利用地層切片研究河道砂體發(fā)育特征
——以南圖爾蓋盆地Doshan地區(qū)為例

石巨業(yè)，金之鈞，樊太亮，王宏語，于東方

（1頁巖油氣富集機理與有效開發(fā)國家重點實驗室；2中國地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院）

（3中國石化石油勘探開發(fā)研究院；4內(nèi)蒙古礦業(yè)(集團)綠能非常規(guī)天然氣勘查開發(fā)有限責(zé)任公司）

利用地層切片研究河道砂體發(fā)育特征
——以南圖爾蓋盆地Doshan地區(qū)為例

石巨業(yè)1，2，3，金之鈞1，3，樊太亮2，王宏語2，于東方4

（1頁巖油氣富集機理與有效開發(fā)國家重點實驗室；2中國地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院）

（3中國石化石油勘探開發(fā)研究院；4內(nèi)蒙古礦業(yè)(集團)綠能非常規(guī)天然氣勘查開發(fā)有限責(zé)任公司）

針對目的層埋深大、鉆井稀少且分布不均所造成的沉積相研究和砂體預(yù)測的難題，以哈薩克斯坦南圖爾蓋盆地Doshan地區(qū)為例，在層序地層學(xué)和沉積學(xué)研究的基礎(chǔ)上，充分挖掘三維地震數(shù)據(jù)的橫向分辨能力，利用90°相位轉(zhuǎn)換、地層切片、分頻處理等地震沉積學(xué)關(guān)鍵技術(shù)，通過單井相標定地層切片屬性的實際地質(zhì)意義，應(yīng)用縱向關(guān)聯(lián)的多張地層切片，識別出阿克沙布拉克組（SQ8層序）至少發(fā)育六期河道，其中SQ8-1旋回內(nèi)發(fā)育兩期，為河道發(fā)育最廣泛、最強烈的時期；SQ8-2旋回內(nèi)河道稀疏，縱向連續(xù)性差；SQ8-3旋回河道分布局限，水體范圍縮小，與SQ8-1、SQ8-2相比較具有沉積的繼承性特征，反映出水體深度有所變淺，經(jīng)歷了一期以水進為主的水進—水退過程。研究表明，地層切片技術(shù)有效地描述了河道的平面幾何形態(tài)與不連續(xù)性，這為本區(qū)巖性地層圈閉的描述與預(yù)測提供了地質(zhì)依據(jù)。

地震沉積學(xué)；地層切片；地震屬性；河道；Doshan地區(qū)；南圖爾蓋盆地；哈薩克斯坦

地震沉積學(xué)是在層序地層學(xué)和地震地層學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新興交叉學(xué)科，它是利用地震反射的結(jié)構(gòu)、形態(tài)和趨勢來研究高頻層序和沉積體系的有效工具，在巖性、地層等隱蔽油氣藏勘探和開發(fā)方面具有明顯效果［1-3］。1998年“地震沉積學(xué)”一詞首次出現(xiàn)；2005年，地震沉積學(xué)國際會議在美國休斯敦召開，Posamentier［4］提出了地震地貌學(xué)（Seismic Geomorphology），曾洪流等［5］提出了地震沉積學(xué)（Seismic Sedimentology），地震沉積學(xué)作為一門新興學(xué)科受到了國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。之后，林承焰、魏嘉、朱筱敏、張晶等［6-9］國內(nèi)學(xué)者對地震沉積學(xué)進行了更進一步研究，在實踐中不斷充實改進地震沉積學(xué)的技術(shù)方法，使這一門新興的學(xué)科得以快速地發(fā)展。地震沉積學(xué)主要利用三維地震數(shù)據(jù)的橫向分辨力，使得在垂向上無法識別的地質(zhì)體，在平面上有可能通過地震的橫向分辨率被識別出來，它對于勘探程度低但地震數(shù)據(jù)品質(zhì)較高、斷層少、構(gòu)造不復(fù)雜的地區(qū)應(yīng)用效果更具優(yōu)越性，其關(guān)鍵技術(shù)包括90°相位轉(zhuǎn)換、分頻處理和地層切片等。

