淺水三角洲前緣砂體地震沉積學研究
——以松南乾安地區(qū)上白堊統(tǒng)青三段為例

王俊，趙家宏，騰軍，王天煦，鮑志東，張紅靜，袁淑琴，林艷波，高銀山

1.中國石油大學(北京)地球科學學院，北京 102249

2.中國石油吉林油田分公司勘探開發(fā)研究院，吉林松原 138000

3.東方地球物理公司物探技術研究中心，河北涿州 072751

4.中國石油大港油田分公司勘探開發(fā)研究院，天津 300280

5.中國石油長慶油田分公司第五采油廠，西安 710200

0 引言

自Zengetal.[1-4]在Geophysics期刊上發(fā)表一系列文章提出利用地層切片進行沉積學解釋以來，地震沉積學(Seismic Sedimentology)作為繼地震地層學、層序地層學之后的又一新興交叉學科，逐漸走入研究者的視野。隨著2005年2月地震沉積學國際會議在美國休斯頓的召開，該學說進一步引起了沉積學界的廣泛關注。該理論引入國內以后，前期主要以概念理論體系闡述[5-8]、適用條件分析[9]和海相地層[10-11]相關研究為主；目前，學者們逐步將地震沉積學應用于各類主要陸相沉積體系的研究之中，尤其在重力流[12-14]、濁積扇[15-17]、滑塌扇[18]等事件沉積以及深水沉積[19-20]、灘壩[21-22]、近岸水下扇[23]等沉積體中取得了較為豐碩的成果，而對于淺水湖泊三角洲沉積的研究，受縱向砂泥巖薄互層十分發(fā)育等因素影響，利用地震資料進行開發(fā)階段所需精度的砂體分布預測時存在一定難度，因此相關研究較少。

乾安地區(qū)青三段沉積時期為三角洲前緣沉積，本文以地震沉積學理論為指導，結合研究區(qū)沉積背景，采用相位調整—地震相—地層切片的綜合研究方法，對研究區(qū)三角洲前緣砂體的展布特征進行詳細刻畫。

1 研究區(qū)地質概況

乾安地區(qū)位于松遼盆地南部中央坳陷區(qū)長嶺凹陷北部的NEE向背斜構造之上(圖1a,b)。區(qū)內鉆井鉆遇地層由斷陷期和拗陷期所發(fā)育的2套地層組成，其中，下白堊統(tǒng)火石嶺組、沙河子組、營城組為斷陷期沉積地層，下白堊統(tǒng)登樓庫組為斷—拗轉換期沉積地層，下白堊統(tǒng)泉頭組、上白堊統(tǒng)青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺組和明水組為拗陷期沉積地層[24]。本次研究目的層為上白堊統(tǒng)青山口組三段，為松遼盆地南部主力產油層高臺子油層(圖1c)。

圖1 松遼盆地南部乾安地區(qū)鱗字井工區(qū)位置Fig.1 Location of Linzijing work area in Qian’an region of Songliao Basin

松遼盆地拗陷期湖盆發(fā)育經(jīng)歷了“兩興—兩衰”的階段變化，青山口組一段、嫩江組一段沉積時期為盆地內兩次大規(guī)模的湖泛期，其余沉積時期為湖盆衰退階段[25]。泉頭組四段沉積時期，盆地內主要發(fā)育大型河流相沉積，沿盆地邊緣向著分布范圍很小的湖泊水體方向，依次發(fā)育曲流河—網(wǎng)狀河—淺水三角洲—湖泊相沉積，該時期乾安地區(qū)主要以網(wǎng)狀河沉積為主(圖2a)；青山口組一段沉積時期，盆地內湖泊范圍最大，乾安地區(qū)主要以濱淺湖—半深湖沉積為主(圖2b)；青山口組二段、三段沉積期為基準面上升到最高之后的下降期，湖區(qū)面積快速大幅減小至上一階段的三分之一，盆地西南部三角洲向湖盆中心推進約50 km，此時盆地西南部(包括乾安地區(qū))形成了以淺水三角洲前緣儲層為主的高臺子油層的廣泛分布區(qū)(圖2c)；姚家組一、二段沉積時期基準面繼續(xù)下降，湖泊面積小于青三段，湖泊中心向南部推進，此時乾安地區(qū)以濱淺湖沉積為主(圖2d)；姚家組三段—嫩江組一段沉積期為基準面快速上升至最高的階段，為松遼盆地拗陷期第二次大規(guī)模湖泛期，湖泊水體覆蓋了近乎盆地中南部的廣大地區(qū)，僅在盆地北部發(fā)育三角洲—湖泊沉積體系，此時乾安地區(qū)處于半深湖—深湖沉積之中(圖2e)；嫩江組二段沉積時期，受盆地東部抬升影響，盆地開始形成以東部物源供給為主的高角度三角洲—湖泊沉積體系，此時乾安地區(qū)仍以半深湖—深湖沉積為主(圖2f)。

