徐長貴 杜曉峰

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300459)

陸相斷陷盆地源-匯理論工業(yè)化應(yīng)用初探*
——以渤海海域為例

徐長貴 杜曉峰

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300459)

徐長貴,杜曉峰.陸相斷陷盆地源-匯理論工業(yè)化應(yīng)用初探——以渤海海域為例[J].中國海上油氣，2017,29(4)：9-18.

XU Changgui,DU Xiaofeng.Industrial application of source-to-sink theory in continental rift basin: a case study of Bohai sea area[J].China Offshore Oil and Gas,2017,29(4):9-18.

油氣勘探實踐表明，源-匯思想可以成功應(yīng)用于復(fù)雜陸相斷陷盆地的沉積體系分析。以渤海海域為例，系統(tǒng)梳理了陸相斷陷盆地源-匯系統(tǒng)研究思路、工業(yè)化應(yīng)用的主要研究內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)。陸相斷陷盆地源-匯理論的主要研究思路就是將物源體系到匯聚體系作為一個整體進行分析，要分析物源供給、碎屑物質(zhì)搬運及物源-匯聚等要素在時間和空間上的耦合關(guān)系，而不是分析單一要素對沉積體的控制作用；源-匯理論工業(yè)化應(yīng)用的主要研究內(nèi)容包括源-匯系統(tǒng)層序地層格架建立、物源子系統(tǒng)分析、物質(zhì)供給通量表征、輸砂通道子系統(tǒng)分析與搬運通量表征、坡折子系統(tǒng)描述與表征、源-匯系統(tǒng)耦合模式與沉積響應(yīng)分析，須編制關(guān)鍵的“三圖兩表”，即源-匯系統(tǒng)層序地層綜合圖、物源供給系統(tǒng)古地理格架圖、源-匯沉積體系平面圖，以及物源供給通量表、沉積搬運物通量表；陸相斷陷盆地源-匯理論工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)主要包括層序地層分析技術(shù)、地震地層學(xué)分析技術(shù)、地震沉積學(xué)分析技術(shù)、物源區(qū)古地貌恢復(fù)技術(shù)、物源示蹤技術(shù)、沉積過程模擬技術(shù)等。本文初步建立的陸相斷陷盆地源-匯系統(tǒng)研究規(guī)范對陸相斷陷盆地源-匯理論的工業(yè)化應(yīng)用推廣具有一定的指導(dǎo)意義。

陸相斷陷盆地；源-匯理論；工業(yè)化應(yīng)用；關(guān)鍵圖表；關(guān)鍵技術(shù)；渤海海域

近20年來，“源-匯”概念開始在大陸邊緣沉積作用的研究中興起，已經(jīng)成為沉積學(xué)研究中十分關(guān)注的課題，許多重大地球科學(xué)研究計劃都設(shè)立了關(guān)于“源-匯”系統(tǒng)的長期研究工作，如美國國家自然科學(xué)基金會與聯(lián)合海洋學(xué)協(xié)會組織的“大陸邊緣科學(xué)計劃”，把從造山帶的物源區(qū),到?jīng)_積平原、淺海陸架，最終到深海盆地的源-匯系統(tǒng)列為近10年的四大重要研究領(lǐng)域之一[1-5]。21世紀(jì)初，我國學(xué)者就已經(jīng)將源-匯思想應(yīng)用在古代沉積研究中，所提出的“溝-扇”對應(yīng)、坡折控砂、山-溝-坡-面控砂等新認(rèn)識[6-10]對古代沉積體系的分析和砂體預(yù)測起到了良好的指導(dǎo)作用。近年來，我國學(xué)者開始系統(tǒng)建立了源-匯思想的理論體系，并在油氣勘探中進行了諸多實踐，如林暢松 等[11]探討了地貌演化、源-匯過程與盆地分析的關(guān)系，強調(diào)從剝蝕地貌與沉積地貌的變化、演化來分析地質(zhì)歷史；魏山力[12]嘗試將“源-渠-匯”耦合的思想運用到珠江口盆地沉積體系研究中，從成因角度全面分析沉積物來源、輸送渠道和沉積形式，并形成了相應(yīng)的從宏觀到微觀逐級深入的分析方法；劉強虎 等[13]對渤海海域沙壘田凸起前古近系基巖分布及源-匯過程做了精細(xì)分析，探討了源區(qū)巖性、地貌特點與沉積體系的定量響應(yīng)關(guān)系。

