辽中凹陷东二下亚段湖底扇数值沉积模拟研究

王启明，杜晓峰，加东辉，徐春强

(中海石油(中国)天津分公司渤海石油研究院，天津塘沽 300452)

辽中凹陷东二下亚段湖底扇数值沉积模拟研究

王启明，杜晓峰，加东辉，徐春强

(中海石油(中国)天津分公司渤海石油研究院，天津塘沽 300452)

在无井的情况下,利用围区古环境、三维地震等资料，应用数值沉积模拟软件，对渤海海域辽中凹陷东二下亚段湖底扇的形成过程及时空展布进行了研究。研究区东二下亚段可以划分为一个三级层序和三个体系域，湖平面曲线呈现脉冲式波动变化，主物源在盆地东侧和北侧两个方向。通过各个体系域的构造图，利用软件恢复古地貌、古构造，得到了相对真实的沉积背景，利用这些地质参数进行数值沉积模拟，进一步得到了湖底扇分布的三维形态和演化规律。结果显示，研究区湖底扇主要发育在在湖泛体系域内，受先期不稳定三角洲、湖泛域较强的水动力条件、沉积坡折带的耦合而形成，具有多期、双物源、分布范围广的特点。

辽中凹陷；湖底扇；数值沉积模拟；湖泛体系域；储层描述

断陷湖盆凹陷中心广泛发育湖底扇沉积，是陆相岩性地层油气藏勘探重要的领域[1]。相关学者通过对湖底扇的形成机制、发育特征以及沉积微相构成等方面的研究成果，近年来陆续发现了多个与湖底扇相关的岩性油气藏[2-6]。随着三维地震资料的应用，在渤海海域辽中凹陷北部东二下亚段发现了多个在地震剖面上呈现“蠕虫状”的地震反射特征，与渤海海域其他地区地震相对比[7]，证实为湖底扇沉积。由于研究区缺少钻井条件，不能依赖像陆区大量的钻测井、岩心资料，湖底扇钻前储层预测必须依赖地球物理技术，而地球物理信息多解性强，湖底扇富砂区精细预测存在一定的风险，难以满足岩性油气藏的勘探要求。数值沉积模拟是通过逻辑或数学描述方法来预测地质系统和地质沉积过程的综合研究[8-10]，特别是在少井或者无井的地质条件下，可以用定量方法进行沉积机制的验证和辅助沉积体系时空演化规律分析[11]。本文在高精度层序地层格架的基础上，对湖底扇发育层序位置、部位和形成机制进行了研究，利用地震反射特征、古地貌、物源等资料，采用沉积模拟软件，明确了湖底扇的形成过程及演化规律，以期在有限的条件下为海上勘探提供更可靠的信息，降低勘探风险。

1 区域地质概况

渤海海域辽中凹陷位于辽东湾地区中部，夹持在辽西低凸起和辽东凸起之间，为东断西超的一个箕状凹陷，沿北东方向呈现长条状分布。研究区位于辽中凹陷北部(图1)，在古近系自下而上依次发育沙河街组和东营组地层，其中，东营组可以分为东三段、东二下亚段、东二上亚段[7]。东营组主要发育大规模的辫状河三角洲沉积，在东二下亚段凹陷区发现了多个在地震剖面上呈现“蠕虫状”的地震反射特征，与围区已经钻井证实的湖底扇地震特征较为类似。目前，研究区内有6口钻井，均未钻遇该湖底扇砂体。湖底扇具有较好的成藏条件，是该区岩性油气藏勘探的主要目标之一。

2 地质参数分析

2.1 层序划分与对比

在研究层段内进行层序划分与对比，建立等时的地层格架，是开展湖底扇沉积模拟的首要任务。运用经典的层序地层分析方法，结合地层的接触关系，在东二下亚段识别出一个完整的三级层序(图2)，可以划分为低位体系域、湖泛体系域和高位体系域，包括两个层序界面以及初始湖泛面(ffs)和最大湖泛面(mfs)。

