利用地震沉積學定量刻畫辮狀河三角洲砂體
——以委內瑞拉MPE-3區塊為例

劉書亭 張憲國* 任麗華 林承焰 林 芳 黃文松

(①中國石油大學(華東)地球科學與技術學院，山東青島 266580； ②中國石油勘探開發研究院，北京 100083)

0 概況

與常見的曲流河三角洲相比，辮狀河三角洲沉積砂體更發育，地層非均質性也更強，因此準確刻畫沉積微相及砂體難度較大。委內瑞拉MPE-3區塊位于全球地質儲量最大而開發程度最低的重油富集區——奧里諾科重油帶[1]，是以水平井開發為主的辮狀河三角洲重油油藏，儲層結構復雜，不同成因類型砂體的形態及邊界認識不清，基于直井資料的傳統沉積微相和砂體刻畫已難以滿足水平井開發的要求。作為沉積相地震解釋的一種新方法，地震沉積學自1998年提出以來，已經建立了一套有效的方法[2-6]，并取得了良好的效果[7-13]。

MPE-3區塊位于東委內瑞拉盆地南緣、奧里諾科河以北、奧里諾科重油帶卡拉沃沃油區的西部，三維地震覆蓋面積約為115km2(圖1)。 研究區為一向北傾斜的單斜構造，地層傾角為2°～3°，斷層不發育[14-15]。物源來自南部圭亞那地盾，是晚漸新世沉積的一套近濱河流—三角洲相厚層砂巖。早中新世，這套沉積物被大規模發育的河流沖刷、運移至該區逐步沉積，構成了主要沉積地層[16-18]。主要含油層系為新近系Oficina組，是一套完整的海侵—海退三級層序，其內部自下而上發育Morichal段三角洲平原及前緣中—細砂巖夾泥巖薄層沉積、YABO段海泛泥巖和JOBO段三角洲前緣砂泥巖(圖2)。該區有水平井390口，采用叢式水平井部井方式，水平井間隔為300～600m，水平井段長度可達1000m，直井僅27口(圖1)。地震資料品質較好，信噪比高，目的層段頻帶寬度為15～115Hz，主頻高達60Hz以上。本文將地震沉積學方法應用于水平井開發區，探索“直井—水平井—地震”相結合的多維、多尺度地震沉積學解釋方法，精準描述和定量刻畫辮狀河三角洲沉積微相。

圖2 Oficina高精度地震層序劃分

1 層序地層劃分

等時地層格架是地震沉積學研究的基礎[19]。目的層發育一套完整的三級層序，與下伏寒武系為不整合接觸，由Vail經典層序地層學理論可知，該不整合面是良好的地震層序識別界面，以此為三級層序底界面。目的層頂界為一個明顯的巖性突變面，是下伏砂泥巖互層與上部泥巖分界面，作為三級層序頂界面。在三級層序內部，根據識別的初次海泛面(FFS)和最大海泛面(MFS)劃分體系域[17-18]。在三級層序的控制下，結合沉積旋回和巖性組合進一步劃分出四級層序(圖2、圖3)。FFS是低位體系域(LST)與海侵體系域(TST)分界面，界面上、下地層含砂率發生明顯變化，下部為厚層砂巖沉積，上部為砂泥巖互層。界面地震響應較弱，表現為中—弱振幅，同相軸連續性差。MFS是TST與高位體系域(HST)分界面，是一套全區穩定發育的泥巖，為最大海泛時形成，反映基準面快速上升的結束，平均厚度約為6m，泥巖質純。在地震剖面上響應較好，表現為中—高振幅，連續性好。

在三級層序內部，根據測井顯示的沉積旋回變化和短期洪泛面，并結合地震反射特征，識別與劃分四級層序。Oficina組內部6期基準面旋回變化形成的海泛沉積表現為薄層的細粒沉積測井響應，以薄層泥巖沉積為主，指示一次基準面快速上升的結束，具有良好的等時意義，可作為短期基準面旋回的標志。在橫向上，可以看到同相軸接觸關系的變化，指示局部發育海泛沉積，從而劃分出6個四級層序(圖2、圖3)。

圖3 CES-2-0井層序地層綜合分析圖

2 井點砂體沉積特征

2.1 巖相類型

研究區有CES-2-0、CJS-1兩口取心井，目的層段巖心長度為108m。根據自然光及紫外線照射下巖石的顏色、粒度、沉積構造和含油性等，可以識別出10種巖相，包括塊狀層理厚層含礫粗砂巖相(Smc)、塊狀層理中砂巖相(Smm)、含泥質條帶塊狀層理細砂巖相(Smf)、塊狀層理粉砂巖相(Smvf)、槽狀交錯層理中—細砂巖相(St)、平行層理細—粉砂巖相(Shvf)、波狀層理粉砂巖相(Slw)、透鏡狀層理、包卷層理粉砂巖相(Swf)、紋層狀泥巖相(Ml)和水平層理泥巖相(Mh)(表1)。

