南阳凹陷南部断超带沉积相分析及有利储集体预测

甘华军 王 华 陈 洁 林正良 蔡 佳 李国良

（1.生物地质与环境地质国家重点实验室（中国地质大学），武汉430074；2.中国地质大学 构造与油气资源教育部重点实验室，武汉430074；3.中国地质大学 江城学院，武汉430200）

南阳油田勘探历史较长，针对该凹陷的构造背景、沉积演化和成藏方面已进行过较多的研究，并取得了不少的成果［1－11］。南阳凹陷南部断超带处于凹陷的深凹区南部，紧邻凹陷的生烃中心，是非常有利的油气勘探区。但是前人对于南阳凹陷的南部断坡带的研究还存在一些不足，主要包括：（1）南部边界附近已发现了油气田，但是对于断裂边缘重点层位的沉积相以及储层发育与分布特征的研究涉及较少；（2）针对南部边界的特殊地质体的找寻和反演进行有利储层精细刻画工作还很缺乏，而这些对于凹陷南部边缘的储层和油气勘探具有极其重要的意义。

南阳凹陷与邻近的泌阳凹陷有着明显的区别，即在南部的边界断裂附近并没有发育大规模的扇三角洲［12］。受构造的影响，南部断超带附近有些区块所采集的三维地震资料的质量较差，沉积相的研究仅仅利用地震和测井资料并不能取得较好的成果。为了对该区的沉积相进行精细的分析，进行储集体有效预测，本文在充分利用单井和岩心资料进行沉积相研究外，还将综合地震资料及其相应的地球物理手段，对重点层段——古近系核桃园组第2段第3亚段（E3h2－3）进行沉积相的综合研究；并结合南部断超带附近的油气成藏条件，分析沉积相与有利储层砂体分布之间的关系，为油气勘探研究提供方法指导。

1 地质概况

南襄盆地南阳凹陷为南深北浅的中新生代箕状断陷湖盆，面积约3 600km2，南部受控于新野—唐河铲状边界大断裂。凹陷内自下而上发育有古近系玉皇顶—大仓房组、核桃园组、廖庄组、新近系上寺组及第四系。其中核桃园组的第2段和第3段是该凹陷的烃源岩层，也是油气勘探的主要目的层，其沉积厚度一般为2～3km（图1）。

凹陷经历了早期断陷和晚期拗陷2个演化阶段［11］。凹陷具有南北分带、东西分块、凸凹相间的构造格局。据构造和沉积特征，可将凹陷分为南部断坡带、中部凹陷带和北部斜坡带［13］（图1）。本研究区位于凹陷的南部断裂带边缘，包括的主要油田有东庄油田、黑龙庙油田和北马庄油田以及凹陷的2个生烃次凹——东庄和牛三门次凹，其中牛三门次凹为主要生油洼陷。

图1 南阳凹陷构造地层格架图Fig.1 The framework of tectonic and stratigraphy in the Nanyang depression

2 断超带沉积相分析

基于南阳凹陷南部断超带的构造沉积背景，进行沉积相的研究需要综合多种资料作全面详细的分析。本文通过综合利用测井、地震资料以及地球物理和构造立体图的方法，进行重点层段核桃园组第2段第3亚段（E3h2－3）的沉积相研究。

2.1 单井及岩心沉积相分析

通过综合岩心和测井资料，对研究区内E3h2－3的沉积相进行分析，在研究区内主要识别出的沉积相类型包括扇三角洲、湖泊、重力流和辫状河三角洲，并可进一步划分出沉积亚相和微相（图2、图3）。

a.扇三角洲：扇三角洲主要分布于凹陷南部的边界断裂附近，分为扇中和扇端亚相（图3－A，B）。其中扇中亚相主要为粉砂岩、细－中粒砂岩，变形层理发育，出现大量砂泥互层，泥质含量高的呈深灰色，泥质含量低的呈灰白色；扇端亚相主要为粉砂质泥岩，并出现大量粉砂质泥岩与泥岩互层，局部出现变形构造和砂岩透镜体，以及发育薄层深灰色泥岩并出现大量植物碎屑。

