遼河西部凹陷大洼地區沙三段陡坡帶近岸水下扇識別與刻畫

葉 青

( 中國石油長城鉆探工程公司 錄井公司，遼寧 盤錦 124010 )

0 引言

斷陷盆地陡坡帶通常具有坡度陡、物源短、古地形起伏大和構造活動強等特點，沉積物類型以深水重力流沉積作用為主，如近岸水下扇、湖底扇、濁積扇[1]。其中，近岸水下扇發育于陡坡帶斷層下降盤根部，與深湖暗色泥巖互層接觸，沉積物以重力流機制成因的粗碎屑巖體為主[2-3]。由于扇體多沿邊界斷層分布，具有扇根和斷面雙重側向封堵條件；扇端緊鄰半深湖—深湖相泥巖，具有豐富的油氣來源、優良的儲集和保存條件，因此陡坡帶近岸水下扇具有極佳的形成巖性油氣藏的條件[4]。近岸水下扇沉積相帶窄、相變快、地震反射強度弱，在低勘探程度區預測難度較大[5]。

有關近岸水下扇的研究和探討主要集中于三方面：一是根據巖性、錄井及測井資料綜合分析，研究近岸水下扇的展布特征、沉積特征及演化規律[6-7]，認為近岸水下扇可劃分為扇根、扇中及扇端3個亞相，主要發育礫石支撐的塊狀層理、遞變層理。二是對近岸水下扇的成因進行分析[8]，認為受區域構造運動的影響，邊界斷層陡緩程度的差異控制扇體的沉積，斷層較陡有利于發育近岸水下扇。三是根據近岸水下扇儲層物性與埋藏深度的關系，研究近岸水下扇的油氣成藏規律[9-10]，認為淺部埋藏的近岸水下扇主要形成構造油氣藏或構造—巖性油氣藏；深部埋藏的近岸水下扇形成“扇根封堵、扇中富集”的巖性油氣藏。人們對近岸水下扇的形成及其油氣成藏規律進行分析，但是對低勘探程度區扇體的識別與刻畫研究相對較少，不能準確預測扇體發育的位置及規模。

以大洼地區沙河街組三段(沙三段)陡坡帶近岸水下扇為例，綜合研究區地震及鄰區鉆井、測井資料，采用構造精細解釋、地球物理響應特征及屬性分析技術，明確扇體內部結構及外部形態，分析陡坡帶近岸水下扇沉積特征，研究扇體發育的控制因素，為研究區陡坡帶尋找有利扇體發育區提供指導。

1 地質概況

1.1 地理位置

西部凹陷位于遼河坳陷西部，西接西部凸起，東部緊鄰中央凸起(見圖1)，是一個受區域性拉張作用而形成的東陡西緩、東斷西超的半地塹型凹陷[11]。凹陷東側為近北東向的陡坡帶，是由控制凹陷沉積的邊界斷裂帶(臺安—大洼斷裂帶)經后期風化剝蝕等改造而形成的古斷剝面。古近系沉積時期，受區域構造背景控制，剝蝕區大量粗碎屑物質在季節性洪水作用下沿古沖溝入湖沉積，并在湖盆邊緣陡坡帶發育近岸水下扇、湖底扇、濁積扇等砂礫巖扇體沉積[12]。

圖1 西部凹陷沉積體系模式Fig.1 Sedimentary system model of Western Depression

1.2 沉積體系

遼河坳陷3個凹陷的剖面類型相似，沉積巨厚的暗色泥巖段，凹陷邊緣多數以砂礫巖為底[13]。發育于深湖區的近岸水下扇直接伸入暗色泥巖，是油氣聚集成藏的有利儲集體，陡坡帶自北向南發育牛心坨、高升、雷家、冷家及海外河5套近岸水下扇。

沙三段沉積時期，大洼地區處于裂谷盆地演化深陷期，在邊界斷層(臺安—大洼斷裂)的控制下，凹陷東側形成坡度陡、近物源、構造活動強烈的沉積背景[14]。沉積環境變化控制巖相類型與發育，巖相能夠反映沉積環境的變化[15]。巖心觀察發現，陡坡帶沙三段巖石類型以深灰色、雜色砂礫巖、礫巖等重力流沉積為主。根據重力流沉積特征分析，沿陡坡帶自南向北，依次識別雜基支撐礫巖、碎屑支撐礫巖、塊狀砂礫巖、粗砂巖及滑塌巖等重力流巖相特征(見圖2)。不同位置發育的扇體特征稍有不同。