筆者于2006年[11]提出陸相斷陷盆地“山-溝-坡-面”耦合控砂的認(rèn)識，初步建立“源-匯”控砂的思想；于2013年[14]形成系統(tǒng)的陸相斷陷盆地源-匯時空控砂的原理，并在之后的油氣勘探中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，源-匯理論應(yīng)用于古代沉積研究中仍然處于探索階段，迄今未能形成一個具有指導(dǎo)意義的工業(yè)化應(yīng)用指南，應(yīng)用中存在術(shù)語混亂、研究主要內(nèi)容不統(tǒng)一、關(guān)鍵技術(shù)不成體系等問題，這不利于源-匯思想的推廣應(yīng)用，特別是在油氣勘探中的工業(yè)化應(yīng)用。為此，本文以渤海海域為例，通過對陸相斷陷盆地源-匯系統(tǒng)研究思路、工業(yè)化應(yīng)用的主要研究內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)的系統(tǒng)總結(jié)，以期對陸相斷陷盆地源-匯理論在油氣勘探中的工業(yè)化應(yīng)用起到一定的指導(dǎo)作用，為在類似盆地中開展源-匯研究提供借鑒。

1 陸相斷陷盆地源-匯系統(tǒng)研究思路

在陸相盆地中預(yù)測砂體要追溯至沉積的源頭即物源區(qū)，然后分析碎屑物質(zhì)搬運的通道以及沉積的場所和沉積的時間，分析各要素在時間和空間上的耦合關(guān)系，而不是分析某單一要素對沉積體的控制作用，這樣才能比較準(zhǔn)確地預(yù)測富砂沉積體的分布特征，提高預(yù)測精度[14]。

源-匯耦合控砂基本思想決定了源-匯系統(tǒng)研究必須遵循從“源”到“匯”的研究思路，對源-匯系統(tǒng)中的物源體系、溝谷輸砂體系、坡折體系和基準(zhǔn)面體系逐項分析研究，并進一步分析它們之間的耦合關(guān)系；同時也必須重視源-匯過程分析，將沉積物從剝蝕到搬運、堆積的整個沉積動力學(xué)過程看成一個完整的源-匯系統(tǒng)來探討沉積體系的形成。因此，只有在正演的思路指導(dǎo)下，遵循源-匯過程分析，才能在復(fù)雜的陸相斷陷盆地中找到真實完整的源-匯耦合系統(tǒng)，進而準(zhǔn)確地預(yù)測砂體富集區(qū)。

2 陸相斷陷盆地源-匯理論工業(yè)化應(yīng)用的主要研究內(nèi)容

陸相斷陷盆地源-匯理論工業(yè)化應(yīng)用的主要研究內(nèi)容包括源-匯系統(tǒng)層序地層格架建立、物源子系統(tǒng)分析、輸砂通道子系統(tǒng)分析、坡折子系統(tǒng)分析、源-匯系統(tǒng)耦合模式與沉積響應(yīng)分析。源-匯系統(tǒng)研究要編制的關(guān)鍵圖表主要包括源-匯系統(tǒng)層序地層綜合圖、物源供給系統(tǒng)古地理格架圖、源-匯沉積體系平面圖以及物源供給通量表、沉積搬運物通量表，簡稱為“三圖兩表”。

2.1 層序地層格架建立

層序地層是源-匯系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)，層序地層研究的準(zhǔn)確性和精度直接影響源-匯系統(tǒng)研究的準(zhǔn)確性和精度。關(guān)于層序地層學(xué)研究理論、技術(shù)方法已經(jīng)有非常多的文獻涉及，具體研究方法不再贅述。這里需要強調(diào)的是，在儲層精細(xì)預(yù)測中須恢復(fù)出精細(xì)古物源區(qū)，特別是在厚度較薄的地層格架內(nèi)的沉積體系分析中，要進行高精度層序地層的劃分，分析隆起區(qū)與湖盆沉積區(qū)層序發(fā)育的差異，進而識別出隱性物源。

源-匯系統(tǒng)層序地層格架建立要形成的關(guān)鍵成果圖件是源-匯系統(tǒng)層序地層格架綜合圖(圖1)，從綜合圖中可以清晰地了解研究區(qū)的物源基巖年代、層序發(fā)育的基本情況、層序的基本結(jié)構(gòu)等信息。

圖1 渤海沙南地區(qū)源-匯系統(tǒng)層序地層格架綜合圖Fig .1 Sequence stratigraphic framework of source-to-sink system in Shanan area，Bohai sea

2.2 物源子系統(tǒng)分析與物質(zhì)供給通量表征

物源是儲集砂體存在的物質(zhì)基礎(chǔ)，沉積物源供給對陸相盆地砂體的分布具有極其重要的影響，但物源的整體分析與表征是傳統(tǒng)沉積體系分析中常常忽略的一個內(nèi)容，因此，對物源系統(tǒng)進行精細(xì)的刻畫表征是源-匯系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。物源系統(tǒng)表征的主要內(nèi)容有物源類型識別、物源區(qū)古地理格局確定、物源區(qū)基巖地層年代與巖性組成分析、物源示蹤分析、物源區(qū)匯水單元刻畫等5個方面。

