東海陸架盆地西湖凹陷平湖斜坡帶平湖組煤系地層地震沉積學(xué)研究

張?zhí)m，何賢科，段冬平，常吟善，汪文基，劉英輝

中海石油（中國(guó)）有限公司上海分公司，上海 200335

西湖凹陷平湖斜坡帶油氣資源豐富，主要含油氣層系為始新統(tǒng)平湖組和漸新統(tǒng)花港組[1]。其中，平湖組為一套海陸過(guò)渡的含煤地層，地層埋深大，砂、泥、煤巖性組合復(fù)雜[2-4]。在此背景下，平湖組沉積相研究往往局限于單個(gè)氣田，趨于碎片化，對(duì)區(qū)域沉積形態(tài)的精細(xì)研究一直是本區(qū)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。地震沉積學(xué)是研究沉積體形態(tài)、建立沉積演化模式的重要方法之一[5-6]。但鑒于本區(qū)巖性組合復(fù)雜，地震沉積學(xué)關(guān)鍵技術(shù)90°相位轉(zhuǎn)換和地層切片法在此受到諸多限制，難以滿足生產(chǎn)需求。

本文綜合地震、巖芯、測(cè)井等資料，在高精度層序地層格架之下，基于地震沉積學(xué)原理，重點(diǎn)從3 個(gè)方面對(duì)地震沉積學(xué)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，重構(gòu)區(qū)域沉積體系，深入探討了斜坡帶平湖組的沉積演化特征，對(duì)該區(qū)隱蔽油氣藏的鉆探具有重要的指導(dǎo)意義。

1 地質(zhì)概況

西湖凹陷構(gòu)造演化經(jīng)歷了斷陷期（古新世—始新世）、拗陷期（漸新世—中新世）和區(qū)域沉降期（上新世—第四紀(jì)）三個(gè)演化階段[7-8]。地層由下向上為古新統(tǒng)，始新統(tǒng)寶石組、平湖組，漸新統(tǒng)花港組，中新統(tǒng)龍井組、玉泉組、柳浪組以及上新統(tǒng)三潭組和第四系東海群（圖1）[9-10]。

圖1 西湖凹陷平湖斜坡帶綜合地質(zhì)圖Fig.1 Comprehensive geological map of the Pinghu Slope, the Xihu Sag

平湖斜坡帶位于西湖凹陷平湖構(gòu)造帶中段，目前平湖斜坡帶已勘探開(kāi)發(fā)的氣田主要包括北部的T 氣田和南部的P 氣田（圖1）[11-12]。始新統(tǒng)平湖組為半封閉海灣環(huán)境，主要發(fā)育潮坪、受潮汐影響的三角洲沉積。前人將平湖組分為上、中、下三段，本次重點(diǎn)研究平湖組上段、中段，巖性組合為一套海陸過(guò)渡沉積體系的碎屑巖系，砂、泥、煤互層分布[13-14]。

2 高精度層序地層格架

前人將西湖凹陷平湖組劃分為3 個(gè)三級(jí)層序SQ3、SQ2、SQ1，分別對(duì)應(yīng)平湖組上、中、下三段（圖1）[15]。筆者深入分析斜坡帶平湖組煤系地層的井震響應(yīng)特征，綜合地震、巖芯、測(cè)井等資料建立平湖組上段、中段高精度等時(shí)地層格架。

2.1 層序界面識(shí)別

斜坡帶平湖組煤層頻繁發(fā)育，含煤系數(shù)約4%，其中在大范圍內(nèi)連續(xù)穩(wěn)定發(fā)育的主煤層具有低密度、高中子、高聲波、高電阻特征，常與碳質(zhì)泥巖、暗色泥巖伴生，煤層厚度相對(duì)大（2～5 m），常表現(xiàn)為一套穩(wěn)定的煤層、碳質(zhì)泥巖及暗色泥巖組合，簡(jiǎn)稱為“泥煤組合”。由于煤層與砂巖的反射系數(shù)差異大，泥煤組合在地震剖面上表現(xiàn)為強(qiáng)連續(xù)、強(qiáng)振幅、“兩紅夾一黑”的平行地震反射特征（圖2、3），它形成于海平面持續(xù)上升、分布廣泛的濱岸平原沼澤和廢棄三角洲平原，代表某個(gè)時(shí)間段內(nèi)的最大海侵沉積產(chǎn)物，易于全區(qū)追蹤，可作為研究區(qū)良好的標(biāo)志層進(jìn)行等時(shí)地層對(duì)比。

