荔湾3-1井区珠江组深水扇高分辨率层序分析及应用①

王昌勇 杨宝泉 高博禹 胡晓庆 朱国金 郑荣才

(1.成都理工大学沉积地质研究院 成都 610059;2.中国海洋石油总公司研究总院 北京 100027)

荔湾3-1井区珠江组深水扇高分辨率层序分析及应用①

王昌勇1杨宝泉2高博禹2胡晓庆2朱国金2郑荣才1

(1.成都理工大学沉积地质研究院 成都 610059;2.中国海洋石油总公司研究总院 北京 100027)

以高分辨率层序分析为指导思想,以岩芯和测井分析为基础,结合地震资料对荔湾3-1井区珠江组下部深水扇沉积层序界面和海泛面成因类型进行综合研究,探讨了深水扇短期旋回结构类型和分布规律,建立了主要产层时间-地层格架,并对地层格架中的小层砂体进行劈分和等时追踪对比,讨论了不同基准面旋回条件下储层发育特征。通过层序-岩相古地理编图,结合GR约束反演,刻画了不同发育阶段深水扇砂体展布特征,建立了深水扇水道砂体的时空间展布模式,对今后深水扇型油藏的砂体预测具有重要借鉴意义。

深水扇 高分辨率层序 层序结构 珠江组 白云凹陷 荔湾井区

0 引言

图1 荔湾3-1井区构造位置图(据庞雄等,2007)Fig.1 Regional geology of Liwan 3-1 area

近年来,在国内外多个地区深水扇沉积体系中发现了商业性油气藏,深水扇型油气藏逐渐成为油气勘探的一个新领域[1～4],我国南海北部珠江口盆地白云凹陷的荔湾3-1井区珠江组下部即发育此类深水扇型油气藏(图1),但该深水扇研究程度较低,储层分布规律尚处于探索阶段,砂体展布预测主要依赖于地震资料解释。高昂的钻采费用要求砂体预测需要达到很高精度,但由于地震资料分辨率的局限性,很难达到精确描述砂体三维形态的目的,迫切需要综合钻井、测井资料对小层砂体进行精细刻画,基于此目的,本次研究综合井、震资料对荔湾3-1井区珠江组深水扇沉积进行高分辨率层序地层分析。

1 层序界面的识别

高分辨率层序地层分析中的“界面”主要包括两种类型:其一为层序的顶底界面(即层序界面),其二为层序内部海平面由升到降的转折面(即海泛面)[5]。本次研究首先根据地震剖面特征、测井曲线形态及岩芯资料,在珠江组下部地层中识别出2个对应于构造幕式活动变化的Ⅲ类层序界面[6]及1个最大海泛面,以此作为全区宏观层序划分和对比依据,结合测井解释和岩芯资料,将珠江组下部深水扇沉积划分为1个长期旋回、3个中期和5个短期旋回层序(分别相当于Vail提出的Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级层序,表1),确定产层为MSC1中期旋回层序。

1.1 界面测井曲线特征及识别标志

LSC1长期旋回层序界面底界(亦即珠江组与珠海组分界)位于箱型或钟型GR曲线底部,表现为大型冲刷面,该界面对应于距今23.8 Ma的白云运动[7],之下一般为珠海组前陆架边缘三角洲泥岩[8],之上为珠江组深水扇水道砂岩;LSC1长期旋回层序界面顶界位于GR曲线指状低值与齿状较高值转折处,表现为相关整合面,该界面为深水扇与盆地相变面,之下发育低密度浊流沉积的粉砂岩,之上为大套含抱球虫灰质泥岩;长期旋回层序最大海泛面LMFS表现为测井曲线单向脉动性移动达低幅极限位置后折向增高的转换点位置,位于大段高GR泥岩中上部(图2)。

表1 荔湾3-1井区珠江组高分辨率层序划分方案Table1 High-resolution sequence stratigraphic division of Zhujiang Formation of Liwan 3-1 area

1.2 界面地震剖面特征及其识别标志

根据地震合成记录标定结果,珠江组与珠海组分界的LSC1长期旋回层序底界在地震剖面上表现为强连续反射第二相位,为典型标准反射层和易于连续稳定追踪的反射界面。位于珠江组内部的LSC1长期旋回层序顶界在地震剖面上具有中强反射的单一相位特征,横向连续性虽然不太好,但特征明显,可稳定追踪,是典型的地震层序界面(图3)。

2 层序基本类型及其分布规律

由于受不同成因类型的界面控制,荔湾3-1井区珠江组下部地层基准面旋回层序发育2种基本结构类型,分别反映不同的沉积环境和水动力条件。

2.1 向上“变深”非对称型旋回结构(A型)

