秦皇島32-6 油田北區新近系明化鎮組下段復合砂體構型及控制因素

任夢怡，胡光義，范廷恩，范洪軍

（中海油研究總院有限責任公司，北京 100028）

0 引言

以河流相儲層為主的海上油田進入了儲量動用程度高、采出程度高和綜合含水高的“三高”階段，精細表征儲層結構與分布特征，對控水穩油、挖掘老區產能至關重要。儲層構型理論的提出為刻畫砂體疊置關系和砂體間的滲流屏障提供了地質依據［1-3］。Miall［4-5］提出了河流相儲層構型的概念；吳勝和等［6］采用倒序分級體系將沉積盆地層次界面分為12 級；胡光義等［7］提出了復合砂體構型這一構型級次，將復合砂體定義為地震資料可識別、成因相聯系、不同期次、不同微相的單砂體組合，將復合砂體構型定義為復合砂體空間沉積樣式和疊置關系的總稱。儲層構型的研究方法包括野外露頭分析、地震沉積學方法、多井定量分析等，隨著遙感技術和網絡信息技術的發展，通過現代航拍和衛星照片來定量測量曲流河的規模和形態，推進了現代曲流河儲層構型的定量研究工作［8-9］；多井預測法以“層次約束、模式擬合和多維互動”的研究思路，廣泛應用于曲流河儲層構型研究［10-11］；地震沉積學的發展使地震正演、反演等技術在復合砂體儲層構型界面的識別上得到了普遍應用。然而，這些研究多集中在沉積儲層外部形態和宏觀分布范圍方面，對基于河流成因分析的儲層構型研究較少。

綜合利用秦皇島32-6 油田北區明化鎮組下段NmⅡ油組的測井、地震等資料，分析其復合砂體儲層構型的界面特征，引入砂體結構韻律作為識別標志，基于點壩砂體不同部位的內部結構差異性，精細解剖其結構特征，明確復合砂體儲層的演化過程，分析長期-中期-短期基準面旋回對復合砂體的控制作用，以期為該油田的調整挖潛、提高采收率提供依據。

1 地質概況

秦皇島32-6油田北區位于渤海海域中部石臼坨凸起的塹壘相間，目前已探明含油面積為9.5 km2，主力產層新近系明化鎮組下段（明下段）按地層特征可以劃分為6 個油組，自下而上依次為NmⅤ，NmⅣ，NmⅢ，NmⅡ，NmⅠ和Nm0，儲量主要分布在NmⅠ和NmⅡ油組，分別占研究區總儲量的31%和40%，其中NmⅡ油組為本文的主要研究層段。該油組自下至上共劃分出4 個小層，依次為4小層，3 小層、2 小層和1 小層。

明下段沉積時期，研究區處于整體下坳階段，受近南北向區域應力場扭動作用，形成了一組近北東東向的斷層。NmⅡ油組沉積時期，沉積基準面持續上升，主要發育曲流河沉積，成巖作用較弱，地層巖性主要為砂泥巖互層，總厚度為44.0～67.0 m，單砂層厚度為0.2～19.9 m，平均為5.1 m，儲層整體表現出高孔、高滲的特征［12-14］（圖1）。該區自2001年10 月投產，但2002 年1 月就進入了彈性開發產量快速遞減期，至2013 年10 月采出程度僅為12.58%，綜合含水率已達87.5%。

圖1 渤海海域秦皇島32-6 油田構造位置（a）及新近系明化鎮組下段巖性地層綜合柱狀圖（b）Fig.1 Regional structural location（a）and stratigraphic column of the lower Minghuazhen Formation of Neogene（b）in Qinhuangdao 32-6 oilfield，Bohai Sea