圖2 研究區(qū)連井層序地層圖Fig.2 Sequence stratigraphic correlation of joint wells in the study area

2.2 層序地層劃分

本次在平湖組SQ3 和SQ2 內(nèi)部識(shí)別出MFS1/MFS2 兩套區(qū)域穩(wěn)定“煤泥組合”標(biāo)志層作為最大海泛面，由此將SQ2 細(xì)分為海侵域（12—9 砂組）和高位域（8 砂組）；SQ3 分為低位域（7 下砂組）、海侵域（7 上砂組）、高位域（6 及以上砂組）（圖2）。其中MFS2 是SQ2 內(nèi)部的最大海泛面，為研究區(qū)穩(wěn)定的海泛泥巖沉積，“兩紅夾一黑”地震反射明顯；界面上下巖性組合變化大，界面之下為巨厚的泥包砂特征，砂地比約13%，以高頻-強(qiáng)連續(xù)-中強(qiáng)振幅的平行反射為主；界面之上為SQ2 高位域沉積，砂泥互層，砂地比約26%，以中頻-中連續(xù)-中弱振幅的亞平行反射為主。SQ3 沉積時(shí)期，物源供給增強(qiáng)，低位域多見(jiàn)塊狀砂巖，砂地比高達(dá)40%，地震上為低頻-弱連續(xù)-中弱振幅特征；隨后海平面快速上升，區(qū)域覆蓋一套穩(wěn)定洪泛泥巖沉積；高位域地層增厚，研究區(qū)北部富砂，以低頻弱振幅、中差連續(xù)性反射特征為主，向南泥煤增多，地震反射增強(qiáng)（圖3）。

圖3 研究區(qū)地震層序地層圖位置見(jiàn)圖1 中AA’。Fig.3 Seismic sequence stratigraphic map of the study areaSee Fig. 1 AA' for the position.

3 地震沉積學(xué)優(yōu)化技術(shù)

地震沉積學(xué)已成為沉積學(xué)研究的重要技術(shù)手段，但隨著研究對(duì)象的復(fù)雜化，研究手段也不再局限于90°相位轉(zhuǎn)換和地層切片兩項(xiàng)技術(shù)，特別是陸相盆地，等時(shí)地震標(biāo)志層較少，巖性分布復(fù)雜，波阻抗呈多極分布，依靠90°相移體校定巖性很困難[16]。為了提高地層切片的巖性解釋水平，本文加強(qiáng)研究區(qū)巖石物理分析，引入AVO 梯度體開(kāi)展地震屬性與巖性關(guān)系分析，并進(jìn)一步探索振幅、相位、頻率多屬性融合分析技術(shù)。這些技術(shù)能深度挖掘地震信息的潛能，從而有效地改善地震屬性的沉積相解釋精度和準(zhǔn)確性。并且，鑒于研究區(qū)南北氣田間沉積背景的差異，采用將不同屬性歸一化處理再拼接的思路，將原本碎片化的沉積相逐步拼接在一起，實(shí)現(xiàn)本地區(qū)連片沉積精細(xì)解釋。

3.1 多數(shù)據(jù)體迭代分析

研究區(qū)平湖組受多種水動(dòng)力影響，儲(chǔ)層相變快，油氣層有效厚度平均不足20 m[17]，埋深主要位于3 400～4 500 m，對(duì)應(yīng)地震資料主頻為30 Hz 左右，垂向分辨率較低（約25 m）。中淺層（3 400～3 900 m）縱波阻抗與巖性有較好的線性關(guān)系（圖4），利用90°相移體瞬時(shí)振幅屬性即可較好地表征巖性（圖5b效果好于圖5a）。深層（3 900～4 500 m）受壓實(shí)作用影響，砂巖和泥巖的縱波阻抗差異較小，90°相移體校定巖性比較困難（圖4），但泥巖-砂巖界面的偏移距-振幅曲線通常表現(xiàn)為負(fù)梯度特征，因此，在深層地層中，AVO 梯度體最小振幅屬性能較好地指示砂體（5c 效果好于圖5d）。基于上述巖石物理分析，筆者在常規(guī)90°相移體的基礎(chǔ)之上，結(jié)合AVO 梯度體開(kāi)展地層切片研究，并依據(jù)地質(zhì)形態(tài)開(kāi)展迭代分析，建立一套適用于本區(qū)的地層切片流程（表1）。

表1 地層切片數(shù)據(jù)體選取與流程優(yōu)化Table 1 Stratigraphic slice data set selection and procedure optimization

