奥里诺科重油带MPE-3区块Oficina组辫状河三角洲沉积相定量刻画

林承焰,程盼,任丽华,张静,李宗奇, 刘书亭,黄文松

1．中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,山东青岛 266580 2．中国石油勘探开发研究院,北京 100083

委内瑞拉奥里诺科重油带油藏资源丰富，是目前全球地质储量最大的稠油富集带，含油面积约5.4×104km2，地质储量约2 000×108t，可采储量约500×108t，原油API高达7.8，为超重油油藏[1-2]。研究区MPE-3区块是重油带已投入开发的主力区块之一，主力产层Oficina组埋藏深度1 000 m左右。研究区内井间砂体形态及分布认识不足，这增大了水平井开发提高钻砂率和油层钻遇率的难度。近些年来，不断有学者对该区沉积演化规律及储层发育特征进行研究，但该地区沉积相研究一直存在争议[3-7]，国外一些学者认为Oficina组地层下部发育辫状河相，中上部发育河口湾—三角洲相[3-4]，也有部分学者认为中上部发育辫状河三角洲相[5-7]，但都认为该地区为海陆过渡相[3-7]。本文通过岩芯，测井，地震切片资料研究表明MPE-3区块Oficina组发育辫状河三角洲沉积相，通过井震结合解决在稀井网条件下沉积相展布和井间储层发育预测问题；利用现代沉积考察和拟合经验公式解决沉积微相定量化的研究问题，明确河道和心滩等微相发育形态和规模，总结研究区沉积模式和演化规律。

1 研究区概况

奥里诺科重油带位于东委内瑞拉盆地南部斜坡隆起带上，盆地的南部为圭亚那地盾(物源供给方向)，北部为加勒比板块，盆地形成于加勒比板块和圭亚那地盾的碰撞时期[8](图1)。奥里诺科重油带地形上为一个区域性向北倾斜的单斜构造，地层的倾角为0.5°～4°左右[2](图2)。研究区内部构造简单，主要发育近北东—东西向正断层，断层断距较小[9]，Hato Viejo大断裂将重油带分为东西2个沉积构造区[3-5]，目前奥里诺科重油带被分四个工区：Boyaca(博雅卡)、Junin(胡宁)、Ayacucho(阿亚库乔)、Carabobo(卡拉沃沃)，本次研究区位于Carabobo东部的MPE-3区块。

MPE-3区块地层从下到上包括：前寒武纪及古生界变质岩基底、中生界白垩系、新生界第三系、第四系[1,10]。第三系Oficina组沉积在前寒武系与白垩系不整合面上,自下向上分为三段，分别是Morichal段、Yabo段和Jobo段。下部Morichal段是厚层疏松砂岩沉积，中高孔渗储层发育，含油性好，是本区主要的生产层段；中部Yabo段以泥质沉积为主，厚度较薄，物性及含油性较差；上部Jobo段是一套砂泥岩互层岩性，物性含油性中等，是仅次于Morichal段的含油层段。区块内区域性标志层主要有三套：第一套为Morichal段下部不整合面，地震上同相轴特征明显，测井上表现为GR、SP曲线急剧回返特征；第二套为中部Yabo段—全区稳定发育的泥岩段，测井上以高GR值、SP值急剧回返至泥岩基线为特征，反映全区最大海泛面沉积；第三套为Jobo段顶部发育泥岩段，测井曲线上表现为低GR、SP值。根据地震属性、GR和SP曲线形态特征在地层中识别出若干小级次泥岩段标志层，将地层进一步划分为七个砂组，若干个小层(图2)。

图1 奥里诺科重油带区块构造及井位图Fig.1 Orinoco heavy oil belt structure and well location map

图2 MPE-3区块Oficina组地层剖面特征图Fig.2 Stratigraphic profile map of the Oficina Formation in the MPE-3 block

