地震沉积学在湖盆缓坡滩坝砂体预测中的应用——以准噶尔盆地车排子地区下白垩统为例

赵东娜，朱筱敏，董艳蕾，吴 冬，朱 茂

（1. 中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室；2. 中国石油大学（北京）地球科学学院）

地震沉积学在湖盆缓坡滩坝砂体预测中的应用
——以准噶尔盆地车排子地区下白垩统为例

赵东娜1,2，朱筱敏1,2，董艳蕾1,2，吴 冬1,2，朱 茂1,2

（1. 中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室；2. 中国石油大学（北京）地球科学学院）

针对滩坝储集砂体储集层油气勘探难题，在地震沉积学理论指导下，利用90°相位转换、地层切片、定量地震沉积学等技术，对准噶尔盆地车排子地区下白垩统滩坝储集砂体进行了识别与描述。对研究区下白垩统4个三级层序及相关体系域开展了地震沉积学研究，并结合岩心、录井、测井等资料对典型地层切片进行了精细地质解释与标定，预测了研究区滩坝砂体的分布和演化。最后通过对研究区滩坝砂体沉积特征及地层切片的定量分析，建立了陆相湖盆缓坡带典型滩坝沉积模式，即扇三角洲-滩坝沉积体系与基岩-滩坝沉积体系共存：早白垩世SQⅠ沉积时期，滩坝砂体主要来自向岸流、向湖流及沿岸流等滨岸环流对扇三角洲前缘砂体的改造，分布在扇三角洲的前缘及侧缘；SQⅡ—SQⅣ沉积时期，沉积物来自向岸流和沿岸流对西部基岩的冲蚀作用，形成的滩坝砂体平行岸线或斜交岸线展布。图8表2参25

地震沉积学；相位调整；地层切片；滩坝砂体；车排子地区；准噶尔盆地

0 引言

近年来，国内外学者利用地震沉积学技术对三角洲、扇三角洲、曲流河等沉积环境进行了大量研究，并指导油气勘探开发取得了显著效果[1-9]，但对陆相湖盆滩坝砂体的地震沉积学研究尚不充分，案例相对较少[10-12]。陆相湖盆滩坝砂体是中国重要的储集层类型之一，近年来在高成熟油气探区如渤海湾盆地、鄂尔多斯盆地等陆续发现了滩坝沉积成因砂体储集层。与其他沉积体系相比，滩坝成因砂体类型较多，多表现为砂泥岩薄互层沉积，物性横向变化大，分布规律复杂多样[13-15]。因此，滩坝储集砂体识别与描述难度较大，导致滩坝砂体储集层油气勘探难度较大。

1 研究区概况

准噶尔盆地西北缘车排子凸起是海西晚期形成的一个继承性发育的三角形古凸起，主体走向为北西—南东向[16]。该凸起紧邻生油凹陷，油气资源丰富，有利勘探区面积超过3 600 km2[17-19]。研究区位于车排子凸起内（见图1），钻井30余口，三维地震覆盖面积约400 km2。白垩纪时期研究区湖盆水体进退频繁，物源供给相对较少，主要发育滨浅湖滩坝微相，单层砂体厚度薄、侧向尖灭快。由于钻探程度低，取心少，难以利用传统技术方法和研究手段精细刻画砂体的展布，但研究区三维地震资料质量高、构造相对较简单、断层少，为该区运用地震沉积学方法预测滩坝砂体储集层分布提供了良好条件。笔者在地震沉积学理论指导下，利用90°相位转换、地层切片等技术，制作了反映滩坝砂体分布和沉积演化的地层切片数据体，并结合岩心、录井、测井等资料对典型地层切片进行了砂体的精细解释与标定。此外，本次研究还首次运用定量地震沉积学对滩坝砂体的分布规律及沉积模式进行了探讨，为在其他陆相湖盆，特别是地震勘探程度高、钻井少的地区开展研究提供了参考。

