渤海灣盆地束鹿凹陷中南部沙三下亞段致密泥灰巖儲層分布預測

曹鑒華，王四成,賴生華，熊聰聰

(1.天津科技大學，天津 300222； 2.中國石油 華北油田分公司，河北 任丘 062552； 3.西安石油大學， 陜西 西安 710065)

渤海灣盆地束鹿凹陷中南部沙三下亞段致密泥灰巖儲層分布預測

曹鑒華1，王四成2,賴生華3，熊聰聰1

(1.天津科技大學，天津 300222； 2.中國石油 華北油田分公司，河北 任丘 062552； 3.西安石油大學， 陜西 西安 710065)

渤海灣盆地束鹿凹陷中南部古近系沙河街組三段下亞段(沙三下亞段)泥灰巖儲層非常致密，具有源儲一體、大面積連續分布、含油性好且邊界不受構造控制等特性，勘探潛力巨大。但由于沙三下亞段巖性復雜、泥灰巖儲層物性很差且非均質性強，儲層預測難度大。為此在儲層基本特征分析的基礎上，提出針對致密泥灰巖儲層的地球物理綜合預測技術。首先，通過多井對比及井-震精細標定建立地震層序框架，細分沉積單元，落實構造背景；然后，采用地質模型正演、基本地震屬性分析、疊后波阻抗反演等處理分析技術開展致密儲層定性解釋；最后，在地震層序界面約束下結合地層切片技術對致密泥灰巖儲層開展三維時空動態分布預測。綜合研究結果表明，研究區沙三下亞段為一個完整的三級層序；泥灰巖儲層空間分布范圍隨沉積階段由低位域—湖侵域—高位域變化而逐步擴大。其中，洼槽區為沉積中心，其泥灰巖厚度最大；湖侵域晚期泥灰巖分布范圍最廣，且相對較純；而臨近洼槽區的西斜坡內帶北北東向斷裂發育，泥灰巖與礫巖交互沉積，為尋找勘探甜點的有利區域。

致密油；儲層分布；泥灰巖；束鹿凹陷 ；渤海灣盆地

束鹿凹陷油氣地震勘探工作始于20世紀70年代，截止目前已有多口井在泥灰巖段測試獲得了工業油流，其中ST1井鉆遇含油泥灰巖儲層厚度達到了600 m以上。綜合研究表明，泥灰巖儲層屬于一類典型的致密油儲層，其物性非常差，具備源儲一體、縱向厚度大、橫向分布面積廣等特征，勘探潛力巨大，華北油田已經將其列為非常重要的致密油勘探目標加以攻關研究。為此本文利用地球物理綜合預測技術開展泥灰巖儲層分布研究，探索致密泥灰巖儲層分布規律認識，為泥灰巖甜點勘探提供可靠依據。

1 地質概況

束鹿凹陷位于渤海灣盆地冀中坳陷南部，是在古生界基底上發育起來的呈北東向展布、東斷西超的半地塹凹陷，屬于冀中坳陷6個主要富油坳陷之一[1]。受內部古隆起及斷裂持續活動的影響，在古近系沙河街組三段下亞段(沙三下亞段)沉積過程中，整個湖盆被分割為3個不完全暢通的獨立水體部分，水體由北往南逐步咸化，進而導致沉積序列的變化，即北洼槽為砂、泥碎屑巖沉積、南洼槽為膏鹽巖沉積，而面積最廣的中洼槽區則沉積了一套半深湖-深湖碎屑流碳酸鹽巖質礫巖、泥灰巖、灰質泥巖、頁巖等復雜巖性建造[2]。

研究區地層呈東斷西超、東厚西薄的分布特征，構造呈“兩隆兩洼一坡”格局分布，兩隆即北部臺家莊、中部荊丘古隆起、兩洼即中洼槽和南洼槽、一坡即西斜坡。目前鉆遇泥灰巖段的探井主要分布在中洼槽斜坡帶，其中靠近中洼槽部署的ST1井鉆遇泥灰巖厚度達600余米。

