辽河海南洼陷沙一二段地震相精细研究
2016-10-13宋志慧王居峰王红军刘海涛张新顺马玉亮刘媛媛
宋志慧, 王居峰, 王红军, 刘海涛, 张新顺, 王 纯, 马玉亮, 刘媛媛
( 1. 中国石油勘探开发研究院,北京 100083; 2. 中国石油辽河油田分公司 勘探开发研究院,辽宁 盘锦 124000 )
辽河海南洼陷沙一二段地震相精细研究
宋志慧1, 王居峰1, 王红军1, 刘海涛1, 张新顺1, 王纯1, 马玉亮2, 刘媛媛2
( 1. 中国石油勘探开发研究院,北京100083;2. 中国石油辽河油田分公司 勘探开发研究院,辽宁 盘锦124000 )
海南洼陷E3s1+2段相变频繁、多物源叠置,地震相划分多解性强,沉积相类型及砂体分布不明确。根据三维高分辨率地震资料的地震内部反射结构、构型和外部形态信息进行地震相分区,采用有井区钻井与地震结合、无井区地震与地质背景结合的“实时控制”型地震相划分方法,确定研究区沉积相类型和有利砂体分布范围。结果表明:在海南洼陷共识别10种地震相,主要发育4种典型地震相:下超型前积地震相、(亚)平行席状地震相、透镜状地震相和楔状地震相。研究区主要发育3种沉积体系:辫状河三角洲—滨浅湖、扇三角洲—滨浅湖和重力流—深湖沉积体系。鸳鸯沟断层附近E3s2段发育的浊积砂体和双南地区E3s1+2段水进域发育的重力流砂体,具备良好的形成岩性圈闭的条件。
“实时控制”型; 地震相; 沉积相; 沉积体系; 有利砂体分布范围; 海南洼陷; 辽河盆地
0 引言
地震相是地震剖面上展现的所有反射参数(包括物理参数、几何参数等)的总和[1-2]。目前,地震相研究主要分为两类方法:一类是人工依据地震剖面上的反射特征(内部结构、构型和外部形态等)进行划分。董艳蕾等[3]在辽东湾地区开展大面积的地震相分析,刻画古近系不同层序发育期的沉积特征及平面分布。这种方法存在一定的主观性,但其结果符合地质规律,具有明确的地质意义。二类是借助地震数据处理技术和计算机技术提取分析。Victor Linari等[4]综合利用振幅、相干体和波阻抗等三维地震属性划分地震相;Gao Dengliang[5]、Angelo S M[6]等利用多属性聚类分析对地震相进行划分;胡英等综合模糊C均值与地震纹理属性实现地震相的自动划分,并且划分结果与钻井基本吻合;朱剑兵等采用地震相分析方法进行分类及阐述,其中以波形分类法和地震地貌学法为主[7];许多商业软件也采用波形分类法进行地震相分析,如Paradigm公司的Stratimagic模块等。这种通过计算机技术划分地震相的方法客观、省时、高效,但划分的地震相类型复杂,难以明确其地质意义。
海南洼陷位于辽河盆地西部凹陷滩海地区,其沙河街组一、二段(简称E3s1+2)勘探程度低。由于研究区断裂数量众多,断裂模式复杂,依靠计算机技术对地震数据体进行地震相分析的结果受断裂影响大,难以反映代表不同沉积特征的地震相在横向上的真实变化。以往该地区地震相研究是以段为单元,主要用于探索区域上的宏观沉积规律[3]。前期该地区地震资料分辨率低,不能满足精细地震相研究的要求,从而制约勘探目标的认识和评价。在重新处理的三维高分辨率地震资料基础上,解决研究区E3s1+2段由相变频繁、多物源叠置不清造成的地震相划分多解性强问题,根据常规人工依据地震剖面反射特征划分地震相,提出“实时控制”型地震相划分方法,每划分一个地震相区,即在有井区以钻井作为控制点,在无井区以地质背景(古地形特征、沉积环境、构造运动等)作为综合控制,精细刻画E3s1+2段地震相及砂体分布特征,确定E3s1+2段沉积相类型及有利砂体分布范围,为该地区岩性圈闭预测提供指导。
