邵冠銘，喬占峰，曹 鵬，張 杰，孫曉偉

1 中國石油杭州地質(zhì)研究院；2 中國石油集團碳酸鹽巖儲層重點實驗室

0 前 言

下切谷通常被定義為河流體系響應于海（湖）平面相對下降而侵蝕河口地區(qū)并向盆地方向延伸所形成的河道或者河谷［1-2］。下切谷的概念最早由Fisk 等［3］提出，并用于描述密西西比河三角洲第四紀晚期古河谷的特征。Van Wagoner［4］將下切谷定義為由河流體系響應于海平面相對下降而向盆地方向延伸并侵蝕下伏地層所形成的河道或河谷。在層序地層學研究中，下切谷是識別層序界面和劃分層序內(nèi)部體系域的重要依據(jù)［5-6］。在油氣勘探方面，下切谷是油氣運移的主要通道和儲集場所，所以下切谷的研究具有重要的學術(shù)價值和工業(yè)應用價值［7-8］。

近年來，關(guān)于下切谷的報道以國外文獻為主，主要是針對海陸過渡相碎屑沉積的下切谷或陸架碎屑沉積的下切谷［2］。國內(nèi)學者針對不同構(gòu)造背景下的下切谷的識別特征、內(nèi)部充填結(jié)構(gòu)及形成機制等開展了大量研究［9-12］，但無論是理論研究，還是野外露頭或勘探實例，這些研究主要涉及陸架碎屑巖體系。國內(nèi)外對于以生物與化學沉積為主的海相碳酸鹽臺地內(nèi)下切谷的描述較少，關(guān)于其發(fā)育環(huán)境與沉積模式的認識僅限于對阿曼上白堊統(tǒng)野外碳酸鹽巖露頭的研究［13］，認為碳酸鹽臺地下切谷的發(fā)育主要受到地貌與海平面下降的控制，但并未詳細闡述其發(fā)育機理。

中東地區(qū)蘊含豐富的油氣資源，其石油產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的35%，其中碳酸鹽巖油藏貢獻率高達80%。伊拉克南部白堊系Mishrif組是主要的碳酸鹽巖產(chǎn)油層系，其保有儲量占伊拉克石油總儲量的30%，其中H 油田Mishrif 組MB2 段的高能生物碎屑顆粒灰?guī)r發(fā)育時代新、埋藏淺，加之建設性成巖作用的影響，具有整體層狀分布、儲集物性較好的特點。但是，Mishrif 組內(nèi)發(fā)育河道狀下切谷，儲層被下切谷切割，平面上呈現(xiàn)出強烈的非均質(zhì)性。這給后期注水受效分析帶來一定風險，故需要對下切谷的分布規(guī)律及成因進行研究。

本文基于取心井巖心信息、鉆井測井資料、三維地震資料，從巖相分析、測井解釋、地震相識別等方面，在MB2段識別出規(guī)模較大、特征典型的2個下切谷，進一步探討了下切谷的形成過程、成因機理以及對識別層序界面的重要意義。研究成果對中東地區(qū)Mishrif組油氣勘探具有一定理論和實踐價值。

1 區(qū)域概況

本次研究區(qū)H 油田位于伊拉克東南部，是以白堊系生物碎屑灰?guī)r為主力產(chǎn)層的巨型油田［14］，整體為一北西—南東向?qū)捑忛L軸背斜［14-18］。白堊紀時期，伊拉克東南部整體構(gòu)造活動較弱，主要發(fā)育淺海陸架碳酸鹽沉積，尤其是厚層生物碎屑灰?guī)r沉積［18］。在上白堊統(tǒng)Mishrif 組沉積時期，沉積相帶具有沿新特提斯洋呈北西—南東向展布的特征（圖1a），東北方向為新特提斯洋，西南方向為淺水海域。H 油田區(qū)Mishrif組處于碳酸鹽臺地，東臨Amara古高地［19］。

