埕島東坡東營組高精度層序地層格架與儲層預(yù)測

武群虎，郝冉冉，周紅科，劉少斌，李 洋

(中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257237)

0 引 言

埕島東坡位于渤海灣盆地南部的淺海海域，水深為5～18 m；區(qū)域構(gòu)造上位于濟(jì)陽坳陷與渤中坳陷交匯處的埕北低凸起東南部，其西南以埕北斷層與埕北凹陷相接，東南以埕北30斷層與樁東凹陷毗鄰，東北以斜坡帶向渤中坳陷過渡，總體上呈北東走向的單斜構(gòu)造，地層產(chǎn)狀較緩，平面上呈三角形，構(gòu)造面積約為300 km2[1]，區(qū)內(nèi)現(xiàn)今構(gòu)造較為簡單，斷裂系統(tǒng)不發(fā)育。從構(gòu)造特征上看，將研究區(qū)平面上分為超覆帶、第一坡折帶、第二坡折帶、洼陷帶以及埕北30斷階帶；從古地貌恢復(fù)上看，自東南向西北依次發(fā)育了多條北東向展布的溝谷和高地，二者相間分布，對油氣藏的形成具有明顯控制作用。

鉆井揭示研究區(qū)地層自下而上發(fā)育有太古界、古生界、中生界、古近系、新近系及第四系，地層層序正常。該文重點(diǎn)研究層位為古近系東營組，按照巖電組合特征，將東營組自下而上分為10個砂層組，各砂層組的巖性存在一定差異。其中，主力含油層段儲層巖性以含礫中—粗砂巖、砂礫混雜巖、粉砂—中砂巖、細(xì)砂巖和砂泥互層為主，平均埋藏深度大于3 000 m，儲層的規(guī)模大小不等且分布零散，單砂體厚度為5～30 m，橫向變化大，縱向多層疊置，多不連通。儲層在地震上的響應(yīng)表現(xiàn)為空白反射、中—弱振幅復(fù)波反射、中—強(qiáng)振幅反射等特征，地震剖面上規(guī)律性不強(qiáng)，導(dǎo)致儲層與非儲層之間的地震響應(yīng)特征識別困難，預(yù)測多解性強(qiáng)，上述因素給地層等時對比和儲層精細(xì)預(yù)測帶來了較大困難。因此，在前人研究成果基礎(chǔ)上[2-8]，結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)特點(diǎn)，采用地質(zhì)、地震相結(jié)合的研究思路，通過高精度層序地層學(xué)、沉積學(xué)的基礎(chǔ)地質(zhì)研究，約束指導(dǎo)地震波形指示反演技術(shù)進(jìn)行儲層精細(xì)預(yù)測，為下步精細(xì)勘探提供有力的支撐。

1 層序地層格架

1.1 三級層序地層界面

綜合巖心、測井、地震資料和小波時頻特征分析，在東營組內(nèi)部識別出4個三級層序界面，分別是SB1、SB2、SB3和SB4(圖1)。SB1相當(dāng)于東營組底界，由第二坡折帶向湖盆方向為整合接觸，向潛山高部位為不整合接觸，下伏地層地震剖面上表現(xiàn)為削截，上覆地層表現(xiàn)為上超。SB2位于SB1上部，由第二坡折帶向湖盆方向為整合接觸，上覆地層上超于下伏地層之上，向潛山高部位逐漸與SB1融合在一起，為不整合接觸。SB3相當(dāng)于東營組5砂層組底界，地層接觸關(guān)系與SB2一樣，但邊緣的不整合部分被下蝕溝谷所標(biāo)記，在盆地內(nèi)部表現(xiàn)為一個頂超面，下伏6砂層組地層匯聚收斂于SB3，上覆5砂層組地層呈明顯的上超。SB4相當(dāng)于東營組頂界，是東營組沉積末期，盆地內(nèi)地層整體抬升遭受剝蝕形成的區(qū)域性不整合面，地震反射特征連續(xù)性強(qiáng)、分布范圍廣泛，其下伏東營組地層地震剖面上表現(xiàn)為削截，上覆館陶組地層表現(xiàn)為上超。