目前國內(nèi)外學(xué)者利用地震沉積學(xué)方法技術(shù)對三角洲、扇三角洲、深水濁積扇等沉積體系進行地層切片分析［10-12］，并在油氣勘探和開發(fā)方面取得顯著效果，但對規(guī)模較小的河道砂體研究相對較少，并且僅局限在用單張地層切片分析沉積相及河道的平面展布，并沒有應(yīng)用縱向上相互關(guān)聯(lián)的多張地層切片來分析刻畫河道砂體的發(fā)育期次。本文將展示應(yīng)用地震沉積學(xué)地層切片技術(shù)，對哈薩克斯坦南圖爾蓋盆地Doshan地區(qū)阿克沙布拉克組（Akshabulak Fm.）的河道進行識別和刻畫，明確河道沉積體邊界及橫向上的展布特征；再應(yīng)用縱向關(guān)聯(lián)的多張地層切片，研究河道砂體的發(fā)育期次及縱向連通性，以此為本區(qū)巖性地層圈閉的預(yù)測提供地質(zhì)依據(jù)，也為其他類似地區(qū)提供方法與技術(shù)借鑒。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

南圖爾蓋盆地位于哈薩克斯坦中南部（圖1），主要沉積侏羅系—白堊系，由下至上發(fā)育多個大型的區(qū)域不整合，受區(qū)域構(gòu)造運動和應(yīng)力影響，盆地經(jīng)歷了斷陷期、斷坳轉(zhuǎn)換期、坳陷期三個演化階段（表1）。目前盆地內(nèi)已發(fā)現(xiàn)了多個油氣田，中侏羅統(tǒng)多尚組（Doshan Fm.，厚度500～600m）、卡拉甘塞組（Karagansky Fm.，厚度0～450m）和下侏羅統(tǒng)埃巴林組（Aybolin Fm.，厚度0～500m）是主要烴源巖，上侏羅統(tǒng)阿克沙布拉克組（Akshabulak Fm.，0～600m）、下白堊統(tǒng)阿雷斯庫姆組（Aryskum Fm.）是主要儲層，其上一套穩(wěn)定湖相頁巖為區(qū)域蓋層［13］，本文針對主要儲層段阿克沙布拉克組（SQ8三級層序）的河道沉積體進行識別和刻畫。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置平面圖

表1 南圖爾蓋盆地層序劃分方案

阿雷斯庫姆地塹（圖1）作為南圖爾蓋盆地二級構(gòu)造單元，位于盆地西側(cè)，目前盆地內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的油田大多數(shù)分布在該地塹內(nèi)，是油氣資源豐度最高的區(qū)域，阿雷斯庫姆白堊系大油田正坐落于此［14］。前人對阿雷斯庫姆地區(qū)有較多研究，毛治國等［15］認為研究區(qū)上侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng)為河流—三角洲沉積環(huán)境，并且河流相較發(fā)育，微相有河床滯留沉積、河漫灘、邊灘等。高金玉等［16］總結(jié)出斷坳轉(zhuǎn)換期和坳陷期層序地層模式，并認為斷坳轉(zhuǎn)換期發(fā)育三角洲和濱淺湖沉積，坳陷期則主要發(fā)育河流相沉積。王樹慧等［17］認為研究區(qū)為河流入湖形成的三角洲沉積環(huán)境，并且在晚侏羅世總體物源方向與阿雷斯庫姆坳陷構(gòu)造線方向基本一致，為西北→東南向。本文研究區(qū)位于阿雷斯庫姆地塹西北部主要產(chǎn)油區(qū)的Doshan地區(qū)，面積約824平方千米，其中三維地震工區(qū)覆蓋面積達630多平方千米（圖1），有30余口鉆井分布，但由于勘探程度及認知程度的不足，并未細致研究Doshan地區(qū)圈閉的分布規(guī)律，侏羅系油氣勘探程度總體較低。

2 層序地層格架和沉積特征

地震沉積學(xué)研究是在等時地層格架內(nèi)進行地震資料的信息處理和提取，并應(yīng)用定量的地震信息對地層進行沉積信息分析和沉積相解釋。因此，首先，綜合利用地震、測井、錄井等資料進行層序界面的識別（層序界面性質(zhì)見表1），通過井震相互標定，實現(xiàn)地震資料與測井資料的精細層位標定和平面上層位的追蹤閉合；然后，結(jié)合南圖爾蓋盆地區(qū)域構(gòu)造演化特征，對各級層序界面進行劃分及對比，最終將南圖爾蓋盆地侏羅系—下白堊統(tǒng)分為3個超層序（SSQⅠ—SSQⅢ）、10個三級層序（SQ1—SQ10），建立了Doshan地區(qū)的層序地層格架（表1）。

