康寧氣田盒四段淺水三角洲砂體刻畫及沉積演化*

孫 樂 齊 宇 王 波 房茂軍 李 昊 樊偉鵬 李文蘭

(中海油研究總院有限責任公司 北京 100028)

淺水三角洲砂體是鄂爾多斯盆地東緣康寧氣田巖性油氣藏勘探開發(fā)的重要目標，受到越來越多學者的高度重視。淺水三角洲形成的古地形背景、水動力學特征、三角洲形態(tài)、微相類型及三角洲內部結構等多個方面與正常三角洲有著較大差異。淺水三角洲是在構造穩(wěn)定的臺地、陸表?；虻匦纹骄?、水體較淺、湖平面頻繁多變、物源充足、具有敞流特征的坳陷盆地條件下發(fā)育形成的，突出特征是以分流河道砂體為骨架，河口壩沉積發(fā)育程度低，砂體薄且分布廣，復合三角洲面積遼闊，厚度巨大[1-6]。

目前關于鄂爾多斯盆地東緣康寧氣田的研究多集中在成藏富集規(guī)律、儲層研究方面，取得了一批重要成果，揭示出該套地層具備有利的生、儲、蓋組合，完好的保存條件，具有“微相控儲、物性控藏”特點[7-12]。目前康寧氣田已進入全面開發(fā)階段，已鉆井揭示康寧氣田氣層厚度變化快，主要原因是淺水三角洲河道擺動快、砂體縱向疊置，單個含氣砂體規(guī)模，即優(yōu)質儲層的分布較為局限，導致鉆井產能差異大，故以“段”為地層單元的沉積展布特征研究已不能滿足開發(fā)生產需求。研究的重點應該轉向分布范圍小的、零散的、薄層油氣藏，如何更有效地對這類油氣藏進行研究，是開發(fā)區(qū)下步工作的重點。本區(qū)地震資料分辨率低，主頻約32Hz，難以滿足砂層組沉積微相分析要求，地球物理研究表明，地震垂向分辨率難以確定的薄層砂體，可以利用地震水平分辨率來確定，從而描述地質體平面分布特征。因此在康寧氣田開展地震沉積學研究，就可以對薄層砂體的平面展布進行詳細描述，從而指導薄層油氣藏的勘探開發(fā)。另外，地震沉積學在精細雕刻沉積微相、詳盡展現(xiàn)沉積演化過程方面，具有無可比擬的優(yōu)勢。因此，以地震沉積學為研究方法，開展康寧氣田淺水三角洲沉積體系的精細刻畫，對于尋找地層—巖性油氣藏、指導油氣勘探開發(fā)具有較為重要的理論和實際意義。

本文以層序地層學、現(xiàn)代沉積學和地震沉積學等學科為理論基礎，以鄂爾多斯盆地東緣康寧氣田重點產層二疊系石盒子組四段(盒四段)為研究對象，充分利用地震、鉆測井、巖心、室內分析化驗等資料，建立精細地層格架，研究淺水三角洲的沉積特征，總結沉積演化模式及其與油氣勘探開發(fā)的關系，探討淺水三角洲的地震沉積學研究方法等，對中國陸相盆地大型淺水成因砂體分布規(guī)律分析和巖性油氣藏勘探開發(fā)具有重要意義。

1 區(qū)域地質背景

鄂爾多斯盆地為中國第二大沉積盆地，面積37×104km2，是一個多旋回演化、多沉積類型的大型沉積盆地，盆地基底為前寒武紀結晶變質巖系，沉積蓋層大體經(jīng)歷了中晚元古代坳拉谷、早古生代陸表海、晚古生代海陸過渡、中生代內陸湖盆及新生代周邊斷陷等五大階段，形成了下古生界陸表海碳酸鹽巖、上古生界海陸過渡相煤系碎屑巖及中新生界內陸湖盆碎屑巖沉積的3層結構。鄂爾多斯盆地可劃分為6個一級構造帶，自西向東依次為：西緣沖斷帶、天環(huán)坳陷、伊陜斜坡、晉西撓褶帶，北部為伊盟隆起，南面為渭北隆起。康寧氣田位于鄂爾多斯盆地東緣，橫跨伊陜斜坡與晉西撓褶帶兩個構造單元[13-15](圖1)。

