渤海湾盆地歧口18-1油田沙二段层序地层及沉积相研究

尹楠鑫，李中超，国殿斌，何 康，孙廷彬，罗波波，程瑞英，张 玲

(1.中原油田 博士后工作站,河南 濮阳 457001;2.中原油田 勘探开发科学研究院,河南 濮阳 457001;3.中海油天津分公司 勘探开发研究院，天津 300452)



·地球科学·

渤海湾盆地歧口18-1油田沙二段层序地层及沉积相研究

尹楠鑫1,2，李中超2，国殿斌2，何 康3，孙廷彬1,2，罗波波2，程瑞英2，张 玲2

(1.中原油田 博士后工作站,河南 濮阳 457001;2.中原油田 勘探开发科学研究院,河南 濮阳 457001;3.中海油天津分公司 勘探开发研究院，天津 300452)

应用经典层序地层学理论进行歧口18-1油田层序地层格架和有利储集相带分布的预测,为油田开发方案的制定提供地质依据。通过不整合面、首次湖泛面和最大湖泛面的特征识别,在三级层序内部划分出低位、湖侵、高位3个体系域,建立了歧口18-1油田沙二段的层序地层格架；以体系域为单元进行沉积相分异及其演化过程的研究,预测了有利的沉积相带及储集砂体的空间分布。结果表明，歧口18-1油田沙二段发育扇三角洲—湖泊沉积体系，其有利的储集相带为低位体系域和高位体系域的扇三角洲水下分流河道,平面上多期河道叠加,储层物性好，是油田最为有利的开发目标。

歧口凹陷；沙河街组；层序地层；沉积微相；扇三角洲

层序地层学是20世纪80年代末期，在地震地层学基础上发展起来的一门划分、对比和分析层序地层的新技术[1]。应用层序地层学的原理和方法,可以建立高分辨等时地层格架，识别沉积体系，恢复古地理环境，钻前预测生油岩、储集岩和盖层的分布,钻前预测有利的勘探开发目标[2-5]。

歧口18-1油田位于渤海湾盆地黄骅拗陷中歧口凹陷海域浅海区,该凹陷油气资源丰富[6-10],其主力含油层系为古近系沙河街组。国内许多学者虽对歧口凹陷古近系开展了大量的层序地层研究[11-14],但受地震资料品质、油藏埋深及井控程度的影响,其沙河街组沙二段未能提炼出可供对比和储层预测的高精度层序地层格架,继而造成对储层展布认知不清。针对上述问题,文中应用工区新采集的三维地震和已有的13口井的井筒资料,以经典层序地层学理论为指导,通过不同级次层序单元界面的识别与对比,首次对歧口18-1油田沙河街组沙二段的层序地层格架进行系统研究,进而在层序格架内通过沉积体系及沉积演化的分析,预测了沙二段有利的储集相带,为油田开发方案的制定提供了地质依据。

1 研究区概况

歧口18-1断块位于黄骅拗陷的歧口凹陷南部,北靠歧南次凹,南依埕宁隆起,为羊山木扣村潜山与埕北断阶带的结合部位(见图1)。该地区经历了四十多年的勘探开发,在构造油气藏勘探程度较高的情况下,油气勘探逐渐转向岩性油气藏。

钻井资料揭示，研究区地层自上而下依次为新近系明化镇组(Nm)、馆陶组(Ng)、古近系东营组(Ed)、沙河街组(Es)。研究目的层段为古近系沙河街组沙二段,岩性以含砾砂岩、杂色砾岩夹深灰色泥岩为主。沙二段是黄骅拗陷从古近系以来,构造活动稳定期沉积的一套地层,其沉积体系类型为扇三角洲沉积,储层物性较好,为中孔中渗储层。

2 不同级次层序界面的特征及层序地层单元的划分

层序地层学以层序作为盆地分析的基本单元。层序是由具有年代地层意义的一套相对整合的,成因上相关的地层序列组成[15]。层序地层单元划分的关键是寻找不同级次的层序界面,如识别三级层序的不整合面或与之相对应的整合面,划分体系域的首次湖泛面和最大湖泛面等,从而将地层划分为不同级别的层序地层单元[16-20]。同时，油气藏的形成与各种级别的层序地层界面存在着密切的联系,因此，分析层序地层界面对沉积地层中油气藏形成和分布的控制作用,具有重要的理论和现实意义[21]。论文应用研究区三维地震资料、测井资料和钻井资料进行歧口18-1油田沙二段不同级次层序界面的识别和对比,从而建立起目的层段的层序地层等时格架,为有利沉积储层的预测奠定地质基础。