从层序的发育特征来看，T3m界面(28 Ma)为东二下层序的底界面，在层序界面之上，表现为明显的底超和前积现象，界面之下表现为顶超现象，在全区较易识别与追踪；初始湖泛面(27.5Ma)与最大湖泛面(26.5 Ma)表现为稳定、一根或多根较强的连续反射轴，多为湖相泥岩沉积，易于识别和追踪，为进积与退积作用的转换面；T3u界面(26 Ma)为东二下层序的顶界面，界面之下为顶超现象。从层序的构成来看，在低位体系域内主要发育厚层的砂泥岩互层，为大型的辫状河三角洲沉积；湖泛体系域为湖相泥岩为主，局部发育湖底扇沉积，表现为蠕虫状断续反射特征。一般而言，大型复合湖底扇是由多期事件性沉积形成的叠置体，在不同期次的沉积记录上有明显的沉积间断，这种沉积间断表现为被不同尺度的湖泛面限定或分割。东二下层序复合湖底扇其顶面和底面分别为最大湖泛面和初始湖泛面限定，可以划分为两期(图2)，中间被薄层泥岩所分割。

图1 研究区构造位置图

图2 东二下层序地层划分

2.2 相对湖平面变化分析

在陆相断陷湖盆中，相对湖平面变化受多种因素影响[12]，变化频繁。由于研究区位于斜坡带，在少井的条件下，可以利用海相的滨岸上超法，结合古生物孢粉资料，分析东二下亚段的湖平面相对变化趋势。在三级层序内识别层序界面上部的上超点向上迁移(LST上超点、TST上超点、早期HST上超点)和界面下部的上超点向下迁移(晚期HST上超点)，通过古生物、古地磁等方法，记录对应的沉积时间、横向相对距离和纵向深度。其中，关键界面的内插点沉积时间根据盆地内部对应等时点与关键界面间泥岩厚度占上下关键界面间泥岩总厚度的百分比来确定。

根据相对湖平面变化曲线可以看出(图3)，在东二下层序低位时期，相对湖平面表现为快速下降，之后湖平面稳定上升，到最大湖泛面附近水面达到最大，高位域时期湖平面又缓慢回落，变化幅度较小。从围区已钻井的岩性来看，低位域向上泥质含量或泥岩夹层逐渐增多,至高位域则迅速变为大套泥岩,高位域泥岩夹层又逐渐减少，反映了沉积水深由快速下降到稳定上升、最后缓慢下降的过程。

图3 东二下层序相对湖平面变化分析

2.3 物源及发育机制分析

东二段沉积时期处于裂陷晚期，地势趋于平缓，受盆外的长轴方向物源的影响，表现为沉积作用控制下的湖盆迁移夷平过程，以大规模的辫状河三角洲沉积为主；同时，东部断层活动性减弱，也发育了短轴方向的辫状河三角洲沉积。因此，研究区东营组时期具有很好的物源补给，大型沉积体能够很容易地延伸至凹陷中心部位，为湖底扇的最终形成奠定了物质基础。

东营组早期虽然断裂作用较弱，但在凹陷边缘的斜坡带，广泛发育继承型同沉积构造坡折带。湖盆底形恢复表明，东侧后期断裂改造弱，沉积坡折继承性发育，斜坡坡度突变带特征清晰；而北部由于东三层序稳定沉降后，东二下层序低位域为高建设三角洲的差异沉积，造就坡折坡度的积累，坡度在3°左右。坡折带顶部和中上部的富砂部位，在湖平面相对上升期，很容易遭受湖浪冲击破坏，在坡折带的中下部形成规模较大的湖底扇。

与低位海底扇不同，断陷湖盆湖底扇的类型更多，成因机制更为复杂[5]。断陷湖盆除构造运动、地震作用等触发应力外，湖平面的周期性变化对重力流的形成也十分有利。东营组沉积时期整个湖泊水体开阔，湖平面变化频繁，滨岸线的迁移和水体的震荡变化对先期沉积物改造作用非常强烈。从东营组湖平面相对变化曲线看，东三段和东二下亚段在最大湖泛期湖平面大幅震荡，东二下亚段甚至达到了60 m。正是这种变化造成了物源系统的动态变化和沉积物在坡折带不同部位的堆积。