在建立三級層序地層格架基礎(chǔ)之上，根據(jù)鉆井資料和地震資料進一步將Doshan地區(qū)重點層位——阿克沙布拉克組（三級層序SQ8）劃分為3個四級層序SQ8-1、SQ8-2和SQ8-3（圖2，圖3），進而展開高精度層序地層分析。阿克沙布拉克組（SQ8）底界面為一河道下切沖刷面，為庫姆科爾組（Kumkol Fm.）和阿克沙布拉克組之間局部不整合面；頂界面為全盆最大不整合面，即侏羅系與白堊系間的削蝕不整合面。鉆井上揭示阿克沙布拉克組頂部的SQ8-3旋回剝蝕嚴重，例如DOS010井（位置見圖1）SQ8-3旋回被完全剝蝕（圖3a，3b），在地震剖面上（圖3a）表現(xiàn)為明顯的角度不整合，地震反射界面下部表現(xiàn)為削蝕，上部為連續(xù)的地震反射。

由于DOS010井的阿克沙布拉克組頂部基準面下降半旋回剝蝕嚴重，因此選擇三維區(qū)附近的Ary301井（位置見圖1）做沉積相分析，從圖2可以看出，在SQ8-1旋回內(nèi)主要發(fā)育灰色、灰白色砂巖，測井曲線上SP、GR為高振幅齒化鐘形，低位體系域和水進體系域不發(fā)育，基準面上升半旋回較短，而高位體系域較為發(fā)育，為富砂層序；SQ8-2旋回發(fā)育多套灰色、灰綠色厚層中-細砂巖，中間夾有灰綠色泥巖，反映水體有所加深，處于還原環(huán)境，測井曲線呈泥巖基線上的箱形或鐘形組合，高位體系域和水進體系域不發(fā)育，基準面下降半旋回較短，而低位體系域較為發(fā)育，為富砂層序，儲層相對發(fā)育；SQ8-3旋回發(fā)育灰色砂巖，中間有大段棕色、棕紅色泥巖，反映水體突然變淺，處于氧化環(huán)境，跟SQ8-1旋回類似，高位體系域較為發(fā)育，與SQ8-1和SQ8-2旋回相比，反映水體有所加深又突然變淺的過程。DOS010井與Ary301井顯示，SQ8-2層段有大段厚層砂巖，測井曲線為箱形或鐘形（圖2，圖3b），是典型的河道沉積；在地震剖面上，可見強同相軸、強振幅的間斷，并伴有下彎或下切現(xiàn)象（如圖3a中A、B處），地震反射以中—弱振幅、弱連續(xù)為特征，相鄰剖面均有與此類似現(xiàn)象。

圖2 南圖爾蓋盆地Doshan地區(qū)Ary301井沉積相分析柱狀圖

3 90°相位轉(zhuǎn)換

一般標準的地震數(shù)據(jù)體，提供給解釋員的都是零相位，地震數(shù)據(jù)體中的同相軸所反映的是反射系數(shù)的差異，所以波峰和波谷對應(yīng)的是地層界面（圖4a）。地震反射和巖性地層之間不存在必然的聯(lián)系，在薄互層的情況下，地震反射和巖性測井曲線之間的對應(yīng)關(guān)系則更難匹配［18］。90°相位轉(zhuǎn)換的方法是通過把地震相位旋轉(zhuǎn)90°，將反射波主瓣提到薄層中心（相位反轉(zhuǎn)也并不一定是90°，30°或60°都有可能，具體情況需具體分析），以此來克服零相位波的缺點，將地震反射相對于砂巖層對稱而不是相對于地層頂?shù)捉缑鎸ΨQ。本次地震數(shù)據(jù)經(jīng)Landmark地震資料解釋軟件中的相位譜分析反映為零相位，將地震資料進行90°相位轉(zhuǎn)換，可以看到測井曲線（Doshan36井）的尖峰位置與地震同相軸對應(yīng)得更好（圖4b），這使得地震反射的同相軸與地質(zhì)上的巖層對應(yīng)，讓地震剖面看起來更接近地質(zhì)剖面，使地震振幅具有了一定的巖性地層意義（這在薄層地震解釋中應(yīng)用效果更好）。

圖3 南圖爾蓋盆地Doshan地區(qū)SQ8（阿克沙布拉克組）四級層序劃分(a)圖中A、B指示強同相軸、強振幅的下彎或下切

圖4 Doshan36井處零相位和90°相位地震剖面對比

4 地層切片

在研究區(qū)，由于三角洲平原河道及三角洲前緣水下分流河道的側(cè)向遷移改道、垂向切割充填作用較強，致使地層橫向與縱向上沉積變化較快，標志層少，導(dǎo)致劃分河道發(fā)育期次難度較大，而地層切片技術(shù)對此有較大幫助［19］。如圖5，地震剖面上畫出了一部分河道橫截面的反射特征，借助地層切片可以研究河道的發(fā)育期次，其中，編號為cha-1、cha-2、cha-3的河道處于slice1至slice2范圍內(nèi)，基本是同一時期發(fā)育的河道，但cha-1與cha-2相鄰很近，處于盆地中心部位，且相比較于cha-3河道寬度要小、發(fā)育稍早，推測為分布范圍局限的沖積平原河道。編號為cha-4—cha-7的河道處于slice3至slice5范圍內(nèi)，形成時間要比前一期晚，且cha-4與cha-5河道在縱向上疊置比較明顯，屬于同一條河道在不同時間橫向上的擺動。編號為cha-8、cha-9河道是最晚一期形成的（圖5）。

