基于地震正演模擬的精細(xì)層序格架分析
——以渤海灣盆地梁家樓地區(qū)Es3z為例

楊麗玉，徐少華，秦磊，毛金昕，李小剛，尚文亮，劉家愷

（1.重慶科技學(xué)院復(fù)雜油氣田勘探開(kāi)發(fā)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 401331；2.重慶科技學(xué)院石油與天然氣工程學(xué)院，重慶 401331）

0 引言

層序地層學(xué)是由Vail等于20世紀(jì)80年代在地震地層學(xué)的基礎(chǔ)上提出，并伴隨著地震技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興學(xué)科。經(jīng)過(guò)多年的研究實(shí)踐，層序地層學(xué)主要有Exxon沉積層序、Galloway成因?qū)有蚝虲ross T-R層序3種學(xué)派理論，目前有關(guān)沉積層序的研究最為普遍。層序地層學(xué)多學(xué)派共存導(dǎo)致了術(shù)語(yǔ)的混亂和概念的不協(xié)調(diào)，影響了層序地層學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展[1-2]。 對(duì)此，Hunt等[3]強(qiáng)調(diào)存在概念體系不協(xié)調(diào)的同時(shí)，為避免將海平面下降期的陸架沉積與深水沉積區(qū)分，將原有的低水位體系域細(xì)分為強(qiáng)迫型海退楔體系域（FRWST）和低位體系域（LST）2個(gè)體系域，提出FRWST的概念。這樣一來(lái)，層序邊界處與相對(duì)海平面的最低點(diǎn)重合，新體系域邊界與相對(duì)海平面變化的速率和方向的變化一致，就解決了以前沉積層序模型中將相對(duì)海平面下降和上升同時(shí)劃分成LST的問(wèn)題[3]。Catuneanu等[4-5]進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到沉積物供給速率等因素對(duì)層序發(fā)育的影響，綜合了Hunt和Tucker的理論模型，提出把1個(gè)完整的三級(jí)層序依次細(xì)分為低位體系域（LST）、海侵體系域（TST）、高位體系域（HST）和下降體系域（FSST）4個(gè)體系域。如今體系域四分方案已被越來(lái)越多的學(xué)者接受，成為了層序地層學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化理論的重要組成部分。

事實(shí)上，標(biāo)準(zhǔn)化理論多用于海相地層單元，在湖相應(yīng)用較少。Csato等[6]應(yīng)用體系域四分的方案成功建立了潘諾尼亞湖盆三角洲層序地層格架，是標(biāo)準(zhǔn)化理論實(shí)踐于湖相地層的典型案例。渤海灣盆地東營(yíng)凹陷廣泛發(fā)育大型湖盆三角洲（稱(chēng)為東營(yíng)三角洲）。東營(yíng)三角洲在沙河街組三段（Es3）早期形成于湖盆東側(cè)。Es3沉積中期，東營(yíng)三角洲的水系范圍自東向西不斷擴(kuò)大，三角洲的發(fā)育達(dá)到鼎盛期，推進(jìn)至東營(yíng)凹陷的深洼區(qū)，沉積厚度近千米[7]。

在油氣勘探中，完整的層序單元內(nèi)LST，HST和FSST是儲(chǔ)集砂體的有利靶區(qū)。然而受地震剖面垂向分辨率影響，前人在對(duì)渤海灣盆地東營(yíng)凹陷Es3z進(jìn)行層序地層格架分析時(shí)，多以三級(jí)層序界面為單元?jiǎng)澐值貙覽8-11]，所以，以體系域?yàn)槌叨鹊乃募?jí)層序地層格架亟待建立。本文通過(guò)井震結(jié)合并運(yùn)用地震正演技術(shù)，模擬梁家樓地區(qū)Es3z地下地質(zhì)條件，探索地震剖面上體系域及識(shí)別的地層厚度下限，以便提高Es3z的層序地層格架的研究精度。

