松辽盆地安达凹陷卧里屯北区块扶余油层沉积微相研究

2020-12-04张景军张宇薇王畅溪

矿产勘查 2020年10期

张景军，张宇薇，王畅溪

（东北石油大学地球科学学院，黑龙江大庆 163318）

0 引言

浅水三角洲一直是国内外沉积学方向研究和油气田勘探开发的重点目标（楼章华等，1999，2004）。20 世纪60 年代在研究密西西比河三角洲时首次提出浅水三角洲的概念（Fisk，1954）。后来，以Donaldon（1974）和Postma（1990）为代表的沉积学家将三角洲划分为浅水三角洲和深水三角洲，进一步明确了浅水三角洲的概念和形成条件。目前普遍认为，浅水三角洲通常是在水体较浅和构造相对稳定的台地和陆表海或地形平缓、整体缓慢沉降的坳陷盆地条件下形成的。

近年来，前人对松辽盆地三肇凹陷地区浅水三角洲沉积方面的研究取得了较多的成果和认识。朱筱敏等（2012）认为松辽盆地白垩纪湖盆面积大、水体浅、地形缓、湖平面波动频繁、波浪作用带宽且能量弱，形成了富有特色的大型河流-三角洲沉积体系。泉头组扶余油层沉积时期，松辽湖盆基底整体稳定沉降，湖盆地形平缓，水体普遍较浅，三角洲平原与宽展的三角洲前缘平缓相接，而前三角洲不发育（张庆国等，2007）。蔡东梅等（2014）利用岩芯和测井数据研究砂岩组的沉积微相展布，认为扶余油层沉积时期发育曲流河—三角洲沉积体系。胡明毅等（2009）认为松辽盆地茂兴—敖南地区泉四段扶余油层发育三角洲平原和三角洲前缘两种沉积亚相，并将其细分为分流河道微相、决口河道微相、决口扇微相、分流间湾微相、水下分流河道微相、水下决口扇微相、水下分流间湾微相。目前普遍认为，三肇凹陷泉头组扶余油层沉积时期，发育大型河控浅水三角洲沉积体系，以发育三角洲平原和三角洲前缘亚相而不发育前三角洲亚相为特征，并且分流河道多叉，分布广，延伸远，砂岩中发育丰富的强水动力沉积构造，生物扰动强烈。扶余油层沉积体系以大型河控浅水三角洲为主，大面积错叠连片分布的分流河道砂体是其主要储集砂体，具有形成良好储层及丰富油气藏的潜力（孙雨等，2010）。

关于沉积微相及相应砂体分布规律的分析与预测方面，井震结合的方法，尤其是地震属性技术的应用也越来越广泛。地质学家们综合应用地震属性优选、标定以及多种拟合方法，实现了沉积相及其砂体分布规律的定性-半定量预测（宁松华等，2006；张荣忠等，2002；刘伟等，2011；刘晶等，2015），取得了良好的效果。杨飞等（2014）等运用均方根振幅属性，对临江南地区扶余油层进行了沉积相研究及有利储层预测，沉积微相图与取心井的资料符合率高达90%，证实地震属性辅助分析沉积相的方法在临江南地区是行之有效的。袁照威等（2017）等通过分析地震属性与沉积相的关系，优选出均方根振幅、平均瞬时频率、有效频带和衰减因子4 种地震属性，运用马尔科夫-贝叶斯模拟算法，对多地震属性进行融合，建立以格气田北部苏10 区块沉积相模型，模拟结果与人工编绘的沉积相分布规律的吻合率超过80%。邹德江和谢关宝（2017）针对稀疏井网有效预测井间砂体与沉积体系分布，采用多元线性回归方法对提取的井点地震属性和井点储层参数进行多元统计分析，建立测井沉积参数与地震属性间的数学关系，结合实际深县凹陷资料进行验证，该方法在实际生产中得到较好的效果。

