孤北地區沙三中亞段下部有利砂體研究

張明星，王 蛟

(1.中國石化勝利油田分公司 石油開發中心，山東 東營 257000；2.青島海洋地質研究所，山東 青島 266237)

孤北地區位于沾化凹陷孤北洼陷內孤島凸起的北部，在沙三段沉積時期，主要受孤北斷層控制，形成了一套以孤島凸起為物源的碎屑沉積體系，而在洼陷帶則沉積了一套優質烴源巖。沙三段的生儲蓋組合配置條件好，具有“近源存儲”的特點，已發現構造—巖性、上傾尖滅油氣藏，探明鉆井380余口，是該區重要的油氣勘探開發層系[1-3]。吳安彬等[1]認為孤島凸起北部斜坡帶發育扇三角洲、近岸水下扇沉積；袁靜等[4]認為孤島凸起西部斜坡沙三段發育扇三角洲、近岸水下扇和重力流沉積。研究通過系統巖心觀察，并未發現與近岸水下扇匹配的混雜堆積厚層砂礫巖體，與扇三角洲匹配的砂礫巖、含礫粗砂巖體為水道底部巖性特征的厚層正旋回砂體沉積，以及與水下重力流匹配的完整的鮑馬沉積序列。同時，砂巖粒度普遍偏細，分選、磨圓較好，且測井曲線中可見明顯的反旋回，表現為三角洲前緣砂體沉積典型特征。筆者通過巖心觀察和測井相分析，明確沉積相類型，并結合古地貌恢復、古溝谷識別、地震屬性砂體刻畫，建立水進旋回多溝谷弱物源三角洲沉積模式，確定沙三中亞段5～8砂層組沉積微相與有利砂體平面展布。

1 研究區概況

研究區位于沾化凹陷內孤島凸起北部，包括孤北洼陷西部和渤南洼陷東部，總體呈SW—SE方向(圖1)。沙三中亞段沉積時期，孤島凸起北側發育多條NE、NEE向同沉積斷層，形成多級構造坡折帶；西側發育一系列近EW向正斷層[4-5]，與物源注入方向一致，形成斷槽型溝谷，控制物源通道。研究區內的斷層對有利砂體展布和成藏條件具有明顯的控制作用，順向斷坡控制砂體展布，斷層啟閉以及其與砂體的配置關系，控制油氣輸導與成藏，主要發育斷層—巖性油氣藏、上傾尖滅油氣藏。

孤北地區在沙三段沉積時期，進入快速裂陷階段[5-8](裂陷期III幕)。沙三下亞段對應沉積層序的低位體系域，表現為近源沉積物順斷裂帶快速堆積，沉積體系粒度粗；沙三中亞段對應湖侵體系域，該沉積時期，盆地沉降速率增大，湖盆快速擴張，沉積物粒度相對較細，且在深洼區帶發育一套穩定的半深湖—深湖相優質烴源巖層；沙三上亞段對應高位體系域，湖盆可容空間隨沉積充填作用逐漸變小，該段砂體廣泛發育，整體地層較薄，頂部在局部地區遭受剝蝕，形成不整合面。根據研究區測井曲線及巖性特征，將沙三中亞段劃分為8個砂層組，8砂層組發育一套油頁巖(圖1)。盡管沙三中亞段沉積于湖盆快速擴張期，發育退積旋回，砂體規模普遍偏小，但由于緊鄰烴源巖，近源存儲，依然是研究區重要的勘探開發層系，主要發育巖性油氣藏、斷層—巖性油氣藏。以沙三中亞段下部5～8砂層組為研究對象。

圖1 沾化凹陷構造背景及沙三段地層特征

2 沉積微相分析

2.1 沉積特征與測井相分析

以往的觀點認為，研究區沙三中亞段以孤島凸起為物源發育了一套扇三角洲、水下重力流沉積[4,9-11]。研究在系統巖心觀察中，并未發現以砂礫巖、含礫粗砂巖體為水道底部巖性特征的扇三角洲辮狀河道厚層正旋回砂體沉積，以及具有完整鮑馬序列的濁流沉積。巖心觀察和測井相分析認為研究區沙三中亞段發育以細砂巖、粉砂巖為特征的三角洲前緣砂體，測井曲線中可見河口壩明顯反旋回砂體特征，同時砂巖粒度普遍偏細，分選、磨圓較好。