晚古生代，鄂爾多斯盆地東北部由陸表海向近海平原過渡，直至最終演化為陸相沉積環(huán)境。縱向上，康寧氣田經(jīng)歷了由障壁海岸到三角洲的沉積演化，形成了(水下)分流河道、障壁沙壩等多套不同成因類型的儲集砂體[8]。平面上，康寧氣田由于空間位置不同，距離物源遠近存在差異，沉積相特征及砂體類型存在區(qū)別，形成了大面積發(fā)育的儲集砂體。

康寧氣田上古生界地層與下古生界地層呈不整合接觸，中間缺失中上奧陶統(tǒng)、志留系、泥盆系及下石炭統(tǒng)地層。上古生界地層內部沉積連續(xù)，均為整合接觸，地層自下而上發(fā)育石炭系本溪組、二疊系太原組、山西組、下石盒子組、上石盒子組和石千峰組(圖1)。上石盒子組從上到下細分為盒一段、盒二段、盒三段和盒四段[16-17]。已鉆井和測試結果表明，盒四段是康寧西區(qū)重要的目的層，鉆遇氣層厚度最大達7.7 m，射孔無阻流量最大達到16.67×104m3/d，盒四段勘探開發(fā)潛力較大。

圖1 康寧氣田地理位置及地層發(fā)育簡表

2 精細層序劃分

對于Vail的層序地層學和Cross的高分辨率層序地層學，雖研究思想和流程存在一定差異，但二者的研究核心“層序”都是受周期性變化的沉積作用基準面控制，高分辨率層序地層學的基準面旋回的中期旋回(0.2～1.0 Ma)與層序地層學的四級海平面周期旋回(0.1～0.4 Ma)是具有大致相等時限的地層單元[18-19]。

在層序地層學理論的指導下，遵循點→線→面的研究流程，引入INPEFA技術輔助劃分層序地層界面，依據(jù)曲線形態(tài)特征與沉積地層旋回性的對應關系，并結合地震反射結構特征，提出研究區(qū)盒四段砂層組劃分方案，并構建井震結合的等時層序地層格架。

測井曲線的是基準面識別與旋回劃分的重要方面，也是層序地層識別的重要基礎資料。通過分析測井資料的伽馬與電性特征，同時結合頻譜趨勢分析(INPEFA)技術，確定盒四段的中期、短期和超短期旋回界面。運用米蘭科維奇旋回理論進行測井曲線頻譜分析，經(jīng)過處理的INPEFA曲線具有明顯的曲線趨勢和轉折拐點，能表現(xiàn)出常規(guī)測井曲線未能表現(xiàn)的趨勢與旋回特征[20-21](圖2)。

進積-退積轉換面作為劃分不同旋回的界限，需要在測井曲線上被準確識別。該界面處，GR曲線通常表現(xiàn)為中—高幅箱型或鐘形，砂巖厚度較大，垂向上通常為水退到水進、沉積物粒度由反粒序到正粒序的轉換位置，INPEFA曲線表現(xiàn)為負向峰值。洪泛面形成于湖平面達到最高、湖岸上超點向陸延伸最遠的時期，多位于GR測井的最高值位置，因界面位置泥質含量較多，曲線多為中—高幅鋸齒狀。垂向上通常為水進到水退的轉換位置，INPEFA曲線表現(xiàn)為正向峰值(圖2)。

圖2 INPEFA曲線層序劃分原理示意

研究層位內，可以結合區(qū)域構造演化特征，通過測井曲線旋回特征分析，確定出符合本區(qū)實際情況的層序界面，從而實現(xiàn)由點到面的橫向追蹤，據(jù)此由下到上將康寧氣田盒四段劃分為3個中期旋回(即四級層序中的低位體系域、湖侵體系域、高位體系域)，對應III、II、I三個砂層組(圖3)。

