扇三角洲高分辨率层序地层分析——辽河油田D区块兴Ⅰ油层组

李晨 王宏远 樊太亮 高志前 谢伟伟

(1. 中海油研究总院有限责任公司， 北京 100028； 2. 中石油辽河油田勘探开发研究院， 辽宁 盘锦 124010；3. 中国地质大学(北京)能源学院， 北京 100083；4. 中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院， 北京 100083)

0 前言

我国东部地区中，新生代众多的断陷湖盆扩张期普遍发育扇三角洲沉积，扇三角洲储层是我国东部盆地重要的油气储层类型之一。自引入高分辨率层序地层学理论后[1]，其相关理论探索和应用实践在我国获得了长足的发展，其中以基准面旋回理论的探讨及其在陆相盆地的适用性讨论尤为深入[2]。郑荣才等人扩展了高分辨率层序基准面旋回划分级次[3]，并提出以中期基准面旋回为周期，以短期基准面旋回为成因地层单元，分析不同结构和叠加样式的短期基准面旋回在中期基准面旋回内的分布规律[4]。该理论为高分辨率层序地层学在陆相盆地中的应用提供了明确的研究思路。众多学者基于此理论，针对扇三角洲沉积体系开展不同基准面旋回级次的划分，同时在基准面旋回格架内分析沉积演化，并预测扇三角洲沉积体系有利砂体分布，为寻找勘探有利区域提供地质依据[5-8]。同时有学者以露头资料、岩心资料和测井资料为依托，应用高分辨率层序地层学原理分析扇三角洲砂体在基准面旋回不同位置处的形态变化，认为其砂体发育的规模和形态受控于AS值(可容纳空间增加速率与沉积物供应速率之比)的变化[9-12]。高分辨率层序地层学理论在扇三角洲储层中的应用多集中于勘探领域，研究人员较少就开发尺度进行探讨[13-14]，更鲜有学者将该理论与蒸汽辅助重力泄油(SAGD)开发相结合。

辽河油田D区块兴Ⅰ油层组稠油油藏为扇三角洲沉积，采用SAGD开发获得了良好的经济效益。但油田也面临着剩余油分布分散等问题，亟待对其扇三角洲储层内部结构进行分析。兴Ⅰ油层组以发育扇三角洲沉积体系为主，本次研究依据岩心、测井等资料综合分析该油层组扇三角洲沉积特征；并在此基础上，分析扇三角洲中期基准面旋回层序特征，进而分析中期基准面旋回变化与扇三角洲叠置结构的关系，以及扇三角洲有利砂体分布与基准面旋回的关系，拟为指导SAGD的有效开发提供地质依据。

1 研究区地质背景

辽河坳陷是形成于前中生代复杂基底上的中、新生代大陆裂谷坳陷，平面上形成了“三凹三凸”的构造格局[15-16]。辽河油田D区块位于辽河坳陷西部凹陷西部斜坡带中段上倾部位，西部凹陷新生界自下而上发育了沙河街组(Es)、东营组(Ed)、馆陶组(Ng)、明化镇组(Nm)及第四系(Q)[17]。按其岩性组合和沉积旋回，可在纵向上将沙河街组进一步划分为沙四段、沙三段、沙二段和沙一段[18]。沙一段、沙二段与沙三段的砂体含油性较好，三者合称为兴隆台油层，并进一步划分为兴Ⅰ — 兴Ⅵ油层组[19]。其中，兴Ⅰ油层组为扇三角洲沉积体系。辽河油田D区块面积约为5.24 km2，D区块边界由多组断层共同限定，区块内断层较少，D区块整体上是一长条状单斜构造，自西北向东南方向下倾(见图1) 。

图1 辽河盆地构造单元划分及D区块位置图

2 兴Ⅰ油层组扇三角洲沉积特征

扇三角洲发育在断陷盆地中，由冲积扇下切进入湖泊内，沉积物堆积在断层下盘附近而形成。辽河油田D区块兴Ⅰ油层组扇三角洲沉积相主要以扇三角洲前缘亚相为主，含有少量的扇三角洲平原和前扇三角洲平原亚相。其沉积微相类型包括扇三角洲前缘水下分流河道、扇三角洲前缘砂坝、扇三角洲前缘席状砂、扇三角洲平原主河道和前扇三角洲泥等沉积微相(见图2)。

