川中须家河组五段河道砂体地震沉积学刻画*

2014-06-07 05:59周川闽宋丽红刘庆松高志勇

西南石油大学学报(自然科学版) 2014年4期

周川闽，宋丽红，刘庆松，罗忠，高志勇

1.提高石油采收率国家重点实验室，北京海淀 100083；2.中国石油勘探开发研究院，北京海淀 100083；3.昆明中色地科矿产勘查有限责任公司，云南昆明 650024；4.中国石油西南油气田分公司勘探事业部，四川成都 610041

周川闽1，2，宋丽红3，刘庆松4，罗忠1，2，高志勇1，2

四川盆地川中地区须家河组河流—三角洲沉积体系发育，该体系内河道砂体逐渐成为岩性勘探的热点。利用地震沉积学方法对须五段河道进行精细刻画，重点通过地震地貌分析识别出河道带、主河道、分流河道、废弃河道等地貌单元。主河道和分流河道差异明显，主河道贯穿工区南北，宽度可达1.1 km，长度可达数十千米，具有形态完整、轮廓清晰、连续性强的特征；分流河道规模小，因后期改造具有断续分布特征，宽度一般小于100 m，延伸一般小于5.0 km。河道侧积和加积作用形成的各种砂坝是须五段骨架砂体，叠置砂坝厚度可大于30.0 m，宽度可大于5.0 km，是岩性勘探的理想对象。河道砂体的识别可为陆相薄层砂体的岩性勘探提供方法和依据。

四川盆地；地震沉积学；地震地貌学；须家河组；河道带

周川闽，宋丽红，刘庆松，等．川中须家河组五段河道砂体地震沉积学刻画[J]．西南石油大学学报：自然科学版，2014，36（4）：1–11．

Zhou Chuanmin,Song Lihong,Liu Qingsong,et al．Seismic Geomorphology of Channel Belts of the 5th Interval，Xujiahe Formation，Upper Triassic in Central Sichuan Basin，China[J]．Journal of Southwest Petroleum University：Science&Technology Edition，2014，36（4）：1–11．

计算机技术的快速发展，使地震数据三维可视化得以快速发展，实现了真正意义上的“三维”地震解释。自从首次在地震时间切片上看到曲流河道的高分辨率振幅影像[1]，地质学家一直在探索运用三维地震成像技术研究沉积体系的演化与平面展布。1998年地震沉积学概念首次提出[2-3]，2001年地震地貌学概念正式提出[4]。2004年完整的地震沉积学表述提出：地震沉积学是以现代沉积学和地球物理学为理论基础，利用三维地震资料，开展地震属性和地层切片分析，研究地层岩石学特征、沉积结构、沉积体系、沉积相平面展布以及沉积发育史的地质学科[5]。地震岩性学和地震地貌学是地震沉积学的支柱，90°相位转换、地层切片和分频解释是地震沉积学中的3项关键技术。

四川盆地上三叠统须家河组油气勘探和研究长期把发育厚层砂体的须二、须四、须六段作为目的层段，对须一、须三、须五段薄层砂体的勘探则关注较少[6-14]。随着油气勘探的深入，最近几年多口井在须一、须三、须五段获得工业气流，甚至是高产井[15-16]，这预示须一、须三、须五段薄层砂体具有巨大勘探潜力。相对于须二、须四、须六段，须一、须三、须五段的研究程度和勘探程度均很低，岩芯资料十分匮乏，因此，要开展针对须一、须三、须五段的沉积相研究十分困难。陆相沉积薄层砂体横向相变快、厚度变化大，且受地震纵向分辨率限制，传统沉积相研究方法很难准确刻画河道砂体，而地震沉积学是理想的选择。

本文以川中广安地区须五段为研究对象，运用地震沉积学理论和技术，重点开展河道地震地貌研究，结合钻井、测井和露头资料，对河道内骨架砂体进行描述，并对其勘探意义进行论述。

