葉 青

( 中國石油長城鉆探工程公司 錄井公司，遼寧 盤錦 124010 )

0 引言

斷陷盆地陡坡帶通常具有坡度陡、物源短、古地形起伏大和構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)等特點(diǎn)，沉積物類型以深水重力流沉積作用為主，如近岸水下扇、湖底扇、濁積扇[1]。其中，近岸水下扇發(fā)育于陡坡帶斷層下降盤根部，與深湖暗色泥巖互層接觸，沉積物以重力流機(jī)制成因的粗碎屑巖體為主[2-3]。由于扇體多沿邊界斷層分布，具有扇根和斷面雙重側(cè)向封堵條件；扇端緊鄰半深湖—深湖相泥巖，具有豐富的油氣來源、優(yōu)良的儲集和保存條件，因此陡坡帶近岸水下扇具有極佳的形成巖性油氣藏的條件[4]。近岸水下扇沉積相帶窄、相變快、地震反射強(qiáng)度弱，在低勘探程度區(qū)預(yù)測難度較大[5]。

有關(guān)近岸水下扇的研究和探討主要集中于三方面：一是根據(jù)巖性、錄井及測井資料綜合分析，研究近岸水下扇的展布特征、沉積特征及演化規(guī)律[6-7]，認(rèn)為近岸水下扇可劃分為扇根、扇中及扇端3個(gè)亞相，主要發(fā)育礫石支撐的塊狀層理、遞變層理。二是對近岸水下扇的成因進(jìn)行分析[8]，認(rèn)為受區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，邊界斷層陡緩程度的差異控制扇體的沉積，斷層較陡有利于發(fā)育近岸水下扇。三是根據(jù)近岸水下扇儲層物性與埋藏深度的關(guān)系，研究近岸水下扇的油氣成藏規(guī)律[9-10]，認(rèn)為淺部埋藏的近岸水下扇主要形成構(gòu)造油氣藏或構(gòu)造—巖性油氣藏；深部埋藏的近岸水下扇形成“扇根封堵、扇中富集”的巖性油氣藏。人們對近岸水下扇的形成及其油氣成藏規(guī)律進(jìn)行分析，但是對低勘探程度區(qū)扇體的識別與刻畫研究相對較少，不能準(zhǔn)確預(yù)測扇體發(fā)育的位置及規(guī)模。

以大洼地區(qū)沙河街組三段(沙三段)陡坡帶近岸水下扇為例，綜合研究區(qū)地震及鄰區(qū)鉆井、測井資料，采用構(gòu)造精細(xì)解釋、地球物理響應(yīng)特征及屬性分析技術(shù)，明確扇體內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部形態(tài)，分析陡坡帶近岸水下扇沉積特征，研究扇體發(fā)育的控制因素，為研究區(qū)陡坡帶尋找有利扇體發(fā)育區(qū)提供指導(dǎo)。

1 地質(zhì)概況

1.1 地理位置

西部凹陷位于遼河坳陷西部，西接西部凸起，東部緊鄰中央凸起(見圖1)，是一個(gè)受區(qū)域性拉張作用而形成的東陡西緩、東斷西超的半地塹型凹陷[11]。凹陷東側(cè)為近北東向的陡坡帶，是由控制凹陷沉積的邊界斷裂帶(臺安—大洼斷裂帶)經(jīng)后期風(fēng)化剝蝕等改造而形成的古斷剝面。古近系沉積時(shí)期，受區(qū)域構(gòu)造背景控制，剝蝕區(qū)大量粗碎屑物質(zhì)在季節(jié)性洪水作用下沿古沖溝入湖沉積，并在湖盆邊緣陡坡帶發(fā)育近岸水下扇、湖底扇、濁積扇等砂礫巖扇體沉積[12]。

圖1 西部凹陷沉積體系模式Fig.1 Sedimentary system model of Western Depression

1.2 沉積體系

遼河坳陷3個(gè)凹陷的剖面類型相似，沉積巨厚的暗色泥巖段，凹陷邊緣多數(shù)以砂礫巖為底[13]。發(fā)育于深湖區(qū)的近岸水下扇直接伸入暗色泥巖，是油氣聚集成藏的有利儲集體，陡坡帶自北向南發(fā)育牛心坨、高升、雷家、冷家及海外河5套近岸水下扇。

沙三段沉積時(shí)期，大洼地區(qū)處于裂谷盆地演化深陷期，在邊界斷層(臺安—大洼斷裂)的控制下，凹陷東側(cè)形成坡度陡、近物源、構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈的沉積背景[14]。沉積環(huán)境變化控制巖相類型與發(fā)育，巖相能夠反映沉積環(huán)境的變化[15]。巖心觀察發(fā)現(xiàn)，陡坡帶沙三段巖石類型以深灰色、雜色砂礫巖、礫巖等重力流沉積為主。根據(jù)重力流沉積特征分析，沿陡坡帶自南向北，依次識別雜基支撐礫巖、碎屑支撐礫巖、塊狀砂礫巖、粗砂巖及滑塌巖等重力流巖相特征(見圖2)。不同位置發(fā)育的扇體特征稍有不同。

