渤海海域S油田新近系明化镇组河流相复合砂体叠置样式分析①②

胡光义 陈 飞 范廷恩 孙立春 赵春明 高云峰 王 晖 宋来明

(1.中海石油研究总院 北京 100027;2.中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300452)

0 引言

河流相砂体是我国中、新生代陆相盆地最重要的油气储集层。我国石油资源的80%以上蕴藏于陆相地层中［1，2］，其中渤海海域探明地质储量占渤海海域总探明的53%，产量占渤海海域产量的64%。随着90年代渤海海域浅层河流相油气勘探获得重大突破，使得河流相储层研究成为当前海上油田研究的热点。

随着我国大多数主力油田进入高含水期的开采阶段，注采矛盾日益突出，传统的储层地质研究方法已不能满足当前油田的开发需求，尤其是解决层内与平面矛盾，这就要求对油田储层的划分越来越细，需要从砂体内部构型及平面分布规律的进行精细研究。有关河流沉积砂体叠合规律的研究目前仅集中于现代沉积和野外露头解剖方面，对油田地下砂体结构的研究相对较少，特别是针对井网较疏的海上油田的研究，而且对层序格架内砂体的成因类型研究较少。因此，亟需对海上油田稀井网条件下的复合砂体叠置样式进行精细研究。通过对河流相复合砂体叠置样式、内部结构和时空展布规律的分析以及储层单元的预测，以及河流相复合砂体叠置样式与层序地层学的研究，为海上油田的砂体预测和开发调整提供实践意义。同时，完善了高分辨率层序划分和对比的理论，推动了陆相开发地质学的发展。

1 地质概况

渤海湾海域是华北含油气盆地的组成部分，属克拉通内裂谷盆地，经历过断陷、断坳和坳陷三个演化阶段［3～6］。中新世渤海湾盆地开始进人裂后坳陷演化阶段，在湖平面下降、上升交替进行的沉积背景下，形成了馆陶组—明化镇组以河流平原相为特征的新近系沉积组合［3，4］。

渤海S油田位于渤海中部海域，地处石臼坨凸起，周边被渤中、秦南和南堡3大富油凹陷环绕，是在潜山披覆构造背景上形成的，并被断裂复杂化的、受岩性和构造双重因素控制的大型河流相油田(图1)［7］。该油田构造幅度比较平缓，主要含油层系为新近系明化镇组下段和馆陶组，其中明下段可分为Nm0、NmⅠ、NmⅡ、NmⅢ、NmⅣ和NmⅤ六个油组。研究区内钻遇地层平均厚度为482 m，区域上分布比较稳定。油藏埋深浅(海拔-900～-1 600 m)，储层胶结疏松、油水关系非常的复杂、底水油藏储量占了40%。

图1 渤海湾盆地区域地质(左图)及其工区位置(右图)Fig.1 Tectonic divisions(left)and locations of the study area(right)in Bohai bay Basin

2 层序地层格架内砂体叠置样式

高分辨率层序地层学［8］理论、概念和方法日臻完善，改变了沉积学的研究思路［9～11］。这一方法不仅考虑基准面旋回过程与储层结构层次性，以及不同级次旋回划分标准的关系;而且重点强调基准面旋回对砂体结构成因、沉积序列的控制作用;同时也明确较短周期旋回对较长期旋回的影响及多层次逐级对比的技术方法。

应用高分辨率层序地层学的理论和方法，在三级层序框架和关键面的约束控制下，结合河流相沉积特点，对渤海S油田的明化下段地层进行小层划分和对比，划分了38个五级层序、13个四级层序和4个三级层序，其中五级层序厚度约为12.7m(图2)。渤海湾盆地新近系为坳陷期，湖平面下降、上升交替进行的沉积背景，加之受新构造运动的影响，使得层序发育模式存在差异，整体以正韵律沉积为主。

在高分辨率层序地层格架控制下，依据沉积结构、沉积构造、几何形态、侧向和垂向增生样式，将渤海中南部地区明化镇组河流相砂体划分为3种类型7类样式，分别为堆叠型(ACM)、侧叠型(SC)和孤立型(IS)，其中侧叠型又分成紧密接触型(IC)、疏散接触型(EC)和离散接触型(DC)3小类;孤立型包括下切侵蚀河道(IIC)、决口扇(CS)和孤立河道(ICH)3小类。