圖3 康寧氣田盒四段砂層組劃分方案及基準面旋回特征

I砂層組處于高位體系域，基準面逐漸上升，由2個半期旋回組成，物源間歇性供給，但供給強度逐漸加大，表現(xiàn)為先退積后進積，整體進積的旋回疊加樣式。高位體系域初期，地層結構以孤立式為主，多以席狀薄層砂形式展布，體系域發(fā)育后期，地層結構以橋接式為主。II砂層組處于湖侵體系域，物源持續(xù)供給，表現(xiàn)為先退積后進積，整體退積的旋回疊加樣式，砂體多發(fā)育于頂部和底部，地層結構以切疊式為主，砂體在水進初期垂向疊置、側向切割頻繁，亦多呈復合砂體形態(tài)展布。III砂層組處于低位體系域，物源間歇性供給，表現(xiàn)為先退積后進積，整體退積的旋回疊加樣式，砂體多發(fā)育于底部，地層結構以切疊式、橋接式為主。

應用單井層序劃分結果，結合地震層序界面識別特征，制作連井地層剖面，實現(xiàn)全區(qū)多井聯(lián)合對比，并建立等時地層格架，反映了該凹陷的構造格局及地層發(fā)育情況。研究區(qū)整體地層厚度差異不大，I和III砂層組砂體發(fā)育程度較低，主要以薄層砂巖為主；II砂層組是盒四段的主力產層，砂巖發(fā)育強度大，復合砂體垂向疊置、側向切割頻繁(圖4)。

圖4 康寧氣田盒四段連井地層對比剖面

3 沉積微相分析

康寧氣田整體呈單斜構造特征，地形坡度緩，水體較淺，依據(jù)研究區(qū)豐富的巖心、薄片、測井相標志等資料，明確康寧氣田盒四段發(fā)育淺水三角洲平原沉積，主要包括辮狀河道沉積和越岸沉積(河道間沉積)。

康寧氣田盒四段巖性跨度大，但以灰白色中砂到細礫巖為主，泥巖呈現(xiàn)氧化色，表明以水上環(huán)境為主；礫石磨圓度中等，接觸方式以點接觸、線接觸為主，少量凹凸接觸。測井曲線和巖性呈明顯厚層箱型、鐘型發(fā)育，內部結構復雜，發(fā)育槽狀交錯層理等牽引流沉積構造，可見較為平緩的沖刷面；巖性總體向上變細，底部的細礫巖向上變?yōu)榇稚?、中細砂，表現(xiàn)為明顯的分流河道沉積特征，多個沉積單元疊合起來產生廣泛分布的厚單元(圖5)。綜上分析，盒四段沉積體粒度較粗、礫石含量高、以牽引流沉積特征為主，河道砂體無典型的“二元結構”特征，為淺水三角洲平原亞相，主要包括辮狀河道沉積和越岸沉積微相。

圖5 康寧氣田盒四段典型井巖心特征描述

辮狀河道沉積以河流體系的高河道化，發(fā)育牽引流沉積構造，更深、更持續(xù)的水流和側向連續(xù)性為特征，以中砂到細礫巖為主，沉積單元包括互層的橫向沙壩或縱向沙壩或它們兩者的透鏡體，內部結構較為復雜。測井曲線多表現(xiàn)為高幅箱型、鐘型，底部突變，頂部漸變，具有反映河道側向遷移的正粒序結構，同時因為沉積過程中水動力環(huán)境的不穩(wěn)定性，測井曲線齒化現(xiàn)象明顯(圖6)。

圖6 康寧氣田盒四段典型測井相特征

4 基于地震沉積學方法的分流河道砂體刻畫

地震沉積學從廣義上講就是利用地震資料來研究沉積，狹義的地震沉積學是以現(xiàn)代沉積學和地球物理學為理論基礎，利用三維地震資料，經(jīng)過相位調整、地層切片、分頻屬性等分析，研究地層巖石宏觀特征、沉積結構、沉積體系、沉積相平面展布以及沉積發(fā)育史的地質學科[22-27]?；诔练e學研究最新的技術和方法，通過地震相位變換處理，建立地震同相軸與測井巖性的匹配關系；以等時地層切片為基礎，結合巖心相、測井相等資料，對全區(qū)進行沉積微相解釋，明確辮狀分流河道砂體空間展布規(guī)律；通過分頻屬性分析，充分利用地震資料的低、中、高頻帶信息刻畫不同厚度砂巖展布；最終明確康寧氣田盒四段淺水三角洲河道砂體展布規(guī)律，并建立相應沉積演化模式。

