胡光義 陳 飛 范廷恩 孫立春 趙春明 高云峰 王 暉 宋來明

(1.中海石油研究總院 北京 100027;2.中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300452)

0 引言

河流相砂體是我國中、新生代陸相盆地最重要的油氣儲集層。我國石油資源的80%以上蘊藏于陸相地層中［1，2］，其中渤海海域探明地質(zhì)儲量占渤海海域總探明的53%，產(chǎn)量占渤海海域產(chǎn)量的64%。隨著90年代渤海海域淺層河流相油氣勘探獲得重大突破，使得河流相儲層研究成為當(dāng)前海上油田研究的熱點。

隨著我國大多數(shù)主力油田進(jìn)入高含水期的開采階段，注采矛盾日益突出，傳統(tǒng)的儲層地質(zhì)研究方法已不能滿足當(dāng)前油田的開發(fā)需求，尤其是解決層內(nèi)與平面矛盾，這就要求對油田儲層的劃分越來越細(xì)，需要從砂體內(nèi)部構(gòu)型及平面分布規(guī)律的進(jìn)行精細(xì)研究。有關(guān)河流沉積砂體疊合規(guī)律的研究目前僅集中于現(xiàn)代沉積和野外露頭解剖方面，對油田地下砂體結(jié)構(gòu)的研究相對較少，特別是針對井網(wǎng)較疏的海上油田的研究，而且對層序格架內(nèi)砂體的成因類型研究較少。因此，亟需對海上油田稀井網(wǎng)條件下的復(fù)合砂體疊置樣式進(jìn)行精細(xì)研究。通過對河流相復(fù)合砂體疊置樣式、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和時空展布規(guī)律的分析以及儲層單元的預(yù)測，以及河流相復(fù)合砂體疊置樣式與層序地層學(xué)的研究，為海上油田的砂體預(yù)測和開發(fā)調(diào)整提供實踐意義。同時，完善了高分辨率層序劃分和對比的理論，推動了陸相開發(fā)地質(zhì)學(xué)的發(fā)展。

1 地質(zhì)概況

渤海灣海域是華北含油氣盆地的組成部分，屬克拉通內(nèi)裂谷盆地，經(jīng)歷過斷陷、斷坳和坳陷三個演化階段［3～6］。中新世渤海灣盆地開始進(jìn)人裂后坳陷演化階段，在湖平面下降、上升交替進(jìn)行的沉積背景下，形成了館陶組—明化鎮(zhèn)組以河流平原相為特征的新近系沉積組合［3，4］。

渤海S油田位于渤海中部海域，地處石臼坨凸起，周邊被渤中、秦南和南堡3大富油凹陷環(huán)繞，是在潛山披覆構(gòu)造背景上形成的，并被斷裂復(fù)雜化的、受巖性和構(gòu)造雙重因素控制的大型河流相油田(圖1)［7］。該油田構(gòu)造幅度比較平緩，主要含油層系為新近系明化鎮(zhèn)組下段和館陶組，其中明下段可分為Nm0、NmⅠ、NmⅡ、NmⅢ、NmⅣ和NmⅤ六個油組。研究區(qū)內(nèi)鉆遇地層平均厚度為482 m，區(qū)域上分布比較穩(wěn)定。油藏埋深淺(海拔-900～-1 600 m)，儲層膠結(jié)疏松、油水關(guān)系非常的復(fù)雜、底水油藏儲量占了40%。

圖1 渤海灣盆地區(qū)域地質(zhì)(左圖)及其工區(qū)位置(右圖)Fig.1 Tectonic divisions(left)and locations of the study area(right)in Bohai bay Basin

2 層序地層格架內(nèi)砂體疊置樣式

高分辨率層序地層學(xué)［8］理論、概念和方法日臻完善，改變了沉積學(xué)的研究思路［9～11］。這一方法不僅考慮基準(zhǔn)面旋回過程與儲層結(jié)構(gòu)層次性，以及不同級次旋回劃分標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系;而且重點強調(diào)基準(zhǔn)面旋回對砂體結(jié)構(gòu)成因、沉積序列的控制作用;同時也明確較短周期旋回對較長期旋回的影響及多層次逐級對比的技術(shù)方法。