2.1 堆叠型特征

砂体在侧向和垂向上的彼此切割和叠置，呈多层叠置形态。整体呈楔状体，互层砂体分布其中，以槽状交错层理为主。不同期次、不同级次砂体叠置，砂体内部发育各种形式的冲刷面(图3)，局部残留了薄的泥质夹层。河道频繁摆动迁移，河道向下游和侧向增生普遍，砂体在井间横向延伸相对较大，填充粗粒物质。粒度由粗—细、细—粗—细或粗—细—粗等三种变化类型。

堆叠型砂体内部呈彼此切割和叠置，砂体迁移方向不明显。测井曲线以箱形、箱—钟形为特点，地震上呈现为强振幅，连续性较好，波形表现为拉伸和变形(图3b)，表明河道的摆动方向不明显，主要是由于晚期河道单元沉积时局部冲刷改造下部河道单元的上部，导致河道砂体垂向侵蚀接触，岩性界面不清楚，河道迁移方向很难判断，主要发育在NmⅤ1-NmⅤ2、NmⅣ1和NmⅡ3-NmⅡ4(图3c)。

2.2 侧叠型特征

河道弯曲度增大，单套砂体规模变大，河道呈大规模冲刷充填，砂体呈透镜状、板状，以大规模侧向增生为主，底界面以低角度增生面为界。河道迁移摆动能力相对较强，砂体散布于细粒泛滥平原沉积内，形成连片状河道砂体，剖面垂向上呈侧向叠置，横向迁移。侧向连续性较好，河道砂体依次相互搭接，砂体横向规模发生一定变化，反映了河道规模的变化(图4)。地震剖面上反射同相轴相连，但是波形有所变化(图4b)，测井上可以看出有明显上下分布特征，形成钟状尖峰型高阻(图4b)。侧叠砂体最显著特征就是河道在横向具有一定方向的迁移性(图4b)。主要发育在NmⅤ5-NmⅤ3、NmⅣ3-NmⅣ2、NmⅢ、NmⅠ、和Nm05-03。

图2 渤海S油田明化镇组河流相高精度层序划分对比Fig.2 Fluvial facies correlation section based on high resolution sequence at S oilfield in Bohai

图3 渤海S油田明化镇组河流相堆叠型砂体特征a.鄂尔多斯盆地延长组露头剖面砂体堆叠特征;b.地震剖面堆叠型砂体反射特征;c.连井砂体分布特征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

图4 渤海S油田明化镇组河流相侧叠型砂体特征a.西班牙Ebro盆地中新统河流相露头剖面砂体堆叠特征;b.地震剖面侧叠型砂体反射特征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

图5 渤海S油田C1-C2-C3井连井侧叠型—紧密接触砂体特征Fig.5 Intimated contact sandbody distribution profile of C1-C2-C3 of S oilfield in Bohai

图6 渤海S油田D1-D2-D3井连井侧叠叠型—疏散接触型砂体特征Fig.6 Evacuated contact sandbody distribution profile of D1-D2-D3 of S oilfield in Bohai

图7 渤海S油田E1-E2-E3-E4-E5井连井侧叠型—离散接触型Fig.7 Discreted contact sandbody distribution profile of E1-E2-E3-E4-E5 of S oilfield in Bohai

依据侧向迁移的离散程度又分为以下3种类型:

(1)紧密接触型侧叠砂体(IC)，此时空容纳空间相比其他亚类小，侧向连续性较好，河道砂体依次相互切割，砂体规模相似。砂体呈侧向切叠式，表明了在相对小的可容纳空间下砂体的强烈的侧向迁移(图 5)。

(2)疏散接触型侧叠砂体(EC)，可容纳空间增加，河道侧向迁移能力变弱，砂体与砂体之间有泥质夹层存在。河道砂体平面上呈宽条带状分布，侧向连通性变差(图6)。

(3)离散接触型侧叠砂体(DC)，随着相对湖平面继续上升，可容纳空间变大A/S接近1，河流由加积逐渐转变为退积。河道砂体彼此相对孤立，连通性相对变差，形成迷宫状砂体结构(图7)。