2 沉积相标志

2.1 区域沉积背景

关于奥里诺科重油带Oficina组沉积环境的研究，国内外学者认为重油带地处缓坡边缘、主要发育砂岩和泥岩等岩性，区域上发育海陆过渡相，地层下部发育三角洲平原沉积相，上部发育三角洲前缘或河口湾沉积相[5]；通过遗迹化石研究发现重油带Oficina组在不同区域的垂向上混生咸水和淡水环境下古生物，恢复重油带地区Oficina组海水盐度的变化[3-4]，从而推断出海平面升降变化以及Oficina组时期古地理[3-5](图3)。总体上重油带地区Oficina组时期发育不同类型、受不同程度海水影响的三角洲相沉积。

2.2 分析化验标志及岩芯观察

工区不完整取芯井仅有四口，为CES-2-0、CJS-1-0、CIB-07E、CNX-2井(图1)。岩性以泥岩、未完全固结砂岩和砂砾岩为主，砂岩受到原油侵染，颜色主要从深黑色到浅黄色；泥岩颜色以黑色和灰白色为主。Oficina组下段岩性以中—细砂岩为主，含有少量粗砂岩、泥岩、含泥砾砂岩等；中段岩性以细砂岩和泥岩为主；上段岩性以中—细砂岩和泥岩为主。结合取自CES-2-0和CJS-1-0井样品薄片分析资料，Oficina组中砂岩以石英砂岩为主，石英颗粒含量高达95%以上，石英颗粒分选中等—差，磨圆主要为棱角—次棱角状为主(图4)。样品粒度中值为0.24 mm，偏度和峰度平均值为0.96和0.24(表1)，表明为中—近物源沉积。结合Oficina组上段和下段的粒度概率曲线分析，表明Oficina组下段以两段式为主，少见三段式(图4)，两段式主要为悬浮和跳跃总体，反映牵引流的沉积环境，考虑到前人对古沉积环境研究，可能对应三角洲平原河道沉积；Oficina组上段以两段式或两段加过渡式，主要为两个不同斜率的跳跃和悬浮总体组成，反映牵引流为主、受沉积水动力交替变换的环境，可能对应三角洲前缘河道沉积(图4)。

图3 奥里诺科重油带Oficina组古地理图(据Martinius et al.[5]修改)Fig.3 Paleogeographic map of the Oficina Formation in the Orinoco heavy oil belt(mordified after Martinius et al.[5])

图4 岩石薄片及粒度概率曲线图A.O-11小层,3 125 ft;B.O-12小层,3 294 ft;C.O-12小层,3 166 ft;C.O-13小层,3 332 ft;a.CES-2-0井,3 259.5 ft;b.CES-2-0井,3 261 ft;c.CES-2-0井,3 214 ft;d.CES-2-0井,3 243 ft; e.CJS-1-0井,2 205 ft; f.CJS-1-0井,2 238 ftFig.4 Rock thin slice and grain size probability curve A.O-11sublayer,3 125 ft;B.O-12sublaye,3 294 ft；C.O-12sublaye,3 166 ft;C.O-13sublaye,3 332 ft;a.CES-2-0well,3 259.5 ft; b.CES-2-0well,3 261 ft;c.CES-2-0well,3 214 ft;d.CES-2-0well,3 243 ft; e.CJS-1-0well,2 205 ft; f.CJS-1-0well,2 238 ft

表1 MPE-3区块薄片颗粒参数统计表Table 1 MPE-3 block grain parameter statistics table

砂岩中可见河底滞留沉积、块状层理，槽状交错层理、冲刷面、脉状层理等沉积构造，泥岩中可见发育水平层理、透镜状层理、包卷层理、波状层理等沉积构造。通过取芯井岩芯总结出12种岩相组合，分为两大类(图5)：1)砂砾岩类：块状层理含泥砾粗砂岩相、块状层理中砂岩相、含泥质条带块状层理、块状层理细砂岩相、块状层理细砂岩相、槽状层理中—细砂岩相、平行层理细—粉砂岩相、波状层理粉砂岩和砂泥互层相等；2)泥岩类:透镜状层理、包卷层理泥岩相、纹层状泥岩相、水平层理泥岩相等。综合分析化验和岩心标志结果，并根据在垂向上出现大段砂泥岩组合方式，泥岩保存较差，大多数被冲刷，河流二元结构不发育，反映典型辫状河“砂包泥”的沉积特征，最终推断研究区沉积环境为辫状河三角洲沉积相[3-5,11-13]，发育辫状河三角洲平原和三角洲前缘两个亚相，包括辫状河道、心滩、决口扇/溢岸、水下分流河道、分流间湾等微相，少部分地区发育泛滥平原微相。结合岩相类型和沉积微相沉积特征，建立各微相典型岩相及其组合对应关系(图5)。

