張景軍,張宇薇,王暢溪
(東北石油大學地球科學學院,黑龍江大慶 163318)
淺水三角洲一直是國內(nèi)外沉積學方向研究和油氣田勘探開發(fā)的重點目標(樓章華等,1999,2004)。20 世紀60 年代在研究密西西比河三角洲時首次提出淺水三角洲的概念(Fisk,1954)。后來,以Donaldon(1974)和Postma(1990)為代表的沉積學家將三角洲劃分為淺水三角洲和深水三角洲,進一步明確了淺水三角洲的概念和形成條件。目前普遍認為,淺水三角洲通常是在水體較淺和構(gòu)造相對穩(wěn)定的臺地和陸表海或地形平緩、整體緩慢沉降的坳陷盆地條件下形成的。
近年來,前人對松遼盆地三肇凹陷地區(qū)淺水三角洲沉積方面的研究取得了較多的成果和認識。朱筱敏等(2012)認為松遼盆地白堊紀湖盆面積大、水體淺、地形緩、湖平面波動頻繁、波浪作用帶寬且能量弱,形成了富有特色的大型河流-三角洲沉積體系。泉頭組扶余油層沉積時期,松遼湖盆基底整體穩(wěn)定沉降,湖盆地形平緩,水體普遍較淺,三角洲平原與寬展的三角洲前緣平緩相接,而前三角洲不發(fā)育(張慶國等,2007)。蔡東梅等(2014)利用巖芯和測井數(shù)據(jù)研究砂巖組的沉積微相展布,認為扶余油層沉積時期發(fā)育曲流河—三角洲沉積體系。胡明毅等(2009)認為松遼盆地茂興—敖南地區(qū)泉四段扶余油層發(fā)育三角洲平原和三角洲前緣兩種沉積亞相,并將其細分為分流河道微相、決口河道微相、決口扇微相、分流間灣微相、水下分流河道微相、水下決口扇微相、水下分流間灣微相。目前普遍認為,三肇凹陷泉頭組扶余油層沉積時期,發(fā)育大型河控淺水三角洲沉積體系,以發(fā)育三角洲平原和三角洲前緣亞相而不發(fā)育前三角洲亞相為特征,并且分流河道多叉,分布廣,延伸遠,砂巖中發(fā)育豐富的強水動力沉積構(gòu)造,生物擾動強烈。扶余油層沉積體系以大型河控淺水三角洲為主,大面積錯疊連片分布的分流河道砂體是其主要儲集砂體,具有形成良好儲層及豐富油氣藏的潛力(孫雨等,2010)。
關(guān)于沉積微相及相應(yīng)砂體分布規(guī)律的分析與預(yù)測方面,井震結(jié)合的方法,尤其是地震屬性技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛。地質(zhì)學家們綜合應(yīng)用地震屬性優(yōu)選、標定以及多種擬合方法,實現(xiàn)了沉積相及其砂體分布規(guī)律的定性-半定量預(yù)測(寧松華等,2006;張榮忠等,2002;劉偉等,2011;劉晶等,2015),取得了良好的效果。楊飛等(2014)等運用均方根振幅屬性,對臨江南地區(qū)扶余油層進行了沉積相研究及有利儲層預(yù)測,沉積微相圖與取心井的資料符合率高達90%,證實地震屬性輔助分析沉積相的方法在臨江南地區(qū)是行之有效的。袁照威等(2017)等通過分析地震屬性與沉積相的關(guān)系,優(yōu)選出均方根振幅、平均瞬時頻率、有效頻帶和衰減因子4 種地震屬性,運用馬爾科夫-貝葉斯模擬算法,對多地震屬性進行融合,建立以格氣田北部蘇10 區(qū)塊沉積相模型,模擬結(jié)果與人工編繪的沉積相分布規(guī)律的吻合率超過80%。鄒德江和謝關(guān)寶(2017)針對稀疏井網(wǎng)有效預(yù)測井間砂體與沉積體系分布,采用多元線性回歸方法對提取的井點地震屬性和井點儲層參數(shù)進行多元統(tǒng)計分析,建立測井沉積參數(shù)與地震屬性間的數(shù)學關(guān)系,結(jié)合實際深縣凹陷資料進行驗證,該方法在實際生產(chǎn)中得到較好的效果。
