高頻層序劃分揭示斷陷深湖層系源儲共生發(fā)育規(guī)律

摘要 以北部灣盆地海中凹陷始新統(tǒng)流沙港組二段斷陷湖盆深湖沉積體系為例，以高分辨率層序地層學理論為指導，利用最大熵譜分析與小波變換分析技術對流二段進行高頻層序劃分，在對沉積體系發(fā)育規(guī)律分析的基礎上，通過流二段各五級層序深湖相烴源巖及湖底扇重力流相砂巖發(fā)育規(guī)律的分析，探討斷陷湖盆深湖層系源儲共生的發(fā)育規(guī)律。研究認為： INPEFA頻譜分析與小波變換分析技術可有效地運用于斷陷湖盆深湖層系高頻層序劃分;北部灣盆地海中凹陷深湖層系流沙港組二段可劃分為1個三級層序、2個四級層序、5個五級層序，其中2個四級層序以最大湖泛面為界分為湖泊擴張體系域（TST）與湖泊收縮體系域（HST）; 斷陷湖盆優(yōu)質厚層烴源巖往往發(fā)育于湖泊擴張體系域四級層序下部初始湖泛面（Ts）的五級層序內，雖然湖泊擴張體系域四級層序頂部最大湖泛面（Mfs）上下緊鄰的五級層序發(fā)育的烴源巖面積大，但厚度小，為次要烴源巖及良好的蓋層;湖泊擴張體系域四級層序中部的五級層序往往發(fā)育湖底扇重力流相儲層，其夾持發(fā)育于初始湖泛面及最大湖泛面附近的兩套烴源巖之間，可共同組成良好的“三明治”式生儲蓋組合，該套“三明治”式生儲蓋組合應是下一步非常規(guī)油氣勘探的重要區(qū)域。

關鍵詞 高頻層序;深湖層系;源儲共生規(guī)律;北部灣盆地;海中凹陷;流沙港組二段

中圖分類號：TE121? DOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2024-03-016

High-frequency sequence division reveals the intergrowth development regularity between source rocks and reservoirs of deep lake facies strata in the faulted depression：Taking the Eocene Liushagang 2 interval in Haizhong Depression， Beibuwan Basin as an example

JIANG Donghui

（Sinopec Shanghai Offshore Oil & Gas Company， Shanghai 200120， China）

Abstract Taking the deep lake sedimentary system of the Eocene Liushagang 2 interval in the Haizhong Depression， Beibuwan faulted lacustrine basin as an example， guided by the theory of high-resolution sequence stratigraphy， the high-frequency sequence division of the Liushagang 2 interval was carried out by means of the utilization of the maximum entropy spectrum analysis and wavelet transform analysis techniques; further， the source-reservoir intergrowth regularity of the deep lake strata in the faulted lacustrine basin was discussed， on basis of the analysis of the development rules of sedimentary system， and also the analysis of the development regularity of deep lake facies source rocks and sublacustrine fan gravity flow sandstones in the high-frequency grade-5 sequence of the Liu 2 interval. The research suggests：? INPEFA spectrum analysis and wavelet transform analysis technology can be effectively applied to the high-frequency sequence division in deep lake facies strata in the faulted lake basin; the Liu 2 interval in Haizhong depression of Beibuwan Basin can be divided into one grade-3 sequence， two grade-4 sequences and five grade-5 sequences， with the grade-4 sequence being divided into two system tracts of the lake expansional system tract （TST） and the lake contraction system tract （HST）， which are interfaced by the maximum flooding lake surfurce （Mfs）； High-quality thick source rocks in faulted lacustrine basins were often developed in the initial grade-5 sequence at the first lake flooding surface in the lower part of the lake expansional system tract of grade-4 sequence. Although the source rocks developed in the two grade-5 sequences closely under or over the maximum lake flooding surface at the top of the lake expansional system tract of grade-4 sequence are large in areal extent， but thin in thickness， which can thus be served as the secondary source rocks and most well cap rocks. The grade-5 sequence at the middle part of the grade-4 sequence in the lake expansion system tract often developed sublacustrine fan gravity flow facies reservoirs， which are sandwiched between the two sets of source rocks nearing the initial lake flooding surface and the maximum lake flooding surface， while all these together could form a good sandwich type source-reservoir-cap assemblage， which should be a follow-up field of unconventional oil and gas prospection.

