淺水三角洲砂體分散體系控制因素研究——以渤海海域石臼坨凸起明化鎮(zhèn)組下段為例

王德英，楊海風(fēng)，于喜通，谷志猛 （中海石油 （中國）有限公司天津分公司，天津300452）

傳統(tǒng)研究認(rèn)為渤海海域新近系眀化鎮(zhèn)組 （Nm）以曲流河沉積為主，曲流河河道砂體和泛濫平原泥巖可構(gòu)成良好的儲蓋組合。但由于河道砂體多呈不連續(xù)的條帶狀展布，基于目前儲層沉積和儲層反演技術(shù)的預(yù)測，難以進(jìn)行準(zhǔn)確有效的刻畫，存在較大的勘探風(fēng)險。隨著渤海油田增儲上產(chǎn)的發(fā)展需求，亟需加強對淺層新近系的勘探，為油田的快速穩(wěn)定發(fā)展提供儲量保障。為此，諸多專家學(xué)者在系統(tǒng)研究渤海海域新近系古地理的基礎(chǔ)上，對其沉積體系展開了大量研究。研究認(rèn)為，新近系渤海海域為湖盆萎縮階段，由于盆地發(fā)育期構(gòu)造穩(wěn)定、沉降緩慢，且具有“盆大水淺、地形平緩”等特征，利于淺水三角洲沉積體的發(fā)育［1～4］。渤海海域勘探實踐表明，淺水三角洲分流河道砂體、河口壩砂體、席狀砂體連續(xù)性和連通性遠(yuǎn)好于曲流河沉積，砂體整體形態(tài)上呈現(xiàn)出明顯的扇狀－坨狀，展布面積大，為大規(guī)模油氣聚集提供了基礎(chǔ)。得益于該認(rèn)識的提出，2010～2012年，渤海油田以淺水三角洲砂體為主要研究目標(biāo)，在石臼坨凸起這一勘探老區(qū)展開了大規(guī)模的構(gòu)造巖性勘探，并獲重大突破，成功發(fā)現(xiàn)一新的億噸級油田，有望再次掀起渤海海域淺層勘探的高潮，加速了勘探戰(zhàn)略的轉(zhuǎn)移。筆者基于最新勘探成果，從層序結(jié)構(gòu)、古地貌、基準(zhǔn)面旋回等多個角度，對淺水三角洲沉積體系內(nèi)砂分散體系控制因素進(jìn)行探討，以期對渤海海域下步淺層油氣勘探有所啟示。

1 區(qū)域概況

石臼坨凸起是渤海灣盆地的一個重要的二級構(gòu)造單元，位于渤海海域的中部，夾持于渤中凹陷和秦南凹陷2大生烴凹陷之間，面積約1000km2。目前，石臼坨凸起已基本被三維地震所覆蓋，且已在十幾個構(gòu)造上鉆探各類探井50余口，是渤海海域油氣勘探程度較高的區(qū)域之一，也是渤海油田重要的儲量增長區(qū)。已鉆井揭示，石臼坨凸起在基底潛山之上古近系東營組、新近系館陶組和Nm、第四系平原組等連續(xù)沉積，其中主要含油氣層系為Nm。構(gòu)造研究表明，石臼坨凸起中段新近系沉積時期構(gòu)造活動相對穩(wěn)定，湖泊水域范圍較大，但水體較淺，湖底地形坡度相對較小，具備發(fā)育淺水三角洲沉積的地質(zhì)條件［5］。

2 層序結(jié)構(gòu)劃分及特征

石臼坨凸起新近系明化鎮(zhèn)組下段 （NmL）由灰色、綠灰色、褐紫色泥巖夾中厚層－薄層砂巖組成，為一個完整的三級層序 （SQml）。

低位體系域為淺水三角洲水上平原及淺水三角洲前緣沉積，古生物分子主要為藻類、近岸沼澤類，干燥溫暖型分子占優(yōu)勢［6］。湖侵體系域為淺水三角洲前緣及前淺水三角洲沉積，近岸沼澤類及喜濕熱分子等古生物分子含量明顯增高，反映了水體范圍的擴(kuò)張。高位體系域主要受水深變化的影響，早期和晚期沉積特征有所差異，早期高位體系域為前淺水三角洲及淺水三角洲前緣沉積，晚期高位體系域演變?yōu)闇\水三角洲前緣及水上平原沉積。高位體系域內(nèi)古生物分子中近岸沼澤類及喜濕熱分子含量降低，喜溫分子含量增加，表明水體范圍逐漸萎縮。依據(jù)巖性組合及湖平面變化特征，SQml三級層序可進(jìn)一步劃分為5個四級層序 （圖1）。