安达凹陷卧里屯北地区扶余油层主要发育薄互层的岩性油藏，沉积相带及其砂体展布规律是油气成藏的主控因素。因此，深入开展沉积微相精细刻画，明确沉积微相展布规律对于下一步的勘探开发尤为重要。但由于研究区钻井较少、井网分布不均、井距较大等勘探现状，使得单一、常规的沉积学研究方法已无法有效地指导沉积微相展布规律的研究，增加了该研究的难度。因此，针对以上研究重点与难点，该研究在充分利用有限的钻井资料情况下，结合测井、地震属性等资料，通过井-震结合的方法实现了沉积微相的精心刻画，明确了沉积微相的展布规律，所取得的成果与认识将对下一步的勘探与开发提供有力的技术支撑。

1 区域地质概况

研究区位于松辽盆地中央凹陷安达凹陷区北部，三肇凹陷北部与明水阶地交界处，西接大庆长垣，勘探面积185.61 km2（图1）。卧里屯北地区白垩系下统地层发育较完整，自下至上依次发育侏罗纪（火石岭组）、下白垩统（沙河子组、营城组、登娄库组、泉头组）、上白垩统（青山口组、姚家组、嫩江组、四方台组、明水组）、古近纪（依安组）、新近纪（大安组、泰康组）以及第四纪地层（图2）。发育扶余、高台子、葡萄花、萨尔图及黑帝庙等5 套油层。目的层扶余油层位于下白垩统泉头组三、四段地层中，可进一步细分为2 个小油层组FⅠ组和FⅡ组，其岩性主要为紫红色、灰色或灰绿色泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩和少量细砂岩，沉积物源主要来自北部（刘宗宝等，2009）。

2 沉积微相类型及其特征

前人研究认为，了解到下白垩统扶余油层沉积时期，整个松辽盆地处于稳定的凹陷阶段，湖盆面积大、水体浅、地形缓、湖平面波动频繁、波浪作用带宽且能量较弱，形成了一套受河流控制的浅水三角洲沉积体系，其主要物源方向为北部物源体系（刘宗宝等，2009）。

2.1 岩芯相分析

通过岩芯观察与描述方法，依据岩芯的颜色、岩性、岩相等沉积特征，结合沉积背景分析，识别与落实沉积微相类型及其特征。研究认为，安达北区块扶余油层沉积时期为大型浅水三角洲沉积体系，具有“大平原小前缘”的形态特征，进一步可识别与划分出2 种亚相、6 种沉积微相类型（表1），其中以（水下）分流河道微相最为发育。而前三角洲亚相在研究区不发育。

表1 沉积相类型划分

2.1.1 三角洲平原亚相

由于研究区地势平坦，三角洲平原亚相随着河流能量的逐渐减弱，分流河道频繁改道与合并，平面上呈枝状或网状发育。主要发育分流河道、决口扇及分流间湾3 种沉积微相。

（1）分流河道微相：岩性为粉-细砂岩，呈现向上变细的小型正旋回，旋回底部常具明显的冲刷面，并常含泥砾，发育中小型槽状交错层理、平行层理和沙纹层理。以上分析，分流河道微相为较强水动力条件的产物（图2a）。

（2）决口扇：岩性为灰白色粉砂岩、泥质粉砂岩夹薄层灰绿色泥岩，整体表现为向上变粗的反旋回组合，发育交错层理和沙纹层理。决口扇微相多夹于分流间湾沉积或分流间湾中（图2b）。

图1 松辽盆地安达凹陷卧里屯北地区构造位置图（a）及安达凹陷地层综合柱状图（b）

（3）分流间湾微相：该微相为三角洲平原亚相的沉积主体，岩性为紫红色泥岩、粉砂质泥岩为主，含钙质结核，反映出其为强氧化沉积环境的产物，见块状层理构造（图2c）。

2.1.2 三角洲前缘亚相

三角洲前缘亚相分布面积相对较小，主要发育水下分流河道、水下决口扇及水下分流道间3 种微相类型，以水下分流河道砂体为骨架，整体表现为枝状三角洲特征。

（1）水下分流河道微相：该微相是三角洲平原亚相分流河道在湖泊水下的延伸部分，岩性以浅灰色粉-细砂岩为主，含有少量钙质团块。水下分流河道微相多由多期小型正旋回沉积组成，并发育小型-中型交错层理或平行层理，反映其为较强水动力条件的产物（图2d）。

