扇三角洲高分辨率層序地層分析
——遼河油田D區(qū)塊興Ⅰ油層組

李晨 王宏遠(yuǎn) 樊太亮 高志前 謝偉偉

(1. 中海油研究總院有限責(zé)任公司， 北京 100028； 2. 中石油遼河油田勘探開發(fā)研究院， 遼寧 盤錦 124010；3. 中國地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院， 北京 100083；4. 中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院， 北京 100083)

0 前言

我國東部地區(qū)中，新生代眾多的斷陷湖盆擴(kuò)張期普遍發(fā)育扇三角洲沉積，扇三角洲儲(chǔ)層是我國東部盆地重要的油氣儲(chǔ)層類型之一。自引入高分辨率層序地層學(xué)理論后[1]，其相關(guān)理論探索和應(yīng)用實(shí)踐在我國獲得了長足的發(fā)展，其中以基準(zhǔn)面旋回理論的探討及其在陸相盆地的適用性討論尤為深入[2]。鄭榮才等人擴(kuò)展了高分辨率層序基準(zhǔn)面旋回劃分級(jí)次[3]，并提出以中期基準(zhǔn)面旋回為周期，以短期基準(zhǔn)面旋回為成因地層單元，分析不同結(jié)構(gòu)和疊加樣式的短期基準(zhǔn)面旋回在中期基準(zhǔn)面旋回內(nèi)的分布規(guī)律[4]。該理論為高分辨率層序地層學(xué)在陸相盆地中的應(yīng)用提供了明確的研究思路。眾多學(xué)者基于此理論，針對(duì)扇三角洲沉積體系開展不同基準(zhǔn)面旋回級(jí)次的劃分，同時(shí)在基準(zhǔn)面旋回格架內(nèi)分析沉積演化，并預(yù)測扇三角洲沉積體系有利砂體分布，為尋找勘探有利區(qū)域提供地質(zhì)依據(jù)[5-8]。同時(shí)有學(xué)者以露頭資料、巖心資料和測井資料為依托，應(yīng)用高分辨率層序地層學(xué)原理分析扇三角洲砂體在基準(zhǔn)面旋回不同位置處的形態(tài)變化，認(rèn)為其砂體發(fā)育的規(guī)模和形態(tài)受控于AS值(可容納空間增加速率與沉積物供應(yīng)速率之比)的變化[9-12]。高分辨率層序地層學(xué)理論在扇三角洲儲(chǔ)層中的應(yīng)用多集中于勘探領(lǐng)域，研究人員較少就開發(fā)尺度進(jìn)行探討[13-14]，更鮮有學(xué)者將該理論與蒸汽輔助重力泄油(SAGD)開發(fā)相結(jié)合。

遼河油田D區(qū)塊興Ⅰ油層組稠油油藏為扇三角洲沉積，采用SAGD開發(fā)獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。但油田也面臨著剩余油分布分散等問題，亟待對(duì)其扇三角洲儲(chǔ)層內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。興Ⅰ油層組以發(fā)育扇三角洲沉積體系為主，本次研究依據(jù)巖心、測井等資料綜合分析該油層組扇三角洲沉積特征；并在此基礎(chǔ)上，分析扇三角洲中期基準(zhǔn)面旋回層序特征，進(jìn)而分析中期基準(zhǔn)面旋回變化與扇三角洲疊置結(jié)構(gòu)的關(guān)系，以及扇三角洲有利砂體分布與基準(zhǔn)面旋回的關(guān)系，擬為指導(dǎo)SAGD的有效開發(fā)提供地質(zhì)依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