2 地震沉積學研究

2.1 高分辨率層序地層格架

建立高分辨率層序地層格架為地震沉積學研究的開展提供了必要的基礎，是地震沉積學研究中不可或缺的第一步[26-27]。由于高分辨率層序地層研究目的是建立小尺度時間單元的等時地層格架，這對研究資料的精度提出了較高的要求。因此本次研究中采用藍色濾波的方法來提高地震資料的分辨率。該方法首先使用自回歸—移動平均系數(shù)來計算藍色濾波器，然后用生成的濾波器對常規(guī)反褶積后的結果進行濾波，補償反射系數(shù)序列的藍色部分，從而使處理過的地震數(shù)據(jù)更加接近反射序列的真實特征，這樣地震剖面的分辨率得到了改善，同時也規(guī)避了很多假象[28]。

圖2 松遼盆地坳陷期沉積體系演化圖(據(jù)魏巍等，2014)Fig.2 Sedimentary system revolution of the depression stage in Songliao Basin (after Wei et al., 2014)

本次研究目的層段為青山口組三段，巖性以灰色粉砂巖、泥質粉砂巖和紫紅色泥巖為主，少量細砂巖，平均厚度約380 m左右，自下而上劃分為12個砂層組。本次研究綜合應用地震、鉆井和測井資料，在高分辨率層序地層界面識別、層序劃分和層序格架內地層疊置特征分析的基礎上，將松遼盆地南部乾安地區(qū)上白堊統(tǒng)青山口組三段地層劃分為SQ1～SQ2共2個三級層序，其中SQ1在青三段內僅在下部發(fā)育湖退體系域，SQ2在青三段上部發(fā)育湖退和湖侵體系域；將2個三級層序進一步劃分為12個四級層序(HFSQ1～HFSQ12)，其中SQ1內自下而上劃分為HFSQ1～HFSQ6共6個四級層序，SQ2內自下而上劃分為HFSQ7～HFSQ12共6個四級層序(圖3)。

青三段SQ1層序內僅發(fā)育湖退體系域，SQ1層序早期(HFSQ1～HFSQ3層序)巖性以泥質巖為主，隨著湖平面逐漸降低，砂巖含量逐漸增加，該時期測井曲線形態(tài)主要表現(xiàn)為漏斗型；SQ1層序晚期(HFSQ4～HFSQ6層序)巖性主要為砂質巖，該時期測井曲線形態(tài)主要表現(xiàn)為鐘型。青三段SQ2層序沉積時期，湖平面變化表現(xiàn)為湖退背景下湖平面小幅回升又下降，因此SQ2層序湖侵體系域(HFSQ7～HFSQ10層序)內砂泥巖薄互層相對發(fā)育，測井曲線形態(tài)為鋸齒型；隨著湖平面的再次下降，SQ2層序湖退體系域(HFSQ11～HFSQ12)內砂質含量相對上升，該時期測井曲線形態(tài)以鐘型為主。

圖3 乾安地區(qū)青三段井震高分辨率層序劃分及典型地層切片位置Fig.3 Well-linked high-resolution sequence division and location of typical strata slice in the 3rd Member of Qingshankou Formation in Qian’an area

