渤海中部海域大型湖底扇地球物理響應(yīng)及勘探意義

張新濤, 張 藜, 李 虹, 王 軍

(中海石油(中國(guó))有限公司 天津分公司 渤海石油研究院，天津 300459)

深水重力流沉積一直是沉積學(xué)研究的熱門(mén)話題。隨著深水沉積理論的持續(xù)深化，其流體類型、成因機(jī)制、演化過(guò)程及沉積模式的研究取得了豐碩的成果[1-4]，指導(dǎo)了中國(guó)陸相盆地多個(gè)深水湖盆的油氣勘探突破[2-5]，湖底扇及深水沉積砂巖成為重要的油氣勘探領(lǐng)域。渤海海域針對(duì)湖底扇的研究相對(duì)稀少，徐偉等[6]對(duì)渤中25-1油田重力流沉積特征和模式進(jìn)行探討；劉藝萌等[7]依據(jù)水道發(fā)育程度對(duì)湖底扇類型進(jìn)行劃分，并進(jìn)行富砂性預(yù)測(cè)。但是鮮有基于地球物理方法的湖底扇精細(xì)識(shí)別及儲(chǔ)層定量預(yù)測(cè)技術(shù)和方法探討。而中深層巖性圈閉近年已成為渤海油田儲(chǔ)量增長(zhǎng)的重要方向[8]，三角洲前緣濁積扇也多次在古近系勘探中鉆遇，并揭示出良好的含油氣性，例如錦州20-2N油田古近系東營(yíng)組第二段下亞段(簡(jiǎn)稱“東二下亞段”)湖底扇DST測(cè)試獲得單層超過(guò) 1 000 m3的產(chǎn)能[9]。因此，探索湖底扇巖性油氣成藏具有重要意義。但湖底扇作為潛在的儲(chǔ)層巖性目標(biāo)，由于對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和地震響應(yīng)特征、富砂性和平面分布規(guī)律認(rèn)識(shí)不清，勘探過(guò)程中存在極大的風(fēng)險(xiǎn)。相關(guān)扇體期次解剖，尤其是對(duì)內(nèi)部扇體的地球物理響應(yīng)特征及其富砂性研究，將對(duì)渤海海域相關(guān)油氣藏勘探具有重要指導(dǎo)意義。

本文運(yùn)用地震資料，結(jié)合鉆井、測(cè)井、巖心薄片等資料，對(duì)QHD34-A-1井附近的東二下亞段大型湖底扇地震響應(yīng)特征進(jìn)行深入研究，通過(guò)多屬性預(yù)測(cè)對(duì)湖底扇內(nèi)部各期次邊界進(jìn)行精細(xì)刻畫(huà)，在此基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)有利勘探區(qū)，為勘探部署提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

新生代渤中凹陷經(jīng)歷了多幕裂陷、裂后凹陷等構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，縱向呈現(xiàn)裂陷與拗陷盆地的疊置，其構(gòu)造演化可劃分為初始裂陷(孔店組-沙河街組第四段沉積期，65～42 Ma B.P.)、強(qiáng)裂陷(沙河街組第三段沉積期，42～38 Ma B.P.)、裂后熱沉降(沙河街組第一、第二段沉積期，38～32.8 Ma B.P.)、強(qiáng)裂陷(東營(yíng)組沉積期， 32.8～24.6 Ma B.P.)、裂后熱沉降(館陶組-明化鎮(zhèn)組下段沉積期，24.6～5.3 Ma B.P.)等5個(gè)階段[10-12]。

石南斜坡帶形成于沙河街組第三段(簡(jiǎn)稱“沙三段”，其他地層段的簡(jiǎn)稱與此類似)與東營(yíng)組強(qiáng)裂陷期，為右旋走滑與伸展裂陷作用形成的EW、NE向斷層切割而成，在東營(yíng)組沉積期的構(gòu)造活動(dòng)最為強(qiáng)烈、沉降-沉積速率最高(圖1)[13]。石南斜坡帶東二下亞段早期發(fā)育湖底扇、半深湖-深湖等沉積相，巖性為深灰色-灰色泥巖、淺灰-灰色含礫細(xì)砂巖、粉砂巖(圖2)。東二下亞段低位域沉積時(shí)期，受北部三角洲沉積物供給，在石南斜坡帶形成疊合面積約120 km2的湖底扇沉積。

圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 Tectonics and location of study area

2 湖底扇基本特征

依據(jù)鑄體薄片觀察，東二下亞段湖底扇巖性為中粗粒巖屑長(zhǎng)石砂巖或長(zhǎng)石巖屑砂巖，顆粒多呈次棱-次圓狀，分選性中等-好，泥質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)為3%～5%，以點(diǎn)-線顆粒接觸、顆粒支撐為主，結(jié)構(gòu)成熟度低；顆粒中巖屑平均體積分?jǐn)?shù)約33%、長(zhǎng)石平均體積分?jǐn)?shù)約36%、石英平均體積分?jǐn)?shù)約31%，不穩(wěn)定顆粒組分含量高，成分成熟度較低。這種較低的結(jié)構(gòu)與成分成熟度反映了沉積物較短距離搬運(yùn)與快速沉積特征(圖2)。

圖2 東二下亞段湖底扇砂巖薄片特征Fig.2 Characteristics of thin sections from sublacustrine fan sandstone of E3d2L(A)中粗粒長(zhǎng)石巖屑砂巖，點(diǎn)-線接觸，次棱-次圓狀，QHD34-A-1井,深度3 831.5 m；(B)粗粒巖屑長(zhǎng)石砂巖，粒間孔、顆粒溶蝕孔發(fā)育，QHD34-A-1井，深度3 885.0 m

湖底扇砂體往往發(fā)育于半深湖-深湖環(huán)境，夾持于厚層泥巖中，測(cè)井曲線自然伽馬(GR)與電阻率(R)常呈中-低幅塊狀箱形，具有頂?shù)淄蛔兲卣?圖3)，與三角洲近積的底漸變、頂突變特征差異明顯；同時(shí)湖底扇砂體具有微齒化-齒化特征，齒化程度在一定程度上反映了沉積物差異、水動(dòng)力變化及泥質(zhì)含量變化的沉積特征。QHD34-A-1井湖底扇砂體具有多個(gè)齒化箱形疊加特征，反映了多期重力流沉積物疊置沉積，常為內(nèi)扇、中扇的水道砂體(圖3)[14]。

圖3 QHD34-A-1井湖底扇相測(cè)井曲線及粒度結(jié)構(gòu)特征Fig.3 Characteristics of well logging and grain size distribution of sublacustrine fan sandstone in Well QHD34-A-1

通過(guò)對(duì)QHD34-A-1井鉆遇的湖底扇砂體進(jìn)行粒度分析，結(jié)果表明：湖底扇砂體的粒度概率累計(jì)曲線為“向上凸起的弧線”，弧線圓滑無(wú)明顯截切點(diǎn)，粒度分布范圍廣、分選性較差，懸移組分漸變?yōu)檐S移組分，缺乏推移組分，反映湖底扇砂體整體為遞變懸移的搬運(yùn)方式[15]，為典型重力流沉積物的搬運(yùn)方式。

3 湖底扇地震響應(yīng)特征

湖底扇與圍巖——湖相泥巖和三角洲前緣砂體之間的波阻抗差異通常比較明顯，因此地震響應(yīng)較為敏感[16]。通常湖相泥巖、頁(yè)巖表現(xiàn)為中弱振幅，前緣砂體則為多套連續(xù)性好的前積反射，湖底扇砂體則為頂?shù)讖?qiáng)振幅、中部連續(xù)性可能變差的地層厚度異常體。中弱振幅湖相泥巖背景下的強(qiáng)振幅透鏡狀反射通常是湖底扇的典型地震響應(yīng)[17]。

