黄骅坳陷北部拾场次洼沙三段井震联合沉积相研究

何 伟，王 伟，刘峻桥，马世忠，张梦迪

(1.中石化石油工程地球物理有限公司南方分公司 成都 610041；2.广东石油化工学院石油工程学院 广东 茂名 525000；3.东北石油大学地球科学学院 黑龙江 大庆 163318)

长期以来，在油气勘探开发过程中利用井震联合刻画沉积相一直属于热点研究领域，也是难点问题。随着地震资料采集与处理技术的不断发展，地震资料品质及分辨率虽有所提升，但仍不能脱离测井、岩心等独立完成地质分析与应用。同样地，由于取心工艺、岩心分析及测井等技术的日益进步，岩心资料应用更加充分、成果更加可靠，测井曲线种类更加多样、地层响应更加可靠，但同样也不能脱离地震资料完成井间纵横向沉积相预测，无法提供恰当的勘探开发方案等。因此，开展基于地震相、反演、多属性预测及岩心描述、录井、测井的井震联合式石油地质研究是极其重要的[1-3]。国内外已有诸多学者开展了此类研究，但多数仍以“测井定点、属性定面”方式完成沉积相刻画及储层预测等[1-2]，并未做到真正意义上的井震联合。本文以黄骅坳陷拾场次洼沙三段地层为例，在构造、物源简析的基础上，开展基于岩心、测井的单井/联井相分析，并进一步结合其在地震剖面上所呈现的外部几何形态、内部反射结构及地球物理参数等来进行地震相识别与划分，最终结合反演及地震多属性优选成果，“点、线、面”全方位、多角度完成拾场次洼沙三段地层沉积相分析，解剖其沉积演化规律及模式，为油田后续烃源岩评价、储层评价、运聚单元划分、油气成藏规律及要素分析、有利目标区优选等研究奠定了重要基础[4-7]，更为油田后续勘探开发方案选择提供了重要指导。

1 地质概况

拾场次洼位于渤海湾盆地黄骅坳陷东北部，具多幕构造演化、多物源、多沉积体系，其沉积和构造特征极为复杂[7]。拾场次洼总体呈箕状断陷特征，自下而上发育古近系沙河街组、东营组地层，新近系馆陶组、明化镇组和第四系地层(图1a)。洼陷内主要烃源岩层系沙河街组三段(下文简称沙三段)划分为5个亚段，垂向含油层系主要为沙三一亚段、沙三二亚段和沙三三亚段[8]，平面上高尚堡和柳赞披覆背斜构造带是其最重要的油气聚集带[9]。近年来在拾场次洼发现大量油气分布，勘探面积约为170 km2，目前已钻探多口工业油流井，显示了该区广泛的油气勘探前景。

图1 拾场次洼地层简表及沙三段底构造划分

沉积方面：沙三段为古近系始新统地层，处裂陷期，在以沉降为背景的震荡运动控制下，沉降速度较快。古近系是组成黄骅坳陷的重要沉积岩系，沉积厚度较大，由最早的Es3(4+5)亚段超覆于前第三系基底上，随之以较大沉降速度沉积了厚度较大的Es3(3+2+1)及沙二段地层，继而又沉积了沙一段与东营组等地层，总体上形成了一套以砂泥岩为主的碎屑岩沉积。构造方面：拾场次洼是西南庄(F1)、柏各庄(F2)和高柳(F3)三条大断层控制下形成的箕状断陷构造[7]。据其断裂发育特征，可将拾场次洼划分为上、下两套断裂体系，上部断裂体系以北东向为主，发育在沙一段、东营组、馆陶组和明化镇组等地层；下部断裂体系以东西向为主，发育在沙三段地层。平面上，断裂主要呈平行交织状展布；剖面上，主要为阶梯式(下部断裂体系)和复式“Y”型构造样式(上部断裂体系)。拾场次洼具由中心位置向两侧逐渐抬升的构造趋势，可将其划分为西部隆起带、中部缓坡带、北部洼槽带和东部隆起带[7](图1b)。

