劉海青

(中國石油冀東油田分公司，河北 唐山 063004)

0 引 言

近年來，利用層序地層學理論研究地質(zhì)問題的尺度和精度得到了不斷發(fā)展和完善[1-4]，隨著地震資料的改善和研究手段的多元化，層序地層學的研究不斷從盆地規(guī)模的層序和沉積體系域分析向沉積微相和儲層規(guī)模的高精度層序地層分析深化[5]。準確地在高勘探程度構(gòu)造帶搭建高精度層序地層格架，并在四級層序格架下識別優(yōu)勢儲集砂體是高效勘探的一項重要內(nèi)容。

南堡凹陷高柳斜坡帶是一個重要的含油構(gòu)造帶，沙三段是主要含油層系。近年來，在三級層序格架下開展了沉積、儲層以及巖性體識別優(yōu)選等研究。該區(qū)層序地層對比精度較低，三級層序組劃分單元精度約為200 m，隨著勘探的深入，三級層序研究已難以滿足目前高柳斜坡帶的精細勘探需求。在高精度層序格架下優(yōu)勢儲集砂體預測方面的研究相對薄弱，從而影響研究區(qū)油氣勘探的方向。應用高精度層序地層學研究方法，以巖心、測井和地震資料為基礎，構(gòu)建了高柳斜坡帶沙三段四級層序地層格架，在該格架下開展了優(yōu)勢儲集砂體識別，并明確了有利含油層段和區(qū)帶，為南堡凹陷巖性地層油氣藏的有效勘探提供地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

南堡凹陷位于黃驊坳陷北端，北面緊鄰東西向燕山隆褶帶，是一個在華北地臺基底上，經(jīng)中、新生代運動發(fā)育起來的、具有北斷南超結(jié)構(gòu)的典型陸相斷陷盆地，是渤海灣盆地北側(cè)一個小型油氣富集區(qū)[6-9]。研究區(qū)高柳斜坡帶位于南堡凹陷北部，由2個正向構(gòu)造單元(高尚堡構(gòu)造和柳贊構(gòu)造)和1個負向構(gòu)造單元(拾場次凹)組成，勘探面積約為200 km2。該區(qū)邊界斷層極其發(fā)育，盆地西北部和東北部邊緣分別以西南莊斷層和柏各莊斷層為界。

根據(jù)沉積旋回特征，沙河街組地層自下而上分為3段，即沙三段、沙二段和沙一段，巖性組合上主要為砂泥巖互層。其中，沙三段是主要的油氣勘探與開發(fā)層段。目前正向構(gòu)造帶主體的高尚堡構(gòu)造和柳贊構(gòu)造已投入開發(fā)，主要是構(gòu)造油氣藏，以斷背斜和斷鼻為主[2-3]。高柳斜坡帶目前沙三段多口井投產(chǎn)，單井產(chǎn)量高，呈現(xiàn)整體含油的趨勢，是巖性油氣藏勘探的主要區(qū)帶[2]。

2 層序地層格架和沉積體系分析

2.1 二級層序及其界面特征

根據(jù)邊界斷層的發(fā)展演化，可將南堡凹陷古近系的構(gòu)造演化歷史劃分為初始斷陷期、快速斷陷期、斷陷萎縮期和拗陷期[10]。依據(jù)構(gòu)造演化及沉積響應特征，將研究區(qū)劃分為2個一級層序界面(圖1)：其一是古近系底界(Tg)，是區(qū)域性角度不整合面，全凹陷范圍發(fā)育，下伏地層包括中生界、古生界或更老地層，多數(shù)褶皺變形或高角度傾斜，全區(qū)易于追蹤對比，連續(xù)性中等—較好，振幅中等偏強(圖2)；其二是新近系底界(Ng)，形成于南堡凹陷古近系沉積末期，受東營運動影響，南堡凹陷發(fā)生整體抬升，遭受長時期風化、剝蝕，形成區(qū)域性不整合面，上覆普遍發(fā)育的巨厚火山巖和底礫巖的組合使該界面成為全區(qū)典型的標志層。