1 地质概况
海南洼陷为北东向“东断西超”的箕状断陷,西部为斜坡带,中间为深洼带,东部为陡坡带(见图1)。其古近系为该地区主要勘探目的层,经历E2s4段初始裂陷、E2s3段强烈断陷、E3s1+2段持续扩张和东营组走滑断陷等4个构造演化阶段[8-9]。其中沙河街组二段(简称E3s2)沉积大套砂砾岩夹薄层灰色泥岩,厚度约为300 m;沙河街组一段(简称E3s1)沉积浅灰色砂砾岩夹灰色、紫红色泥岩,厚度超过400 m,其中西斜坡高部位以砂砾岩为主,西斜坡低部位及洼陷区以泥岩为主[10]。
图1 研究区地质构造、演化和地层综合柱状图Fig.1 The geological tectonic map, the tectonic evolution map and synthesized columnar section map of stratigraphy of in research area
图2 研究区沙二段底古地貌Fig.2 The palaeogeomorphic map of the second member bottom of Shahejie formation in research area
海南洼陷E3s1+2段沉积时期地势平缓,主要物源为西部凸起和葫芦岛凸起,中央低凸起供源能力弱。E3s1+2段沉积时期古地貌控制物源体系、层序构成和砂体分布特征,整体呈现沟、梁斜列格局,其形态主要包括陡坡断裂带、缓坡断裂带、古凸起、下切谷和水下低隆起(见图2)。东部陡坡断裂带通过断层与洼陷相连,在低位域沉积时期,中央低凸起供应的物源在陡坡之下形成重力流,顺断层走向形成下切谷与洼陷相连;西部缓坡断裂带断裂多,坡度缓,沉积物具有沉积速率慢、厚度薄、分布广特点,以三角洲沉积为主;葫芦岛古凸起在E3s2段沉积时期位于水上,E3s1段沉积时期开始接受沉积,因此E3s2段沉积时期笔架岭部位类似于陡坡带与洼陷接触,E3s1段沉积时期转换为类似于缓坡带与洼陷接触;在双南地区发育水下低幅度古隆起,它对来自西斜坡和东陡坡方向的砂体起到一定的分隔作用。
2 地震相划分方法
常规人工依据地震反射特征进行地震相划分方法,首先按地震反射特征对地震相进行分区,识别所有地震相区;再通过钻井“事后标定”,把每一类地震相转化为对应沉积相[11-15]。如果钻井数量少,不足以在每种地震相区都有一口井时,则根据无井区的地震相无法确定沉积相。即使每种地震相区中都有钻井控制,同一种地震相也可能对应不同沉积相。因此,按照常规地震相划分方法划分的沉积相类型和边界可能不准确。
在根据地震反射特征划分地震相方法的基础上,提出钻井“实时控制”型地震相划分方法(见图3)。首先,利用三维高分辨率地震资料,建立高精度层序地层格架;然后,在层序地层格架内划分准层序组,作为地震相研究基本地层单元;对某一准层序组,在研究区范围内,以任意位置为起始点,根据地震剖面的反射特征(地震内部反射结构、构型和外部形态)划分某一类地震相;通过沿长轴、短轴和顺断层走向方向的任意连井测线建立地震测网;在测网内,对划分的地震相特征追踪分布范围,划分一个地震相区;每划分一个地震相区,即在有井区以钻井作为控制点,在无井区以地质背景(古地形特征、沉积环境、构造运动等)作为综合控制[16],实时同步确定地震相代表的沉积相类型,避免具有相同地震相表现的不同沉积相误判为相同沉积相。该种方法能更准确地确定不同沉积相的类型及其砂体展布范围。
图3 “实时控制”型地震相划分方法Fig.3 The steps of "simultaneously control model" seismic facies division method