2 井震联合沉积相分析

2.1 沉积体系

综合测井、地震响应特征以及对研究区S27-2、S160X1、S15、S2、C3X1、S202X2等共计13口井19个岩心样品观察，通过对岩心段岩性、颜色、粒度、磨圆等方面的描述和分析，综合认为黄骅坳陷拾场次洼沙三段地层主要发育的沉积体系为扇三角洲、湖泊、冲积扇等三类沉积体系[10-11]，其中扇三角洲体系沉积具有以红(褐)色与杂色等氧化色为主、粒度较大、分选及磨圆较差，渐变至以暗色泥岩为主、粒度较细、分选及磨圆中等、多见冲刷面、下细上粗反韵律的沉积特征及由工区边部楔形杂乱强反射渐变至中部楔形前积反射的地震响应特征；湖泊体系沉积具有以砂泥互层为主、分选较好、见季节性波状交错层理、泥裂及生物扰动构造等渐变至以暗色泥岩为主、质纯、水平纹理发育、见少量底栖生物及粉砂夹层的沉积特征及由工区边部强振幅、强连续席状反射渐变至以亚平行、弱振幅反射夹少量强振幅波状反射的地震响应特征(见附图版)。

2.2 物源体系

岩心方面：由工区边部沉积物颗粒较粗、分选及磨圆差、红(褐)色泥岩(氧化色)渐变至中部沉积物颗粒较细、分选及磨圆中等、暗色泥岩(还原色)(图版)；地震相方面：由边部(F1、F2断层下降盘近断层处)的楔形杂乱强反射渐变为中部楔形前积反射(图2、表1)；属性方面：由工区边部片状分布强振幅渐变至中部低振幅、零星分布中振幅(图3)；反演方面：由工区边部高砂地比(地层薄、砂体厚)渐变至中部低砂地比(地层厚、砂体薄)(图4)。综合认为，研究区主要存在北西向、北东向及北东东向等3个物源体系。

2.3 地震相分析

地震相分析是依据对地震反射特征的识别与分类，建立起各类反射结构与其所对应沉积相、岩相特征的对应关系，从而达到以地震相特征为指导，进行井间纵、横向地质特征识别，完成相应沉积相、岩相组成特征的预测[11-13](图2)。本次研究主要依据测井、岩心所反映的沉积相、岩相特征及其在地震剖面上所呈现的外部几何形态、内部反射结构(波组间延伸情况、搭接关系等)及地球物理参数(振幅、连续性等)等差异性，从而完成地震相识别与划分[11、14]。本次地震相分析共识别席状-平行反射(强振幅/强连续、中振幅/中连续两类)、席状-亚平行反射、丘形/楔形-杂乱反射、丘形/楔形-前积反射、空白反射、透镜状反射等7类地震相，如表1所示，分别揭示了半深湖/深湖、扇三角洲前缘/滨浅湖、扇三角洲前缘/半深湖、扇三角洲平原/冲积扇、扇三角洲前缘/半深湖、半深湖/深湖、浊流等沉积环境。

