南蘇門答臘盆地J區(qū)中新統(tǒng)進(jìn)積三角洲成因砂體疊置樣式

郝睿林，黃文輝，胡廣成，劉景彥，祝厚勤

（1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京 100083；2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083）

印度尼西亞南蘇門答臘盆地北部J區(qū)油氣資源豐富，是盆地3個(gè)主力油氣區(qū)之一，已在漸新統(tǒng)、中新統(tǒng)發(fā)現(xiàn)7個(gè)油氣田、3個(gè)含油氣構(gòu)造［1-2］，仍具有進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)油氣資源的前景［3］，區(qū)內(nèi)大型構(gòu)造圈閉已基本勘探落實(shí)，主要勘探戰(zhàn)略目標(biāo)將從構(gòu)造油氣藏轉(zhuǎn)向地層-巖性油氣藏［3-6］。J區(qū)中新統(tǒng)進(jìn)積三角洲水下分流河道及河口壩為有利儲(chǔ)集體［7-9］。不同湖盆類型進(jìn)積三角洲的成因單元有一定差異。斷陷湖盆進(jìn)積三角洲主要發(fā)育三角洲前緣水下分流河道及河口壩砂體［10-11］，而坳陷湖盆進(jìn)積三角洲則以三角洲前緣水下分流河道為主［12］。這些研究主要涉及進(jìn)積三角洲的宏觀沉積特征［13］，尚未深入揭示各類成因砂體的空間展布、結(jié)構(gòu)及演化。目前，已有學(xué)者根據(jù)砂體接觸關(guān)系或者成因，建立了辮狀河三角洲和淺水三角洲砂體疊置模式［14-16］；或者應(yīng)用正演-反演方法識(shí)別河流相砂體配置模式［17］。但這些砂體疊置模式?jīng)]有綜合考慮砂體的沉積動(dòng)力學(xué)背景、成因類型、建筑結(jié)構(gòu)及空間演化規(guī)律，對(duì)高精度地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的指導(dǎo)性不明顯。

為此，筆者基于高精度層序地層學(xué)理論，綜合研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)背景、巖石相類型、測(cè)井響應(yīng)及地震相特征，描述目的層高頻成因地層單元特征，識(shí)別進(jìn)積三角洲的成因單元類型，表征各成因單元的空間分布，分析其演化規(guī)律，建立反映進(jìn)積三角洲砂體結(jié)構(gòu)的沉積模式；根據(jù)砂體的成因類型和接觸關(guān)系，提出進(jìn)積三角洲砂體成因-結(jié)構(gòu)分類方法，總結(jié)進(jìn)積三角洲不同沉積時(shí)期成因砂體疊置樣式、空間演化，指出砂體結(jié)構(gòu)模式約束下提高地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度的方法，以期為該區(qū)地層-巖性油氣藏勘探提供技術(shù)支持。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

J區(qū)位于南蘇門答臘盆地，面積為1 643 km2，呈西斷東超的箕狀斷陷盆地結(jié)構(gòu)［18］，先后經(jīng)歷斷陷發(fā)育期、斷拗過(guò)渡期、拗陷發(fā)育期、構(gòu)造反轉(zhuǎn)期等4個(gè)構(gòu)造演化階段［19-20］，包括西部隆起、中部凹陷和東部斜坡（圖1）。西部隆起發(fā)育斷背斜圈閉和構(gòu)造-巖性圈閉；中部凹陷BETARA和GERAGAI凹陷提供J區(qū)最主要的油源；東部斜坡發(fā)育巖性圈閉、低幅度構(gòu)造圈閉和斷塊圈閉［19］。

圖1 J區(qū)構(gòu)造綱要（據(jù)文獻(xiàn)［4］修改）Fig.1 Structure outline of Block J（Modified according to Reference［4］）

J區(qū)前古近系為花崗巖基巖，中新統(tǒng)發(fā)育Batu Raja組、Intra-Gumai組、Gumai組、Air Benakat組和Muara Enim組，古近系Lahat組湖相泥巖是南蘇門答臘盆地主要烴源巖［21-22］。始新統(tǒng)—中新統(tǒng)可分為SQ1—SQ7共7個(gè)三級(jí)層序［23］。SQ4發(fā)育淺海及進(jìn)積三角洲沉積體系［9］，巖性為濱淺海相厚層灰色泥巖、三角洲相砂巖，地層厚度約為400 m（圖2）。