1 地质概况

四川盆地广安构造位于川中古隆中斜平缓构造带东部，即东起华蓥山西麓，西至南充、龙女寺构造，南抵涞滩场构造，北达鲜渡河构造，勘探控制面积约5 200 km2。该区腹地须家河组构造总体上为南高北低的区域大单斜，在此背景上发育大小、规模不等的潜高、鼻突及扭曲、正向变异等次级构造[17-18]（图1），亦有观点认为构造叠加变形是该区构造的主要特征[19]。

图1 四川盆地广安地区须四段顶面构造图Fig.1 Tectonic map of the top of the T3x4in Guang′an Area，central Sichuan Basin

须家河组自下而上分为6个岩性段，其中须一、须三、须五段以灰黑色泥岩、页岩为主，夹中—薄层中—细砂岩、煤层或煤线，为泛滥平原湖泊、沼泽夹河流相沉积；须二、须四、须六段以灰色中—细砂岩为主，夹厚度不等薄层泥、页岩，为三角洲平原—前缘沉积。大川中地区晚三叠世构造活动弱，地层倾角较小，地形平缓，且气候湿热，形成了特殊陆相浅水三角洲沉积。大川中地区须五段浅水三角洲沉积以低物源供给为特征，平面上以浅湖—下三角洲平原环境为主，沉积中心位于西部，其中广安地区以下三角洲平原环境为主，近湖区沼泽沉积广泛发育[20]。须家河期四川盆地构造演化表现为早期强烈拗陷晚期强烈隆升，形成两个以断陷扩展和沉积充填作用为主的构造层序，以须三顶为界分为早期超长期旋回层序和晚期超长期旋回层序，每个层段对应一个长期旋回层序[21-22]。广安地区须五段为一完整长期旋回层序（图2），根据研究的尺度可进一步划分为多个中期和短期旋回层序。

图2 须五段等时地层格架与沉积界面Fig.2 Well seismic cross section of T3x5showing of sequence boundaries and the maximum flooding surface

2 地震地貌与沉积相分析

2.1 等时地层格架的建立与地层切片制作

地震地貌学的核心是提取出与等时沉积界面一致的地震信息，从而获取整个地震测网内沉积体系的影像。与等时沉积界面一致的地震平面显示被称为地层切片[23]。针对不同的地质条件，目前可用的方法包括时间切片、沿层切片以及地层切片或等分切片[24]。研究区属河流—三角沉积环境，沉积相侧向变化快，地层切片或等分地层切片是最可行的地层切片制作方法。

须五段是一个完整的长期旋回层序，地震剖面上层序顶、底界面及最大湖泛面地震同相轴连续性较好，较易追踪解释（图2）。须五段最大湖泛面具有等时沉积意义，须五段顶和底虽为岩性界面，但顶、底和最大湖泛面在较小的工区范围内可以认为是等时界面。通过须五段顶、底和最大湖泛面3个等时界面精细解释对比，笔者建立了须五段等时地层格架，并在此格架内，开展了等分切片分析。

文献[25]研究指出，地层切片制作中小间隔大量采样并无不妥，对地震沉积学而言地层切片采样以能看见可解释地质现象为度，但是，考虑到计算机存储能力，通常采样检测率取1～3 ms。目的层须五段地震主频约50 Hz，纵波速度平均5 000 m/s，时间厚度约40～90 ms，以顶面、底面和最大湖泛面为地层格架，采样间隔取1 ms，采用等分地层切片制作方法[24]，共得到上段18张切片，下段35张切片，共计53张地层切片。受地层厚度变化控制，不同部位切片实际采样间隔变化范围为0.75～1.70 ms，相当于厚度采样间隔3.75～8.50 m。按每张切片主要反映切片上下λ/8地层的地震能量计算[25]，相当于反映12.8 m厚度地层的地震能量，所采用的采样间隔能反映纵向细微变化，能满足地貌演化细节分析。