安達凹陷臥里屯北地區(qū)扶余油層主要發(fā)育薄互層的巖性油藏,沉積相帶及其砂體展布規(guī)律是油氣成藏的主控因素。因此,深入開展沉積微相精細刻畫,明確沉積微相展布規(guī)律對于下一步的勘探開發(fā)尤為重要。但由于研究區(qū)鉆井較少、井網(wǎng)分布不均、井距較大等勘探現(xiàn)狀,使得單一、常規(guī)的沉積學研究方法已無法有效地指導(dǎo)沉積微相展布規(guī)律的研究,增加了該研究的難度。因此,針對以上研究重點與難點,該研究在充分利用有限的鉆井資料情況下,結(jié)合測井、地震屬性等資料,通過井-震結(jié)合的方法實現(xiàn)了沉積微相的精心刻畫,明確了沉積微相的展布規(guī)律,所取得的成果與認識將對下一步的勘探與開發(fā)提供有力的技術(shù)支撐。
研究區(qū)位于松遼盆地中央凹陷安達凹陷區(qū)北部,三肇凹陷北部與明水階地交界處,西接大慶長垣,勘探面積185.61 km2(圖1)。臥里屯北地區(qū)白堊系下統(tǒng)地層發(fā)育較完整,自下至上依次發(fā)育侏羅紀(火石嶺組)、下白堊統(tǒng)(沙河子組、營城組、登婁庫組、泉頭組)、上白堊統(tǒng)(青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺組、明水組)、古近紀(依安組)、新近紀(大安組、泰康組)以及第四紀地層(圖2)。發(fā)育扶余、高臺子、葡萄花、薩爾圖及黑帝廟等5 套油層。目的層扶余油層位于下白堊統(tǒng)泉頭組三、四段地層中,可進一步細分為2 個小油層組FⅠ組和FⅡ組,其巖性主要為紫紅色、灰色或灰綠色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖和少量細砂巖,沉積物源主要來自北部(劉宗寶等,2009)。
前人研究認為,了解到下白堊統(tǒng)扶余油層沉積時期,整個松遼盆地處于穩(wěn)定的凹陷階段,湖盆面積大、水體淺、地形緩、湖平面波動頻繁、波浪作用帶寬且能量較弱,形成了一套受河流控制的淺水三角洲沉積體系,其主要物源方向為北部物源體系(劉宗寶等,2009)。
通過巖芯觀察與描述方法,依據(jù)巖芯的顏色、巖性、巖相等沉積特征,結(jié)合沉積背景分析,識別與落實沉積微相類型及其特征。研究認為,安達北區(qū)塊扶余油層沉積時期為大型淺水三角洲沉積體系,具有“大平原小前緣”的形態(tài)特征,進一步可識別與劃分出2 種亞相、6 種沉積微相類型(表1),其中以(水下)分流河道微相最為發(fā)育。而前三角洲亞相在研究區(qū)不發(fā)育。
表1 沉積相類型劃分
2.1.1 三角洲平原亞相
由于研究區(qū)地勢平坦,三角洲平原亞相隨著河流能量的逐漸減弱,分流河道頻繁改道與合并,平面上呈枝狀或網(wǎng)狀發(fā)育。主要發(fā)育分流河道、決口扇及分流間灣3 種沉積微相。
(1) 分流河道微相:巖性為粉-細砂巖,呈現(xiàn)向上變細的小型正旋回,旋回底部常具明顯的沖刷面,并常含泥礫,發(fā)育中小型槽狀交錯層理、平行層理和沙紋層理。以上分析,分流河道微相為較強水動力條件的產(chǎn)物(圖2a)。
(2) 決口扇:巖性為灰白色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖夾薄層灰綠色泥巖,整體表現(xiàn)為向上變粗的反旋回組合,發(fā)育交錯層理和沙紋層理。決口扇微相多夾于分流間灣沉積或分流間灣中(圖2b)。