2.3 孤立型特征

随着基准面的不断上升，A/S比值增大，使得河道规模变小，砂体变薄，泛滥平原泥岩沉积增加，河道砂体呈孤立式分布。砂体彼此孤立，地层表现为弱退积—加积特征，测井曲线以钟形为特点，地震剖面上出现以弱反射为背景的不连续的强振幅反射。

依据沉积特征又分为以下2种类型:

(1)下切侵蚀型

下切侵蚀河道一般分布于层序界面附近，是低可容纳空间的产物，下切充填河道为主，下切河谷充填的砂体具有冲刷充填结构。这种河道充填砂体在下切河谷内频繁摆动迁移，填充粗粒物质，形成孤立河道砂体结构类型，构成各类储集砂体和岩性圈闭(图8)［12，13］。在连井剖面 H1-H2-H3-H4-H5 上可以看出，在下切河谷内至少有3期河道填充，且具有从H4井向H5井方向迁移的趋势(图9)。下切侵蚀河道充填变化较大，在H2井下切侵蚀厚度为4.6 m，在H4井下切侵蚀厚度变化为17.8 m，下切侵蚀最厚处位于H10井附近厚度达到36 m左右，宽度达到3 500 m左右。

图8 渤海S油田H1-H2-H3-H4-H5沉积剖面图Fig.8 Sand-body distribution profile of H1-H2-H3-H4 of S oilfield in Bohai

图9 高分辨率层序地层格架内不同A/S控制下的河流相砂体叠置样式特征Fig.9 Diagram illustration of fluvial facies of compound sandbody architecture related to A/S changes in high resolution sequence statigraphy

(2)孤立河道和决口扇

可容纳空间达到较大范围，河道弯曲度增大，宽/深比较大，河道呈孤立状，规模相对变小。河道砂体粒度向上变细，分选性变好。形成分布广泛的孤立河道砂体，有时还伴有决口扇出现。孤立型砂体往往存在于河道发育程度不高水动力相对较弱的沉积环境，且砂体厚度、规模一般较小。

3 砂体叠置样式的控制因素分析

砂体叠置样式是构造沉降、可容纳空间或A/S比值变化的函数［10，11，14～17］。不同 A/S 对砂体的空间结构和配置接触关系产生了有规律的变化。以A/S=1为界线，以上砂体叠置样式以退积为主，且越靠近Y轴退积程度越低，越近A/S=1界线砂体砂体侧向迁移愈强烈，内部越发育完好的结构和底形。A/S=1界面以下砂体叠置样式以进积为主。进积型砂体具有较强的相互切割，多样性较低、内部构造和底形保存不好，整体呈堆叠复合状砂体分布［16］(图10)。

湖平面快速下降A/S比值为负值(冲刷带)，主要发育下切侵蚀河谷。低A/S比值时河道砂岩和其它沉积物开始填充。河道砂体呈冲刷—充填形态，主要以堆叠型复合河道砂体为主。河道类型砂体叠置连片，单砂体厚3～10 m、宽度约为300～1 200 m，形成复合河道砂体。在中等的A/S比值时，河道砂体由堆叠型向侧叠型转变，砂体的规模变小，河道横向发生迁移摆动，细粒物质增加，越岸沉积开始增加。河道以大规模侧向迁移为主。在高的A/S比值条件下，砂体主要孤立型为主，发育有决口扇和孤立河道。

4 结论

(1)渤海中南部地区明化镇组河流相砂体叠置样式划分为3种类型共7种叠置样式，分别为堆叠型、侧叠型和孤立型。其中侧叠型又分成紧密接触型、疏散接触型和离散接触型3小类;孤立型包括下切侵蚀河道、决口扇和孤立河道3小类。

(2)论述了河流相砂体的沉积特征，分析了沉积充填演化特征，归纳了河流相砂体叠置样式受控于可容纳空间与沉积物供给(A/S)比值的影响。

(3)河流相砂体叠合样式的建立完善了陆相高分辨率层序划分和对比理论基础，同时，为河流相储层的精细刻画和井位部署以及井位优化奠定基础。

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