2.1 不同级次层序单元界面的特征

2.1.1 三级层序界面的识别及其特征 图2为歧口18-1油田主测线Inline1000的地震剖面,通过地震剖面中的削蚀、上超、下超等特殊反射结构可识别出2个不整合面,这两个不整合面可作为三级层序界面,分别为SB1，SB2。通过层位标定,SB1和SB2与沙二段的底界和顶界相当,即歧口18-1油田沙二段为一个完整的三级层序。SB1对应于岩石地层单元沙三段与沙二段的分界面。该界面为一局部不整合面,界面之下可见削蚀、下超和上超现象,地震剖面上表现为中—低振幅,连续性较好,全区易于追踪和识别。SB2大致对应于沙二段与沙一段的分界面,该界面也为一局部不整合面,界面之上可见上超和削蚀现象,地震剖面表现为强振幅、连续好的波谷反射,全区易于追踪和层位闭合。这两个不整合面在电性曲线上也有明显的特征。

图3所示为沙二段SB1和 SB2三级层序界面在1井上的岩电综合特征。界面SB1在1井位于3 280 m处,为高GR和高SP的泥岩段向低GR和低SP的转换面。界面之下为沙三段高位域时期沉积的一套细粒的泥岩、粉砂岩。测井曲线表现为平直或低幅异常状。而界面之上则为一套砂砾岩地层,河道充填沉积,底部发育冲刷面。测井曲线形态为箱形或高值异常，显示基准面迅速下降过程中形成的浅水沉积物直接覆盖于深水沉积之上,为水下分流河道下切侵蚀的沉积。测井曲线形态表明,该界面之上为新一期水进—水退旋回的开始。

图1 歧口凹陷区域构造图Fig.1 Tectonic location of Qikou Sag

界面SB2同样为一岩性剧变面,在1井位于3 035 m处,界面之下为低GR和低SP的砂岩、含砾砂岩,测井曲线形态以箱形和钟形为主。界面之上为一套砂泥互层段,岩性以泥岩、粉砂岩、粉砂质泥岩为主,测井曲线形态多呈指状,这表明基准面之下水体逐渐变浅之后,缺失逐渐变深的过程,直接被深水沉积覆盖,指示了沉积间断的存在。界面上下的测井曲线形态呈渐变样式。

2.1.2 体系域界面特征 体系域是指在三级层序内部一系列同期沉积体系的集合体，而沉积体系是指具有成因联系的相的三维空间组合。因此，体系域是一个三维沉积单元,体系域的边界可以是层序的界面、最大海泛面、首次海泛面[16,22-25]。体系域的划分对沉积相编图和古地理再造具有重要意义。一个完整的层序是由3个体系域构成,即低位体系域、海侵体系域、高位体系域。而对于陆相断陷盆地,体系域主要分为低位体系域、湖侵体系域和高位体系域[1]。地层层序中沉积体系域、准层序(组)等不同规模的层序地层单元与油气形成和聚集保存的基本地质因素之间存在密切的联系,特别是沉积体系域,已经被勘探实践证明与油气的垂向分布具有密切的关系[21]。歧口18-1油田沙二段的沉积背景为陆相断陷盆地,因而体系域界面的识别主要是对三级层序界面限定内的首次湖泛面和最大湖泛面的识别。

图2 歧口18-1油田三级层序界面的地震反射特征Fig.2 The seismic reflection features of each third-order sequence boundary in Qikou18-1 oilfields

1)首次湖泛面的识别及其特征。首次湖泛面是由进积或加积的低水位体系域向退积的水进体系域的转换面。在陆相断陷湖盆中,低位体系域多以浊积扇或扇三角洲为特征,进积或加积特征明显;而水进体系域水体逐渐加深,以较深水的湖相沉积为特征,常表现出向上泥岩厚度加大的退积式准层序叠置样式。

研究区低位体系域表现为一组1～2个相位，连续性、振幅平面变化较大的反射,分布相对稳定(见图2)。首次湖泛面为较连续到连续性好的变振幅波峰,在东南高部位超覆于层序不整合面上。其测井响应特征如图3所示。在1井中,首次湖泛面出现于沙二段下部3 210 m处,为一沉积旋回转换面。界面之下,为一套扇三角洲的粗粒,砂体发育,整体上为两套反旋回和一套正旋回、以前积的沉积样式垂向叠置;界面之上,随着水体变深,沉积了一套夹薄层砂岩的细粒泥岩,总体上为一套向上变细的退积式沉积。