圖4 研究區(qū)砂泥巖縱波阻抗分布圖Fig.4 Distribution of longitudinal wave impedance of sand mudstone in the study area

圖5 不同深度段AVO 梯度體切片與90°相移體切片對(duì)比Fig.5 Comparison of AVO gradient body slices with 90° phase-shifting body slices for different depth segments

3.2 多屬性綜合分析

常規(guī)地震沉積學(xué)分析主要利用地層切片技術(shù)沿目標(biāo)層提取振幅類(lèi)屬性，振幅類(lèi)屬性反映的是縱波阻抗變化率，通常對(duì)應(yīng)儲(chǔ)層、流體的變化，易于識(shí)別地質(zhì)體主體形態(tài)[18]。但在地震信號(hào)信噪比較低、目標(biāo)層厚度薄時(shí)，單一振幅類(lèi)屬性難以得到清晰的地質(zhì)細(xì)節(jié)，對(duì)研究區(qū)井位部署影響較大。筆者探索了多屬性綜合分析方法，在地層切片屬性提取時(shí)從單一屬性擴(kuò)展到多屬性，引入頻率、相位、波形等屬性，此類(lèi)屬性在刻畫(huà)巖性邊界、透鏡體范圍、窄水道形態(tài)上效果突出，通過(guò)融合多屬性的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，刻畫(huà)不同規(guī)模的砂體展布特征，建立以多地震屬性為宏觀約束的優(yōu)勢(shì)相帶刻畫(huà)方法。

以研究區(qū)SQ3 高位域晚期2 砂組為例，該時(shí)期整體以河道沉積為主，北部T 氣田砂體發(fā)育，呈現(xiàn)砂包泥特征，南部P 氣田地層增厚，泥巖含量明顯增多（圖2），結(jié)合地震資料進(jìn)一步多屬性綜合分析2 砂組儲(chǔ)層特征：當(dāng)儲(chǔ)層厚度較大時(shí)（20～35 m），振幅類(lèi)屬性對(duì)砂體刻畫(huà)效果好，最大振幅屬性上河道呈南北向展布，寬度為1.2～2 km（圖6a），反映2 砂組沉積時(shí)期北北西方向物源為主物源，地震剖面上表現(xiàn)為低頻、中強(qiáng)反射的沖刷充填特征；但當(dāng)?shù)刭|(zhì)體規(guī)模小、儲(chǔ)層厚度?。?0 m 以下）時(shí)，振幅類(lèi)屬性難以得到清晰的地質(zhì)細(xì)節(jié)，平均瞬時(shí)頻率屬性（頻率類(lèi)屬性）和上循環(huán)周期屬性（波形類(lèi)屬性）卻清晰地識(shí)別出多條正西物源供給的小型分流河道沉積，自西側(cè)地貌高勢(shì)區(qū)向東匯入北西-南東向主河道，剖面上表現(xiàn)為同相軸相位的突變或者微幅下切和微幅丘型復(fù)波特征。綜合多屬性融合結(jié)果繪制2 砂組沉積微相圖，北部氣田鉆遇主水道，以塊狀砂巖為主，南部為次要物源供給區(qū)，以分支水道沉積為主，多屬性融合分析明確了本區(qū)沉積展布特征（圖6b-c）。

圖6 2 砂組地層切片及沉積學(xué)解釋Fig.6 The 2nd sand group multi-attribute stratigraphic slicing and sedimentological interpretation

3.3 地震相識(shí)別與拼接

鑒于研究區(qū)井位少、沉積環(huán)境復(fù)雜，地震相分析是沉積相研究的常用方法。但前人研究呈現(xiàn)“兩極分化”現(xiàn)象：① 研究范圍過(guò)大，宏觀模式化，精度難以滿足實(shí)際生產(chǎn)需求；② 單氣田內(nèi)研究精度高，但研究范圍過(guò)小，認(rèn)識(shí)碎片化，缺乏區(qū)域認(rèn)識(shí)[19]。本次研究在層序格架控制下，以沉積體系為核心，在斜坡帶優(yōu)選適合各氣田的數(shù)據(jù)體和屬性進(jìn)行拼接，井震結(jié)合重建區(qū)域沉積體系，明確優(yōu)勢(shì)相帶分布，實(shí)現(xiàn)區(qū)域沉積相精細(xì)化研究。