應(yīng)用高分辨率層序地層學(xué)的理論和方法，在三級層序框架和關(guān)鍵面的約束控制下，結(jié)合河流相沉積特點，對渤海S油田的明化下段地層進(jìn)行小層劃分和對比，劃分了38個五級層序、13個四級層序和4個三級層序，其中五級層序厚度約為12.7m(圖2)。渤海灣盆地新近系為坳陷期，湖平面下降、上升交替進(jìn)行的沉積背景，加之受新構(gòu)造運動的影響，使得層序發(fā)育模式存在差異，整體以正韻律沉積為主。

在高分辨率層序地層格架控制下，依據(jù)沉積結(jié)構(gòu)、沉積構(gòu)造、幾何形態(tài)、側(cè)向和垂向增生樣式，將渤海中南部地區(qū)明化鎮(zhèn)組河流相砂體劃分為3種類型7類樣式，分別為堆疊型(ACM)、側(cè)疊型(SC)和孤立型(IS)，其中側(cè)疊型又分成緊密接觸型(IC)、疏散接觸型(EC)和離散接觸型(DC)3小類;孤立型包括下切侵蝕河道(IIC)、決口扇(CS)和孤立河道(ICH)3小類。

2.1 堆疊型特征

砂體在側(cè)向和垂向上的彼此切割和疊置，呈多層疊置形態(tài)。整體呈楔狀體，互層砂體分布其中，以槽狀交錯層理為主。不同期次、不同級次砂體疊置，砂體內(nèi)部發(fā)育各種形式的沖刷面(圖3)，局部殘留了薄的泥質(zhì)夾層。河道頻繁擺動遷移，河道向下游和側(cè)向增生普遍，砂體在井間橫向延伸相對較大，填充粗粒物質(zhì)。粒度由粗—細(xì)、細(xì)—粗—細(xì)或粗—細(xì)—粗等三種變化類型。

堆疊型砂體內(nèi)部呈彼此切割和疊置，砂體遷移方向不明顯。測井曲線以箱形、箱—鐘形為特點，地震上呈現(xiàn)為強振幅，連續(xù)性較好，波形表現(xiàn)為拉伸和變形(圖3b)，表明河道的擺動方向不明顯，主要是由于晚期河道單元沉積時局部沖刷改造下部河道單元的上部，導(dǎo)致河道砂體垂向侵蝕接觸，巖性界面不清楚，河道遷移方向很難判斷，主要發(fā)育在NmⅤ1-NmⅤ2、NmⅣ1和NmⅡ3-NmⅡ4(圖3c)。

2.2 側(cè)疊型特征

河道彎曲度增大，單套砂體規(guī)模變大，河道呈大規(guī)模沖刷充填，砂體呈透鏡狀、板狀，以大規(guī)模側(cè)向增生為主，底界面以低角度增生面為界。河道遷移擺動能力相對較強，砂體散布于細(xì)粒泛濫平原沉積內(nèi)，形成連片狀河道砂體，剖面垂向上呈側(cè)向疊置，橫向遷移。側(cè)向連續(xù)性較好，河道砂體依次相互搭接，砂體橫向規(guī)模發(fā)生一定變化，反映了河道規(guī)模的變化(圖4)。地震剖面上反射同相軸相連，但是波形有所變化(圖4b)，測井上可以看出有明顯上下分布特征，形成鐘狀尖峰型高阻(圖4b)。側(cè)疊砂體最顯著特征就是河道在橫向具有一定方向的遷移性(圖4b)。主要發(fā)育在NmⅤ5-NmⅤ3、NmⅣ3-NmⅣ2、NmⅢ、NmⅠ、和Nm05-03。