遼河坳陷是形成于前中生代復(fù)雜基底上的中、新生代大陸裂谷坳陷，平面上形成了“三凹三凸”的構(gòu)造格局[15-16]。遼河油田D區(qū)塊位于遼河坳陷西部凹陷西部斜坡帶中段上傾部位，西部凹陷新生界自下而上發(fā)育了沙河街組(Es)、東營組(Ed)、館陶組(Ng)、明化鎮(zhèn)組(Nm)及第四系(Q)[17]。按其巖性組合和沉積旋回，可在縱向上將沙河街組進(jìn)一步劃分為沙四段、沙三段、沙二段和沙一段[18]。沙一段、沙二段與沙三段的砂體含油性較好，三者合稱為興隆臺(tái)油層，并進(jìn)一步劃分為興Ⅰ — 興Ⅵ油層組[19]。其中，興Ⅰ油層組為扇三角洲沉積體系。遼河油田D區(qū)塊面積約為5.24 km2，D區(qū)塊邊界由多組斷層共同限定，區(qū)塊內(nèi)斷層較少，D區(qū)塊整體上是一長條狀單斜構(gòu)造，自西北向東南方向下傾(見圖1) 。

圖1 遼河盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨癉區(qū)塊位置圖

2 興Ⅰ油層組扇三角洲沉積特征

扇三角洲發(fā)育在斷陷盆地中，由沖積扇下切進(jìn)入湖泊內(nèi)，沉積物堆積在斷層下盤附近而形成。遼河油田D區(qū)塊興Ⅰ油層組扇三角洲沉積相主要以扇三角洲前緣亞相為主，含有少量的扇三角洲平原和前扇三角洲平原亞相。其沉積微相類型包括扇三角洲前緣水下分流河道、扇三角洲前緣砂壩、扇三角洲前緣席狀砂、扇三角洲平原主河道和前扇三角洲泥等沉積微相(見圖2)。

扇三角洲平原主河道巖性以中礫巖和細(xì)礫巖為主，粒度最粗。這反映了沉積物距離物源最近，粒度較粗，環(huán)繞湖盆邊緣分布。聲波時(shí)差曲線表現(xiàn)為低值，深側(cè)向電阻率表現(xiàn)為明顯高值。

扇三角洲前緣亞相以扇三角洲前緣水下分流河道和扇三角洲前緣砂壩為主。扇三角洲前緣水下分流河道，是扇三角洲平原主水道進(jìn)入水下的自然延伸部分。攜帶粗碎屑沉積物的水流沿扇三角洲前緣水下分流河道繼續(xù)向湖盆中推進(jìn)，受湖水水體阻力及自身動(dòng)力條件的影響，沉積物大量卸載，最終形成扇三角洲前緣砂壩沉積。扇三角洲前緣亞相的巖石粒度明顯細(xì)于扇三角洲平原亞相的巖石粒度。其中，扇三角洲前緣水下分流河道的巖石粒度較扇三角洲前緣砂壩的巖石粒度略粗，扇三角洲前緣水下分流河道巖性以細(xì)礫巖和粗砂巖為主，扇三角洲前緣砂壩巖性以細(xì)砂巖和粗砂巖為主。扇三角洲前緣水下分流河道與扇三角洲前緣砂壩交互沉積，聲波時(shí)差曲線值均表現(xiàn)為中 — 高值，深側(cè)向電阻率曲線表現(xiàn)為明顯高值。

扇三角洲前緣席狀砂為扇三角洲前緣水下河道繼續(xù)延伸的產(chǎn)物，粒度更細(xì)，與前扇三角洲泥常交互成層，扇三角前緣席狀砂巖性以細(xì)砂巖和粉砂巖為主，而前扇三角洲泥以粉砂質(zhì)泥巖或泥巖為主。前扇三角洲泥與湖泥的測井特征較為一致，前扇三角洲泥聲波時(shí)差曲線值表現(xiàn)為高值，而深側(cè)向電阻率曲線表現(xiàn)為低值。夾于前扇三角洲泥之間的扇三角洲前緣席狀砂的聲波時(shí)差曲線及電阻率曲線，相較于前扇三角洲泥均出現(xiàn)小幅回落，即其聲波時(shí)差曲線幅值相較于前三角洲泥的聲波時(shí)差曲線幅值有所下降，而其深側(cè)向電阻率幅值相較于前扇三角洲的深側(cè)向電阻率幅值則有所上升。