图1 准噶尔盆地车排子地区构造位置图

2 地震沉积学分析

2.1 层序地层格架建立

建立层序地层格架为开展地震沉积学研究提供地震地质等时格架，在地震沉积学研究中不可或缺[1]。本文研究目的层为下白垩统吐谷鲁群，自下而上发育清水河组、呼图壁组、胜金口组和连木沁组（见表1），其上部东沟组缺失，因此连木沁组与上覆古近系呈角度不整合接触，其下部不整合或假整合于下伏侏罗系或石炭系之上。吐谷鲁群岩性以灰绿色—灰色泥岩、粉砂岩和细砂岩为主，厚约170～800 m[20]。

表1 研究区下白垩统层序地层与岩性地层单元对照表

本次研究依据层序地层学理论[21]，结合车排子地区地震、录井及测井资料分析，将下白垩统划分为4个三级层序，从下到上分别为SQI、SQⅡ、SQⅢ及SQⅣ（见表1）。白垩纪时期，研究区为一大型斜坡构造，无明显地形坡折，无法确定首次湖泛面，因此根据准层序组叠置样式及相对湖平面升降变化关系，将三级层序划分为湖侵（TST）和湖退体系域（RST）。

2.2 90°相位转换分析

由于薄层砂体地震反射与地震同相轴之间没有直接对应关系，故标准的零相位地震数据不适合用于薄层砂体的岩性解释[11]。90°相位转换技术将地震反射主波瓣转换到薄层中心，从而建立起地震同相轴与薄层砂体之间的对应关系。在此实例中，车排子地区原始叠后地震数据的子波相位约为5°，相同波阻抗的同一种岩性与地震同相轴之间没有直接对应关系（见图2a）。经过85°相位调整后，地震同相轴与测井曲线吻合度很高，所钻遇的砂体几乎都对应于地震波谷（红色同相轴），而自然伽马、自然电位高值均对应于地震波峰（黑色同相轴）（见图2b）。

2.3 地层切片分析

2.3.1 地层切片制作与分析

研究区下白垩统除代表层序边界的地震同相轴连续性好、振幅强以外，其内部地震同相轴以中等—弱连续、亚平行为主。在地层切片制作过程中，首先要选取连续的、具有等时地质意义的地震反射同相轴作为参考。本次研究选取下白垩统5个层序界面（SB1—SB5）作为参考层（见图3），在对其精细解释的基础上，再以2 ms时间间隔在三级层序内制作一系列地层切片。

虽然前面已对研究区地震剖面进行了相位转换（见图2），建立了地震振幅与测井岩性之间的对应关系，但要想在地层切片上用极性或振幅直接预测岩性，则还需进行岩石物理关系分析[1]，一般可分为3步：①通过建立自然伽马-波阻抗交会图分析岩性与波阻抗之间关系。研究区目的层段发育的岩性有泥岩、砂岩、泥质砂岩和砂质泥岩，由图4自然伽马-波阻抗交会图可以看出，不同岩性的数据点在不同波阻抗值域范围内分布，砂岩多为高波阻抗，泥岩多为低波阻抗，砂泥分界带处波阻抗为（18～20）×106kg/（m2·s）。

图2 研究区地震资料相位调整前后剖面（剖面位置见图1）

图3 参考层及地层切片在地震剖面上的对应位置（剖面位置见图1）

图4 准噶尔盆地车排子地区下白垩统伽马-波阻抗交会图

②观察岩层与地震反射同相轴之间的关系，以确定反射波同相轴对应的是单岩性层还是岩性复合层[1]。研究区相带范围小且相变频繁，砂岩、泥岩单层均很薄，砂泥岩间互沉积普遍，因此，单岩性层与反射同相轴之间没有一一对应关系，同相轴只代表平均波阻抗的变化，或反映地层中偏砂相（高砂泥比，红色波谷）和偏泥相（低砂泥比，黑色波峰）的波阻抗变化。

③根据实际地层中岩性组合和对应的波阻抗组合，建立单岩性层或岩性复合层的波阻抗-极性/振幅关系，预测特定岩性的地震反射极性和振幅。本次研究以三级体系域为单位在地层切片上进行岩性解释，建立了湖侵和湖退体系域内波阻抗与岩性的关系表（见表2）。

