近岸水下扇沉積樣式及地震響應(yīng)特征新認(rèn)識(shí)

雷 蕾 韓宏偉 于景強(qiáng)

(中國(guó)石化勝利油田分公司物探研究院，山東東營(yíng) 257022)

0 引言

東營(yíng)凹陷陡坡帶發(fā)育了沖積扇、扇三角洲、近岸水下扇、深水濁積扇等多種具有扇體特征的砂礫巖沉積體，其中近岸水下扇發(fā)育在斷陷湖盆控盆邊界斷層的下降盤，往往延伸進(jìn)入深湖—半深湖相中，可進(jìn)一步分為扇根、扇中、扇端三種亞相[1-2]。在油氣勘探過程中發(fā)現(xiàn)，砂礫巖沉積體內(nèi)幕特征復(fù)雜，呈現(xiàn)橫、縱向多期疊置的特點(diǎn)[3-4]，且具強(qiáng)非均質(zhì)性，在地震剖面上難以直接識(shí)別；同時(shí)，存在油水關(guān)系矛盾，即扇體低部位出油、高部位出水的情況。

為了落實(shí)近岸水下扇內(nèi)幕結(jié)構(gòu)，合理解釋油藏油水關(guān)系，本文依據(jù)陡坡帶水下沉積模擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)合錄、測(cè)井資料，總結(jié)東營(yíng)凹陷近岸水下扇砂礫巖體沿相帶變化的沉積樣式，并根據(jù)三維正演模擬結(jié)果,落實(shí)各類沉積樣式的地震反射特征，分析地層產(chǎn)狀的變化，從而提出扇體成藏方面的新認(rèn)識(shí)。

1 模擬實(shí)驗(yàn)

1.1 模擬實(shí)驗(yàn)條件

水槽沉積模擬實(shí)驗(yàn)是沉積學(xué)研究的一種重要手段。本次實(shí)驗(yàn)是在長(zhǎng)江大學(xué)CNPC油氣儲(chǔ)層沉積模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的模擬湖盆內(nèi)進(jìn)行[5-6]的，實(shí)驗(yàn)區(qū)為5m×5m、可模擬基底沉降的活動(dòng)底板區(qū)域。在斷陷湖盆陡坡帶邊界斷裂幕式活動(dòng)與水下砂礫巖沉積作用分析的基礎(chǔ)上，以東營(yíng)凹陷北部陡坡帶東段鹽家、利津地區(qū)為沉積背景(即發(fā)育兩個(gè)物源，形成兩個(gè)近岸水下扇)，以水下砂礫巖沉積特征為依據(jù)，根據(jù)相似性理論(幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似、動(dòng)力相似)，開展了水下砂礫巖沉積模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)共分四個(gè)期次，每期包含洪水—枯水—間歇沉積過程。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，根據(jù)網(wǎng)格解剖，開展25cm×50cm的實(shí)驗(yàn)體切片分析，分塊描述微觀特征，然后整體研究斷陷湖盆陡坡帶邊界斷層控制下的近岸水下扇砂礫巖沉積樣式。

1.2 沉積樣式分析

1.2.1 平面沉積樣式

從實(shí)驗(yàn)揭示的砂礫巖分布模式(圖1)看，多物源近岸水下扇劃分為扇根、扇中、扇端、扇間亞相。扇間亞相位于同期發(fā)育的相鄰兩個(gè)扇體之間，兩扇體外側(cè)緣的交會(huì)處，是由扇體上的側(cè)向分支水道匯水形成統(tǒng)一水系后，改造側(cè)緣沉積物形成的小型“扇間扇”。

扇中亞相可以進(jìn)一步細(xì)分為水道、溝槽、水道間等微相類型。水道內(nèi)沉積物主要為礫石，水道位置不斷遷移變化。溝槽是比水道次一級(jí)別的水流通道，通常位于水道前緣、扇中末端。水道間在扇中部位大面積分布，面積約占扇中亞相的60%～70%，由洪水期漫流作用形成。

圖1 近岸水下扇沉積相分布模式

由于水流頻繁改道，扇中、扇間與扇端均可形成巖性圈閉。其中扇間易出現(xiàn)沉積遷移補(bǔ)償，形成獨(dú)立的朵葉體，朵葉體向四周尖滅，可形成巖性圈閉；扇端發(fā)育滑塌濁積體，也可形成獨(dú)立的巖性圈閉。

1.2.2 剖面沉積樣式

從縱向剖面(圖2)看，多期次砂礫巖疊置；在某些期次的前端會(huì)形成獨(dú)立的坡積朵葉體，坡積體一般緊鄰前一期扇體，四周尖滅，延伸較遠(yuǎn)，沉積序列上具有明顯的前積特征。扇體的遠(yuǎn)端會(huì)出現(xiàn)滑塌濁積體，其為包裹在泥巖中的獨(dú)立砂礫巖體，具有明顯的正粒序，呈透鏡體狀。扇中部位由于構(gòu)造沉降快、沉積速率大而易形成沉積背斜。