圖1 高柳斜坡帶層序劃分

古近系(Es—Ed)構(gòu)造地層在第三紀沉積期間，構(gòu)造處于幕式裂陷階段，根據(jù)地震相與巖相組合可明確地劃分出4個裂陷幕。與之相對應，古近系可劃分為4個二級層序。

Es35期處于裂陷一幕，對應形成最下部的二級構(gòu)造層序。Es35電性特征呈現(xiàn)一組高泥巖基值與長刺刀狀高峰電阻率曲線，自然電位曲線幅度差異較明顯，是區(qū)域?qū)Ρ鹊囊患墭酥緦?圖3)。Es34—Es31期處于裂陷二幕，該時期盆地斷陷強烈，氣候潮濕，發(fā)育了以礫巖、含礫砂巖、灰色和灰綠色泥巖為主的地層，相應形成了南堡凹陷古近系最為主要的含油和儲油層系。從Es34到Es31繼承性發(fā)育扇三角洲。Es1沉積期處于裂陷三幕，沉積了沙一段以灰色泥巖、砂巖和生物灰?guī)r為主的沉積，其沉積環(huán)境以淺湖和扇三角洲為主(圖3)。裂陷四幕相當于東營組沉積期，此時沉積中心轉(zhuǎn)移到高柳斷層的下降盤，東營末期該區(qū)整體抬升受到剝蝕，結(jié)束了古近系裂陷發(fā)育階段，進入了新近系坳陷階段。

2.2 三級層序及其界面特征

通常認為一個三級層序?qū)谝粋€長期基準面旋回；根據(jù)高柳斜坡內(nèi)部局部不整合特征識別，并結(jié)合鉆井和測井相特征，將研究區(qū)沙河街組劃分為7個長期基準面旋回[11-12]，其中，沙河街組三段可劃分出4個長期基準面旋回；分別為SQ1——Es35、SQ2——Es34+Es33下部、SQ3——Es33上部+Es32、SQ4——Es31(圖2、3)。

圖2 高柳斜坡沙河街組層序地層界面的地層響應特征

圖3 高柳斜坡帶沙河街組沙三段G94—L202X2連井剖面層序地層特征

研究區(qū)三級層序界面可分為2種類型：一類為不整合剝蝕間斷面，如SB1、SB2、SB4、SB5，不整合面上下巖性和測井曲線特征變化明顯；二類為基準面變化轉(zhuǎn)換面，如SB3，相當于Es33中部的沉積轉(zhuǎn)換面，測井曲線上表現(xiàn)為進積向退積轉(zhuǎn)換，電阻率由漏斗型向鐘型轉(zhuǎn)換，多對應于分流河道沖刷面。SB3不整合面主要在盆地東部發(fā)育，在盆地西部緩坡帶，該不整合與基底不整合重合；而在大部分發(fā)育地區(qū)與之平行或以微角度相交；SB4在地震剖面上可見明顯削截現(xiàn)象，在斜坡區(qū)為超覆特征，凸起上為披覆特征；SB5在地震剖面上表現(xiàn)為削截特征，在湖盆的邊緣地區(qū)，特別是在遠離邊界斷層的斜坡地帶可見到明顯的上超現(xiàn)象。

2.3 四級層序及其界面特征

高精度層序地層單元是指在三級層序基礎上進一步劃分的體系域和四、五級層序；而四級層序是高精度層序格架的基本單元，其對應中期基準面旋回，主要受控于氣候造成的湖平面高頻振蕩、物源體系供給。通過地震反射特征、鉆井分層對比、巖性組合特征進行識別劃分。研究區(qū)大部分鉆井在沙三段可識別出12個中期基準面旋回，根據(jù)半旋回對比原則，可劃分為24個對比單元；每個對比單元厚度為30～90 m。其中，SQ1分為2個中期基準面旋回，SQ2分為3個中期基準面旋回，SQ3分為4個中期基準面旋回，SQ4分為3個中期基準面旋回(圖3)。從已鉆井巖性組合特征分析可知，研究區(qū)四級層序界面大多位于砂巖到泥巖的突變面。