1.3 儲層特征

在陡坡帶南段海外河地區，受斷裂坡折帶控制，主要發育碎屑支撐礫巖沉積，如雜基支撐中礫巖，礫石分選磨圓差，礫石間為粗碎屑支撐(見圖2(a))。碎屑支撐礫巖無明顯的層理特征，主要表現為基質支撐礫石快速堆積于扇根主水道[16]，厚度大，延伸距離短。在陡坡帶中段冷家地區，主要發育塊狀砂礫巖與巖屑粗砂巖，具有下粗上細正遞變層理特征，旋回底部可見大塊礫石，向上巖性逐漸變細，局部可見旋回特征的巖性突變界面(見圖2(b))。在陡坡帶中北段雷家地區，主要發育雜基支撐細礫巖，膠結相對致密，礫石分選差，磨圓度為棱角—次棱角狀，局部可見火山角礫巖(見圖2(c))。

圖2 東部陡坡帶近岸水下扇巖心和測井曲線特征Fig.2 Characteristics of core and logging curves of offshore subaqueous fan in eastern steep slope zone

沙三段沉積時期，陡坡帶控邊斷裂活動劇烈，凹陷處于急劇沉降到緩慢抬升的過程，中央凸起帶提供充足的物源供給。由周期性洪水作用導致物源區以重力流形式搬運入湖并發生快速堆積，在邊界斷層根部形成厚層塊狀砂礫巖體扇根沉積，測井曲線表現為箱型(見圖2(d))；碎屑沉積物在扇中沉積區短距離搬運，沖蝕下伏地層形成辮狀水道沉積[17]，發育正遞變層理特征的粗砂巖，測井曲線具有復合鐘型特征(見圖2(e))。此外，由于扇體受洪水作用明顯，強水動力作用通常侵蝕不同期扇體間的泥巖，測井曲線表現為突變接觸關系。

2 陡坡帶扇體識別

在深陷期的沉積背景下，西部凹陷沿陡坡帶自北向南有近岸水下扇沉積(見圖1)，基于東部陡坡帶扇體沉積特征，結合地震反射特征，對大洼地區陡坡帶扇體進行識別。

2.1 地震相特征

地震相分析是通過對地震資料(反射結構、振幅、頻率、連續性和層速度)進行分析，找出地震相與沉積相之間的關系[18]。陡坡帶沉積相模式較為單一，地震相參數分布特征為：(1)順物源方向，以中振幅、前積反射結構、較連續的地震反射為主(見圖3)；(2)垂直物源方向，以中振幅、雜亂—亞平行反射結構、丘型幾何外形特征為主(見圖4)。

圖3 大洼地區陡坡帶前積地震反射特征Fig.3 Characteristics of foreset seismic reflection in steep slope zone in Dawa Area

圖4 大洼地區陡坡帶丘型地震反射特征Fig.4 Seismic reflection characteristics of hill type in Dawa Area of steep slope zone

地震相分析表明，大洼地區陡坡帶斜交前積、丘型雜亂反射特征反映近岸水下扇沉積[19]。由陡坡帶南段的海外河扇體地震相(見圖5)，可看出中振幅、雜亂—亞平行反射結構、丘型幾何外形特征，經實鉆井證實該反射特征為近岸水下扇沉積。在同一沉積背景下，根據地震相的相似性，能夠識別地震相對應的沉積類型及巖性特征[20]。不同的地震反射結構代表不同的沉積環境[15]，分析陡坡帶沉積背景及鄰區沉積相特征，地震反射結構與沉積環境對應關系見文獻[21-22]。

圖5 海外河地區陡坡帶近岸水下扇地震反射特征Fig.5 Seismic reflection characteristics of nearshore subaqueous fans in steep slope zone in the Haiwaihe Area

2.2 沉積物供給通道

伸展斷裂系統中各條斷層之間可以通過構造變換組合在一起，其間的位移傳遞是通過兩斷層之間的斷塊變形完成的[23]，斷層尖滅端地勢平坦，是沉積物注入斷陷湖盆的通道(見圖6)。邊界斷層之間的構造變換形成“溝梁對應”的古地貌特征[24]，東部凸起物源主要沿溝谷進入湖盆[25]，在可容納空間較大的陡坡帶分布，形成北東向展布的扇體裙。

