劉書亭 張憲國* 任麗華 林承焰 林 芳 黃文松

(①中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島 266580； ②中國石油勘探開發(fā)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(fā)育，地層非均質(zhì)性也更強(qiáng)，因此準(zhǔn)確刻畫沉積微相及砂體難度較大。委內(nèi)瑞拉MPE-3區(qū)塊位于全球地質(zhì)儲量最大而開發(fā)程度最低的重油富集區(qū)——奧里諾科重油帶[1]，是以水平井開發(fā)為主的辮狀河三角洲重油油藏，儲層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同成因類型砂體的形態(tài)及邊界認(rèn)識不清，基于直井資料的傳統(tǒng)沉積微相和砂體刻畫已難以滿足水平井開發(fā)的要求。作為沉積相地震解釋的一種新方法，地震沉積學(xué)自1998年提出以來，已經(jīng)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(qū)塊位于東委內(nèi)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(qū)的西部，三維地震覆蓋面積約為115km2(圖1)。 研究區(qū)為一向北傾斜的單斜構(gòu)造，地層傾角為2°～3°，斷層不發(fā)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(guī)模發(fā)育的河流沖刷、運(yùn)移至該區(qū)逐步沉積，構(gòu)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(nèi)部自下而上發(fā)育Morichal段三角洲平原及前緣中—細(xì)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(qū)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(dá)1000m，直井僅27口(圖1)。地震資料品質(zhì)較好，信噪比高，目的層段頻帶寬度為15～115Hz，主頻高達(dá)60Hz以上。本文將地震沉積學(xué)方法應(yīng)用于水平井開發(fā)區(qū)，探索“直井—水平井—地震”相結(jié)合的多維、多尺度地震沉積學(xué)解釋方法，精準(zhǔn)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(xué)研究的基礎(chǔ)[19]。目的層發(fā)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(jīng)典層序地層學(xué)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(nèi)部，根據(jù)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(jié)合沉積旋回和巖性組合進(jìn)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(fā)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(yīng)較弱，表現(xiàn)為中—弱振幅，同相軸連續(xù)性差。MFS是TST與高位體系域(HST)分界面，是一套全區(qū)穩(wěn)定發(fā)育的泥巖，為最大海泛時形成，反映基準(zhǔn)面快速上升的結(jié)束，平均厚度約為6m，泥巖質(zhì)純。在地震剖面上響應(yīng)較好，表現(xiàn)為中—高振幅，連續(xù)性好。

在三級層序內(nèi)部，根據(jù)測井顯示的沉積旋回變化和短期洪泛面，并結(jié)合地震反射特征，識別與劃分四級層序。Oficina組內(nèi)部6期基準(zhǔn)面旋回變化形成的海泛沉積表現(xiàn)為薄層的細(xì)粒沉積測井響應(yīng)，以薄層泥巖沉積為主，指示一次基準(zhǔn)面快速上升的結(jié)束，具有良好的等時意義，可作為短期基準(zhǔn)面旋回的標(biāo)志。在橫向上，可以看到同相軸接觸關(guān)系的變化，指示局部發(fā)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(diǎn)砂體沉積特征

2.1 巖相類型

研究區(qū)有CES-2-0、CJS-1兩口取心井，目的層段巖心長度為108m。根據(jù)自然光及紫外線照射下巖石的顏色、粒度、沉積構(gòu)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(zhì)條帶塊狀層理細(xì)砂巖相(Smf)、塊狀層理粉砂巖相(Smvf)、槽狀交錯層理中—細(xì)砂巖相(St)、平行層理細(xì)—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(qū)巖相分類表

2.2 基于直井資料的沉積相分析

根據(jù)發(fā)育的巖相特征并結(jié)合區(qū)域沉積背景可知，Oficina組沉積時期，研究區(qū)為海陸過渡環(huán)境，發(fā)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(diǎn)，發(fā)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(qū)物性最好的儲層類型，也是主要的油氣勘探開發(fā)目標(biāo)。發(fā)育中—細(xì)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(gòu)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(diǎn)具有明顯的正韻律特征。GR曲線形態(tài)具典型箱形特征，部分井點(diǎn)呈微齒化箱形或箱形—鐘形復(fù)合特征，頂、底多突變接觸，具有典型的“富砂”河道型沉積特點(diǎn)。這種垂向切疊的多期心灘沉積砂體具梭狀或丘狀強(qiáng)振幅反射結(jié)構(gòu)，連續(xù)性較好(圖4)。

