陳世悅 畢明威 劉惠民 高永進 張鵬飛
(1.中國石油大學(華東)地球科學與技術學院 山東青島 266555;2.中國石化勝利油田分公司地質(zhì)科學研究院 山東東營 257000)
隨著含油氣盆地勘探程度地提高,各類隱蔽型油氣藏逐漸成為主要的勘探目標。沙三段沉積時期,東營凹陷東營三角洲前緣濁積沉積形成的非構(gòu)造圈閉油氣資源豐富,是東營凹陷儲量增長和勘探開發(fā)的重要類型[1~4]。三角洲前緣滑塌濁積沉積受到構(gòu)造活動、古地形特征等多種地質(zhì)因素的控制[5~10],砂體橫向分布較穩(wěn)定,但厚度變化大,目前還沒有有效手段預測滑塌濁積砂體的厚度,加強厚度預測研究十分必要。
目前對砂體厚度的預測方法可以分為兩種:一是通過沉積物的供給速率、湖盆底形及構(gòu)造活動等因素對滑塌濁積體進行定性的預測[11~13];二是通過對地球物理綜合處理,實現(xiàn)砂體的識別及厚度的預測[14~17],但該類方法很少考慮到前緣滑塌砂體的地質(zhì)及成因特征的復雜性,加上地球物理參數(shù)的精度問題,因此很難對砂體厚度進行有效預測。筆者通過對東營凹陷沙三中亞期三角洲—滑塌濁積體系發(fā)育特征的研究,分析沉積體系內(nèi)部地質(zhì)關系,建立濁積砂體厚度預測模型,為定量預測三角洲前緣巖性圈閉提供一種新的思路及方法。
東營凹陷是典型的中新生代斷陷湖盆,形態(tài)上為北斷南超、北陡南緩的箕狀凹陷[18]。凹陷東接青坨子凸起,南部超覆于魯西隆起、廣饒凸起,向西以平南斷層和高青斷層為界、與惠民凹陷毗鄰,北部以陳南斷層為界、與陳家莊凸起相鄰[19~22];可以劃分為利津洼陷、民豐洼陷、牛莊洼陷、博興洼陷等次級洼陷[23,24]。
圖1 東營凹陷構(gòu)造區(qū)劃圖(據(jù)楊偉利等,2006)Fig.1 The tectonic division of Dongying depression(according to Yang Weili,et al.,2006)
沙三段中亞段沉積時期,東營凹陷物源供給充足,東營三角洲沉積極其發(fā)育,自下而上可以劃分為9個沉積期次(據(jù)勝利油田地質(zhì)院)(圖2)。隨著三角洲不斷向湖盆中央進積,導致沉積物在三角洲前緣斜坡處不斷堆積,在自身重力、構(gòu)造運動、水動力等多種因素的影響下,尚未完全固結(jié)的沉積物發(fā)生破裂、滑動等作用沿著斜坡下滑,沉積物在斜坡坡折帶能量卸載形成滑塌濁積巖沉積[25~29](圖 3)。
為了建立三角洲—滑塌濁積體系預測模型,設定了三條假設條件:①不考慮青坨子物源對東南物源和南部物源三角洲的影響;②不考慮構(gòu)造活動、洼陷帶可容空間大小等不可定量描述的因素的影響;③將濁積體細分為若干個獨立的個體,假定每次選點都選取的是不同濁積體的最大厚度處(圖3)。通過分析認為:可以通過建立三角洲前緣滑塌濁積巖厚度h(m)與前緣地層厚度H(m)、砂巖百分含量x(%)、濁積巖滑移距離s(m)以及前緣斜坡坡角的大小a(°)的定量關系,從而建立三角洲—滑塌濁積體系的預測模型[30]。
圖2 沙三中亞段東營三角洲東西向沉積相對比剖剖面Fig.2 The east-west correlation of sedimentary facies of Dongying Delta in the middle Es3
圖3 三角洲—滑塌濁積體系定量參數(shù)選定示意圖Fig.3 Schematic diagram of quantitative parameter selected for delta-fluxoturbidite depositional system
本次研究以東營三角洲第四、五、六沉積期次為例,建立前緣滑塌濁積巖厚度的預測模型。對三角洲—前緣滑塌濁積體系地質(zhì)模型的研究,是在單因素分析的基礎上,利用灰關聯(lián)分析法對前緣滑塌砂體的厚度進行定量預測。
(1)利用控制變量的方法建立單因素關系。例如,尋找滑塌濁積體厚度h(m)與滑移距離s(m)的單因素關系,就要在前緣厚度H(m)、砂巖百分含量x(%)以及斜坡坡角a(°)為定值的情況下進行研究,消除它們對h-s關系的影響。
(2)得到單因素關系后(如 h-s、h-H、h-x、h-a等),利用灰關聯(lián)分析法對前緣滑塌砂體厚度h(m)進行定量預測,建立預測模型。
灰關聯(lián)分析法,即建立系統(tǒng)中各因素的主次關系,找出影響各項評價指標的重要因素,它包括主因素與子因素的選定、關聯(lián)系數(shù)、關聯(lián)度及權系數(shù)的計算等[31]。