2 復合砂體儲層構型特征

秦皇島32-6 油田明下段NmⅡ油組的復合砂體主要為點壩-決口扇沉積組合，復合砂體間的滲流屏障主要為河漫灘-廢棄河道沉積組合。

2.1 內部結構特征

2.1.1 測井識別標志

傳統沉積學認為點壩砂體具有正韻律特征，但是通過實際地質勘查發現，因河岸抗侵蝕能力、水動力強度以及沉積物粒度等均不相同，點壩頭部（上游）至尾部（下游）的沉積物成分和結構均存在差異。依據測井曲線特征和砂體結構韻律，將該儲層構型的內部結構分為（復合）箱形、（復合）鐘形、漏斗形、尖峰形和低幅齒形5 種（圖2）。

圖2 秦皇島32-6 油田北區A31 井新近系明化鎮組下段Ⅱ油組測井相識別圖版Fig.2 Identification chart of log facies of NmⅡof well A31 in northern Qinhuangdao 32-6 oilfield

（1）點壩頭部—中部砂體主要表現為（復合）箱形結構。此類砂體自然伽馬（GR）和自然電位（SP）曲線均呈箱形，電阻率（Rt）曲線呈高幅箱形，深、淺側向電阻率存在明顯正幅度差。巖心觀察顯示，儲層底部為塊狀砂礫巖、槽狀交錯層理砂礫巖或沖刷充填的砂礫巖，向上過渡為槽狀交錯層理砂巖，偶見平行層理砂巖，部分點壩的頂部沉積細砂巖與粉細砂巖。由于點壩頭部經歷了較強水體沖刷，難以保存細粒沉積物，整體沉積物粒度較大。

（2）點壩尾部砂體主要表現為（復合）鐘形結構。此類砂體GR，SP和Rt曲線均呈鐘形，深、淺側向電阻率由下向上正幅度差逐漸減小。砂體底部為塊狀含礫砂巖和大型槽狀交錯層理砂礫巖，向上沉積平行層理砂巖，頂部可見沙紋層理泥質粉砂巖，沉積物粒度略小于點壩頭部砂體。

（3）決口扇砂體主要表現為漏斗形結構。其GR、SP和Rt曲線均呈齒化漏斗形，在平面上呈朵葉狀，厚度向遠離河床方向變小，沉積物粒度也逐漸變小。

（4）河漫灘主要表現為尖峰形或低幅齒形結構。河漫灘為洪水期河水攜粉砂溢出河床而形成的板狀沉積，表現為GR曲線為中高幅指狀，深、淺電阻率曲線有較小的正幅度差。

（5）廢棄河道沉積主要表現為低幅齒形結構。研究區廢棄河道包括突棄型廢棄河道和漸棄型廢棄河道2 種［15］，其中突棄型廢棄河道主要為因洪水事件導致的古河道突然取直廢棄，沉積物為以懸浮搬運為主，并發育水平層理的粉砂巖和泥巖。GR曲線底部呈薄層低幅齒形，上部表現為接近基線的平直特征。漸棄型廢棄河道是河道逐漸取直的結果［16］，河道殘存部分砂巖沉積，GR和Rt曲線整體為低幅齒形，底部見薄層的中高幅指狀，深、淺側向電阻率曲線為平行雙軌狀。

2.1.2 結構韻律識別標志

砂體結構韻律既反映了復合砂體的沉積結構，也體現出優勢砂體的發育情況。將研究區NmⅡ油組的4 個小層分成若干的等厚地層，統計單層砂體的厚度并組合得到結構韻律，按結構韻律可分為5類：整體均質韻律、分散均質韻律、整體正韻律、疊置正韻律和反韻律（圖3）。

圖3 秦皇島32-6 油田北區新近系明化鎮組下段Ⅱ油組復合砂體儲層的優勢砂體和結構韻律圖版Fig.3 Dominant sand bodies and structure rhythm of composite sand body reservoir of NmⅡin northern Qinhuangdao 32-6 oilfield