2.2 地震巖性學研究

地震沉積學研究主要包括兩個方面研究內容，一是地震巖性學(Seismic lithology)，二是地震地貌學(Seismic geomorphology)。地震巖性學的主要內容是將地震數(shù)據(jù)體轉換為測井巖性數(shù)據(jù)體，建立巖性—波阻抗之間的對應關系；而地震地貌學是將地震數(shù)據(jù)進一步轉換成含有巖性標記的沉積相平面圖。其中涉及到的關鍵技術包括地震子波90°相位轉換和地層切片技術。

地震子波90°相位轉換的目的是為了建立地震反射軸與薄層砂體之間的對應關系[26]。圖4展示了乾安地區(qū)過乾107井地震剖面相位調整前后的對比，從圖中幾處重點突出部位的薄層砂體來看，轉換后均與地震剖面上一組高振幅同相軸相對應，顯示出了較好的相關性。但由于陸相淺水三角洲沉積的特點是縱向上砂泥巖薄互層極為發(fā)育，這樣并非所有薄層砂體與相位轉換后的地震同相軸均顯示良好相關，這一點從乾107井巖性—波阻抗交會圖中也能看出來(圖5)，單一巖性間不存在明顯的波阻抗差異，即單一巖性與地震剖面反射同相軸間沒有一一對應關系。

地震反射同相軸地質意義的標定是對地層切片展開地質解釋的基礎。由于研究區(qū)單一巖性層與同相軸之間沒有一一對應關系，因此本次研究試圖建立復合巖性層與同相軸之間的相互對應關系，選取高分辨率層序格架中具有代表性的層序來統(tǒng)計不同巖性組合的砂巖百分比含量和砂巖厚度與波阻抗之間的關系。針對區(qū)內30余口取芯井的典型層序段砂巖厚度、砂巖百分比含量與波阻抗關系的統(tǒng)計結果表明，砂巖厚度大于8 m、砂巖百分比含量大于30%的復合巖性層波阻抗值明顯大于砂巖厚度小于5 m、砂巖百分比含量小于15%的巖層波阻抗值(圖6)，砂巖厚度、砂巖百分比含量與波阻抗間具有良好的正相關性，證明研究區(qū)地震反射同相軸與復合巖性層對應。結合地震剖面與巖芯對比的結果來看，研究區(qū)偏砂相大致與紅色波峰相對應，而偏泥相大致與黑色波谷相對應(圖4)。雖然這種同相軸的極性變化對于單一巖性的地震巖性學解釋意義不大，但是對于90°相位轉換后的地震剖面來說，同相軸(無論是偏砂相或偏泥相)的橫向變化仍然反映了相對波阻抗的變化，進而在地層切片上可以通過相對振幅變化對巖性變化進行合理預測。

2.3 地震相、典型切片解釋

地層切片制作的目的是為了保證地層切片的沉積學解釋是建立在地質等時的基礎之上，通過在兩個等時同相軸之間線性內插獲得一系列的具有等時意義的切片，相較于時間切片和沿層切片來說，對于任何產狀地層均更加適用。前人研究中在提取切片時，通常以三級層序或體系域界面作為約束進行內插，而三級層序一般對應于開發(fā)地層階段的油層單元，內插出來的切片對于勘探階段或開發(fā)早期來說較之于時間切片和沿層切片更加逼近等時意義，然而由于陸相淺水三角洲沉積縱向薄互層極為發(fā)育，巖性縱向變化很快，可以認為油層內不同部位沉積速率存在不一致的現(xiàn)象，此時再在三級層序內提取切片，會在提取過程中逐漸偏離等時界面。所以本次研究中以四級層序(一般對應砂組)邊界做為邊界約束，在四級層序內提取地層切片來開展地層切片沉積學解釋，符合開發(fā)后期沉積相研究的實際需求。本文選取HFSQ1～HFSQ12四級層序內A～L共12張典型地層切片(圖3)，結合地震相、測井響應特征、砂巖厚度和砂地比特征，對三角洲前緣儲層砂體(尤其是水下分流河道砂體)的形態(tài)、發(fā)育過程展開了研究，研究區(qū)共識別出3種類型水下分流河道砂體。