Mishrif 組可劃分為MA、MB1、MB2、MC 等4 段，內(nèi)部包含18 個亞段，自下而上組成5 個三級層序（圖1c），整體上具有海平面上升幅度較小、下降幅度較大的特征。目前Mishrif 組的主力產(chǎn)層段是MB1段和MB2段：MB1段平均厚度為100 m，巖性以半局限臺地泥粒灰?guī)r和粒泥灰?guī)r為主；MB2 段平均厚度近30 m，巖性以臺地邊緣顆?；?guī)r-泥粒灰?guī)r為主。其中，MB2-1 亞段的頂界面具有明顯的暴露不整合特征，為三級層序SQ3的頂界面。

目前研究區(qū)內(nèi)三維地震面積為496 km2，覆蓋整個油田。巖心樣品采自H 油田的7 口取心井（圖1 b），本次研究的目的層MB2段深度為2 970~3 030 m，樣品巖性以顆?；?guī)r、泥?；?guī)r、粒泥灰?guī)r等為主，顆粒以生物碎屑為主（含量為75%～90%）。

圖1 伊拉克東南部Mishrif組巖相古地理及地層綜合柱狀圖Fig.1 Lithofacies paleogeography and stratigraphic comprehensive column of Mishrif Formation in southeastern Iraq

2 碳酸鹽臺地下切谷識別標志

2.1 沉積特征

近年來對于碳酸鹽臺地下切谷的研究，多為針對阿曼等地區(qū)露頭的相關(guān)研究［13］。碳酸鹽臺地下切谷沉積演化過程與碎屑巖下切谷具有相同或接近的方式，主要表現(xiàn)為在層序高位域頂部海平面下降期發(fā)生下切削蝕，海侵期發(fā)生沉積物堆積。與碎屑巖沉積不同的是：碳酸鹽沉積高位期往往受水動力影響生物化學作用強烈，是粗顆粒物質(zhì)沉積的主要時期；海侵期臺地內(nèi)海平面迅速上升，導致大量生物停止發(fā)育，在下切谷內(nèi)部沉積物以細粒泥質(zhì)沉積為主，不會形成碎屑巖下切谷上超充填的粗顆粒沉積物，多表現(xiàn)為下切谷內(nèi)灰泥充填與切割臺地內(nèi)高位期形成的有利儲層。

在本文研究區(qū)，下切谷之外的地層為標準的開闊碳酸鹽臺地沉積，主要以顆?；?guī)r、泥?；?guī)r為主（圖1c）。通過對H316 井巖心的觀察，發(fā)現(xiàn)在靠近MB2-1頂部三級層序界面附近發(fā)育碳質(zhì)泥巖（圖2a）。結(jié)合海平面變化曲線判斷，該巖相標志著區(qū)內(nèi)出現(xiàn)淺水暴露。此外，MB2-1 亞段顆?；?guī)r與泥?；?guī)r遭受過強烈的同生期—早成巖期大氣水強溶蝕作用，溶蝕孔隙發(fā)育（圖2b）。

圖2 伊拉克H油田H316井MB2段頂部巖心及典型鑄體薄片照片F(xiàn)ig.2 Photos of core and cast thin sections at the top of MB2 member in Well H316 of H Oilfield，Iraq

鉆遇下切谷的H115 井，其巖性與周緣相同深度、相同層系的巖相截然不同，巖心（3 079~3 088m井段）為厚層—塊狀泥晶灰?guī)r，偶見硅質(zhì)團塊(圖3)，向上逐漸過渡至粒泥灰?guī)r。

圖3 伊拉克H油田H115井MB2-1亞段下切谷巖心與典型薄片照片F(xiàn)ig.3 Photos of cores and casting thin sections of incised valley of MB2-1 submember in Well H115 of H Oilfield，Iraq