图5 MPE-3区块岩相特征及分类图Fig.5 Lithofacies characteristics and classification chart of the MPE-3 block

2.3 测井相标志

根据取芯井段岩芯描述和测井曲线特征完成CES-2-0井单井相图(图6)，结合取芯井岩性组合、测井曲线形态和旋回性，在取芯井单井相图基础上划分为13个短期旋回，3个中期旋回。中期基准面表现为上升半旋回特征，短期基准面表现有升有降特征。通过奥里诺科重油带古地理调研、岩芯资料和薄片分析资料，明确Oficina组发育辫状河三角洲平原亚相、三角洲前缘亚相和相关沉积微相类型，同时结合取芯井段识别沉积微相在测井上响应特征，总结出七种沉积微相的测井响应特征：箱形、钟形、高幅漏斗形、指状、钟形—箱形、指形—漏斗形、低幅漏斗形，建立沉积微相测井相模板(图7)。

图6 CES-2-0取芯井单井相图Fig.6 Single well facies map of the CES-2-0 coring well

3 沉积相定量刻画

辫状河三角洲中平原辫状河道、心滩、前缘水下分流河道规模的刻画是沉积定量化研究重点。国内外学者对沉积相的刻画研究很多:1)通过对相似地质背景的露头区进行研究，直接观察测量建立不同沉积规模尺度下的经验公式[14-15]；2)在密井网条件下，通过单井相研究建立测井相模板，使用测井相模板对全区测井曲线进行识别，通过对垂直物源和顺物源方向上预测沉积微相连通性，从而确定沉积体规模[16-17]；3)通过大量相似沉积背景的现代沉积观察，识别不同沉积相下各个沉积体规模和发育情况，建立不同规模下沉积体之间的经验公式[18-19]。本研究使用以井资料为基础，井震结合作为沉积体刻画的重要手段，并结合相似沉积区类比、经验公式等，开展了沉积微相定量刻画，建立奥里诺科重油带辫状河三角洲地质知识库。

3.1 井震结合

井震结合是沉积相井间预测的一种重要手段。Zengetal[20-21]提出地震沉积学，结合使用90°相位转换和地层切片技术，在高分辨率地层格架控制下，解决地震切片的不等时的问题，实现地震资料从传统一维垂直剖面向二维切片剖面的转换，从而实现对地震地貌学的研究，很好地解决沉积相空间展布问题。林承焰等[22]学者将该理论与方法引入我国陆相含油气盆地沉积相研究中，在我国渤海湾、松辽等盆地沉积相研究得到很好的应用[23-25]。

研究区三维地震资料丰富，地震资料品质较好、信噪比低，主频高达60 Hz左右，对识别辫状河三角洲相大量出现 “砂包泥现象”中的砂泥界面较为有利，Oficina组地层底部的不整合界面和上部海泛泥岩标志层地震反射同相轴特征明显，有利于在高分辨地层格架基础上，使用地层切片和属性切片技术研究沉积相展布。本研究优选出瞬时相位、均方根振幅、能量值等属性，对研究区Oficina组中上部沉积相特征进行研究；使用地震沉积学方法，通过地层切片实现对Oficina组下部沉积相特征研究。均方根振幅属性能够识别地层中的亮点和暗点，河道砂体振幅变化反应明显。以O-7小层为例展示均方根属性切片对辫状河三角前缘水下分流河道的研究，暖色区域为强振幅区，代表砂岩发育，高亮部位显示河道主体形态。以0-11小层为例展示使用地层切片方法对辫状河三角洲平原辫流带各个微相的刻画(图8)。