图2 黄骅坳陷拾场次洼典型地震相特征

图3 拾场次洼沙三五至沙三一亚段均方根属性平面分布

图4 基于稀疏脉冲反演预测拾场次洼沙三五至沙三一亚段砂地比平面分布

表1 拾场次洼地震相特征及分类

2.4 地震多属性优选

不同地震属性对岩性、含油性等敏感度不同，通过岩性标定、正演等手段可进行属性的初步优选。此外，属性提取时门槛值及时窗的拾取也是关键因素之一。本次研究中，分别提取了平均峰值振幅、平均能量、均方根振幅、总能量、最大峰值振幅、平均绝对振幅等16类属性参数，结合井点砂体发育特征，利用VVA软件对属性进行多属性分类、多属性筛选、合并相道等，优选最能反映研究区沙三段沉积特征的均方根振幅属性进行平面成图，由此得沙三五亚段～沙三一亚段优化后的属性平面图(图3)[13、15-18]。研究认为：沙三五亚段属性值整体较为均一，仅洼陷东西两侧发育零星高值区，揭示该时期物源并不充足，洼陷以湖泊相沉积为主，仅边部沉积小规模扇三角洲朵体；沙三四亚段属性值差异较大，洼陷中部属性值偏低，沉积大段泥岩，指示半深湖/深湖相，边部高值区发育，反映扇三角洲向洼陷中心的进一步推进，规模较沙三五亚段大；沙三三～沙三一亚段属性值整体较沙三四、沙三五亚段高，高值区沿洼陷边部连片分布，向中部渐减，低值区零星分布，其中沙三三亚段沉积储层规模最大，指示该时期水动力较强、物源丰富，向湖推进较远，扇三角洲、冲积扇等沉积体系发达(图3)。

2.5 单井相分析

S160X1井：洼陷东南侧F2断层根部，钻遇沙三三、沙三二、沙三一(2 547～3 432 m)三个亚段；沙三三亚段低位，岩性相对较粗，灰色含砾不等粒砂岩，以辫状河道为主，泥岩呈褐色，指示陆上氧化环境，属扇三角洲平原沉积；沙三三亚段高位，岩性较沙三三亚段低位变细，多为灰色粉砂岩、灰色含砾不等粒砂岩，见大量反韵律河口坝砂体，泥岩呈灰色，指示水下还原环境，属扇三角洲前缘沉积；沙三二～沙三一亚段低位，总体岩性较粗，多为灰色砂砾岩、灰色含砾不等粒砂岩，见少量褐色不等粒砂岩与褐色砂砾岩，见大量河道底部冲刷面，泥岩呈灰色，属扇三角洲平原末端；沙三一亚段高位，岩性向上逐渐变细，分选较差，灰色含砾不等粒砂岩与灰色泥岩互层，具明显正韵律，顶部见大段棕红色泥岩，指示由还原(水下)至氧化(陆上)环境过渡，属扇三角洲前缘沉积(图5a)。

S2井：洼陷东南侧F3断层根部，钻遇沙三五～沙三一亚段(2 380～3 508 m)；沙三五亚段，泥岩呈绿色、棕红色、褐色、灰色等，砂岩则以杂色砂砾岩、灰色含砾不等粒砂岩、灰色含砾砂岩(部分见油斑)为主，岩性混杂，粒度大小不一，反映沉积物物源丰富、搬运距离短，属冲积扇沉积，进一步可划分为低位扇根沉积、高位扇中沉积；沙三四～沙三二亚段，泥岩呈褐色、棕红色等氧化色，砂岩有杂色砂砾岩、黄色含砾砂岩、灰色含砾砂岩、绿色细砂岩(部分见油斑)等，其中，杂色砾岩内含大量飘砾，具定向排列结构，磨圆中等，向上逐渐变细，部分砂岩底部见冲刷面构造，属扇三角洲平原沉积；沙三一亚段，由低位褐色及绿色细砂岩向上过渡至灰色细砂岩，泥岩呈灰色，反映由前期扇三角洲平原向前缘过渡(图5b)。

图5 S160X1井、S2井单井相分析

2.6 联井相分析

优选近物源及垂直物源、近构造展布及垂直构造展布等方向，据测井、录井、岩心等资料对各井沉积相进行识别与划分，进一步以地震相对井间相类型延展进行指导，由此完成研究区3条联井相剖面的对比与刻画(表1、图6)。