圖2 D區(qū)塊興一組扇三角洲沉積模式

3 扇三角洲基準(zhǔn)面旋回變化分析

中期旋回與一期沉積體的建造過程相對(duì)應(yīng)，故而以中期基準(zhǔn)面旋回為格架，分析各類沉積復(fù)合體內(nèi)部的疊置結(jié)構(gòu)。對(duì)于扇三角洲沉積體而言，每一期中期旋回對(duì)應(yīng)于單期扇三角洲沉積體的建造過程，而較大規(guī)模的扇三角洲沉積復(fù)合體對(duì)應(yīng)于一期長期基準(zhǔn)面旋回。

3.1 扇三角洲中期基準(zhǔn)面與湖平面變化的關(guān)系

湖平面周期性的變化引起了扇三角洲沉積相序的規(guī)律性變化，如當(dāng)湖平面上升時(shí)，沉積亞相逐漸由扇三角洲平原過渡為扇三角洲前緣直至過渡為前扇三角洲；而當(dāng)湖平面下降時(shí)，沉積亞相則主要由前扇三角洲過渡為扇三角洲前緣直至過渡為扇三角洲平原。故而可以根據(jù)沉積相序所反映的湖平面升降變化來判定扇三角洲的基準(zhǔn)面旋回變化，從而據(jù)此建立起沉積相序變化與基準(zhǔn)面旋回變化之間的關(guān)系。中期旋回具有較好的等時(shí)意義，可作為良好的等時(shí)地層對(duì)比單元。對(duì)于扇三角洲沉積復(fù)合體而言，一期完整的中期旋回為湖平面上升并下降而形成的扇三角洲沉積序列。

3.2 扇三角洲中期旋回層序界面

按照高分辨率層序地層學(xué)基準(zhǔn)面旋回理論，一期上升半旋回和一期下降半旋回組成了一期完整的基準(zhǔn)面旋回，而基準(zhǔn)面旋回層序界面多為不整合面或巖性突變界面，代表了AS最小值。對(duì)于扇三角洲沉積體而言，在中期旋回中，AS最小值的位置常對(duì)應(yīng)于河道沖刷面。扇三角洲沉積復(fù)合體內(nèi)發(fā)育了大量的河道沖刷面(見圖3)，主要為扇三角洲平原主河道或扇三角洲前緣水下分流河道的底界面。經(jīng)過分析，認(rèn)為有以下兩種情況形成的河道沖刷面對(duì)應(yīng)于中期基準(zhǔn)面層序界面。

圖3 興Ⅰ油層組河道沖刷面

第一種情況是，當(dāng)河道沖刷面直接覆蓋于泥巖之上時(shí)反映了較為明顯的巖性突變現(xiàn)象，代表了基準(zhǔn)面下降到最低值的位置，多對(duì)應(yīng)于中期旋回層序界面。第二種情況是，在不易識(shí)別出明顯巖性突變時(shí)，可依據(jù)沉積相序的明顯變化判斷中期旋回層序界面的位置。

在興Ⅰ油層組下部常由扇三角洲平原過渡到扇三角洲前緣后，沉積亞相又再次過渡為扇三角洲平原，表明沉積相序產(chǎn)生了明顯變化。此時(shí)，在扇三角洲平原主河道底部發(fā)育的較大規(guī)模沖刷面反映了中期基準(zhǔn)面下降到最低值的位置，對(duì)應(yīng)于中期旋回層序界面。據(jù)此，可在興Ⅰ油層組中識(shí)別出4組中期基準(zhǔn)面旋回層序界面，以直接覆蓋于泥巖之上的河道沖刷面為主。將興Ⅰ油層組劃分為4期中期旋回，分別為MSC1、MSC2、MSC3和MSC4(見圖4)。