4.1 相位調整賦予巖性地層意義

在地震薄層條件下，通過將地震相位旋轉90°將反射波主瓣提到薄層中心，克服了零相位波的缺點。地震反射相對于砂巖層對稱而不是相對于地層頂?shù)捉缑鎸ΨQ，地震反射的同相軸與地質上的巖層對應，地震相位也就具有了巖性地層意義。經(jīng)-90°相位調整之后，康寧氣田大多數(shù)井的砂巖層都對應于地震波谷(紅軸)，不僅連續(xù)性好的砂巖都對應于連續(xù)性好的地震波谷，透鏡狀砂巖體與連續(xù)性較差的地震同相軸之間也有極好的對應關系(圖7)。經(jīng)-90°相位調整后的地震數(shù)據(jù)使地震道近似于波阻抗剖面，從而提高了剖面的可解釋性。

圖7 地震原始剖面與相位調整剖面對比

D1井區(qū)各井在盒四段均有厚層砂體發(fā)育，D1井測試情況較好，原始地震剖面上，D1-1D、D1、D1-6D井均位于同一波谷同相軸內部，同時原始地層切片也無明顯的砂體邊界特征，原始地震信息無法對D1井區(qū)進行砂體邊界識別。-90°地震體上可以明顯看出，D1-1D、D1井與D1-6D井位分屬不同河道砂體，與連井砂體對比特征吻合，相位反轉提頻體切片上也可見明顯的河道邊界特征(圖8)。

圖8 地震相位調整技術優(yōu)化井間砂體對比

4.2 地層切片技術預測分流河道展布

從沉積面(地質時代界面)上所提取的地震振幅能表示整個地震探區(qū)中某沉積體系的總體延伸。地層切片能夠拾取振幅型或結構異常型沉積體系，盒四段沉積地層(復合砂體)具備被地震信號識別出來的厚度，故通過對地震體提取地層切片，可對康寧氣田盒四段河道展布及演化進行分析。

盒四段在康寧氣田主要為三角洲平原沉積，發(fā)育有三角洲平原亞相辮狀分流河道、沙壩及河道間沉積微相。III砂層組砂體發(fā)育強度適中，河流由工區(qū)北部注入，在多個井區(qū)呈現(xiàn)砂體疊置特征。II砂層組砂巖發(fā)育強度高，多表現(xiàn)為河道側向疊置、垂向拼接，以復合砂體展布為特征，波谷同相軸反射強度大，厚層砂巖發(fā)育范圍廣。I砂層組砂巖發(fā)育強度較弱，河流注入方向為工區(qū)的北部，沉積范圍局限在研究區(qū)北部、東北部地區(qū)，主要發(fā)育由北向南的三條辮狀分流河道，南部泥巖發(fā)育。

通過本次研究，地震屬性和井信息獲得了相一致的解釋結果，即該區(qū)盒四段辮狀河三角洲平原依次經(jīng)歷了水退進積(III)、水進退積(II)、水進退積(I)的演化過程，II砂層組砂巖發(fā)育強度最大，河道砂體交匯頻繁，I砂層組整體位于高位體系域，河道發(fā)育強度小，以泥巖沉積為主(圖9)。

圖9 康寧氣田盒四段各砂層組地層切片分析

4.3 地震分頻屬性識別不同厚度砂體

在地層切片技術預測河道展布的基礎上，將地震屬性分析與分頻解析結合起來，利用分頻解析后的結果進行地震屬性的提取與分析[28-29]，繼而通過地震分頻屬性對河道帶內不同厚度砂體進行預測。在進行頻譜分解時，采用時間-頻率連續(xù)小波變換，以10 Hz為間隔獲得10～60 Hz的調諧能量體，并在此基礎之上提取各砂層組振幅屬性，分析不同頻率下各砂層組屬性與砂體展布及沉積相之間的對應關系(圖10)。