图7 MPE-3区块测井相模板图Fig.7 Logfacies template map of the MPE-3 block

3.2 现代沉积类比

为进一步预测目的层段辫状河三角洲河道的发育规模及分布规律，在现代奥里诺科河沉积测量和调研的基础上，展开基于现代相似沉积河道参数研究。首先选取了现代奥里诺科河中下游辫状河段进行测量(图9a,b)，表明辫状河道带宽度1 800～3 000 m，活动河道宽度150～200 m，心滩长度270～1 800 m，宽度180～800 m，心滩长宽比1.5～4.5。尽管现代奥里诺科河沉积规模变小，但沉积背景相似，该结果为研究区沉积微相定量表征提供一定的参考。

图8 地震属性切片和地层切片图A.RMS属性切片；B.地层切片Fig.8 Seismic attribute slice and stratigraphic section map A. RMS attribute slice; B. stratigraphic slice

图9 奥里诺科河及现代相似辫状河、三角洲沉积参数测量示意图a.现代奥里诺科河中下游及三角洲；b.奥里诺科河局部；c.印度恒河辫状河段；d.美国Jago River三角洲Fig.9 Deposition parameter measurement schematic of the Orinoco River and the similar modern braided river deltasa. The middle and lower reaches of the modern Orinoco River and delta; b. part of the Orinoco River; c. Braided channel of the Ganges River in India; d. Jago delta in the USA

研究区沉积地层倾角小于5°，为缓坡型辫状河三角洲沉积，且井资料表明辫状河道沉积时期砂体厚度大且大规模分布，物源沉积物供给充足，综合考虑这两个因素后，调研选取国内外与之构造背景相近、沉积成因及规模相似的新西兰朗伊塔塔河、阿拉斯加育空河等4个辫状测量河段，对其河道宽度、心滩长度和宽度、心滩长宽比等参数进行了分析(图9c)，得出其定量关系(表2)。除了考虑上述辫状河沉积特征以外，还应参考现代三角洲沉积体系参数，调研全球不同规模的辫状河三角洲现代沉积，对其河道宽度、心滩长度及宽度等参数进行测量，进而可计算出分叉前后新老河道宽度比、心滩长宽比等参数。本次研究选取了大型辫状河三角洲俄罗斯Lena河、美国Kotlik河三角洲，中型的Sagavanirktik河三角洲以及小型的Hulahula河、Jago河三角洲(图9d)共5个不同规模的辫状河三角洲进行深入研究(表3)。

表2 现代辫状河段参数统计及计算结果Table 2 Parameters and calculation results of the modern braided river sections

表3 现代典型辫状河三角洲参数测量统计及计算结果Table 3 Parameters and calculation results of the modern typical braided river deltas

研究表明辫状河三角洲与辫状河沉积体系特征不同：辫状河沉积相以辫状河道和心滩为主，而辫状河三角洲在三角洲平原亚相上以辫状分流河道及河道间为主，河道中心滩发育但规模小，多呈狭长状，长宽比大于辫状河心滩长宽比；三角洲前缘以水下分流河道沉积为主。研究表明虽发育规模和地理位置不同，但其新老分流河道的分叉后的宽度比平均值较为接近(0.68～0.77)，心滩长宽比也相差不大(3.21～3.68)，这说明三角洲沉积特征及发育规律是可以相互参考[26]，这对工区研究辫状河三角洲沉积相的展布有一定借鉴意义。

3.3 经验公式法

针对曲流河和辫状河，前人在对不同地区露头和现代沉积研究的基础上总结多个经验公式[26-30]。Bridgeetal.[30]在大量测量数据基础上，总结基于平均单河道满岸深度的单一辫流带最小宽度和最大宽度的预测公式(1)和(2)，和平均单河道满岸深度与单河道满岸深度的公式(3)，可对河道的发育规模进行计算[17]。

Wmin=59.9da1.8

(1)

Wmax=192da1.37

(2)

da=0.55d

(3)