以SQ3 內(nèi)5 號(hào)砂組為例：南部P 氣田已鉆井上儲(chǔ)層欠發(fā)育，以泥巖為主（圖2），測(cè)井相多見(jiàn)指狀，巖芯上可見(jiàn)潮汐韻律層理及強(qiáng)烈生物擾動(dòng)等構(gòu)造（圖7），富泥背景下砂巖透鏡狀反射突出，常規(guī)振幅屬性上表現(xiàn)為典型潮坪沉積，東南部低帶發(fā)育一系列垂直岸線的倒樹(shù)枝狀潮道沉積，根部較寬，向陸方向?qū)挾茸冋敝料?，寬度?0～320 m（圖8a），地震剖面背景相為高頻、強(qiáng)振幅、平行反射，潮道為該背景下的小型透鏡狀反射（圖8d）。相比之下，北部T 地區(qū)儲(chǔ)層更為富集，測(cè)井相以箱型塊狀砂巖為主（圖2），地震背景相整體為低頻弱振幅、波狀反射特征（圖8c），受壓實(shí)作用影響，富砂及砂泥互層背景下常規(guī)振幅屬性難以有效區(qū)分砂泥巖，AVO 梯度體卻可以很好表征儲(chǔ)層，梯度屬性上可見(jiàn)中等規(guī)模三角洲平原分流河道形態(tài)。在等時(shí)格架約束下，將南部常規(guī)振幅屬性與北部AVO 梯度振幅屬性進(jìn)行歸一化處理后實(shí)現(xiàn)無(wú)縫拼接（圖8a），有效解決原有沉積認(rèn)識(shí)碎片化的問(wèn)題：連片屬性表明研究區(qū)南部受潮汐影響強(qiáng)，中小規(guī)模潮道頻繁發(fā)育，垂直岸線方向近東西向展布，向北潮汐作用減弱，河控作用增強(qiáng)，發(fā)育受潮汐影響三角洲沉積體系（圖8b）。

圖7 研究區(qū)平湖組沉積相標(biāo)志及演化特征Fig.7 Sedimentary facies markers and evolutionary characteristics of the Pinghu Formation in the study area

圖8 地震背景相識(shí)別與拼接實(shí)例Fig.8 Recognition of earthquake background phase and the examples of splicing

4 斜坡帶沉積相展布與演化

基于上述地震沉積學(xué)優(yōu)化研究，結(jié)合古地貌、以及巖芯-測(cè)井相標(biāo)定結(jié)果，輔以剖面地震相特征，對(duì)平湖組開(kāi)展典型地層切片沉積學(xué)解釋。

研究區(qū)地貌西北高、東南低，SQ2 沉積時(shí)期（8—12 砂組）整體物源供給相對(duì)弱，尤其海侵域砂地比低，以大段泥巖夾薄砂巖為主，測(cè)井曲線以指狀居多，受多重水動(dòng)力影響局部發(fā)育孤立箱型、鐘型分流河道、潮道和沿岸沙壩等中厚砂體（圖7）。10 砂組AVO 梯度切片（圖9）顯示受北西向物源影響，T 氣田發(fā)育三角洲平原分流河道沉積，自北向南展布，河道搬運(yùn)的沉積物在斷層下降盤(pán)入水堆積，受波浪改造發(fā)育沿岸沙壩，平行岸線分布。北部巖芯見(jiàn)塊狀砂巖、分選磨圓較差，局部可見(jiàn)沖刷面，指示受潮汐影響三角洲分流河道沉積（圖7）。南部P 氣田為地貌低勢(shì)區(qū)，水深相對(duì)較大，以潮間帶-潮下帶泥煤沉積背景為主，巖芯上潮汐韻律層理、雙黏土層和生物擾動(dòng)現(xiàn)象豐富（圖7），常規(guī)振幅屬性上可見(jiàn)孤立潮道自海向岸近東西向展布，邊緣平直且清晰（圖9），表明潮汐作用強(qiáng)烈，自海向陸寬度逐漸變窄直至消亡。

圖9 SQ2 海侵域多屬性地層切片及沉積學(xué)解釋?zhuān)?0 砂組）Fig.9 Multi-attribute stratigraphic slicing of the SQ2 transgressive system tract and the sedimentological interpretation(the 10th sand group)