2.2.1 物源類型識別

物源類型識別是物源研究的基礎(chǔ)。在陸相斷陷盆地中，物源類型多樣，不同類型的物源對砂體的控制作用不盡相同，物源古地貌恢復(fù)的方法也不完全相同。

按照物源所處的盆地位置不同，可以分為盆外物源和盆內(nèi)物源。盆外物源多為盆地外圍的造山帶、隆起帶或者褶皺帶，如渤海海域北部的燕山褶皺帶，渤海海域東部的膠遼隆起帶。盆內(nèi)物源是指盆地內(nèi)部分割不同凹陷或者洼陷的凸起區(qū)、低凸起區(qū)或者是局部高地。盆內(nèi)物源按照其規(guī)模大小可以進一步細(xì)分為區(qū)域性物源和局部性物源。區(qū)域性物源多為大型的凸起區(qū)或低凸起區(qū)，物源規(guī)模較大，剝蝕時間較長，可以作為長期物源。局部性物源是指規(guī)模較小、遭受剝蝕時間較短的盆地內(nèi)部或周緣的小型古高地、凸起傾末端、低凸起、凹中低隆等次級正向地貌單元，實際工作中往往難以識別，具有較強的隱蔽性，但因其多處于生烴凹陷附近甚至被生烴凹陷包圍，所形成的砂體往往具有良好的成藏條件，在油氣勘探中應(yīng)給與足夠的重視。

按照活動的方式不同，陸相斷陷盆地物源可以分為垂向隆升性物源和走滑性物源。垂向隆升性物源是受生長性斷層的控制，盆地同沉積下降，物源同沉積隆升。走滑性物源是在走滑斷裂發(fā)育區(qū)由于斷裂走滑活動的影響，物源位置相對凹陷匯水區(qū)位置發(fā)生有規(guī)律性的變化。

此外，按照剝蝕時間長短可以分為長期顯性物源和短期隱性物源，筆者曾對這2種物源做過詳細(xì)的論述[14]，在此不再贅述。

2.2.2 物源區(qū)古地理格局確定

古地理格局是受研究區(qū)構(gòu)造變形、沉積充填、差異壓實、風(fēng)化剝蝕等綜合影響的結(jié)果，古地理格局的確定與劃分是源-匯研究的一個重要環(huán)節(jié)。在源區(qū)古地貌恢復(fù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合斷裂與斜坡體系類型、展布及地層疊置特征綜合確定古地理格局，劃分構(gòu)造-沉積單元，分析各三級(或四級)層序中不同構(gòu)造-沉積單元內(nèi)地層展布特征、厚度變化及沉積中心演化遷移規(guī)律。具體步驟可概括為：①建立研究區(qū)構(gòu)造-層序地層格架；②應(yīng)用沉降回剝分析技術(shù)恢復(fù)不同層序發(fā)育時期的古地貌；③恢復(fù)研究區(qū)各目的層的層序發(fā)育時期古地理格局；④綜合斷裂與斜坡體系類型、展布及地層疊置特征劃分構(gòu)造-沉積單元。主要圖件包括古地理格局圖、三級層序地層古厚度圖、斷裂體系平面分布及生長指數(shù)統(tǒng)計圖等。

圖2是基于三維地震數(shù)據(jù)體編制的沙壘田凸起及圍區(qū)沙河街組古地理格局及分區(qū)圖，圖中可以直觀地觀察、分析各沉積要素(或單元)獨特的形態(tài)。通過古地理格局分析，可以很清楚地識別出研究區(qū)的正向古地貌單元(古隆起、古凸起)、負(fù)向古地貌單元(溝谷、河道)和沉積區(qū)。古隆起等正向地貌單元可以作為物源區(qū)，而負(fù)向古地貌單元是沉積物運輸?shù)耐ǖ?，是連接物源區(qū)與沉積區(qū)的紐帶。

圖2 渤海沙壘田凸起及圍區(qū)沙河街組沉積時期古地理格局及分區(qū)Fig .2 Palaeogeographic characteristics and structural division of Shahejie Formation in Shaleitian uplift， Bohai sea