圖4 研究區(qū)地震資料90°相位調整及地震—巖芯剖面對比(乾107井)Fig.4 90° phase adjustment and seismic-core section contrast in the study area (Q107)

圖5 研究區(qū)青三段巖性(伽馬)—速度(波阻抗)交會圖(乾107井)Fig.5 The relationship between lithology (gamma-ray)-velocity (wave impedance) of the Member 3 of Qingshankou Formation in the study area (Q107)

圖6 研究區(qū)青三段典型層序巖性復合層與波阻抗交會圖Fig.6 The relationship between composite lithology and wave impedance of typical sequence of the Member 3 of Qingshankou Formation in the study area

2.3.1 枝狀水下分流河道

在HFSQ6層序內的F均方根振幅屬性切片上可識別出枝狀水下分流河道，呈分支樹杈狀，發(fā)育于研究區(qū)西南側，順西北向東南展布，寬度在410～750 m之間。其中，地層切片上紅色、黃色強振幅為枝狀水下分流河道主體，振幅值在69.2～75.3之間，砂巖厚度10.4～18.27 m，砂地比43.51%～79.86%，巖性以粉砂巖或泥質粉砂巖為主；綠色中振幅代表水下天然堤微相，振幅值在42.4～55.1之間，砂巖厚度5～8.6 m，砂地比20.48～36.85%(表1)，巖性以泥質粉砂巖、泥巖薄互層為主；藍色弱振幅代表水下分流河道間灣或濱淺湖微相，振幅值在14.5～26.1之間，巖性以粉砂質泥巖或泥巖為主體(圖7a,b)。

從過乾13-13井—乾3-7井的地震豎切剖面來看，枝狀水下分流河道順物源方向表現(xiàn)為強振幅連續(xù)指狀地震相(圖7c)；從過乾3-11井—乾6-13井的地震橫切剖面上來看，枝狀水下分流河道垂直物源方向上表現(xiàn)為強振幅疊瓦狀和透鏡狀(圖7d)。疊瓦狀反映多個枝狀水下分流河道砂體橫向疊置展布特征，透鏡狀反映單一枝狀水下分流河道砂體橫向展布特征。

表1 研究區(qū)HFSQ6四級層序內砂體數(shù)據(jù)統(tǒng)計Table 1 Sandstone data statistic of the HFSQ6 4th-ordersequence in the study area

2.3.2 曲流狀水下分流河道

在HFSQ6層序內的F均方根振幅屬性切片上可識別出2條曲流狀水下分流河道，發(fā)育于研究區(qū)東北側，垂直物源方向呈條帶狀展布，寬度在270～680 m之間(圖7a，b)，振幅值在68.3～97.2之間，砂巖厚度在5.77～9.7 m之間，砂地比在22.72%～37.54%之間(表1)，巖性以薄層粉砂巖和泥質粉砂巖為主。從過乾24-22井的橫切面地震剖面來看，曲流狀水下分流河道表現(xiàn)為強振幅不連續(xù)的短軸狀地震相(圖7c)。

2.3.3 末端水下分流河道

在HFSQ2層序內的B均方根振幅屬性切片上可識別出末端水下分流河道，順物源方向自西南向東北展布。切片上紅色、黃色高振幅區(qū)域代表末端水下分流河道微相，振幅值在63.6～103.5之間，砂巖厚度在5～8.8 m之間，砂地比在32.4%～55.24%之間，巖性以泥質粉砂巖為主體；綠色中等振幅區(qū)域代表前緣砂席微相，振幅值在42.7～58.2之間，砂巖厚度在2.31～4.2 m之間，砂地比在14.71%～26.75%之間，巖性以薄層粉砂巖為主體；藍色低振幅區(qū)域代表水下分流河道間灣或濱淺湖沉積，振幅值在10.1～22.1之間，巖性以泥巖為主體(圖8a,b)。