圖1 石臼坨凸起NmL層序地層劃分及特征

1）PSQml－1四級層序為SQml層序低位體系域，湖平面快速上升，上升半旋回較發(fā)育，測井曲線整體表現(xiàn)為圣誕樹形及低平齒狀的快速退積結(jié)構(gòu)，沉積微相類型主要為水上分流河道、水下分流河道及分流間灣，巖性組合為灰色、灰綠色泥巖與薄層、中－厚層砂巖互層。

2）PSQml－2四級層序為SQml層序湖侵體系域，湖平面持續(xù)快速上升，上升半旋回較發(fā)育。測井曲線整體表現(xiàn)為低平齒狀特征，呈持續(xù)加積結(jié)構(gòu)，沉積微相為濱淺湖泥、前緣席狀砂、水下分流河道和分流間灣。巖性組合為灰色、紫色厚層泥巖與薄層砂巖互層。

3）PSQml－3四級層序為SQml層序湖侵體系域及早期高位體系域，湖平面持續(xù)上升后緩慢下降，上升半旋回發(fā)育。測井曲線整體表現(xiàn)為圣誕樹形和低平齒狀特征的退積結(jié)構(gòu)，沉積微相主要為濱淺湖泥、水下分流河道和分流間灣沉積。巖性組合主要為灰色、灰綠色厚層泥巖與薄層、中－厚層砂巖互層。

4）PSQml－4四級層序為SQml層序早期高位體系域，湖平面緩慢下降，下降半旋回發(fā)育。測井曲線整體表現(xiàn)為低平齒狀特征，為持續(xù)加積－進(jìn)積結(jié)構(gòu)。沉積微相為水下分流河道微相和分流間灣微相。巖性組合為灰色、灰綠色、紫色厚層泥巖與薄層、中－厚層砂巖互層。

5）PSQml－5四級層序為SQml層序晚期高位體系域，湖平面快速下降，下降半旋回發(fā)育。測井曲線整體表現(xiàn)為漏斗形及齒狀低平曲線，呈持續(xù)進(jìn)積結(jié)構(gòu)。沉積微相類型主要為水上分流河道微相和分流間洼地微相。巖性組合為紅褐色、灰色厚層泥巖與薄層、中－厚層砂巖互層。

3 砂體分散體系控制因素分析

3.1 層序結(jié)構(gòu)控制了砂體垂向非均一性

低位體系域沉積時期，湖平面整體較低，物源補給能力較強，砂質(zhì)含量高［7］。尤其是早期砂體單層厚度大，主要發(fā)育厚層砂體 （砂體厚度8～18m），隨著湖平面的不斷上升，砂質(zhì)含量不斷降低，砂體單層厚度不斷減小 （砂體厚度3～10m），發(fā)育退積型分流河道砂體為主。整體上低位體系域砂巖體積分?jǐn)?shù)為28.9%～48.4% （平均為39.5%）。

湖侵體系域沉積時期，湖平面整體較高，物源補給相對較弱，主要以發(fā)育退積型和加積型結(jié)構(gòu)為主的水下分流河道和席狀砂砂體沉積，砂質(zhì)含量較低，砂體單層厚度較低位體系域明顯減小，主要發(fā)育薄層砂體 （砂體厚度2～6m）。湖侵體系域砂巖體積分?jǐn)?shù)為4.8%～30.3% （平均為19.0%）。

高位體系域，由于湖平面的快速下降，物源補給增強，早期高位體系域發(fā)育向上變深的退積結(jié)構(gòu)，晚期高位體系域演變?yōu)橄蛏献儨\的進(jìn)積型結(jié)構(gòu)。其中，向上變深的退積型結(jié)構(gòu)是由于平原相分流河道自旋回形成的。高位體系域的沉積物粒度總體表現(xiàn)為自下而上越來越粗的特征。主要發(fā)育單層厚度較大的分流河道砂體 （砂體厚度4～12m）。早期高位體系域砂巖體積分?jǐn)?shù)為6.6%～40.2% （平均為26.9%），晚期高位體系域砂巖體積分?jǐn)?shù)為7.5%～66.2% （平均為33.6%）。

石臼坨凸起NmL經(jīng)歷了一個完整的由低位體系域向高位體系域演化的過程。低位體系域砂體相較湖侵體系域和高位體系域單層厚度大，且以厚層狀砂體為主；湖侵體系域和早期高位體系域砂體不發(fā)育，主要以薄層為主；而晚期高位體系域則發(fā)育單層厚度較大的分流河道砂體。因此，層序結(jié)構(gòu)控制了砂體垂向上的非均一性，低位體系域砂體最富集、其次為晚期高位體系域，早期高位體系域和湖侵體系域砂體不發(fā)育。