整個下切谷厚度可達30 m，底部侵蝕界面向下泥質(zhì)條帶不發(fā)育，內(nèi)部以泥晶灰?guī)r為主，夾深褐色—黑色泥質(zhì)條帶（約占總厚度的15%），偶見硅質(zhì)團塊。硅質(zhì)團塊由化學沉積形成，有的邊緣光滑，有的受水動力影響，邊緣呈角礫狀（圖3b，3c）。下切谷內(nèi)沉積巖顆粒向上由粗變細再變粗，呈先正韻律再反韻律，頂部逐漸過渡到粒泥灰?guī)r，對應從海平面上升開始充填至海侵結(jié)束充填滿整個下切谷的過程。沖刷面上下水體深度與沉積環(huán)境的巨大差異，導致下切谷內(nèi)外巖性存在明顯差異，可從巖心的粒度、顏色及沉積構(gòu)造等方面識別。

2.2 測井響應特征

由于下切谷內(nèi)充填的沉積巖與上下圍巖巖性存在截然差異，因此在測井上較易識別與解釋（圖4）：曲線以箱形為主，頂?shù)拙哂忻黠@界面。下切谷內(nèi)沉積巖顆粒由粗變細再向上變粗，具有一定旋回性，這在GR曲線上表現(xiàn)為先升高后下降，整體變化幅度不大。

圖4 H119H井MB2-1亞段下切谷測井解釋圖(井位見圖8a)Fig.4 Log interpretation of the MB2-1 incised valley in Well H119H(location is shown in Fig.8a)

2.3 地震反射特征

在等時地層切片上，下切谷整體呈現(xiàn)為水道狀分布的強振幅反射，邊界清晰，較平直（圖5a）。這是由于碳酸鹽臺地下切谷的侵蝕作用以海平面快速下降時的潮汐沖刷為主，其下切過程一般不會發(fā)生較大擺動。在剖面上，下切谷通常呈兩翼對稱或不對稱的“V”形、“U”形，與圍巖的反射同相軸明顯不協(xié)調(diào)（圖5b），下切谷內(nèi)外的同相軸相位突變，邊界處有類似斷層狀反射；在下切谷不同部位，其邊界形態(tài)有一定差別。這種邊界特征，是下切谷內(nèi)部細粒泥質(zhì)沉積巖與圍巖的巖相和物性差異較大的特征響應。

圖5 伊拉克H油田MB2-1亞段下切谷地震反射平面及剖面特征（范圍見圖1b）Fig.5 Seismic reflection characteristics of plane and profile of the MB2-1 incised valley in H Oilfield，Iraq(location is shown in Fig.1b)

在平行或近平行于下切谷的地震剖面上，表現(xiàn)為連續(xù)的強振幅塊狀充填型反射結(jié)構(gòu)特征（圖6a），局部表現(xiàn)出向高部位的上超充填或發(fā)散充填特征，其底部多以連續(xù)強振幅反射向雜亂的基底侵蝕層反射結(jié)構(gòu)過渡。在垂直于下切谷的地震剖面上，表現(xiàn)為局部強振幅體，可見到下切谷內(nèi)外的同相軸相位突變（圖6b）。

圖6 伊拉克H油田MB2-1亞段下切谷內(nèi)部縱橫向地震反射剖面特征（剖面位置見圖1b）Fig.6 Seismic reflection characteristic of longitudinal and transverse sections crossing the MB2-1 incised valley in H Oilfield，Iraq(section location is shown in Fig.1b)

3 碳酸鹽臺地下切谷發(fā)育模式

基于研究區(qū)層序地層、沉積環(huán)境及成巖作用等方面的研究，對H 油田海相碳酸鹽臺地下切谷的沉積環(huán)境與發(fā)育機理加以分析。如圖1c 所示，MC1-1亞段—MB2 段為一個完整的三級層序（SQ3），其中，區(qū)內(nèi)MB2-2 亞段發(fā)育一定規(guī)模的沼澤沉積，覆蓋于顆粒灘、潟湖之上（圖7）。MB2-1 亞段沉積時期已進入高位域晚期，部分沉積高部位出露海平面，接受大氣水淋濾發(fā)生了大規(guī)模巖溶作用，溶蝕孔隙發(fā)育（圖2b）。MB2-1 亞段沉積末期，隨著海平面大幅度下降，高部位繼續(xù)接受淋溶改造，而潮汐水道等低洼部位受到潮汐、重力作用影響，發(fā)生了向盆地方向的削蝕，短窄的潮汐水道因遭受嚴重侵蝕形成侵蝕谷（圖7）。當進入下一個三級層序的海侵期，隨著海平面迅速上升，下切谷內(nèi)充填了細粒沉積物，形成與圍巖巖相和物性的明顯差異。這一過程持續(xù)至最大海泛期，下切谷最終被填平補齊。