3 模拟结果分析

用滨岸上超法，根据钻井标定的湖泛面来确定湖平面变化曲线。给定东部和北部为主要物源方向，根据地层厚度计算不同时间段内物源供应速率，通过古构造、古地貌的恢复，进行可容纳空间的建立，利用Dionisos软件对研究区东二下亚段湖泛体系域(27.4 Ma到26.5 Ma)进行了沉积模拟。从研究区沉积模拟三维图可见，由于盆地差异沉降和早期三角洲沉积，低位域沉积晚期在JZ17-2井区形成了较大坡折带。27.4Ma到27Ma时，碎屑物质从北侧和东侧向湖盆搬运，遇到地形坡折处大量沉积下来，形成了第一期湖底扇沉积，地层在JZ17-2井区厚度最大，成“椭圆”状展布，砂岩百分含量也最高(图4中A到B)。湖平面继续上升，形成了一套中间的薄层泥岩，在盆地中心区域厚度最大，向岸边尖灭减薄。27.0 Ma到26.5 Ma时，湖平面持续上升，碎屑物质同样从北侧和东侧向湖盆推进，在第一期湖底扇发育位置上再向前推进，发育第二期湖底扇，模拟的两个沉积中心特征更加明显，在两个水道前缘区域砂岩百分含量最高，呈“梨形”状展布(图4中C到D)。湖底扇的两期砂体、中间泥岩层在纵向上主要呈现进积的接触关系，与地震资料观察到的地质现象和地震特征较为一致，基本上接近实际的沉积过程。由此，根据模拟结果，建立了研究区湖底扇的沉积模式。在东二下层序低位域时期,物源来自东部和北部方向，发育大型辫状河三角洲前缘砂体；在湖泛体系域时期，随着相对湖平面的上升，湖泛域有较强的水动力条件，先期沉积的三角洲变得不稳定，由于早期的同沉积坡折的影响，同时在断裂活动等突发事件的触发下，在前三角洲或凹陷部位间歇性地发育两期湖底扇沉积，中间被一套稳定分布的薄层泥岩所分割。模拟结果验证了湖底扇在湖泛体系域内的形成机制，并明确了其平面分布规律。

图4 湖底扇发育过程演化图

4 湖底扇储层精细描述

上述沉积模拟结果为研究区平面沉积相分析提供了新的信息；结合宏观地震相、地震属性分析、地层厚度图等信息，可以进行湖底扇储层的精细描述。从均方根振幅、瞬时频率、瞬时相位和半能量做的属性聚类分析图来看，一期湖底扇受两个物源供给方向的影响，发育两个沉积主体，其中，东侧物源沉积主体较北侧规模大。属性显示由东北向西南逐渐由红色区域过渡为蓝色区域(图5中A)，岩石地球物理相关性分析认为，这反映了砂岩逐渐减少的变化趋势，这与趋势沉积模拟预测的砂岩百分比变化结果相一致。此外，在靠近东侧和北侧为绿色区域，为内扇发育区，红色区域为中扇主体部分，黄色和蓝色区域为中扇侧翼和远端。

从第二期湖底扇属性聚类图来看(图5中C)，由于该沉积时相对湖平面进一步扩大，沉积中心往前推移，红色区域对于的两个中扇主体范围变大，仅在边缘地带发育中扇远端。研究区地震预测与沉积模拟结果相结合而确定出的湖底扇内部构成(图5中B和D)所示，可以看出，除了东侧物源的供给，北侧也为湖底扇的发育提供了物质来源，两期湖底扇平面分布范围有差异，第二期湖底扇沉积主体较大。

图5 湖底扇储层精细描述

总的来看，东二下层序沉积时期湖泛体系域内发育的湖底扇沉积，盖层和烃源岩较好，储盖组合优良，圈闭条件良好，具备有利的岩性油气藏成藏条件[13-14]，两期湖底扇分布范围广，最大面积达50 km2，其中扇主体富砂区面积达30 km2，勘探潜力巨大。

5 结论

(1)辽中凹陷区东二下亚段可以划分为一个三级层序，根据地层的接触关系，又可以识别出低位体系域、湖泛体系域、高位体系域,其中，湖底扇主要在湖泛体系域内发育。

(2)模拟结果再现了湖底扇的形成过程。在东二下层序低位域时期,物源充沛，来自东部和北部方向，发育大型辫状河三角洲前缘砂体；在湖泛体系域时期，随着相对湖平面的上升，湖泛域有较强的水动力条件，先期沉积的三角洲变得不稳定，由于早期的同沉积坡折的影响，同时在断裂活动等突发事件的触发下，在凹陷部位间歇性地发育两期湖底扇沉积。

(3)通过模拟分析，研究区湖底扇具有两期、双物源、分布范围广的特点，根据模拟两期湖底扇三维分布及形态，结合宏观地震相和地震属性等信息，可为湖底扇储层的精细描述提供有力依据。

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编辑：吴官生

1673-8217(2015)04-0015-03

2014-09-01

王启明，地质工程师，硕士，1984年生，2010年毕业于中国地质大学(北京)矿产普查与勘探专业，现从事石油地质综合研究工作。

国家十二五重大专项“大型油气田及煤层气开发”(2011ZX05023-002)。

TE111.3

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