3 地震相类型
根据地震剖面上的上超、下超、顶超和削截反射特征[17],把E3s1+2段划分为两个三级层序——E3s1段和E3s2段。根据岩心和钻井资料,结合沉积作用转换面、测井曲线突变面和叠加样式转换面等,将E3s1+2段进一步划分为沙二下(简称s2x)、沙二中(简称s2z)、沙二上(简称s2s)、沙一下(简称s1x)、沙一中(简称s1z)和沙一上(简称s1s)等6个准层序组,其中s2x和s1x为低位域沉积,s2z和s1z为水进域沉积,s2s和s1s为高位域沉积。
根据层序划分结果,建立层序地层格架,在格架内以6个准层序组作为地震相划分的基本地层单元。利用地震反射内部结构(振幅、频率和连续性等)、地震反射构型(平行、波状和前积等),以及地震反射外形(席状、楔状和丘状等)等识别某一种地震相类型[18-20]。根据某一种地震相,即时利用钻井、岩心和地质背景信息“实时控制”地震相代表的沉积相类型,再识别下一种地震相,直至识别完所有地震相,确定对应的沉积相类型及分布范围。在研究区识别10种地震相(见表1),主要发育4种典型地震相:下超型前积地震相、(亚)平行席状地震相、透镜状地震相和楔状地震相。
表1 研究区10种地震相类型及特征
3.1下超型前积地震相
下超型前积地震相同相轴相对于准层序组的顶、底界向同一方向倾斜,与其上覆和下伏的平坦同相轴成角度或切线相交,缺失底积层,前积层以下超的方式终止于地层单元底界上[21]。该种地震相多发育于西斜坡构造平缓部位(见图4)准层序组s2z、s2s和整个E3s1段。地震剖面上为高频—中弱振幅—好连续性反射,存在低幅度的进积(见图5)。对于该种地震相反射特征,选取地震相区锦146井作为控制点,岩性剖面从下到上发育多组由灰色泥岩、(浅)灰色细(粉)砂岩和含砾不等粒砂岩组成的明显反旋回,且每一个反旋回内部向上砂泥比增加,叠加样式呈现强烈进积,测井曲线多为(齿化)箱型和指型。该种地震相反映三角洲前缘不断向盆前积的过程,地震相区发育水下分流河道、河道间和少量河口坝微相。
图4 研究区s2z准层序组地震相平面Fig.4 The seismic facies plan of s2z para-sequence group in research area
3.2(亚)平行席状地震相
(亚)平行席状地震相同相轴彼此(微)平行,横向上地震相单元的厚度相对稳定,上、下界面与其间的同相轴大体平行,反映沉积速率在横向上大体相等[22]。研究区平行席状地震相主要发育于西斜坡北部的s1z和s1x准层序组和湖心区,地震剖面上为一套高频—强振幅—好连续性反射(见图6)。对于西斜坡北部发育的亚平行席状相,选取锦127井作为控制点(见图7),岩性剖面上由三组大套浅灰色砂砾岩(30~40 m)和大套褐灰色泥岩(20 m)组成,泥岩直接与砂砾岩突变接触,其顶面为冲刷面,每组砂泥组合内部都发育由下至上、由粗变细的正韵律;测井曲线主要为齿化箱型和指型。该种地震相反映三角洲前缘水下分流河道和分流河道间稳定交换发育,纵向上表现为多组大套河道砂岩与大套河道间泥岩突变接触,形成地震剖面上的平行席状强反射。对于湖心区,选取锦311井作为控制点(见图7),岩性剖面上为大套深灰色泥岩(90 m),其中夹杂薄层灰色细、粉砂岩;测井曲线为钟型。该地区(亚)平行席状地震相代表典型的半深湖沉积,局部发育远砂坝沉积。
若采用常规方法将两个区按同一种地震相处理,在西斜坡北部选取锦127井把两个区解释为三角洲前缘沉积,或在湖心区选取锦311井把两个区解释为半深湖沉积,则导致沉积相类型的误判。
3.3透镜状地震相