2.2 地震地貌及沉积相分析

地震沉积相是指具有沉积相指示意义的地震岩性学信息和地震地貌特征组合。地层切片是地震沉积相的理想载体，不同地震参数地层切片指示的沉积相意义区别明显。通过对比分析，笔者选择了工区指示效果最好的振幅切片进行地震地貌分析。振幅切片地震地貌分析表明，须五段河道地貌特征明显，从下到上河流形态变化较大。根据不同时期河道发育程度及形态，可将须五段划分为早、中、晚3个沉积演化时期（图3a，图4a，图5a）。

图3 须五段下段地震地貌及沉积相图Fig.3 Seismic geomorphology and depositional environments of lower T3x5

图4 须五段中段地震地貌及沉积相图Fig.4 Seismic geomorphology and depositional environments of middle T3x5

图5 须五段上段地震地貌及沉积相图Fig.5 Seismic geomorphology and depositional enviroments of upper T3x5

陆相地层岩性变化快，地震波阻抗差异复杂，导致地震地貌沉积相解释难度大。为了更准确刻画沉积相，笔者开展测井相分析，以须五段初始湖泛面和最大湖泛面为界（图6），将地层划分为3段进行砂地比统计（图3b，图4b，图5b），3段分别对应地震振幅切片的3个阶段，弥补了中、下段在地震剖面上无法分开的不足。

经过一个学期的SPOC翻转课堂教学实验之后，笔者对参与教学实验的班级进行了问卷调查，主要调查大学英语SPOC翻转课堂对学生英语学习效果的影响。调查问卷采用Likert五级量表（1=很不好、2=不好、3=一般、4=比较好、5=非常好），围绕SPOC翻转课堂对语言综合应用能力、知识点掌握情况、自主学习能力、口语表达能力、听力理解能力、阅读理解能力、写作能力等方面的影响设计问题，调查数据统计结果见表1。

Bridge J S研究指出当砂地比达到75%时，泛滥平原内河道砂体相互叠置，形成一个整体，平面上覆盖整个泛滥平原；当砂地比小于40%时，河道砂体呈孤立状分布；当砂地比介于两者之间时，河道砂体呈不同程度叠置分布[26]。由于工区目的层砂体较少，笔者将目的层须五段砂地比大于30%～40%区域划分为河道带（这里河道带指的是富有机物的细粒沉积中发育的不断加积的河流沉积体[27-30]），小于30%～40%的区域划分为泛滥平原。

图6 须五段东西向连井对比剖面Fig.6 East-west electric-log cross section showing layer thickness variations in T3x5

对比分析可见，地震地貌特征与砂地比分布吻合较好，河道带内河道形貌清楚、连续，砂地比较高，泛滥平原河道地貌模糊、断续，砂地比较低。地震地貌与砂地比分析结合，可较好刻画沉积相及演化规律，须五段各时期具体沉积特征如下：

早期，对应须五段下段初始湖泛面之下地层。该期河道形貌特征较差，依稀可见河道发育。工区东侧主河道呈南北向分布，穿过G5井东侧，往南受东西向断层影响河道特征无法识别；西侧主河道沿北东—南西向分布，穿过C31—CS1井区，贯穿工区南北；中部可见低弯度小型河道沿北西—南东方向穿过G125和G131（图3a）。该期河道砂体不太发育，东西向剖面仅西端C31、G138井河道砂体发育（图6）。砂地比图亦显示该段河道砂体不发育，仅C31、G3井砂地比达到30%（图3b）。综合分析得出该段东侧和西侧有河道带发育；其间以泛滥平原—沼泽沉积为主，末端分支河道、废弃河普遍发育，偶有中型孤立河道发育，并伴有小型决口扇发育（图3c）。