2.2.3 物源區(qū)基巖地質(zhì)年代與巖性組成分析

物源區(qū)基巖組成直接決定沉積區(qū)內(nèi)物質(zhì)組成，不同類型基巖抗風(fēng)化和剝蝕能力存在差異，使得匯水區(qū)沉積砂體發(fā)育的質(zhì)量和規(guī)模亦存在差異。物源區(qū)基巖地質(zhì)年代確定、巖性組成及分布研究是源-匯系統(tǒng)的重要部分，它可指導(dǎo)預(yù)測不同區(qū)帶儲層物性特征。物源區(qū)基巖組成的研究包括基巖年代學(xué)研究和基巖巖石學(xué)研究。

基巖巖性的確定主要根據(jù)鉆井巖心、巖屑的觀察與鏡下鑒定，基巖年代確定常用鋯石U-Pb同位素測年[15-17]，基巖分布主要依據(jù)地震反射特征結(jié)合鉆井標(biāo)定進行。在海上探區(qū)鉆井資料少的情況下，可以通過研究區(qū)之外的地震反射特征類比來確定基巖的年代與基巖的巖石類型。

2.2.4 物源示蹤分析

在陸相斷陷盆地中，沉積區(qū)內(nèi)的沉積物往往受到多個物源的影響，因此，要弄清楚沉積區(qū)物質(zhì)來源，須對沉積物進行物源示蹤分析。主要方法是利用沉積區(qū)鉆井不同層序的巖屑組成特征明確沉積交匯區(qū)原始物質(zhì)組成，應(yīng)用碎屑鋯石U-Pb定年分析精細(xì)拾取年齡分布特征，精細(xì)分析地震反射終止關(guān)系所指示的交匯區(qū)物源供給特征。在層序格架內(nèi)，應(yīng)綜合多種方法進行物源示蹤分析，厘清交匯區(qū)物源供給特征及垂向演化規(guī)律。

2.2.5 源-匯系統(tǒng)劃分與物源供給通量表征

1) 源-匯系統(tǒng)劃分及級次確定。

源-匯系統(tǒng)劃分是在古地貌刻畫的基礎(chǔ)上以分水嶺最高點的連線即分水線為界線來確定，不同物源區(qū)分水線級次控制的源-匯系統(tǒng)的規(guī)模不同。分水線的級次通常分為三級(圖3)。一級分水線是指一個物源區(qū)的中央分水嶺，將物源區(qū)分割為水流流向完全相反的2個大的水系。一級分水線控制一級匯水單元，也可以稱之為一級源-匯系統(tǒng)。二級分水線是在一級分水線的基礎(chǔ)上，分割區(qū)域性水流流域的分水嶺，這一流域內(nèi)往往由多條水系構(gòu)成，這些水系通常匯成具有相同水流方向的河流，二級分水線控制二級匯水單元或者叫二級源-匯系統(tǒng)。三級分水線就是單個河流之間的分水嶺，三級分水線控制三級匯水單元或者叫三級源-匯系統(tǒng)。

圖3 源-匯系統(tǒng)劃分模式Fig .3 Classification model of source-to-sink systems

2) 物源供給通量表征。

源-匯系統(tǒng)劃分后就可以定量表征一個匯水系統(tǒng)內(nèi)的物質(zhì)供給通量，包括系統(tǒng)內(nèi)匯水單元的面積、物源區(qū)的落差。在基巖組成、物源通道類型與規(guī)模及邊界樣式相近的條件下，系統(tǒng)內(nèi)物源區(qū)的匯水面積與沉積扇體規(guī)模呈正相關(guān)關(guān)系，即匯水面積越大，沉積區(qū)扇體規(guī)模越大；垂向高差(物源區(qū)內(nèi)最高點與最低點差值)越大，對應(yīng)物質(zhì)供給通量越大，在沉積凹陷內(nèi)對應(yīng)扇體展布面積相應(yīng)越大。

沙壘田凸起可劃分為2個一級源-匯系統(tǒng)、7個二級源-匯系統(tǒng)和22個三級源-匯系統(tǒng)(圖4)。其中a—l區(qū)位于沙壘田凸起北部，物源區(qū)南高北低，水流流向雖有差異，但整體向北，水流最終注入沙北凹陷；m—v區(qū)位于沙壘田凸起南部(圖4)，水流最終注入沙南凹陷內(nèi)。在源-匯系統(tǒng)劃分基礎(chǔ)上，可開展物源區(qū)面積、高差等源-匯要素的定量分析。

圖4 渤海沙壘田凸起源-匯系統(tǒng)劃分與扇體分布Fig .4 Classification of source-to-sink systems and distribution of fans in Shaleitian uplift,Bohai sea