1 區(qū)域概況

梁家樓地區(qū)位于渤海灣盆地東營(yíng)凹陷利津洼陷東南部的斜坡上，南部通過(guò)純北斷層與純化古隆起相接，北部緊鄰利津洼陷生油中心，東部以構(gòu)造脊線與牛莊洼陷相鄰，西部以洼陷的軸線與小營(yíng)油田相對(duì)，面積約250 km2[12-14]。 中、新生代以來(lái)，渤海灣裂谷盆地在快速拉張背景下基底發(fā)生強(qiáng)烈、持續(xù)沉降。Es3z沉積時(shí)期，陳官莊—王家崗—?jiǎng)儆罃嗔褞Х植荚跂|營(yíng)凹陷梁家樓地區(qū)的邊界。此時(shí)控制沉積凹陷邊界的主干伸展斷層發(fā)生繼承性活動(dòng)，大部分主干伸展斷層已由早期的平面式斷層演化成為鏟式或坡坪式正斷層，但凹陷內(nèi)部的基底次級(jí)斷層大多數(shù)基本不再活動(dòng)，湖盆凹陷多表現(xiàn)為半地塹結(jié)構(gòu)特征，巖性和厚度變化的規(guī)律性強(qiáng)，凹陷的沉降中心相對(duì)穩(wěn)定。沙三段沉積時(shí)期表現(xiàn)為穩(wěn)定伸展盆地的特征[15-32]。

研究區(qū)在Es3z沉積時(shí)期，沉積環(huán)境以三角洲、水下扇和深湖為主。梁家樓地區(qū)古近系發(fā)育1個(gè)一級(jí)層序、4 個(gè)二級(jí)層序和 11 個(gè)三級(jí)層序[18]。 其中，Es3z的頂、底界面均為不整合面，分別以地震反射界面T4和T6表示，單獨(dú)劃分為1個(gè)三級(jí)層序S6。在S6層序內(nèi)，下部地層普遍發(fā)育油頁(yè)巖與砂巖互層，上部地層發(fā)育砂巖。S6層序內(nèi)下部的油頁(yè)巖中生成的烴類(lèi)排入砂巖中，形成下生上儲(chǔ)型油氣藏[18-19]。

2 體系域分析及存在問(wèn)題

2.1 體系域分析

以地震層位解釋為基礎(chǔ)，在梁家樓地區(qū)Es3z地震剖面上（見(jiàn)圖 1a）識(shí)別出 8個(gè)準(zhǔn)層序界面，PB6-8（Parasequence Boundary 6-8）至 PB6-1，由老至新依次劃分出 S6-7（Sequence 6-7），S6-6，S6-5，S6-4，S6-3，S6-2，S6-1，共7套準(zhǔn)層序。根據(jù)準(zhǔn)層序的疊置關(guān)系、地震反射終止關(guān)系及測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，建立了Es3z的層序地層格架（見(jiàn)圖1b）。

2.1.1 S6-7和S6-6

PB6-8（Es3z底界面）具有連續(xù)、強(qiáng)振幅的地震反射特征，全區(qū)分布穩(wěn)定，為梁家樓地區(qū)Es3z時(shí)期的最大湖泛面（即地震反射標(biāo)志層T6），巖性以暗色泥巖沉積為主。PB6-6和PB6-7向湖盆方向下超PB6-8之上，向陸上超于層序邊界之上。在東營(yíng)三角洲水系作用下，沉積物以前積的斜層形態(tài)向湖盆中央推進(jìn)，在地震剖面上S6-7和S6-6表現(xiàn)為向上加積，地層厚度垂向上逐漸增大，向湖盆一側(cè)逐漸減薄的特征。巖性以粉砂巖及厚層泥巖為主，測(cè)井曲線呈微幅鋸齒狀，為HST。