2 高精度成因地層分析

高精度成因地層分析是在三級(jí)層序基礎(chǔ)上，基于精細(xì)露頭、巖心、測(cè)井和地震信息，識(shí)別描述四級(jí)和五級(jí)層序的空間展布［24-25］。四級(jí)層序相當(dāng)于四級(jí)沉積旋回，與高頻海/湖平面變化、物源供給和構(gòu)造升降的疊加有關(guān)。五級(jí)層序大致與準(zhǔn)層序相對(duì)應(yīng)，代表一次單一的進(jìn)積到退積的沉積單元［26］。

研究區(qū)平行于物源方向的地震剖面（圖3）顯示，目的層有底部下超和前積反射結(jié)構(gòu)，揭示沉積體向淺海推進(jìn)；最大海泛面（MFS）的同相軸連續(xù)性好；三級(jí)層序頂界面（SB5）見(jiàn)上超反射結(jié)構(gòu)。

SQ4高位體系域可識(shí)別出SSQ1—SSQ3共3個(gè)四級(jí)層序、10個(gè)五級(jí)層序（圖4），四級(jí)層序界面同相軸相對(duì)連續(xù)，反映3期進(jìn)積三角洲沉積。高頻層序界面附近的測(cè)井曲線幅度和形態(tài)差異較大，呈突變接觸關(guān)系［26-27］。

3 進(jìn)積三角洲成因單元展布

3.1 成因單元類型

研究區(qū)進(jìn)積三角洲發(fā)育水下分流河道、河口壩、席狀砂、分流河道間和前三角洲泥等成因單元（圖4）。

圖2 J區(qū)地層綜合柱狀圖（據(jù)文獻(xiàn)［9］修改）Fig.2 Stratigraphic composite histogram of Block J（Modified according to Reference［9］）

圖3 WN-9—WN-2井平行物源方向四級(jí)層序地震剖面特征Fig.3 Well WN-9-WN-2 seismic section characteristics of the fourth-order sequence in direction parallel to provenance

水下分流河道是三角洲平原分流河道在三角洲前緣水下的延伸。主要巖性為板狀交錯(cuò)層理中細(xì)砂巖、含礫砂巖，縱向上呈正粒序沉積序列。GR和SP曲線呈中幅箱形、鐘形、齒化復(fù)合鐘形或箱形［28］。

河口壩處于水下分流河道的河口處，是三角洲入海后因流速降低和波浪的簸選作用而形成，呈現(xiàn)下細(xì)上粗的反粒序［29］。巖性主要為中—厚層細(xì)砂巖和粉砂巖，發(fā)育楔形交錯(cuò)層理、平行層理、S形前積紋理和水平層理等沉積構(gòu)造［30-31］。GR和SP曲線呈頂部突變、底部漸變的漏斗形，略有齒化。

圖4 J區(qū)WN-2井SQ4高位體系域進(jìn)積三角洲沉積演化柱狀圖Fig.4 Sedimentary evolution histogram of progradational delta in high-stand systems tract of SQ4 of Well WN-2 in Block J

席狀砂分布于三角洲前緣遠(yuǎn)端，是遠(yuǎn)砂壩、河口壩沉積物經(jīng)海浪或湖浪改造后沉積形成［32］。分布面積較廣，粒度較細(xì)，巖性主要為薄層粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖，局部存在泥質(zhì)薄層。GR和SP曲線呈中低幅指狀。

分流河道間是介于各分流河道之間的區(qū)域，與淺海連通。沉積物粒度較細(xì)，主要巖性為泥巖或泥質(zhì)粉砂巖。GR和SP曲線較為平直，幅度較低，有時(shí)曲線略齒化。

前三角洲泥是前三角洲的主要成因單元，巖性為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，沉積物顆粒細(xì)。GR和SP曲線基本呈平直狀，電阻率較低而聲波時(shí)差較大［33］。

3.2 成因單元平面展布

從SSQ1到SSQ3沉積時(shí)期，席狀砂的占比逐漸減少，河口壩、水下分流河道的占比逐漸增多，三角洲的平面展布范圍逐漸增大，呈現(xiàn)自東向西進(jìn)積的特點(diǎn)。

