渤中坳陷沙北地區(qū)古地貌恢復及其應用

陳樹光，任建業(yè),2，吳 峰，崔 燦，張建麗

（1.構造與油氣資源教育部重點實驗室 中國地質大學，湖北 武漢 430074；2.教育部含油氣盆地構造研究中心，湖北 武漢 430074；3.中石化河南油田分公司，河南 鄭州 450000）

引 言

進行古地貌恢復可以有效揭示物源區(qū)、沉積物的搬運通道、沉積區(qū)以及沉積體系的展布樣式等特征，是控制含油氣盆地沉積相發(fā)育與分布的重要因素[1]，并在一定程度上影響著后期油氣藏的儲蓋組合，因此，古地貌分析已成為油氣勘探的首要任務[2]。目前已在中國多個油氣田開展了古地貌恢復的研究，特別是在預測斷陷期中深層沉積體系的展布方面應用較廣，并取得了豐碩的成果，有效降低了油氣勘探的風險，因此，古地貌恢復研究成為了目前油氣地質研究的熱點[3]。

1 區(qū)域地質概況

沙北地區(qū)處于渤中坳陷的西北部，西鄰黃驊坳陷東北部的南堡凹陷，東鄰渤中凹陷，南邊與沙壘田凸起相連，北緣與石臼坨凸起相接，構造位置上屬于南堡凹陷和渤中西次凹過渡區(qū)的鞍部，是在中生代盆地基礎上發(fā)育的新生代沉積單元。研究區(qū)新生代以來沉積的地層包括始新統(tǒng)沙河街組、漸新統(tǒng)東營組、下中新統(tǒng)館陶組、上新統(tǒng)明化鎮(zhèn)組以及第四系平原組。本文利用新采集的3D地震資料，結合該區(qū)的鉆井、測井及錄井資料，應用沉降史分析的技術方法，結合盆地的構造-層序地層格架，重建了沙北地區(qū)古近系各三級層序底界面的古地貌，并在此基礎上，詳細分析了古地貌對沉積體系和砂體展布的控制作用。

2 研究區(qū)古近系構造層序地層格架

3D地震地質解釋結果和盆地構造地層格架分析表明，研究區(qū)古近系裂陷期表現(xiàn)出了幕式演化的特點。但由于其獨特的地理位置，結合渤海灣盆地古近系發(fā)育演化史，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)不發(fā)育孔店—沙四段地層，這樣通常將渤海灣盆地裂陷期劃分為4幕[4-7]，在研究區(qū)裂陷期卻只發(fā)育了沙河街（沙三—沙一）和東營（東三—東一）2幕。

裂陷Ⅰ幕（沙三—沙一）：沙三時期構造活動較為強烈，地層表現(xiàn)為明顯的削截不整合特征，主要分布在控盆斷裂的活動部位。沙一、二時期，湖平面總體表現(xiàn)為小幅上升，地層分布較廣，由于研究區(qū)處于構造上的鞍部，地層沉積的厚度總體較薄。所以，從油氣田生產(chǎn)實際出發(fā)，將沙北地區(qū)裂陷Ⅰ幕劃分為一個三級層序。

裂陷 ⅠⅠ幕（東三—東一）：為主裂陷幕，地層自下而上劃分為 3個三級層序，分別為SQd3（東三段）、SQd2（東二下亞段）、SQd1（東二上亞段+東一段）。其中 SQd3層序，構造活動較為強烈，層序底界面表現(xiàn)為較強的下削上超反射結構，同時在層序內(nèi)部識別出最大湖泛面（mfs），并將該層序進一步劃分為低位（LST）+湖擴（EST）域和高位域（HST）2部分；SQd2層序是研究區(qū)古近紀發(fā)育最為完整的三級層序，構造活動強烈，地震上表現(xiàn)為低角度前積反射結構，并在層序內(nèi)部識別出了最大湖泛面（mfs）和初始湖泛面（ffs），進而劃分出了低位域、湖擴域和高位域；SQd1層序，構造活動明顯變緩，地震剖面上表現(xiàn)為明顯的前積反射特征，鉆井上砂巖含量普遍較高，層序內(nèi)部沒有明顯體系域界面，研究認為整個 SQd1層序為一個高位體系域。

3 古地貌恢復

3.1 殘余地層厚度恢復

首先在3D地震數(shù)據(jù)體上進行了目的層界面精細層序地層的解釋和閉合，然后利用VSP速度進行時深轉換，便于后面直接讀取深度值。隨后在研究區(qū)均勻地選取了248個控制點（如控制點選多了，工作量將會大增，選少了可能會影響古地貌圖的精度），并在選取控制點時盡量避開了斷層。最后在地震剖面上讀取控制點各個目的層的深度值，再進一步計算便可得到每個控制點各層的殘留厚度值。