此类层序只在短期旋回层序中发育,其顶、底界面均为规模较大的冲刷面,层序内仅保留基准面上升半旋回沉积记录,层序主体主要为水道化的细-粗粒砂岩构成,与粉砂岩和泥岩组成向上变细“加深”的沉积序列(图2)。此类层序一般形成于A/S<1的过补偿条件下(其中A为可容空间增量,S为沉积物通量,下同),可细分为A/S≪1低可容纳空间(A1型)和A/S<1的高可容纳空间(A2型)2种亚类型[9]。

2.2 对称型旋回结构(C型)

图2 荔湾3-1井区珠江组下部短期旋回层序的基本类型(LW3-1-D井)Fig.2 Structure types of the short term cycle sequence of the Lower Zhujiang Formation in LW3-1 area

此类层序形成于沉积物供给速率等于或小于可容纳空间增长率(A/S≥1)的弱补偿至欠补偿条件下[9],主要由细砂岩、粉砂岩及泥岩组成向上变细复变粗的沉积旋回,为一个相对完整的海侵海退序列,在短期旋回层序中最为常见。C型短期旋回层序界面多为小型冲刷面,少量为相关整合面,由海泛面将层序劈分为基准面上升和下降两个半旋回,按上升与下降半旋回厚度变化,可细分为以上升半旋回为主的不完全对称型(C1型)、上升半旋回与下降半旋回近于相等的对称型(C2型)和下降半旋回为主的不完全对称型(C3型)3个亚类型(图2)。

图3 LW3-1-B、LW3-1-D井层序界面地震剖面特征Fig.3 Seismic profile with sequence boundary ofWell LW3-1-B&LW3-1-D

图4 荔湾3-1井区珠江组深水扇中期和短期旋回层序结构类型、叠加样式和分布模式Fig.4 Distribution,structure and stacking pattern correlation of themiddle-short term cycle sequence of Zhujiang Formation in Liwan3-1area

2.3 不同结构类型层序分布模式

荔湾3-1井区珠江组中,不同结构类型的短期旋回层序分布具有特定的规律性(图4),区域上明显受基准面上升期有效可容纳空间向物源方向溯源迁移,而下降期间则向盆地方向顺源迁移的双向变化过程和有效可容纳空间变化机制控制。中新世珠江组沉积期,荔湾3-1井区位于深水扇中扇附近,其不同结构特征的短期旋回层序分布有如下几个基本特点:

①A型短期旋回层序主要分布在水道活动区,C型短期旋回层序主要分布在水道间漫溢沉积区;

②在主水道下部以砂质碎屑流沉积为主,下切侵蚀强烈和充填快速,以发育A1型短期旋回层序结构,在分支水道或水道侧翼,流体能量减弱、沉积速率降低,主要发育A2型短期旋回层序结构;

③从主水道向分支水道及水道间漫溢方向,短期旋回层序的结构类型呈现出A1型-A2型-C1型-C2型-C3型变化规律(图4),层序结构的垂向演化同样存在这一特征(图2)。

深水扇沉积体系中短期旋回层序结构以A1型、A2型、C1型及C2型为主,缺少B型层序结构类型,反映深水扇沉积物供给通量较为充足。位于大陆斜坡之上的峡谷是沉积物堆积的主要场所,基准面上升时期大量砂质沉积物快速堆积充填峡谷,而基准面下降期大量沉积物则被搬运至更深海域,在研究区缺失或仅留下少量沉积记录。同时,扇体内部短期旋回层序的垂向演化序列具有向上A/S值逐渐增大的特征,说明这一沉积时期相对海平面逐渐升高,深水扇有向岸迁移的趋势。

3 层序地层格架

层序地层格架,系指将同时代形成的岩层有序地纳入相关年代的时间-地层对比格架中,在此基础上进行等时地层对比和描述地层叠置样式的地层学研究方法[10],在时间-地层格架中所标定的岩层具有同步沉积演化序列,能为有利层位及有利相带预测提供可靠的地质模型。

3.1 等时地层格架

图5 荔湾3-1井区珠江组下部层序等时地层格架及砂体分布Fig.5 Sequence stratigraphic framework of the Lower Zhujiang Formation in LW3-1 area and isochronous correlation of small sand-body layers

按地层基准面原理将小层砂体纳入各短期时间尺度发现:LW3-1-A及LW3-1-C井明显缺失珠海组末期沉积记录,在珠江组内部LW3-1-B及LW3-1-D井各短期下降半旋回沉积记录有不同程度的缺失(图5),反映珠江组深水扇发育的不同时期,水道活动区不断发生迁移,深水扇发育初期,靠近盆地一侧的LW 3-1-A及LW3-1-C井附近为主水道活动区,下伏珠海组晚期沉积因遭受珠江组早期低位扇强烈侵蚀而缺失,深水扇发育中、晚期,主水道活动区迁移至更靠物源的LW3-1-B及LW3-1-D井附近,导致水道中主要发育A型短期旋回层序。