表1 MPE-3工區巖相分類表

2.2 基于直井資料的沉積相分析

根據發育的巖相特征并結合區域沉積背景可知，Oficina組沉積時期，研究區為海陸過渡環境，發育緩坡淺水辮狀河三角洲沉積，沉積亞相主要為辮狀河三角洲前緣和平原，其中LST的三角洲平原沉積是本次研究的重點，發育心灘、辮狀河道和泛濫平原三種沉積微相。心灘砂體厚度大、粒度較粗，是該區物性最好的儲層類型，也是主要的油氣勘探開發目標。發育中—細砂巖，部分含礫石，可見塊狀層理、水平層理及槽狀交錯層理等沉積構造，垂向上多期疊置，最大疊置厚度超過30m。沉積韻律不明顯，僅在部分井點具有明顯的正韻律特征。GR曲線形態具典型箱形特征，部分井點呈微齒化箱形或箱形—鐘形復合特征，頂、底多突變接觸，具有典型的“富砂”河道型沉積特點。這種垂向切疊的多期心灘沉積砂體具梭狀或丘狀強振幅反射結構，連續性較好(圖4)。

辮狀河道與心灘毗鄰，研究區發育的辮狀河道多為末期河道形成的廢棄充填沉積，沉積物粒度較細，以細粉砂巖為主。辮狀河道底部發育泥礫，底沖刷作用明顯，表明河道沉積初期具有較強水動力特征。區域地質研究表明，研究區物源供給充足，從巖相類型和垂向測井相特征也可以看出，目的層沉積時期水動力作用強，在河道沉積中發育槽狀交錯層理等高能成因的沉積構造。GR和SP曲線呈中低值鐘型或箱型，中子曲線為較低值，巖性密度曲線較平直。在三角洲平原中，較強水動力作用下的河道沉積表現出一定的下切能力，在地層中形成下切侵蝕谷充填，在地震剖面上呈明顯的“頂平底突”的下切谷形態，河道整體的反射包絡線形態清晰，內部反射雜亂，從地震剖面上可以清楚地識別不同單期河道(圖4)。

圖4 研究區典型沉積微相及井震響應特征

由巖心還可見少量的泛濫平原沉積，巖性主要為泥巖，夾薄層粉砂巖條帶，偶見鐵質、鈣質結核，發育水平層理、沙紋層理和不對稱波狀層理，為季節性洪水泛濫出河道后由弱水動力條件形成的細粒沉積。在GR和SP曲線上表現為微齒化低幅特征，其頂、底與鄰層通常為漸變接觸，反映了沉積環境的漸變過程。中子、聲波、密度值較高，電阻率曲線呈低幅平直狀(圖4)。

3 地震沉積學分析

砂體平面刻畫一直是地震地質研究的難點，辮狀河三角洲砂體平面發育規模遠大于縱向，利用地震平面信息刻畫砂體內部結構為沉積相地震表征提供了有效手段。該區有大量的水平井資料，為解釋地震沉積相及砂體內部結構提供了高分辨率的橫向信息。在等時地層格架約束下，本文采用相位調整與地層切片相結合的方法解釋地震沉積相。

3.1 相位調整

零相位子波具有波形對稱、子波中心和最大振幅與地震反射界面一致、分辨率較高的等優點，因此常被用于地震解釋。Zeng等[4-5]的研究表明，對于薄層來說，零相位地震數據體同相軸不能有效地反映砂體。研究區目的層段埋深約為1000m，地震資料主頻為60Hz，按照層速度4000m/s計算，地震資料垂向分辨率約為17m(1/4波長)，與Oficina組砂體厚度相當。對于厚度為1/4波長的砂體，在90°相位地震資料上地震反射與砂體之間具有良好的對應關系[20]。本文采用基于希爾伯特變換的多道掃描方法定義一個相位角步長，并用不同的相移量校正地震記錄，由最大方差模判斷準則求取最佳的相位移量[21]，得到原始地震相位為-3.5°(圖5),據此將地震資料相位轉換93.5°，完成90°相位轉換處理(圖6右)。可見，經相位轉換之后，同相軸與測井解釋的砂體吻合較好。

圖5 利用最大方差模判斷準則求取地震數據相位

圖6 MPE-3工區原始剖面(左)與90°相位剖面(右)