中期，对应须五段中段初始湖泛面与最大湖泛面之间的地层。该期地震振幅地层切片地貌效果较好，河道形貌特征清晰可见。工区西部河道形态较完整，轮廓清晰，宽度较大，连续性强，多条河道沿南北向穿过工区，其中主河道宽度一般大于250 m，最宽处可达1.1 km，延伸长度可达数十千米；中部河道地貌形态轮廓较模糊，宽度较小，连续性差，依稀可见多条小河道沿近南北向分布，宽度一般小于100 m，延伸小于5 km；东部河道地貌形态最差，仅隐约可见一条主河道沿南北向分布（图4a）。该期河道砂体普遍发育，东西向剖面两端均可见伽马曲线为箱形的河道砂体发育，仅中部G126井砂体厚度较小（图6）。砂地比图亦显示该段河道砂体发育，仅G122、G145、G113井砂地比小于30%（图4b）。综合分析得出该段东侧和西侧均有河道带发育，西侧河道带扩张至中部；其间以泛滥平原—沼泽沉积为主，末端分支河道、废弃河道普遍发育，偶有中型孤立河道发育，并伴有较大决口扇发育（图4c）。

晚期，对应须五段上部最大湖泛面之上地层。该期地震振幅地层切片河道形貌特征模糊，隐约可见河道断续分布。工区东侧主河道呈南北向分布，穿过G5井东侧，往南呈朵状散开；西侧主河道沿北东—南西向分布，穿过C31—CS1井区，贯穿工区南北；中部可见大量中、低弯度小型河道沿近南北向分布（图5a）。该期河道砂体不太发育，东西向剖面仅东端C126、G5井见伽马曲线为箱形的河道砂体发育（图6）。砂地比图亦显示该段河道砂体不发育，仅CS1、G3井砂地比达到30%（图5b）。综合分析得出该段仅C31井西侧有河道带发育；中部和东部以泛滥平原—沼泽沉积为主，末端分支河道、废弃河道普遍发育，偶有中型孤立河道发育，并伴有不同规模决口扇发育（图5c）。

综合 3期沉积演化特征可知，须五段以河流—泛滥平原沉积为主，平原内广泛发育孤立河道与河道带，局部低砂地比区可能发育沼泽或泛滥盆地，其中河道带是主要的砂体发育相带，沼泽是有利的烃源岩发育相带。受湖平面变化及河道迁移改道作用等因素影响，须五段从下到上河道带规模和位置变化明显。中段河道带最发育，砂体厚度及规模最大，砂地比普遍接近或大于30%；其次是下段西部与上段东部，两者砂体厚度及规模较小，仅局部发育较厚砂体。

3 骨架砂体分析

由上述地震沉积学研究可知，工区内须五段河道带发育，而河道带内各类河道砂体是重要储集砂体。综合岩芯、测井相、露头沉积相和地震沉积相分析可知，河道砂坝是研究区须五段最重要的骨架砂体。依据组合样式可将砂坝划分为单砂坝和复合叠置砂坝。

由于沉积后河道冲刷作用及河道相互切割等原因，砂坝上部细粒沉积很难保存，砂坝往往形成多期叠置的垂向相序。如图7所示，工区须五段叠置砂坝发育，G5井2 270 m可见叠置砂坝最大厚度为37.0 m。河道砂坝位置不同垂向相序差异较大，上游砂坝上部沉积极薄或完全遭受剥蚀，往下游砂坝上部沉积明显增多[31-32]。如图7所示，G125井2 395 m和2 420 m叠置砂坝厚度分别为15.0 m和8.0 m，前者以下部砂坝沉积为主，为砂坝上游沉积，后者以砂坝上部沉积为主，为砂坝下游沉积。

图7 测井相河道砂坝及叠置关系Fig.7 Gamma-ray log profiles of bar geometry and stacking patterns in T3x5