從橫向剖面(圖3)看，不同相帶的沉積樣式也不同。扇根部位主要發(fā)育主水道(礫石)和水道間灘地(泥巖)，較難形成巖性圈閉，條件適宜時(shí)可形成地層超覆圈閉。扇中部位存在側(cè)向沉積遷移朵葉體(細(xì)砂巖)、分支水道(含礫細(xì)砂巖，呈上凸底凹形態(tài))和坡積朵葉體(細(xì)砂巖，呈上凸底凸形態(tài))，表現(xiàn)為透鏡體和局部下蝕加厚的沉積樣式，易形成良好的油氣藏圈閉。而扇端部位扇體變薄，泥巖發(fā)育， 主要沉積類型為滑塌濁積體(細(xì)砂巖)。

圖2 近岸水下扇縱向剖面沉積模式

圖3 近岸水下扇不同相帶的橫向剖面沉積模式

1.2.3 近岸水下扇沉積樣式

根據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果及區(qū)內(nèi)鉆井揭示，近岸水下扇共發(fā)育扇根、扇中、扇端和扇間4種亞相，分別形成地層超覆、坡積朵葉體、滑塌濁積和側(cè)向沉積遷移朵葉體等沉積現(xiàn)象。其中扇根部位發(fā)育地層超覆圈閉，扇中、扇端及扇間發(fā)育巖性圈閉(圖4)。

圖4 沿相帶變化的近岸水下扇(兩個(gè)物源)砂礫巖沉積樣式

2 近岸水下扇地震響應(yīng)特征

明確近岸水下扇地震響應(yīng)特征,就可以直接利用地震資料預(yù)測(cè)近岸水下扇砂礫巖扇體[7-8]。地震正演模擬是建立沉積樣式和地震響應(yīng)特征之間的橋梁。與二維相比，三維正演模擬能夠更加真實(shí)地反映地下波的傳播過程，明確儲(chǔ)層和構(gòu)造的反射特征[9-13]。

區(qū)別于常用的建模方法[14-16]，本文依據(jù)水槽模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立了東營(yíng)凹陷近岸水下扇三維正演模型，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用波動(dòng)方程正演模擬，分析近岸水下扇砂礫巖體地震響應(yīng)特征。

2.1 基于沉積模擬實(shí)驗(yàn)的三維正演模型

依據(jù)沉積模擬實(shí)驗(yàn)，三維正演模型建立方法及流程如圖5所示，具體實(shí)施步驟如下。

首先，整理實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)，按照水槽大小建立空間坐標(biāo)系統(tǒng)，得到扇體發(fā)育區(qū)各層系及各期次頂、底面的空間坐標(biāo)。

其次，將各沉積層位根據(jù)實(shí)際井震數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果按比例縮放，形成反映水槽實(shí)驗(yàn)沉積規(guī)律并與實(shí)際井震數(shù)據(jù)數(shù)量級(jí)可比的等效層位。

然后，根據(jù)研究區(qū)井震資料統(tǒng)計(jì)得到不同深度、不同井區(qū)扇體砂礫巖及泥巖隔層的速度、密度等巖石物理參數(shù)。本文統(tǒng)計(jì)了東營(yíng)凹陷北帶利津、勝坨、鹽家地區(qū)的砂、泥巖速度，砂巖速度約為3500～5500m/s，泥巖速度約為3000～4000m/s，同一深度砂巖速度明顯大于泥巖速度，砂、泥巖速度整體上均隨著深度的增大而增大； 同一期次的砂礫巖體，受巖性、粒度、壓實(shí)等的影響，扇根部位的速度大于扇中、扇端。

圖5 基于沉積模擬實(shí)驗(yàn)的三維正演模型建立方法

最后，根據(jù)層位數(shù)據(jù)建立構(gòu)造框架模型，根據(jù)砂礫巖體各期次頂、底層和巖石物理參數(shù)建立巖性體子模型，二者融合即得到初步三維模型。

水槽沉積模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精度尚不能完全達(dá)到精細(xì)建模的要求，層位有時(shí)會(huì)出現(xiàn)不平滑或不閉合的情況；在砂礫巖體發(fā)育集中區(qū)，尤其是在扇根部位，準(zhǔn)確刻畫巖體形態(tài)較難。所以，以沉積模式和實(shí)驗(yàn)記錄的照片資料作為參考，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集密度不夠或初始三維正演模型不準(zhǔn)確之處，利用三維層位閉合解釋法對(duì)等效層位進(jìn)行重構(gòu)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次建模，即得到最終可用于正演運(yùn)算的砂礫巖體三維模型(圖6)。

