體外形難以保存。

圖6 短期基準(zhǔn)面旋回層序構(gòu)型單元儲層展布Fig.6 Reservoir distribution of short-term base level cycle sequence configuration

圖7 超短期基準(zhǔn)面旋回層序構(gòu)型單元地層切片F(xiàn)ig.7 Stratigraphic slices of super short-term base level cycle sequence configuration

3 結(jié) 論

a.“井震結(jié)合，優(yōu)先識別扇主體沉積區(qū)，以扇主體刻畫為核心、不同相帶區(qū)別對待”是開展扇三角洲巨厚儲層高分辨率層序構(gòu)型劃分的有效手段。

b.綜合地震反射結(jié)構(gòu)及古地貌演化特征，將A油田沙一二段劃分為5期短期基準(zhǔn)面旋回構(gòu)型單元，并建立單期扇體不同類型儲層對比模式，進一步劃分了12期超短期基準(zhǔn)面旋回構(gòu)型單元。

c.地震沉積學(xué)特征顯示，A油田沙一二段短期基準(zhǔn)面旋回層序構(gòu)型特征反映復(fù)合扇體展布趨勢，縱向上表現(xiàn)為扇體規(guī)模自下而上先增大后減小的特點，與中期基準(zhǔn)面旋回演化特征一致；超短期基準(zhǔn)面旋回層序構(gòu)型特征反映單期扇體展布趨勢，表現(xiàn)為早期扇體嚴重疊置、中期扇體相對完整發(fā)育、后期扇體改造明顯的特點。

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High-resolution sequence architecture and seismic sedimentology interpretation of fan delta

XIAO Da-kun, WANG Hui, FAN Ting-en, HU Xiao-qing, ZHAO Wei-ping, ZHANG Xian-wen, NIU Tao, ZHANG Yu-kun

CNOOCResearchInstitute,Beijing100027,China

High-resolution sequence architecture of fan delta in Oilfield A of Bohai Bay Basin is established and seismic sedimentology interpretation is conducted for interpretation of reservoir distribution. The comprehensive analysis proves that research on thick reservoir of fan delta follows principles of centering on description of main sedimentation area and treating different facies differently. Based on the reservoir correlation patterns, sequence boundaries of different levels, including 5 short-term cycles and 12 super short-term cycles from 1 mid-term base level cycle are recognized. 4 strata slicing patterns of multiple fans, such as successive progradation, successive retrogradation, retrogradation to progradation and progradation to retrogradation, are summarized in terms of best option for seismic data of certain frequency, so as to accomplish seismic sedimentology interpretation in high-resolution sequence architecture. It shows that the fan bodies of 1stand 2ndMember of Shahejie Formation in Oilfield A expand at the first stage and then shrink gradually. Fan shape changes from skirt-rim pattern to ribbon pattern, which is in accordance with the division of sequence architecture.

fan delta; thick reservoir; high-resolution sequence architecture; seismic sedimentology; strata slice

10.3969/j.issn.1671-9727.2016.06.03

1671-9727(2016)06-0656-07

2015-07-03。 [基金項目] “十二五”國家科技重大專項(2011ZX05024-001)。 [第一作者] 肖大坤(1988-),男,碩士,工程師,從事石油地質(zhì)學(xué)研究工作, E-mail：xiaodk3@cnooc.com.cn。

TE121.3

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