东营凹陷永北地区沙四上亚段砂砾岩储层构型特征及分布样式

孔省吾, 于正军, 宋 璠, 王正伟

(1.胜利油田物探研究院， 东营 257022； 2.中国石油大学(华东)地球科学与技术学院， 青岛 266580)

东营凹陷永北地区沙四上亚段砂砾岩油藏储量丰富，是胜利油田油气勘探与开发的主要目标之一[1-3]。然而，由于砂砾岩储层内部结构复杂，随着油气开发工作不断深入，传统的基于沉积微相研究的油藏描述工作已不能满足此类油藏精细评价、挖潜剩余油的需要。储层构型分析技术由于其对储层研究精度更为细化深入，可为复杂油气藏的内部结构认识及油气挖潜提供有力的技术支撑[4-5]。

近年来，对于河流相、三角洲等沉积相带的储层构型研究进展迅速，研究手段已由常规的野外露头、现代沉积分析向三维地震、水槽实验、数值模拟等技术转变，建立了多种储层构型发育模式[6-7]。但针对发育在断陷湖盆陡坡带近岸水下扇的构型研究很少，对其构型级次划分和构型单元特征的研究不够深入[8]。现综合利用永北地区丰富的岩心、测井及三维地震资料，对沙四上亚段7-8砂组(Es47-8)典型的厚层砂砾岩储层的特征及其分布样式进行研究，为该区勘探开发过程中暴露出的不同期次河道叠置关系、边界性质不清等问题提供解决思路。

1 地质背景

东营凹陷是渤海湾盆地济阳坳陷内的一个次级凹陷，属于典型的新生代陆相断陷湖盆。依据构造特征，东营凹陷分为北部陡坡带、洼陷带、中央隆起带和南部缓坡带共四个次级构造单元[9]。永北地区位于东营凹陷北部陡坡带东段，属于盐家油气田东南部的一个区块[10]，面积约为7.6 km2，东部与北部都紧邻陈家庄凸起，西部为盐家盐22区块，南部与民丰凹陷相接，东南部紧靠永安镇油田(图1)。永北地区受陈南断裂所控制，发育一套混杂堆积为主的复杂砂砾岩体，主要对应于扇三角洲沉积、近岸水下扇沉积以及滑塌浊积扇沉积[11-13]。

图1 东营凹陷永北地区构造位置

研究区目前有钻井近50口，其中包括13口取心井，平面上以永928井、永936井为中心具有平均井距200 m左右的密井网区块(图1)。钻井揭示研究区油气资源主要集中于沙四上亚段，胜利油田经过多年勘探将该亚段进一步划分为8个砂层组[14]，7-8砂层组为厚层砂砾岩储层，内部进一步划分出若干小层(表1)。其中7砂组对应于扇三角洲沉积，单层砂砾岩体厚度相对较小；8砂组对应于近岸水下扇沉积，主要为厚层块状砂砾岩沉积。该区自2007年投入开发，主要采用7-8砂组合层压裂、天然能量开采的方式，原油采收率仅为10.4%，厚油层内还有较大的挖潜潜力。

表1 永北地区沙四上亚段地层系统划分

2 构型界面分级

储层构型界面的级次划分是构型研究的基础，不同级次的构型界面限定了不同级别的沉积单元，可将目的层划分为不同级别、成因上具有联系的沉积体[15]。构型研究目前在河流相、三角洲、冲积扇沉积中都取得了丰硕的成果[16-18]，在水下扇沉积构型划分方面研究尚浅。现参考Maill 提出的河流相构型界面分级系统，在充分考虑研究区7-8砂组的扇三角洲—水下扇沉积条件与特征的基础上，提出了砂砾岩储层构型的6级划分方案。