2.3.2 地层切片地质解释

图5a、5b均为SQⅠ湖侵体系域内的地层切片。图5a为SQⅠ湖侵体系域早期对应的地层切片，整个工区范围内几乎全为强的负振幅（红色）。该时期来自工区北部的物源供给充足，研究区发育以细砂岩、粉砂岩为主的扇三角洲前缘沉积，单层砂体厚度5～10 m，砂地比在50%～60%，自然伽马测井曲线形态表现为箱状或钟形。图5b为SQⅠ湖侵体系域末期对应的地层切片，该切片整体以中强正振幅（黑色）为主，负振幅呈条带状展布。此时北部物源停止供给或供给不充足，研究区发育以粉砂岩为主的滨浅湖滩坝沉积，滩坝砂南北向展布，长约5～10 km，宽约2～3 km，剖面上单层砂体厚约2～5 m（c13井，见图5b）。

表2 准噶尔盆地车排子地区下白垩统受体系域控制的波阻抗-振幅关系

图5 车排子地区下白垩统典型地层切片

图5c、5d分别为SQⅡ湖侵体系域和湖退体系域地层切片。图5c切片负振幅区分布较为局限，只在工区中部和南部发育。通过录井及测井标定可知：工区北部p1井、p103井和c13井在图5c切片对应的深度为灰色泥岩及粉砂质泥岩沉积，自然伽马测井曲线形态平直；中部及南部负振幅区岩性则以粉砂岩、泥质粉砂岩为主，自然伽马测井曲线多表现为单指状和宽指状，对应滩坝砂体单层厚度为2～4 m。图5c切片上所标定的滩坝发育个数少、面积小。图5d切片则表现为大片的负振幅区，中强振幅值，条带状特征明显，结合钻井取心资料分析，其对应单井岩性以细砂岩、粉砂岩为主，夹薄层泥岩，砂地比30%～50%。该切片上滩坝较为发育，单层砂体厚约4～6 m（p1井、p601井及p604井，见图5d）。通过图5c切片与图5d切片的对比分析发现：同一层序内，滩坝砂体在湖退体系域内更为发育。

SQⅢ沉积时期，湖水继续扩张，湖盆范围变大，北部物源供给不充足。从SQⅢ湖侵体系域对应的地层切片可以看出（见图5e），研究区内中低正振幅广泛分布，主要为滨浅湖泥沉积，岩性为灰色泥岩夹少量粉砂质泥岩。该时期滩坝砂体在工区内零星发育，呈北东—南西向展布。

图5f为SQⅣ湖退体系域对应的地层切片，与图5e地层切片相比，滩坝砂体发育个数多，面积大，呈北东—南西向展布。通过自然伽马测井曲线标定可知，SQⅣ湖退体系域发育的滩坝砂单层厚度较大，约4～8 m（p1井和c13井，见图5f）。

地震沉积学研究应遵循综合解释的原则，尽可能利用各种地质、地球物理信息将地层切片上的地震参数特征转化成沉积相和砂体分布模式，以减少地质解释的多解性[1,22]。例如，图5a切片显示出明显的扇状三角洲地震地貌形态，地震岩性标定表明此强负振幅代表砂岩沉积，通过研究区的时深转换，在北部p1井相应深度观察到一套厚约8 m的中砂岩—细砂岩—粉砂岩的正韵律沉积序列，证实其为扇三角洲前缘水下分流河道沉积（见图6a）；图5f切片显示了北东—南西向展布的条带状地震地貌特征，较强的负振幅指示为偏砂相，通过岩心标定发现其为一套厚约4 m，具波状、平行层理的粉砂岩沉积，上下间互薄层泥岩，自然伽马测井曲线呈宽指状，解释为滩坝砂沉积（见图6b）。

3 研究区滩坝砂体分布规律及沉积模式

“滩坝”实际为滩砂和坝砂的总称，但受地震资料品质的限制，无论在地震剖面上还是平面地层切片上都很难将两者区分开来。但实际上二者在成因、几何形态和分布规律上还是存有一定差异[14]。坝砂发育在滨浅湖地带，形成于湖浪、沿岸流的筛选和冲刷作用，水动力能量较强[23]；岩性以细砂岩、粉砂岩为主，厚度一般为5～8 m不等，常由多个旋回叠置组成，旋回之间夹薄层坝间泥岩；剖面沉积序列特征表现为细—粗—细的对称旋回或者向上变粗的反旋回；平面上，坝砂平行或斜交岸线离岸分布，几何形态清晰。滩砂在较平坦地形上形成，水动力能量较弱；岩性较细，以粉砂岩、泥质粉砂岩为主，单层厚度较薄，一般为0.5～1.0 m，多呈细—粗—细的对称韵律，泥岩和砂岩之间为渐变接触；平面上滩砂展布面积较大，常呈较宽的条带状，平行岸线分布。