可以看到，分頻之后不同頻率屬性之間及與原始地震屬性(圖10a)相比不僅是振幅強度的變化，而且形態(tài)差異也很大。原始地震體反映的是一個綜合信息，振幅強度范圍跨度最大，它是各頻率的一個疊合，在平面形態(tài)上無明顯的規(guī)律可循。在D2井區(qū)內，D2井發(fā)育厚層砂巖，波谷同向軸呈強反射特征，測井曲線呈箱型特征，在40 Hz分頻屬性上有明顯響應(圖10c)；D2-2D砂體發(fā)育強度較弱，在地震上表現(xiàn)為弱反射特征，D2-2D井北部同向軸逐漸過渡為強反射特征(圖10e)，推測為厚層砂巖發(fā)育區(qū)，但在40 Hz分頻屬性上無砂巖顯示，反而在20 Hz分頻屬性上有明顯砂巖響應(圖10b)。通過分頻屬性分析，不同厚度的砂體可以更加直觀地展現(xiàn)出來，并可據(jù)此刻畫盒四段分流河道砂體和沙壩砂體(圖10d)。

圖10 II砂層組分頻體最大波谷振幅屬性對比分析

5 沉積演化特征及油氣勘探開發(fā)意義

在明確康寧氣田盒四段沉積類型的基礎上，依據(jù)相位調整、地層切片、分頻屬性等成果綜合分析，對沉積參數(shù)分布規(guī)律、沉積相平面展布和垂向演化特征等進行詳細的探討，并建立相應沉積演化模式。

5.1 沉積微相展布與演化

III砂層組處于低位體系域，基準面持續(xù)上升，發(fā)生水進事件，沉積體發(fā)育范圍較廣，物源主要來自于北部地區(qū)。研究區(qū)中北部鉆遇較厚層河道砂體，呈條帶狀分布，并在部分井區(qū)井發(fā)育厚層沙壩砂體，南部河道發(fā)育規(guī)模相對較弱(圖11c)。II砂層組初期水位達到最低，此時物源供給最為充足，辮狀分流河道最為發(fā)育，延伸范圍最廣，呈條帶狀分布，普遍發(fā)育沙壩，呈土豆狀、塊狀分布，來自北部的多條河道合并成為一個更大的沉積體，平面分布差異較大，河道期次多變，隨后經(jīng)歷較長時期的水進過程，整體呈水體逐漸擴張(圖11b)。I砂層組初期，整體處于高水位，沉積速率慢，物源供給不足，沉積了大套厚層色深質純的泥巖或粉砂質泥巖，后期砂巖發(fā)育程度較低，呈條帶狀、樹枝狀分布，砂體拼接、疊置現(xiàn)象少；辮狀分流河道分布范圍較II砂層組明顯縮小，大部分地區(qū)皆被越岸沉積覆蓋，無勘探開發(fā)潛力(圖11a)。

圖11 康寧氣田盒四段各砂層組沉積相

研究區(qū)位于辮狀河三角洲平原亞相，河道砂體占主導地位，主要呈條帶狀、樹枝狀分布，河道擺動和分叉較多，辮狀河道的沉積單元包括互層的橫向沙壩或縱向沙壩。以河流體系的高河道化，發(fā)育牽引流沉積構造，更深、更持續(xù)的水流和很好的側向連續(xù)性為特征。沉積相展布具有“河道為主，沙壩發(fā)育，側向遷移”的特征。盒四段表現(xiàn)為低度的地勢起伏，地形坡度南高北低，但相對較緩，沉積區(qū)距離物源相對較近，物源持續(xù)性供給，III低位和II水進域時期多期砂體疊置是形成盒四段厚層砂巖、砂礫巖展布的核心成因(圖12)。