圖7 伊拉克H油田SQ3（MB2段）沉積演化模式圖Fig.7 Sedimentation evolutionary pattern of SQ3(MB2 member)in H Oilfield，Iraq

與I 型層序界面發(fā)育的碎屑巖下切谷不同，碳酸鹽臺地下切谷缺少陸源碎屑供應及對應的低位域，侵蝕時間相對較短。鉆井揭示下切谷厚度僅30 m 左右（圖4），底部更平緩，不存在碎屑巖下切谷的多期侵蝕現(xiàn)象。

4 下切谷識別的意義

無論是針對阿曼露頭的研究［13］，還是研究區(qū)巖心巖相、地震等資料，均證實碳酸鹽臺地下切谷的底部為層序邊界。下切谷內(nèi)部巖石顆粒由底部向上快速變細，表明隨著相對海平面上升下切谷內(nèi)發(fā)生快速充填，該時期已經(jīng)進入下一個層序旋回。MB2-1亞段發(fā)育沼澤沉積，巖心上見碳質(zhì)泥巖、煤層或煤線，這些都是層序邊界的重要標志。值得注意的是，海相碳酸鹽巖下切谷的侵蝕深度，一定程度上可以反映海平面下降相對幅度，這對于判斷下切谷兩側(cè)圍巖出露海平面的時間和影響范圍具有指示意義。

下切谷的發(fā)育對于認識油田區(qū)儲層、隔層組合具有重要意義。下切谷發(fā)育時期代表了碳酸鹽臺地高部位出露并接受大氣水淋溶的階段，為優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育期。下切谷內(nèi)部的細粒巖石，可為油藏提供局部優(yōu)質(zhì)蓋層，或在空間上切割優(yōu)質(zhì)儲層而對油藏具有一定側(cè)向分隔作用（圖8a）。在油田開發(fā)過程中，下切谷與圍巖的巖性分異對注水井分層注水受效情況影響較大，下切谷內(nèi)的注水井很難對下切谷周緣采收井形成有效的水體能量補充（圖8b）。下切谷的識別可為油藏的非均勻性研究及開發(fā)井部署提供一定指示。

圖8 伊拉克H油田M2-1亞段隔層分布及滲流通道剖面圖Fig.8 Distribution of barriers and profile of seepage channels of MB2-1 submember in H Oilfield，Iraq

5 結(jié) 論

（1）伊拉克 H 油田 Mishrif 組 MB2-1 亞段發(fā)育碳酸鹽臺地內(nèi)下切谷，其在沉積、測井、地震等方面具有明顯的識別標志：與下伏顆粒灰?guī)r明顯不同，下切谷內(nèi)部以泥晶灰?guī)r充填為主，顆粒向上變細再變粗；測井曲線具有箱形特點；地震剖面上呈短軸強振幅反射，平面上近似河道形態(tài)但更平直。

（2）研究區(qū)下切谷發(fā)育于MB2-1 亞段沉積末期，侵蝕過程發(fā)生在SQ3高位域晚期，充填過程發(fā)生在SQ4海侵期。下切谷的底部代表了區(qū)域上較大的層序界面。

（3）下切谷發(fā)育期，臺緣灘高部位受大氣水淋溶改造而形成有利儲層；下切谷充填的細粒沉積巖，可充當油藏的局部蓋層或隔層。這對研究油藏非均質(zhì)性及促進高效開發(fā)具有重要意義。