SQ3 低位域（7 砂組）早期物源供給充足，以廣闊連片的建設(shè)型三角洲沉積為主，測(cè)井相為典型箱型、鐘型特征，巖芯以塊狀砂巖、含礫砂巖為主，局部可見(jiàn)沖刷面，反映分流河道充填特征（圖7）；低位域晚期以廣泛分布的泛濫平原泥煤沉積和孤立分流河道沉積為主。受北西物源影響，7 砂組多屬性地層切片（圖10）顯示孤立分流河道沿凹陷長(zhǎng)軸方向展布，寬約500～800 m，地震剖面上以復(fù)波反射為主（圖7），南部P 氣田分流河道凸岸一側(cè)伴生樹(shù)枝狀決口水道沉積，形態(tài)清晰。隨著海平面的升高，SQ3 海侵域時(shí)期，發(fā)育一套區(qū)域穩(wěn)定的海泛泥巖，地震剖面上為強(qiáng)振幅、中低頻、強(qiáng)連續(xù)性的“兩紅夾一黑”反射特征（圖3）。

圖10 SQ3 低位域多屬性地層切片及沉積學(xué)解釋?zhuān)? 下砂組）Fig.10 Multi-attribute stratigraphic slicing of the SQ3 low-stand systems tract and the sedimentological interpretation(the lower 7th sand group)

SQ3 高位域地層厚度較大，垂向上由受潮汐影響的三角洲-潮坪沉積體系逐漸演變?yōu)槿侵奁皆练e為主。5 砂組沉積時(shí)期，北部?jī)?chǔ)層富集，發(fā)育受潮汐影響的三角洲平原分流河道，向南潮汐作用為主，發(fā)育一系列倒樹(shù)枝狀潮道沉積（圖8）。隨著海平面進(jìn)一步下降，研究區(qū)河控作用增強(qiáng)，4 砂組沉積時(shí)期以三角洲平原分流河道-決口扇沉積為主，北西方向物源供給充足，近物源區(qū)T 氣田發(fā)育穩(wěn)定分布的厚層塊狀砂巖，向南砂地比降低（圖2），發(fā)育南北向三角洲平原分流河道沉積，平面形態(tài)為彎曲窄長(zhǎng)條狀，寬度為800～1 000 m，地震剖面上為典型微幅下切反射特征，分流河道凸岸一側(cè)發(fā)育決口扇；正西方向存在次要物源，發(fā)育北西-南東向小型三角洲平原分流河道，寬度50～100 m。向東水深增大，可見(jiàn)小型三角洲前緣朵葉體；研究區(qū)東南部為潮間帶—潮下帶砂坪沉積，局部可見(jiàn)早期殘存的斷控三角洲砂體（圖11）。平湖組晚期，地勢(shì)平緩開(kāi)闊，2 砂組發(fā)育大規(guī)模的南北向展布的三角洲平原分流河道，局部見(jiàn)北西-南東向分流河道向低部位的主水道帶匯聚（圖6）。研究區(qū)北部已鉆井位于平原主水道帶，呈現(xiàn)砂包泥特征，南部井主要鉆遇次要物源供給區(qū)，砂巖以薄箱型為主，局部可見(jiàn)潮汐韻律層理（圖7）。

5 結(jié)論

（1）本文深入分析了斜坡帶平湖組煤系地層的井震響應(yīng)特征，建立了高精度層序地層格架，并基于地震沉積學(xué)原理，重點(diǎn)從3 個(gè)方面對(duì)地震沉積學(xué)傳統(tǒng)兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化：① 用90°相位體和AVO 梯度體迭代分析，替代單一90°相位體進(jìn)巖性標(biāo)定；② 融合振幅、頻率、相位、波形等屬性，針對(duì)性地刻畫(huà)不同規(guī)模的砂體展布特征；③ 在地震地貌形態(tài)指引之下識(shí)別不同成因砂體地震相特征，進(jìn)行“地震相-沉積相”的有效轉(zhuǎn)化與氣田間的地震背景相拼接。

（2）研究區(qū)以北西物源為主，正西物源為輔，北部物源供給充足，發(fā)育受潮汐影響的三角洲，向南潮汐作用增強(qiáng)，以潮坪沉積體系為主。平湖組SQ2 為潮坪背景下的泥包砂特征，潮道垂直岸線方向近東西向發(fā)育，北部偶見(jiàn)受潮汐影響三角洲平原分流水道和前緣沙壩沉積；SQ3 低位域發(fā)育早期建設(shè)性三角洲和晚期孤立分流河道，水道自北向南展布，海侵域?yàn)閰^(qū)域穩(wěn)定沉積的海泛泥巖，高位域受次級(jí)海平面變化影響，垂向上由受潮汐影響的三角洲-潮坪沉積體系逐漸演變?yōu)槿侵奁皆至骱拥?決口扇沉積體系。物源-古地貌-水體綜合控制了平湖組沉積展布和縱向演化。