(1)主因素與子因素的選定
利用單因素分析的方法,確定決定濁積體厚度大小的主要參數(shù)作為主因素,其余參數(shù)作為子因素處理。
(2)確定單項指標定量化標準
本文采用極大值標準化的方法,對數(shù)據(jù)進行標準化處理。即以單項參數(shù)除以同類參數(shù)的極大值,使參數(shù)歸一在0~1之間。對于其值愈大,反映濁積體厚度越大的參數(shù),直接除以本參數(shù)的最大值;對于其值越小,反映厚度越大的參數(shù),用本參數(shù)的極大值減去單項參數(shù)之差再除以最大值;對于取中間值時,反映厚度越大的參數(shù),用單項參數(shù)減去中間值并求取絕對值,再用最大絕對值減去各項參數(shù)算得的絕對值之差再除以最大絕對值[32]。
(3)確定各項指標的權重,計算灰關聯(lián)系數(shù)
定量標準化后的數(shù)據(jù)利用下列公式(公式①~④),計算出各子因素與主因素之間的灰關聯(lián)系數(shù)為:
ρ∈[0.1,1]稱為分辨系數(shù),其作用在于提高灰關聯(lián)系數(shù)之間的差異顯著性,一般取0.5。
ri,0為子序列 i與母序列 0的灰關聯(lián)度(公式(5)),經(jīng)過歸一化處理(公式(6)),所得到的結(jié)果即為各指標相對于濁積體厚度預測時的權重系數(shù)。
按照沙三段中亞期東營三角洲的主推進方向,選取地質(zhì)剖面(以第六期次為例,如圖4所示),對三角洲及其前緣濁積體發(fā)育關系進行參數(shù)選取及定量研究(表1)。
2.3.1 h-s單因素關系
由于每條剖面三角洲前緣的H、x和a是定值,可以在單剖面的條件下,按照控制變量的方法,建立h-s的定量單因素關系。以第六期6-2剖面為例,得出該剖面的h與s的單因素關系(圖5)。
按照同樣的方法建立其他剖面的h-s關系,可以得出相同的規(guī)律,即濁積體厚度與滑移距離之間呈線性負相關關系,并且相關關系好。
圖4 第六期次三角洲—滑塌濁積體系定量研究剖面位置圖Fig.4 The quantitative research profile location of deltafluxoturbidite depositional system in the sixth stage
圖5 第六期次6-2剖面滑塌濁積體厚度h與滑移距離s單因素分析圖Fig.5 The chart of single factor analysis between fluxoturbidite thickness h and turbidite slip distance s of profile 6-2 in the sixth stage
2.3.2 h-H、h-x、h-a 單因素關系
在三角洲前緣相同位置前緣厚度H、砂巖百分含量x以及斜坡坡角a是一一對應的,討論h-H、h-x、ha單因素關系時,可以將H、x、a作為一個整體來考慮,而忽略H、x、a之間的相互影響。建立h-H、h-x、h-
a的單因素關系,即尋找滑移距離s相等的滑塌濁積巖進行研究。
表1 第四、五、六期次三角洲—滑塌濁積體系定量參數(shù)數(shù)據(jù)表Table 1 Data of quantitative parameter for delta-fluxoturbidite system from the forth to sixth stage
表2 s=10 795 m時第六期三角洲—滑塌濁積體系定量參數(shù)數(shù)據(jù)表Table 2 Data of quantitative parameter for delta-fluxoturbidite system in the sixth stage,s=10 795 m
圖6 s=10 795 m時第六期次滑塌濁積體厚度h與前緣厚度H、砂巖百分含量x、斜坡坡角a單因素分析圖Fig.6 The chart of single factor analysis between fluxoturbidite thickness h and delta front thickness H,sandstone percentage content x,slope angle a in the sixth stage
為了尋找相同滑移距離(s)下的h-H關系,根據(jù)各剖面各期次得到的h-s的線性關系式,插入一些“等距離的數(shù)據(jù)點”。例如建立s=10 795 m時滑塌濁積巖h-H、h-x、h-a的單因素關系(表2)。