1.3 儲層特征

在陡坡帶南段海外河地區(qū)，受斷裂坡折帶控制，主要發(fā)育碎屑支撐礫巖沉積，如雜基支撐中礫巖，礫石分選磨圓差，礫石間為粗碎屑支撐(見圖2(a))。碎屑支撐礫巖無明顯的層理特征，主要表現(xiàn)為基質(zhì)支撐礫石快速堆積于扇根主水道[16]，厚度大，延伸距離短。在陡坡帶中段冷家地區(qū)，主要發(fā)育塊狀砂礫巖與巖屑粗砂巖，具有下粗上細(xì)正遞變層理特征，旋回底部可見大塊礫石，向上巖性逐漸變細(xì)，局部可見旋回特征的巖性突變界面(見圖2(b))。在陡坡帶中北段雷家地區(qū)，主要發(fā)育雜基支撐細(xì)礫巖，膠結(jié)相對致密，礫石分選差，磨圓度為棱角—次棱角狀，局部可見火山角礫巖(見圖2(c))。

圖2 東部陡坡帶近岸水下扇巖心和測井曲線特征Fig.2 Characteristics of core and logging curves of offshore subaqueous fan in eastern steep slope zone

沙三段沉積時(shí)期，陡坡帶控邊斷裂活動(dòng)劇烈，凹陷處于急劇沉降到緩慢抬升的過程，中央凸起帶提供充足的物源供給。由周期性洪水作用導(dǎo)致物源區(qū)以重力流形式搬運(yùn)入湖并發(fā)生快速堆積，在邊界斷層根部形成厚層塊狀砂礫巖體扇根沉積，測井曲線表現(xiàn)為箱型(見圖2(d))；碎屑沉積物在扇中沉積區(qū)短距離搬運(yùn)，沖蝕下伏地層形成辮狀水道沉積[17]，發(fā)育正遞變層理特征的粗砂巖，測井曲線具有復(fù)合鐘型特征(見圖2(e))。此外，由于扇體受洪水作用明顯，強(qiáng)水動(dòng)力作用通常侵蝕不同期扇體間的泥巖，測井曲線表現(xiàn)為突變接觸關(guān)系。

2 陡坡帶扇體識別

在深陷期的沉積背景下，西部凹陷沿陡坡帶自北向南有近岸水下扇沉積(見圖1)，基于東部陡坡帶扇體沉積特征，結(jié)合地震反射特征，對大洼地區(qū)陡坡帶扇體進(jìn)行識別。

2.1 地震相特征

地震相分析是通過對地震資料(反射結(jié)構(gòu)、振幅、頻率、連續(xù)性和層速度)進(jìn)行分析，找出地震相與沉積相之間的關(guān)系[18]。陡坡帶沉積相模式較為單一，地震相參數(shù)分布特征為：(1)順物源方向，以中振幅、前積反射結(jié)構(gòu)、較連續(xù)的地震反射為主(見圖3)；(2)垂直物源方向，以中振幅、雜亂—亞平行反射結(jié)構(gòu)、丘型幾何外形特征為主(見圖4)。

圖3 大洼地區(qū)陡坡帶前積地震反射特征Fig.3 Characteristics of foreset seismic reflection in steep slope zone in Dawa Area

圖4 大洼地區(qū)陡坡帶丘型地震反射特征Fig.4 Seismic reflection characteristics of hill type in Dawa Area of steep slope zone

地震相分析表明，大洼地區(qū)陡坡帶斜交前積、丘型雜亂反射特征反映近岸水下扇沉積[19]。由陡坡帶南段的海外河扇體地震相(見圖5)，可看出中振幅、雜亂—亞平行反射結(jié)構(gòu)、丘型幾何外形特征，經(jīng)實(shí)鉆井證實(shí)該反射特征為近岸水下扇沉積。在同一沉積背景下，根據(jù)地震相的相似性，能夠識別地震相對應(yīng)的沉積類型及巖性特征[20]。不同的地震反射結(jié)構(gòu)代表不同的沉積環(huán)境[15]，分析陡坡帶沉積背景及鄰區(qū)沉積相特征，地震反射結(jié)構(gòu)與沉積環(huán)境對應(yīng)關(guān)系見文獻(xiàn)[21-22]。

圖5 海外河地區(qū)陡坡帶近岸水下扇地震反射特征Fig.5 Seismic reflection characteristics of nearshore subaqueous fans in steep slope zone in the Haiwaihe Area

2.2 沉積物供給通道

伸展斷裂系統(tǒng)中各條斷層之間可以通過構(gòu)造變換組合在一起，其間的位移傳遞是通過兩斷層之間的斷塊變形完成的[23]，斷層尖滅端地勢平坦，是沉積物注入斷陷湖盆的通道(見圖6)。邊界斷層之間的構(gòu)造變換形成“溝梁對應(yīng)”的古地貌特征[24]，東部凸起物源主要沿溝谷進(jìn)入湖盆[25]，在可容納空間較大的陡坡帶分布，形成北東向展布的扇體裙。