洼陷南部EW向R80-S109X3-S160X1-S24联井剖面(图6a、b)：沙三五亚段，S24井见大段紫色泥岩，指示陆上氧化沉积环境，对应丘状、楔状杂乱反射地震相，向西过渡至强振幅、强连续稳定反射，指示水下还原沉积环境(半深湖-深湖相)；沙三四亚段，S24井断失部分该亚段地层，钻遇部分岩屑多呈紫色、红色，对应楔状杂乱反射地震相，向西过渡至强振幅、强连续稳定反射的浅湖、深湖相，受边界断层影响强烈，中部可见阵发性洪流所沉积的滑塌扇等；沙三三亚段，该时期断层活动强烈，洼陷中部伴生诸多小断层，致使该段地层厚度变化较大，由根部S24井处扇三角洲平原相，向西渐变至S109X3井处扇三角洲前缘相与R80井处湖泊相；沙三二亚段，S24井处F2断层上盘根部，泥岩多呈棕红色、绿色，指示陆上氧化环境(扇三角洲平原沉积)；至S160X1、S109X3井处，泥岩呈灰色、深灰色，发育灰色含砾不等粒中-细砂岩，属扇三角洲前缘亚相，向湖推进至R80井处渐变湖泊相；沙三一亚段，由S24井处扇三角洲平原向前缘、滨浅湖至深湖过渡，于R80井处见小规模浊流沉积。

洼陷东部NS向S202X2-S60X1-S27-2-S160X1联井剖面(图6c)：沙三五亚段，S202X2等井均未钻至该亚段，参考地震相，认为由F2断层根部扇三角洲平原渐变为小规模扇三角洲前缘沉积，向南进一步渐变为湖泊相；沙三四亚段，S202X2井钻遇岩性可划分为三个岩性序列，下部含砾中粗砂岩(尖峰状高阻)→中部油页岩、砂岩互层(高基值电阻)→上部灰色、灰黑色泥岩(齿化低阻)，主要为扇三角洲沉积，参考地震相，向南迅速相变为湖泊相；沙三三亚段，S202X2井钻遇岩性呈灰色泥岩与杂色不等粒砂岩(部分含砾)互层，岩心揭示沉积颗粒混杂，分选及磨圆差，总体指示扇三角洲平原沉积，至S160X1井，由低位扇三角洲平原渐变至高位扇三角洲前缘；沙三二亚段，S202X2井(因剥蚀)、S27-2与S109X3井(因断失)缺失该段地层，至S160X1井处，钻遇深灰色泥岩、灰色含砾不等粒砂岩，指示扇三角洲前缘，参考地震相，向南渐变为湖泊相；沙三一亚段，S202X2井钻遇紫红色、灰绿色泥岩，偶见杂色含砾不等粒砂岩，反映氧化→还原交替环境，属典型冲积扇-扇三角洲体系，向南过渡为湖泊相，至S60X1、S27-2、S160X1等井处，指示扇三角洲向湖推进过程中的前缘沉积。

图6 连井相分析

3 井震联合沉积相刻画

c一方面受地震资料品质的限制，另一方面地震属性与地震相分析也存在明显的多解性，反演砂体预测也仅能反映沉积相整体的展布趋势，因此，同样的属性值与地震相在不同区域可能反映不同的沉积相类型，而相同的沉积相也可能在不同部位表现出不同的属性特征和地震相。因此，本次研究在着重考虑上述因素的基础上，充分应用岩心、测井进行单/联井相分析，综合应用地震相、属性预测及反演砂体预测等成果，互补互验，最大限度真实的完成了井震联合沉积相刻画(图7a)。

沙三五亚段(图7b)：处洼陷初期，沉积地层相对较薄，以湖泊相沉积为主，进一步湖盆收缩，仅洼陷边部发育扇三角洲平原及前缘亚相，其中西侧三个扇三角洲朵体规模较小，东侧两扇三角洲朵体相对略大，向湖推进距离短，总体而言，该时期洼陷以湖相沉积为主。

沙三四亚段(图7b)：湖盆较沙三五时期收缩，扇三角洲朵体进一步向湖推进，因该时期物源供应相对不足，仅洼陷东西两侧各发育两扇三角洲朵体，东侧扇三角洲规模较西侧略大；洼陷中部深湖区因断层活动较强，发育两个阵发性浊积体；该时期沉积中心位于洼陷中部。