砂體結構韻律與沉積相類型及測井相均存在明顯的相關性：①整體均質韻律的巖性以細—中砂巖為主，“均質”指示復合砂體內部多套單砂體厚度接近，單砂體厚度約為4.0 m，沉積構造主要為反映強水動力的交錯層理和平行層理，GR曲線為箱形，反映了單一點壩頭部—中部或多期點壩切割疊置沉積。②分散均質韻律指示單一點壩沉積，與整體均質韻律相比，其均質砂體的厚度更小，約為2.0 m，單砂體間存在泥質或物性隔夾層，測井響應在2 個薄層箱形之間存在明顯的曲線回返。③整體正韻律指示單一點壩尾部沉積或多期點壩切割疊置，底部厚層單砂體厚度為6.0～8.0 m，自下而上砂體的厚度逐漸減小，沉積物的粒度亦逐漸變小，GR和Rt曲線均為鐘形。④疊置正韻律與整體正韻律相比，單砂體厚度更小，底部單砂體厚度一般小于4.0 m，反映了多期點壩尾部的疊置沉積。⑤反韻律結構主要指示決口扇或點壩頭部-決口扇沉積，頂部厚層單砂體厚度約為4.0 m。

這5類結構韻律在優勢砂體規模和發育部位上存在差異：①從優勢砂體規模來看，整體均質韻律、整體正韻律和反韻律的單砂體層間夾層發育程度均較低，單層優勢砂體厚度為4.0～8.0 m，在NmⅡ油組的3 小層和4 小層較常見，而疊置正韻律和分散均質韻律內部發育多套優勢砂體，單層優勢砂體厚度均小于4.0 m，受單砂體間隔夾層影響，垂向連通性較差，多見于NmⅡ油組的1 小層和2 小層。②從優勢砂體發育情況來看，整體正韻律和疊置正韻律優勢砂體主要發育在復合砂體中下段，自下而上含砂率逐漸降低，隨著開發程度的加深，優勢砂體易形成大孔道造成水淹，導致上部砂體注水波及系數降低，剩余油局部富集；反韻律的優勢砂體則分布在復合砂體的上部，且規模小于整體均質韻律、分散均質韻律和正韻律，由于油水重力分異作用，水淹程度相對均衡，油氣滯留相對較少。

2.2 外部疊置樣式

結合研究區NmⅡ油組復合砂體構型內部結構特征、地震反射特征和地震屬性可以識別出偏泥質的廢棄河道與偏砂質的復合點壩-決口扇砂體，按復合砂體儲層構型外部疊置樣式可分為孤立型、疏散側疊型、緊密側疊型和堆疊型。

2.2.1 基于地震響應特征識別廢棄河道

研究區NmⅡ油組漸棄型廢棄河道主要發育砂泥巖互層，地震振幅能量較弱，地震同相軸表現出下切特征（圖4a）。突棄型廢棄河道以泥巖為主，地震相表現出中低振幅、低連續性、高頻率的特征，同相軸見明顯的下切和分叉，甚至發生錯斷（圖4b）。廢棄河道寬度為80～105 m，厚度為5.0～7.5 m，測井響應特征表現為GR值自下而上逐漸變大，深、淺側向電阻率無明顯幅度差（圖4c，4d）。

圖4 秦皇島32-6 油田北區新近系明化鎮組下段Ⅱ油組廢棄河道井-震結合特征Fig.4 Characteristics of log-seismic response of abandoned channels of NmⅡin northern Qinhuangdao 32-6 oilfield

2.2.2 基于地震響應特征識別復合砂體構型疊置樣式

研究區NmⅡ油組復合砂體的外部疊置樣式和內部結構有密切關系，依據單砂體的地震響應識別復合砂體的疊置特征，可分為孤立型、（疏散/緊密）側疊型和堆疊型等疊置樣式［17］（圖5）：①孤立型可分為同期孤立型和多期孤立型，同期孤立型表現為不同孤立砂體的地震波反射時間基本一致，反射軸的振幅強度和砂體的厚度也較相似，反映了同期多條河道的孤立復合砂體沉積，沉積時期河道規模較小，沉積物供給較少；多期孤立型表現為不同孤立砂體的反射時間和反射軸的振幅強度均存在明顯差異，指示不同時期復合砂體孤立分布。②側疊型按照疊置程度可分為疏散側疊型和緊密側疊型，在地震響應剖面中，強振幅同相軸的疊置部分代表了側疊型復合砂體；疏散側疊型復合砂體具有振幅減弱、頻率提高、同相軸輕微下凹的特征，而緊密側疊型復合砂體則表現出振幅減弱或出現復波現象［18］。③堆疊型復合砂體表現出多條低頻強波峰和較高頻波谷的組合，相對高頻的強波峰受低頻強波峰影響發生振幅衰減，在地震相應剖面上形成“強波峰+弱波峰”的特征。