圖7 研究區(qū)HFSQ6四級層序內F地層切片沉積相解釋和地震相特征Fig.7 Sedimentary facies interpretation and seismic facies character of F strata slice in the HFSQ6 4th-order sequence in the study area

從過乾24-3井—乾24-1井—乾24-10井的豎切地震剖面上可以看出，末端水下分流河道砂體在順物源方向地震剖面上表現(xiàn)為中等振幅較連續(xù)蠕蟲狀地震相，前緣砂席表現(xiàn)為弱振幅連續(xù)指狀地震相(圖8c)；從過乾2-12井—乾8-12井—乾28-10井的橫切地震剖面上可以看出，末端水下分流河道砂體在垂直物源方向地震剖面上表現(xiàn)為中等振幅較連續(xù)疊瓦狀和透鏡狀地震相，前緣砂席表現(xiàn)為弱振幅連續(xù)楔狀地震相(圖8d)。

圖8 研究區(qū)HFSQ2四級層序內B地層切片沉積相解釋和地震相特征Fig.8 Sedimentary facies interpretation and seismic facies character of B strata slice in the HFSQ2 4th-order sequence in the study area

3 討論

由上所述，綜合利用地層切片屬性解釋成果(表1，2)和地震相特征，可以清晰的識別出研究區(qū)青三段發(fā)育的水下分流河道砂體類型、特征。因此，本文分別選取SQ1和SQ2內的6張典型地層切片，對高分辨率層序地層格架內自下而上各類型水下分流河道砂體的分布及演化規(guī)律展開了研究。

表2 研究區(qū)HFSQ2四級層序內砂體數(shù)據(jù)統(tǒng)計Table 2 Sandstone data statistic of the HFSQ2 4th-ordersequence in the study area

3.1 SQ1三級層序內沉積演化

SQ1三級層序內青三段發(fā)育早期為基準面上升到高點之后的下降期，此時研究區(qū)尚處于水深較深的沉積背景下。地層切片上的綠色—紅色高振幅值區(qū)域分布面積較廣，振幅值中等(圖9a，c，e，g)，此時研究區(qū)主要發(fā)育末端水下分流河道砂體和前緣席狀砂體(圖9b，d，f，h)，其中，末端水下分流河道砂體順物源自西南向東北展布，前緣席狀砂體圍繞水道砂體呈扇狀分布，自下而上末端水下分流河道砂體分叉逐漸增多，規(guī)模逐漸增大。SQ1三級層序晚期基準面持續(xù)下降，此時研究區(qū)所處水體環(huán)境迅速變?yōu)闇\水區(qū)域。地層切片上的綠色～紅色高振幅區(qū)域分布范圍小，呈條帶狀分布，振幅值較高，表明此時研究區(qū)主要發(fā)育枝狀水下分流河道砂體和曲流狀水下分流河道砂體，發(fā)育規(guī)模小(圖9i～l)。其中，枝狀水下分流河道砂體可見由東南—西北和由西北—東南方向呈樹枝狀展布，曲流狀水下分流河道砂體可見順物源西南—東北方向展布，亦可見多條垂直物源方向展布。

3.2 SQ2三級層序內沉積演化

SQ2三級層序內湖侵體系域期間，基準面開始逐漸緩慢上升。地層切片上綠色—紅色高振幅值區(qū)分布面積由小逐漸增大，由條帶狀逐漸變?yōu)樯葼罘植?圖10a，c，e)。湖侵體系域早期主要以枝狀水下分流河道砂體為主，自西北向東南方向展布(圖10b)；湖侵體系域晚期順物源方向展布的末端水下分流河道砂體開始出現(xiàn)且逐漸增多，反映沉積水體的相對上升(圖10d，f)。SQ2三級層序內湖退體系域期間，基準面開始快速下降，地層切片上高振幅值區(qū)域分布范圍縮小(圖10g，i，k)，以枝狀水下分流河道砂體和曲流狀水下分流河道砂體為主，該階段河道主要呈順物源方向展布(圖10h，j，l)。