沙三三亚段(图7b)：该时期湖盆急剧收缩，沉积中心向西偏移，原西侧扇三角洲朵体退化；受北东-南西向物源控制，扇三角洲朵体主要发育于东侧，共三个，且向湖推进远，规模较大，近物源端见冲积扇沉积，辫状河道发育；洼陷北部发育2处规模较小扇三角洲。

沙三二亚段(图7b)：沉积中心由西向东南略微偏移，湖盆缓慢扩张，洼陷边缘各处均可见规模不一的扇三角洲朵体；受湖浪作用影响，朵体散开，扇三角洲前缘逐渐占据主体，该时期辫状河道、水下分流河道较为发育。

沙三一亚段(图7b)：该时期沉积中心略微向南偏移，洼陷内共发育4个扇三角洲朵体与1个冲积扇朵体；东部扇三角洲朵体规模较大，向湖延伸距离更远，深湖区可见两处浊流沉积；该时期湖水动力较弱，扇三角洲朵体改造不明显，总体以扇三角洲前缘沉积为主，平原为辅，水下分流河道、辫状河道等微相极为发育。

图7 拾场次洼各亚段沉积相展布

4 沉积模式及演化规律

拾场次洼内构造运动对物源、相类型、储层分布及规模等均有较强的控制作用，沙三段时期内冲积扇、扇三角洲及湖泊等均有发育，因各亚段时期构造活动强弱的不同，造成了研究区地貌形态、物源供应、沉积体规模及沉积中心等的变化。

沙三段沉积期沉积中心经历了由洼陷中心向西(先)、向南(后)迁移的两次变化，在北西向、北东向及北东东向等物源控制下，洼陷内发育大面积片状扇三角洲相，偶见因构造运动、阵发性洪流所沉积的小规模滑塌扇、浊流沉积等；由洼陷边界至中心，相变规律呈冲积扇→扇三角洲平原→扇三角洲前缘→湖泊相。总体上，垂向砂体分期、相序渐变主要受控于湖平面升降变化；平面砂体分布、相带渐变则主要受控于边界物源与构造活动(主要为断层活动)(图8)。综合认为，洼陷内经历了“急湖侵→缓湖退→缓湖侵”的基准面上升湖侵环境，沉积了垂向以扇三角洲相为主岩性序列变化的一套沉积地层，主要属近岸沉积模式、河控扇三角洲平原模式、(湖)浪控席状扇三角洲前缘模式及零散浊流沉积模式等四类。

图8 渤海湾盆地黄骅坳陷拾场次洼沉积演化及模式

5 结论

(1)依据岩心、测井、地震相、属性及反演预测等成果，综合判定渤海湾盆地黄骅坳陷拾场次洼沙三段地层主要受北西向、北东向及北东东向等3个物源体系控制，以发育冲积扇、扇三角洲、湖泊等3种沉积体系为主。

(2)依据测井、岩心所反映的沉积相、岩相特征及其在地震剖面上所呈现的外部几何形态、内部反射结构及地球物理参数等差异性来进行地震相识别与划分，并在研究区予以应用，识别出席状-平行反射(含强振幅/强连续、中振幅/中连续两类)、席状-亚平行反射、丘形/楔形-杂乱反射、丘形/楔形-前积反射、空白反射、透镜状反射等7类地震相。

(3)提出以“岩心、测井分析定点、地震相、属性预测及反演分析综合定面”的井震联合沉积相分析方法，并以此精细刻画了拾场次洼沙三五～沙三一亚段等5亚段的平面沉积相展布规律。

(4)识别研究区沙三段时期属近岸沉积模式、河控扇三角洲平原模式、(湖)浪控席状扇三角洲前缘模式及零散浊流沉积模式等四类，为“急湖侵→缓湖退→缓湖侵”的基准面上升湖侵环境；平面相变呈冲积扇→扇三角洲平原→扇三角洲前缘→湖泊相。