2.1.2 S6-5至S6-2

S6-5至S6-2地震反射結(jié)構(gòu)特征明顯，剖面上可見(jiàn)頂超、下超和削蝕現(xiàn)象。PB6-5上部以低角度收斂于PB6-6之上，表現(xiàn)出頂超的地震同相軸接觸關(guān)系。PB6-4下部下超于PB6-5之上，并于PB6-2呈頂超的接觸關(guān)系。受相對(duì)湖平面快速下降影響，S6-5至S6-2發(fā)育高角度的前積層和底積層，頂積層不發(fā)育，具有中間地層厚度大，向海、陸兩側(cè)減薄的特征。向陸一側(cè)可見(jiàn)明顯的侵蝕與暴露現(xiàn)象，地震同相軸振幅弱、連續(xù)性差。巖性以粉細(xì)砂巖為主，夾薄層泥巖，測(cè)井曲線多呈齒狀與漏斗狀，整體具反旋回沉積特征，為FSST。

2.1.3 S6-1的體系域歸屬問(wèn)題

PB6-1在地震剖面上可見(jiàn)明顯的強(qiáng)振幅、高連續(xù)性，區(qū)域分布穩(wěn)定，上超于PB6-2之上，S6-1因此具有類(lèi)似TST的上超反射。由此推測(cè)，研究區(qū)缺失LST。然而，單井分析顯示，S6-1內(nèi)部存在1個(gè)巖性和電性的突變面，巖性由界面之下的厚層砂巖轉(zhuǎn)變?yōu)榻缑嬷系谋幽鄮r。電性在該界面上下也存在明顯的差異，自然電位曲線（SP）由界面之下的箱型變?yōu)榻缑嬷系幕€（見(jiàn)圖1）。由此認(rèn)為，測(cè)井上S6-1內(nèi)部巖性和電性的突變面應(yīng)為最大海退面（MRS），同時(shí)為L(zhǎng)ST的頂界面，S6-1下部厚層的砂巖應(yīng)屬于LST。因此，如何準(zhǔn)確建立井震匹配的體系域，即如何認(rèn)識(shí)LST的地震識(shí)別下限，是確定研究區(qū)層序地層格架的關(guān)鍵。

圖1 梁家樓地區(qū)地震剖面及L57井巖性特征

2.2 地震正演LST的地震識(shí)別下限

2.2.1 巖層物性參數(shù)

首先，對(duì)梁家樓地區(qū)地震資料的頻譜進(jìn)行分析，得出雷克子波主頻；其次，基于聲波測(cè)井資料，將聲波速度轉(zhuǎn)換為地層速度，并利用地質(zhì)分層數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)際地震剖面，確定地層厚度；最后，統(tǒng)計(jì)出正演模型所需要輸入的巖石物理參數(shù)（見(jiàn)表1）。

2.2.2 正演結(jié)果

利用Discovery LogM軟件，根據(jù)實(shí)際地震剖面（見(jiàn)圖1），將S6-1上覆地層厚度設(shè)計(jì)為40 m的均勻單元，其目的在于減少薄層在LST頂界面形成的波形干涉作用。使用雷克子波，子波的主頻為22 Hz，采樣率2 ms，噪音率為0，根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，賦予巖層物性參數(shù)，建立正演模型。為精準(zhǔn)刻畫(huà)LST，采用單因素控制變量法，控制頻率、巖性及地層速度參數(shù)不變，僅改變LST的地層厚度進(jìn)行地震正演。

表1 地層物性參數(shù)

當(dāng)設(shè)置LST厚度為15 m時(shí)，LST正演結(jié)果表現(xiàn)為強(qiáng)振幅、連續(xù)性好的一個(gè)反射同相軸（即波峰反射）（見(jiàn)圖2），不能識(shí)別出LST的頂、底界面，主要原因是來(lái)自上下相鄰界面的反射發(fā)生干涉增強(qiáng)疊加造成的。