SSQ1沉積時(shí)期前三角洲的厚度較大，以粉砂質(zhì)泥巖為主；三角洲前緣發(fā)育薄層席狀砂、河口壩。南、北2個(gè)朵葉體互不相接，北部朵葉體規(guī)模較小，南部朵葉體的規(guī)模相對(duì)較大，單個(gè)河口壩及水下分流河道砂體的厚度為10 m左右（圖5a）。SSQ2沉積時(shí)期前三角洲發(fā)育薄層泥巖；三角洲前緣以河口壩、水下分流河道沉積為主，可見(jiàn)河口壩疊置復(fù)合體，地層厚度較大。南、北2個(gè)朵葉體向海進(jìn)積，北部朵葉體發(fā)育多個(gè)河口壩；南部朵葉體水下分流河道砂體疊置形成復(fù)合砂體（圖5b）。SSQ3沉積時(shí)期前三角洲厚度較??；三角洲前緣仍以河口壩、水下分流河道為主，且出現(xiàn)水下分流河道與河口壩疊置砂體。南、北2個(gè)朵葉體均繼續(xù)向淺海推進(jìn)，平面展布范圍達(dá)到最大（圖5c）。

3.3 沉積模式

J區(qū)SQ4進(jìn)積三角洲沉積模式反映各成因單元的幾何形態(tài)、展布規(guī)模逐步向淺海擴(kuò)大推進(jìn)的特點(diǎn)（圖6）。在垂直物源方向，分流河道砂體呈頂平底凸形，而河口壩砂體呈底平頂凸形。初期主要發(fā)育薄層席狀砂，小規(guī)模分流河道、河口壩砂體。后期，分流河道及河口壩砂體的規(guī)模逐漸增大、數(shù)量逐漸增多，出現(xiàn)了分流河道-分流河道、分流河道-河口壩復(fù)合砂體。在平行物源方向，初期小規(guī)模席狀砂、分流河道砂體的分布范圍小，更靠近物源。后期，分流河道及河口壩砂體向淺海推進(jìn)，平面展布規(guī)模變大，三角洲前緣及前三角洲的范圍逐漸向淺海擴(kuò)展。

4 成因砂體疊置樣式

4.1 砂體類型

圖5 J區(qū)SQ4各四級(jí)層序成因單元平面分布Fig.5 Planar distribution of the fourth-order sedimentary genetic units of SQ4 in Block J

圖6 J區(qū)SQ4進(jìn)積三角洲沉積演化模式Fig.6 Sedimentary evolution mode of SQ4 progradational delta in Block J

辮狀河三角洲、淺水三角洲、河流成因砂體疊置類型側(cè)重于砂體描述，雖然考慮了砂體的接觸關(guān)系、形態(tài)、成因機(jī)制等因素［14-17］，但沒(méi)有系統(tǒng)考慮砂體的沉積動(dòng)力學(xué)背景、成因機(jī)制和建筑結(jié)構(gòu)的耦合關(guān)系，無(wú)法深入認(rèn)識(shí)不同成因-結(jié)構(gòu)砂體的類型、形態(tài)及空間分布。按砂體成因-結(jié)構(gòu)劃分，J區(qū)SQ4進(jìn)積三角洲砂體可分為單成因孤立砂體、雙成因疊加砂體和多成因切疊砂體3種，并可進(jìn)一步細(xì)分為14類（表1）。

單成因孤立砂體是在可容納空間相對(duì)較大（高A/S值）條件下，單一成因砂體被有成因聯(lián)系的泥巖包圍而形成。研究區(qū)發(fā)育席狀砂、河口壩及水下分流河道3類單成因孤立砂體（圖7a，7b），平均砂體厚度分別為1.1，5.0和7.1 m；單成因孤立砂體平均厚度為4.4 m。A/S值較高［34］導(dǎo)致這種砂體厚度薄，呈透鏡狀、樹(shù)枝狀［35］，砂體連續(xù)性中等-低，屬于低孔低滲透—中孔中滲透儲(chǔ)層［36］。