（2）水下决口扇：该微相多由多个小型反旋回沉积组成，岩性为灰绿色粉砂岩、泥质粉砂岩，发育小型交错层理和沙纹层理。决口扇微相多夹于水下分流间湾沉积或水下分流间湾中（图2e）。

（3）水下分流间湾微相：该微相为水下分流河道之间相对低洼的地区，与开阔湖面相通，岩性以灰绿色钙质泥岩为主，可见少量粉砂岩或泥质粉砂岩，块状层理构造，可见呈网络状的钙质充填（图2f）。

2.2 测井相分析

测井相分析实则就是利用测井资料，将测井曲线的一系列特征相应的与本段的岩芯资料详细对比分析，得到各特征单元与对应岩芯特征反映的规律，并建立一个测井相模式，以这个模式去分析判别岩性、粒度、接触关系、沉积微相等特征（赵博楠，2016）。

图2 卧里屯北地区扶余油层岩芯照片

对于非取芯井段依靠测井曲线形态，主要有自然伽马曲线，深浅侧向电阻率曲线，根据沉积岩的岩石学特征、沉积韵律组合及井震结合技术等分析方法，综合测井资料物性曲线的形状、幅度、数值大小，建立该区测井相与沉积微相之间的对应关系，并对该区内五口井开展测井相识别与划分（马小刚等，2010）。

（1）分流河道微相：测井曲线形态表现为中-高幅度箱形或钟形，厚度一般在3.5～8 m，顶底都基本表现为突变接触关系，幅度变化大，上下起伏程度基本一致，表明沉积物粒度相对均一，光滑与齿化现象均存在，具持续较强的水动力条件和稳定的物源供给，整体表现河道微相沉积特征（图3a）。

（2）决口扇微相：测井曲线表现为指形、漏斗形或卵形的形态，以中—高幅度为主，厚度较小，一般为2～5 m。岩性多为粉砂岩或泥质粉砂岩，顶底均为泥岩等细粒沉积物，代表的沉积微相为三角洲平原的决口扇沉积（图3b）。

（3）分流间湾微相：测井曲线表现为低幅度的齿化线形，接近于泥岩基线位置。岩性为浅绿色或紫红色泥岩、粉砂质泥岩等（图3c）。

（4）水下分流河道微相：测井曲线表现为多表现为中—高幅度的钟形，厚度较大，一般为3～7.5 m。整体表现为底部突变、顶部渐变的接触关系。岩性主要为浅灰色、绿灰色粉砂岩。形成于水动力较强的沉积环境，河流多次侵蚀与冲刷，可见冲刷面、槽状交错层理、板状交错层理等沉积构造特征（图3d）。

（5）水下决口扇微相：测井曲线表现为中幅度微齿化的指状—漏斗形，厚度较小，一般为2～5 m。岩性多为浅灰色或灰绿色粉砂岩或泥质粉砂岩，其间可见浅绿色泥岩等细粒沉积物（图3e）。

（6）水下分流间湾微相：测井曲线表现为低幅度的齿化线形，较分流间湾齿化现象更为明显。岩性主要为灰绿色、浅灰色泥岩、粉砂质泥岩等（图3f）。

图3 卧里屯北地区扶余油层测井相模式图

2.3 单井相识别与划分

单井相识别与划分能够良好反映沉积相及其微相垂向变化规律，同时，能够明确不同井位、不同层位的沉积微相类型及其特征。该研究，基于岩芯相与测井相的认识，完成了研究区5 口井单井相识别与分析，其中以达11 井最为典型（图4）。

FⅡ2 油层主要发育三角洲平原亚相分流间湾微相，可见决口扇微相。岩性主要为紫红色粉砂质泥岩，局部可见浅绿色泥岩，整体表现为氧化环境。伽马和自然电位值偏低，呈较为平直的锯齿状曲线组合特征。