沙三中亞段5～8砂層組沉積于半還原—還原的淺湖—半深湖環境，泥巖顏色表現為灰色、深灰色(圖2)。粉砂巖、粉—細砂巖、細砂巖中發育沙紋交錯層理、低角度交錯層理、平行層理、塊狀層理，具有下細上粗反旋回特征，巖石薄片鏡下不穩定組分長石、巖屑含量高，顆粒分選、磨圓較好(圖3)，表現為典型的三角洲前緣河口壩、席狀砂沉積特征。SP、GR、COND測井曲線可見明顯指型席狀砂和漏斗型河口壩反旋回特征(圖4)。含泥礫中—粗砂巖、粗砂巖中發育正粒序和沖刷充填構造(圖2)，表現為較強水動力條件的水下分流河道沉積特征，巖石薄片鏡下不穩定組分長石、巖屑含量高，顆粒分選、磨圓較好(圖3)，SP、GR、COND測井曲線表現為明顯箱型、鐘型水道砂體正旋回特征(圖4)。

圖2 巖心照片

圖3 砂巖薄片鏡下照片

圖4 孤北地區沙三中亞段5～8砂層組測井相特征

2.2 沉積微相類型

依托多口鉆井的巖心觀察、綜合分析，結合測井曲線標志特征，認為孤北地區沙三中亞段5～8砂層組主要發育三角洲前緣、前三角洲亞相。

(1)水下分流河道微相。水下分流河道是研究區三角洲前緣主要的微相類型，以厚層砂巖為主，發育平行層理，底部具沖刷面，常含礫石。SP、GR、COND曲線為中高幅箱形、鐘形，發育正旋回。

(2)水下分流河道間微相。水下分流河道之間，處于弱水動力條件的水下還原環境，水深一般較小。以厚層淺灰色泥巖、砂質泥巖和粉砂質泥巖為主，偶夾薄層粉砂巖，層內發育植物化石，見生物鉆孔和生物擾動。SP、GR、COND曲線為低幅近泥巖基線。

(3)河口壩微相。由河流帶來的砂泥物質在河口處因流速降低而迅速堆積而成，河口壩以中厚層粉細砂巖和粉砂巖為主要巖石類型，多為反韻律或均質韻律。層內發育浪成砂紋層理、平行層理、爬升砂紋層理、波狀層理和斜層理，層內發育植物化石、炭屑、生物擾動。SP、GR曲線為漏斗型、復合漏斗型。

(4)席狀砂微相。席狀砂位于三角洲前緣遠端，由遠砂壩和部分河口壩經波浪充分改造而成，以厚約1 m內薄層粉砂巖和泥質粉砂巖為主。巖性質地純凈，分選性好。層內發育浪成砂紋層理、生物鉆孔。SP、GR、COND曲線表現為尖齒型、指型起伏。

3 古地貌恢復與物源通道刻畫

利用地震解釋、鉆井、測井等資料，在合成記錄標定的基礎上，通過時深轉換計算地層厚度，用殘余厚度法[12-13]，對研究區沙三中亞段古地貌進行恢復。物源通道主要通過地震剖面進行識別。

3.1 古地貌特征

沙三中亞段古地貌整體呈現東西兩側高，中部相對較低，孤島凸起邊緣坡度大，沉積區坡度較緩，發育多級坡折帶的特點(圖5)。孤島凸起邊緣坡折為第一坡折帶，順凸起邊緣向下至沉積區邊緣為第二坡折帶，沉積中心邊緣為第三坡折帶。沙三中亞段沉積時期，以孤島凸起為主要物源區，整體呈東西雙側供源，沉積區地勢較為寬緩，湖盆表現為中深、寬湖。

圖5 沙三中亞段古地貌恢復

3.2 物源通道類型與分布

從孤島凸起北側、西側地震剖面中，識別出古溝谷和雙斷槽型溝谷兩類物源通道(圖6)。通過沙三下亞段底界面(T6)解釋，發現孤島凸起北側發育3個溝谷型物源通道，西側發育6個斷層控制的斷槽型物源通道，斷槽型物源通道規模遠小于溝谷型物源通道。通過沙三中亞段底界面(T5)解釋，發現物源通道繼承性發育，且隨湖盆擴張，基準面上升，古溝谷由V型演化為W型或U型，反映物源供應強度減弱，古溝谷由侵蝕型逐漸轉變為沉積型[14,15]。

4 地震屬性砂體刻畫

三角洲前緣亞相儲集砂體在平面上表現為條帶狀展布的水下分流河道砂體，片狀、朵狀分布的河口壩砂體及席狀砂。依托三角洲前緣亞相沉積模式，因工區地震資料RMS、絕對振幅屬性較為穩定，且對砂體的橫向展布及空間變化較為敏感，能有效揭示沉積砂體的邊界，研究中優選RMS與絕對振幅融合屬性對研究區沙三中亞段5～8砂層組的砂體展布進行刻畫(圖7)，明確有利油氣儲層發育區域。