3.2 地層剝蝕厚度恢復

依據(jù)沙北地區(qū)的構造結構特征，采用了參考層趨勢延伸法對局部地區(qū)的沙河街層序和東三段層序進行了恢復。

3.3 地層的壓實作用和古水深的校正

地層的壓實作用要考慮恢復區(qū)的可能沉積相特征以及目的層的砂泥巖比值，研究根據(jù)各控制點處地震相特征與實際鉆井處地震相特征進行類比，估算出控制點各層砂泥巖的含量。同時參考鉆井上巖相和古生物資料等進行綜合分析進而估算出各控制點的古水深。

通過以上恢復過程，對研究區(qū)選取的248個控制點的數(shù)據(jù)進行分層并逐一分析落實，此外進行古地貌恢復還需地層界面的年齡，本次依據(jù)渤海海域公認的年齡值，同時還要參考區(qū)域砂泥巖的密度、壓實系數(shù)等參數(shù)對模擬軟件進行設置。最后根據(jù)回剝原理，通過盆地地史綜合模擬軟件（BacKang）計算，得到了研究區(qū)古近系目的層層序的古地貌圖（圖1）。

圖1 沙北地區(qū)古近系各層序的構造-古地貌特征

4 應用分析

4.1 構造-沉積演化過程分析

從恢復結果中可識別出研究區(qū)古地貌，包括凸起、斜坡、洼陷、洼中隆等構造單元，這些單元在不同時期表現(xiàn)形式不盡相同。其中沙壘田凸起和石臼坨凸起一直存在，并持續(xù)提供著研究區(qū)的物源。而4號構造帶和石南次洼早期具有洼中隆的特點，從東三期開始沉降，到東營末期特征已不明顯。研究區(qū)其他次洼也大致經(jīng)歷了緩慢沉降—快速沉降—趨于平靜的演化過程。所以，根據(jù)各時期古地貌特征，可以判斷研究區(qū)古近系經(jīng)歷了初始裂陷期（SQs）—強烈裂陷期（SQd3）—裂陷擴張期（SQd2）—裂陷萎縮期（SQd1）的完整構造演化旋回過程，而且從鉆井巖性粒度特征也相應表現(xiàn)出粗—細—粗的變化特點。

4.2 古溝谷研究

古溝谷在研究區(qū)廣泛發(fā)育于沙壘田凸起北側和石臼坨凸起南側，數(shù)量眾多，但單個規(guī)模較小，僅依靠古地貌恢復難以識別。本文借助3D地震屬性和地震剖面對研究區(qū)進行了綜合分析與識別，結果表明：在沙壘田凸起北側古溝谷較為發(fā)育，這也是曹妃甸次洼扇三角洲較為發(fā)育的原因；目前在凸起上能較好地識別的古溝谷應是東營中后期形成的，凸起上的古溝谷與東營中后期形成的扇體、三角洲體具有較好的對應關系。進行古溝谷分析時要注意時空上的耦合關系。同時，根據(jù)古溝谷發(fā)育的形態(tài)、規(guī)模可以合理推測下游扇體（或三角洲）的大小和規(guī)模以及砂體的富集程度，這對于減少依據(jù)地震相和地震屬性預測沉積體系的多解性，以及降低砂體預測的風險具有重要意義。

4.3 坡折帶分析

根據(jù)研究區(qū)古地貌、邊界斷層活動性以及層序內(nèi)部結構特征等，識別出多種坡折帶類型，主要包括單斷式陡坡坡折帶和斷階式坡折帶2種，其中斷階式坡折帶常為2條或多條近平行排列的斷層組合而成，也被稱為多階性坡折帶，根據(jù)斷層的傾向，又可分為同向斷階式坡折帶和反向斷階式坡折帶。本次以研究區(qū)東二段層序為例，重點分析斷階式坡折帶（圖2）。