2)最大湖泛面的识别及其特征。最大湖泛面是最大湖侵时形成的界面,是三级层序地层中湖侵体系域和高位体系域的转换面。此时期也常形成分布范围广、色暗质纯、反映较深水环境的凝缩层。在沉积样式上,最大湖泛面之下表现为向上粒度变细的退积沉积,而界面之上则为向上变粗的加积或前积的沉积样式。

高位体系域大部分地区表现为较连续变振幅反射,最大湖泛面表现为连续性较好中强波峰反射,部分地区见上超和削蚀现象(见图2),能较可靠追踪。图3中,1井的最大海泛面发育在3 125 m处,界面上下的测井曲线组合形态截然不同。该界面下部是一套细粒的泥岩沉积,砂泥比值较低,水体逐渐加深,其内部以退积型沉积样式为特征。界面上部，随着水体变浅,粗粒沉积物增加,为一向上变粗的前积型反旋回沉积。

2.2 层序地层单元的确定及等时地层格架的建立

层序地层格架内的岩层是同时期形成的,具有同步沉积演化序列的岩石组合,其边界具有等时对比的意义,建立层序地层格架就是将同时代的岩层纳入相关年代的地层对比格架中[26-28]。综合地质和高分辨率的地球物理资料建立的高精度的层序地层格架可为精细的沉积体系、沉积相分析和砂体分布预测提供更有效的地层对比框架[3-4]。以经典层序地层学的理论为指导,通过不同级次层序界面的识别,将歧口18-1油田河街组沙二段划分为1个三级层序(SQ1)3个体系域9个准层序组以及24个准层序(见图4),建立起以准层序为单元的等时地层格架。从图4中可以看出,SB1与首次湖泛面之间的低位体系域以前积型沉积为主,是一套向上变粗的反旋回沉积,局部地区超覆在SB1上,是储集层十分发育的层段。首次湖泛面之上,随着水体逐渐加深,发育一套向上变细的退积式细粒湖侵体系域沉积,到最大湖泛面时岩性最细。而最大湖泛面与SB2之间则为高位体系域,沉积物相对较粗,以加积和前积样式为主,部分地层与顶面呈削蚀接触关系。

图3 1井单井沉积层序综合分析图Fig.3 Sedimentary maicrofacies and sequence stratigraphy evaluation of well 1

3 沉积相分析

沉积相是沉积学的一项重要研究内容,是沉积体系中的基本构成单元。在油气勘探过程中,研究沉积相可以寻找砂体分布及储层物性的变化规律,是进行油藏描述的一项基础工作。歧口18-1油田主要接受来自南部埕宁凸起的物源,由于构造活动强烈、物源近、水深变化快、气候干燥,加之研究区处于南面海四断层下降盘,同时该断层高差大、坡度陡、物源区紧邻湖盆,沉积物快速堆积形成扇三角洲。已有的钻井资料揭示，沙二段发育扇三角洲前缘亚相，其微相进一步被划分成水下分流河道、河口坝以及支流间湾。

3.1 岩石成分及结构特征

典型的扇三角洲沉积以灰色粉砂—细砂岩为主,砂岩类型主要为长石砂岩,次为岩屑长石砂岩,砂岩颗粒分选中等—好,磨圆度中等—好,成分成熟度中等。歧口18-1油田沙河街组岩石类型为岩屑质长石砂岩,长石砂岩。颗粒磨圆度次棱—次圆状,分选中等。胶结物质量百分含量3%～30%,平均13%。胶结物成分主要为泥质、方解石和白云石。胶结类型主要为孔隙式,其他的胶结类型有接触式和基底式。通过分析研究区2口井的粒度数据可知，该区粒度概率曲线以低角度两段式和上拱弧形一段式为主,储层分选差,粒度较粗,反映出较强的水动力条件。

图4 沙二段南北向格架剖面对比图Fig.4 Comparison diagram of individuals frame from north to south of Member 2 of Shahejie Formation

3.2 测井相及岩心相特征

在岩心相的标定下,依据上述扇三角洲沉积微相的划分方案,通过分析各微相的测井曲线特征,编制了研究区测井相模板(见图5)。

1)水下分流河道。其岩性主要为浅灰色、灰白色砂岩,具有向上变细的沉积旋回,包括含砾中砂岩到粗、细、粉砂岩等。发育交错层理、平行层理、递变层理等,底部多具冲刷面和河道滞留沉积,砾石顺层排列,以泥砾为主。自然伽玛曲线为典型的钟形或箱形(图5中1井，P9井)。钟形曲线反映水流能量向上逐渐减弱或碎屑物质供应量减少,表明河流发生沉积后水流能量降低。箱形曲线反映物源供应充足,水流能量较稳定。