Doshan地區(qū)三維地震數(shù)據(jù)體已進行90°相位轉(zhuǎn)換，使地震同相軸和測井曲線之間有了很好的對應(yīng)關(guān)系，目的層SQ8整體厚度約180ms，在阿卡沙布拉克組3個四級層序邊界約束下，每個四級層序內(nèi)部內(nèi)插兩張地層切片，并做人工解釋調(diào)整（圖5），相鄰切片間距約30ms，選取時窗10ms沿層上下各5ms，六張地層切片代表了阿克沙布拉克組六期典型的河道沉積（圖6a—6f，剖面見圖5），把地層切片按時間順序排列，可以清晰地分辨河道發(fā)育位置與期次。

圖5 南圖爾蓋盆地Doshan地區(qū)SQ8（阿克沙布拉克組）四級層序內(nèi)插地層切片地震剖面

圖6南圖爾蓋盆地Doshan地區(qū)SQ8內(nèi)地層切片平面圖（切片位置參見圖2、圖5）

圖6 a、6b代表阿克沙布拉克組沉積早期，發(fā)育在SQ8-1旋回內(nèi)，地層切片上可以看出，研究區(qū)西部隆起區(qū)振幅為高值，是由于SQ8-1層序在隆起區(qū)頂部被剝蝕而造成層位切割同相軸所引起的，可以依據(jù)強均方根振幅區(qū)域畫出隆起區(qū)的邊界（圖6a）。此外，根據(jù)鉆井標定可知，紅色和黃色振幅高值區(qū)域代表砂體連通性和物性比較好，是主要河道砂體發(fā)育的區(qū)域；淺黃色振幅中值區(qū)域代表連通性和物性較差、泥巖含量比較高；藍色振幅低值區(qū)域表明物性很差、泥巖比較發(fā)育。圖6a可見南部發(fā)育早期窄而局限的分流河道，只在卡拉套走滑斷裂帶（圖中紅色斷裂帶）西側(cè)發(fā)育盆地深凹，反映早期湖盆以被河流填平補齊充填為特點，南部大套河流發(fā)育，北部河流則不發(fā)育。圖6b可見兩條呈北西—南東向的主河道A和次河道B。根據(jù)前期對盆地古地貌、地層厚度和沉積體系的分析［15-17］，確定物源是自西北向東南的方向。DOS010井SQ8-1旋回內(nèi)部發(fā)育一套灰色細砂巖（圖3b），電測曲線上SP、GR為高振幅齒化鐘形及箱形，判斷該時期發(fā)育三角洲平原水上分流河道沉積，為阿克沙布拉克組早期沉積，基準面位于地表附近并緩慢上升，可容納空間較小，水上分流河道縱向疊置較為嚴重，砂體常常以多層式堆積。

圖6c、6d代表阿克沙布拉克組沉積中期，發(fā)育在SQ8-2旋回內(nèi)，基準面持續(xù)上升，可容納空間開始增加，整體發(fā)生湖侵，DOS010井SQ8-2旋回內(nèi)部發(fā)育一套灰綠色中-細砂巖（圖3b），處于還原環(huán)境，湖盆水體深度增加，三角洲向陸方向退積，研究區(qū)內(nèi)主要發(fā)育三角洲前緣水下分流河道，河道變得稀疏，單砂層厚度逐漸減薄，自然電位曲線為砂泥互層，此時，有足夠可容納空間供沉積物堆積，河道不再縱向疊置，河道單一邊界更加清晰，砂體孤立，砂體與砂體之間的連通性差。物源方向依然是西北→東南向的長軸物源，主河道A未發(fā)生明顯遷移，下游河道部分被剝蝕，顯示不完整，次河道B中下游向西擺動，遷移較為明顯，與SQ8-1旋回相比，水體有所加深，具有沉積的繼承性特征。

圖6e、6f代表阿克沙布拉克組沉積后期，發(fā)育在SQ8-3旋回內(nèi)，由于基準面的下降，可容納空間逐漸降低，整體發(fā)生湖退，三角洲向湖盆深處進積，SQ8-3旋回內(nèi)發(fā)育三角洲平原的分流河道，粗碎屑沉積增多，砂層厚度變大，相當(dāng)于海相層序地層中的高位體系域，但由于沉積剝蝕，分布范圍較窄，DOS010井位置處SQ8-3旋回被剝蝕殆盡，僅在凹陷部位局限分布。