圖2 沙北地區(qū)構造坡折帶類型及控砂模式

（1）同向斷階式坡折帶（在研究區(qū)形成NNW向的軸向通道）。主要發(fā)育在石南1號斷層和4號斷層北段控制的區(qū)域內(nèi)。由于4號構造帶處在古潛山的位置，屬于典型的“凹中隆”的構造特點，因此由石南1號斷層和4號斷層控制的區(qū)域容易形成軸向通道。在軸向通道上可發(fā)育辮狀河（扇）三角洲沉積，當三角洲沉積體跨過4號斷層，則在斷層的上盤發(fā)育濁積扇或斜坡扇沉積。研究表明：東二時期，渤海灣盆地整體湖平面開始下降，湖盆開始萎縮，來自北部的古灤河穿過石臼坨凸起NW段的古沖溝進入南堡凹陷，發(fā)育了大型辮狀河三角洲沉積體系，同時還有來自石臼坨凸起上的物源，在斷裂活躍的部位發(fā)育了扇三角洲沉積，以上2種三角洲沉積體在北西向4號構造帶的阻擋下，沿著軸向通道由北北西向南南東方向匯聚直到渤中凹陷。所以在三角洲經(jīng)過的軸向通道上，可能會發(fā)育砂巖透鏡體，在周圍油氣運移經(jīng)過的情況下可形成巖性油氣藏。

（2）反向斷階式坡折帶。主要發(fā)育在研究區(qū)沙東北緩坡帶上，具有多階性坡折帶的特點。在低水位時期，在反向斷階處可發(fā)育斜坡扇，同時在沙東北次洼可形成低位域的砂體富集區(qū)。隨著湖平面的上升，在沙東北緩坡帶發(fā)育退積層序，這時處于較低部位的沙東北次洼開始發(fā)育烴源巖，直到高位體系域結束，這樣在斜坡的低部位就形成了良好的生儲蓋組合，是油氣勘探的重點。同時在湖侵和高位域時，斜坡上的反向斷階帶為砂體的聚集提供了良好的場所，同時容易形成圈閉，成為低部位形成的油氣運移和聚集的有利指向部位。

4.4 古地貌對砂體的控制——以東二段層序為例

斷陷盆地的充填演化是一個動態(tài)變化的體系 ，沉積體系的展布是隨著不同時期構造-古地貌的變化不斷發(fā)生遷移的。不同時期的構造活動方式不同，產(chǎn)生的古地貌形態(tài)千差萬別，而古地貌形態(tài)是決定原始沉積物的來源、搬運、沉積充填過程、砂體展布規(guī)律的直接因素[9-10]。根據(jù)恢復的古地貌圖，結合古溝谷和坡折帶的研究，詳細解剖東二段層序低位和高位體系域的古地貌對砂體的控制作用。

東二段層序時期，對6-2X井砂體的來源爭議較大，傳統(tǒng)認為物源來自沙壘田凸起，主要依據(jù)距離沙壘田較近的原則。本次通過3D地震剖面的詳細解剖和古地貌諸要素的綜合分析認為，在沙壘田凸起的東側古溝谷不發(fā)育，說明東營時期水動力條件不強，地震上前積反射特征不明顯，緩坡帶上反向斷階帶較為發(fā)育（可攔截東進的物源，繼而轉向南下），且低位域時距離沙壘田凸起更近的6-1X井砂體都不發(fā)育，以上因素綜合分析，均不支持傳統(tǒng)觀點。而根據(jù)本次古地貌恢復結果，結合3D地震剖面分析，認為6-2X井物源很可能順著NNW向的軸向通道，一直向SE方向運移，經(jīng)過該井。首先4號斷層北側物源來源前人已作詳細研究，表明物源來自北部，這為物源繼續(xù)南下提供了可能；其次，沿軸向通道的地震剖面上前積反射特征非常明顯，這與其他方向前積反射不明顯的特征形成鮮明對比；最后，古地貌恢復結果支持NNW向物源的說法。因此本文認為6-2X井的物源來自NNW向的軸向通道。如果這一認識得到證實，那么在NNW向的軸向通道上尋找東二段時期儲集體將非常有利，并將極大促進該地區(qū)的勘探。

5 結 論

（1）在研究區(qū)古近紀搭建的層序地層格架的基礎上，采用三維盆地地史模擬的方法，對沙北地區(qū)古近系三級層序進行了古地貌恢復，恢復的古地貌反映了研究區(qū)構造演化旋回（初始裂陷期—強烈裂陷期—裂陷擴張期—裂陷萎縮期）特征，對于準確把握沉積體系的展布及演化規(guī)律具有重要指導作用。

（2）通過精細恢復東二時期各體系域的古地貌，結合該時期對古溝谷和坡折帶的研究，確定了NNW向軸向物源對石南次洼的影響。

（3）通過古地貌各要素對沉積砂體控制作用研究，認為源、溝、坡（槽）、洼、時等多要素的綜合分析，并實現(xiàn)時空上的完全耦合，是明確沉積砂體展布特征以及進行有效油氣勘探開發(fā)的關鍵。

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