扇三角洲平原主河道岩性以中砾岩和细砾岩为主，粒度最粗。这反映了沉积物距离物源最近，粒度较粗，环绕湖盆边缘分布。声波时差曲线表现为低值，深侧向电阻率表现为明显高值。

扇三角洲前缘亚相以扇三角洲前缘水下分流河道和扇三角洲前缘砂坝为主。扇三角洲前缘水下分流河道，是扇三角洲平原主水道进入水下的自然延伸部分。携带粗碎屑沉积物的水流沿扇三角洲前缘水下分流河道继续向湖盆中推进，受湖水水体阻力及自身动力条件的影响，沉积物大量卸载，最终形成扇三角洲前缘砂坝沉积。扇三角洲前缘亚相的岩石粒度明显细于扇三角洲平原亚相的岩石粒度。其中，扇三角洲前缘水下分流河道的岩石粒度较扇三角洲前缘砂坝的岩石粒度略粗，扇三角洲前缘水下分流河道岩性以细砾岩和粗砂岩为主，扇三角洲前缘砂坝岩性以细砂岩和粗砂岩为主。扇三角洲前缘水下分流河道与扇三角洲前缘砂坝交互沉积，声波时差曲线值均表现为中 — 高值，深侧向电阻率曲线表现为明显高值。

扇三角洲前缘席状砂为扇三角洲前缘水下河道继续延伸的产物，粒度更细，与前扇三角洲泥常交互成层，扇三角前缘席状砂岩性以细砂岩和粉砂岩为主，而前扇三角洲泥以粉砂质泥岩或泥岩为主。前扇三角洲泥与湖泥的测井特征较为一致，前扇三角洲泥声波时差曲线值表现为高值，而深侧向电阻率曲线表现为低值。夹于前扇三角洲泥之间的扇三角洲前缘席状砂的声波时差曲线及电阻率曲线，相较于前扇三角洲泥均出现小幅回落，即其声波时差曲线幅值相较于前三角洲泥的声波时差曲线幅值有所下降，而其深侧向电阻率幅值相较于前扇三角洲的深侧向电阻率幅值则有所上升。

图2 D区块兴一组扇三角洲沉积模式

3 扇三角洲基准面旋回变化分析

中期旋回与一期沉积体的建造过程相对应，故而以中期基准面旋回为格架，分析各类沉积复合体内部的叠置结构。对于扇三角洲沉积体而言，每一期中期旋回对应于单期扇三角洲沉积体的建造过程，而较大规模的扇三角洲沉积复合体对应于一期长期基准面旋回。

3.1 扇三角洲中期基准面与湖平面变化的关系

湖平面周期性的变化引起了扇三角洲沉积相序的规律性变化，如当湖平面上升时，沉积亚相逐渐由扇三角洲平原过渡为扇三角洲前缘直至过渡为前扇三角洲；而当湖平面下降时，沉积亚相则主要由前扇三角洲过渡为扇三角洲前缘直至过渡为扇三角洲平原。故而可以根据沉积相序所反映的湖平面升降变化来判定扇三角洲的基准面旋回变化，从而据此建立起沉积相序变化与基准面旋回变化之间的关系。中期旋回具有较好的等时意义，可作为良好的等时地层对比单元。对于扇三角洲沉积复合体而言，一期完整的中期旋回为湖平面上升并下降而形成的扇三角洲沉积序列。

3.2 扇三角洲中期旋回层序界面

按照高分辨率层序地层学基准面旋回理论，一期上升半旋回和一期下降半旋回组成了一期完整的基准面旋回，而基准面旋回层序界面多为不整合面或岩性突变界面，代表了AS最小值。对于扇三角洲沉积体而言，在中期旋回中，AS最小值的位置常对应于河道冲刷面。扇三角洲沉积复合体内发育了大量的河道冲刷面(见图3)，主要为扇三角洲平原主河道或扇三角洲前缘水下分流河道的底界面。经过分析，认为有以下两种情况形成的河道冲刷面对应于中期基准面层序界面。