1级构型与2级构型的划分与Maill的划分方案基本一致，其中1级构型界面为层理组内部一个纹层的界面，即为岩心上可识别最小级别的构型单元的级别；2级构型则是交错层系组，将不同岩相区分开；3级构型为单期朵叶体或舌状体内部的某一沉积单元，包括小冲沟、沟槽填充体；4级构型对应于近岸水下扇单期辫状沟道、沟道间，以及扇三角洲单期水下分流河道；5级构型对应多期次辫状沟道或水下分流河道叠加形成的复合体；6级构型为多期水下扇或扇三角洲朵叶复合体。其中由于4级、5级构型识别的可操作性强、预测精度高，是油田砂砾岩勘探开发的重点，也是研究的主要目标。

图2 永北地区沙四上亚段岩性特征

3 砂砾岩储层特征及构型单元类型

构型单元是构型界面控制下的构型实体，实质上就是某一沉积时间单元内的沉积微相或微相复合体[19-21]。通过对研究区13口取心井资料分析，结合测井与地震资料，对永北地区沙四上亚段7-8砂组砂砾岩储层的岩性特征、测井响应特征及地震反射特征进行了系统研究，进而对储层构型单元进行了划分。研究区8砂组主要发育近岸水下扇辫状沟道和沟道侧缘两种构型单元，7砂组主要发育水下分流河道构型单元。

3.1 岩性特征

通过近400 m的岩心观察，发现研究区沙四上亚段7-8砂组砂砾岩储层岩性类型多样，包括粗砾岩、中砾岩、含中砾细砾岩、细砾岩、含砾砂岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩等。其中，粗砾岩是由粒径超过10 cm以上的大砾石组成的块状层理砾岩，厚度一般为30～100 cm，主要发育在扇根沟道主体[图2(a)]；中砾岩由粒径2～10 cm的砾石组成，研究区存在杂基支撑和颗粒支撑两种方式[图2(b)、图2(c)]，主要发育在扇根或扇中靠近扇根部位；含中砾细砾岩和细砾岩主要由粒径0.2～2 cm的砾石组成[图2(c)、图2(d)]，厚度一般为15～100 cm，主要发育在扇中靠近扇根部位；含砾砂岩和粗砂岩厚度一般为5～30 cm，常发育块状层理、递变层理和冲刷面等沉积构造[图2(e)、图2(f)]，主要发育在扇中部位。中砂岩和细砂岩厚度一般为5～30 cm，常发育平行层理、韵律层理等沉积构造[图2(g)、图2(h)]，主要发育在扇中部位；粉砂岩和泥质粉砂岩厚度一般为5～20 cm，常发育小型交错层理[图2(i)、图2(j)]，主要发育在扇中位置或靠近扇缘部位。泥岩主要呈深黑色，泥岩厚度一般为1～100 cm，常发育泥岩撕裂屑和块状层理[图2(k)、图2(l)]，主要发育在扇缘或深湖环境中。

3.2 测井响应特征

东营凹陷北带永935～936区块沙四上亚段发育的砂砾岩测井曲线形态类型多样，代表着研究区沉积环境、水动力强弱变化等沉积现象，综合曲线形态及岩性特征，可识别出五种研究区典型的测井相类型(表2)。

主沟道：自然电位(SP)曲线形态呈中高幅微齿化箱形，顶底界面回返明显表现为突变接触，电阻率曲线呈高幅形态。主要发育混杂堆积砾岩相、块状层理。主沟道主要发育在靠近物源区的扇根位置，陡坡带的沉积物沿陡坡带快速堆积速堆积填充在底部，单期主沟道砂砾岩体厚度普遍在20～40 m左右。