s=10 795 m等距離下h-H、h-x、h-a關系為(圖6):
h=0.168 3H+11.728,R2=0.693 2
h=0.433 9x+6.293 3,R2=0.773 6
h=10.191x+3.613 8,R2=0.176 9
利用同樣的研究方法,對其它剖面進行h-H、hx、h-a單因素分析。
研究發(fā)現(xiàn),滑塌濁積體厚度h(m)與滑移距離s(m)呈正相關,與前緣厚度H(m)、前緣砂巖百分含量x(m)、前緣斜坡坡角a(°)呈負相關,且h(m)與s(m)相關關系最好,因此本文將滑移距離s(m)作為控制濁積體厚度h(m)的主因素,其他參數(shù)作為子因素來處理。
通過極大值標準化的方法,對所選的參數(shù)數(shù)據(jù)進行標準化處理(表3)。以滑移距離s(m)做為主因素,進行灰關聯(lián)分析,最終得到s(m)、x(%)、H(m)及 a(°)的灰關聯(lián)度分別為:1、0.628、0.623、0.563;經(jīng)過歸一化處理后得到各參數(shù)對應的權重系數(shù)分別為:0.355、0.221、0.223、0.201。
最終得到四、五、六沉積期次三角洲前緣滑塌濁積巖厚度預測模型(圖7):
h=55.359Q1.5223,R2=0.761
Q=0.355s'+0.223x'+0.221H'+0.201a'
Q 為綜合評價系數(shù),s'、H'、x'、a'分別代表經(jīng)過最大值標準化后的滑移距離、前緣砂體厚度、百分含量以及斜坡坡角數(shù)據(jù)。
圖7 第四、五、六期次東營三角洲前緣滑塌濁積巖厚度預測模型Fig.7 Prediction model for fluxoturbidite thickness of Dongying delta front from 4 to 6 stage
通過對數(shù)學模型h-s'-H'-x'-a'誤差驗證發(fā)現(xiàn),預測厚度與實測厚度之間滿足:|h'-h(huán)|/h<35%,|h'-h(huán)|/h均值等于0.15預測結(jié)果較為準確。
表3 第四、五、六期次三角洲—滑塌濁積體系預測模型灰關聯(lián)分析成果表Table 3 Gray relational analysis result of prediction model for delta-fluxoturbidite system from 4 to 6 stage
表4 第七期次三角洲前緣滑塌濁積巖厚度預測模型驗證數(shù)值表Table 4 Numerical table of prediction model for fluxoturbidite thickness of delta front in the seventh stage
利用預測模型(h=55.359Q1.5223,Q=0.355s'+0.223x'+0.221H'+0.201a')對第七沉積期次三角洲—滑塌濁積體系進行驗證(圖8),可以發(fā)現(xiàn):|h'-h(huán)|/h為 0.039~0.343,|h'-h(huán)|/h 均值等于0.171,滑塌濁積巖的預測厚度與實測厚度誤差較小,預測模型在第七期次具有較高的預測精度(表4)。因此,通過對東營三角洲—濁積體系建立的滑塌濁積巖預測模型,具備推廣的潛力。
圖8 第七期次三角洲—滑塌濁積體系定量研究剖面位置圖Fig.8 The quantitative research profile location of deltafluxoturbidite depositional system in the seventh stage
本文在單因素分析的基礎上,利用灰關聯(lián)分析法建立三角洲—滑塌濁積體系預測模型:
(1)滑移距離s(m)與濁積體厚度h(m)呈負相關關系,且相關關系好,作為主因素;
(2)砂體厚度H(m)、砂巖百分含量x(%)及斜坡坡角a(°)與h(m)呈正相關關系,作為子因素;
(3)通過計算各子因素相對于主因素的權重系數(shù),確定灰關聯(lián)系數(shù),建立滑塌濁積巖厚度h(m)的定量預測模型:h=55.359Q1.5223,Q=0.355s'+0.223x'+0.221H'+0.201a'(Q 為綜合評價系數(shù),s'、x'、H'、a'分別表經(jīng)過最大值標準化后的滑移距離、前緣砂體厚度、百分含量以及斜坡坡角數(shù)據(jù))。
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