透镜状地震相指在一组亚平行反射中存在较强振幅、延伸较短的同相轴,上凸下凹,总体为一中间厚、两边薄的透镜形[23]。研究区透镜状地震相主要位于鸳鸯沟断层至湖心区的E3s2段、架东地区的E3s2段和双南地区的E3s1+2段(见图4),地震剖面上为顶底强反射。
图5 研究区下超型前积地震相典型特征Fig.5 The typical characteristics of downlap foreset seismic facies in research area
在鸳鸯沟断层至湖心区,选取锦312井(见图8)作为控制点,岩性剖面上为深灰色泥岩中发育厚层浅灰色砂砾岩和薄层灰色细砂岩,属于半深水泥岩中发育砂砾混杂的粗粒沉积,由下至上砂岩厚度逐渐减小,泥岩增多,韵律不发育;测井曲线多为钟型和指型。该种地震相来源为北面的远岸浊积砂体顺着盆地低洼部位向湖中心推进,典型地震剖面垂直于水流方向的横剖面,呈现砂体侧积的过程(见图9)。
图6 研究区高频—强振幅—好连续性(亚)平行席状地震相典型剖面Fig.6 The typical section of high frequency-strong amplitude-good continuity and (sub) parallel sheet seismic facie in research area
图7 研究区锦127井和锦311井测井综合柱状图(岩性图例见图1)Fig.7 The logging synthesized columnar map of well Jin127 and Jin311 in research area
在架东地区,唯一钻井架东1井未钻穿E3s1+2段地层,但其透镜状地震相特征明显,位于断层下降盘深洼部位,内部强反射明显异于周围深湖相泥岩的。该地区为湖底扇沉积。
在双南地区,选取双203井(见图8)作为控制点,岩性剖面上为各种粒度砂岩与泥岩混杂,岩心特征显示黑色泥岩中发育浅灰色砂岩,且具有明显的滑塌变形构造,测井曲线多为齿化箱型和钟型,发育于东部陡坡带深大断裂下降盘且沿断层分布。该地震相代表沿断裂分布的深水滑塌重力流沉积。
3.4楔状地震相
楔状地震相内部反射从一侧呈放射状向下倾方向发散,下超于下伏地层之上,外形呈楔状。研究区楔状前积地震相位于东部陡坡带断裂根部[24]的E3s2段(见图4)。由于研究区内无钻井,以地质背景作为综合控制进行分析。该地震相位于深洼部位,外形为明显楔形,内部反射杂乱,但可见明显期次(图10),且发育时期构造运动较强,临近东陡坡断层下降盘,为来自东陡坡快速沉积的近岸水下扇或冲积扇。
图8 研究区锦312井和双203井测井综合柱状图(岩性图例见图1)Fig.8 The logging synthesized columnar map of well Jin312 and Shuang203 in research area
图9 研究区透镜状地震相典型剖面Fig.9 The typical section map of lenticular seismic facies in research area
图10 研究区楔状地震相典型剖面Fig.10 The typical section map of sphenoid seismic facies in research area
4 沉积相发育特征及沉积体系类型