表2 永北地区沙四上亚段构型单元类型及特征

辫状沟道：自然电位曲线形态呈中高幅微齿化箱形与钟形复合，顶界面呈渐变式接触，底界面回返明显表现为突变接触，电阻率曲线呈中高幅齿化形态。主要发育砾岩相、砂岩相，块状层理、正粒序层理为主。辫状沟道靠近物源区的扇中位置，陡坡带的沉积物沿陡坡带快速堆积填充在底部之后沿相对较平缓的扇根沉积之上向前铺撒开来形成辫状沟道，沟道形成底部砾石向砂岩以及泥岩过渡的正韵律。每期沟道结束，下一期辫状沟道叠覆冲刷，形成多期辫状沟道叠置的现象，单期辫状沟道砂砾岩体厚度在10～20 m。测井曲线呈中高幅微齿化箱形与钟形复合形态。

沟道侧缘：自然电位曲线形态呈中低幅微齿化漏斗形，顶界面回返明显表现为突变接触，底界面呈渐变式接触，电阻率曲线呈中低幅齿化形态。主要发育砂岩相，反粒序层理为主。沟道侧缘在陡坡带的沉积物沿陡坡带快速堆积填充在底部形成的主沟道与辫状沟道沉积，沟道满载之后向沟道两侧溢出形成的类似河口坝的沉积体。每期沟道侧缘厚度普遍在1～5 m。

水下分流河道：7砂组沉积时期湖平面下降，砂砾岩体向湖盆进积形成扇三角洲，其中作为沉积主体的水下分流河道以砂砾岩、中-粗砂岩沉积为主，常见块状层理、正粒序层理的砾岩相、砂岩相。测井曲线呈中高幅微齿化箱形与钟形复合，顶界面呈渐变式接触，底界面回返明显表现为突变接触。

扇端泥岩：测井曲线呈低幅微齿化直线型。主要发育泥岩相、泥岩撕裂屑现象，块状层理、韵律层理为主。扇端泥岩相主要发育在远离物源区的扇端位置，每期沟道伴随着沿陡坡带向前延伸进去深湖～半深湖环境之中，形成块状泥岩和多期砂泥互层。

3.3 地震反射特征

图3 过永936井典型杂乱反射相、丘状相的地震剖面

利用地震反射内部结构、外部形态及地震属性，并以地震反射同相轴的振幅和连续性等地震参数，将沙四上亚段砂砾岩体的地震反射形态与钻井资料结合，识别出近物源的杂乱充填相、丘状相、扇中发育的冲刷填充相以及远物源的平行席状相等标志，作为构型单元确定的辅助标志(图3)。其中杂乱充填相分布在北部陡坡带靠近物源的砂砾岩扇体根部位置，岩性以分选极差、磨圆差、杂基支撑、颗粒支撑充填的砾岩、砾质砂岩为主；丘状相是砂砾岩扇体主体部位的地震相特征，岩性以砾质砂岩、砂岩为主。该地震相振幅较强，连续性较好，对应于扇三角洲水下分流河道和近岸水下扇辫状沟道；冲刷填充相同样是砂砾岩扇中主体部位的地震相特征，岩性以砾质砂岩、砂岩为主。该地震相振幅较强，连续性较好，其近物源位置与杂乱充填相接触。

4 构型单元分布

砂砾岩油藏的开发主要受砂砾岩体之间的连通性和空间展布样式所制约。永北地区沙四上亚段7-8砂组砂砾岩体中单期朵叶体或舌状体(5级构型单元)的空间叠置关系，以及单期辫状沟道或水下分流河道(4级构型单元)之间是否连通等问题尚不清楚。在单井构型划分与识别的基础上，从剖面到平面研究4-5级构型单元的分布样式，为研究区砂砾岩油藏的挖潜提供地质依据。

4.1 构型单元剖面分布样式

研究区沙四上亚段8砂组的5级构型单元主要为近岸水下扇多期舌状体，常呈顶平底凹展布，单期舌状体规模大小不一(图4)。区内永936井区舌状体明显比永928井区和永930井区薄。其中靠近断层边界位置，单期舌状体之间存在泥岩隔层为5级构型界面，永930区与永928区单期舌状体之间存在叠切和冲刷现象，砂体之间冲刷面也属于5级构型界面。永928区与永930区之间存在古高地，高地两侧与断层边界之间以及永928井区单期舌状体呈明显的退积样式。

