河控—潮控三角洲体系地球物理识别表征及其油气地质意义——以东海陆架盆地西湖凹陷平北地区为例

杨彩虹，周兴海，金 璨，李 昆，周 锋

中国石化 上海海洋油气分公司，上海 200120

全球含油气盆地储集层主要为碎屑岩、碳酸盐岩，其次为火山岩和变质岩[1]。沉积环境对碎屑岩的分布，特别是砂体平面分布规模、形态和走向等起着最基本的控制作用，从而控制原始储层质量(孔隙度和渗透率)的分布，它是石油勘探和油气田开发的基础[2]。河控—潮控三角洲识别和刻画一直是石油地质学领域研究和探讨的热点议题，近年来孙尚哲[3]尝试利用测井曲线信息在辫状河、曲流河三角洲和湖泊相中进行沉积微相的识别；吴嘉鹏[4]利用地震振幅属性、测井曲线及岩心对潮汐砂脊进行识别和刻画，力求为储层多维度表征提供有利证据；李顺利等[5]通过岩相特征、沉积序列对西湖凹陷渐新世潮控三角洲沉积体系进行研究，以尝试对潮控三角洲的发育背景、过程和主控因素进行系统化分析；贾进华[6]通过岩心观察和钻井分析对塔中地区志留纪古海岸带碎屑潮汐环境进行了大量研究。然而，这些研究都是在沉积环境背景已知的情况下，利用岩心、测井和地震资料进行沉积体系的研究，而在海陆过渡区带，钻井资料较少，河流作用与潮汐作用主体不明确的情况下(如障壁岛内部区域)，识别或区分三角洲沉积体系的研究相对较少，难度较大，还未有一套可借鉴的方法。因此，本文提出利用地球物理方法来识别表征河控—潮控三角洲沉积体系，归纳总结其原理、方法及流程，并以东海陆架盆地西湖凹陷平北地区为例进行了验证。

1 河控—潮控三角洲体系识别原理

1.1 地球物理判别原理

地球物理信息识别河控—潮控三角洲沉积体系，主要通过相敏感曲线(自然伽马曲线)以及地震相等关键信息进行实现。

自然伽马测井反映的是岩石中含天然放射性核素的含量。在沉积岩中，岩石的放射性强度随泥质含量的增加而增强(含放射性矿物的岩石除外)[3,5]。因此，通过自然伽马值来判断泥质含量被广泛应用于工业生产中。在以河流作用为主的三角洲沉积体系中，水体环境相对稳定，变换频次低，GR测井曲线上表现出低齿化程度；而以潮汐作用为主的三角洲沉积体系，水体环境频繁摆动变化，GR测井曲线上表现出高齿化程度。齿化程度与相邻GR值的差异大小有关，在此提出齿化度的概念。齿化度是GR曲线中相邻GR值的差值的表现形式，齿化度与ΔGR值的大小具有一一对应关系(ΔGR为相邻GR值的标准差)。因此，将ΔGR值作为在河—潮交互区域定量化表征河控与潮控三角洲沉积体系的参数值，能较好地反映沉积时期潮汐与河流作用的变化规律。

地震相是沉积区沉积过程和沉积体在地震上的综合响应，能解释物源搬运强度和水体能量[7-10]。通过地震相可反映当时的沉积环境，典型的潮汐作用背景下的水动力作用通常较强，在这种高能且不稳定的背景下，三角洲沉积体尤其是潮汐砂脊等的连续性普遍较差[11]；而在河流作用占主体的情况下，潮汐水动力较弱，三角洲沉积体系连续性普遍较好，尤其是典型河控三角洲沉积中发育的席状砂等，具有很好的延展性[12]。古代和现代潮控三角洲和河控三角洲的研究已经证实，无论是潮汐三角洲发育的典型脊状不连续沉积体，或者是河控三角洲体系发育下的连续沉积体系，在纵向上都具有明确且典型的岩相组合特征，这种明确的岩相组合可被地震数据体所记录，具有明确的地震反射特征[13-16]。