圖2 LST厚度模型及正演結(jié)果

在15 m的基礎(chǔ)上以10 m作為一個(gè)厚度梯度，逐漸增加LST的厚度 （見(jiàn)圖2），直到LST厚度為45 m時(shí)，LST表現(xiàn)為1個(gè)具有強(qiáng)振幅、連續(xù)性好的波峰同相軸與同樣具有強(qiáng)振幅、連續(xù)性好的波谷同相軸。此時(shí)能夠清晰分辨LST的頂、底界面。因此，通過(guò)正演模擬得到梁家樓地區(qū)LST的地震識(shí)別下限是LST的厚度為45 m。然而表1表明，梁家樓地區(qū)LST的沉積厚度多在10 m左右，這一沉積厚度導(dǎo)致在分辨率較低的梁家樓地區(qū)地震剖面上不容易識(shí)別。測(cè)井因?yàn)楦叻直媛?，可識(shí)別出LST，因此，地震剖面上將S6-1稱(chēng)為L(zhǎng)ST和TST的復(fù)合體系域，盡管LST在地震剖面上僅表現(xiàn)出上超地震相。

3 討論

發(fā)育于海相環(huán)境的低位三角洲通常以薄層的陸上沉積與厚層的水下進(jìn)積體為特征（見(jiàn)圖 3）[5，30]。 受周期性氣候變化的影響，發(fā)育于湖相的低位三角洲厚度較小，難以形成如海相低位三角洲一般的厚層頂積層，故在分辨率較低的地震剖面上LST難以識(shí)別（見(jiàn)圖3）。

汪丹等[31]根據(jù)1951—2010年鄱陽(yáng)湖星子水位站觀測(cè)資料，統(tǒng)計(jì)出每年夏季（氣候溫暖濕潤(rùn)）湖盆平均水位為17.1m（黃海高程基準(zhǔn)，下同），面積達(dá)4000 km2。冬季氣候寒冷干燥，湖盆萎縮，平均水位只有6.0 m，面積小于1 000 km2。最大年水位變幅為14.15 m。由此可見(jiàn)，受氣候影響，湖盆水位變化頻繁且變化幅度很小。韓建輝等[32]對(duì)具有萎縮期特征的松遼盆地進(jìn)行研究認(rèn)為，松遼盆地在該時(shí)期，構(gòu)造相對(duì)平靜，控制層序的因素主要為氣候變化。氣候變化導(dǎo)致湖平面頻繁、低幅度的升降，形成的可容空間十分有限，地層沉積速率僅26 m/Ma，致使松遼盆地大部分層序單元厚度僅為40～80 m，單層砂體厚度1～10 m。

圖3 海相環(huán)境的低位三角洲進(jìn)積反射特征及層序模式

正是因?yàn)橹芷谛詺夂蜃兓挠绊?，在沙三中亞段沉積時(shí)期，湖平面變化頻繁且幅度較小，可容空間有限，制約了砂體的沉積厚度，導(dǎo)致梁家樓地區(qū)LST沉積厚度較薄，在分辨率較低的地震剖面上不易識(shí)別。

4 結(jié)論

1）渤海灣盆地梁家樓地區(qū)Es3z時(shí)期體系域發(fā)育完整，三級(jí)層序S6由老至新依次發(fā)育HST（S6-7和S6-6），F(xiàn)SST（S6-5 至 S6-2）及 LST 和 HST 的復(fù)合體系域（S6-1）。

2）在地震波主頻為22 Hz的條件下，渤海灣盆地東營(yíng)凹陷梁家樓地區(qū)Es3z時(shí)期LST可識(shí)別的沉積厚度下限為45 m。

3）地震資料品質(zhì)和地震波干涉相消作用是影響LST在地震剖面上識(shí)別的2個(gè)主要因素。對(duì)于季節(jié)性東營(yíng)湖盆，在氣候干冷時(shí)期，相對(duì)湖平面下降，可容空間減小，導(dǎo)致梁家樓地區(qū)LST沉積厚度往往較小。

致謝本文的資料源于梁東地區(qū)Es3z儲(chǔ)層預(yù)測(cè)及目標(biāo)研究課題。本文的完成得到中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司純梁采油廠各位專(zhuān)家的幫助，在此表示由衷的感謝！