图6 车排子地区p1井岩心相解释与地层切片标定

综合车排子地区下白垩统滩坝沉积特征及地层切片解释结果认为：下白垩统不同时期滩坝的形成主要受控于物源及体系域旋回，与物源的关系主要体现在物源类型、物源供给强度及水动力条件等因素的综合影响。吐谷鲁群沉积早期，研究区北部物源供给充足，沉积的扇三角洲控制了SQⅠ时期滩坝砂体的形成；吐谷鲁群沉积中后期，北部物源停止供给，西部车排子凸起的基岩为SQⅡ、SQⅢ及SQⅣ时期滩坝的形成提供了沉积物，滩坝在垂向上的演化和侧向上的变迁与体系域旋回变化有关。研究区位于湖盆缓坡带，地形平缓，湖水进退交替频繁，向岸流（波浪）和沿岸流影响范围较广，砂质碎屑分流作用强，滩坝砂体进退迁移较为频繁。湖退体系域时期，湖平面下降，湖水变浅，向岸流（波浪）及沿岸流的冲刷作用增强，更易形成滩坝砂体。

通过定量分析滩坝砂体在平面上的展布面积及其距西部剥蚀线距离的关系，对滩坝控制因素和沉积规律进行了定性分析，并在车排子地区建立了以物源为基础，体系域旋回为主导的滩坝沉积模式（见图7）。该沉积模式可细分为扇三角洲-滩坝沉积模式和基岩-滩坝沉积模式。

图7 准噶尔盆地西北缘车排子地区下白垩统缓坡带滩坝沉积模式

①扇三角洲-滩坝沉积模式。SQⅠ时期，北部物源供给充足，研究区北部发育近源扇三角洲沉积。由向湖流、向岸流（波浪）及沿岸流构成的滨岸环流系统对扇三角洲前缘沉积物进行改造，形成的滩坝砂体主要沉积在扇三角洲前缘前方及侧方，其中在近扇三角洲前缘的湖岸线拐弯处（见图7，M），沿岸流及湖浪能量消耗最大，更易形成平行湖岸线展布的条带状滩坝砂体。由于研究区地形坡度缓（约1°～2°），水动力强度较弱，滨岸环流对扇三角洲前缘砂体的改造作用相对较小，形成的滩坝砂体规模较小，多呈条带状展布。通过地层切片定量分析显示：滩坝砂体随着距离扇三角洲前缘及西部凸起距离的增加，发育规模逐渐减小（见图8）。

图8 研究区三级层序内滩坝砂体面积与其距西部剥蚀线距离关系

②基岩-滩坝沉积模式。SQⅡ—SQⅣ沉积时期，湖盆逐渐扩张，研究区构造相对稳定，坡度平缓，整体水体较浅。北部物源供给不充足，向岸流（波浪）及沿岸流通过对西部车排子凸起基岩进行侵蚀和搬运，形成了在平面上呈条带状，平行或斜交湖岸线展布的滩坝砂体（见图7，N）。距湖岸线距离不同，水动力能量强度存在差别，因此在平面上沉积的滩坝砂体规模也存在一定差别[24]。本次通过地层切片定量分析发现：SQⅡ及SQⅣ沉积时期内，由西部剥蚀线向湖盆方向，滩坝发育规模逐渐减小（见图8），单层砂体的厚度也明显减薄（见图5）；SQⅢ则表现为随着距离的逐渐增加，滩坝砂体面积呈现小—大—小的变化规律（见图8），这是因为从湖岸线到正常浪基面，按波浪能量消耗比例，依次可划分为冲浪回流带、碎浪带和破浪带。垂直或斜交岸线的波浪由湖盆向湖岸运动时，在碎浪带波浪能量消耗最大，使得较粗碎屑物沉积下来，在该区易形成规模较大的滩坝砂体，因此理想的滩坝沉积规律即为由湖岸线向湖盆方向，滩坝规模呈现小—大—小的沉积规律[25]。而研究区SQⅠ、SQⅡ，乃至SQⅣ沉积时期，后期剥蚀作用强烈，将沉积于近湖岸线、冲浪回流带内规模较小的滩坝砂体全部或部分剥蚀，因此地层切片定量分析表现为滩坝砂体规模随距剥蚀线距离的增加线性减小的关系。SQⅢ沉积时期，湖盆向西扩张到最大，该时期沉积的地层保存最全，因此沉积的滩坝砂体规模随距剥蚀线距离的增加呈现小—大—小的变化规律。