对地震数据体相位特征的研究已经证实，对于砂脊和沙席等特殊岩性体，利用90°相位化的三维地震数据更能直观明确这些特殊岩性体的空间分布；而典型单一潮汐砂脊和席状砂的厚度大都小于4 m，多个砂脊和席状砂的组合厚度最大能达到约40 m，在深度3 000～5 000 m的古代沉积体系中(地震波速率接近4 000 m/s)，地震主频介于5～50 Hz，能取得最好的识别效果[16-17]。基于此，在90°相位转换的前提下，利用地震主频域为31 Hz的高精度三维地震资料，结合测井沉积体系划分和拾取的钻井地震相标准，能很好地建立定量化识别沉积体系的波长/波高指标，明确沉积体系在平面上的分布规律。在地震剖面上，波长(L)/波高(H)比值可反映潮汐作用还是河流作用占主体；L/H值越小，沉积体横截面规模越小，反映潮汐改造作用越强，属于潮汐控制作用背景，易形成脊状砂；而L/H值越大，沉积体横截面规模越大，反映潮汐作用越小，属于河流控制作用背景，易形成席状砂(图1)。

图1 典型潮汐砂脊体剖面[18-19]

1.2 地球物理判别方法

1.2.1 关键参数拾取

(1)ΔGR值的获取。根据测井数据，去除无效数据后得到目的层内各深度的GR值。ΔGR值为相邻的2个GR值的标准差。每口井进行处理时，选择上覆地层或下伏地层时须一致(相邻地层的深度差为0.125 m,为GR曲线提取的最小间距)。得到各深度后，对各层段ΔGR值的最大范围进行拾取。如图2所示，X0-Xn+1深度段地层对应GR值分别为GR1、GR2…GRn；深度段X1-Xn对应的ΔGR值为：ΔGR1=|GR1-GR0|，ΔGR2=|GR2-GR1|，…，ΔGRn=|GRn-GRn-1|(或者ΔGR1=|GR1-GR2|，ΔGR2=|GR2-GR3|，…，ΔGRn=|GRn-GRn+1|)。

图2 ΔGR值参数获取流程

(2)波长/波高比值的获取。通过对典型地震相进行拾取，地震剖面上的H0和L0值可通过手工或软件进行拾取，由于比例尺不同，需进行相应转换。H0值通过纵向比例尺可转换为H1，根据该区域的时深关系可进行转化，L0可通过横向比例尺关系转化为实际的波长L1，此时即可得到单一典型地震相的波长/波高值(H/L1)(图3)。通过统计单一区域、单一时期内不同典型地震相的波长/波高比值，取其平均值，即为该区域在这一时期内的波长/波高比值。

图3 典型孤立地震相波长/波高值获取

1.2.2 关键参数拟合及判别

基于拾取的ΔGR值，结合该钻井已有的岩性照片、砂泥岩组合等，对该目的层段沉积构造判断沉积环境，分析、拟合河控—潮控三角洲沉积体系最大GR值范围，建立河控—潮控三角洲沉积体系ΔGR判别指标。

基于测井三角洲沉积体系划分和拾取的钻井地震相标准，拟合河控—潮控三角洲沉积体系波长/波高值范围，建立河控—潮控三角洲沉积体系波长/波高判别指标。

2 西湖凹陷平北地区表征刻画实例

2.1 区域地质概况

西湖凹陷位于东海陆架盆地西北部(图4a)，是目前东海陆架盆地中发现的主要含油气凹陷。西湖凹陷主要发育古近系始新统平湖组、渐新统花港组等含油气层段[20-23]。受太平洋板块俯冲影响以及菲律宾板块的挤入，导致东海陆架盆地发生多幕反转并发生弧后挤压，盆地整体上处于局限海沉积背景。平湖组沉积时期属于断拗转换时期，海水涌入导致盆地内以潮汐作用为主的三角洲较为发育，早期的局限海背景逐渐演变为晚期的开阔海背景，河流为主的河控三角洲也在盆地内大量发育。西湖凹陷平北地区处在这种海陆过渡区斜坡背景下，平湖组沉积时期整体处于海陆过渡、河潮共控的沉积背景，发育潮汐—河流三角洲沉积体系[24]。