圖1 松遼盆地安達凹陷臥里屯北地區(qū)構(gòu)造位置圖(a)及安達凹陷地層綜合柱狀圖(b)
(3) 分流間灣微相:該微相為三角洲平原亞相的沉積主體,巖性為紫紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主,含鈣質(zhì)結(jié)核,反映出其為強氧化沉積環(huán)境的產(chǎn)物,見塊狀層理構(gòu)造(圖2c)。
2.1.2 三角洲前緣亞相
三角洲前緣亞相分布面積相對較小,主要發(fā)育水下分流河道、水下決口扇及水下分流道間3 種微相類型,以水下分流河道砂體為骨架,整體表現(xiàn)為枝狀三角洲特征。
(1) 水下分流河道微相:該微相是三角洲平原亞相分流河道在湖泊水下的延伸部分,巖性以淺灰色粉-細砂巖為主,含有少量鈣質(zhì)團塊。水下分流河道微相多由多期小型正旋回沉積組成,并發(fā)育小型-中型交錯層理或平行層理,反映其為較強水動力條件的產(chǎn)物(圖2d)。
(2) 水下決口扇:該微相多由多個小型反旋回沉積組成,巖性為灰綠色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖,發(fā)育小型交錯層理和沙紋層理。決口扇微相多夾于水下分流間灣沉積或水下分流間灣中(圖2e)。
(3) 水下分流間灣微相:該微相為水下分流河道之間相對低洼的地區(qū),與開闊湖面相通,巖性以灰綠色鈣質(zhì)泥巖為主,可見少量粉砂巖或泥質(zhì)粉砂巖,塊狀層理構(gòu)造,可見呈網(wǎng)絡(luò)狀的鈣質(zhì)充填(圖2f)。
測井相分析實則就是利用測井資料,將測井曲線的一系列特征相應(yīng)的與本段的巖芯資料詳細對比分析,得到各特征單元與對應(yīng)巖芯特征反映的規(guī)律,并建立一個測井相模式,以這個模式去分析判別巖性、粒度、接觸關(guān)系、沉積微相等特征(趙博楠,2016)。
圖2 臥里屯北地區(qū)扶余油層巖芯照片
對于非取芯井段依靠測井曲線形態(tài),主要有自然伽馬曲線,深淺側(cè)向電阻率曲線,根據(jù)沉積巖的巖石學特征、沉積韻律組合及井震結(jié)合技術(shù)等分析方法,綜合測井資料物性曲線的形狀、幅度、數(shù)值大小,建立該區(qū)測井相與沉積微相之間的對應(yīng)關(guān)系,并對該區(qū)內(nèi)五口井開展測井相識別與劃分(馬小剛等,2010)。
(1) 分流河道微相:測井曲線形態(tài)表現(xiàn)為中-高幅度箱形或鐘形,厚度一般在3.5~8 m,頂?shù)锥蓟颈憩F(xiàn)為突變接觸關(guān)系,幅度變化大,上下起伏程度基本一致,表明沉積物粒度相對均一,光滑與齒化現(xiàn)象均存在,具持續(xù)較強的水動力條件和穩(wěn)定的物源供給,整體表現(xiàn)河道微相沉積特征(圖3a)。
(2) 決口扇微相:測井曲線表現(xiàn)為指形、漏斗形或卵形的形態(tài),以中—高幅度為主,厚度較小,一般為2~5 m。巖性多為粉砂巖或泥質(zhì)粉砂巖,頂?shù)拙鶠槟鄮r等細粒沉積物,代表的沉積微相為三角洲平原的決口扇沉積(圖3b)。
(3) 分流間灣微相:測井曲線表現(xiàn)為低幅度的齒化線形,接近于泥巖基線位置。巖性為淺綠色或紫紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖等(圖3c)。