FⅡ1 油层分流间湾与分流河道交替发育，底部发育决口扇沉积。岩性主要为灰绿色粉砂岩与紫红色粉砂质泥岩互层；测井曲线为中-高幅度，呈略微齿化漏斗-钟性-直线型组合特征。

FⅠ3 油层分流间湾与决口扇交替发育，底部发育中型分流河道沉积。岩性主要为灰绿色泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩。测井曲线幅度值较高，呈微齿化（箱）钟型-直线型-漏斗型组合特征。

FⅠ2 油层与FⅡ1 油层相似，同为分流间湾与分流河道交替发育。岩性以灰绿色粉砂岩与紫红色粉砂质泥岩为薄互层为特征，反应河道变化分叉明显，湖泊扩张。测井曲线呈高幅度，表现为微齿化钟型-直线型组合特征。

FⅠ1 油层沉积时期，由于水体加深，已由三角洲平原亚相逐渐演化为三角洲前缘亚相，表现为水下分流间湾与水下分流河道微相交替发育特征。岩性主要为灰绿色泥岩、粉砂岩以及泥质粉砂岩。测井曲线齿化明显，中-高幅度，呈齿化直线型-钟型组合特征。

3 沉积微相平面展布规律

由于卧里屯北地区现有的钻井、测井资料较少以及沉积砂体横向变化大并连续性差等特征，致使仅在井控条件下开展沉积微相平面展布规律的研究难度较大。针对以上的研究基础与关键问题，该研究在井震联合标定的基础上，充分采用地震属性分析与预测方法实现沉积微相平面展布规律的研究。

图4 达11 单井相图（岩性图例同图3）

3.1 沉积微相的地震属性标定

由前人研究已知，通过钻井地质、测井响应的标定，按照解释目标，地震属性能够定性-半定量地描述储层物性、岩性、厚度和含油性等特征。地震属性是计算机技术对有关地震资料的几何学、运动学特征和统计学特征数字化表达（王晶等，2015）。地震属性种类繁多，但最常用的地震属性主要为振幅、频率和相位3 种类型，其中振幅类属性主要有瞬时振幅、均方根振幅以及最大能量、平均能量等及其衍生的一系列属性。其中，均方根振幅（RMS）属性可识别亮点、暗点，能够有效预测沉积扇体、河道砂体的横向变化及其含油气性特征，因此其常被用于储层砂体预测中。

据前人研究，均方根振幅属性在松辽盆地扶余油层薄互层砂体分析与预测研究中应用效果良好，能够良好地反映扶余油层沉积微相及砂体展布规律（杨飞等，2014）。因此，优选均方根振幅属性来开展扶余油层砂体预测与沉积微相研究，综合应用属性提取技术提取扶余油层中FⅡ1～FⅠ1 等5 个油层的均方根振幅层间属性。以FⅠ1 油层为例，通过井震联合标定以及统计分析方法，深入开展沉积微相展布规律预测与精细刻画。由表2 可知，均方根地震属性的红黄色区域代表砂岩厚度高值区（吴海波等，2014），对应沉积微相类型主要为河道或决口扇；蓝绿色区域代表砂岩厚度低值区，对应沉积微相类型为分流间湾或水下分流间湾微相等。由此，建立地震属性颜色与每层累计砂岩厚度或沉积微相的对应关系，使得地震属性有效预测沉积微相展布规律成为可能。

表2 FⅠ1 油层地震属性单井标定

3.2 沉积微相预测及精细刻画

由以上分析可知，FⅠ1 油层沉积时期主要发育三角洲前缘亚相以及水下分流河道、水下决口扇和水下分流间湾3 种微相。依据沉积微相的井-震标定结果及其识别标志，以沃尔索相律理论为指导，开展沉积微相平面展布规律预测与精细刻画。具体的研究步骤如下。

（1）水下分流河道及其组合形态的地震属性预测与精细刻画

由均方根振幅属性图（图5a）可见，研究区北部属性的颜色以黄、红等色调为主并呈连片分布，反映沉积砂体较为发育，进一步说明沉积物主要来自北部物源以及向南部延展的趋势。在考虑物源方向影响和控制作用的基础上，依据断层走向以及红、黄色属性展布规律刻画出单支分流河道及其组合关系。水下分流河道作为沉积微相的骨架，整体表现为弯曲状由北向南延伸趋势及（树）枝状组合形态。