西湖凹陷平北地区平湖组由老到新发育SQ1、SQ2、SQ3三套三级层序[25]，研究区由南向北可划分为A区、B区和C区，同时由陆向盆可划分为单斜带、第一坡折带和第二坡折带[26](图4b-c)。如何在平北地区少井甚至无井区有效判别平湖组沉积时期该区沉积环境的演化过程，以及河控、潮控和河—潮联控沉积体系的演化规律，一直是一个难以解答的问题。基于此，本文综合利用钻井和地震资料，识别和刻画该区河控—潮控沉积体系。

2.2 基于△GR测井识别河控—潮控三角洲沉积体系

在西湖凹陷平北地区实例研究中，选取了该区钻遇平湖组的20口钻井(图4b)。其中6口为取心井，A-1、B-1和C-2井的取心层段用于获取河控—潮控三角洲沉积体系ΔGR判别指标参数，B-2、B-3和C-1井的取心层段用于ΔGR判别指标参数验证；其他钻井的无取心层段进行范围拓展的判别应用。

图4 东海陆架盆地区域构造特征(a)、西湖凹陷平北地区断裂与井位分布(b)及新生代地层综合柱状图(c)

2.2.1 △GR判别参数的获取

根据已有的钻井测井资料，通过测井曲线组合形态以及钻井岩心资料，在潮汐作用占主体的区域，拟合出潮控三角洲沉积体系的最大GR值范围；在河流作用占主体的区域，拟合出河控三角洲沉积体系的最大GR值范围；而在判定的河流与潮汐作用共同影响的区域，拟合出过渡型沉积体系的最大GR值范围。

根据A-1井单井综合柱状图(图5a)显示，SQ2层序GR曲线形态以钟型为主，齿化程度高，岩性组合以厚层泥岩夹砂岩为主；GR曲线的齿化程度高，表明了韵律型沉积，水动力条件呈间歇性变化。而根据SQ2层序岩心显示，主要发育脉状层理和透镜状层理等沉积构造，含生物扰动构造，是典型的潮汐作用特征。对A-1井SQ2层序GR曲线进行处理得到ΔGR曲线，其最大ΔGR值为15～20 API。

图5 东海西湖凹陷平北地区取心层段河控—潮控三角洲沉积体系齿化程度连井对比

根据B-1井岩心综合柱状图(图5b)显示，SQ2层序GR曲线以微齿状为主，齿化程度中等，岩性为厚层泥岩夹薄层砂岩和煤层。B-1井岩心所取层段属于SQ2层序，岩心内显示有青鱼骨刺层理构造、双黏土层和潮汐层理构造，表明此时的沉积环境受到潮汐水流的影响；岩心还显示发育板状和楔状交错层理及定向泥砾，表明此时的沉积环境受到河流的影响。因此，SQ2层序时期该区处于河流和潮汐作用共同控制三角洲沉积的背景。对B-1井SQ2层序的GR曲线进行处理得到ΔGR曲线，其最大ΔGR值为10～15 API。

根据C-2井岩心综合柱状图(图5c)显示，SQ3层序GR曲线形态以箱型为主，岩性组合底部为厚层砂岩，上部为厚层泥岩夹薄层砂岩，GR曲线齿化程度整体较低，局部较高。C-2井取心段处于SQ3层序，岩心显示发育槽状交错层理和攀升层理，含变形构造，是典型的河流作用特征。对C-2井SQ3层序的GR曲线进行处理得到ΔGR曲线，其最大ΔGR值为5～10 PAI。