(4) 水下分流河道微相:測井曲線表現(xiàn)為多表現(xiàn)為中—高幅度的鐘形,厚度較大,一般為3~7.5 m。整體表現(xiàn)為底部突變、頂部漸變的接觸關(guān)系。巖性主要為淺灰色、綠灰色粉砂巖。形成于水動力較強的沉積環(huán)境,河流多次侵蝕與沖刷,可見沖刷面、槽狀交錯層理、板狀交錯層理等沉積構(gòu)造特征(圖3d)。
(5) 水下決口扇微相:測井曲線表現(xiàn)為中幅度微齒化的指狀—漏斗形,厚度較小,一般為2~5 m。巖性多為淺灰色或灰綠色粉砂巖或泥質(zhì)粉砂巖,其間可見淺綠色泥巖等細粒沉積物(圖3e)。
(6) 水下分流間灣微相:測井曲線表現(xiàn)為低幅度的齒化線形,較分流間灣齒化現(xiàn)象更為明顯。巖性主要為灰綠色、淺灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖等(圖3f)。
圖3 臥里屯北地區(qū)扶余油層測井相模式圖
單井相識別與劃分能夠良好反映沉積相及其微相垂向變化規(guī)律,同時,能夠明確不同井位、不同層位的沉積微相類型及其特征。該研究,基于巖芯相與測井相的認識,完成了研究區(qū)5 口井單井相識別與分析,其中以達11 井最為典型(圖4)。
FⅡ2 油層主要發(fā)育三角洲平原亞相分流間灣微相,可見決口扇微相。巖性主要為紫紅色粉砂質(zhì)泥巖,局部可見淺綠色泥巖,整體表現(xiàn)為氧化環(huán)境。伽馬和自然電位值偏低,呈較為平直的鋸齒狀曲線組合特征。
FⅡ1 油層分流間灣與分流河道交替發(fā)育,底部發(fā)育決口扇沉積。巖性主要為灰綠色粉砂巖與紫紅色粉砂質(zhì)泥巖互層;測井曲線為中-高幅度,呈略微齒化漏斗-鐘性-直線型組合特征。
FⅠ3 油層分流間灣與決口扇交替發(fā)育,底部發(fā)育中型分流河道沉積。巖性主要為灰綠色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖。測井曲線幅度值較高,呈微齒化(箱)鐘型-直線型-漏斗型組合特征。
FⅠ2 油層與FⅡ1 油層相似,同為分流間灣與分流河道交替發(fā)育。巖性以灰綠色粉砂巖與紫紅色粉砂質(zhì)泥巖為薄互層為特征,反應(yīng)河道變化分叉明顯,湖泊擴張。測井曲線呈高幅度,表現(xiàn)為微齒化鐘型-直線型組合特征。
FⅠ1 油層沉積時期,由于水體加深,已由三角洲平原亞相逐漸演化為三角洲前緣亞相,表現(xiàn)為水下分流間灣與水下分流河道微相交替發(fā)育特征。巖性主要為灰綠色泥巖、粉砂巖以及泥質(zhì)粉砂巖。測井曲線齒化明顯,中-高幅度,呈齒化直線型-鐘型組合特征。
由于臥里屯北地區(qū)現(xiàn)有的鉆井、測井資料較少以及沉積砂體橫向變化大并連續(xù)性差等特征,致使僅在井控條件下開展沉積微相平面展布規(guī)律的研究難度較大。針對以上的研究基礎(chǔ)與關(guān)鍵問題,該研究在井震聯(lián)合標定的基礎(chǔ)上,充分采用地震屬性分析與預(yù)測方法實現(xiàn)沉積微相平面展布規(guī)律的研究。
圖4 達11 單井相圖(巖性圖例同圖3)
由前人研究已知,通過鉆井地質(zhì)、測井響應(yīng)的標定,按照解釋目標,地震屬性能夠定性-半定量地描述儲層物性、巖性、厚度和含油性等特征。地震屬性是計算機技術(shù)對有關(guān)地震資料的幾何學、運動學特征和統(tǒng)計學特征數(shù)字化表達(王晶等,2015)。地震屬性種類繁多,但最常用的地震屬性主要為振幅、頻率和相位3 種類型,其中振幅類屬性主要有瞬時振幅、均方根振幅以及最大能量、平均能量等及其衍生的一系列屬性。其中,均方根振幅(RMS)屬性可識別亮點、暗點,能夠有效預(yù)測沉積扇體、河道砂體的橫向變化及其含油氣性特征,因此其常被用于儲層砂體預(yù)測中。