2 泥灰巖儲層基本特征

研究區沙三下亞段巖性構成較為復雜，包括砂礫巖、泥灰巖、泥巖、油頁巖、膏鹽巖等，其中砂礫巖、泥灰巖具備一定的油氣儲集能力，已有多口井在這兩類儲層中測試獲得了工業油流。砂礫巖儲層屬于常見的儲層類型之一，其具有重力流成因[3]，呈厚層塊狀分布，物性較差但被包裹在生油巖中，易于成藏。泥灰巖儲層則非常特殊，為特殊古地理背景下的湖相混合沉積產物[4],物性很差，而地球化學分析表明其本身即是生油巖，有機質豐度高，完全具備自生自儲、源儲一體成藏要素。從已鉆遇泥灰巖井來看，泥灰巖整段含油，取心段油跡清晰，在實施壓裂后油氣產出可達到工業標準，但產量衰減也快。根據國內外學者對致密油的定義和描述[5-11]，泥灰巖儲層為一種典型的非常規致密油類型儲層。

泥灰巖儲層總體致密，物性差，為超低孔低滲型儲層。對研究區ST1井樣品測試孔隙度、滲透率進行分布頻率統計，孔隙度平均值為1.34%，近72%樣品孔隙度分布在0.5%～2.5%；滲透率平均值為2.59×10-3μm2，90%樣品滲透率在5×10-3μm2以下，變化范圍為0.04×10-3～4.28×10-3μm2。當存在裂縫時滲透率值明顯增大，最高可達38.4×10-3μm2。

泥灰巖儲層具有較易辨識的測井響應特征，主要體現為較低自然伽馬、較低聲波時差、中等電阻等特征。從聲波阻抗分布范圍對比來看，泥灰巖聲阻抗值處于中等區間，礫巖阻抗最高，而灰質泥巖、泥巖、頁巖、膏巖等相對偏低。從阻抗分布區間來看，巖性之間有較小范圍重疊，但整體差異明顯。考慮到現有地震預測地質目標尺度均以米為單位來衡量，同時便于后續的巖性分布預測，對于主要巖性成分以粒級標準同時參考聲阻抗特征主要劃分為三類：高阻抗粗粒級礫巖、中等阻抗較細粒級泥灰巖、低阻抗細粒級泥巖(包括如泥巖、頁巖、膏巖、灰質泥巖、粉砂質泥巖等)。

3 地球物理綜合預測技術

3.1 井-震綜合標定及層序格架

井震標定是連接井數據與地震數據之間的橋梁，是地震解釋和儲層預測的基礎。研究區探井較多，在對各井測井曲線進行標準化處理后，從地震數據提取子波開展了合成記錄標定。如圖1為J100井沙三下亞段標定示例。可以看出，井震匹配關系良好，測井曲線特征很好的指示了巖性及地層層序變化，同時整個沙三下亞段在地震剖面上對應四個波組反射，這在全工區都可以對比追蹤解釋。

綜合測井、取心、地球化學測試、地震等資料將沙三下亞段劃分為一個完整的3級層序，包括低位域、湖侵域、高位域3個體系域單元，而基于地震反射波組特征則可將沙三下亞段細分為4個沉積單元，其中第Ⅳ單元為低位體系域，湖侵域包括Ⅲ和Ⅱ兩個單元，Ⅰ單元為高位體系域。以J100井為例，第Ⅳ單元以礫巖沉積為主，其頂部為湖泛面，沉積了較低速的泥灰巖與泥巖，整個單元頂界呈現波峰強振幅反射特征；第Ⅲ單元礫巖沉積仍占主導，其頂界亦為較強波峰振幅反射特征，但橫向上特征變化較大。在Ⅱ單元沉積早期出現湖侵，并在整個沙三下亞段上部湖水一直持續加深，在Ⅱ單元沉積了厚層泥灰巖，而Ⅰ單元則以泥灰巖與泥巖互層為主，同時夾雜較薄重力流成因的礫巖沉積。依據典型井的綜合標定，對各單元頂面開展了全區追蹤解釋，建立了地震層序框架。

3.2 基本地震屬性分析

地震屬性內容十分豐富，種類眾多，在斷裂識別、沉積體系演化、優質儲層分布、烴類檢測等方面都得到了很好的應用，取得了良好的地質效果[12-14]。

圖1 束鹿凹陷J100井沙三下亞段合成記錄標定及層序劃分Fig.1 Well-to-seismic calibration and sequence stratigraphy division for the lower 3rd Member of Shahejie Formation for Well J100 in Shulu sag①,②.切片位置