2.3 輸砂通道子系統(tǒng)分析與搬運通量表征

輸砂通道系統(tǒng)連接物源系統(tǒng)和沉積區(qū)，其類型、規(guī)模及與物源區(qū)基巖的配置關(guān)系控制沉積體系的規(guī)模及儲集物性，因此輸砂通道系統(tǒng)分析是源-匯系統(tǒng)分析的關(guān)鍵。輸砂通道系統(tǒng)分析的主要內(nèi)容包括輸砂通道的類型識別、沉積物搬運通量定量表征和輸砂通道與物源配置關(guān)系分析。

2.3.1 輸砂通道類型識別

陸相斷陷盆地常見的輸砂體系主要有斷面、侵蝕溝谷、山間洼地、斷槽和走向斜坡等5種類型[14]。斷面是碎屑物質(zhì)的線狀供給方式；其他4種輸砂體系都是點狀供給方式，可以是單一存在，也可以組成復(fù)合的輸砂體系類型。不同類型的輸砂體系可以相互轉(zhuǎn)化，不同輸砂通道的輸砂能力取決于其橫斷面積及坡度。

輸砂通道類型可以從地震單剖面上直接識別，然后進行平面組合，以確定輸砂通道的平面分布。輸砂通道類型也可以通過古地貌圖識別，斷槽型溝谷因斷槽在垂向上存在明顯高差，因此，在沉積古地貌刻畫基礎(chǔ)上通過相干體屬性分析可以有效凸顯出不連續(xù)的特征，指示斷層展布、斷面及典型古溝谷特征，提高其解釋精度[18-20]。

2.3.2 沉積物搬運通量表征

沉積物搬運通量表征參數(shù)主要包括溝谷長度、寬度、下切深度、寬深比及通道橫截面積等(表1)，其中溝谷長度和寬度可以從古地貌圖上直接讀取，下切深度須從地震剖面上讀取統(tǒng)計。在物源區(qū)產(chǎn)狀、基巖等條件相近背景下，物源通道規(guī)模越大，其搬運、沉積量越大。

表1 渤海石南陡坡帶溝谷定量表征Table 1 Quantitative characterization of gullies in Shinan steep slope, Bohai sea

2.3.3 輸砂通道與物源配置關(guān)系分析

輸砂通道與物源的配置關(guān)系決定沉積體碎屑物的巖石成分構(gòu)成，因而直接影響儲集體的物性。如圖5所示，旅大29地區(qū)LD29-1N-1井沙二段辮狀河三角洲是由切過元古界碳酸鹽巖的溝谷供給物源，砂體儲集物性極差，平均孔隙度5.6%，平均滲透率1.5 mD;LD29-1-1Sa井沙二段辮狀河三角洲是由切過中生界火山巖溝谷供給物源，儲集物性要好得多，平均孔隙度13.8%，平均滲透率65.8 mD;LD29-1-2井則是兩者的混源，其儲層物性介于兩者之間，平均孔隙度9.6%，平均滲透率15.2 mD。

圖5 渤海旅大29地區(qū)沙二段溝谷與物源配置關(guān)系Fig .5 Relationship between gullies and provenances of Es2in LD29 area,Bohai sea

2.4 坡折子系統(tǒng)描述與表征

坡折帶的概念最早起源于地貌學(xué)，是指地形坡度發(fā)生突變的地帶[21]。在源-匯系統(tǒng)中，坡折帶具有重要的意義，它是物源體系、輸砂通道體系與沉積物匯聚體系的地貌分界，更是沉積物卸載的地方。坡折子系統(tǒng)描述與表征的主要內(nèi)容包括坡折類型識別和產(chǎn)狀表征。2.4.1 坡折類型識別

根據(jù)坡折帶的成因、平面組合樣式及控相的差異性，在渤海古近系識別出伸展型邊界斷裂坡折帶、走滑型邊界斷裂坡折帶、沉積坡折帶和基底先存地形坡折帶等4種類型[10]。根據(jù)坡折帶平面組合樣式將伸展型邊界斷裂進一步劃分為單斷式陡坡坡折帶、斷階式坡折帶和傳遞構(gòu)造坡折帶。不同類型坡折帶對沉積體系的控制作用明顯不同。

斷裂型坡折帶主要依據(jù)古構(gòu)造圖進行識別，而不能依據(jù)現(xiàn)今地貌進行識別，特別是斷裂坡折，如果斷層不控制沉積，就不能作為坡折帶。沉積坡折帶和基底先存地形坡折帶要根據(jù)地震剖面和古地貌圖結(jié)合起來識別。

2.4.2 坡折產(chǎn)狀表征

在陸相盆地中，坡折帶泛指從坡折到坡腳及其附近明顯受斜坡控制的侵蝕和沉積作用活躍地帶，包括坡折、斜坡和坡腳等3個部分。坡折產(chǎn)狀表征主要包括斜坡的產(chǎn)狀(傾角、傾向)和坡腳的產(chǎn)狀(傾角、傾向)。