Keywords high-frequency sequence; deep lake sedimentary system; source-reservoir intergrowth regularity; Beibuwan Basin; Haizhong Depression; Liu 2 Interval

斷陷湖盆的演化往往經(jīng)歷斷陷期、斷坳期、坳陷期3個構造階段［1］，斷陷期又可以分為初始斷陷期和強烈斷陷期。在強烈斷陷期，湖盆往往發(fā)育有深湖沉積層系，包括深湖—半深湖相泥頁巖及湖底扇重力流砂巖，深湖—半深湖相泥頁巖往往可以成為良好的烴源巖，湖底扇重力流砂巖往往可以成為良好的儲集層;學者們對二者的發(fā)育規(guī)律已分別做過大量研究［2-5］，但針對二者源儲共生的發(fā)育規(guī)律卻鮮有研究或者認識不清。北部灣盆地海中凹陷始新統(tǒng)流沙港組二段發(fā)育有典型的斷陷湖盆深湖沉積體系，深湖—半深湖相泥頁巖及湖底扇重力流砂巖發(fā)育良好［6］，是研究斷陷湖盆深湖層系源儲共生發(fā)育規(guī)律的良好載體。

利用高分辨率層序地層學進行高頻層序劃分，解剖分析烴源巖及湖底扇儲層在高頻層序中的發(fā)育位置和規(guī)律，可提供斷陷深湖層系源儲共生規(guī)律分析的鑰匙。Cross等在經(jīng)典層序地層學的基礎上提出高分辨率層序地層學后［7］，被廣泛運用于陸相湖盆高頻層序劃分；學者們通過基準面升降變化與沉積動力學，將旋回劃分為6個旋回級次，能夠更好地滿足源儲共生規(guī)律的精細分析［8-9］；而小波變換、INPEFA技術及頻譜分析等技術方法被廣泛運用于高頻層序定量分析中［10-12］。前人對北部灣盆地的構造、沉積、成藏做了大量的研究：在沉積方面研究認為，流沙港組二段為強烈斷陷期的沉積充填，主要發(fā)育深湖—半深湖、湖底扇及濱淺湖沉積體系［13］;在層序地層劃分方面，前人也有不少研究［14-16］，但層序地層劃分多是針對漸新統(tǒng)潿洲組［17-18］，針對始新世流沙港組層序劃分研究比較少，只將始新世流沙港組劃分為3個三級層序和6個四級層序［19］，而缺乏五級、六級高頻層序劃分，也缺乏高頻層序內源儲共生規(guī)律的深化研究。

本研究以高分辨率層序地層學為指導，利用最大熵譜分析與小波變換分析技術對北部灣盆地海中凹陷流沙港組二段進行高頻層序劃分，在對流二段沉積體系發(fā)育規(guī)律分析的基礎上，通過對流二段各五級層序深湖—半深湖相烴源巖及湖底扇重力流砂巖發(fā)育規(guī)律的分析，探討斷陷湖盆深湖層系源儲共生的發(fā)育規(guī)律。

1 區(qū)域地質概況

1.1 構造位置及構造單元劃分

北部灣盆地是南海最北部的一個古近紀NEE向展布的陸內裂谷盆地［20］，平面上，北部灣盆地可劃分為北部坳陷、企西隆起和南部坳陷3個二級構造單元［21-22］;北部坳陷位于北部灣盆地西北部，自北向南進一步劃分為潿西南凹陷、潿西南低凸起、海中凹陷等三級構造單元〔見圖1（a）〕，形成“凹-凸-凹”的構造格局［23］。

海中凹陷是北部灣盆地勘探程度較低的凹陷之一，其位于北部灣盆地北部坳陷西南部，為一北斷南超的箕狀凹陷，總體上表現(xiàn)為一個近東西向展布的簡單半地塹盆地;從南北向剖面看，海中凹陷整體呈雙層結構〔見圖1（b）〕，下部古近系呈半地塹結構，上部新近系呈坳陷結構［25］。本次研究區(qū)包括傳統(tǒng)認為屬于潿西南凹陷的D次洼。

1.2 地層、沉積及構造演化特征

海中凹陷古近系自下而上發(fā)育古新統(tǒng)長流組、始新統(tǒng)流沙港組、漸新統(tǒng)潿洲組，其下覆地層為前寒武系基底或者為古生界碳酸鹽巖，上伏新近系中新統(tǒng)下洋組。古新統(tǒng)長流組為初始斷陷期沉積，始新統(tǒng)流沙港組為強烈斷陷期沉積，漸新統(tǒng)潿洲組為斷坳期沉積（見圖2）。