SQ1期處于盆地的初始斷陷期，地層厚度各地差異性較大，沉積相空間變化快；鉆井揭示的粗碎屑與泥巖沉積層形成了明顯的進積和退積組合序列，橫向可對比性較差。

SQ2期地層厚度變化率均勻，呈南薄北厚趨勢，下部巖性較細、曲線低平，上部砂泥互層、測井曲線齒化明顯。剖面上各井在SQ2和SQ3轉(zhuǎn)換面附近均有良好的油氣顯示(如圖3中高66x3、高22和高3105井)。SQ2-1、SQ2-2時期，區(qū)域沉降造成可容納空間快速增大，形成了廣泛分布的厚層泥頁巖段；從SQ2-3到SQ3-2時期，經(jīng)歷基準面下降到上升的轉(zhuǎn)換過程，區(qū)內(nèi)以東高西低的沉積地貌為主，來自東北部的物源體系的進退控制了砂體空間的分布，在縱向上形成了由典型進積序列向典型退積序列的轉(zhuǎn)變。SQ3-3、SQ3-4時期(Es32沉積期)隨著構(gòu)造地貌的平緩與湖盆的變淺，區(qū)內(nèi)主要表現(xiàn)為物源體系大幅度進退，與湖相泥巖互層疊置，從而形成的加積序列。

SQ4-1、SQ4-2時期邊界斷裂的差異演化造成沉積地貌的變化及相應的物源體系格局轉(zhuǎn)變[13]。在拾場次凹斜坡區(qū)底部發(fā)育一套較為穩(wěn)定的泥巖，向上沉積序列主要表現(xiàn)為典型的進積序列，再變?yōu)槿跬朔e及加積序列。SQ4-3時期全區(qū)以加積序列為特征。如圖3中SQ4時期，L202X2井緊靠邊界斷層，砂體單層厚度大，但與G22和G66X3井仍具有相似性，均呈穩(wěn)定泥巖段—進積(退積)疊置—加積的特征，說明柏各莊斷層物源體系在各時期均有物源提供，且一直延伸到G66X3井區(qū)域。

3 層序地層格架內(nèi)有利儲集砂體特征

3.1 高精度層序的含油氣性

鉆井揭示的各層含油氣特征對比結(jié)果表明，SQ2-2、SQ2-3、SQ3-1、SQ3-2、SQ3-3的油氣顯示井多，各井中含油氣級別較高層段比例較大。高級別油氣顯示比較集中，主要分布在緊鄰SQ2最大湖泛泥巖之上的砂層中(SQ2-2、SQ2-3、SQ3-1)；SQ3-3、SQ3-4砂體雖也較為發(fā)育，但含油氣級別高的層段少而薄。不整合面SQ3-4頂、SQ4-3頂?shù)?個四級層序含油氣性較好，表明該層序砂體油氣富集。從含油氣統(tǒng)計角度分析，巖性-地層油氣藏勘探的有利勘探層段為SQ3的中下部和SQ2的中上部。

3.2 有利儲集砂體分布特征及控制因素

在縱向上，砂體在層序地層格架中的位置控制著儲層質(zhì)量與有利儲層的分布，進而影響含油性[14]。斜坡區(qū)油氣顯示主要集中在SQ2的高位體系域、SQ3低位與水進體系域，該層段的底部有SQ2-1厚層泥巖，頂部有SQ3-4的多套泥巖段。不同的四級層序疊加樣式類型控制著油氣分布特征，進積型層序中油氣主要集中在四級層序上部的水下分流河道砂巖中；而退積型層序中油氣則主要集中在四級層序下部的分流河道或水下分流河道的砂巖中。因此，在四級層序中油氣多分布在基準面轉(zhuǎn)換時期的較厚層砂巖中。