式中，Wmin为单一辫流带最小宽度，m；Wmax为单一辫流带最大宽度，m；da为单河道平均满岸深度，m；d为单河道满岸深度，m。

由于辫状河沉积河道迁移频繁，对没有露头资料的区块，要想实现辫流带经验公式修改，存在很大的困难。因此本研究对辫状河的刻画采用前人研究的经验公式，而对三角洲水下分流河道，由于河道沉积稳定，可以在实际地质资料基础上建立适合研究区的经验公式。目前对水下分流河道规模的研究，还是通过保存较好的三角洲露头测量建立三角洲河道宽度和厚度经验公式[31]，但这种方法研究的局限性很大，既要求露头保存良好，同时也要求对各个沉积微相界面有明确的识别。本次主要参考前期对现代沉积测量等资料，通过地震切片和测井相资料分析，直接刻画辫状河三角洲沉积体边界和发育规模，实现地震资料切片平面沉积相定量化。对水下分流河道沉积体厚度规模统计，由于同期单河道在顺物源方向上沉积厚度一般不会出现较大变化[16]，使用测井资料可以统计单期河道层沉积厚度。通过以上对河道沉积体规模的统计，以实际地下资料建立心滩宽度与长度、河流宽度以及单河道厚度与水下分流河道宽度经验公式，线性回归方程的相关系数在0.74以上(图10)。

Wd=0.5101WLR2=0.744

Wd=0.7242L0.8942R2=0.785 8

L=104.2d1.0411R2=0.743 2

式中,Wd为心滩宽；WL为心滩长；L为河道宽;d为单期河道厚度。

4 沉积演化规律

该地区海平面多期升降变化是影响Oficina组沉积环境变化的主要原因，Morichal段发育低位体系域、Yabo段发育海侵体系域、Jobo段发育高位体系域[5]，在全区广泛发育Jobo段泥岩段反映最大海侵面沉积[3-5]。MPE-3区块内Jobo段泥岩钻遇率100%，泥质含量超过80%，泥岩的颜色以灰白色为主(推测由于重油带处于缓坡边缘，沉积水体较浅造成)，进一步明确该时期为最大海侵阶段。Morichal段处于第一个中期基准面上升期，垂向上底部发育厚层砂体、上部发育砂泥互层，总体以砂多泥少特征为主，地层垂向上主要表现为加积式，地震切片上表现三角洲平原亚相辫流带沉积特征，整体上反映低位体系域时期海平面缓慢上升、沉积空间小的特点；Jobo段处于第二个中期基准面上升期，垂向上以泥岩为主，夹杂少数细砂岩发育，反映快速海侵时期下海侵体系域沉积空间大的特点；Yabo段处于第三个中期基准面上升期，垂向上以砂质含量增大，砂岩夹杂泥岩的特征为主，地层垂向上主要表现为进积式，地震切片上表现三角洲前缘水下分流河道沉积，反映高位体系域背景下海平面缓慢下降，沉积空间大的特点，总体上反映Oficina组下往上从低位体系域—海侵体系域—高位体系域的垂向演化特征，揭示研究区海平面的升降变化。