辮狀河道與心灘毗鄰，研究區(qū)發(fā)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(xì)，以細(xì)粉砂巖為主。辮狀河道底部發(fā)育泥礫，底沖刷作用明顯，表明河道沉積初期具有較強(qiáng)水動力特征。區(qū)域地質(zhì)研究表明，研究區(qū)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(qiáng)，在河道沉積中發(fā)育槽狀交錯層理等高能成因的沉積構(gòu)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(qiáng)水動力作用下的河道沉積表現(xiàn)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(tài)，河道整體的反射包絡(luò)線形態(tài)清晰，內(nèi)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(qū)典型沉積微相及井震響應(yīng)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(zhì)、鈣質(zhì)結(jié)核，發(fā)育水平層理、沙紋層理和不對稱波狀層理，為季節(jié)性洪水泛濫出河道后由弱水動力條件形成的細(xì)粒沉積。在GR和SP曲線上表現(xiàn)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(huán)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(xué)分析

砂體平面刻畫一直是地震地質(zhì)研究的難點(diǎn)，辮狀河三角洲砂體平面發(fā)育規(guī)模遠(yuǎn)大于縱向，利用地震平面信息刻畫砂體內(nèi)部結(jié)構(gòu)為沉積相地震表征提供了有效手段。該區(qū)有大量的水平井資料，為解釋地震沉積相及砂體內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(diào)整與地層切片相結(jié)合的方法解釋地震沉積相。

3.1 相位調(diào)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(yōu)點(diǎn)，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(shù)據(jù)體同相軸不能有效地反映砂體。研究區(qū)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(dāng)。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(yīng)關(guān)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(zhǔn)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(jù)此將地震資料相位轉(zhuǎn)換93.5°，完成90°相位轉(zhuǎn)換處理(圖6右)?？梢?，經(jīng)相位轉(zhuǎn)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(zhǔn)則求取地震數(shù)據(jù)相位

圖6 MPE-3工區(qū)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(jìn)行線性內(nèi)插提取地層切片是地震沉積學(xué)研究中常用的切片方法?？紤]到研究區(qū)的地質(zhì)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(yōu)先沉積于地貌低洼處，采用線性內(nèi)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(wěn)定的等時界面，故采用線性內(nèi)插的方法提取地層切片。對于MSC4，頂部的FFS為全區(qū)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)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(xù)增大，沉積物源供給充足，辮狀河道及心灘大量發(fā)育，河道帶分布范圍廣，心灘規(guī)模大，垂向加積作用強(qiáng)，表現(xiàn)為“滿盆皆砂”的特點(diǎn)。在地層切片(圖7左)中辮狀河道帶呈連片分布，其中黃色區(qū)域(采樣值為-700～500)連續(xù)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(nèi)部，復(fù)合心灘沉積為緊密分布的紅色橢圓狀區(qū)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(lán)色區(qū)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(dǎo)下的沉積相模式

傳統(tǒng)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(qiáng)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(nèi)部夾層刻畫等方面具有直井和地震資料難以企及的優(yōu)勢。 然而，現(xiàn)有的地震沉積相解釋 主要結(jié)合地震與直井資料，對如何利用水平井資料缺乏簡便實(shí)用的方法。

圖7 O-11沉積期地層切片(左)及沉積學(xué)解釋(右)

通過分析研究區(qū)水平井段測井曲線，并參考直井解釋結(jié)果，總結(jié)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(jié)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(fù)合特征，在砂體內(nèi)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(fā)育特征。根據(jù)辮狀河現(xiàn)代沉積學(xué)解釋， 確定上述夾層為心灘內(nèi)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(qū)水平井資料豐富，提出利用橫向高分辨率的水平井資料標(biāo)定地層切片的地震沉積學(xué)解釋方法，精細(xì)表征單砂體內(nèi)部儲層非均質(zhì)性，實(shí)現(xiàn)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?dāng)?shù)據(jù)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(nèi)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(nèi)部結(jié)構(gòu)(圖9)。

3.5 砂體定量表征

根據(jù)研究區(qū)定量表征結(jié)果，統(tǒng)計了辮狀河三角洲定量沉積參數(shù)(表2)。結(jié)果顯示：研究區(qū)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(jù)此建立該區(qū)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(guān)系

(1)

(2)

(3)

式中R為相關(guān)系數(shù)。

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(jié)論

(1)委內(nèi)瑞拉MPE-3區(qū)塊Oficina組為一個完整的三級層序，其內(nèi)部發(fā)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(jù)不同四級層序的沉積特點(diǎn)，分別選用不同的切片方式，結(jié)合相位轉(zhuǎn)換與地層切片準(zhǔn)確刻畫了沉積微相。

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

(4)利用井震聯(lián)合刻畫結(jié)果總結(jié)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(guān)系。