綜上所述，在Doshan地區(qū)四級層序邊界約束下，利用地層切片能夠清晰反映出研究區(qū)阿克沙布拉克組平面上主要發(fā)育主河道A與次河道B，縱向上刻畫出六個期次的河道，其中SQ8-1旋回內(nèi)發(fā)育兩期，以湖盆被河流填平補齊充填為特點，代表著河道發(fā)育最廣泛、最強烈的時期。SQ8-2旋回在最大湖泛面附近，河道稀疏、砂體分選好，但河道砂體的連續(xù)性差，容易形成孤立的單河道透鏡體巖性圈閉。晚期的SQ8-3層序河道分布局限，水體范圍縮小，與SQ8-1、SQ8-2層序相比較，具有沉積的繼承性特征，反映出水體深度有所變淺，是以水進為主的水進—水退過程。

5 結(jié)論

（1）哈薩克斯坦南圖爾蓋盆地Doshan地區(qū)阿克沙布拉克組（SQ8）可劃分為3個四級層序SQ8-1、SQ8-2和SQ8-3，位于阿克沙布拉克組頂部的SQ8-3旋回地層被剝蝕。

（2）南圖爾蓋盆地Doshan地區(qū)阿克沙布拉克組（SQ8）平面上發(fā)育兩條河道，縱向上至少發(fā)育六個期次河道，其中SQ8-1旋回內(nèi)發(fā)育兩期，代表著河道發(fā)育最廣泛、最強烈的時期，SQ8-2旋回內(nèi)河道稀疏、砂體連通性差，SQ8-3旋回內(nèi)河道分布局限，水體范圍縮小。

（3）利用地層切片技術(shù)，結(jié)合單井相及區(qū)域沉積環(huán)境分析，可以有效地描述地質(zhì)體平面幾何形態(tài)與不連續(xù)性，研究砂體展布規(guī)律，充分開發(fā)地震資料橫向上的分辨能力；應(yīng)用縱向關(guān)聯(lián)的多張地層切片，研究河道砂體的發(fā)育期次及縱向連通性，在保證可靠性的前提下，可解決無井區(qū)或井間沉積相分析的難題。

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編輯：黃革萍

A Study of Channel Sandbody by Stratal Slicing: A Case of Doshan Area in South Turgay Basin,Kazakhstan

Shi Juye,Jin Zhijun,Fan Tailiang,Wang Hongyu,Yu Dongfang

Taking Doshan area as an example,based on the study of sequence stratigraphy,sedimentology and the lateral resolution of seismic data,this paper characterizes the Akshabulak Formation sedimentary system by using the methods of seism ic sedimentology such as stratal slicing,90°phasing conversion and frequency division.Through calibrating the attributes of strata slice to actual geological significance by combining single well faciesw ith associated stratal slice in vertical,at least 6 periods channels are identified,in which 2 periods are in SQ8-1Formation that indicate channels developed mostwidely and intensely;the channels in SQ8-2Formation are thinning and have poor continuity; the channels in SQ8-3Formation distribute limited and the water area is shrinking,a main transgressive process is reflected in changing shallow water and sedimentary succession in a transgressive and regressive process compared w ith SQ8-1and SQ8-2Formation.The result shows that the stratal slicing technique describes the plane geometry and discontinuity of the channels effectively,and it can be the geological basis for the description and prediction of lithologic stratigraphic traps in this study area.

Seism ic sedimentology;Stratal slice;Seism ic attributes;Channel;South Turgay Basin;Kazakhstan

TE122.2+4

A

10.3969/j.issn.1672-9854.2017.02.011

1672-9854(2017)-02-0082-07

2015-08-03；改回日期：2016-12-05

本文受中國地質(zhì)大學(xué)（北京）科研生產(chǎn)項目“Aryskum坳陷斜坡帶巖性-地層圈閉評價”項目（編號：CNPCIRC-2013-xx）資助

石巨業(yè)：1989年生，現(xiàn)為中國地質(zhì)大學(xué)（北京）礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)在讀博士研究生，主要從事層序地層與油氣勘探的研究。通訊地址：100083北京市海淀區(qū)學(xué)院路29號；E-mail：shijuyeone@163.com

Shi Juye：PhD degree in progress at School of Energy Resources,China University of Geosciences(Beijing).Add: 29 Xueyuan Rd.,Haidian Distict,Beijing,100083,China