有利砂體類型與形態(tài)及構(gòu)造位置的匹配，決定了砂體能否成為有利的含油氣儲集層。不同層沉積砂體的構(gòu)造位置決定了圈閉發(fā)育類型[15](圖4)。SQ2-1發(fā)育的砂體類型多為湖相砂壩砂，易形成巖性圈閉。SQ2-2、SQ2-3、SQ3-1及SQ3-2中發(fā)育的砂體類型豐富，地層掀斜反轉(zhuǎn)形成的斜坡區(qū)，水下分流河道砂體末端上傾，易形成巖性上傾尖滅型圈閉，該類砂體為區(qū)內(nèi)最有利的儲集砂體類型。SQ3-4的頂部在研究區(qū)東北區(qū)域為削蝕不整合面，若上部泥巖封蓋條件好，也可形成地層不整合圈閉。SQ4沉積期斜坡區(qū)水下分流水道砂體易形成上傾尖滅型圈閉。而在南部的高尚堡、柳贊構(gòu)造帶，斷層復雜、斷裂破碎，圈閉類型受控于斷層與巖性邊界的復合控制。

圖4 高柳斜坡帶圈閉類型及分布模式

4 層序地層格架內(nèi)有利儲集砂體分布預測

有利儲集砂體分布特征及控制因素綜合表明，沙河街組沙三段存在SQ2-2、SQ2-3、SQ3-1、SQ3-2、SQ3-3、SQ4-1、SQ4-2等7個四級層序相對有利層段(圖5)。分析各層段砂體成因、分布及其與構(gòu)造的匹配關(guān)系表明，區(qū)內(nèi)存在3類有利儲集相帶：Ⅰ類區(qū)域在地層掀斜反轉(zhuǎn)形成的斜坡區(qū)，水下分流河道砂體末端上傾，易形成巖性上傾尖滅型圈閉，該類砂體為區(qū)內(nèi)最有利的儲集砂體類型；Ⅱ類區(qū)域在高北斷裂附近地區(qū)，斷層復雜，圈閉類型受斷層與巖性邊界的復合控制，易形成斷層-巖性圈閉；Ⅲ類區(qū)域靠近西南莊和柏各莊斷層，分流水道上傾被斷層封閉，易形成斷層-巖性復合圈閉。

圖5 高柳斜坡帶SQ3-1有利相帶與巖性圈閉疊合圖

以SQ3-1為例(圖5)，SQ3-1位于Es33中部，跨越層序轉(zhuǎn)換面，砂體十分發(fā)育，主要為水下分流河道、河口壩和遠砂壩等沉積微相砂體。水下分流河道砂體尖滅在湖相泥巖之中，易形成砂體上傾尖滅圈閉；河口壩、遠砂壩砂體夾在湖相泥巖中易形成透鏡狀圈閉。

5 結(jié) 論

(1) 通過井震結(jié)合，在高柳斜坡帶沙河街組沙三段識別出4個三級層序、12個四級層序，四級層序半旋回的單層厚度約為30～80 m，地層劃分精度可滿足研究區(qū)巖性地層油氣藏精細勘探需求。

(2) 四級層序中SQ2-2、SQ2-3、SQ3-1、SQ3-2、SQ3-3的油氣顯示活躍，油氣多分布在基準面轉(zhuǎn)換時期的較厚層砂巖中；含油性最好的是扇三角洲前緣水下分流河道和河口壩，其次是扇三角洲平原的分流河道和淺湖中的灘壩沉積。

(3) 從儲集砂體在層序格架中的位置、發(fā)育程度、埋藏深度等因素綜合分析，SQ2-2、SQ2-3、SQ3-1、SQ3-2、SQ3-3、SQ4-1、SQ4-2等7個四級層序在沙三段內(nèi)為相對較好的優(yōu)質(zhì)儲集砂體富集層段，區(qū)內(nèi)存在高柳西斜坡、高北斷裂北部地區(qū)和邊界斷裂下降盤3類有利儲集相帶，是下步有利的勘探區(qū)帶。