2)河口坝。河口坝砂体也是本区主要的储集砂体,主要由浅灰色—灰白色粉砂岩、细砂岩、中砂岩组成,分选、磨圆较好；主要发育波状交错层理以及块状层理等；自然伽玛曲线为典型的漏斗形(图5中P5井),漏斗形曲线反映水流能量向下逐渐减弱或碎屑物质供应量减少,表明河流发生沉积后水流能量增大,表现为反旋回。

3)席状砂。席状砂是三角洲河口坝和远砂坝经湖水冲刷和波浪改造作用后再次沉积形成的、分布于三角洲前缘的薄层砂体,砂岩分选好,质较纯。沉积构造以小型板状层理、波状交错层理、压扁层理、块状层理为主。测井曲线呈低幅漏斗形、低幅指形(图5中2D井)。

4)前三角洲和支流间湾微相。支流间湾和前三角洲主要是以灰色或灰黑色泥质沉积为主,夹粉砂岩、泥质粉砂岩薄层,具有块状或具水平层理,泥岩的稳定性较差。水平层理是在比较安静的水动力条件下,由悬浮物沉积而成。如图5中P2井和P4井所示,自然伽玛曲线接近于泥岩基线,为平稳沉积环境。有时夹杂粉砂岩或泥质粉砂岩薄层,因而具有一定的幅度。

3.3 地震相分析

沙二段早期,歧口凹陷开始进入盆地演化的断陷阶段,歧南断阶带断层开始活动,物源丰富,此时歧口18-1油田主要发育扇三洲前缘亚相。基于三级层序地层格架,结合钻井、测井及地震资料,开展了研究区三维地震数据体地震属性和地震相研究。图6为研究区湖侵体系域地震均方根振幅及方差体顺层切片图。均方根振幅主要用于追踪地震异常体,如三角洲、河道及含气砂岩引起的振幅异常,分析流体、岩性、储层孔隙度的变化,可以依据振幅切片几何形态直观地识别河流、三角洲、生物礁等特殊沉积体。方差体以其对不连续体非常敏感而广泛应用于沉积相边界、断层和裂缝的识别。从图6可见,均方根振幅在该地层切片处表现为多个呈扇形分布的低幅异常分布区,利用方差体切片可以准确地识别出这些异常体的平面界限,在前述岩心相和测井相综合标定的基础上,可以清楚地识别出该沉积时期发育的3个扇三角洲的发育位置极其规模的大小。

图5 研究区沙河二段测井相模板Fig.5 Logging facies template of Member 2 of Shahejie Formation in the study area

4 层序地层格架内沉积相演化及有利目标

通过层序地层格架的划分,在分析沉积相及其演化的基础上,预测不同层序地层单元内储层砂体的平面分布,勾绘有利的储集相带,可以为油田开发方案的制定以及油田扩边、调整、挖潜动态分析、剩余油研究等提供重要地质基础[26-27,29]。在歧口18-1油田沙二段层序地层格架内,综合应用研究区的三维地震和钻井资料,开展以体系域为单元的沉积相平面分布研究,预测有利的储集相带,为油田开发提供明确的地质目标。

1)低位体系域沉积相平面分布及有利的储集相带。沙二段低位域沉积期,由于水体较浅,碎屑物源供应充足,发育一系列平面上相互叠置的扇三角洲扇体(见图7A)。扇体外沿被一定规模的席状砂微相包围,其内部水下分支河道间被细粒的支流间湾所分隔,河道延伸距离远,河口部位发育一系列河口坝微相。总体上看,低位域时期发育了3个扇三角洲：西高点的扇三角洲自东向西展布,扇体规模中等,河道微向发育,呈东西向展布,研究区P4，2D井都钻遇了水下分流河道微相的储层;在中高点发育一个由东南向西北展布的扇三角洲,扇体规模较大,河道微相发育,多期河道连片叠加,形成了本区最优质的储集相带;东南高点发育了一个由西向东方向展布的扇三角洲,扇体规模较大,河道沿北东向展布。

图6 沙二段内湖侵体系域均方根振幅与方差体顺层切片Fig.6 Stratal slice of RMS and Variance seismic attributes in the Transgressive systems tract

2)湖侵体系域沉积相平面分布及有利的储集相带。湖侵域沉积期的沉积相与低位体系域具有继承性,也发育了3个扇三角洲(见图7B)。由于水体变深,退积作用明显,河道砂体变薄,河道延伸距离短,扇体之间被浅湖泥所分隔,扇体的规模大幅度缩小。在中高点发育一个由东南向西北展布扇三角洲,扇体规模中等;西高点的扇三角洲自东南向西展布,扇体规模较小;东南高点发育了一个由西向东方向展布的扇三角洲,扇体规模较小,但河道微相发育,向北东方向延伸。湖侵体系域扇三角洲规模小,储层砂体不发育,储层物性较差,难以形成优质储层。