圖6 大洼地區構造變換模式Fig.6 Construction transformation pattern in Dawa Area

對陡坡帶邊界斷層進行梳理，邊界斷層是一系列的斷層通過構造變換機制連接形成的控邊斷裂轉換帶。邊界斷層沿斷裂走向呈雁列式排列，斷層疊覆位置為轉換帶，受斷層分段生長和差異運動影響，轉換帶位置發育于斷層小位移處[26]。受中央凸起抬升的影響，邊界斷層上升盤遭受大面積剝蝕，主要出露潛山地層；下降盤受同沉積斷層控制形成古近系沉積。因此，采用斷層落差曲線能夠反映斷層活動性，將斷層活動性定義為斷層位移與延伸長度的關系，偏移線性區表示斷層分段生長[27]，其低值部位為轉換帶的位置(見圖7(a))。同時，斷層面斷距變化也可有效反映轉換帶特征，即通過斷裂位移在斷層面上的斷距分布特征識別轉換帶的標志[28](見圖7(b))。

圖7 大洼地區陡坡帶邊界斷層轉換帶識別標志Fig.7 Identification marks of boundary fault transition zone in steep slope zone in Dawa Area

此外，在垂直物源地震剖面上，斷層連接處發育丘型反射特征的近岸水下扇沉積(見圖8(a))，與轉換帶具有較好的對應關系。在陡坡帶靠近物源的背景下，邊界斷層的軟連接處能夠為物源提供通道，粗碎屑沿斷層軟連接處直接入湖，形成一系列的近岸水下扇沉積(見圖8(b))。

圖8 大洼地區陡坡帶邊界斷層控制扇體沉積模式Fig.8 Sedimentary model of fan body controlled by boundary faults in steep slope zone in Dawa Area

2.3 異常高壓分析

導致異常高壓的因素主要有三個方面：一是機械壓實作用造成異常高壓，隨埋深的增大，機械壓實作用增強，由于砂礫巖儲層具有顆粒支撐作用，孔隙體積不隨上覆負荷的增加而減小；且泥巖的機械壓實作用強，導致儲層中流體排出受阻或來不及排出，形成超壓異常體[29]，反之，異常高壓阻止砂礫巖儲層的機械壓實作用。二是受有機酸溶解作用影響，干酪根熱解生烴的同時，形成大量有機酸和CO2，溶于水中形成酸性流體，溶蝕儲層中硅鋁酸鹽、碳酸鹽巖礦物，形成次生孔隙的同時造成儲層異常高壓[30]。三是受流體熱膨脹增壓作用影響，在差異壓實作用下形成封閉系統，深埋后地溫梯度升高，導致流體發生熱膨脹效應而形成超壓。此外，蒙脫石脫水、礦物成因作用及構造應力作用等也可導致異常高壓，實際的含油氣盆地中，往往一種或幾種因素占主導作用，而其他因素起到輔助作用。

統計大洼地區陡坡帶沙三段不同埋深儲層的壓力因數，在3 000 m以下儲層普遍存在異常高壓，同時伴隨次生孔隙發育；異常高壓控制中深層次生孔隙發育，次生孔隙發育進一步促進欠壓實作用[31]，二者相互促進。陡坡帶沙三段儲層壓力因數、孔隙度與埋深交會見圖9，異常壓力與次生孔隙發育程度具有較好的相關關系，陡坡帶沙三段儲層發育深度處于中深層異常壓力發育區。

圖9 大洼地區陡坡帶沙三段儲層壓力因數、孔隙度與埋深交會Fig.9 Crossplot of different pressure factors, porosity and buried depth of Es3 reservoir in steep slope zone in Dawa Area

3 陡坡帶扇體刻畫

大洼地區陡坡帶沙三段儲層埋深較大，鉆穿沙三段的探井較少，沒有可靠的地質資料供參考。通過陡坡帶沉積背景分析、扇體地震反射特征對比及沉積物供給通道研究，大洼地區陡坡帶發育近岸水下扇。為明確近岸水下扇的規模，根據物探資料對扇體進行精細刻畫，研究南北兩套扇體，縱向劃分三期，扇體疊加面積為48.5 km2，具有較大的勘探規模。

3.1 地震反射結構

分析陡坡帶地震反射結構及反射外形，識別雜亂—前積反射結構、丘型幾何外形的地震反射特征，地震相沿陡坡帶邊界斷層分布，為典型的近岸水下扇沉積。有別于陡坡帶前端的中高振幅、平行反射結構、席狀披蓋幾何外形地震反射特征，二者橫向上側向對接，縱向上呈披覆關系。根據不同沉積相間地震反射的差異性，對近岸水下扇的外形進行刻畫，刻畫南北兩套扇體，縱向上根據扇體的疊置關系劃分為沙三上段、沙三中上段及沙三中下段3個期次，分析大洼地區近岸水下扇發育特征。