3.2 地层格架中的储层发育特征

通过层序地层对比及GR约束地震反演成果发现,研究区珠江组深水扇沉积砂体主要分布在中期旋回层序MSC1上升半旋回相域,其中LW3-1-A及LW3-1-C井砂体主要发育在SSC1上升半旋回相域, LW3-1-B及 LW3-1-D井砂体主要发育在 SSC2和SSC3上升半旋回相域,基准面下降半旋回相域几乎不发育砂体(图5)。上述特征表明:

①当基准面呈初始上升状态时,深水扇水道沉积最为活跃,以发育向盆地低部位下超、向高部位上超的主动进积序列为特征,非常有利于储集砂体的发育;

②伴随海平面上升幅度逐渐加大靠近最大海泛面附近、有效可容纳空间向物源方向迁移,深水扇向物源方向退缩,沉积物变细,形成向上变细的退积序列,此时水道容易发生改道,泥质隔层增多,当海平面上升至中期海泛面后,为深水扇提供物源的陆架边缘三角洲前缘将向岸退积越过坡折,导致深水扇水道突然消失,但来自前三角洲的物源仍能以低密度浊流的形式搬运到研究区;

图6 砂体平面展布特征图(A。波阻抗属性图;B。振幅属性图;C.GR反演砂体图;D。珠江组下部深水扇沉积相图及砂体等厚图,虚线框为图E、F范围;E.SSC1砂体等厚图;F.SSC2+3砂体等厚图)Fig.6 Sandstone distribution of deepwater fan(A.wave impedance attributemap;B.amplitude attributemap;C.sand body distribution by GR inversion;D.Sedimentary distribution and isolinemap of deepwater fan of Lower Zhujiang Formation,the dashed correspond to range of figure B&C;B.Isolinemap of SSC1;C.Isolinemap of SSC2&SSC 3)

③可容纳空间变化对深水扇沉积的影响极为明显,伴随海平面的下降和有效可容纳空间向盆地方向的迁移,研究区深水扇水道中的沉积物随重力流搬运至更深海域,此时荔湾3-1井区以南可能为更为有利的储层发育区。

由此可见,对应基准面升降过程的可容纳空间变化机制,是控制深水扇沉积体系短期基准面旋回结构和储层有序分布的主要因素。

4 沉积层序编图及砂体预测

4.1 层序-沉积相编图

以层序地层对比为依据,选取深水扇水道主要发育的MSC1上升半旋回相域为编图单元,主要根据三维地震资料解释和GR约束地震反演成果对珠江组下部深水扇砂体进行了预测,结果显示:砂岩发育区具有强波谷振幅和低波阻抗属性的特征(图6A、图6B),地震三维工区内砂体主要呈北西-南东向或近南北向展布,研究区北部为水道砂体主要发育区,南部主要为大陆斜坡相泥岩发育区(图6D),大部分区域砂岩累积厚度大于20 m(图6C、图6D)。

通过层序地层对比发现荔湾3-1井区珠江组下部深水扇水道主要由两个砂体构成,其中砂体Ⅰ发育于短期旋回SSC1之中,砂体Ⅱ则横跨SSC2和SSC3两个短期旋回层序,以此,本次研究选取SSC1、SSC2 +3为编图单元,以区内4口钻井钻遇厚度为依据,以地震反演预测的深水扇水道形态(图6D)为指导,结合层序地层格架和小层砂体对比成果,分别编制研究区两个主要小层砂体的厚度等值线图。编图发现:研究区水道砂体分为两支,其中砂体Ⅰ厚度较小,一般不超过10 m,近南北向砂体厚度相对较大(图6E);砂体Ⅱ厚度可达30 m,北西-南东向砂体最为发育(图6F)。

4.2 砂体预测

根据砂体厚度平面分布特征,结合层序地层对比成果,对小层砂体进行刻画和描述,并预测其时空分布规律。层序地层对比发现:LW3-1-C及LW3-1-A井明显缺失部分珠海组末期沉积记录,而LW3-1-B及LW3-1-D井无明显的地层缺失(图5),反映LW3-1-C及LW3-1-A井位于下切能力最强的主水道附近,结合砂体厚度分布特征(图6E),确定SSC1沉积时期LW3-1-A井位于主水道中央,LW3-1-C井位于主水道侧翼,LW3-1-B及LW3-1-D井位于分支水道侧缘或水道间漫溢,主水道过LW3-1-A井呈近南北向分布,砂体具有向北减薄上超和向南加厚下超的特点(图7)。同时,通过层序对比发现:仅LW3-1-B井SSC1短期旋回层序发育A型层序,明显缺失基准面下降半旋回沉积记录(图5),结合砂体厚度分布特征(图6F),确定SSC2～SSC3沉积时期LW3-1-B井位于主水道中央,LW3-1-D井位于主水道侧翼,LW3-1-A井位于分支水道侧缘,LW3-1-C井位于水道间,主水道过LW3-1-B及LW3-1-D井呈北西-南东向展布,砂体Ⅱ具有向北西上超和向西、向北逐渐增厚的特征(图7)。