古新統(tǒng)長流組主要為一套陸相沖積扇棕色砂礫巖沉積，始新統(tǒng)流沙港組主要為一套深湖—半深湖-三角洲碎屑沉積，漸新統(tǒng)潿洲組主要為一套濱淺湖-辮狀河三角洲-河流碎屑沉積，中新統(tǒng)下洋組為一套濱淺海相砂礫巖沉積［26］。始新統(tǒng)流沙港組可分為3段，流沙港組三段主要發(fā)育扇三角洲-濱淺湖碎屑沉積，流沙港組二段主要發(fā)育深湖—半深湖泥頁巖及湖底扇碎屑沉積，流沙港組一段主要發(fā)育濱淺湖-三角洲碎屑沉積;始新統(tǒng)流沙港組二段發(fā)育有良好的優(yōu)質泥頁巖烴源巖，漸新統(tǒng)潿洲組發(fā)育有良好的優(yōu)質砂巖儲層，同時，始新統(tǒng)流沙港組二段也發(fā)育有潛在的湖底扇砂巖儲層［27］。

2 海中凹陷始新統(tǒng)流二段高頻層序劃分

海中凹陷始新統(tǒng)流沙港組頂?shù)诪闃嬙旎顒釉斐傻牟徽辖佑|界面，因此為一個二級層序界面，其自下而上被劃分為3個三級層序，分別是流三段（Sq1）、流二段（Sq2）和流一段（Sq3）［19］。本次研究針以流二段三級層序進行高頻層序劃分。

2.1 流二段三級、四級地震層序界面特征

流二段三級層序界面和四級層序界面上下存在明顯的巖性轉變特征，在地震上有明顯的響應特征。在流二段頂?shù)捉缑?，上下地層為整合接觸，界面之上存在典型的連續(xù)上超地震反射特征。流二段上界面T5上下的地震同相軸的振幅存在明顯的差異，界面下上的地震反射由弱振幅反射特征轉變?yōu)閺娬穹瓷涮卣鳌惨妶D3（a）〕;流二段下界面T6界面上下的振幅強度相似，均為中—強振幅反射特征〔見圖3（b）〕。流二段四級層序界面上下的地震反射特征存在明顯的差異性，流二段中部最大湖泛面Sq2T界面之下，地層呈現(xiàn)出弱振幅反射特征，界面之上地層呈現(xiàn)出強振幅的反射特征〔見圖3（c）〕。綜上分析，在流二段識別出了1個三級層序和2個四級層序。

2.2 流二段四、五、六級高頻層序劃分

2.2.1 最大熵譜分析

Nio等人提出INPEFA測井旋回技術方法，通過INPEFA曲線的趨勢識別地層的旋回，利用INPEFA曲線的拐點識別地層的界面［11］。當海（湖）平面上升時，地層的泥質含量逐漸增加，地層呈現(xiàn)出正旋回，INPEFA曲線呈現(xiàn)正趨勢;當海（湖）平面下降時，地層泥質含量逐漸降低，地層呈現(xiàn)出反旋回，INPEFA曲線呈現(xiàn)負趨勢;負拐點代表潛在的洪泛面，正拐點可能代表層序界面［11， 29］。研究區(qū)流二段INPEFA曲線呈現(xiàn)出明顯的趨勢變化和拐點，INPEFA曲線的最大負拐點，對應最大湖泛面，將流二段劃分出兩個四級層序;再根據(jù)INPEFA曲線次一級的拐點特征，在流二段識別出了5個五級層序（見圖4）。

2.2.2 小波變換分析

小波變換的概念是由地球物理學家Morlet提出的，是通過對一維數(shù)據(jù)進行伸縮、平移將其分解成不同尺度的子信號，將數(shù)據(jù)中蘊含的旋回和突變信息直觀化［30］。GR曲線記錄了地層的泥質含量變化，能夠反映出沉積環(huán)境的變化，記錄了較為完整的沉積旋回和沉積界面的信息［31-32］。通過將連續(xù)小波（CWT-Dmey）和離散小波（DWT）的組合運用，能夠揭示GR曲線蘊含的不同周期和頻率的地層旋回及基準面變化［12］。

INPEFA分析的優(yōu)點是能夠直觀地反映地層旋回轉化界面，尤其是四、五級的界面特征，而小波變換對高級別旋回性識別能力強，對地層旋回界面的級別識別能力相對弱;但INPEFA曲線容易受到數(shù)據(jù)長度的影響，數(shù)據(jù)越長，INPEFA識別能力就會越低，小波變換則相對穩(wěn)定，因此進行高分辨率層序地層劃分時，最好將兩者對比使用。小波變化的d7、d8、d9曲線為高階細節(jié)信號曲線，曲線波動反映出高頻-低頻的沉積周期;其中d7反映高頻的旋回性，d9反映中低頻的旋回性，d8反映的旋回性介于二者之間。