7砂组5级构型单元为单期扇三角洲朵叶体，连续性较好，单期朵叶体从盆地边界到深湖区岩性逐渐变细，尖灭在湖相泥岩中(图4)。永936井区朵叶体呈顶平底凹展布，泥岩为5级构型界面，整体呈进积样式展布。此外，7砂组顶部位置伴随着断层活动或古地貌，滑塌堆积或滑落堆积在脱离朵叶体前端的深湖浊积扇，在垂向上呈现顶平底凹的形态，整体呈条带状展布，少见叠切样式。

在5级构型单元的约束下，以永936井区8砂组和永928井区7砂组为例进行4级构型单元的刻画(图5)。由永936井区垂直物源剖面可见，构型单元主要为主沟道、辫状沟道和沟道间。单期主沟道在永936井底部呈现三期退积样式展布，主沟道呈不规则舌态，横向连续性好，辫状沟道交错叠置。由永928井区顺物源剖面可见，构型单元主要为水下分流河道、远砂坝以及河道间。分流河道主要呈顶平底凹的形态，单期河道有孤立式和叠切式两种形式，期间发育的河道间沉积和远砂坝。

4.2 构型单元平面分布样式

在单井构型单元识别与剖面分布样式研究的基础上，利用研究区新处理的三维地震资料进行地震属性分析，提取了波阻抗属性、振幅类属性、频率类属性等十余种属性数据体，最终优选出均方根振幅、弧长、方差属性作为精细刻画构型单元边界的地球物理依据。

永北地区沙四上亚段8砂组发育的水下扇辫状沟道主要分布于永928、永935以及永936三个井区，单期辫状沟道舌状体整体呈现退积样式(图6)，由8-4小层[图6(d)]到8-1小层[图6(a)]的舌状体逐渐向西北方向退积，扇体规模不断缩小，符合断陷湖盆裂陷扩张期时期的地质特征。平面上每期舌状体的发育规律差异较大，永935区块向西南区域呈北东-南西方向的条带状分布，永928区块向西区域呈北西-南东方向展布，舌状体整体延伸方向较为稳定，分叉、弯曲现象不明显，多个舌状体之间近平行分布。沙四上亚段7砂组扇三角洲朵叶体从早期到晚期呈进积样式展布(图7)，朵叶体主要分布于永928井区以及永936井区。各时期朵叶体形态变化较大，朵叶体之间垂向、横向均有明显的冲刷切割及叠置分布特点。

5 结论

(1)东营凹陷永北地区沙四上亚段为一套近岸水下扇—扇三角洲砂砾岩沉积体，其中8砂组主要发育水下扇辫状沟道、沟道间，7砂组主要发育扇三角洲水下分流河道。

(2)将研究区水下扇—扇三角洲砂砾岩体内部储层结构划分为6级，总结了与油气勘探开发关系最为密切的4-5级构型岩性、测井及地震响应特征。不同构型单元的岩性、厚度、分布位置及地球物理响应存在显著差异。

图4 研究区5级构型单元剖面图(东西向，垂直物源)

图5 永936井区8-2小层4级构型单元连井剖面(垂直物源)

图6 研究区8砂组1～4小层舌状体分布特征

图7 研究区7砂组1～3小层朵叶体分布特征

(3)研究区沙四上亚段8砂组的5级构型单元主要为近岸水下扇多期舌状体，常呈顶平底凹展布，单期舌状体规模大小不一，4级构型单元呈多期退积样式展布，辫状沟道砂砾岩交错叠置发育；7砂组5级构型单元为单期扇三角洲朵叶体，连续性较好，单期朵叶体从盆地边界到深湖区岩性逐渐变细直至尖灭，4级构型单元呈进积样式展布，具有明显的冲刷切割及叠置分布特点。