三級層序頂?shù)捉缑嬉子谧R別，而內(nèi)部界面識別較難，但其測井曲線、巖性組合及小波時頻均具有明顯特征變化。層序界面附近測井曲線基值發(fā)生了較為明顯的轉(zhuǎn)折，自然伽馬曲線值表現(xiàn)為由大變小，自然電位曲線值表現(xiàn)為由小變大，聲波和電阻率曲線值變化幅度相對較小，但也能清晰地辨別出兩者的轉(zhuǎn)折。SB2層序界面處由泥巖轉(zhuǎn)變?yōu)楹駥雍[砂巖、油泥巖和油頁巖轉(zhuǎn)變?yōu)槟鄮r，SB3層序界面處由泥巖突變?yōu)楸蛹?xì)砂巖，逐漸過渡為厚層含礫砂巖。SB2和SB3層序界面附近小波時頻表現(xiàn)為“低頻—高頻—低頻”和“低能—高能—低能”變化特征；同時從小波能量譜系圖上還可以看出層序明顯的周期性與旋回性，在每個三級層序內(nèi)部，小波能量表現(xiàn)為“由強(qiáng)變?nèi)?，再由弱變?qiáng)”的變化特征，代表了基準(zhǔn)面先上升，后下降的變化過程，這種能量變化周而復(fù)始出現(xiàn)，能夠表征層序周期性與旋回性。

1.2 高精度層序地層界面

高精度層序地層單元是指在三級層序劃分的基礎(chǔ)上進(jìn)一步劃分的體系域、四級及五級層序[9-12]。四級層序是高精度層序地層格架的基本單元，是三級層序內(nèi)相對明顯的一次沉積基準(zhǔn)面變化形成的沉積旋回，與高頻的海平面或湖平面的變化、物源供給和構(gòu)造沉降的疊加有關(guān)[13-14]。但層序級別越低、精度越高的界面，構(gòu)造作用對層序界面的直接影響作用越低，而沉積作用對層序界面的影響更明顯。因此，高精度層序地層界面可以通過界面上下沉積機(jī)制的不同來識別[15-16]。

圖1 埕島東坡東營組層序地層劃分方案

在東營組三級層序格架內(nèi)進(jìn)一步識別出四級層序界面，其巖性上大多表現(xiàn)為泥巖轉(zhuǎn)化為砂巖沉積的突變面，測井曲線特征表現(xiàn)為漏斗形和高齒化箱形向微齒化平直變化。從d8、d9小波變化曲線可以發(fā)現(xiàn)(圖1)，每個小波變化旋回基本對應(yīng)一個巖性變化旋回，同時還可以發(fā)現(xiàn)在厚度較大的單一巖性層段內(nèi)，也可以識別出相應(yīng)級別的變化旋回，從而使得準(zhǔn)層序組界面劃分更加符合沉積實際。這些界面將整個東營組地層劃分為14個準(zhǔn)層序組或體系域的次一級地層單元，在此基礎(chǔ)上建立了四級層序地層格架，每個四級層序包含了2～3個準(zhǔn)層序，其垂向疊置反映了東營組地層基準(zhǔn)面在更小范圍上的周期性變化特征。根據(jù)對比結(jié)果可明顯看出，各四級層序砂體在低位體系域沉積時期，水體相對較淺，砂體向湖盆中心方向進(jìn)積，在湖盆中大面積分布，為儲集體發(fā)育的最有利時期。

2 沉積體系判別

在高精度層序地層格架的約束下，對研究區(qū)主力含油層段SQ2層序的低位體系域和水進(jìn)體系域沉積相進(jìn)行了分析，識別出碎屑流、淺水風(fēng)浪改造的洪水重力流、深水洪水重力流、灘壩及風(fēng)暴沉積等5種沉積類型，以準(zhǔn)層序組為編圖單元，繪制出了層序SQ2格架內(nèi)沉積相的分布和演化(圖2)。

圖2 埕島東坡東營組層序SQ2沉積相平面展

由圖2可知：低位體系域沉積時期，研究區(qū)水體范圍相對局限，沉積物在重力流作用下，沿溝谷進(jìn)入水體，主要在第二坡折帶和深洼陷區(qū)沉積，而靠近凸起的第一坡折帶，由于狹窄且水深較淺，沉積碎屑物質(zhì)較少，呈現(xiàn)出“坡折帶薄、溝谷發(fā)育處和洼陷帶厚”的特點(diǎn)。低位體系域下部準(zhǔn)層序組沉積時期(圖2a)，沉積邊界剛越過第二坡折帶，淺水風(fēng)浪改造的重力流沉積發(fā)育局限，以深水洪水重力流沉積為主，二者構(gòu)成的扇體整體上向洼陷帶推進(jìn)較遠(yuǎn)。低位體系域上部準(zhǔn)層序組沉積時期(圖2b)，沉積邊界已越過第一坡折帶，淺水區(qū)域擴(kuò)大，淺水風(fēng)浪改造的洪水重力流沉積廣泛發(fā)育，同時在CB8井附近還發(fā)育了小規(guī)模碎屑流沉積，此時淺水風(fēng)浪改造的洪水重力流沉積和深水洪水重力流沉積構(gòu)成了沉積主體，二者組成的扇體末端邊緣，相比于低位體系域下部準(zhǔn)層序組沉積時期扇體末端邊緣向陸收縮，表明此時期水體逐漸擴(kuò)大，并向隆起區(qū)超覆。