雙成因疊加砂體是指在可容納空間有所減?。ㄖ械華/S值）的條件下，2種相同或不同成因砂體直接拼接、且后期砂體未沖刷侵蝕前期砂體而形成。研究區(qū)主要發(fā)育席狀砂-席狀砂、河口壩-河口壩、水下分流河道-河口壩、水下分流河道-水下分流河道4類雙成因疊加砂體（圖7a，7d），平均砂體厚度分別為2.6，7.8，13.3和18.6 m；雙成因疊加砂體平均厚度為10.6 m。在A/S值中等的沉積背景下［34］，這種復(fù)合砂體內(nèi)部存在厚度不等且物性較差的低滲透層，砂體呈朵葉狀、條帶狀，連續(xù)性中等［35］。儲(chǔ)層質(zhì)量變化大，涵蓋低孔低滲透、中孔中滲透及高孔高滲透［36］。

多成因切疊砂體是指在可容納空間較小（低A/S值）條件下，多個(gè)相同或不同成因砂體縱橫向疊置、且后期砂體不同程度沖刷侵蝕前期砂體而形成。研究區(qū)發(fā)育席狀砂-席狀砂-席狀砂、河口壩-河口壩-席狀砂、水下分流河道-河口壩-河口壩、水下分流河道-河口壩-席狀砂、河口壩-河口壩-河口壩、水下分流河道-水下分流河道-河口壩、水下分流河道-水下分流河道-水下分流河道7類多成因切疊砂體（圖7b，7c），平均砂體厚度為4.2～53 m；多成因切疊砂體平均厚度為21.9 m。低A/S值沉積背景導(dǎo)致這類復(fù)合砂體內(nèi)部基本不發(fā)育低滲透層，砂體呈葉片狀、朵葉狀及寬帶狀等，連續(xù)性中等-高［35］。儲(chǔ)層類型包括高孔高滲透、中孔中滲透和低孔低滲透等多種［36］。

4.2 砂體疊置樣式

J區(qū)SQ4進(jìn)積三角洲從沉積初期到后期整體呈單成因孤立砂體-雙成因疊加砂體-多成因切疊砂體疊置樣式（圖8）。SSQ1沉積時(shí)期可容納空間相對(duì)較大，A/S值高，主要發(fā)育小規(guī)模席狀砂、水下分流河道、河口壩等單成因孤立砂體，向上出現(xiàn)少量雙成因疊加砂體［34］。泥巖相對(duì)較發(fā)育，呈現(xiàn)“泥包砂”沉積序列。單成因孤立砂體占比達(dá)73.3%，其中席狀砂單成因孤立砂體占53.3%，為主要砂體類型（圖9a）；雙成因疊加砂體占比為20%，相對(duì)較少（圖9b）。SSQ2沉積時(shí)期可容納空間有所減小，A/S值中等，水下分流河道、河口壩砂體直接覆蓋或低幅度侵蝕下伏砂體［34］。砂體疊置樣式從下部的單成因孤立砂體逐漸向上演化為雙成因疊加砂體。雙成因疊加砂體占比為50%，相對(duì)占優(yōu)（圖9b），其中席狀砂-席狀砂雙成因疊加砂體占比達(dá)20%；單成因孤立砂體占比為30%（圖9a）。SSQ3沉積時(shí)期可容納空間相對(duì)最小，A/S值低，后期水下分流河道、河口壩砂體沖刷侵蝕下伏水下分流河道、河口壩砂體，形成多成因砂體縱向切割疊置、橫向搭接、展布范圍較廣的復(fù)合砂體［34］。砂體疊置樣式從下部的雙成因疊加砂體逐漸向上演化為多成因切疊砂體。SSQ3沉積時(shí)期以多成因切疊砂體為主，占比為63.1%，但各類多成因切疊砂體占比相對(duì)分散（圖9c）；雙成因疊加砂體占比僅為21%（圖9b）。

表1 J區(qū)SQ4進(jìn)積三角洲砂體成因-結(jié)構(gòu)類型與圈閉類型Table1 Genetic-architecture and trap types of sandbodies in SQ4 progradational delta in Block J

圖7 J區(qū)SQ4進(jìn)積三角洲不同成因-結(jié)構(gòu)砂體地球物理響應(yīng)Fig.7 Geophysical responses of sandbodies with different genetic-architecture in SQ4 progradational delta in Block J

圖8 J區(qū)SQ4進(jìn)積三角洲砂體疊置樣式Fig.8 Superimposed patterns of genetic sandbody in SQ4 progradational delta in Block J

圖9 J區(qū)SQ4進(jìn)積三角洲不同成因-結(jié)構(gòu)砂體分布Fig.9 Distribution ratio of different genetic-architecture sandbody in SQ4 progradational delta in Block J