圖7 沙三中亞段5～8砂層組RMS與絕對振幅融合屬性

(1)8砂層組，研究區地層切片中，RMS振幅高值分布較為擴散，且高值分布受斷層影響明顯，以中部深洼周緣地帶及孤島凸起邊緣較為聚集，研究區整體以低值為主，主要范圍為0～2 000。研究區南側砂體垂直斷層走向呈階梯狀推進，其余砂體主要呈條帶狀或點狀分布，整體含砂率較低。

(2)6～7砂層組，研究區地層切片中，RMS振幅高值主要分布在孤島凸起北側(最高值為6 000)，整體仍以低振幅為主，低值主要范圍為0～2 000。工區內砂體主要以片狀或點狀分布，整體含砂率較8砂層組低。

(3)5砂層組，研究區地層切片中，RMS振幅高值分布在孤島凸起北側和西南部地區，最高值為6 000，整體仍以低值為主，主要范圍為0～2 000。孤島凸起北部斷階緩坡帶和南部邊緣緩坡帶有部分砂體呈片狀或條帶狀展布。研究區整體相對貧砂，含砂率低。

5 沉積模式

利用巖心、測井、地震資料，在沉積相分析、古溝谷識別、古地貌恢復、地震屬性砂體刻畫的基礎上，建立孤島凸起北部沙三中亞段水進旋回多溝谷弱物源三角洲沉積模式(圖8)。

圖8 沙三中亞段多溝谷弱物源三角洲沉積模式

沙三中亞段沉積時期，孤北地區處于快速裂陷階段，盆地沉降速率增大，湖盆快速擴張，地貌上表現為凸起邊緣坡度較大，向湖盆中心發育多級構造坡折，整體寬緩，深度適中的古湖盆。孤島凸起北、西兩側發育9個W型、U型物源通道，較裂陷早期侵蝕型的V型古溝谷，物源供應強度明顯減弱。這樣的沉積條件更有利于在凸起邊緣發育三角洲沉積，與巖心觀察、測井相分析的結果一致。由于沙三中亞段發育多期水進旋回，三角洲平原在湖侵過程中不宜保存，所以研究區主要發育三角洲前緣亞相。

6 沉積微相與有利砂體展布

綜合地震屬性砂體刻畫和多溝谷弱物源三角洲沉積模式研究，對孤北地區沙三中亞段5～8砂組沉積微相與有利砂體油氣儲層展布進行分析。

(1)5砂層組。5砂層組沉積時期，研究區主要發育三角洲前緣水下分流河道、河口壩微相，巖性以含礫砂巖、中—粗砂巖為主，局部見粉—細砂巖，砂體受物源影響，主要呈南東-北西向朵葉狀展布(圖9(a))，砂體面積大，主要發育在孤島凸起北側孤北34井—義941井—義132井一線、義140井—義57一線，最大厚度出現在義941井，約30.5 m。

圖9 沙三中亞段5～8砂層組沉積相平面展布

(2)6～7砂層組。6～7砂層組沉積時期，研究區主要發育三角洲前緣河口壩、水下分流河道微相，巖性以細砂巖為主，含礫砂巖為次，砂體主要呈南東-北西向朵葉狀展布(圖9(b))，砂體面積小，主要發育于孤北14井北側、義132井—義79井之間、義125井區以及義57井區北側，最大厚度出現在義79井，約10.5 m。

(3)8砂層組。8砂層組沉積時期，研究區主要發育三角洲前緣河口壩、水下分流河道微相，巖性以粉砂巖、細砂巖為主，中—粗砂巖、含礫中—粗砂巖次之，砂體受物源影響，主要呈南東-北西向朵葉狀展布(圖9(c))，砂體面積較小，主要發育在孤北38井北側、義136井—義138井和義981井—義98井一線以及義斜145井南側，最大厚度出現在義98井，約42 m。

7 結 論

(1)通過系統巖心觀察和測井相分析，改變以往認為孤島凸起北、西兩側沙三中亞段發育扇三角洲、水下重力流沉積的認識，認為研究區沙三中亞段發育以粉砂巖、細砂巖為特征的三角洲前緣沉積，沉積微相有水下分流河道、河道間、河口壩、席狀砂微相。

(2)利用井、震資料，通過精細地震解釋和殘余厚度計算，恢復研究區沙三中亞段古地貌，識別古溝谷，認為地貌為整體寬緩，深度適中的古湖盆，且孤島凸起北、西兩側發育9個W型、U型物源通道，較裂陷早期侵蝕型的V型古溝谷，物源供應強度明顯減弱。

(3)綜合沉積相分析、古溝谷識別、古地貌恢復、地震屬性砂體刻畫，建立研究區沙三中亞段水進旋回多溝谷弱物源三角洲沉積模式，明確沙三中亞段下部5～8砂層組沉積微相的平面展布，認為水下分流河道、河口壩有利砂體主要由南東向北西延伸，呈條帶狀、朵葉狀展布，是進一步有利砂體油氣挖潛的主要目標。