3.2 微古地貌控制了砂體橫向非均一性

由于NmL沉積時期渤海灣盆地構(gòu)造活動趨于穩(wěn)定，同沉積斷層不甚發(fā)育，受該類斷層控制形成的構(gòu)造坡折帶不發(fā)育，僅以“若隱若現(xiàn)”的形式存在，對砂體發(fā)育及展布的控制作用不明顯。但在沉積演化過程中，同一沉積時期平面上，由于不同部位沉積的巖性存在差異，導(dǎo)致壓實作用和抗侵蝕強度產(chǎn)生一定的差異性，進(jìn)而形成一系列的局部微型隆起和局部小型次洼或水道。在淺水湖盆中，正是受微古地貌差異的影響，同一沉積時期不同部位可容空間的規(guī)模具有一定的差異性，進(jìn)而控制了沉積砂體在橫向上非均勻展布的特點。

通過古地貌恢復(fù)可以看出，在低位體系域QHD33－1S－2井區(qū)發(fā)育一次級洼地，利于分流河道與河口壩沉積，分流河道順溝谷向低洼處延伸，在低洼處沉積物快速卸載，形成河口壩。在順延河道的地震剖面上，可見該河道具有橫向連續(xù)性較好，振幅反射較強的特征，而在該河道底部振幅明顯偏弱，表明河道之下的早期沉積為偏細(xì)粒沉積。在湖平面處于較高位置時，某些分布范圍較大且平緩的古地貌及次洼區(qū)，其前緣砂體由于長期受到湖水改造，極易形成片狀席狀砂體。

因此，局部微型隆起和局部小型次洼或水道等微古地貌控制了沉積砂體在橫向上的展布，次級洼地區(qū)更利于分流河道與河口壩沉積，砂體相對富集。

3.3 基準(zhǔn)面旋回控制砂體疊置樣式

古氣候研究表明，研究區(qū)NmL沉積時期先后經(jīng)歷了2次干旱－潮濕旋回變化，反映了一個三級層序中基準(zhǔn)面上升－下降的完整旋回。

基準(zhǔn)面上升早期（低位體系域沉積時期），氣候相對比較干燥，湖泊萎縮，物源水系向湖盆中央推進(jìn)，主要發(fā)育以枝狀分流河道型沉積體為主要特征的極淺水三角洲沉 積［8～12］。 該 時 期 分流河道砂體占主導(dǎo)，沉積砂體之間平面上多為側(cè)向疊置接觸，呈拼合狀特征；垂向上砂體具有明顯的相互疊置、彼此切割特征，加積作用較強（圖2）。

基準(zhǔn)面上升中晚期 （湖侵體系域沉積時期和高位體系域沉積早期），氣候相對潮濕，湖平面緩慢上升，可容納空間變大，主要發(fā)育朵狀 （毯式）淺水三角洲沉積體。砂體主要為片狀－朵狀河口砂壩、席狀砂體，平面上呈片狀連續(xù)分布；垂向上多為厚層泥巖夾薄層席狀砂，表現(xiàn)為孤立－透鏡狀和迷宮狀的特征。

基準(zhǔn)面下降期 （高位體系域沉積晚期），氣候逐漸干旱，湖平面逐漸下降萎縮，可容納空間略變小。該時期三角洲沉積主體因內(nèi)、外前緣所處水體深度有差異，砂體的特征有所區(qū)別。內(nèi)前緣分流河道彎曲度增大，伴隨分流河道寬度變大、深度變小，分流河道砂體橫向上極容易連片，形成分布廣泛的席狀砂體，多具拼合板狀的特征。而外前緣水下分流河道在向相對深水區(qū)逐步推進(jìn)的過程中遭受湖水改造作用較弱，因此河道砂體的席狀化強度較弱，保留了良好的水下分流河道砂體形態(tài)。

不同的基準(zhǔn)面旋回時期，砂體不管是在橫向還是垂向上均表現(xiàn)出不同的接觸關(guān)系和疊置樣式，因此基準(zhǔn)面旋回控制了砂體疊置樣式，基準(zhǔn)面的升降決定了砂體的展布規(guī)模和垂向的連通性。

圖2 基準(zhǔn)面變化與砂體疊置關(guān)系示意圖

4 結(jié)論

1）石臼坨凸起NmL為一個完整的三級層序 （SQml），并且依據(jù)巖性組合及湖平面變化特征，可進(jìn)一步劃分為PSQml－1、PSQml－2、PSQml－3、PSQml－4和PSQml－5等5個四級層序。

2）砂體的展布受層序結(jié)構(gòu)、微古地貌和基準(zhǔn)面旋回的共同控制。層序結(jié)構(gòu)控制了砂體垂向上的非均一性，低位體系域砂體最富集、其次為晚期高位體系域，早期高位體系域和湖侵體系域砂體不發(fā)育。微古地貌控制了砂體橫向非均一性，次級洼地區(qū)更利于分流河道與河口壩沉積，砂體相對富集。基準(zhǔn)面旋回控制了砂體疊置樣式，基準(zhǔn)面的升降決定了砂體的展布規(guī)模和垂向的連通性。

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