3.2 疊后波阻抗反演

常規波阻抗反演是通過測井資料插值建立初始低頻模型，根據多次迭代波阻抗模型，使正演模型與地震資料達到最佳匹配，得到基于模型的最終波阻抗體[32]。通過測井資料的高頻信息與地震資料低頻信息融合，提高地震資料分辨率[33]。基于模型反演的方法對測井資料依賴性很強，在密井網情況下能夠建立反映儲層變化的低頻模型。在低勘探程度區，缺乏測井資料的支持，無法建立有效的低頻模型。為提高基于模型反演的精度，采用相控隨機反演方法，在反演過程中加入地震相的控制，綜合利用地質認識和儲層發育特征，結合已鉆井的巖性特征，使反演結果更加符合地質特征[34-36]。

采用地震相約束初始模型，在反演中將每個地震相單元賦予不同的函數值進行迭代[37]。對比常規反演，地震相約束反演結果具有更高的精度，可有效區分儲層與圍巖的關系。通過地震相控制反演，在工區刻畫南北兩套高波阻抗異常體(見圖10)，且北部扇體縱向上被低阻抗泥巖分隔成三期(第一期、第二期和第三期)，反映重力流水道側向擺動沉積特點，刻畫的扇體與地質認識高度一致。

圖10 大洼地區陡坡帶垂直物源方向反演剖面Fig.10 Inversion profile of vertical provenance direction in steep slope zone in Dawa Area

3.3 地震屬性提取

為分析扇體的平面展布特征，引用地震屬性分析技術。地震屬性是地震數據經過數學變換得到的有關地震波幾何學、運動學或動力學特征[38]，提取地震資料特征值刻畫，地層結構、巖性及物性描述等地質信息。提取多種地震屬性進行優選分析，壓縮振幅屬性對巖性比較敏感，可以清晰地反映研究區扇體的展布特征，穩定性好。提取沙三段不同層段壓縮振幅屬性，具有強振幅特征的扇體呈北東向條帶展布，縱向上發育沙三上段、沙三中上段及沙三中下段3個期次(見圖11)，3期扇體在垂直物源方向展布寬，搬運距離短，符合近岸水下扇快速堆積的特點。

圖11 大洼地區陡坡帶沙三段壓縮振幅屬性Fig.11 Compression amplitude properties in Es3 steep slope zones in Dawa Area

根據沉積特征分析，近岸水下扇劃分為扇根、扇中、扇端3個亞相，扇根物性差，形成側向封堵[4]，油氣主要富集于扇中(見圖12)。結合屬性特征，目標區沙三段儲層發育兩套扇體(W100和W24扇體)，縱向上扇體劃分為3個期次，沙三中下段沉積時期，南北有扇體發育；沙三中上及沙三上段沉積時期，扇體僅在北部發育(見圖13)，W100扇體表現為沉積中心向南偏移，縱向疊置分布，整體規模較大，具有較大的勘探潛力。

圖12 大洼地區馬南15—洼58井沉積相剖面Fig.12 The section of sedimentary facies of Manan 15-Wa 58 in Dawa Area

圖13 大洼地區陡坡帶沙三段近岸水下扇沉積相Fig.13 Sedimentary facies of nearshore subaqueous fan in Es3 steep slope zone in Dawa Area

此外，近岸水下扇沉積特征及展布規模受邊界斷層控制，由于陡坡帶構造活動劇烈，表現多期性、分段式的特點。每一期扇體的規模、沉積特征不同，但每一期扇體均發育扇根、扇中及扇端3個亞相。多段斷裂系統呈側列式分布，根據轉換帶構型特征與不同沉積時期砂體匹配關系，轉換帶是水系入湖的通道，進而控制扇體的展布規律(見圖14)。沿陡坡帶往南具備發育近岸水下扇的構造背景，為下一步超深層近岸水下扇的勘探提供指導。

圖14 大洼地區陡坡帶沙三段近岸水下扇沉積模式Fig.14 Sedimentary model of nearshore subaqueous fan in Es3 steep slope zone in Dawa Area

4 結論

(1)遼河西部凹陷大洼地區沙三段陡坡帶發育近岸水下扇，邊界斷層具有轉換帶特征，轉換帶為物源提供通道，扇體具有前積、丘型地震反射特征。

(2)大洼地區沙三段陡坡帶近岸水下扇具有沉積厚度大、分布范圍廣的特點，刻畫南北兩套近岸水下扇，縱向上分為三期疊置分布。

(3)大洼地區沙三段陡坡帶存在異常高壓，異常高壓阻止砂礫巖儲層壓實作用，造成次生孔隙發育，次生孔隙進一步促進欠壓實作用而形成超壓異常體。