該三維模型幾乎包含了沉積模擬實(shí)驗(yàn)揭示出的全部沉積現(xiàn)象，并且為巖石物理參數(shù)模型，可用于正演運(yùn)算。從速度參數(shù)看，砂巖速度明顯大于泥巖速度，砂、泥巖速度整體上均隨著深度的增大而增大，與井震資料揭示的變化規(guī)律相吻合。

從橫向剖面(圖6a)上可以看到，在扇主體和扇間發(fā)育砂礫巖透鏡體、側(cè)向遷移朵葉體以及砂體局部下蝕加厚等不同沉積樣式。

從縱向剖面(圖6b)上看，不同期次疊置的扇體在展布范圍、扇根與基底的接觸形態(tài)方面各有不同，發(fā)育坡積朵葉體和滑塌濁積體。

從深度切片(圖6c～圖6h)上看，扇體沉積邊界逐漸向湖盆邊緣推移，展布范圍逐漸縮小，符合扇體發(fā)育的基本規(guī)律。

圖6 東營(yíng)凹陷北帶砂礫巖體(兩個(gè)物源)三維正演模型(速度體)

2.2 地震響應(yīng)特征

應(yīng)用聲波波動(dòng)方程對(duì)上述三維模型正演模擬，得到近岸水下扇砂礫巖體地震數(shù)據(jù)體。

從典型縱向剖面(圖6b)正演模擬結(jié)果(圖7)看，地震反射同相軸基本上可以反映扇體的沉積模式，表現(xiàn)為楔狀雜亂地震反射，不同期次間產(chǎn)狀有交叉，反映了快速退積為主的沉積特征；當(dāng)發(fā)育進(jìn)積式的期次時(shí)，表現(xiàn)為近平行的前積底超的地震反射特征；滑塌濁積體表現(xiàn)為透鏡體狀的強(qiáng)反射。泥巖隔層是決定反射軸能量強(qiáng)弱的重要因素，泥巖隔層越厚，地震反射能量越強(qiáng)，連續(xù)性越好(扇中、扇端)；泥巖隔層不發(fā)育時(shí)，地震上呈空白反射(扇根)。多數(shù)情況下，一個(gè)反射同相軸至少代表了一個(gè)期次，個(gè)別厚層扇體有可能出現(xiàn)頂、底兩套反射同相軸。

圖7 砂礫巖體典型縱向剖面正演模擬結(jié)果

從橫向剖面(圖8)上看，對(duì)于兩個(gè)物源近岸水下扇，扇根部位是分別獨(dú)立的扇體,正演結(jié)果可見兩個(gè)獨(dú)立的扇體反射特征。扇中部位出現(xiàn)扇體疊置接觸，出現(xiàn)復(fù)波、疊置、扭動(dòng)、相交的現(xiàn)象。扇端部位扇體出現(xiàn)疊合連片，呈現(xiàn)平行或者類平行反射樣式。

通過三維正演模擬，可以建立近岸水下扇多物源、沿相帶變化的沉積樣式及地震響應(yīng)特征量板(圖9)。

總體來說，砂礫巖體由于橫、縱向相互疊置且非均質(zhì)性強(qiáng)，地震反射特征十分復(fù)雜。

(1)一般來說，扇根部位橫向地震剖面中扇體呈獨(dú)立的反射同相軸，縱向剖面中扇體存在強(qiáng)泥巖隔層時(shí)表現(xiàn)為強(qiáng)反射振幅直達(dá)基巖面；泥巖隔層不發(fā)育時(shí)表現(xiàn)為空白反射。

(2)扇中部位一般泥巖隔層相對(duì)較厚，整體表現(xiàn)為強(qiáng)振幅?？v向剖面中，坡積朵葉體地震響應(yīng)表現(xiàn)為與前一扇體獨(dú)立的反射同相軸，分辨率較低時(shí)或與前一扇體合為同一反射同相軸。橫向剖面中穩(wěn)定發(fā)育的扇體表現(xiàn)為穩(wěn)定反射同相軸；同一期扇體被前期扇體分隔兩側(cè)時(shí)，反射同相軸也被分割在前一期次兩側(cè)； 層界面或強(qiáng)反射軸下的砂體反射波會(huì)被屏蔽。

(3)扇端一般砂巖厚度較薄，常表現(xiàn)為弱反射特征?？v向剖面中滑塌濁積體表現(xiàn)為紡錘式反射；橫向剖面中扇端疊合連片，常疊置成一個(gè)波形。

圖8 砂礫巖體不同相帶的橫向剖面正演模型(左)和結(jié)果(右)