图2 南阳凹陷南部N32井岩心沉积相图Fig.2 The core sedimentary facies of Well N32in the south of the Nanyang depression

图3 南阳凹陷南部单井岩心沉积微相特征Fig.3 The core sedimentary microfacies of single wells in the south of the Nanyang depression

b.辫状河三角洲：主要沉积灰绿色泥质粉砂岩、灰绿－深绿色泥岩、灰绿－深绿色粉砂质泥岩、灰绿－灰黑色泥岩、灰白－浅灰色粉砂－细砂岩、褐色团块状泥岩。含有生物碎屑，局部夹深黑色泥岩透镜体和灰白色粉砂岩透镜体，致密块状，白云质胶结，发育槽状交错层理、水平层理、斜层理、楔状交错层理、板状交错层理、波纹交错层理，压变构造、生物扰动构造、压溶构造、滑塌变形构造，发育的微相有水下分流河道、河口坝、远端坝、间湾和前三角洲泥，反映了辫状河三角洲的前三角洲和三角洲前缘沉积环境（图3－C）。

c.重力流：主要为灰白色细－中砂岩、灰绿－灰黑色粉砂岩，局部夹有方解石脉，发育压溶变形构造，变形层理，砂泥接触面处含有大量白云母，局部可见砂岩透镜体（图3－D）。还可见“鲍马序列”，反映了浊流的沉积环境。

d.湖泊相：主要沉积有深灰色－黑色泥岩、深灰—黑色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、深黑色泥岩－页岩。泥岩质纯，局部夹白色粉砂岩条带和薄层泥质粉砂岩，发育水平层理，并含有变形构造，见少量碳屑及壳类和鱼类等生物化石（图3－E，F）。

2.2 砂体展布特征

通过统计研究区内钻井E3h2－3的砂岩厚度，勾画出E3h2－3的砂体累计厚度和含砂率图（图4）。研究区砂体厚度一般在10～60m之间。整个研究区出现3个砂体厚度较大的区域，分别在研究区的东庄构造区块、北马庄构造区块和黑龙庙构造区块。其中砂岩厚度最大地区在黑龙庙构造区块，最厚达150m以上；北马庄构造区块砂岩厚度最大可达110m，东庄构造区块的砂岩厚度最大达90m。砂岩厚度自西向东呈逐渐增加趋势。该层段的含砂率中等，一般为10%～40%，最高可达70%以上。对比砂体厚度图和含砂率图可以发现，在厚度大的地方含砂率并不是最高的，尤其在东庄构造区块，含砂率最大但其厚度并非最大。含砂率图和厚度图总体表现出“东西分块”的趋势，构成3个明显的砂体发育带。砂体厚度与含砂率分布具有很大的一致性，并可以判断出砂体的物源方向分别来自凹陷北部的辫状河三角洲和凹陷南部边界断裂附近。

2.3 地震属性特征

研究区的E3h2－3层段的地震属性尽管受地层埋藏较深、大量发育的构造断裂和地震资料的品质的影响，但仍可以通过地震属性判断一些岩性差异、地层变化、孔隙度变化等特征。其中平均能量可以反映储层物性的变化，平均反射强度可以反映砂岩分布的变化，振幅变化可以反映岩性和沉积相的变化［14，15］。

图4 南阳凹陷南部E3h2－3砂岩厚度及含砂率分布图Fig.4 The sandstone thickness and the percentage of sands of E3h2－3 in the south Nanyang depression

图5 南阳凹陷南部断超带E3h2底界面（T4）地震属性图Fig.5 The seismic attribute map at the bottom interface of E3h2 in the south of the Nanyang depression

图6 E3h2－3底界（T4）之上20ms时窗波阻抗切片图Fig.6 Wave impedance slices of 20ms time windows over the bottom interface in E3h2－3