圖4 興Ⅰ油層組well-1井高分辨率層序地層柱狀圖

3.3 扇三角洲中期基準(zhǔn)面旋回類型及旋回疊置關(guān)系

在中期旋回層序界面識(shí)別的基礎(chǔ)上，依據(jù)湖泛面的識(shí)別結(jié)果確定中期基準(zhǔn)面旋回類型。如前所述，興Ⅰ油層組中期旋回層序界面多為河道沖刷面，代表了中期基準(zhǔn)面旋回下降到最低位置。該河道沖刷面多直接覆蓋于較為穩(wěn)定的泥巖之上，而較為穩(wěn)定的泥巖反映了海泛面的位置，代表了中期基準(zhǔn)面旋回上升至最高位置。此特點(diǎn)反映了興Ⅰ油層組中期基準(zhǔn)面旋回多為僅保留上升半旋回的類型，其下降半旋回多被沖刷面所代替，極難保存沉積物，僅在下部的MSC1中期旋回內(nèi)保存了部分下降半旋回內(nèi)的沉積物。

根據(jù)基準(zhǔn)面旋回與可容納空間的關(guān)系可知，當(dāng)處于較高可容納空間背景時(shí)，在基準(zhǔn)面下降半旋回內(nèi)可保存較多的沉積物；而當(dāng)處于較低可容納空間背景時(shí)，在基準(zhǔn)面下降半旋回內(nèi)則保存較少的沉積物或不保存沉積物，甚至被下一期的河道侵蝕上升半旋回所接受的沉積物。由此可知，興Ⅰ油層組中期基準(zhǔn)面旋回形成過程中，可容納空間始終較低，較難保存下降半旋回的沉積物。

通過興Ⅰ油層組各期中期旋回內(nèi)所保存的沉積相類型可知，自下而上，沉積物中的粗粒成分越來越少，所保存下來的中期旋回厚度也逐漸減薄。由基準(zhǔn)面旋回變化與可容納空間的遷移關(guān)系可知，中期旋回厚度的逐漸減薄既可能反映了可容納空間逐漸向盆地內(nèi)部轉(zhuǎn)移，進(jìn)而導(dǎo)致可保存的沉積物逐漸減少，此過程中縱向上沉積物粒度逐漸變粗。也可能是，可容納空間逐漸向陸上轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致可保存的沉積物逐漸減少，在該過程中縱向上沉積物粒度逐漸變細(xì)。興Ⅰ油層組自下而上各單期中期旋回內(nèi)沉積物中的粗粒成分越來越少，反映了可容納空間逐漸向陸轉(zhuǎn)移，該處沉積逐漸被湖相的細(xì)粒沉積所代替。由此可知，自MSC1至MSC4中期旋回，興Ⅰ油層組扇三角洲沉積復(fù)合體呈現(xiàn)了較為明顯的退積結(jié)構(gòu)。早期MSC1中期旋回內(nèi)可容納空間較大，尚可保存基準(zhǔn)面下降期的沉積物，而縱向上其他各中期旋回的有效可容納空間逐漸減小，大量的沉積物轉(zhuǎn)移堆積至向陸一側(cè)。由此可知，興Ⅰ油層組長期旋回為僅保存上升半旋回的類型，各單期中期旋回以僅保存上升半旋回的類型為主，缺乏下降半旋回。

4 基準(zhǔn)面旋回變化與SAGD開發(fā)區(qū)扇三角洲儲(chǔ)層物性的關(guān)系

扇三角洲前緣和扇三角洲平原沉積的復(fù)雜性，使得其內(nèi)部的砂礫巖體儲(chǔ)層物性具有較強(qiáng)非均質(zhì)性[20]。通過對(duì)D區(qū)塊SAGD開發(fā)區(qū)興Ⅰ油層組扇三角洲內(nèi)部不同沉積微相物性對(duì)比可知，前扇三角洲湖泥的孔隙度極小，接近于0；而夾于前扇三角洲湖泥的扇三角洲前緣席狀砂盡管具有較高的孔隙度，大致介于30%～33%，但厚度極薄，且與前扇三角洲湖泥交互沉積，縱向非均質(zhì)性較強(qiáng)。扇三角洲前緣砂壩下部以粗砂巖為主，向上逐漸過渡為細(xì)礫巖。由于細(xì)礫巖中混有泥巖，導(dǎo)致孔隙度大為減低，故而扇三角洲前緣砂壩物性自下向上逐漸變差，砂壩下部的孔隙度可達(dá)到36%～40%，向上逐漸減小為15%～25%。扇三角洲前緣水下分流河道是扇三角洲砂體中物性最好的沉積微相類型，其物性整體較好且較為均一，孔隙度介于35%～40%。扇三角洲平原主河道物性相對(duì)較差且變化較大，孔隙度介于15%～25%。綜上所述，扇三角洲前緣物性較好且非均質(zhì)性較弱，其中尤以扇三角洲前緣水下分流河道物性最優(yōu)，故而扇三角洲前緣砂礫巖體可作為扇三角洲儲(chǔ)層開發(fā)中的有利砂體。