瞬時振幅、瞬時相位、瞬時頻率等“三瞬”屬性是最經典的基本地震屬性[15-19]。瞬時振幅直接與地層反射系數相關，因此常用于指示巖性及其速度、孔隙、流體等導致反射系數變化的因素。瞬時相位是地震剖面上同相軸連續性的量度，無論反射能量強弱，其相位都能顯示出來。因此利用瞬時相位能很好的對地層反射異常邊界進行識別。瞬時頻率為相位的時間變化率。瞬時頻率與地層頻率特性有關，而后者又往往與沉積物顆粒粗細、含油氣等緊密聯系，因此常用瞬時頻率屬性判斷地層的均質性、烴類預測等。

對于同一探測地層對象，三種瞬時信息在相同位置均發生明顯變化表明地層的明顯異常，如地層速度和物性的變化。在三種屬性中，瞬時相位的變化最明顯，分辨率最高，而瞬時頻率和瞬時振幅變化也較為直觀，因此可以利用后兩者確定地下異常區域，用瞬時相位確定變化的邊界。

為了驗證基本地震屬性對目標層段的適用性，基于沙三下亞段巖性分布特征建立了地質模型并進行了模型正演分析。如圖2a為J100井沙三下亞段層狀速度模型。該井中下部為厚層高速礫巖，中間夾低速泥灰巖和泥巖；中上部礫巖含量減少，巖性主要為泥灰巖與泥巖薄互層組合；頂部及沙三中亞段底部均為低速的泥巖沉積。利用地震資料提取的子波進行正演，獲得地震記錄剖面，并利用希爾伯特變換計算獲取三瞬屬性(圖2b—d)。

分析可以看出：①瞬時振幅是對巖性速度或波阻抗差異的一種直接響應，兩處振幅包絡強值區域(黃紅色指示)分別出現在層段下部分層nhy3和層段上部分層nhy1處，均為巖性組合速度變化差異大所引起，而巖性速度接近或者差異較小時，振幅包絡值均處于中低值區域；②瞬時相位則突出了巖性變化的邊界，每一個相位的突變基本上都對應著巖性的分界面，而同一套巖性內部相位基本保持不變；③瞬時頻率對中上部泥灰巖與泥巖薄互層組合比較敏感，頻率呈現高值，而在同一套巖性內部均質性較強，頻率也偏低。與速度模型相比，這三種基本地震屬性剖面縱向分辨率相對偏低，而且均無法直接辨識巖性，但對存在巖性速度差異區域具有較為敏感的響應。

3.3 地震波阻抗反演

致密泥灰巖儲層與圍巖存在一定阻抗差異，為波阻抗反演識別巖性提供了可靠基礎。對工區目標層段開展波阻抗反演及屬性參數反演，獲得了波阻抗反演體及自然伽馬反演體。并采用篩除法識別泥灰巖類巖性：首先從波阻抗體中去除高阻抗礫巖類樣點，然后綜合利用保留的波阻抗體與伽馬體剔除泥巖類樣點，最后獲得泥灰巖類巖性數據體。如圖3即為采用篩除法識別泥灰巖儲層實例，從圖中可以看出泥灰巖在沙三下亞段各沉積單元內、不同構造位置均有分布，同時往凹陷中心泥灰巖呈現增厚趨勢。

4 致密泥灰巖儲層分布預測

泥灰巖具有空間分布廣泛、縱向厚度變化大的特征，定量預測非常困難，為此以探索儲層分布規律、尋找優勢分布區域為主要研究目的，在研究過程中基于地震反演屬性和基本屬性，利用地震層序界面及切片技術開展儲層時空分布規律預測。將沉積單元的頂底界面作為參考標準層制作地層切片，形成一系列的近似等時沉積切片，并對研究區基本屬性體和波阻抗反演屬性體進行切片處理，在此基礎上對屬性切片開展綜合解釋，預測巖性分布規律。

圖2 束鹿凹陷J100井速度模型及正演三瞬屬性剖面Fig.2 Velocity model of Well J100 and inversion profiles of 3 seismic attributes in Shulu saga.速度模型；b.瞬時振幅；c.瞬時相位；d.瞬時頻率

圖3 束鹿凹陷沙三下亞段泥灰巖巖性反演預測示例Fig.3 Example of lithology prediction based on seismic inversion in the lower 3rd Member of Shahejie Formation in Shulu saga.聯井波阻抗剖面;b.聯井泥灰巖巖性解釋剖面

