利用地震沉積學(xué)定量刻畫(huà)辮狀河三角洲砂體
——以委內(nèi)瑞拉MPE-3區(qū)塊為例

劉書(shū)亭 張憲國(guó)* 任麗華 林承焰 林 芳 黃文松

(①中國(guó)石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島 266580； ②中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083)

0 概況

與常見(jiàn)的曲流河三角洲相比，辮狀河三角洲沉積砂體更發(fā)育，地層非均質(zhì)性也更強(qiáng)，因此準(zhǔn)確刻畫(huà)沉積微相及砂體難度較大。委內(nèi)瑞拉MPE-3區(qū)塊位于全球地質(zhì)儲(chǔ)量最大而開(kāi)發(fā)程度最低的重油富集區(qū)——奧里諾科重油帶[1]，是以水平井開(kāi)發(fā)為主的辮狀河三角洲重油油藏，儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同成因類(lèi)型砂體的形態(tài)及邊界認(rèn)識(shí)不清，基于直井資料的傳統(tǒng)沉積微相和砂體刻畫(huà)已難以滿(mǎn)足水平井開(kāi)發(fā)的要求。作為沉積相地震解釋的一種新方法，地震沉積學(xué)自1998年提出以來(lái)，已經(jīng)建立了一套有效的方法[2-6]，并取得了良好的效果[7-13]。

MPE-3區(qū)塊位于東委內(nèi)瑞拉盆地南緣、奧里諾科河以北、奧里諾科重油帶卡拉沃沃油區(qū)的西部，三維地震覆蓋面積約為115km2(圖1)。 研究區(qū)為一向北傾斜的單斜構(gòu)造，地層傾角為2°～3°，斷層不發(fā)育[14-15]。物源來(lái)自南部圭亞那地盾，是晚漸新世沉積的一套近濱河流—三角洲相厚層砂巖。早中新世，這套沉積物被大規(guī)模發(fā)育的河流沖刷、運(yùn)移至該區(qū)逐步沉積，構(gòu)成了主要沉積地層[16-18]。主要含油層系為新近系Oficina組，是一套完整的海侵—海退三級(jí)層序，其內(nèi)部自下而上發(fā)育Morichal段三角洲平原及前緣中—細(xì)砂巖夾泥巖薄層沉積、YABO段海泛泥巖和JOBO段三角洲前緣砂泥巖(圖2)。該區(qū)有水平井390口，采用叢式水平井部井方式，水平井間隔為300～600m，水平井段長(zhǎng)度可達(dá)1000m，直井僅27口(圖1)。地震資料品質(zhì)較好，信噪比高，目的層段頻帶寬度為15～115Hz，主頻高達(dá)60Hz以上。本文將地震沉積學(xué)方法應(yīng)用于水平井開(kāi)發(fā)區(qū)，探索“直井—水平井—地震”相結(jié)合的多維、多尺度地震沉積學(xué)解釋方法，精準(zhǔn)描述和定量刻畫(huà)辮狀河三角洲沉積微相。

圖2 Oficina高精度地震層序劃分

1 層序地層劃分

等時(shí)地層格架是地震沉積學(xué)研究的基礎(chǔ)[19]。目的層發(fā)育一套完整的三級(jí)層序，與下伏寒武系為不整合接觸，由Vail經(jīng)典層序地層學(xué)理論可知，該不整合面是良好的地震層序識(shí)別界面，以此為三級(jí)層序底界面。目的層頂界為一個(gè)明顯的巖性突變面，是下伏砂泥巖互層與上部泥巖分界面，作為三級(jí)層序頂界面。在三級(jí)層序內(nèi)部，根據(jù)識(shí)別的初次海泛面(FFS)和最大海泛面(MFS)劃分體系域[17-18]。在三級(jí)層序的控制下，結(jié)合沉積旋回和巖性組合進(jìn)一步劃分出四級(jí)層序(圖2、圖3)。FFS是低位體系域(LST)與海侵體系域(TST)分界面，界面上、下地層含砂率發(fā)生明顯變化，下部為厚層砂巖沉積，上部為砂泥巖互層。界面地震響應(yīng)較弱，表現(xiàn)為中—弱振幅，同相軸連續(xù)性差。MFS是TST與高位體系域(HST)分界面，是一套全區(qū)穩(wěn)定發(fā)育的泥巖，為最大海泛時(shí)形成，反映基準(zhǔn)面快速上升的結(jié)束，平均厚度約為6m，泥巖質(zhì)純。在地震剖面上響應(yīng)較好，表現(xiàn)為中—高振幅，連續(xù)性好。