水進(jìn)體系域沉積時期，湖泊水體逐漸變得開闊，沉積物發(fā)生退積作用，砂體向凸起靠攏，第一坡折帶沉積了較厚砂體，第二坡折帶只發(fā)育細(xì)粒薄層風(fēng)暴沉積砂體，深洼陷區(qū)砂體欠發(fā)育或不發(fā)育。在水進(jìn)體系域下部準(zhǔn)層序組沉積時期(圖2c)，沉積邊界更加開闊，淺水區(qū)域更大，淺水風(fēng)浪改造的洪水重力流沉積發(fā)育較廣泛，同時在淺水區(qū)域由于受風(fēng)浪的持續(xù)作用，出現(xiàn)灘壩沉積。此時淺水風(fēng)浪改造的洪水重力流沉積和深水洪水重力流沉積構(gòu)成的扇體相比于低位體系域沉積時期發(fā)育規(guī)模明顯變小，主要是由于埕北低凸起暴露區(qū)域逐漸縮小，物源碎屑物供應(yīng)量逐漸減少造成的，同時受風(fēng)暴作用，在第二坡折帶出現(xiàn)一定規(guī)模的風(fēng)暴沉積。在水進(jìn)體系域下部準(zhǔn)層序組沉積時期(圖2d)，伴隨著4條大型溝谷的填平補(bǔ)齊，此時物源供給不再受溝谷控制，但依然來自于有限的埕北低凸起暴露區(qū)，該時期總體以淺湖和半深湖泥巖沉積為主，其他沉積類型發(fā)育規(guī)模很小，這主要是來自于埕北低凸起的物源剝蝕區(qū)已經(jīng)很小，能夠提供的砂級碎屑物質(zhì)非常有限的原因，僅發(fā)育一個小型的扇體和風(fēng)浪改造鄰近重力沉積物形成的發(fā)育灘壩沉積，此時在半深湖區(qū)域發(fā)育一定規(guī)模的風(fēng)暴沉積。

3 儲層精細(xì)預(yù)測

在高精度層序地層和沉積體系分析基礎(chǔ)上，針對埕島東斜坡東營組地質(zhì)條件，應(yīng)用地震波形指示反演軟件開展了儲層精細(xì)預(yù)測，有效提高了儲層預(yù)測的精度和準(zhǔn)確性。

3.1 地震波形指示反演要點(diǎn)

地震波形指示反演是在傳統(tǒng)地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種高精度反演方法，是在等時地層格架約束下，利用地震波形的橫向變化代替變差函數(shù)來表征儲層的空間變異性，在貝葉斯框架下，優(yōu)選高度相似、空間距離近的井作為有效統(tǒng)計樣本建立初始模型，進(jìn)行高分辨率井震聯(lián)合模擬，實現(xiàn)地震波形約束下的井間儲層預(yù)測，使反演的縱、橫向精度同時提高，其實現(xiàn)的關(guān)鍵步驟分為樣本優(yōu)選、樣本結(jié)構(gòu)分析、初始模型建立、相控隨機(jī)模擬和期望值輸出5步[17-19]。地震波形指示反演的過程并不是將地震按照波形特征進(jìn)行分類，而是以已知樣本井的地震波形為標(biāo)準(zhǔn)，參照波形的相似性和空間距離對樣本排序，從而使反演結(jié)果在空間上體現(xiàn)了沉積相帶的約束，平面上更加符合沉積規(guī)律和特點(diǎn)。從理論上來講，樣本井越多，反演結(jié)果越可靠[20-29]。