根据“实时控制”型地震相分析结果,并与钻井和地质背景结合,确定各准层序组发育的沉积相类型及砂体分布范围。E3s2段沉积时期砂体广泛发育,各构造部位沉积相类型稳定发育,s2x、s2z和s2s准层序组之间砂体分布范围随基准面升降发生规律性变化。以s2z准层序组为例,西斜坡地区主要发育辫状河三角洲沉积,笔架岭地区发育扇三角洲沉积,鸳鸯沟断层附近发育由北面物源形成的远岸浊积扇沉积,东陡坡及双南地区在断层下降盘发育重力流沉积,以滑塌重力流和近岸水下扇为主(见图11)。E3s1段沉积时期,水域面积扩大,整个洼陷以滨浅湖沉积为主,砂岩发育相对减少,s1x、s1z和s1s准层序组之间沉积相类型和砂体分布具有稳定继承性。以s1z准层序组为例,西斜坡地区辫状河三角洲沉积继承性发育,葫芦岛凸起开始处于水下接受沉积,E3s1段地层逐步超覆在葫芦岛凸起之上,导致笔架岭地区由扇三角洲转为辫状河三角洲沉积;由于断裂不甚活动,东陡坡重力流沉积范围变小,以近岸水下扇为主,其他大部分地区发育滨浅湖和半深湖沉积。
西斜坡提供的物源沿缓坡带向滨浅湖推进,形成广泛分布的辫状河三角洲—滨浅湖沉积体系。葫芦岛凸起在E3s2段沉积时期露出水面,为笔架岭地区提供盆内近距离粗粒物源;由于构造较陡,葫芦岛凸起下面发育的扇三角洲向湖迅速相变为滨浅湖沉积,并且局部发育湖底扇,形成扇三角洲—滨浅湖沉积体系。由于东部陡坡带断裂发育,在断层下降盘继承性发育横向独立分布的重力流砂体,向深洼部位尖灭于深湖泥岩,形成重力流—深湖沉积体系。
5 有利圈闭预测
在研究区北部鸳鸯沟断层部位,E3s2段各准层序组内部发育大套从北面入湖的浊积砂,粒度较粗(见图8),经过长距离搬运砂岩分选好,具备良好的储层条件;砂体向两侧发育侧向尖灭(见图9剖面①),在局部位置超覆在双南水下低隆起之上,具备形成有利岩性圈闭的良好条件。在双南隆起带部位,E3s1+2段继承性发育滑塌重力流沉积,在代表水进域的s2z、s1z准层序组内发育重力流砂体,由于受到高能沉积环境淘洗,具有更好地孔渗条件;并且处于深水部位,纵、侧向上被泥岩包围,具有明显“泥包砂”的特点,能够形成良好的岩性圈闭。
海南洼陷E3s1+2段沉积时期砂体发育,其中鸳鸯沟断层附近发育的远岸浊积砂体和双南隆起带地区发育的重力流砂体横向规模较大(见图11),纵向上继承性发育(见图12),具备形成有利圈闭的条件。
图11 研究区s2z准层序组沉积相平面Fig.11 The sedimentary facies plan of s2z para-sequence group in research area
图12 研究区砂体纵向分布Fig.12 The vertical distribution of sand bodies in research area
6 结论
(1)“实时控制”型地震相划分方法能够准确确定沉积相类型及砂体分布范围,在海南洼陷内,可以避免将具有相同地震剖面特征而代表不同沉积相类型的地震相误判为相同沉积相。
(2)根据地震相划分结果、钻井和地质背景,海南洼陷E3s1+2段主要发育辫状河三角洲沉积、扇三角洲沉积和重力流沉积,主要发育3种沉积体系:辫状河三角洲—滨浅湖、扇三角洲—滨浅湖和重力流—深湖沉积体系;给出研究区E3s1+2段有利砂体的分布范围,为储层评价及岩性地层圈闭识别奠定基础。
(3)辽河海南洼陷具备2个形成岩性圈闭条件的储集体:研究区鸳鸯沟断层附近E3s2段发育的浊积砂体和双南地区发育的s2z、s1z水进域重力流砂体。
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2016-05-18;编辑:任志平
国家科技重大专项(2016ZX05006-005)
宋志慧(1992-),男,硕士研究生,主要从事层序地层与储层预测方面的研究。
10.3969/j.issn.2095-4107.2016.04.008
P631.4;TE132
A
2095-4107(2016)04-0063-11