根据A-1、B-1和C-2钻井GR曲线形态、岩心表征，进行河控、潮控、河控—潮控联合控制三角洲沉积体系判别，通过对GR曲线进行处理得到ΔGR曲线，即可对潮控、河控、河控—潮控三角洲沉积体系的边界进行定量化识别。研究区平湖组三角洲沉积体系的判别指标参数为：潮控三角洲沉积体系最大ΔGR值为ΔGR>15 API；河控—潮控联合控制型沉积体系最大ΔGR值为10 API<ΔGR<15 API；河控型三角洲沉积体系最大ΔGR值为ΔGR<10 API。

通过对其他井的GR曲线进行处理，应用定量化识别标准(最大ΔGR值范围)判断三角洲沉积体系类型，再通过该井的岩心测井分析得到的三角洲沉积体系类型进行检验。

对B-3井SQ2层序的GR曲线进行处理得到ΔGR曲线，SQ2层序最大ΔGR值为10～15 API，表明SQ2层序属于潮控—河控过渡型三角洲沉积体系。据B-3井单井综合柱状图显示(图6a)，SQ2层序的GR曲线形态组合为箱型加齿形，齿化程度中等，岩性组合由早期的厚层泥岩夹砂岩、夹有少量煤层，过渡为晚期的砂岩与泥岩互层。根据B-3井SQ2层序岩心显示，具有板、楔状交错层理和双黏土层构造，弱冲刷面，潮汐层理构造，表明此时期河流和潮汐作用共同控制三角洲沉积的背景，这与测井曲线定量化值(ΔGR)所识别的三角洲沉积体系类型一致。

对B-2井SQ2层序段内的GR曲线进行处理得到ΔGR曲线，SQ2层序的最大ΔGR值为15～25 API，表明该层段属于潮控三角洲沉积体系。据B-2井单井综合柱状图(图6b)显示，SQ2层序GR曲线组合形态底部以箱型为主，上部以微齿状为主，齿化程度较高，GR曲线的齿化程度高，表明了韵律型沉积，水动力条件呈间歇性变化。根据B-2井SQ2层序岩心显示，具有透镜状层理，含生物扰动构造，是典型的潮汐作用特征，表明B-2井在SQ2层序时期属于潮控三角洲沉积体系。这与测井曲线定量化值判断所得到的三角洲沉积体系类型一致。

图6 东海西湖凹陷平北地区取心段河控—潮控三角洲沉积体系齿化程度判别指标

对C-1井SQ2层序的GR曲线进行处理得到ΔGR曲线，其最大ΔGR值为5～10 API，表明C-1井的SQ2层序属于河控三角洲沉积体系。根据C-1井单井综合柱状图显示(图6c)，SQ2层序的GR曲线形态为下部漏斗型，上部钟型，齿化程度整体较低，局部较高，岩性为厚层泥岩夹砂岩，在SQ2层序内岩性下部多为薄层砂岩，而上部含有厚层砂岩。根据C-1井SQ2层序的岩心显示，具有平行层理、砂纹交错层理及爬升层理，表明SQ2层序时期该地区的沉积受到了河流作用的控制。这与测井曲线定量化值判断所得到的三角洲沉积体系类型一致。

通过与建立的河流、潮汐和河—潮联控背景下的沉积体系齿化度对比(表1)，指示定量化的ΔGR的最大值范围与河控、河控—潮控、潮控沉积体系具有一一对应关系，即ΔGR<10 API反映河控三角洲沉积体系，10 API<ΔGR<15 API反映过渡型沉积体系，ΔGR>15 API反映潮控三角洲沉积体系。因此可通过定量的ΔGR最大值范围来识别河控—潮控沉积体系。

表1 东海西湖凹陷平北地区取心井不同层段内的△GR最大值范围

2.2.3 无取心段沉积体系判别范围扩展

通过对研究区不同单井各层段△GR值最大范围值拾取(表2)，得到了相同区域从SQ1到SQ3时期潮汐作用逐渐减弱的分布规律，以及同一时期内从第二坡折带到斜坡带(由海到陆)潮汐作用逐渐减弱的分布规律。在此基础上，对研究区河控—潮控标志地震相进行拾取并统计相关参数，通过对相关参数分析，得到该区河控—潮控三角洲沉积体系的分布规律。