3.1 湖底扇相地震特征

研究區(qū)目前共有2口鉆井揭示湖底扇砂體，均包裹于大套厚層泥巖之中，顯示“泥包砂”特征(圖4)。井震精細(xì)標(biāo)定后，湖底扇的地震反射特征如下：地震反射同相軸均表現(xiàn)為強(qiáng)振幅，地震能量(無(wú)論波峰還是波谷)均明顯強(qiáng)于圍巖。在橫切物源方向上，往往表現(xiàn)為與三角洲完全不同的凸出地貌特征，通常為透鏡狀或丘狀。這一顯著特征是在平坦湖底快速卸載堆積形成，可作為重力流最直接的證據(jù)[18]。研究區(qū)湖底扇發(fā)育時(shí)期——東二下亞段處于拗陷湖盆發(fā)育期，與斷陷湖盆相比，坡度小，很難見(jiàn)到楔狀和丘狀這種反射特征[16]，表現(xiàn)為向兩側(cè)減薄的透鏡狀，頂?shù)诪閺?qiáng)振幅，但內(nèi)部反射相對(duì)較弱，連續(xù)性較差，這與湖底扇內(nèi)部眾多期次側(cè)向疊覆有關(guān)。在平行物源方向上呈較連續(xù)、強(qiáng)振幅的片狀、席狀展布，具側(cè)積加積特征，可見(jiàn)規(guī)模較小的短軸狀前積，前積結(jié)構(gòu)相對(duì)不明顯，但能分辨出與下伏地層的小角度斜交。在平面上以舌狀體形態(tài)擴(kuò)散，形成舌狀和朵狀扇體形態(tài)(圖4)，沿三角洲前緣呈裙?fàn)罘植肌＿@種舌狀和朵狀扇體發(fā)育樣式與Shanmugan重力流沉積模式中水道欠發(fā)育的非水道化湖底扇沉積相似，為富砂性砂質(zhì)碎屑流的表征，與席狀富泥型濁流沉積顯著不同[6]。雖基本無(wú)明顯的下切水道發(fā)育，但在局部可見(jiàn)底部下凹的反射特征，在下凹部位地震反射振幅明顯強(qiáng)于圍巖，其平面多呈彎曲、較連續(xù)的條狀。而其下凹部位側(cè)向上往往振幅變?nèi)?，形成微上凸的可能為河道漫溢沉積相關(guān)的堤岸體系并繼續(xù)尖滅，形成較為典型的鷗翼結(jié)構(gòu)[19]。

圖4 湖底扇地球物理響應(yīng)特征圖Fig.4 Characteristics of geophysical response of sublacustrine fan

湖底扇砂體厚度、砂泥巖配置關(guān)系控制地震振幅和頻率變化。隨著向湖方向地震波能量逐漸減弱，強(qiáng)度變低，扇體厚度逐漸減薄，末期扇體厚度最薄。為落實(shí)各期次湖底扇富砂單元的分布，在地層切片格架內(nèi)，依據(jù)地震反射同相軸的終止關(guān)系，對(duì)湖底扇各個(gè)期次進(jìn)行精細(xì)追蹤?？傮w上湖底扇6期均顯示北西-南東向展布的舌狀特征，發(fā)育水道-沉積朵葉交互相類型。早期分布偏東，后期側(cè)向上明顯向西遷移。早期以朵葉為主，之后隨著沉積物推進(jìn)，以微水道的片狀沉積為主，前方過(guò)渡為朵葉體，后期沉積中心遷移，使得研究區(qū)主要受微水道控制。

3.2 多屬性分析

不同砂體其成因類型及地球物理響應(yīng)特征可以用來(lái)預(yù)測(cè)研究區(qū)儲(chǔ)層砂體分布。而地震屬性特征，常用的如振幅、頻率、相干性、連續(xù)性等屬性能夠較好地刻畫(huà)湖底扇砂體的邊界[20-24]。通常在相模式指導(dǎo)下，選取適當(dāng)時(shí)窗，對(duì)地震數(shù)據(jù)體提取多種地震屬性，從而綜合落實(shí)和預(yù)測(cè)儲(chǔ)層砂體平面分布。