3.3 青三段沉積演化模式

乾安地區(qū)青三段沉積時期，主要接受來自盆地西南部?？邓档奈镌垂┙o，研究區(qū)內主要發(fā)育淺水三角洲前緣亞相沉積。SQ1湖退體系域早期，湖平面位置高，研究區(qū)主要發(fā)育自西南向東北方向展布的末端水下分流河道和前緣砂席沉積(圖11a)；SQ1湖退體系域晚期-SQ2湖侵體系域早期，湖平面位置顯著降低，湖泊水體向盆地中央快速退卻，此時研究區(qū)主要發(fā)育枝狀水下分流河道和曲流狀水下分流河道(圖11b)；SQ2湖侵體系域晚期，湖平面位置相對升高，順物源方向展布的末端水下分流河道和前緣砂席開始出現(xiàn)，并逐漸增多(圖11c)；SQ2湖退體系域時期，湖泊水體再次向陸地方向緩慢擴張，末端水下分流河道和前緣砂席逐漸減少，枝狀水下分流河道和曲流狀水下分流河道逐漸增多(圖11d)。青三段時期，乾安地區(qū)主要發(fā)育枝狀水下分流河道、曲流狀水下分流河道和末端水下分流河道3類水下分流河道砂體，同時可見前緣砂席和水下天然堤砂體。在該時期松遼盆地整體處于大型湖退的背景下，乾安地區(qū)青三段沉積水體表現(xiàn)為大幅變淺—小幅升高—復變淺的動態(tài)變化過程。

4 結論

(1) 乾安地區(qū)上白堊統(tǒng)青三段處于松遼盆地拗陷期第一次大規(guī)模湖泛之后的湖盆衰退期，主要發(fā)育以水下分流河道為主的三角洲前緣沉積。將青三段地層劃分為2個三級層序和12個四級層序。

(2) 地震資料相位調整之后，地震反射軸與薄層砂體之間對應關系有所改善，仍無法建立單一巖性與地震同相軸之間的對應關系。根據(jù)陸相淺水三角洲前緣沉積砂泥巖薄互層極為發(fā)育的特點，將地震反射同相軸與具有沉積學意義的復合巖相之間建立起對應關系，研究區(qū)內偏砂相與紅色波峰對應，偏泥相與黑色波谷對應。

(3) 在四級層序邊界約束下提取地層切片，更好的滿足了開發(fā)階段陸相三角洲前緣沉積學研究所需等時精度。通過對典型均方根屬性切片的地質解釋，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)發(fā)育水下分流河道、水下天然堤和前緣砂席等沉積砂體，其中水下分流河道主要有3種類型，分別為枝狀水下分流河道、曲流狀水下分流河道和末端水下分流河道。各類型河道對應地震相特征各不相同，主要包括疊瓦狀、透鏡狀、短軸狀、指狀、蠕蟲狀和楔狀。

(4) 地層切片分析表明SQ1早期以末端水下分流河道和前緣砂席為主，分布范圍廣；SQ1晚期以枝狀水下分流河道和曲流狀水下分流河道為主，分布范圍縮小；SQ2湖侵體系域早期以枝狀水下分流河道為主，湖侵體系域晚期以末端水下分流河道和前緣砂席為主。SQ2湖退體系域以曲流狀水下分流河道為主。整個青三段沉積時期，末端水下分流河道主要為順物源方向呈扇狀分布，枝狀水下分流河道主要為由西北至東南方向呈樹枝狀展布，曲流狀水下分流河道主要為垂直物源方向呈條帶狀分布。

圖10 青三段SQ2三級層序內典型地層切片及相應沉積相圖Fig.10 Typical stratal slices and corresponding sedimentary facies charts of SQ2 3rd-order in the Member 3 of Qingshankou Formation

圖11 乾安地區(qū)青三段沉積演化及沉積模式圖Fig.11 Sedimentary evolution model of K2qn3 in Qian’an district, south Songliao Basin

致謝 在論文撰寫過程中使用了東方地球物理公司物探技術研究中心提供的GeoEast軟件，并受到了崔京彬、李全虎等專家的親切指導，在此一并感謝。

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