據(jù)前人研究,均方根振幅屬性在松遼盆地扶余油層薄互層砂體分析與預(yù)測研究中應(yīng)用效果良好,能夠良好地反映扶余油層沉積微相及砂體展布規(guī)律(楊飛等,2014)。因此,優(yōu)選均方根振幅屬性來開展扶余油層砂體預(yù)測與沉積微相研究,綜合應(yīng)用屬性提取技術(shù)提取扶余油層中FⅡ1~FⅠ1 等5 個油層的均方根振幅層間屬性。以FⅠ1 油層為例,通過井震聯(lián)合標定以及統(tǒng)計分析方法,深入開展沉積微相展布規(guī)律預(yù)測與精細刻畫。由表2 可知,均方根地震屬性的紅黃色區(qū)域代表砂巖厚度高值區(qū)(吳海波等,2014),對應(yīng)沉積微相類型主要為河道或決口扇;藍綠色區(qū)域代表砂巖厚度低值區(qū),對應(yīng)沉積微相類型為分流間灣或水下分流間灣微相等。由此,建立地震屬性顏色與每層累計砂巖厚度或沉積微相的對應(yīng)關(guān)系,使得地震屬性有效預(yù)測沉積微相展布規(guī)律成為可能。
表2 FⅠ1 油層地震屬性單井標定
由以上分析可知,F(xiàn)Ⅰ1 油層沉積時期主要發(fā)育三角洲前緣亞相以及水下分流河道、水下決口扇和水下分流間灣3 種微相。依據(jù)沉積微相的井-震標定結(jié)果及其識別標志,以沃爾索相律理論為指導(dǎo),開展沉積微相平面展布規(guī)律預(yù)測與精細刻畫。具體的研究步驟如下。
(1) 水下分流河道及其組合形態(tài)的地震屬性預(yù)測與精細刻畫
由均方根振幅屬性圖(圖5a)可見,研究區(qū)北部屬性的顏色以黃、紅等色調(diào)為主并呈連片分布,反映沉積砂體較為發(fā)育,進一步說明沉積物主要來自北部物源以及向南部延展的趨勢。在考慮物源方向影響和控制作用的基礎(chǔ)上,依據(jù)斷層走向以及紅、黃色屬性展布規(guī)律刻畫出單支分流河道及其組合關(guān)系。水下分流河道作為沉積微相的骨架,整體表現(xiàn)為彎曲狀由北向南延伸趨勢及(樹)枝狀組合形態(tài)。
(2) 水下決口扇的地震屬性預(yù)測與精細刻畫
依據(jù)決口扇微相與河道之間的空間位置關(guān)系,參考紅、黃色地震屬性的分布形態(tài),進一步刻畫決口扇的發(fā)育位置、規(guī)模及其形態(tài)。研究認為,水下決口扇是由洪水期河道決口而形成,主要發(fā)育在彎曲河道的凸岸外側(cè),分布于水下分流道間微相內(nèi)。
(3) 水下分流間灣的地震屬性預(yù)測與精細刻畫
依據(jù)屬性圖中的藍、綠等顏色的分布展布規(guī)律,落實水下分流間灣微相的規(guī)模和分布形態(tài)。研究發(fā)現(xiàn),水下分流間灣微相是該油層沉積微相的主體,分布廣泛。
(4) 最后按照沉積微相圖繪制規(guī)范,形成FⅠ1油層沉積微相平面展布圖(圖5b)。
通過FⅠ1 油層沉積微相刻畫的過程與結(jié)果可見,RMS 地震屬性在研究區(qū)扶余油層沉積微相預(yù)測中的效果良好,能夠良好地反映出物源方向、沉積微相發(fā)育規(guī)模及其展布規(guī)律。
由FⅠ1 油層沉積微相分析與預(yù)測的認識可知,通過RMS 地震屬性預(yù)測方法能夠有效地預(yù)測沉積微相及其相應(yīng)砂體展布規(guī)律,因此分別提取FⅡ2、FⅡ1、FⅠ3、FⅠ2 等4 個油層RMS 地震屬性,進一步實現(xiàn)了沉積微相的有效預(yù)測與精細刻畫(圖6)。并且,通過區(qū)內(nèi)5 口井預(yù)測效果驗證,均反映出沉積微相與RMS 地震屬性之間具有良好的對應(yīng)關(guān)系,進而證明了此種方法的有效性。