辮狀分流河道剖面呈頂平底凸的透鏡狀，河床中心最厚，巖性主要為灰白色中砂到細礫巖，巖石結構成熟度較低，沉積構造同樣表現(xiàn)為牽引流特征，單個河道充填的沉積體向上粒度變細，底部常存在沖刷面，垂向上可表現(xiàn)為多個正粒序的河道疊加。河道沙壩巖性較粗，為雜色礫巖、含礫砂巖及砂巖，結構成熟度較低，發(fā)育側向交錯層及沖刷面構造，見平行層理和板狀、槽狀交錯層理。越岸沉積(河道間沉積)受辮狀分流河道的遷移擺動影響，其寬度變化較大。巖性為粉砂巖、泥巖，沉積環(huán)境相對平靜，物源供給不足，在研究區(qū)分布范圍較廣(圖12)。

圖12 康寧氣田淺水三角洲沉積演化模式

5.2 油氣勘探開發(fā)意義

已鉆井測試和投產結果表明，盒四段是康寧氣田的重要產層，勘探開發(fā)潛力較大，具備以下地質特征：①分流河道砂體分布范圍廣，呈斷續(xù)條帶狀展布，寬度多介于500～1 000 m，單層厚度1.5～5.0 m，沙壩砂體在分流河道帶內呈透鏡狀分布，單層厚度多大于6 m；②分流河道砂體巖性多為細—粗砂巖、含礫細砂巖等，孔隙度介于6.2%～8.9%，滲透率多介于0.5～2.4 mD；沙壩砂體巖性多為含礫中砂巖、含礫粗砂巖，孔隙度介于8.6%～9.8%，滲透率多介于1.8～3.2 mD；③對康寧氣田盒四段氣層發(fā)育相帶進行統(tǒng)計，39%的氣層分布在分流河道微相內，氣層測試無阻流量多介于(0.5～1.5)×104m3/d，61%的氣層分布在沙壩微相內，氣層測試無阻流量多介于(2～6)×104m3/d。

通過對康寧氣田盒四段沉積特征和產能特征的分析，淺水三角洲的分流河道微相和沙壩微相是產能貢獻的主力沉積相帶，沙壩微相產能特征優(yōu)于分流河道微相，為巖性油氣藏的形成提供了有利的儲集空間。因此，應用地質和地震沉積學手段探討康寧氣田主力產層內部沉積展布格局、演化規(guī)律等，刻畫優(yōu)質儲層的分布范圍，為致密氣井位調整、實現(xiàn)增儲上產、高效開發(fā)打下堅實基礎，同時形成關鍵技術和流程，推廣到其他層段和類似區(qū)塊。

6 結論

1)康寧氣田盒四段III砂層組處于低位體系域，物源間歇性供給，砂體多發(fā)育于底部，發(fā)育由厚到薄層的不規(guī)則砂巖；地層結構以切疊式、橋接式為主。II砂層組處于湖侵體系域，物源持續(xù)供給，砂體多發(fā)育于頂部和底部，地層結構以切疊式為主，砂體在水進初期垂向疊置、側向切割頻繁，亦多呈復合砂體形態(tài)展布。I砂層組處于高位體系域，基準面逐漸上升，整體砂巖厚度較小，砂體展布規(guī)模有限。

2)將地震沉積學應用在康寧氣田淺水三角洲沉積體系精細研究中，建立了以沉積學和地震沉積學為理論基礎的淺水三角洲河道砂體刻畫技術體系，即：①層序理論指導構建井震結合砂組格架，②相位調整技術賦予地震巖性地層意義，③地震地層切片明確砂體展布規(guī)律，④分頻屬性精細刻畫不同厚度砂體展布。

3)盒四段以河流體系的高河道化，發(fā)育牽引流沉積構造，更深、更持續(xù)的水流和很好的側向連續(xù)性為特征。沉積相展布具有“河道為主，沙壩發(fā)育，側向遷移”的特征。III低位和II湖侵體系域時期多期砂體疊置是形成盒四段厚層砂巖、砂礫巖展布的核心成因。淺水三角洲分流河道微相和沙壩微相是產能貢獻的主力沉積相帶，為巖性油氣藏的形成提供了有利的儲集空間。