圖2 渤海S油田明化鎮(zhèn)組河流相高精度層序劃分對比Fig.2 Fluvial facies correlation section based on high resolution sequence at S oilfield in Bohai

圖3 渤海S油田明化鎮(zhèn)組河流相堆疊型砂體特征a.鄂爾多斯盆地延長組露頭剖面砂體堆疊特征;b.地震剖面堆疊型砂體反射特征;c.連井砂體分布特征Fig.3 Fluvial facies amalgamated channel complex sandbody characteristic of the Minghuazhen Formation of S oilfield in the Bohai a.the outcrop of compound sandbody characteristic of Yanchang Formation at Ordos Basin;b.seismic reflection characteristics of amalgamated channel complex sandbody;c.sandbody distribution profile

圖4 渤海S油田明化鎮(zhèn)組河流相側(cè)疊型砂體特征a.西班牙Ebro盆地中新統(tǒng)河流相露頭剖面砂體堆疊特征;b.地震剖面?zhèn)券B型砂體反射特征Fig.4 Fluvial facies stack channel sandbody characteristic of the Minghuazhen Formation of S oilfield in the Bohaia.The outcrop of stack channel characteristic of Miocene flurial facies in Ebro Basin;b.Seismic reflection characteristics of stack channel sandbody

圖5 渤海S油田C1-C2-C3井連井側(cè)疊型—緊密接觸砂體特征Fig.5 Intimated contact sandbody distribution profile of C1-C2-C3 of S oilfield in Bohai

圖6 渤海S油田D1-D2-D3井連井側(cè)疊疊型—疏散接觸型砂體特征Fig.6 Evacuated contact sandbody distribution profile of D1-D2-D3 of S oilfield in Bohai

圖7 渤海S油田E1-E2-E3-E4-E5井連井側(cè)疊型—離散接觸型Fig.7 Discreted contact sandbody distribution profile of E1-E2-E3-E4-E5 of S oilfield in Bohai

依據(jù)側(cè)向遷移的離散程度又分為以下3種類型:

(1)緊密接觸型側(cè)疊砂體(IC)，此時空容納空間相比其他亞類小，側(cè)向連續(xù)性較好，河道砂體依次相互切割，砂體規(guī)模相似。砂體呈側(cè)向切疊式，表明了在相對小的可容納空間下砂體的強烈的側(cè)向遷移(圖 5)。

(2)疏散接觸型側(cè)疊砂體(EC)，可容納空間增加，河道側(cè)向遷移能力變?nèi)?，砂體與砂體之間有泥質(zhì)夾層存在。河道砂體平面上呈寬條帶狀分布，側(cè)向連通性變差(圖6)。

(3)離散接觸型側(cè)疊砂體(DC)，隨著相對湖平面繼續(xù)上升，可容納空間變大A/S接近1，河流由加積逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橥朔e。河道砂體彼此相對孤立，連通性相對變差，形成迷宮狀砂體結(jié)構(gòu)(圖7)。

2.3 孤立型特征

隨著基準(zhǔn)面的不斷上升，A/S比值增大，使得河道規(guī)模變小，砂體變薄，泛濫平原泥巖沉積增加，河道砂體呈孤立式分布。砂體彼此孤立，地層表現(xiàn)為弱退積—加積特征，測井曲線以鐘形為特點，地震剖面上出現(xiàn)以弱反射為背景的不連續(xù)的強振幅反射。

依據(jù)沉積特征又分為以下2種類型:

(1)下切侵蝕型

下切侵蝕河道一般分布于層序界面附近，是低可容納空間的產(chǎn)物，下切充填河道為主，下切河谷充填的砂體具有沖刷充填結(jié)構(gòu)。這種河道充填砂體在下切河谷內(nèi)頻繁擺動遷移，填充粗粒物質(zhì)，形成孤立河道砂體結(jié)構(gòu)類型，構(gòu)成各類儲集砂體和巖性圈閉(圖8)［12，13］。在連井剖面 H1-H2-H3-H4-H5 上可以看出，在下切河谷內(nèi)至少有3期河道填充，且具有從H4井向H5井方向遷移的趨勢(圖9)。下切侵蝕河道充填變化較大，在H2井下切侵蝕厚度為4.6 m，在H4井下切侵蝕厚度變化為17.8 m，下切侵蝕最厚處位于H10井附近厚度達(dá)到36 m左右，寬度達(dá)到3 500 m左右。

圖8 渤海S油田H1-H2-H3-H4-H5沉積剖面圖Fig.8 Sand-body distribution profile of H1-H2-H3-H4 of S oilfield in Bohai

圖9 高分辨率層序地層格架內(nèi)不同A/S控制下的河流相砂體疊置樣式特征Fig.9 Diagram illustration of fluvial facies of compound sandbody architecture related to A/S changes in high resolution sequence statigraphy

(2)孤立河道和決口扇

可容納空間達(dá)到較大范圍，河道彎曲度增大，寬/深比較大，河道呈孤立狀，規(guī)模相對變小。河道砂體粒度向上變細(xì)，分選性變好。形成分布廣泛的孤立河道砂體，有時還伴有決口扇出現(xiàn)。孤立型砂體往往存在于河道發(fā)育程度不高水動力相對較弱的沉積環(huán)境，且砂體厚度、規(guī)模一般較小。

3 砂體疊置樣式的控制因素分析

砂體疊置樣式是構(gòu)造沉降、可容納空間或A/S比值變化的函數(shù)［10，11，14～17］。不同 A/S 對砂體的空間結(jié)構(gòu)和配置接觸關(guān)系產(chǎn)生了有規(guī)律的變化。以A/S=1為界線，以上砂體疊置樣式以退積為主，且越靠近Y軸退積程度越低，越近A/S=1界線砂體砂體側(cè)向遷移愈強烈，內(nèi)部越發(fā)育完好的結(jié)構(gòu)和底形。A/S=1界面以下砂體疊置樣式以進(jìn)積為主。進(jìn)積型砂體具有較強的相互切割，多樣性較低、內(nèi)部構(gòu)造和底形保存不好，整體呈堆疊復(fù)合狀砂體分布［16］(圖10)。

湖平面快速下降A(chǔ)/S比值為負(fù)值(沖刷帶)，主要發(fā)育下切侵蝕河谷。低A/S比值時河道砂巖和其它沉積物開始填充。河道砂體呈沖刷—充填形態(tài)，主要以堆疊型復(fù)合河道砂體為主。河道類型砂體疊置連片，單砂體厚3～10 m、寬度約為300～1 200 m，形成復(fù)合河道砂體。在中等的A/S比值時，河道砂體由堆疊型向側(cè)疊型轉(zhuǎn)變，砂體的規(guī)模變小，河道橫向發(fā)生遷移擺動，細(xì)粒物質(zhì)增加，越岸沉積開始增加。河道以大規(guī)模側(cè)向遷移為主。在高的A/S比值條件下，砂體主要孤立型為主，發(fā)育有決口扇和孤立河道。

4 結(jié)論

(1)渤海中南部地區(qū)明化鎮(zhèn)組河流相砂體疊置樣式劃分為3種類型共7種疊置樣式，分別為堆疊型、側(cè)疊型和孤立型。其中側(cè)疊型又分成緊密接觸型、疏散接觸型和離散接觸型3小類;孤立型包括下切侵蝕河道、決口扇和孤立河道3小類。

(2)論述了河流相砂體的沉積特征，分析了沉積充填演化特征，歸納了河流相砂體疊置樣式受控于可容納空間與沉積物供給(A/S)比值的影響。

(3)河流相砂體疊合樣式的建立完善了陸相高分辨率層序劃分和對比理論基礎(chǔ)，同時，為河流相儲層的精細(xì)刻畫和井位部署以及井位優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。

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