试验地区豇豆获得1 875 kg/hm2的产量，种植密度、氮肥、磷肥和钾肥的最优取值范围为：种植密度为120 465～128 295 株/hm2，施N 40.49～54.66 kg/hm2，施P2O5 42.92～56.24 kg/hm2，施K2O 57.91～65.93 kg/hm2。

表2 东海西湖凹陷平北地区各井不同层段内的△GR最大值范围

2.3 基于地震相识别河控—潮控三角洲沉积体系

2.3.1 河控—潮控标志地震相拾取

根据钻井信息，得到研究区内从SQ1到SQ3时期潮控作用逐渐减弱的分布规律；地震相指示研究区由SQ1时期的潮控三角洲沉积体系转换为SQ3时期的河控三角洲沉积体系。通过NE向地震剖面(图7)显示，SQ1层序中同相轴呈底平顶凸样式的地震相分布较多，为潮控三角洲沉积体系下脊状砂对应的地震相显示；而SQ3层序中同相轴呈长轴连续反射席状样式的地震相分布较多，为河控三角洲沉积体系下席状砂对应的地震相显示。

图7 东海西湖凹陷平北地区河控—潮控沉积体系标志地震相

2.3.2 河控—潮控标志地震相分布

第二坡折带主要发育孤立型砂体，因此在潮控作用占主体时以发育脊状砂为主，而在河控作用占主体时以发育席状砂为主。因此在地震剖面上通过地震相差异，可较好体现出潮控作用与河控作用的强弱关系。

通过第二坡折带部位NE向(垂向潮汐作用方向)剖面(图8)显示，SQ1—SQ2—TST时期的沉积体中，A区发育较多地震同相轴为底平顶凸的孤立型脊状的地震相；B区发育较多地震同相轴为底平顶凸的串珠型脊状的地震相；C区发育较多地震同相轴为底平顶凸的连续型脊状的地震相。各区在此时期以发育脊状砂为主，表明均以潮汐作用控制占主体；但从A区到C区，孤立反射地震相连续性逐渐变好，表明从A区到C区的潮汐作用逐渐减弱。

图8 东海西湖凹陷平北地区第二坡折带孤立沉积体地震形态

SQ2—HST—SQ3时期的沉积体中，A区发育较多地震同相轴为底平顶凸的连续型脊状的地震相，B区和C区则发育较多地震同相轴为连续席状分布的地震相，表明B区和C区已转变为河控三角洲沉积体系。A区虽仍为潮控三角洲沉积体系，但潮汐作用影响已明显减弱，标志地震相由早期的孤立型转换为连续型。

2.3.3 沉积环境地震相定量化标准

以40为间隔，通过对CDP范围5500～6060的地震剖面不同时期典型地震相的波长、波高参数进行拾取，得到不同区域不同时期的波长/波高平均值，以此来重现潮汐和河流作用在平北地区的演化规律。A区在早期为典型的潮控三角洲沉积体系，典型地震相波长/波高值范围为5～15；晚期为河控—潮控过渡型沉积体系，典型地震相波长/波高值范围为15～20。B区在早期为潮控三角洲沉积体系，典型地震相波长/波高值范围为10～20；晚期为河控三角洲沉积体系，典型地震相波长/波高值范围为15～25。C区在早期属于河控—潮控过渡型沉积体系，典型地震相波长/波高值范围为10～20；晚期属于河控三角洲沉积体系，典型地震相波长/波高值范围为20～30(图9)。

图9 东海西湖凹陷平北地区第一、二坡折带潮控—河控三角洲沉积体系波长/波高参数拾取

通过对系列剖面不同的典型地震相的波长/波高参数进行统计，潮控三角洲沉积体系的标志地震相地震同相轴波长/波高比值小于15；河控—潮控过渡型沉积体的标志地震相地震同相轴波长/波高比值为15～20；潮控三角洲沉积体系的标志地震相地震同相轴波长/波高比值大于20。