根据水槽实验、露头实测以及现代沉积研究经验公式，可以利用河道内完整发育的单砂坝厚度以及河道宽度计算出砂坝规模[31，33]。须五段最大单砂坝厚度15.0 m，最宽地震地貌河道1.1 km，根据单砂坝宽度等于最大河道宽度以及单砂坝长度是宽度的5倍得出，完整发育的单砂坝长、宽、高可达5.5 km×1.1 km×15.0 m。由现代沉积研究可知，独立完整的砂坝保存较少，尤其在辫状河道中，多呈相互切割叠置。当河道砂体沉积在河道沉积中比例超过40%时，河道由孤立状过渡为叠置连通状，当比例超过75%时，河道带内所有河道砂体相互叠置成为一体，占据整个泛滥平原[26]。须五段测井相分析和地震解释与该观点一致，单砂坝叠置连通后可以形成更大规模的砂体。从测井相分析可知，须五段规模较小的完整单砂坝经叠置后，厚度可达37.0 m（图7中，G5井，2 270 m）；结合地震剖面分析可知，须五段叠置砂坝宽度一般可达2.0 km，多期河道叠置砂坝侧向连接后宽度可大于5.0 km（图8）。由须家河组成藏条件分析[6-7]可知，这些相互连接的叠置砂坝空间上包裹于须五段暗色泥岩中，易形成自生自储型油气藏，是理想的岩性勘探对象。

图8 井震剖面河道砂坝及叠置关系Fig.8 Well seismic cross section of bar geometry and stacking patterns in T3x5

4 结论

（1）利用地震地貌学研究河流—三角洲沉积环境中的河道沉积效果良好，可以刻画出河道带的分布与迁移过程以及河道带内主河道与分流河道的分布。

（2）地震沉积学与测井分析结合刻画陆相沉积薄层砂体效果良好。工区须五段河道宽度可达1.1 km，长度可超10.0 km。河道内砂坝叠置形成复合砂坝厚度可达37.0 m，宽度一般可达2.0 km，多期河道叠置砂坝侧向连接后宽度可大于5.0 km，是理想的岩性勘探对象。

（3）地震沉积学是四川盆地须家河组须一、须三、须五段薄层砂体刻画的有效方法，也是陆相湖盆薄层砂体岩性勘探的有效方法。

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编辑：张云云

编辑部网址：http：//zk.swpuxb.com

Seismic Geomorphology of Channel Belts of the 5th Interval，Xujiahe Formation，Upper Triassic in Central Sichuan Basin，China

Zhou Chuanmin1，2,Song Lihong3,Liu Qingsong4,Luo Zhong1，2,Gao Zhiyong1，2
1.State Key Laboratory of Enhanced Oil Recovery，Haidian，Beijing 100083，China 2.Research Institute of Petroleum Exploration&Development，PetroChina，Haidian，Beijing 100083，China 3.Kunming Sinotech Minerals Exploration Co.Ltd.，Kunming，Yunnan 650024，China 4.Exploration Division of Southwest Oil and Gas Field Company，PetroChina，Chengdu，Sichuan 610041，China

In fluvial-delta depositional environment，the main reservoir is thin bed channel sandstone which is very important in China′s onshore lithological reservoirs.In this study，the channel geomorphology of the 5th interval of Xujiahe Formation（T3x5）has been mapped using seismic sedimentology.The result shows that channel geomorphology of T3x5is similar with modern channel belts in channel-flood plains.By seismic geomorphology technology，channel belts，main channels，distributary channels and abandoned channels can be distinguished in striatal slices.Main channels which have very clear morphology are characterized by width＜1.1 km and length on the order of tens of kilometers.Distributary channels or abandoned channels with blurred morphology are characterized by width＜100.0 m and length＜5.0 km.Main channels are relatively immobile，so they are easy to preserve after deposition.In contrast，distributary channels which are apt to cause avulsions are vulnerable to rework by erosion.In channel belts，superimposed channel bars are favorable lithological reservoirs，which is characterized by width up to 5 km and thickness up to 37 m.This study shows that seismic sedimentology is a useful approach to map thin bed sandstone in the lithological reservoirs.

Sichuan Basin；seismic sedimentology；seismic geomorphology；Xujiahe Formation；channel belt

http：//www.cnki.net/kcms/doi/10.11885/j.issn.1674-5086.2014.03.12.03.html