4.3 砂體疊置樣式約束下的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

進(jìn)積三角洲沉積初期（SSQ1），單成因孤立砂巖較薄而泥巖較厚。在砂體疊置樣式約束下，首先可以應(yīng)用地震沉積學(xué)小時(shí)窗地層切片、地震屬性優(yōu)選來(lái)預(yù)測(cè)薄層砂體邊界［37-39］，通過(guò)精度更高的疊前地震同步反演聯(lián)合多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)反演［40-41］、優(yōu)勢(shì)頻段內(nèi)分頻屬性融合［42-43］以及BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)［44］、多元線性回歸［45］等方法，再結(jié)合儲(chǔ)層成因結(jié)構(gòu)模式，可以對(duì)薄層砂體（2～6 m）邊界進(jìn)行精細(xì)刻畫(huà)。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)頻率等特征地震屬性與砂體厚度的關(guān)系［46］，可以對(duì)砂體厚度分布進(jìn)行預(yù)測(cè)。進(jìn)積三角洲沉積初期發(fā)育的薄層透鏡狀、朵葉狀、樹(shù)枝狀砂體在封閉性斷層及周圍泥巖側(cè)向封堵下，形成砂體上傾尖滅巖性圈閉、多層薄砂反向斷塊-巖性圈閉［47］。

進(jìn)積三角洲沉積中期（SSQ2），雙成因疊加砂體與泥巖互層。在砂體疊置樣式約束下，可以應(yīng)用地震沉積學(xué)地層切片［37-38］、地震分頻拓頻［42-43］、多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)反演［41］等方法精準(zhǔn)預(yù)測(cè)砂體邊界，再結(jié)合特征地震屬性與砂體厚度的關(guān)系［46］，可以更精準(zhǔn)預(yù)測(cè)砂體的厚度。這一沉積時(shí)期發(fā)育的朵葉狀、條帶狀砂體在封閉性斷層和泥巖側(cè)向封堵下，形成具有一定規(guī)模的多層反向斷塊-巖性圈閉［48］。

進(jìn)積三角洲沉積后期（SSQ3），多成因切疊砂體厚度大，泥巖較薄，儲(chǔ)層從低孔低滲透變化到高孔高滲透，差異較大。在這種砂體疊置樣式和儲(chǔ)層非均質(zhì)變化約束下，應(yīng)用疊前彈性參數(shù)反演等技術(shù)，獲取與儲(chǔ)層物性及巖性敏感的拉梅系數(shù)、泊松比、密度、縱橫波速度比等多種彈性參數(shù)，再結(jié)合疊前/疊后地震聯(lián)合反演等技術(shù)，可以精細(xì)預(yù)測(cè)優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層的邊界、厚度等特征［49-50］。這一沉積時(shí)期層序頂部不整合面、復(fù)雜斷層和側(cè)向泥巖的封堵可形成多層斷塊-地層不整合圈閉、塊狀地層不整合圈閉、多層復(fù)雜斷塊-巖性圈閉等［51］。

5 結(jié)論

J區(qū)中新統(tǒng)三級(jí)層序SQ4高位體系域包括3個(gè)四級(jí)層序和10個(gè)五級(jí)層序。SQ4進(jìn)積三角洲沉積體系平面上分為南、北2個(gè)朵葉體，發(fā)育水下分流河道、河口壩、席狀砂、分流河道間和前三角洲泥等成因單元，水下分流河道與河口壩是主要的砂體成因單元。進(jìn)積三角洲沉積初期的可容納空間較大，發(fā)育小規(guī)模席狀砂、水下分流河道單成因孤立砂體，可形成規(guī)模較小的上傾尖滅巖性圈閉、多層薄砂反向斷塊-巖性圈閉；沉積中期的可容納空間減小，水下分流河道、河口壩砂體較發(fā)育，砂體疊置樣式以雙成因疊加砂體為主，能形成一定規(guī)模的多層反向斷塊-巖性圈閉；沉積后期的可容納空間最小，砂體疊置樣式以多成因切疊砂體為主、雙成因疊加砂體為輔，可形成較大規(guī)模的多層復(fù)雜斷塊-巖性圈閉、塊狀地層不整合圈閉，是重點(diǎn)勘探目標(biāo)。