以井点沉积相刻画为基础，采用地震属性、地层切片和测井相的方法刻画河道、心滩展布，结合井间对比、现代沉积类比和经验公式计算出不同时期沉积规模，建立研究区沉积相定量知识库(表4)，明确研究区辫状河三角洲平原、三角洲前缘最大海侵和海退三个典型时期的沉积相平面展布(图11)，阐述沉积演化。Oficina组Morichal段(0-13-0-11)为低位体系域背景下三角洲平原辫流带沉积，垂向上加积式沉积，以多期叠置形成的厚层砂岩为主，在测井曲线(SP、GR)上以箱型、钟型为主，地层垂向上主体表现为加积式沉积。沉积相图中反映辫状河沉积特征，没有明显的河道界限，砂体大面积连片发育，体现三角洲平原亚相上辫状河道带纵横交错，心滩和复合心滩坝沉积微相极其发育的大规模辫流带沉积特点，辫状河河道带宽度达2～5 km。Yabo段为海侵体系域背景下发育三角洲前缘亚相沉积，O-11S顶部地震属性切片最接近反映最大海泛时期的沉积特点，以三角洲前缘水下分流河道和河道间沉积为主，少数地区发育河口坝/ 席状砂沉积。水下分流河道微相测井以钟状、指状为主，在地震属性切片上可辨认出来，呈窄条状分布(平均宽约931.6 m)，该时期为Oficina段沉积规模最小的时期。Jobo段为高位域背景下三角洲前缘亚相沉积，与最大海泛时期沉积存在明显差别，主要以三角洲前缘水下分流河道和分流间湾沉积为主，局部发育少量心滩沉积。垂向上表现为进积式沉积特征，可见多期水下分流河道发育，水下分流河道在测井曲线(SP、GR)上以箱型、钟型为主，地震切片上呈宽条带状分布，水下分流河道宽度达1.0～1.5 km，与0-11S时期相比，水下分流河道规模增大，反映高位体系域背景下海平面下降时期三角洲前缘沉积相特征。总的来说，MPE-3区块Oficina组由于处于海陆交互段，海平面变化频繁，经历了海平面由缓慢上升—快速上升—缓慢下降的复杂的沉积环境演化，沉积体规模发生相应的变化，由早期低位域三角洲平原厚层、连片的辫状河沉积到海泛期砂体较不发育、高位域三角洲前缘沉积规模中等、条带状分布的水下分流河道沉积。

图10 MPE-3区辫状河道心滩规模和水下分流河道规模线性回归图Fig.10 Linear regression map of the size of the braided river channel and the underwater channel in the MPE-3 area

表4 河道满岸深度统计及宽度计算结果表Table 4 River bank-full depth statistics and width calculation results table

图11 奥里诺科重油带Oficina组各时期沉积相图Fig.11 Sedimentary facies map of different periodsof the Oficina Formation in the Orinoco heavy oil belt

5 结论及认识

本文综合利用文献调研、岩芯观察和测井相分析认为研究区发育辫状河三角洲沉积相，结合使用井震资料、现代沉积类比及经验公式三种方法，对委内瑞拉奥里诺科重油带MPE-3区块Oficina组沉积相展开定量研究，建立定量刻画沉积相地质库，取得以下结论与认识：

(1) 结合研究区沉积背景，根据岩相、测井相等相标志，认为Oficina组中上段发育为三角洲前缘亚相，主要发育分流河道、分流间湾、河口坝/潮汐砂坝、席状砂等微相；Oficina组下部沉积相为三角洲平原亚相，主要发育辫状河道充填、复合心滩坝、决口扇/溢岸、泛滥平原等微相。

(2) 以井点沉积相认识为依据，井震结合，利用地震沉积学方法，实现对河道展布范围和形态的精细刻画；结合奥里诺科河现代沉积测量，选取与目的层段沉积条件及规模相似的4个辫状河测量段及其他5个辫状河三角洲进行深入研究，建立心滩的长度、宽度和河道规模等参数之间定量关系，从而为沉积相平面展布、发育情况以及建立研究区沉积相经验公式提供参考；以研究区实际沉积相刻画结果为主，结合相似沉积区测量结果，建立符合研究区实际地下地质情况的经验公式，包括心滩长宽、心滩厚度与宽度以及水下分流单期河道厚度与河道宽度线性回归方程，方程相关系数高达0.74以上，为奥里诺科重油带砂体展布与预测提供方法支持。

(3) Oficina组为海陆交互环境，海平面变化频繁，导致沉积体发育规模变化较大。Morichal段处于海平面缓慢上升的低位域时期，发育三角洲平原亚相厚层、连片的辫状河沉积，沉积规模巨大，是研究区最好的油气储层；Yabo段处于海平面快速上升的海侵体系域时期，沉积范围规模最小；Jobo段处于海平面缓慢下降的高位域时期，发育三角洲前缘亚相水下分流河道、河道间沉积，水下分流河道砂体规模中等、条带状分布，是研究区次要的油气储层。