3.2 地層切片分析

在等時界面之間進行線性內插提取地層切片是地震沉積學研究中常用的切片方法。考慮到研究區的地質特征，MSC1底與下伏地層呈不整合接觸，早期低位域沉積受古地貌影響顯著，河流會優先沉積于地貌低洼處，采用線性內插的方法難以確保地層切片等時性。為此，將MSC1頂部等時界面拉平制作地層切片。MSC2、MSC3受古地貌的影響逐漸減弱，頂、底均存在較穩定的等時界面，故采用線性內插的方法提取地層切片。對于MSC4，頂部的FFS為全區穩定標準層，拉平FFS后制作地層切片。

在MSC4沉積期，海平面不斷上升，可容空間持續增大，沉積物源供給充足，辮狀河道及心灘大量發育，河道帶分布范圍廣，心灘規模大，垂向加積作用強，表現為“滿盆皆砂”的特點。在地層切片(圖7左)中辮狀河道帶呈連片分布，其中黃色區域(采樣值為-700～500)連續性好，分布范圍廣，GR曲線呈中—低值鐘型或箱型，電阻率曲線呈中—高值。在辮狀河道沉積內部，復合心灘沉積為緊密分布的紅色橢圓狀區域(采樣值為500～3000)，平面上呈北東—南西向，與沉積物源方向一致，GR曲線呈典型箱形。在零散分布的藍色區域(采樣值為-3000～-700)，GR曲線呈低幅微齒化，電阻率曲線呈低幅平直狀，指示泛濫平原沉積。

3.3 水平井組指導下的沉積相模式

傳統的基于直井的沉積相研究對井間沉積相的描述在很大程度上依靠沉積相模式推測，具有很強的不確定性，而水平井的橫向高分辨率在砂體橫向變化描述、 內部夾層刻畫等方面具有直井和地震資料難以企及的優勢。 然而，現有的地震沉積相解釋 主要結合地震與直井資料，對如何利用水平井資料缺乏簡便實用的方法。

圖7 O-11沉積期地層切片(左)及沉積學解釋(右)

通過分析研究區水平井段測井曲線，并參考直井解釋結果，總結了水平井段鉆遇砂體的沉積模式(圖8)，作為地震沉積相解釋的概念模型。鉆井結果表明，心灘砂體的GR曲線整體呈中—低值微齒化箱形和箱形—鐘形復合特征，在砂體內部存在薄層泥巖引起的曲線回返，在地震切片上可見條帶狀平面發育特征。根據辮狀河現代沉積學解釋， 確定上述夾層為心灘內部的沖溝沉積。

圖8 水平井鉆遇砂體沉積模式

3.4 水平井砂體定量刻畫

由于研究區水平井資料豐富，提出利用橫向高分辨率的水平井資料標定地層切片的地震沉積學解釋方法，精細表征單砂體內部儲層非均質性，實現單砂體定量刻畫。通過將水平井段測井曲線投影到地層切片上，對比、分析大量水平井測井數據和地層切片，在井震雙重控制下，心灘邊界清晰，清楚地顯示了內部沖溝形成的夾層，有效提高了地震地層切片的夾層識別能力，定量表征了辮狀河三角洲砂體內部結構(圖9)。

3.5 砂體定量表征

根據研究區定量表征結果，統計了辮狀河三角洲定量沉積參數(表2)。結果顯示：研究區心灘長度為581～3690m，平均為2134m； 心灘寬度為236～2050m，平均為1085m； 辮狀河道寬度為97～670m，平均為398m； 心灘表面沖溝沉積寬度為27～138m，平均為82m。據此建立該區心灘長度Lb、心灘寬度Wb、辮狀河道寬度Wc、沖溝寬度Wg間的定量關系

(1)

(2)

(3)

式中R為相關系數。

層位心灘長度m心灘長度平均值/m心灘寬度m心灘寬度平均值/m辮狀河道寬度/m辮狀河道寬度平均值/m沖溝寬度m沖溝寬度平均值/mO-11890～27301829.3680～1680916.7132～660450.845～13884.3O-12S1120～30202184.7470～20501206.0133～533345.638～12172.1O-12I581～36902317.5236～16301123.197～670390.227～11167.8O-131000～26702171.5560～16201020.0187～552374.852～13488.3

4 結論

(1)委內瑞拉MPE-3區塊Oficina組為一個完整的三級層序，其內部發育6個完整的四級層序，為辮狀河三角洲沉積，心灘和河道是主要的沉積微相類型。

(2)根據不同四級層序的沉積特點，分別選用不同的切片方式，結合相位轉換與地層切片準確刻畫了沉積微相。

(3)利用橫向高分辨率的水平井資料標定地層切片，識別了心灘砂體內部由沖溝形成的細粒夾層，有效提高了地層切片的解釋精度。

(4)利用井震聯合刻畫結果總結了心灘等沉積體的定量特征，建立了心灘長寬、心灘寬度、辮狀河道寬度、沖溝寬度間的定量關系。