在SAGD開發(fā)區(qū)中，由平行下傾構(gòu)造方向的剖面可知，隨著長期基準(zhǔn)面旋回逐漸上升，可容納空間逐漸向陸遷移，有利砂體也逐漸向構(gòu)造高部位轉(zhuǎn)移，而在構(gòu)造低部位被泥巖段所替代。MSC1中期旋回下部以扇三角洲平原主河道為主，物性較差，屬于低物性區(qū)；在MSC1中期旋回中部則主要發(fā)育扇三角洲前緣水下分流河道，厚度相對(duì)較厚，物性較好，屬于高物性區(qū)；在MSC1中期旋回的頂部在局部可能形成少量扇三角洲前緣砂壩，導(dǎo)致物性有所下降。在MSC2至MSC4中期旋回，扇三角洲前緣水下分流河道常與扇三角洲前緣砂壩或泥巖段互層，導(dǎo)致縱向上高物性段與低物性段或泥巖段交互出現(xiàn)(見圖5)。由于興Ⅰ油層組油層為稠油油層，多采用SAGD方式進(jìn)行開發(fā)，雙水平井一般部署在MSC1中期旋回的中部。由于MSC2至MSC4中期旋回內(nèi)低物性段與高物性段交互出現(xiàn)，降低甚至阻礙了蒸汽腔的擴(kuò)展速度，導(dǎo)致位于最頂部的MSC4中期旋回內(nèi)有利砂體內(nèi)的稠油較難動(dòng)用，使得MSC4中期旋回內(nèi)剩余油富集，而MSC1和MSC2中期旋回內(nèi)的稠油易得到有效動(dòng)用。

5 結(jié) 論

遼河油田D區(qū)塊興Ⅰ油層組扇三角洲沉積相主要包括扇三角洲平原亞相、扇三角洲前緣亞相和前扇三角洲亞相。根據(jù)沉積相序所反映出的湖平面升降變化可判定扇三角洲的基準(zhǔn)面旋回變化。中期旋回具有較好的等時(shí)意義，可作為良好的等時(shí)地層對(duì)比單元。對(duì)于扇三角洲沉積復(fù)合體而言，一期完整的中期旋回為湖平面上升或下降而形成的扇三角洲沉積序列。

圖5 SAGD開發(fā)區(qū)扇三角洲基準(zhǔn)面旋回分布與儲(chǔ)層物性的關(guān)系

對(duì)于扇三角洲沉積體而言，在中期旋回中，層序界面常對(duì)應(yīng)于河道沖刷面。基于扇三角洲中期旋回層序界面的識(shí)別，興Ⅰ油層組可劃分為4期中期旋回。各期中期旋回均僅保存上升半旋回，缺失下降半旋回。興Ⅰ油層組中期旋回形成過程中，可容納空間始終較低，較難保存下降半旋回的沉積物。自MSC1至MSC4中期旋回，興Ⅰ油層組扇三角洲沉積復(fù)合體呈現(xiàn)了較為明顯的退積結(jié)構(gòu)。

在SAGD開發(fā)區(qū)中，MSC1中期旋回下部物性較差，在MSC1中期旋回中部物性較好。而在MSC2至MSC4中期旋回時(shí)，縱向上高物性段與低物性段或泥巖段交互出現(xiàn)。興Ⅰ油層組進(jìn)行SAGD方式開發(fā)時(shí)，位于最頂部的MSC4中期旋回砂體內(nèi)的稠油較難動(dòng)用，易形成剩余油富集，而MSC1和MSC2中期旋回內(nèi)的稠油可得到有效動(dòng)用。