3 油气地质启示及意义

近年平北斜坡带油气勘探主要围绕构造油气藏展开，已发现的构造油气藏包括大断层下降盘滚动背斜型油气藏、古隆起背景上的断鼻油气藏、复杂断裂体系下的断块油气藏等类型[26]，而岩性油气藏的勘探相对薄弱。

基于河控—潮控三角洲体系判别，针对西湖凹陷西斜坡宝云亭隆起阻挡的隆洼相间的地貌格局解构可知，早期(SQ1—SQ2)断裂为叠覆型改造转换样式，沉积体呈NEE向条带状分布，顺凸起侧缘发育顺凹槽物源方向的潮控三角洲沉积，外缘发育系列指状改造的潮滩砂；晚期(SQ3)宝云亭低隆地貌限定作用持续减弱，发育中型河控三角洲和潮控三角洲体系，垂向上河控三角洲体系范围逐渐增大，靠近盆地中央侧潮控体系范围持续缩小。整体上，宝云亭低凸起侧缘陆源碎屑供给充足，砂质来源于西侧潮控三角洲前缘水下分流水道砂体，受到潮汐等水流作用改造；低凸起之上及其侧缘发育潮汐砂坝沉积微相，其单层厚度较大，粒度适中，物性较好，同时，受水下低隆起影响和潮汐作用改造，易于在古隆起之上及其周边形成岩性圈闭。此外，生烃层序(SQ2)烃源岩已经进入成熟和高成熟(埋深大于3 500 m)[26]，向低隆侧油气汇聚条件十分有利，可形成自生自储型油气藏。

在该分布规律指导下，平北斜坡带的岩性油气藏勘探取得了良好效果。其中，宁波19区处于宝云亭低隆与反向断阶调节控制的深洼区，内部地层呈双向超覆终止特征，结合钻探后井位岩性组合与含油气性测试分析，证实格架内岩性油气藏发育模式为典型的潮控至河控三角洲体系前缘改造砂坝或水道砂岩油气藏；所钻井单井油气储量丰度和单层产量均为平北区勘探最佳，储量丰度达到500×104t/km2。利用基于钻井和地震相结合的地球物理判别和刻画河控—潮控三角洲沉积体系及其空间分布，为有利砂岩油气藏的勘探提供了可靠的证据支撑。该方法也能广泛应用于具有类似沉积背景的陆架边缘三角洲的石油地质勘探之中。

4 结论

(1)基于自然伽马测井曲线齿化程度的标定、验证以及范围扩展，为判别河控—潮控三角洲不同主控因素的沉积环境提供了定量化判别指标。在实例研究中，最大ΔGR<10 API整体上反映了河控作用为主的三角洲沉积环境，而最大ΔGR为10～15 API整体上反映了河控和潮控作用同时共存的过渡型沉积环境，最大ΔGR>15 API则整体上反映了潮控作用为主的三角洲沉积环境。

(2)在90°相位标定的基础上，利用典型孤立沉积体在地震相的差异，建立了一套不同沉积环境背景下的地震相判别标准。其中，潮汐作用为主的背景下，主要发育典型的底平顶凸的孤立地震相；河控作用为主的背景下，以连续席状孤立地震相为主；河流作用和潮汐作用都较为显著的背景下，主要以连续脊状等中间形态地震相出现，指示潮汐和河流共存的沉积环境。

(3)东海西湖凹陷平北地区的实例应用显示，在宝云亭低隆起限定下，西侧河流供给的沉积物受到了潮汐作用的改造影响，同时由于低隆起地貌的限定作用，在潮汐—河流共同控制下易发育多套厚层砂泥岩组合，其粒度适中，物性较好，在实际勘探中被充分验证。该方法为河控—潮控沉积体系的有利储层勘探提供了可靠证据支撑，也可为其他类似沉积背景下的油气勘探提供借鉴。