4 结论

准噶尔盆地车排子地区地震资料质量好、品质高、断层少，下白垩统表现为完整的水进—水退旋回，层序和体系域界面特征明显，因此在三级层序内以体系域旋回为单元开展地震沉积学研究对滩坝砂体的预测非常有效。地震岩性学是地震沉积学的重要组成部分，目前技术条件下，90°相位转换技术是将地震剖面转换为岩性剖面最有效的办法，利用地层切片上极性或振幅信息预测砂体展布时，还需要进行岩石物理关系分析，同时利用地层切片进行沉积解释时，需结合各种地质、地球物理信息，以降低解释的多解性。

车排子地区下白垩统不同时期滩坝砂体的成因、分布及发育程度各不相同：早白垩世SQⅠ沉积时期，滩坝砂体主要来自向岸流、向湖流及沿岸流等滨岸环流对扇三角洲前缘砂体的改造，分布在扇三角洲的前缘及侧缘；SQⅡ—SQⅣ沉积时期，沉积物来自向岸流和沿岸流对西部基岩的冲蚀作用，形成的滩坝砂体平行岸线或斜交岸线展布。

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Application of seismic sedimentology to prediction of beach and bar sandbodies in gentle slope of lacustrine basin: A case study of the Lower Cretaceous in Chepaizi area, Junggar Basin, NW China

Zhao Dongna1,2, Zhu Xiaomin1,2, Dong Yanlei1,2, Wu Dong1,2, Zhu Mao1,2
(1. State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting, China University of Petroleum, Beijing 102249, China; 2. College of Geosciences, China University of Petroleum (Beijing), Beijing 102249, China)

The exploration of beach and bar sandstone reservoirs is a tricky issue. In this study, under the guidance of seismic sedimentary theory, the 90° phase shift technique, stratal slicing, and quantitative seismic sedimentology were used to identify and characterize the distribution of beach and bar sandbodies and reflect the evolutionary history in the Chepaizi area, Junggar Basin. Four third-order sequences in the Lower-Cretaceous and relevant systems tracts in the study area were studied using seismic sedimentology, and with the assistance of the comprehensive analysis of core, lithology and well-logging data, stratal slices were interpreted and calibrated, and the distribution and evolution of beach bar sandbodies were predicted. Based on the detailed and extensive analyses on sedimentary characteristics and seismic sedimentary quantitative results, this study established two typical beach and bar sedimentary models in the Chepaizi area, namely normal bedrock-beach bar and fan delta-beach bar. In early sedimentary period of SQⅠ, beach and bar sandbodies were reformed by coastal, wave and onshore currents, and developed around the lateral margin of the fan delta front. During sedimentary periods of SQⅡ to SQ Ⅳ, the northern provenance stopped supplying sediments, and the wave and coastal currents eroded the bedrock of the western Chepaizi uplift and transported sediments to the study area, forming beach and bar sandbodies parallel to or obliquely intersecting with coastal line.

seismic sedimentology; phase shift; stratal slice; beach and bar; Chepaizi area; Junggar Basin

TE122.2

A

赵东娜（1985-），女，河北昌黎人，中国石油大学（北京）在读博士研究生，主要从事层序地层学及地震沉积学方向研究。地址：北京市昌平区，中国石油大学（北京）地球科学学院，邮政编码：102249。E-mail: zhaodongna2005@126.com

2013-05-27

2013-11-25

（编辑 黄昌武 绘图 刘方方）

1000-0747(2014)01-0055-07

10.11698/PED.2014.01.06

国家自然科学基金（41272133）；国家油气重大专项（2011ZX05001-002）