图3 兴Ⅰ油层组河道冲刷面

第一种情况是，当河道冲刷面直接覆盖于泥岩之上时反映了较为明显的岩性突变现象，代表了基准面下降到最低值的位置，多对应于中期旋回层序界面。第二种情况是，在不易识别出明显岩性突变时，可依据沉积相序的明显变化判断中期旋回层序界面的位置。

在兴Ⅰ油层组下部常由扇三角洲平原过渡到扇三角洲前缘后，沉积亚相又再次过渡为扇三角洲平原，表明沉积相序产生了明显变化。此时，在扇三角洲平原主河道底部发育的较大规模冲刷面反映了中期基准面下降到最低值的位置，对应于中期旋回层序界面。据此，可在兴Ⅰ油层组中识别出4组中期基准面旋回层序界面，以直接覆盖于泥岩之上的河道冲刷面为主。将兴Ⅰ油层组划分为4期中期旋回，分别为MSC1、MSC2、MSC3和MSC4(见图4)。

图4 兴Ⅰ油层组well-1井高分辨率层序地层柱状图

3.3 扇三角洲中期基准面旋回类型及旋回叠置关系

在中期旋回层序界面识别的基础上，依据湖泛面的识别结果确定中期基准面旋回类型。如前所述，兴Ⅰ油层组中期旋回层序界面多为河道冲刷面，代表了中期基准面旋回下降到最低位置。该河道冲刷面多直接覆盖于较为稳定的泥岩之上，而较为稳定的泥岩反映了海泛面的位置，代表了中期基准面旋回上升至最高位置。此特点反映了兴Ⅰ油层组中期基准面旋回多为仅保留上升半旋回的类型，其下降半旋回多被冲刷面所代替，极难保存沉积物，仅在下部的MSC1中期旋回内保存了部分下降半旋回内的沉积物。

根据基准面旋回与可容纳空间的关系可知，当处于较高可容纳空间背景时，在基准面下降半旋回内可保存较多的沉积物；而当处于较低可容纳空间背景时，在基准面下降半旋回内则保存较少的沉积物或不保存沉积物，甚至被下一期的河道侵蚀上升半旋回所接受的沉积物。由此可知，兴Ⅰ油层组中期基准面旋回形成过程中，可容纳空间始终较低，较难保存下降半旋回的沉积物。

通过兴Ⅰ油层组各期中期旋回内所保存的沉积相类型可知，自下而上，沉积物中的粗粒成分越来越少，所保存下来的中期旋回厚度也逐渐减薄。由基准面旋回变化与可容纳空间的迁移关系可知，中期旋回厚度的逐渐减薄既可能反映了可容纳空间逐渐向盆地内部转移，进而导致可保存的沉积物逐渐减少，此过程中纵向上沉积物粒度逐渐变粗。也可能是，可容纳空间逐渐向陆上转移，导致可保存的沉积物逐渐减少，在该过程中纵向上沉积物粒度逐渐变细。兴Ⅰ油层组自下而上各单期中期旋回内沉积物中的粗粒成分越来越少，反映了可容纳空间逐渐向陆转移，该处沉积逐渐被湖相的细粒沉积所代替。由此可知，自MSC1至MSC4中期旋回，兴Ⅰ油层组扇三角洲沉积复合体呈现了较为明显的退积结构。早期MSC1中期旋回内可容纳空间较大，尚可保存基准面下降期的沉积物，而纵向上其他各中期旋回的有效可容纳空间逐渐减小，大量的沉积物转移堆积至向陆一侧。由此可知，兴Ⅰ油层组长期旋回为仅保存上升半旋回的类型，各单期中期旋回以仅保存上升半旋回的类型为主，缺乏下降半旋回。