圖5 秦皇島32-6 油田北區新近系明化鎮組下段Ⅱ油組復合砂體疊置特征地震解釋剖面Fig.5 Seismic interpretation sections of composite sand body stacking characteristics of NmⅡin northern Qinhuangdao 32-6 oilfield

2.2.3 基于優勢地震屬性融合識別復合砂體構型疊置樣式

為了突出研究區曲流河各沉積單元的外部形態特征，弱化單一地震屬性的識別效果，運用神經網絡算法計算NmⅡ油組各地震屬性之間的相關系數。優先考慮對該區砂泥巖相較為敏感的振幅和頻率類屬性，即對中值濾波、均方根振幅、瞬時頻率、瞬時相位、相對波阻抗、“甜點”屬性、混沌體屬性和主頻等8 個參數進行相關性分析。其中均方根振幅與瞬時頻率、“甜點”屬性、混沌體屬性的相關系數都大于0.800，因此，選擇均方根振幅、瞬時頻率和“甜點”屬性作為優勢屬性進行RGB 顏色融合，以此突出反映砂體平面展布特征（表1）。

表1 秦皇島32-6 油田北區新近系明化鎮組下段Ⅱ油組優勢地震屬性相關性矩陣Table 1 Correlation matrix of dominant seismic attributes of NmⅡin northern Qinhuangdao 32-6 oilfield

均方根振幅是判斷砂泥巖最常用的地震屬性之一，對砂泥巖的展布范圍較為敏感，當地層非均質性較強時，如砂泥巖互層或砂巖中充填油氣等流體時，均方根振幅表現為高值。在NmⅡ油組2 小層均方根振幅沿層切片中（圖6a），復合砂體均方根振幅高（綠-黃-紅色區域），廢棄河道泥巖均方根振幅低（藍色區域）。瞬時頻率主要是通過檢測振幅吸收異常來追蹤巖性或地層變化引起的相關頻率吸收特征［19-20］，與均方根振幅相比，瞬時頻率更側重于砂體間界限的刻畫?！疤瘘c”屬性是瞬時振幅與瞬時頻率平方根的比值，瞬時振幅反映地震波能量的瞬時變化，與地震相位無關。在NmⅡ油組2 小層的“甜點”屬性和瞬時頻率屬性沿層切片中，含油氣砂巖體表現為較低的瞬時頻率和較高的“甜點”屬性，而廢棄河道泥巖則與之相反，表現為高瞬時頻率和低“甜點”屬性（圖6b，6c）。

將NmⅡ油組2 小層的均方根振幅巖層切片、瞬時頻率和“甜點”屬性巖層切片進行RGB 顏色融合，融合切片不僅體現了復合砂體的展布規律，還可以反映復合砂體垂向規模上的差異。切片中亮色區域（白色、黃綠色和粉色等）指示復合砂體沉積，其中亮黃色代表厚層的點壩主體砂體，藍紫色代表薄層的點壩尾部或決口扇砂體；暗色指示廢棄河道或偏泥質的河漫灘沉積，藍黑色代表低振幅、低“甜點”屬性、高頻率的偏泥質溢岸沉積（圖6d）。

圖6 秦皇島32-6 油田北區新近系明化鎮組下段Ⅱ油組2 小層地震響應與復合砂體展布特征Fig.6 Seismic response and distribution characteristics of composite sand bodies of NmⅡ-2 in northern Qinhuangdao 32-6 oilfield