3.2.1 地層切片

利用地層切片技術(shù)的關(guān)鍵在于選取具有等時(shí)地質(zhì)意義的相對(duì)連續(xù)的同相軸[25-26]，在其內(nèi)部切割較小尺度的等時(shí)地層單元，并在其格架下進(jìn)行精細(xì)沉積刻畫(huà)。為落實(shí)單期次扇體平面分布，本文利用地層切片技術(shù)針對(duì)不同期次湖底扇及其變化規(guī)律進(jìn)行精細(xì)分析。湖底扇內(nèi)部發(fā)育多條同沉積斷層，但由于斷層兩盤(pán)沉積物厚度變化不大，因此采用平行于頂?shù)撞u近內(nèi)插的切片方式，能有效用于該區(qū)進(jìn)行平面特征分析，同時(shí)考慮在多層切片中選擇合適切片數(shù)量?；诰饦?biāo)定和儲(chǔ)層分布規(guī)律，在20個(gè)地層切片中優(yōu)選6個(gè)切片代表其湖底扇的平面分布特征。

這6期湖底扇呈現(xiàn)“縱向疊置、平面遷移”的特點(diǎn)，總面積120 km2。其中第二期和第四期展布面積最大，分別為60.4 km2和34.0 km2，砂體平均厚度超過(guò)30 m；第五期扇體面積最小，僅7.0 km2，砂體平均厚度不足5 m。扇體分布呈現(xiàn)3期窄小-寬大的疊覆特征，第一、第三、第五期面積較小，第二、第四、第六期面積大，展布寬，表明湖底扇具有幕式擺動(dòng)性。整體展布方向與其前方來(lái)自西北物源方向的三角洲展布方向一致，表明湖底扇展布方向和規(guī)模可能與物源的幕式供給相關(guān)。強(qiáng)物源供給期，三角洲提供的碎屑物較多，為向湖區(qū)滑塌、供給充足所致，之后物源萎縮，滑塌成因的扇體規(guī)模?。缓笃谖镌磾[動(dòng)后，片狀特征減弱，微水道特征明顯，第六期具有典型條帶狀微水道特征(圖4)。

3.2.2 多屬性特征

三維地震多屬性分析可以幫助解釋人員正確分析地質(zhì)現(xiàn)象，尤其是對(duì)儲(chǔ)層特征的認(rèn)識(shí)[27-28]。在沉積模式的指導(dǎo)下，通過(guò)均方根振幅屬性進(jìn)行提取和分析，強(qiáng)振幅反射呈條帶狀、枝狀(圖5-A)，為湖底扇河道沉積。設(shè)計(jì)井QHD34-A-1井鉆遇了該套儲(chǔ)層，揭示砂體厚度28.3 m。在湖底扇水下延伸的主河道兩側(cè)，由于高能水流與湖相泥巖的沖刷接觸，導(dǎo)致河道砂體與圍巖之間不同巖相類型砂體差異明顯，波阻抗差異顯著。圖5-A中淺藍(lán)色弱振幅顯示區(qū)域代表弱水動(dòng)力條件下的湖相沉積。在河道前方，河道衰減造成的強(qiáng)振幅弱化現(xiàn)象明顯，呈片狀、朵葉狀。此外，據(jù)弧長(zhǎng)屬性圖(圖5-B)，河道發(fā)育區(qū)與河道間泥巖發(fā)育區(qū)存在明顯差異。

屬性融合技術(shù)由于綜合考慮多種屬性的地球物理意義[29-30]，選取能夠表征不同儲(chǔ)層特征的敏感屬性，放大其優(yōu)勢(shì)特征，得到最優(yōu)化特征，因此是儲(chǔ)層識(shí)別的有效方法之一?；谡穹⒛芰?、弧長(zhǎng)等多種類型屬性進(jìn)行融合,圖5-C中可以看出多條河道特征清晰，沿北西-南東方向展布，代表微水道沉積，多條分支河道之間呈現(xiàn)弱振幅特征，代表水道間漫溢沉積(圖5-D)。

圖5 石南湖底扇砂體分布特征Fig.5 Distribution characteristics of sublacustrine fan sand body of the Shinan lakes