3.2 地震波形指示反演效果分析

研究區(qū)地震資料主頻約為20 Hz，擁有各類探井、開發(fā)井70余口，各個時間段測井資料齊全。通過對地震和井的敏感性資料分析，波阻抗參數(shù)基本處于同一數(shù)值范圍內(nèi)，無法通過常用的波阻抗反演來對儲層進(jìn)行有效區(qū)分，而自然伽馬測井對砂巖與泥巖的區(qū)分較好，因此，對目的層段進(jìn)行了基于伽馬曲線的地震波形指示反演。通過對連井反演剖面(圖3)與三維地震剖面對比，縱、橫向分辨率明顯提高，油水關(guān)系更加清晰，很好解決了砂巖與泥巖速度難以區(qū)分的問題?？v向上，充分利用了測井信息，通過對參與井和后驗井的對比分析，與井對應(yīng)較好，砂體疊置關(guān)系清晰，在目的層段對4 m以上單砂體的有效識別率達(dá)79.3%；橫向上，目的層段反演結(jié)果的分辨率也高于地震分辨率，在同一坡折內(nèi)砂體橫向連續(xù)性較好，坡折變化處砂體尖滅特征更清楚，不同溝谷之間儲層邊界清晰，表現(xiàn)為短軸狀的反射特征。

圖3 地震波形指示反演連井剖面

平面上沿層下4 ms提取自然伽馬反演屬性，獲得研究區(qū)主力含油層位SQ2層序的低位體系域(LST)和水進(jìn)體系域(TST)的自然伽馬屬性圖(圖4)，圖中橘紅色區(qū)域代表2個體系域中的砂體，顏色越深代表砂體越發(fā)育。由圖4可知，低位體系域沉積時期，湖泊水體相對局限，砂體廣泛分布，主要發(fā)育于第二坡折帶及以下深洼陷區(qū)；水進(jìn)體系域沉積時期，隨著湖泊水體范圍逐漸擴(kuò)大，發(fā)生退積作用，致使砂體主要分布在靠近埕北低凸起和CB30古潛山的第一坡折帶和第二坡折帶，而在深洼陷區(qū)只分布薄層砂體或砂體欠發(fā)育。

圖4 地震波形指示反演沿層自然伽馬屬性

4 勘探成果

通過應(yīng)用層序地層學(xué)和沉積學(xué)的原理和方法，建立了埕島東坡東營組主力含油層段高精度層序地層格架內(nèi)沉積充填演化規(guī)律，以此為約束條件，采用地震波形指示反演技術(shù)，對儲層進(jìn)行了剖面和平面精細(xì)刻畫，結(jié)合研究區(qū)油氣成藏規(guī)律分析，在第二坡折帶、埕北30斷階帶和洼陷帶低位體系域及水進(jìn)體系域，落實了多個有利巖性-構(gòu)造和巖性圈閉。

結(jié)合油田勘探生產(chǎn)實際情況，在第二坡折帶、埕北30斷階帶及洼陷帶部署探井8口，并對部分探井進(jìn)行了實施。近期完鉆的CBX822、CB826、CBX393、CBX394、CBX395和CBX396井分別鉆遇了多套有利砂體，試油獲得高產(chǎn)工業(yè)油流，勘探成功率為83%，新增控制石油地質(zhì)儲量為500×104t，擴(kuò)大了含油范圍。將砂體實鉆厚度與鉆前預(yù)測厚度對比，6口新鉆井SQ2水進(jìn)體系域頂部砂體預(yù)測厚度平均為19.0 m，實鉆厚度平均為16.4 m，誤差為2.6 m，鉆探效果較好。這些勘探成果進(jìn)一步證實文中所采用的高精度層序地層和沉積體系約束下的地震波形指示反演儲層精細(xì)預(yù)測方法的合理性，有助于實現(xiàn)儲層從定性到定量精細(xì)預(yù)測，可有效降低海上中深層系儲層預(yù)測的多解性，提高儲層邊界的識別精度。

5 結(jié) 論

(1) 通過高精度層序地層學(xué)研究，將研究區(qū)東營組劃分為3個三級層序，14個準(zhǔn)層序組，在此基礎(chǔ)上建立了井震統(tǒng)一的高精度層序地層格架。

(2) 在主力含油層段層序SQ2中，識別出碎屑流、淺水風(fēng)浪改造的洪水重力流、深水洪水重力流、灘壩及風(fēng)暴等5種沉積相類型，進(jìn)一步明確了沉積體系縱向演化關(guān)系。

(3) 根據(jù)研究區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)特點(diǎn)，在高精度層序地層和沉積體系分析基礎(chǔ)上，優(yōu)選地震波形指示反演方法對儲層進(jìn)行了精細(xì)預(yù)測，預(yù)測效果與實鉆井震吻合程度高，實現(xiàn)了對砂體邊界的精細(xì)刻畫。