將研究區地震響應特征和優勢屬性的研究結果相結合，雕刻復合砂體儲層構型的平面展布特征（圖6e），復合點壩-決口扇砂體疊置樣式主要為疏散側疊型和孤立型，河道整體呈北東—南西向條帶狀分布，河漫灘沉積和廢棄河道作為滲流屏障分割復合砂體，導致NmⅡ油組2 小層儲層的連通性較差。

3 沉積演化與復合砂體分布

新近紀以來，秦皇島32-6 油田所在的石臼坨凸起由裂陷發育階段演化至裂后凹陷發展階段，整體沉降，斷裂活動減弱，地形逐漸趨于平坦，在漸新世末由持續高隆演化至低幅度披覆構造，研究區沉積物主要來自燕山—遼西物源，物源方向為北—北西方向［21］。NmⅡ油組3 小層和4 小層沉積時期，單一河道主要沿近東西向以及北西—南東向2 個方向展布，伴隨著河流的頻繁改道，活動河道和廢棄河道呈交織帶狀分布。中北部發育2 條北西—南東向展布的大型單一曲流河道，河谷長度分別為2 700 m 和3 700 m，平均河道帶寬分別為750 m 和680 m，兩者的橫向距離較近，單一河道帶內的復合點壩砂體與決口扇砂體、多期點壩砂體在平面上呈連片分布，垂向上疊置，堆疊型和緊密側疊型復合砂體廣泛發育。南部發育2 條近東西向的廢棄河道，河谷長度分別為2 100 m 和2 350 m，平均河道帶寬分別為600 m 和700 m，彎曲度均較小，復合點壩砂體長寬比值較大，以緊密側疊型和疏散側疊型為主。這一時期復合砂體橫向連片程度逐漸擴大，垂向疊置厚度亦逐漸增大，決口扇發育程度和規模呈減小趨勢，反映這一時期研究區可容空間逐漸擴大，沉積物供給逐漸增多（圖7a，7b）。

NmⅡ油組1 小層和2 小層沉積時期，研究區燕山—遼西物源體系繼續提供沉積物，河道帶的展布方向具有繼承性，主要沿北西—南東向展布，但隨著可容空間的持續增大，單一曲流河道由交織條帶狀演化為單一條帶狀，復合砂體規模明顯變小，決口扇零星分布于河道凸岸，復合砂體疊置樣式主要為疏散側疊型和孤立型，同時儲集性能較差的河漫灘沉積和泛濫平原發育規模逐漸增大，成為復合砂體間的滲流屏障，不同期次的復合砂體間多沉積滲透性較差的壩間泥，復合砂體儲層非均質性增強（圖7c，7d）。

圖7 秦皇島32-6 油田北區新近系明化鎮組下段Ⅱ油組沉積演化Fig.7 Sedimentary evolution of NmⅡin northern Qinhuangdao 32-6 oilfield

4 基準面旋回對復合砂體儲層構型的控制作用

4.1 基準面旋回劃分

頻譜屬性趨勢分析技術（INPEFA—integrated prediction error filter analysis）［22-23］是運用最大熵分析法計算并處理可以反映地層沉積特征的測井曲線，得到誤差濾波分析值，最終得到反映沉積旋回變化的INPEFA 曲線。INPEFA 曲線的趨勢代表層序地層的演化過程，INPEFA 值向上逐漸增大為一個正趨勢，表示地層砂泥比減小的水進過程；INPEFA值向上逐漸減小則為一個負趨勢，表示地層砂泥比增大的水退過程。從負趨勢到正趨勢的拐點為正轉折點，反之為負轉折點，轉折點代表地層層序界面。基于對巖性變化較為敏感的GR曲線，運用INPEFA技術判斷頻譜曲線的趨勢，結合Rt等測井信息，將秦皇島32-6 油田北區NmⅡ油組劃分為2 個中期上升半旋回和7 個短期旋回，除了4 小層沉積早期為下降半旋回，其余均為上升半旋回（圖8）。