此次所提取的地震属性分别包括平均绝对振幅、平均能量、平均反射强度和均方根振幅（图5）。依据提取的平均能量图并结合其他地震属性和地震反演图（图6），可以看出在南部断裂带边缘发育的扇三角洲规模较小，分别位于N18井的东部、北马庄和黑龙庙地区；而在研究区的北边，仅识别出北马庄和东庄地区发育有远源的辫状河三角洲，这2个区块的中部受复杂构造、断层的影响，导致提取的地震属性难以进行有效识别。结合该层段的砂体厚度图和含砂率图，可以看出，南部断裂发育的砂体位置与地震属性能较好地吻合，而通过地震反演在边界断裂附近识别出小规模的三角洲扇体。这些小规模的扇三角洲扇体，还需要后期进一步的精细解剖，才可以作为潜在的勘探目标储层。

2.4 E3h2－3平面沉积相展布特征

综合测井、岩心和地震属性等资料，可以精细勾画出E3h2－3的平面沉积相展布特征（图7）。该时期以断陷湖盆沉积为主，南部断裂边界的扇三角洲不发育，仅北马庄与黑龙庙地区发育小规模的扇三角洲。自北面而来的远源辫状河三角洲前缘部分在研究区内发育规模较大，平面展布范围较广，一直延伸至边界断层附近的沉积中心处；而在远源的前三角洲发育有重力流沉积。浅—深湖相仍然分布于凹陷断裂边缘的深洼区。

3 构造古地貌对沉积和物源的控制

图7 南阳凹陷南部E3h2－3沉积相及其与该层段内油气藏平面展布叠合图Fig.7 The Sedimentary facies and its composite with reservoir distribution of E3h2－3 in the south of the Nanyang depression

古地貌是控制一个盆地后期沉积相发育与分布的主要因素，同时，在一定程度上控制着后期油藏的储盖组合，是研究区所受构造变形、沉积充填、差异压实、风化剥蚀等综合作用的结果，特别是构造运动往往导致盆地面貌的整体变化［16－19］。在古地貌研究中，一般要清楚地勾画出研究区内的沟谷分布特征。这些盆地内的微地貌对物源体系的展布有着重要的控制作用。尤其在南阳凹陷南部边界断裂，在该区域的物源整体上较少，扇三角洲发育的范围也不广，因而断裂边缘的沟谷发育对于寻找南部的物源有着重要的意义。

3.1 构造古地貌特征

从南阳凹陷E3h2－3（T4）底界面同沉积期古地貌图上可以看出（图8），E3h2－3底界面（T4）同沉积期的古地形起伏变大，沟谷发育，地形变陡。研究区南部仍然清晰可见边界断层及剥蚀区，面积进一步减小，约占研究区的1／3。其地貌总体上明显呈“南北分带、东西分块”的格局：南部地形高，而北部地形低；北部的低洼区由3个主要的“凹”组成。

主要的“凹”：南阳凹陷E3h2－3（T4）底界面同沉积期古地形有2处较深，一处位于研究区的西南部，对应于东庄次洼；另外在此界面上还有一个重要的次洼，位于研究区东部的黑龙庙次洼，为全区最深的区域。

主要的“沟”：从图上可以看到南部边界断层上沟谷纵横，主要的沟发育在东庄地区（末端连接新出现的次洼），以及黑龙庙地区，沟的末端连接黑龙庙次洼中心。

另外在这些沟谷之间发育了很多“脊”：有东庄地区发育的脊，对应着新生次洼的东部；黑龙庙地区发育的脊，对应黑龙庙次洼中心，可以作为物源。它们不具有分隔研究区的主要区块的意义。

局部的低凸起：此时继承性地在研究区北部东庄－白马庄地区所限定的区域仍有一大块低凸起，横跨了东庄北部及北马庄的西部。它作为新生次洼的边界高部位，对新生次洼的沉积应该起重要的控制作用。同时，在新生次洼的南部新出现一部分小凸起，夹持在新生次洼和东庄洼陷之间，可以分隔南部来自边界断裂的砂体和北部的三角洲砂体的推进位置。研究区东北角继承性的低凸起，控制了北部砂体的推进方向。