3.2.3 正演模擬

在地震綜合解釋中，地震正演模擬在特殊地質(zhì)體的識(shí)別和解釋中發(fā)揮重要作用[9]。通過(guò)開(kāi)展地震模擬研究，對(duì)無(wú)井區(qū)扇體準(zhǔn)確識(shí)別和定量預(yù)測(cè)具有重要意義。因此我們?cè)O(shè)計(jì)同樣儲(chǔ)層厚度(砂體厚度30 m)、含砂率不等的一系列單砂體模型(含砂率分別為20%、40%、60%、80%)進(jìn)行正演，根據(jù)正演結(jié)果，振幅與含砂率之間基本上呈正相關(guān)的關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.955 7，即

y=0.0005x+0.0126

(1)

其中：x表示含砂率；y表示振幅。

基于地層厚度圖和振幅屬性讀取各采樣點(diǎn)的振幅值，再利用公式(1)，制作含砂率網(wǎng)格圖，預(yù)測(cè)砂體厚度(圖6)。經(jīng)鉆井證實(shí)，預(yù)測(cè)砂體厚度與鉆井結(jié)果相近，預(yù)測(cè)砂體厚度為30 m，鉆探結(jié)果為28.3 m。

圖6 正演模擬模型及第二期湖底扇砂體厚度圖Fig.6 Forward modeling model and the thickness map of the second stage sublacustrine fan sand body

4 湖底扇的勘探意義

發(fā)育于深湖環(huán)境的湖底扇呈透鏡狀包裹于大套泥巖中，烴源巖、蓋層條件極佳，成藏條件優(yōu)越。而非水道化的砂質(zhì)碎屑流形成的富砂型舌狀湖底扇砂體往往成群展布，儲(chǔ)層發(fā)育，物性較好，為油氣優(yōu)質(zhì)巖性儲(chǔ)集體，同時(shí)與其上控坡折斷裂一同也有利于形成構(gòu)造-巖性油氣藏。

研究區(qū)位于渤海中部海域控凹斷裂下降盤(pán)，強(qiáng)烈下沉使得湖盆位于較深水沉積環(huán)境中，暗色泥巖達(dá)到了生烴門(mén)限，為成熟烴源巖。該區(qū)湖底扇發(fā)育段的東營(yíng)組泥巖有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wTOC)為0.69%～2.0%，平均為1.28%；鏡質(zhì)體反射率(Ro)為0.66%～0.76%，平均為0.7%，屬于成熟的中等-優(yōu)質(zhì)烴源巖；上覆泥巖厚度約300 m，區(qū)域上廣泛分布。湖底扇儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間主要為粒間孔、顆粒溶蝕孔、鑄?？住⒛z結(jié)物溶孔等，偶見(jiàn)裂縫，16個(gè)樣品測(cè)試顯示孔隙度為2.1%～16.2%，平均為9.4%，滲透率為44.73×10-3μm2，屬于低孔低滲類型。另外，湖底扇沉積的湖相泥巖厚度250～500 m，地層壓力系數(shù)1.375，超壓泥巖的封蓋對(duì)油氣保存具有積極意義，同時(shí)為油氣向儲(chǔ)集體中充注提供動(dòng)力(圖7)。

圖7 過(guò)QHD34-A-1井的油藏模式圖Fig.7 Reservoir model of Well QHD34-A-1

5 結(jié) 論

a.本文綜合利用地質(zhì)、地震等多種資料，系統(tǒng)分析了渤海中部海域大型湖底扇的地球物理響應(yīng)特征，利用地層切片、屬性等技術(shù)對(duì)湖底扇內(nèi)幕進(jìn)行刻畫(huà)，落實(shí)多期扇體展布，同時(shí)開(kāi)展正演模擬確立優(yōu)質(zhì)砂體分布。

b.湖底扇頂?shù)诪閺?qiáng)振幅，但內(nèi)部反射相對(duì)較弱、連續(xù)性較差。在橫切物源方向上為兩側(cè)減薄的透鏡狀，在平行物源方向上呈較連續(xù)、強(qiáng)振幅的片狀、席狀展布。多屬性分析落實(shí)了6期主要扇體空間展布，正演模擬預(yù)測(cè)砂體厚度為30 m，與鉆探結(jié)果相近。

c.湖底扇巖性圈閉面積大、儲(chǔ)層厚度大、物性中等、油氣封蓋、充注條件優(yōu)越，鉆井證實(shí)巖性油氣藏條件佳，后續(xù)目標(biāo)勘探潛力大。