在三級(jí)層序內(nèi)部，根據(jù)測(cè)井顯示的沉積旋回變化和短期洪泛面，并結(jié)合地震反射特征，識(shí)別與劃分四級(jí)層序。Oficina組內(nèi)部6期基準(zhǔn)面旋回變化形成的海泛沉積表現(xiàn)為薄層的細(xì)粒沉積測(cè)井響應(yīng)，以薄層泥巖沉積為主，指示一次基準(zhǔn)面快速上升的結(jié)束，具有良好的等時(shí)意義，可作為短期基準(zhǔn)面旋回的標(biāo)志。在橫向上，可以看到同相軸接觸關(guān)系的變化，指示局部發(fā)育海泛沉積，從而劃分出6個(gè)四級(jí)層序(圖2、圖3)。

圖3 CES-2-0井層序地層綜合分析圖

2 井點(diǎn)砂體沉積特征

2.1 巖相類(lèi)型

研究區(qū)有CES-2-0、CJS-1兩口取心井，目的層段巖心長(zhǎng)度為108m。根據(jù)自然光及紫外線照射下巖石的顏色、粒度、沉積構(gòu)造和含油性等，可以識(shí)別出10種巖相，包括塊狀層理厚層含礫粗砂巖相(Smc)、塊狀層理中砂巖相(Smm)、含泥質(zhì)條帶塊狀層理細(xì)砂巖相(Smf)、塊狀層理粉砂巖相(Smvf)、槽狀交錯(cuò)層理中—細(xì)砂巖相(St)、平行層理細(xì)—粉砂巖相(Shvf)、波狀層理粉砂巖相(Slw)、透鏡狀層理、包卷層理粉砂巖相(Swf)、紋層狀泥巖相(Ml)和水平層理泥巖相(Mh)(表1)。

表1 MPE-3工區(qū)巖相分類(lèi)表

2.2 基于直井資料的沉積相分析

根據(jù)發(fā)育的巖相特征并結(jié)合區(qū)域沉積背景可知，Oficina組沉積時(shí)期，研究區(qū)為海陸過(guò)渡環(huán)境，發(fā)育緩坡淺水辮狀河三角洲沉積，沉積亞相主要為辮狀河三角洲前緣和平原，其中LST的三角洲平原沉積是本次研究的重點(diǎn)，發(fā)育心灘、辮狀河道和泛濫平原三種沉積微相。心灘砂體厚度大、粒度較粗，是該區(qū)物性最好的儲(chǔ)層類(lèi)型，也是主要的油氣勘探開(kāi)發(fā)目標(biāo)。發(fā)育中—細(xì)砂巖，部分含礫石，可見(jiàn)塊狀層理、水平層理及槽狀交錯(cuò)層理等沉積構(gòu)造，垂向上多期疊置，最大疊置厚度超過(guò)30m。沉積韻律不明顯，僅在部分井點(diǎn)具有明顯的正韻律特征。GR曲線形態(tài)具典型箱形特征，部分井點(diǎn)呈微齒化箱形或箱形—鐘形復(fù)合特征，頂、底多突變接觸，具有典型的“富砂”河道型沉積特點(diǎn)。這種垂向切疊的多期心灘沉積砂體具梭狀或丘狀強(qiáng)振幅反射結(jié)構(gòu)，連續(xù)性較好(圖4)。

辮狀河道與心灘毗鄰，研究區(qū)發(fā)育的辮狀河道多為末期河道形成的廢棄充填沉積，沉積物粒度較細(xì)，以細(xì)粉砂巖為主。辮狀河道底部發(fā)育泥礫，底沖刷作用明顯，表明河道沉積初期具有較強(qiáng)水動(dòng)力特征。區(qū)域地質(zhì)研究表明，研究區(qū)物源供給充足，從巖相類(lèi)型和垂向測(cè)井相特征也可以看出，目的層沉積時(shí)期水動(dòng)力作用強(qiáng)，在河道沉積中發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理等高能成因的沉積構(gòu)造。GR和SP曲線呈中低值鐘型或箱型，中子曲線為較低值，巖性密度曲線較平直。在三角洲平原中，較強(qiáng)水動(dòng)力作用下的河道沉積表現(xiàn)出一定的下切能力，在地層中形成下切侵蝕谷充填，在地震剖面上呈明顯的“頂平底突”的下切谷形態(tài)，河道整體的反射包絡(luò)線形態(tài)清晰，內(nèi)部反射雜亂，從地震剖面上可以清楚地識(shí)別不同單期河道(圖4)。