下面以第Ⅲ沉積單元1號切片和2號切片為例說明(如圖1中地震道上黑色虛線所示)。圖4為第Ⅲ沉積單元內1號切片位置的多類屬性平面顯示。可以預測：在該沉積時期泥灰巖分布廣泛，研究區中部J11井—ST1H井南—J85井所包圍的洼槽區內為泥灰巖的主體分布區，同時該區域還夾雜有來源于西斜坡的礫巖。該區域為凹陷的古湖盆沉積中心，水動力穩定且較弱，碎屑物質注入相對較少，以內源型碳酸鹽巖混合沉積為主，從而沉積較厚的泥灰巖。瞬時振幅表現為中弱值特征，相位較為穩定，頻率以低頻為主，局部存在高頻，這些屬性特征均表明該區域沉積的巖性基本一致，局部存在巖相變化。西斜坡帶則是以礫巖沉積為主，這與其靠近西側主物源近、古地勢較陡有關。同時從全區的瞬時相位分布特征來看，在洼槽區與西斜坡區中間存在一個相位轉換區域，即是坡折帶，該區域內北東東向斷裂發育，延伸距離較長，已鉆井顯示巖性具有礫巖和泥灰巖交互特征，在瞬時頻率屬性上也顯出頻率變化快的特征。

圖5為第Ⅲ沉積單元內2號切片位置的多類屬性平面顯示。屬性切片特征表明：在該沉積時期湖盆水體加深，湖水邊界西擴，粗粒礫巖沉積范圍縮小，而泥巖、泥灰巖沉積范圍擴大。泥灰巖主體分布較1號切片范圍有所縮小，洼槽區仍然是泥灰巖沉積最集中的區域，其中夾雜的礫巖含量較1號切片時期要少，屬性上振幅基本處于中弱值區間、頻率基本穩定，局部存在振幅強值、相位變化區域。西斜坡帶及工區北側以礫巖沉積為主，但存在阻抗分布不均、振幅強弱交互、相位頻繁轉換、頻率變化快的區域，表明這些區域湖水高頻動蕩、為礫巖與泥灰巖交互沉積區；西南側則以低速的泥巖或頁巖為主，同時存在泥/頁巖與泥灰巖交互沉積區，在瞬時相位屬性上相位比較穩定，同時局部存在高頻區。

圖4 束鹿凹陷沙三下亞段第Ⅱ沉積單元1號屬性切片(切片位置見圖1)Fig.4 The 1st attribute slices of the 2nd sedimentary unit in the lower 3rd Member of Shahejie Formation，Shulu sag(slice position see Fig.1)a.聲阻抗；b.瞬時振幅；c.瞬時相位；d.瞬時頻率

圖5 束鹿凹陷沙三下亞段第Ⅱ沉積單元2號屬性切片(切片位置見圖1)Fig.5 The 2nd attribute slices of the 2nd sedimentary unit in the lower 3rd Member of Shahejie Formation,Shulu sag(slice position see Fig.1)a.聲阻抗；b.瞬時振幅；c.瞬時相位；d.瞬時頻率

基于以上的屬性切片分析方法，對研究區沙三下亞段以沉積單元為分析時窗，利用近20余張地層切片開展巖性分布預測，形成了研究區從低位域、湖侵域到高位域沉積時期變化的巖性三維空間分布和認識。泥灰巖的分布是隨著沉積階段的變化而動態變化的，在低位域湖盆面積相對較小，泥灰巖主要集中在洼槽區，在斜坡帶外側陡坡區則相對不發育；進入湖侵體系域后隨著湖盆面積擴大，泥灰巖分布面積也擴大，整個研究區都存在泥灰巖沉積，第 Ⅲ 沉積單元地層厚度最大、巖性也相對較純，到高位域階段泥灰巖分布面積有一定縮小，更多的呈現與泥巖、頁巖等互層沉積樣式。由于現洼槽區即古沉積中心，因此不管在哪個沉積階段，洼槽區始終是泥灰巖沉積最厚、分布最集中的區域。已有的地球化學分析測試顯示洼槽區也是整個束鹿凹陷的生烴中心，泥灰巖即是烴源巖，而且已經進入成熟、排烴階段。靠近洼槽鉆探的ST1井取心顯示幾乎整個泥灰巖段(縱向厚度接近600 m)都含油，而且樣品油味很重。