3.2 构造古地貌对沉积的控制

根据边界断裂的立体图可以看出，E3h2－3沉积期（图7、图8），整个南部边界研究区呈现出东庄和黑龙庙地区低而北马庄高的特征，这一特征控制了后续沉积的古地貌构型。E3h2－3沉积期，南部边界扇三角洲的发育同样受到边界断裂的沟谷的控制，而沉积相的展布也受到了凹陷内的古地貌的影响。但由于该时期内的物源供给较少，边界断裂附近的扇三角洲的发育范围和规模均较小。而北部的辫状河三角洲则广为分布，尤其是北马庄和黑龙庙地区辫状河三角洲发育规模和范围均较大。

图8 南阳凹陷南部E3h2－3底界面古地貌及其与沉积相叠合图Fig.8 Palaeogeomorphology of the bottom of E3h2－3 and the superimposed with sedimentary facies

4 有利储集体分布预测

4.1 沉积相展布对储层的控制

受区域构造背景及古构造地貌控制，南阳凹陷核桃园组沉积时期物源来自南、北2个方向，且以北部为主。凹陷发育多种沉积相类型，其中可以作为有利储层的砂岩主要有北部斜坡的三角洲前缘砂体、河道砂体和南部断裂边缘扇三角洲砂体。研究区发育的沉积砂体类型主要有三角洲前缘、浊积体和扇三角洲的砂体，这些砂体对凹陷的储层起主要控制作用。据图7可以看出，研究区内的沉积砂体展布与已勘探的储层分布在时空上存在一定的关系，储层砂体主要分布于三角洲前缘部位。因而沉积相中的不同砂体类型控制着储层的发育，从而可以为储层预测提供指导。

半深湖－深湖泥岩以及前三角洲泥岩分布于凹陷的沉降中心及周缘，成为该区的烃源岩。湖相泥岩和前三角洲泥岩分布受沉积相控制，间接控制油藏分布。

4.2 储集体物性对储层的控制作用

储集体岩性和物性的好坏，直接决定了储层储集性能的优劣，储集层物性的好坏还直接影响储层的含油性［20］。由含油显示岩心分析孔、渗交汇图可见（图9），南阳凹陷南部目的层段含油、油浸产状岩心的孔隙度、渗透率基本在14%与5×10－3μm2以上；无油气显示的岩心孔隙度、渗透率基本在13%和1×10－3μm2以下；油斑、油迹及荧光显示岩心的孔、渗处于以上二者之间。由此表明研究区范围内，储层含油气性与其孔渗特征具有良好的相关性。李海燕等［21］通过对南阳凹陷的沉积微相研究发现，这4种储集砂体的储集性能有明显的差异，其中水下分支水道和辫状河道最好，河口坝次之，远砂坝相对较差，且水下分流河道和辫状河道含油性最好。因而南阳凹陷扇三角洲和辫状河三角洲前缘的水下分流河道具有较好的物性，且含油性普遍较好。所以，在研究区内的边界断裂带的扇三角洲均可以作为有利的储集体，具有潜在的勘探价值。

图9 不同含油岩心孔隙度、渗透率相关图Fig.9 The correlatograph between porosity and permeability in oil－bearing cores

4.3 有利区带预测

通过对南阳凹陷南部断超带沉积相的精细分析，可以更精确地预测研究区扇三角洲砂体的分布。南部断超带有利的储集体主要为扇三角洲砂体和辫状河三角洲前缘砂体。由于砂体紧邻东庄次洼和黑龙庙次洼2个生烃中心，具有很好的油气来源，同时砂体直接伸入烃源岩中，可以近源聚集成藏，因此具有很好的成藏条件。

5 结论

a.研究区内主要发育扇三角洲、辫状河三角洲、湖泊及浊积砂体。凹陷南部断超带受构造、地震数据和测井等资料的影响，沉积相的精细研究需要结合多种资料进行综合研究。

b.南阳凹陷内的南部断超带的储层物性与沉积相密切相关，研究区内的扇三角洲和辫状河三角洲前缘具有很好的孔隙度和渗透率，同时其分布与油气藏的分布具有很好的相关性。

c.南部断超带物源供给不充足，需要结合构造、沉积以及沉积相的综合分析和精细研究，找寻小型的扇三角洲砂体作为有利储层。南部断超带紧邻生烃中心，具有很好的成藏条件，因而其附近的扇三角洲砂体可以作为勘探突破的重点。

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