图7 深水扇水道砂体三维形态Fig.7 3D configuration of deepwater fan channel sand body

荔湾3-1井区深水扇水道砂体时空分布的三维形态(图7),与Vail[11]提出的深水扇沉积模式极为相似,砂体Ⅰ相当于盆底扇水道砂体,推测在LW3-1-A井以南还有较远距离延伸,砂体Ⅱ相当于斜坡扇水道砂体,预测在LW3-1-B井向西北的溯源方向,砂体的规模更大。

5 结语

实践证明,高分辨率层序地层分析在陆相小层砂体对比和有利储层相带预测方面已经取得了丰硕成果。而本次研究表明:结合地震资料、测井数据及岩芯资料对海相深水扇沉积进行高分辨率层序地层学分析同样有很好的效果。根据短期旋回层序基本类型的分布规律,可以确定不同时期主水道位置,同时在时间-地层格架内,可以对小层砂体进行对比和追踪,描述砂体在不同时间和空间的分布特征,并预测有利储层发育相带。

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High-Resolution Sequence Stratigraphy Analysis and Application in Deepwater Fan of Zhujiang Formation,Liwan3-1 Area

WANG Chang-yong1YANG Bao-quan2GAO Bo-yu2HU Xiao-qing2ZHU Guo-jin2ZHENG Rong-cai
(1.Institute of Sedimentary Geology,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059; 2.Research Institute,CNOOC,Beijing 100027)

Through the comprehensive analysis of cores,well logs and seismic interpretation data,and under the guidance of the theory and technology of the high-resolution sequence stratigraphy,the characteristics of the different grade sequence interface and marine flooding surface in the Lower Zhujiang Formation Miocene in Liwan3-1 Block are studied.In this paper,the sequence structure and distribution of the short sequence of deep water fan are discussed, and the sequence and time stratigraphic framework ofmain reservoir is established.The small sand body layers in stratigraphic framework of the Zhujiang Formation in the study area are isochronously correlated and wedged,and the reservoir developmental features of different base-level cycles are discussed.It indicates that the canyon on the continental slope is an activity location of sedimentary process.The canyon was filled by sandy silt quickly in base-level ascending phase.A majority of sedimentwas carried tomuch deeper sea area than the study area,and only little sedi-ment preserved or even caused stratigraphic lacuna in the study area.The A/S value(the change of the accommodation space to sediment supply ratios)of short sequence increasing in a vertical direction,and it indicates that deepwater fan wasmoving towards to shore land.Themoving of themain channel of deepwater fan is an important reason for the stratigraphic lacuna under the channel.The deposit in the deepwater fan channel ismost active in base-level initial ascending phase,characteristics as active progradation sequence that have downlap and onlap,and itwill be beneficial to develop reservoir sand bodies.Effective accommodation space and deepwater fan moving towards to the source area accompany with sea level rising to themaximum flooding surface.It developed retrogradation sequence in this period and argillic layers grow in number because of the channelmoving frequently.Variation of the accommodation space corresponding to base-level ascending or descending is the major factor that control short base-level cycle types and reservoir distribution in deep water fan system.Accompanying with sea level descending and effective accommodation spacemoving towards to the deep-sea plain,sediment in the deepwater fan channel in the study areawas carried to deeper sea area by gravity current,and itwould bemore beneficial to develop reservoir sand bodies to the south of Liwan 3-1 area.The results of GR inversion indicate that sandstone characteristics as strong wave trough amplitude and low wave impedance attribute.The sandbodys stretch in N-Sor NW-SE directions.The channel sandbody developed in the northland of the study area while themudstone of continental slope developed in the southland.The sand body distribution of deep water fan in different stage is described by sequence-lithofacies paleogeographic mapping and GR inversion,and the temporal and spatial distribution model of channel sand body of deep water fan have been established.The results are useful in predicting sand body of deep water fan reservoir.

deep water fan;high-resolution sequence stratigraphy;sequence structure;Zhujiang Formation;Baiyun Sag;Liwan area

王昌勇 男 1981年出生 博士后 沉积学及石油地质 E-mail:qisiwoye_2001@163。com

P539.2

A

1000-0550(2011)06-1122-08

①国家重大专项(编号:2008ZX05056-02-02)资助。

2010-10-23;收修改稿日期:2011-01-10