坡折帶斜坡坡度大，其控制的扇體面積小、厚度大、粒度粗；而坡折帶斜坡坡度小，其控制的扇體面積大、沉積厚度相對薄、粒度偏細(xì)。根據(jù)坡腳產(chǎn)狀的差異，可以分為上傾型坡腳單斷坡折帶和下傾型坡腳單斷坡折帶，其中下傾坡腳型單斷坡折帶容易產(chǎn)生滑塌濁積扇。

在完成物源子系統(tǒng)、輸砂子系統(tǒng)和坡折子系統(tǒng)相關(guān)研究后，要編制一張物源供給系統(tǒng)古地理綜合圖，圖中包含物源區(qū)母巖巖性、古地貌、匯水單元、源-匯系統(tǒng)劃分、坡折類型等5個要素(圖6)。

圖6 渤海石臼坨凸起西段東三段物源區(qū)古地理綜合圖Fig .6 Paleogeography of provenance area of Ed3 in western Shijiutuo uplift,Bohai sea

2.5 源-匯系統(tǒng)耦合模式與沉積響應(yīng)分析

基于目標(biāo)區(qū)目的層段“源-溝-匯”各單元刻畫、統(tǒng)計，綜合源區(qū)定量示蹤、物源搬運通道精細(xì)識別、沉積砂體多尺度刻畫、構(gòu)造-沉積-層序一體化模式論證，建立研究區(qū)不同類型“源-渠-匯”系統(tǒng)耦合模式。

源-匯系統(tǒng)耦合模式與沉積響應(yīng)分析的具體步驟為：①“源-溝-匯”系統(tǒng)控制因素分析，包括源(物質(zhì)組成及供給通量)、渠(優(yōu)勢堆積方向及搬運通量)及匯(沉積充填樣式及可容通量)，明確構(gòu)造-層序邊界樣式對“源-溝-匯”系統(tǒng)要素的控制作用;②“源-溝-匯”系統(tǒng)類型與特征。主要圖件有不同類型“源-溝-匯”系統(tǒng)模式圖、不同層序“源-溝-匯”系統(tǒng)耦合模式圖等。

在“源-匯”系統(tǒng)理論指導(dǎo)下，結(jié)合鉆/測井和地震識別的沉積相類型標(biāo)志，通過區(qū)域連井-地震剖面的沉積相解釋及重點區(qū)帶地震沉積學(xué)的精細(xì)解剖，綜合編制三級層序源-匯沉積體系平面分布圖，進而在層序格架內(nèi)分析沉積相與沉積體系發(fā)育和分布特征(圖7)。

圖7 渤海秦南地區(qū)沙三段源-匯沉積體系Fig .7 Source-to-sink sedimentary systems of Es3 in Qinnan area,Bohai sea

3 陸相斷陷盆地源-匯理論工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)

主要包括層序地層分析技術(shù)、地震地層學(xué)分析技術(shù)、地震沉積學(xué)分析技術(shù)、物源區(qū)古地貌恢復(fù)技術(shù)、物源示蹤技術(shù)、沉積過程模擬技術(shù)等，這里重點介紹物源區(qū)古地貌恢復(fù)技術(shù)、物源示蹤技術(shù)和沉積過程模擬技術(shù)。

3.1 物源區(qū)古地貌恢復(fù)技術(shù)

傳統(tǒng)的隆升型物源區(qū)與走滑改造型物源區(qū)古地貌恢復(fù)技術(shù)不盡相同，傳統(tǒng)隆升型物源區(qū)古地貌恢復(fù)主要是剝蝕量的恢復(fù)，而走滑改造型物源區(qū)古地貌恢復(fù)就要復(fù)雜得多，不僅要恢復(fù)垂向隆升剝蝕量，而且還要恢復(fù)水平走滑量。

3.1.1 隆升型物源區(qū)古地貌恢復(fù)

隆升型物源區(qū)古地貌恢復(fù)通常采用井-震聯(lián)合地層恢復(fù)方法，即有鉆井的地區(qū)利用泥巖聲波時差和鏡質(zhì)體反射率對剝蝕厚度進行恢復(fù)，無井區(qū)則基于地震資料，在明確界面接觸關(guān)系和剝蝕類型的基礎(chǔ)上，利用地層厚度趨勢延伸法對剝蝕厚度進行恢復(fù)，然后井-震相互校正，進行綜合剝蝕厚度確定。