（2）水下决口扇的地震属性预测与精细刻画

依据决口扇微相与河道之间的空间位置关系，参考红、黄色地震属性的分布形态，进一步刻画决口扇的发育位置、规模及其形态。研究认为，水下决口扇是由洪水期河道决口而形成，主要发育在弯曲河道的凸岸外侧，分布于水下分流道间微相内。

（3）水下分流间湾的地震属性预测与精细刻画

依据属性图中的蓝、绿等颜色的分布展布规律，落实水下分流间湾微相的规模和分布形态。研究发现，水下分流间湾微相是该油层沉积微相的主体，分布广泛。

（4）最后按照沉积微相图绘制规范，形成FⅠ1油层沉积微相平面展布图（图5b）。

通过FⅠ1 油层沉积微相刻画的过程与结果可见，RMS 地震属性在研究区扶余油层沉积微相预测中的效果良好，能够良好地反映出物源方向、沉积微相发育规模及其展布规律。

由FⅠ1 油层沉积微相分析与预测的认识可知，通过RMS 地震属性预测方法能够有效地预测沉积微相及其相应砂体展布规律，因此分别提取FⅡ2、FⅡ1、FⅠ3、FⅠ2 等4 个油层RMS 地震属性，进一步实现了沉积微相的有效预测与精细刻画（图6）。并且，通过区内5 口井预测效果验证，均反映出沉积微相与RMS 地震属性之间具有良好的对应关系，进而证明了此种方法的有效性。

3.3 沉积微相平面展布及其演化规律

图5 安达地区FⅠ1 油层均方根地震属性预测图与对应的沉积微相解释图

FⅡ2 与FⅡ1 油层沉积时期，主要发育三角洲平原亚相，枝状分流河道与叶朵状决口扇分布与大面积的分流间湾微相内，整体表现为枝叶状组合形态。分流河道受到物源方向控制，呈低弯曲度由北向南展布，延伸较远并贯穿整个工区。单一河道宽度较大，分叉、交汇与侧向迁移频繁（图6a、b），尤其是FⅡ1 油层分流河道更为发育。决口扇发育于高弯度河道外侧凸起处，呈叶朵状，规模大小不一。FⅠ3 与FⅠ2 油层沉积时期，极大地继承了FⅡ2 和FⅡ1 沉积时期的沉积特点，为三角洲平原亚相，但枝状分流河道分叉改道、交汇与侧向迁移现象更为明显，决口扇发育规模程度相对较差（图6c、d）。FⅠ1沉积时期，由于湖侵而沉积水体加深，沉积相由三角洲平原亚相逐渐演化为三角洲前缘亚相沉积，水下分流河道作为分流河道的水下延伸部分，河道宽度相对变窄，但仍延伸较远而贯穿全区。由于受到湖浪作用，水下分流河道的分叉、交汇与侧向迁移更为频繁，呈较高弯曲度的枝状形态。水下决口扇微相较为发育，但发育规模相对较小（图5a、b）。

通过沉积微相垂向与平面展布规律的分析可见，FⅡ2 至FⅠ2 油层沉积时期，沉积水体整体较浅，主体发育三角洲平原亚相沉积。FⅡ2 至FⅠ3油层沉积时期，由于湖退而使沉积水体逐渐变浅，直到FⅠ3 沉积时期水体达到最浅，整体表现为进积的沉积过程。FⅠ2 油层沉积时期，由湖退转换为湖侵过程，沉积水体逐渐加深，但仍为三角洲平原亚相沉积。FⅠ1 油层沉积时期，继续发生湖侵，沉积水体进一步加深，形成三角洲前缘亚相沉积。进而说明，FⅠ3 至FⅠ1 油层沉积时期，整体表现为由于水体变深而形成的退积的沉积过程。由以上分析可知，扶余油层沉积时期整体表现沉积水体由深变浅再变深、湖退—湖进的沉积过程。