本文選取d6、d7、d8細節(jié)信號曲線和連續(xù)小波（a=256），在流二段識別出1個長期旋回、5個中期旋回及13個短期旋回，分別對應三、五、六級層序（見圖4）。

以五級層序Ⅱ和Ⅲ之間的五級層序邊界為例，d7、d8及d9呈現(xiàn)出周期性變化，由高頻振幅波形轉變?yōu)榈皖l振幅波形;在頻譜上，由暖色調高能量能量團突變?yōu)槔渖{低能量能量團;在巖性上，由砂巖過渡為泥巖，這些特征表明界面上下地層沉積相出現(xiàn)了變化。研究中，INPEFA曲線和小波變換劃分結果具有一致性，為劃分的四、五及六級層序提供有力的佐證。

2.3 流二段聯(lián)井層序地層格架建立

通過地震剖面將流二段劃分為1個三級層序和2個四級層序，在此基礎上對測井資料運用小波變換和INPEFA分析測井曲線，在流二段劃分出了5個五級層序及13個六級層序，這些識別出的層序特征，在B1井、B2井、B5井及A2井具有相似性，橫向對比性強（見圖5）。

3 海中凹陷始新統(tǒng)流二段源儲共生規(guī)律

3.1 流二段深湖體系沉積特征

本次研究資料為三維地震資料（約1 200 km2），探井鉆測井資料6口（B1、B2、B3、B4、B5、A2井），其中取心井2口（B1井及B3井），巖心共計長度13.33 m〔見圖6（a）、（b）、（c）〕，兩口井巖心取心段均取到泥巖段，對應測井曲線為平直高GR段，其他巖性段（如測井特征高韻律指狀段）沒有取心。

3.1.1 流二段深湖相沉積特征

巖心相、測井相及地震相特征是油氣勘探區(qū)識別沉積相類型的最基本手段。海中凹陷流二段深湖相沉積表現(xiàn)特征為：①巖心相表現(xiàn)為灰黑色、深灰色頁巖及灰色泥巖，發(fā)育水平層理、塊狀層理;②測井相特征表現(xiàn)為平直高GR〔見圖6（d）〕;③地震相特征表現(xiàn)為平行—亞平行席狀反射〔見圖6（e）〕。

3.1.2 流二段湖底扇重力流相沉積特征

流二段湖底扇沉積表現(xiàn)特征為：①測井相特征表現(xiàn)為平直高GR背景下高韻律指狀;②地震相特征為碟狀-席狀反射、前積反射與高連續(xù)席狀反射組合、碟狀-席狀反射與高連續(xù)席狀反射組合（見圖7）。

研究區(qū)鉆井沒有針對湖底扇砂巖進行取心，因此缺乏湖底扇的巖心相分析，但通過測井相特征與湖底扇重力流沉積特征的類比可以確定出這種沉積相類型。湖底扇重力流沉積特征主要有2個：①砂泥互層高頻韻律;②沉積于深水泥巖的沉積背景中。研究區(qū)高韻律指狀測井段，剛好對應砂泥互層高頻韻律沉積，同時，高韻律指狀測井段上下地層為平直高GR測井相，對應了厚層深水泥巖沉積背景〔見圖8（a）〕。因此，高韻律指狀測井段符合了湖底扇沉積這2個沉積特征。

流二段湖底扇沉積可分為中扇、外扇亞相，可再分為濁積分支水道微相及濁積葉狀體微相〔見圖8（b）〕。

（a）B1井，流二段，灰黑色、深灰色頁巖及泥巖，1 711.91～1 717.84 m;（b）B3井，流二段，深灰色、灰色泥巖（中部夾薄層瀝青質），3 361～3 368.4 m;（c）B3井，流二段，深灰色泥巖，塊狀層理，3 364.1～3 364.71 m;（d）半深湖—深湖典型測井相;（e）平行—亞平行反射地震相。

3.2 流二段深湖體系各五級層序平面分布規(guī)律

在對研究區(qū)流二段各5個五級層序的地震相、地震屬性、五級層地層厚度及古地貌特征分析的基礎上，繪制了流二段各5個五級層序的沉積相平面圖。其中，流二段五級層序Ⅰ主要發(fā)育深湖—半深湖沉積〔見圖8（a）〕，流二段五級層序Ⅱ湖底扇最為發(fā)育〔見圖8（b）〕，五級層序Ⅲ、五級層序Ⅳ深湖—半深湖沉積范圍最大并發(fā)育零星湖底扇沉積〔見圖8（c）、（d）〕，但暗色泥巖厚度?。ㄒ妶D9）。