對于局部型物源或者隱性物源，古地貌恢復(fù)要求更加精細(xì)。傳統(tǒng)物源分析是將研究層段頂?shù)膭兾g范圍作為物源區(qū)，這其實是整套地層沉積之后靜態(tài)的物源區(qū)范圍。這種方法對于大物源的剝蝕區(qū)具有很好的指示作用，但對于相對較小的盆內(nèi)局部物源區(qū)則得不到有效反映，應(yīng)根據(jù)局部物源的隱伏發(fā)育模式，提高層序地層分析的精度，同時將物源區(qū)變化分析與層序解釋結(jié)合起來，精細(xì)刻畫剝蝕區(qū)的邊界和終止類型，落實物源區(qū)的供源能力。

3.1.2 走滑改造型物源區(qū)古地貌恢復(fù)

走滑改造型物源區(qū)古地貌恢復(fù)的主要難點是走滑斷層水平走滑量的恢復(fù)。估算走滑量一般采取兩盤地質(zhì)參考點對比法，即測量沿走滑斷層帶的兩盤發(fā)育的可進行對比的斷層帶、化石帶、巖相、巖性帶或者航磁異常帶的直觀錯動距離。走滑作用可導(dǎo)致沖溝與扇體的相對位置、不同時期扇體的相對位置存在差異，因此可以通過對凸起上古沖溝、陡坡帶扇體的判識進行走滑量的估算。

但是，兩盤地質(zhì)參考點的選取是非常困難的，所以實際工作中常常利用主走滑斷裂的走滑量與走滑派生拉張斷裂的水平伸展量的轉(zhuǎn)換關(guān)系來計算走滑量，其基本原理是主走滑斷裂在水平方向會產(chǎn)生大量的派生拉張斷裂，這種拉張斷裂的伸展量與主走滑斷裂的走滑量有一定的比率關(guān)系，根據(jù)這個比率關(guān)系就可以通過拉張斷裂的伸展量計算主走滑斷裂的水平位移量。通過多次構(gòu)造物理模擬實驗，綜合大量實驗結(jié)果數(shù)據(jù)進行分析計算，總結(jié)得出渤海海域走滑位移量和水平伸展量之比約為3∶2,在此基礎(chǔ)上還要去除地幔上涌造成的水平伸展量的影響。

3.2 古物源示蹤技術(shù)

陸相斷陷盆地物源往往是多源，甚至是多方向物源，搞清楚不同期次砂體的母巖來源對于源-匯分析和儲層預(yù)測非常重要。不同母巖提供碎屑物質(zhì)成巖序列不同、成巖進程不同，最終導(dǎo)致同一層位、同一深度但來源不同的砂體儲層物性不同。

古物源示蹤技術(shù)是綜合利用重礦物組合分析、重礦物指數(shù)分析、碎屑鋯石U-Pb定年分析、顆粒形態(tài)學(xué)分析及鋯石、電氣石單顆粒礦物元素分析等方法，從沉積區(qū)沉積物特征出發(fā)，倒推恢復(fù)古物源區(qū)，重建古水系分布，并進一步應(yīng)用于儲層預(yù)測中，特別是在少井條件下可以發(fā)揮該技術(shù)相對有效和相對低成本的優(yōu)勢。

3.3 沉積過程模擬技術(shù)

沉積過程定量模擬研究已經(jīng)成為當(dāng)前沉積學(xué)界的熱點和發(fā)展趨勢。沉積過程正演模擬一般有2種方法，即物理實驗?zāi)M與計算機數(shù)值模擬[22]。這2種方法均是以既定的地質(zhì)認(rèn)識為約束條件進行實驗，進而根據(jù)實驗結(jié)果來驗證認(rèn)識的正確性。相較于物理實驗?zāi)M，計算機數(shù)值模擬具有高效低成本的特點，并且不受比例尺和實驗室條件限制，可以降低人為影響，大大減小實驗原型和模型之間的差異性。計算機數(shù)值模擬是基于各種實際資料，依據(jù)地質(zhì)原理和物化定律建立相關(guān)問題的數(shù)學(xué)地質(zhì)模型，借助現(xiàn)代電子計算技術(shù)，模擬地質(zhì)問題的發(fā)生、發(fā)展過程。沉積過程數(shù)值模擬是基于湖平面升降、沉積供給量和盆地沉降速率，綜合計算模擬剝蝕、搬運和沉積的過程，揭示物源剝蝕到匯聚系統(tǒng)之間的定量制約關(guān)系，分析沉積現(xiàn)象的本質(zhì)和來源，主要有以下幾個步驟：首先是通過古地貌恢復(fù)得到沉積背景；其次是對剝蝕期次進行劃分，對剝蝕量進行恢復(fù)，確定物源供給參數(shù)；第三是對湖平面變化曲線進行分析，建立可以提供可容空間變化定量參數(shù)；第四是對輸砂(溝谷、坡折)體系特征的地質(zhì)研究，確定沉積物的搬運方式。綜合以上各項參數(shù)進行計算模擬，可以建立少井條件下沉積體的分布模式，再現(xiàn)其沉積過程。圖8是渤海秦皇島29-2東地區(qū)32～38 Ma沉積過程的數(shù)值模擬結(jié)果，可以看出，沉積過程數(shù)值模擬不僅可以預(yù)測沉積體的平面分布范圍，而且還可以預(yù)測砂體的厚度，從而為海上少井條件下儲層預(yù)測與目標(biāo)優(yōu)選提供有力支持。