图7 不同体系域沉积微相平面分布Fig.7 Sedimentary facies plan map of each systems tract Formation in the study area

3)高位体系域沉积相平面分布及有利的储集相带。高位域沉积期同样发育了3个扇三角洲(见图7C),扇体的规模较湖侵体系域显著增大,3个扇体在平面上相互叠置,连片分布形成一个整体。这一时期进积作用明显,河道延伸距离变大,河口坝个数变多。西高点的扇三角洲自东南向西展布,扇体规模较大;在中高点发育一个由东南向西北展布的扇三角洲,扇体规模较小,河道延伸距离较短;东南高点发育了一个由西向东方向展布的扇三角洲,扇体规模大,河道延伸距离远,河道连片叠加,分布范围广,远端见河口坝发育。

通过歧口18-1沙二段层序地层格架内沉积相演化及其沉积相平面分布的研究可知，低位体系域和高位体系域是研究区储集砂体最发育的地层层序单元,尤以低位体系域优质储层最为发育。各体系域都由西、中、东3各扇体组成,并且具有很好的继承性。综上所述，歧口18-1沙二段最有利的开发目标应是低位体系域和高位体系域的扇体,尤以中扇和东扇优质储层最为发育,可以作为油田优先开发的有利目标。

5 结 论

1)以经典层序地层学的理论为指导,通过不同级次层序界面的识别,将歧口18-1油田沙河街组沙二段划分为1个三级层序3个体系域9个准层序组以及24个准层序。

2)歧口18-1油田沙二段三级层序内发育了一系列由南向北展布的扇三角洲,其中低位体系域和高位体系域扇三角洲规模最大,水下分流河道微相最为发育,河道延伸距离远；其次是河口坝和席状砂等微相,最有利的储层沉积微相是水下分流河道。

3)对比层序地层格架下储层砂体的分布规律可知，湖侵体系域因水体扩张加深,沉积物供给速率小于可容纳空间增加速率,形成的扇三角洲规模小,储层砂体平面连片性差。而低位体系域和高位体系域储层最为发育,主要以水下分流河道砂为主,储层物性好,分布面积广,是油田最为有利的开发层位。

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(编 辑雷雁林)

Study on sequence stratigraphy and sedimentary facies for the second member of Shahejie Formation of Qikou 18-1 Oilfield, Bohai Bay Basin

YIN Nan-xin1,2, LI Zhong-chao2, GUO Dian-bin2, HE Kang3, SUN Ting-bin1,2, LUO Bo-bo2, CHENG Rui-ying2, ZHANG Ling2

(1.Postdoctoral Research Workstation, Zhongyuan Oilfield, Puyang 457001,China；2.Research Institute of Petroleum Exploration & Development, Zhongyuan Oilfield, Puyang 457001, China；3.Tianjin Exploration and Development Research Institute, CNOOC, Tianjin 300452， China)

Based on the classic theory of Sequence Stratigraphy, the paper studies the sequence stratigraphic framework of Qikou 18-1 Oilfield and predicts the distribution of favorable reservoir facies belts, which can provide a geological basis for oilfield development planning. Through recognition of unconformity surfaces, first flooding surfaces and maximum flooding surfaces, the paper divides the third-order sequence into three system tracts, that is, lowstand system tract, transgressive system tract and highstand system tract and hence establishes the sequence stratigraphic framework for the second member of Shahejie Formation of Qikou 18-1 Oilfield. Subsequently, facies differentiation and evolution within each system tract of the framework is studied so as to predict the spatial distribution of favorable facies belts and sand bodies. The second member of Shahejie Formation of Qikou 18-1 Oilfield was deposited in a fan delta-lacustrine sedimentary system, the distribution range of favorable facies belts of each system tract was mapped and the spatial distribution of high-quality sandstone bodies was predicted. The distributary channels of fan delta within lowstand and highstand system tract, which overlay in space and possess excellent physical properties, are advantageous facies of the second member of Shahejie Formation in Qikou 18-1 Oilfield and make it the most favorable development targets for the oilfield.

Qikou depression; Shahejie Formation; sequence stratigraphy; sedimentary microfacies; fan delta

2014-02-24

国家重大科技专项基金资助项目(2011ZX05001)

尹楠鑫,男,四川武胜人,博士生,从事油气田开发地质研究。

P539.2

：ADOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2015-02-019