圖5 安達地區(qū)FⅠ1 油層均方根地震屬性預(yù)測圖與對應(yīng)的沉積微相解釋圖
FⅡ2 與FⅡ1 油層沉積時期,主要發(fā)育三角洲平原亞相,枝狀分流河道與葉朵狀決口扇分布與大面積的分流間灣微相內(nèi),整體表現(xiàn)為枝葉狀組合形態(tài)。分流河道受到物源方向控制,呈低彎曲度由北向南展布,延伸較遠并貫穿整個工區(qū)。單一河道寬度較大,分叉、交匯與側(cè)向遷移頻繁(圖6a、b),尤其是FⅡ1 油層分流河道更為發(fā)育。決口扇發(fā)育于高彎度河道外側(cè)凸起處,呈葉朵狀,規(guī)模大小不一。FⅠ3 與FⅠ2 油層沉積時期,極大地繼承了FⅡ2 和FⅡ1 沉積時期的沉積特點,為三角洲平原亞相,但枝狀分流河道分叉改道、交匯與側(cè)向遷移現(xiàn)象更為明顯,決口扇發(fā)育規(guī)模程度相對較差(圖6c、d)。FⅠ1沉積時期,由于湖侵而沉積水體加深,沉積相由三角洲平原亞相逐漸演化為三角洲前緣亞相沉積,水下分流河道作為分流河道的水下延伸部分,河道寬度相對變窄,但仍延伸較遠而貫穿全區(qū)。由于受到湖浪作用,水下分流河道的分叉、交匯與側(cè)向遷移更為頻繁,呈較高彎曲度的枝狀形態(tài)。水下決口扇微相較為發(fā)育,但發(fā)育規(guī)模相對較小(圖5a、b)。
通過沉積微相垂向與平面展布規(guī)律的分析可見,F(xiàn)Ⅱ2 至FⅠ2 油層沉積時期,沉積水體整體較淺,主體發(fā)育三角洲平原亞相沉積。FⅡ2 至FⅠ3油層沉積時期,由于湖退而使沉積水體逐漸變淺,直到FⅠ3 沉積時期水體達到最淺,整體表現(xiàn)為進積的沉積過程。FⅠ2 油層沉積時期,由湖退轉(zhuǎn)換為湖侵過程,沉積水體逐漸加深,但仍為三角洲平原亞相沉積。FⅠ1 油層沉積時期,繼續(xù)發(fā)生湖侵,沉積水體進一步加深,形成三角洲前緣亞相沉積。進而說明,F(xiàn)Ⅰ3 至FⅠ1 油層沉積時期,整體表現(xiàn)為由于水體變深而形成的退積的沉積過程。由以上分析可知,扶余油層沉積時期整體表現(xiàn)沉積水體由深變淺再變深、湖退—湖進的沉積過程。
圖6 安達地區(qū)扶余油層沉積微相展布圖(圖例同圖5)
(1) 研究區(qū)扶余油層為一個受北部物源控制的淺水三角洲沉積體系,可識別并劃分出2 個亞相(三角洲平原和前緣)、6 個沉積微相(分流河道、分流間灣、決口扇、水下分流河道、水下決口扇、水下分流間灣)
(2) 綜合巖芯相、測井相以及均方根(RMS)地震屬性的相關(guān)性統(tǒng)計分析,實現(xiàn)了井震聯(lián)合標定,明確地震屬性中不同顏色所代表的地質(zhì)意義,建立了地震屬性與沉積微相之間的對應(yīng)關(guān)系,為沉積微相精細刻畫及其展布規(guī)律預(yù)測奠定了適用的技術(shù)方法基礎(chǔ)。
(3) 分流河道微相以延伸較遠、多級分叉、呈樹枝狀的發(fā)育特征,而成為沉積微相展布的骨架,其間被葉朵狀決口扇沉積和大面積分布的分流間灣沉積所充填。
(4) 扶余油層沉積時期整體表現(xiàn)沉積水體由深變淺再變深、湖退—湖進的沉積過程。FⅡ2~FⅠ2沉積時期發(fā)育三角洲平原亞相,至FⅠ3 沉積時期沉積水體達到最淺。FⅠ2 油層沉積時期發(fā)生湖進而使水體變深,至FⅠ1 沉積時期逐漸演化為三角洲前緣亞相。