圖4 研究區(qū)典型沉積微相及井震響應(yīng)特征

由巖心還可見(jiàn)少量的泛濫平原沉積，巖性主要為泥巖，夾薄層粉砂巖條帶，偶見(jiàn)鐵質(zhì)、鈣質(zhì)結(jié)核，發(fā)育水平層理、沙紋層理和不對(duì)稱(chēng)波狀層理，為季節(jié)性洪水泛濫出河道后由弱水動(dòng)力條件形成的細(xì)粒沉積。在GR和SP曲線上表現(xiàn)為微齒化低幅特征，其頂、底與鄰層通常為漸變接觸，反映了沉積環(huán)境的漸變過(guò)程。中子、聲波、密度值較高，電阻率曲線呈低幅平直狀(圖4)。

3 地震沉積學(xué)分析

砂體平面刻畫(huà)一直是地震地質(zhì)研究的難點(diǎn)，辮狀河三角洲砂體平面發(fā)育規(guī)模遠(yuǎn)大于縱向，利用地震平面信息刻畫(huà)砂體內(nèi)部結(jié)構(gòu)為沉積相地震表征提供了有效手段。該區(qū)有大量的水平井資料，為解釋地震沉積相及砂體內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供了高分辨率的橫向信息。在等時(shí)地層格架約束下，本文采用相位調(diào)整與地層切片相結(jié)合的方法解釋地震沉積相。

3.1 相位調(diào)整

零相位子波具有波形對(duì)稱(chēng)、子波中心和最大振幅與地震反射界面一致、分辨率較高的等優(yōu)點(diǎn)，因此常被用于地震解釋。Zeng等[4-5]的研究表明，對(duì)于薄層來(lái)說(shuō)，零相位地震數(shù)據(jù)體同相軸不能有效地反映砂體。研究區(qū)目的層段埋深約為1000m，地震資料主頻為60Hz，按照層速度4000m/s計(jì)算，地震資料垂向分辨率約為17m(1/4波長(zhǎng))，與Oficina組砂體厚度相當(dāng)。對(duì)于厚度為1/4波長(zhǎng)的砂體，在90°相位地震資料上地震反射與砂體之間具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系[20]。本文采用基于希爾伯特變換的多道掃描方法定義一個(gè)相位角步長(zhǎng)，并用不同的相移量校正地震記錄，由最大方差模判斷準(zhǔn)則求取最佳的相位移量[21]，得到原始地震相位為-3.5°(圖5),據(jù)此將地震資料相位轉(zhuǎn)換93.5°，完成90°相位轉(zhuǎn)換處理(圖6右)?？梢?jiàn)，經(jīng)相位轉(zhuǎn)換之后，同相軸與測(cè)井解釋的砂體吻合較好。

圖5 利用最大方差模判斷準(zhǔn)則求取地震數(shù)據(jù)相位

圖6 MPE-3工區(qū)原始剖面(左)與90°相位剖面(右)

3.2 地層切片分析

在等時(shí)界面之間進(jìn)行線性?xún)?nèi)插提取地層切片是地震沉積學(xué)研究中常用的切片方法?？紤]到研究區(qū)的地質(zhì)特征，MSC1底與下伏地層呈不整合接觸，早期低位域沉積受古地貌影響顯著，河流會(huì)優(yōu)先沉積于地貌低洼處，采用線性?xún)?nèi)插的方法難以確保地層切片等時(shí)性。為此，將MSC1頂部等時(shí)界面拉平制作地層切片。MSC2、MSC3受古地貌的影響逐漸減弱，頂、底均存在較穩(wěn)定的等時(shí)界面，故采用線性?xún)?nèi)插的方法提取地層切片。對(duì)于MSC4，頂部的FFS為全區(qū)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)層，拉平FFS后制作地層切片。

在MSC4沉積期，海平面不斷上升，可容空間持續(xù)增大，沉積物源供給充足，辮狀河道及心灘大量發(fā)育，河道帶分布范圍廣，心灘規(guī)模大，垂向加積作用強(qiáng)，表現(xiàn)為“滿(mǎn)盆皆砂”的特點(diǎn)。在地層切片(圖7左)中辮狀河道帶呈連片分布，其中黃色區(qū)域(采樣值為-700～500)連續(xù)性好，分布范圍廣，GR曲線呈中—低值鐘型或箱型，電阻率曲線呈中—高值。在辮狀河道沉積內(nèi)部，復(fù)合心灘沉積為緊密分布的紅色橢圓狀區(qū)域(采樣值為500～3000)，平面上呈北東—南西向，與沉積物源方向一致，GR曲線呈典型箱形。在零散分布的藍(lán)色區(qū)域(采樣值為-3000～-700)，GR曲線呈低幅微齒化，電阻率曲線呈低幅平直狀，指示泛濫平原沉積。