圖8 渤海秦皇島29-2東構(gòu)造沙一、二段源-匯系統(tǒng)約束下的沉積過程正演模擬Fig .8 Sedimentary process forward simulation under the constraint of source-to-sink system of Es1～2 in QHD29-2E structure,Bohai sea

4 結(jié)論

油氣勘探實踐表明，源-匯思想可以成功應(yīng)用于復(fù)雜陸相斷陷盆地的沉積體系分析。陸相斷陷盆地源-匯時空耦合原理的主要研究思路就是將物源體系到匯聚體系作為一個整體進行分析，要分析物源供給要素、物源搬運要素以及物源-匯聚要素在時間和空間上的耦合關(guān)系，而不是僅分析某單一要素對沉積體的控制作用；陸相斷陷盆地源-匯理論工業(yè)化應(yīng)用的主要研究內(nèi)容包括源-匯系統(tǒng)的層序地層格架建立、物源子系統(tǒng)分析與物質(zhì)供給通量表征、輸砂通道子系統(tǒng)分析與搬運通量表征、坡折子系統(tǒng)描述與表征、源-匯系統(tǒng)耦合模式與沉積響應(yīng)分析，要編制的關(guān)鍵圖表有源-匯系統(tǒng)層序地層綜合圖、物源供給系統(tǒng)古地理格架圖、源-匯沉積體系平面圖以及物源供給通量表、沉積搬運物通量表，簡稱為“三圖兩表”；陸相斷陷盆地源-匯理論工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)主要包括層序地層分析技術(shù)、地震地層學(xué)分析技術(shù)、地震沉積學(xué)分析技術(shù)、物源區(qū)古地貌恢復(fù)技術(shù)、物源示蹤技術(shù)、沉積過程模擬技術(shù)等。

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(編輯：張喜林)

Industrial application of source-to-sink theory in continental rift basin:a case study of Bohai sea area

XU Changgui DU Xiaofeng

(TianjinBranchofCNOOCLtd.,Tianjin300459,China)

Petroleum exploration practice has proved that the idea of source-to-sink can be successfully applied to depositional system analysis in complex continental rift basin.Taking Bohai sea area as an example, the research idea, main contents and key technologies of industrial application for source-to-sink theory in continental rift basin are systematically elaborated.The research idea is to consider the source-to-sink system as a whole.The spatio-temporal coupling relationship of the sediment supply, transport and gathering should be analyzed rather than focusing on a single factor’s control on sediment.The main research contents include sequence stratigraphy, source-to-sink subsystems and supplied sediment flux characterization, sand-delivery pathways, transport sediment flux characterization, slope characterization, source-to-sink system coupling model and sedimentary response.Three key charts and two key tables such as the source-to-sink system sequence stratigraphy integrated chart, the palaeogeographic framework chart of source system, the depositional system chart of source-to-sink system, the supplied sediment flux table and the transported sediment flux table should be accomplished.The key technologies include the sequence stratigraphic analysis, seismic stratigraphic analysis, the seismic sedimentology analysis, the restoration of paleogeomorphology of provenance, the provenance tracing techniques and the sedimentary process modeling.The established research criterion of the source-to-sink system in continental rift basin has a practical significance for its industrial application in continental rift basin.

continental rift basin; source-to-sink theory; industrial application; key chart and table; key technology; Bohai sea area

徐長貴，男，博士，教授級高級工程師，中國海洋石油總公司勘探專家，畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，長期從事石油地質(zhì)與勘探工作。地址：天津市濱海新區(qū)海川路2121號渤海石油研究院(郵編：300459)。E-mail：xuchg@cnooc.com.cn。

1673-1506(2017)04-0009-10

10.11935/j.issn.1673-1506.2017.04.002

TE121.3

A

2017-03-08

*“十三五”國家科技重大專項“渤海海域勘探新領(lǐng)域及關(guān)鍵技術(shù)研究(編號：2016ZX05024-003)”部分研究成果。