4 基准面旋回变化与SAGD开发区扇三角洲储层物性的关系

扇三角洲前缘和扇三角洲平原沉积的复杂性，使得其内部的砂砾岩体储层物性具有较强非均质性[20]。通过对D区块SAGD开发区兴Ⅰ油层组扇三角洲内部不同沉积微相物性对比可知，前扇三角洲湖泥的孔隙度极小，接近于0；而夹于前扇三角洲湖泥的扇三角洲前缘席状砂尽管具有较高的孔隙度，大致介于30%～33%，但厚度极薄，且与前扇三角洲湖泥交互沉积，纵向非均质性较强。扇三角洲前缘砂坝下部以粗砂岩为主，向上逐渐过渡为细砾岩。由于细砾岩中混有泥岩，导致孔隙度大为减低，故而扇三角洲前缘砂坝物性自下向上逐渐变差，砂坝下部的孔隙度可达到36%～40%，向上逐渐减小为15%～25%。扇三角洲前缘水下分流河道是扇三角洲砂体中物性最好的沉积微相类型，其物性整体较好且较为均一，孔隙度介于35%～40%。扇三角洲平原主河道物性相对较差且变化较大，孔隙度介于15%～25%。综上所述，扇三角洲前缘物性较好且非均质性较弱，其中尤以扇三角洲前缘水下分流河道物性最优，故而扇三角洲前缘砂砾岩体可作为扇三角洲储层开发中的有利砂体。

在SAGD开发区中，由平行下倾构造方向的剖面可知，随着长期基准面旋回逐渐上升，可容纳空间逐渐向陆迁移，有利砂体也逐渐向构造高部位转移，而在构造低部位被泥岩段所替代。MSC1中期旋回下部以扇三角洲平原主河道为主，物性较差，属于低物性区；在MSC1中期旋回中部则主要发育扇三角洲前缘水下分流河道，厚度相对较厚，物性较好，属于高物性区；在MSC1中期旋回的顶部在局部可能形成少量扇三角洲前缘砂坝，导致物性有所下降。在MSC2至MSC4中期旋回，扇三角洲前缘水下分流河道常与扇三角洲前缘砂坝或泥岩段互层，导致纵向上高物性段与低物性段或泥岩段交互出现(见图5)。由于兴Ⅰ油层组油层为稠油油层，多采用SAGD方式进行开发，双水平井一般部署在MSC1中期旋回的中部。由于MSC2至MSC4中期旋回内低物性段与高物性段交互出现，降低甚至阻碍了蒸汽腔的扩展速度，导致位于最顶部的MSC4中期旋回内有利砂体内的稠油较难动用，使得MSC4中期旋回内剩余油富集，而MSC1和MSC2中期旋回内的稠油易得到有效动用。

5 结 论

辽河油田D区块兴Ⅰ油层组扇三角洲沉积相主要包括扇三角洲平原亚相、扇三角洲前缘亚相和前扇三角洲亚相。根据沉积相序所反映出的湖平面升降变化可判定扇三角洲的基准面旋回变化。中期旋回具有较好的等时意义，可作为良好的等时地层对比单元。对于扇三角洲沉积复合体而言，一期完整的中期旋回为湖平面上升或下降而形成的扇三角洲沉积序列。

图5 SAGD开发区扇三角洲基准面旋回分布与储层物性的关系

对于扇三角洲沉积体而言，在中期旋回中，层序界面常对应于河道冲刷面。基于扇三角洲中期旋回层序界面的识别，兴Ⅰ油层组可划分为4期中期旋回。各期中期旋回均仅保存上升半旋回，缺失下降半旋回。兴Ⅰ油层组中期旋回形成过程中，可容纳空间始终较低，较难保存下降半旋回的沉积物。自MSC1至MSC4中期旋回，兴Ⅰ油层组扇三角洲沉积复合体呈现了较为明显的退积结构。

在SAGD开发区中，MSC1中期旋回下部物性较差，在MSC1中期旋回中部物性较好。而在MSC2至MSC4中期旋回时，纵向上高物性段与低物性段或泥岩段交互出现。兴Ⅰ油层组进行SAGD方式开发时，位于最顶部的MSC4中期旋回砂体内的稠油较难动用，易形成剩余油富集，而MSC1和MSC2中期旋回内的稠油可得到有效动用。