3.3 水平井組指導(dǎo)下的沉積相模式

傳統(tǒng)的基于直井的沉積相研究對(duì)井間沉積相的描述在很大程度上依靠沉積相模式推測(cè)，具有很強(qiáng)的不確定性，而水平井的橫向高分辨率在砂體橫向變化描述、 內(nèi)部夾層刻畫(huà)等方面具有直井和地震資料難以企及的優(yōu)勢(shì)。 然而，現(xiàn)有的地震沉積相解釋 主要結(jié)合地震與直井資料，對(duì)如何利用水平井資料缺乏簡(jiǎn)便實(shí)用的方法。

圖7 O-11沉積期地層切片(左)及沉積學(xué)解釋(右)

通過(guò)分析研究區(qū)水平井段測(cè)井曲線，并參考直井解釋結(jié)果，總結(jié)了水平井段鉆遇砂體的沉積模式(圖8)，作為地震沉積相解釋的概念模型。鉆井結(jié)果表明，心灘砂體的GR曲線整體呈中—低值微齒化箱形和箱形—鐘形復(fù)合特征，在砂體內(nèi)部存在薄層泥巖引起的曲線回返，在地震切片上可見(jiàn)條帶狀平面發(fā)育特征。根據(jù)辮狀河現(xiàn)代沉積學(xué)解釋?zhuān)?確定上述夾層為心灘內(nèi)部的沖溝沉積。

圖8 水平井鉆遇砂體沉積模式

3.4 水平井砂體定量刻畫(huà)

由于研究區(qū)水平井資料豐富，提出利用橫向高分辨率的水平井資料標(biāo)定地層切片的地震沉積學(xué)解釋方法，精細(xì)表征單砂體內(nèi)部?jī)?chǔ)層非均質(zhì)性，實(shí)現(xiàn)單砂體定量刻畫(huà)。通過(guò)將水平井段測(cè)井曲線投影到地層切片上，對(duì)比、分析大量水平井測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)和地層切片，在井震雙重控制下，心灘邊界清晰，清楚地顯示了內(nèi)部沖溝形成的夾層，有效提高了地震地層切片的夾層識(shí)別能力，定量表征了辮狀河三角洲砂體內(nèi)部結(jié)構(gòu)(圖9)。

3.5 砂體定量表征

根據(jù)研究區(qū)定量表征結(jié)果，統(tǒng)計(jì)了辮狀河三角洲定量沉積參數(shù)(表2)。結(jié)果顯示：研究區(qū)心灘長(zhǎng)度為581～3690m，平均為2134m； 心灘寬度為236～2050m，平均為1085m； 辮狀河道寬度為97～670m，平均為398m； 心灘表面沖溝沉積寬度為27～138m，平均為82m。據(jù)此建立該區(qū)心灘長(zhǎng)度Lb、心灘寬度Wb、辮狀河道寬度Wc、沖溝寬度Wg間的定量關(guān)系

(1)

(2)

(3)

式中R為相關(guān)系數(shù)。

層位心灘長(zhǎng)度m心灘長(zhǎng)度平均值/m心灘寬度m心灘寬度平均值/m辮狀河道寬度/m辮狀河道寬度平均值/m沖溝寬度m沖溝寬度平均值/mO-11890～27301829.3680～1680916.7132～660450.845～13884.3O-12S1120～30202184.7470～20501206.0133～533345.638～12172.1O-12I581～36902317.5236～16301123.197～670390.227～11167.8O-131000～26702171.5560～16201020.0187～552374.852～13488.3

4 結(jié)論

(1)委內(nèi)瑞拉MPE-3區(qū)塊Oficina組為一個(gè)完整的三級(jí)層序，其內(nèi)部發(fā)育6個(gè)完整的四級(jí)層序，為辮狀河三角洲沉積，心灘和河道是主要的沉積微相類(lèi)型。

(2)根據(jù)不同四級(jí)層序的沉積特點(diǎn)，分別選用不同的切片方式，結(jié)合相位轉(zhuǎn)換與地層切片準(zhǔn)確刻畫(huà)了沉積微相。

(3)利用橫向高分辨率的水平井資料標(biāo)定地層切片，識(shí)別了心灘砂體內(nèi)部由沖溝形成的細(xì)粒夾層，有效提高了地層切片的解釋精度。

(4)利用井震聯(lián)合刻畫(huà)結(jié)果總結(jié)了心灘等沉積體的定量特征，建立了心灘長(zhǎng)寬、心灘寬度、辮狀河道寬度、沖溝寬度間的定量關(guān)系。