圖8 秦皇島32-6 油田北區新近系明化鎮組下段短期基準面旋回對復合砂體構型樣式的控制作用模式Fig.8 Control model of short-term based-level cycles on composite sand bodies architecture of the lower Minghuazhen Formation of Neogene in northern Qinhuangdao 32-6 oilfield

4.2 旋回對復合砂體儲層構型的控制作用

曲流河基準面旋回對復合砂體沉積與展布的控制作用包括自旋回和異旋回作用［15］。構造作用是影響可容空間和沉積速率的重要異旋回因素。由于研究區新近世構造活動減弱，構造特征較簡單且地形較平緩，在基底斷裂作用下，形成了近東西向的“中部高、南北低”的地壘構造，隨著盆地持續熱沉降，構造沉降速率也不斷變化，在NmⅡ油組沉積期基準面整體上升，可容空間不斷增大，處于長期基準面旋回的上升半旋回。

中期基準面旋回通過影響可容空間和沉積物供給等因素，進一步控制河流相復合砂體的類型、外部形態和疊置樣式［24］。NmⅡ油組對應著2 個中期上升半旋回，反映了在構造沉降速率相對平穩的條件下，可容空間整體為持續增大的特征，而沉積物供給速率頻繁改變，導致可容空間與沉積物供給的比值（A/S）隨之增減。

短期基準面旋回對單一河道的沉積、遷移以及對決口的控制主要表現為自旋回因素。河道坡度、沉積物類型以及水動力條件等自旋回作用對復合點壩、決口扇等砂體內部結構起著重要的控制作用。NmⅡ油組4 小層沉積初期對應的短期旋回為下降半旋回，基準面的下降伴隨著河道下切作用的加強，形成下切河道，當基準面升至高于沉積界面，此時A/S＜1，沉積物不斷在河道凹岸堆積，且細粒沉積物難以保存，沉積物在河道內部加積形成堆疊型復合砂體，旋回結構表現為僅保存上升半旋回的短期旋回層序，砂體多為塊狀砂巖沉積且常見底部沖刷構造。下降半旋回多出現在河道凸岸，在強水動力條件下，充足的沉積物供給突破天然堤形成反韻律的決口扇沉積（圖8a，8b）。3 小層沉積期對應著基準面上升期，隨著水流側切作用增強，河道不斷拓寬，可容空間逐漸增大，在沉積物供給充足的條件下，A/S接近于1，形成了橫向分布廣的緊密側疊型或堆疊型復合砂體（圖8c，8d）。2 小層沉積時期，沉積物供給減少且研究區處于高可容空間，沉積物供給速率遠低于可容空間的增長速率，形成疏散側疊型復合砂體。1 小層沉積時期，可容空間持續增大，沉積物供給量減小，復合砂體的疊置樣式主要為小型孤立型（圖8e，8f）。

5 結論

（1）秦皇島32-6 油田北區新近系明化鎮組下段Ⅱ油組復合砂體儲層構型內部結構按測井相和砂體結構韻律分為（復合）箱形、（復合）鐘形、漏斗形、尖峰形和低幅齒形；外部疊置樣式在地震響應上分為孤立型、緊密側疊型、疏散側疊型和堆疊型。

（2）秦皇島32-6 油田北區新近系明化鎮組下段Ⅱ油組復合砂體沉積早期（4 小層—3 小層沉積期）河道呈交織條帶狀分布，復合點壩與決口扇沉積連片分布，堆疊式和緊密側疊型復合砂體廣泛發育；沉積晚期（2 小層—1 小層沉積期）河道演化為單一條帶狀，復合砂體為疏散側疊型和孤立型，河漫灘和廢棄河道成為復合砂體間的滲流屏障，垂向連通性變差。

（3）秦皇島32-6 油田北區新近系明化鎮組下段Ⅱ油組的長期和中期旋回中，構造活動等異旋回因素通過調整可容空間和沉積物供給，影響河流相復合砂體外部形態和疊置樣式；短期旋回主要通過沉積物類型和水動力等自旋回因素對復合砂體內部結構起著重要控制作用。