3.3 流二段源儲共生發(fā)育規(guī)律

3.3.1 流二段烴源巖及湖底扇重力流儲層發(fā)育規(guī)律

1）流二段烴源巖發(fā)育特征及分布規(guī)律。前人對海中凹陷流二段暗色泥巖樣品進行過分析測試，確定流二段TOC平均1.58％，機質類型主要為Ⅱ2型，烴源巖有機質組份主要為鏡質組和惰質組，少量腐泥組;流二段暗色泥巖大部分已進入成熟—過成熟生烴階段，具有較強的生排烴能力［33-34］。

綜合巖心、測井、地震相的巖性標定，確定暗色泥巖具有低頻、高連續(xù)、席狀地震反射特征，由這種地震相的追蹤確定了流二段暗色泥巖的分布范圍，再根據(jù)時深轉化確定了海中凹陷流二段暗色泥巖厚度圖〔見圖8（f）〕。對比流二段各5個五級層序沉積相平面圖〔見圖8（a）～（e）〕可以看出，第Ⅰ個五級層序主要發(fā)育深湖相，雖然五級層序Ⅲ、五級層序Ⅳ深湖相分布范圍更大，但其暗色泥巖發(fā)育厚度較小。因此說明，海中凹陷主力厚層烴源巖主要發(fā)育于流二段湖泊擴張體系域下部初始湖泛面位置的第Ⅰ個五級層序（見圖9）。

（a）碟狀-席狀反射地震相;（b）前積反射與高連續(xù)席狀反射組合地震相;（c）碟狀-席狀反射與高連續(xù)席狀反射組合地震相;（d）平直高GR背景下高韻律指型測井相。

2）流二段湖底扇重力流發(fā)育特征及分布規(guī)律。對比流二段各5個五級層序沉積相平面圖〔見圖8（a）～（e）〕可以看出，湖底扇重力流主要發(fā)育在流二段第Ⅱ個五級層序內，五級層序Ⅲ及五級層序Ⅳ僅有零星湖底扇沉積發(fā)育，說明湖底扇重力流沉積主要發(fā)育于湖泊擴張體系域中部的五級層序（見圖9）。

3.3.2 流二段源儲共生發(fā)育規(guī)律

海中凹陷主力厚層烴源巖主要發(fā)育于流二段湖泊擴張體系域四級層序下部初始湖泛面（Ts）的五級層序Ⅰ，湖泊擴張體系域四級層序頂部最大湖泛面（Mfs）上下緊鄰的五級層序Ⅲ、五級層序Ⅳ發(fā)育的烴源巖雖然面積大，但厚度小，為次要烴源巖及良好的蓋層;湖泊擴張體系域四級層序中部的五級層序Ⅱ往往發(fā)育湖底扇重力流沉積儲層，其夾持發(fā)育于初始湖泛面及最大湖泛面附近的兩套烴源巖之間，二者共同組成良好的“三明治”式生儲蓋組合（見圖9、圖10），該套“三明治”式生儲蓋組合應是下一步非常規(guī)油氣勘探的重要領域。

4 結論

1）INPEFA頻譜分析與小波變換分析技術可有效地運用于斷陷湖盆深湖層系高頻層序劃分；北部灣盆地海中凹陷深湖層系流二段可劃分為1個三級層序、2個四級層序、5個五級層序及13個六級層序，其中2個四級層序以最大湖泛面為界分為湖泊擴張體系域（TST）與湖泊收縮體系域（HST）。

2）斷陷湖盆優(yōu)質厚層烴源巖往往發(fā)育于湖泊擴張體系域四級層序下部初始湖泛面（Ts）五級層序內，湖泊擴張體系域四級層序頂部最大湖泛面（Mfs）上下緊鄰的五級層序發(fā)育的烴源巖雖然面積大，但厚度小，為次要烴源巖及良好的蓋層;湖泊擴張體系域四級層序中部的五級層序往往發(fā)育湖底扇重力流沉積儲層，其夾持發(fā)育于初始湖泛面及最大湖泛面附近的兩套烴源巖之間，共同組成良好的“三明治”式生儲蓋組合，該套“三明治”式生儲蓋組合應是下一步非常規(guī)油氣勘探的重要領域。

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（編 輯 雷雁林）

基金項目：國家自然科學基金重大項目（41390451）

第一作者：江東輝，男，博士，高級工程師，從事海洋石油地質和區(qū)域地質研究，jiangdonghui.shhy@sinopec.com。