圖9 多物源、沿相帶變化的近岸水下扇砂礫巖沉積樣式及地震響應(yīng)特征量板

(4)扇間發(fā)育側(cè)向沉積朵葉體，縱向剖面中表現(xiàn)為獨(dú)立反射同相軸，受砂巖疊置的影響，時(shí)間剖面上會(huì)發(fā)生形變。橫向剖面中反射樣式較為豐富：扇間多個(gè)物源的扇體相互疊置，多出現(xiàn)復(fù)波或扭動(dòng)；側(cè)向沉積朵葉體厚度較大或泥巖較厚時(shí)表現(xiàn)為獨(dú)立反射同相軸；側(cè)向沉積朵葉體發(fā)育規(guī)模較小時(shí)，反射波能量會(huì)由強(qiáng)逐漸減弱，與前一期合成一個(gè)反射同相軸，交會(huì)處能量和形狀有變化； 或者側(cè)向沉積朵葉體反射同相軸與前一期表現(xiàn)為一個(gè)反射同相軸，無法區(qū)分。

2.3 近岸水下扇地層產(chǎn)狀研究

受斷層活動(dòng)速度和物源條件的影響，近岸水下扇在沉積過程中往往會(huì)出現(xiàn)構(gòu)造回傾，但是由于扇體高速陷阱，在時(shí)間域地震剖面中出現(xiàn)扇根上拉現(xiàn)象，在正演模擬過程中可見該現(xiàn)象(圖6b與圖7)。

首先，根據(jù)這一認(rèn)識(shí)，結(jié)合東營(yíng)凹陷北帶近岸水下扇典型沉積模式(圖10a)，建立一個(gè)包含沙三下～沙四下的二維正演模型(圖10b)，對(duì)其正演模擬得到如圖10c所示的剖面(時(shí)間域)。由圖可見，發(fā)育在較淺層的砂礫巖體(沙三下)在地震剖面中形態(tài)與模型中基本一致，而深層則產(chǎn)生了明顯的形變，即扇根部位上拉，砂體回傾角度變緩，且隨著深度的增加上拉現(xiàn)象更明顯。也就是說，在時(shí)間域地震剖面中看到的順向扇體并不一定是扇體的真實(shí)形態(tài)，是由于扇體與圍巖相比的高速陷阱造成的，此時(shí)扇體可能存在產(chǎn)狀回傾。因而，地震剖面中回傾扇體的高部位不一定真實(shí)，有可能存在高部位移位。

圖10 砂礫巖體典型沉積模式(a)、正演模型(b)及結(jié)果(c)

常規(guī)認(rèn)為東營(yíng)凹陷近岸水下扇扇中亞相為成藏有利區(qū)，主要是由于扇中物性最好、扇根可側(cè)向封堵[17]。而本文揭示的扇體的構(gòu)造回傾現(xiàn)象則證明扇體成藏可能還受到構(gòu)造的影響，即近岸水下扇扇體成藏可能受到構(gòu)造和巖性的雙重影響，扇體構(gòu)造的高部位為成藏的有利區(qū)。按照這種思路重新對(duì)砂礫巖體油藏進(jìn)行了對(duì)比分析，將以往采用平行式的砂組對(duì)比方式(圖11a)改變?yōu)榘瓷疃扔蛳抡鎸?shí)產(chǎn)狀的對(duì)比方式(圖11b)，解決了以往對(duì)比中深層出現(xiàn)的高部位出水、低部位出油的油水矛盾關(guān)系。

圖11 L85井區(qū)油藏新舊剖面對(duì)比

3 結(jié)論和認(rèn)識(shí)

本文從水槽沉積模擬實(shí)驗(yàn)入手，結(jié)合東營(yíng)凹陷錄、測(cè)井資料，總結(jié)了近岸水下扇砂礫巖體的沉積樣式，并在正演模擬的基礎(chǔ)上明確了各類沉積樣式的地震反射特征。

(1)多物源近岸水下扇可劃分為扇根、扇中、扇端和扇間等4種亞相，進(jìn)一步又可細(xì)分不同的沉積微相。分別形成地層超覆、坡積朵葉體、滑塌濁積和側(cè)向沉積遷移朵葉體等不同類型圈閉。

(2)基于沉積模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果建立三維正演模型，并通過正演模擬落實(shí)了不同的圈閉樣式對(duì)應(yīng)不同的地震反射特征。但扇體橫縱向疊置，反射特征影響因素較多，實(shí)際應(yīng)用時(shí)需綜合考慮。

(3)通過正演模擬揭示砂礫巖體時(shí)間域地震資料可能存在構(gòu)造假象，砂礫巖體真實(shí)產(chǎn)狀可能存在構(gòu)造回傾，于是提出了砂礫巖扇體成藏可能同時(shí)受到構(gòu)造控制的新認(rèn)識(shí)。