環洼槽區的西斜坡內帶為泥灰巖與礫巖交互沉積區，同時發育多條北北東向正斷裂，這些斷裂一方面可以溝通油源，另一方面在斷裂附近存在大量的次生構造縫，極大改善致密泥灰巖儲層的儲滲性能，而且目前已鉆探的井在泥灰巖和礫巖儲層段均有良好的油氣顯示，部分井在泥灰巖儲層段經過壓裂開采已獲得了工業油流。基于國內外現有致密油勘探開發經驗，該區域為尋找泥灰巖致密油的甜點分布區，同時也可對含油礫巖體進行兼探，或以礫巖體為主要地質目標。

5 結論與認識

1) 常規地球物理綜合預測技術在泥灰巖致密油類儲層預測中仍然非常有效。各種證據表明泥灰巖儲層屬于一類非常規致密油儲層，而在研究該類致密油儲層時，巖性、物性、脆性、含油性等成為關鍵評價參數。現有條件下三維地震勘探和地球物理技術仍然是必備的手段，而且具有較為關鍵的作用。井震標定、模型正演、地震屬性、地震反演、地層切片技術等流程組合形成的地震預測技術為獲得研究區泥灰巖儲層分布特征認識奠定了堅實的基礎。瞬時振幅、瞬時相位、瞬時頻率等經典地震屬性值得繼續使用和探討，可以為宏觀巖相分布定性認識提供有意義的參考。

2) 研究區泥灰巖經歷了低位域、湖侵域、高位域3個沉積階段，其分布特征隨之變化。從沉積階段來看，低位域階段泥灰巖主要分布在洼槽區，相對局限，湖侵域晚期泥灰巖分布面積最廣，而且相對較純，到高位域階段則與泥巖、頁巖等互層發育。從分布區域來看，洼槽區是泥灰巖分布最集中、厚度最大的區域，斜坡帶則多為泥灰巖與礫巖或者泥/頁巖交互沉積，其中靠近洼槽區的斜坡內帶是尋找泥灰巖致密油甜點目標的有利區域。

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(編輯 張亞雄)

Distribution prediction for tight marlstone reservoirs in lower 3rdMember of the Shahejie Formation in central and southern Shulu sag,Bohai Bay Basin

Cao Jianhua1,Wang Sicheng2,Lai Shenghua3，Xiong Congcong1

(1.TianjinUniversityofScience&Technology,Tianjin300222,China;2.HuabeiOilfieldCompany,PetroChina,Renqiu,Hebei062552,China;3.Xi’anPetroleumUniversity,Xi’an,Shaanxi710065,China)

This paper focuses on the tight marlstone reservoir in lower 3rdMember of the Shahejie Formation in central and southern Shulu sag,Bohai Bay Basin.The reservoir is of great economic potential,and has the same characteristics as tight oil reservoir,such as reservoir-source coexisting,continuous distribution,oil-bearing but unclear boundary.Owing to its tight physical property and complex sedimentary environment,it is challenging to precisely predict distribution of the marlstone reservoir.In this paper,we presented a comprehensive geophysical workflow for prediction of tight marlstone reservoir.Firstly,the geological and geophysical features of the reservoir are studied.Secondly,multiple wells correlation and well-to-seismic calibration are carried out.Thereafter seismic-based sequential stratigraphy frameworks are established,and depositional units are identified.Then qualitative interpretation for the target reservoir is carried out by using techniques including geophysical modeling,basic seismic attributes analysis and post-stack impedance inversion.Finally,spatial and temporal reservoir distribution is analyzed with the integration of strata slicing technique,seismic attributes analysis and sequential boundary constraints.The results show that the lower 3rdMember of Shahejie Formation can be considered as a complete third-order sequence,and the distribution range of the target reservoir becomes wider as the depositional stages changes from low system tract,to transgressive system tract and finally to high system tract.The reservoir is thickest in central sag,while it is relatively pure and the most extensive in late stage of transgressive system tract.The inner slope has well-developed faults with NEE strike,and interbedded conglomerate and marlstone, thus is a favorable area for further exploration.

tight oil,reservoir distribution,marlstone,Shulu sag,Bohai Bay Basin

2014-02-09;

2014-06-30。

曹鑒華(1979—)，男，講師,地學數據處理與計算機應用、人工智能、油氣地震地質。E-mail：caojh@tust.edu.cn。

國家自然科學基金項目(41372118),(61272509)。

0253-9985(2014)04-0480-06

10.11743/ogg201406

TE122.2

A