圖6 大洼地區(qū)構(gòu)造變換模式Fig.6 Construction transformation pattern in Dawa Area

對陡坡帶邊界斷層進(jìn)行梳理，邊界斷層是一系列的斷層通過構(gòu)造變換機(jī)制連接形成的控邊斷裂轉(zhuǎn)換帶。邊界斷層沿?cái)嗔炎呦虺恃懔惺脚帕?，斷層疊覆位置為轉(zhuǎn)換帶，受斷層分段生長和差異運(yùn)動(dòng)影響，轉(zhuǎn)換帶位置發(fā)育于斷層小位移處[26]。受中央凸起抬升的影響，邊界斷層上升盤遭受大面積剝蝕，主要出露潛山地層；下降盤受同沉積斷層控制形成古近系沉積。因此，采用斷層落差曲線能夠反映斷層活動(dòng)性，將斷層活動(dòng)性定義為斷層位移與延伸長度的關(guān)系，偏移線性區(qū)表示斷層分段生長[27]，其低值部位為轉(zhuǎn)換帶的位置(見圖7(a))。同時(shí)，斷層面斷距變化也可有效反映轉(zhuǎn)換帶特征，即通過斷裂位移在斷層面上的斷距分布特征識別轉(zhuǎn)換帶的標(biāo)志[28](見圖7(b))。

圖7 大洼地區(qū)陡坡帶邊界斷層轉(zhuǎn)換帶識別標(biāo)志Fig.7 Identification marks of boundary fault transition zone in steep slope zone in Dawa Area

此外，在垂直物源地震剖面上，斷層連接處發(fā)育丘型反射特征的近岸水下扇沉積(見圖8(a))，與轉(zhuǎn)換帶具有較好的對應(yīng)關(guān)系。在陡坡帶靠近物源的背景下，邊界斷層的軟連接處能夠?yàn)槲镌刺峁┩ǖ?，粗碎屑沿?cái)鄬榆涍B接處直接入湖，形成一系列的近岸水下扇沉積(見圖8(b))。

圖8 大洼地區(qū)陡坡帶邊界斷層控制扇體沉積模式Fig.8 Sedimentary model of fan body controlled by boundary faults in steep slope zone in Dawa Area

2.3 異常高壓分析

導(dǎo)致異常高壓的因素主要有三個(gè)方面：一是機(jī)械壓實(shí)作用造成異常高壓，隨埋深的增大，機(jī)械壓實(shí)作用增強(qiáng)，由于砂礫巖儲層具有顆粒支撐作用，孔隙體積不隨上覆負(fù)荷的增加而減??；且泥巖的機(jī)械壓實(shí)作用強(qiáng)，導(dǎo)致儲層中流體排出受阻或來不及排出，形成超壓異常體[29]，反之，異常高壓阻止砂礫巖儲層的機(jī)械壓實(shí)作用。二是受有機(jī)酸溶解作用影響，干酪根熱解生烴的同時(shí)，形成大量有機(jī)酸和CO2，溶于水中形成酸性流體，溶蝕儲層中硅鋁酸鹽、碳酸鹽巖礦物，形成次生孔隙的同時(shí)造成儲層異常高壓[30]。三是受流體熱膨脹增壓作用影響，在差異壓實(shí)作用下形成封閉系統(tǒng)，深埋后地溫梯度升高，導(dǎo)致流體發(fā)生熱膨脹效應(yīng)而形成超壓。此外，蒙脫石脫水、礦物成因作用及構(gòu)造應(yīng)力作用等也可導(dǎo)致異常高壓，實(shí)際的含油氣盆地中，往往一種或幾種因素占主導(dǎo)作用，而其他因素起到輔助作用。

統(tǒng)計(jì)大洼地區(qū)陡坡帶沙三段不同埋深儲層的壓力因數(shù)，在3 000 m以下儲層普遍存在異常高壓，同時(shí)伴隨次生孔隙發(fā)育；異常高壓控制中深層次生孔隙發(fā)育，次生孔隙發(fā)育進(jìn)一步促進(jìn)欠壓實(shí)作用[31]，二者相互促進(jìn)。陡坡帶沙三段儲層壓力因數(shù)、孔隙度與埋深交會見圖9，異常壓力與次生孔隙發(fā)育程度具有較好的相關(guān)關(guān)系，陡坡帶沙三段儲層發(fā)育深度處于中深層異常壓力發(fā)育區(qū)。

圖9 大洼地區(qū)陡坡帶沙三段儲層壓力因數(shù)、孔隙度與埋深交會Fig.9 Crossplot of different pressure factors, porosity and buried depth of Es3 reservoir in steep slope zone in Dawa Area

3 陡坡帶扇體刻畫

大洼地區(qū)陡坡帶沙三段儲層埋深較大，鉆穿沙三段的探井較少，沒有可靠的地質(zhì)資料供參考。通過陡坡帶沉積背景分析、扇體地震反射特征對比及沉積物供給通道研究，大洼地區(qū)陡坡帶發(fā)育近岸水下扇。為明確近岸水下扇的規(guī)模，根據(jù)物探資料對扇體進(jìn)行精細(xì)刻畫，研究南北兩套扇體，縱向劃分三期，扇體疊加面積為48.5 km2，具有較大的勘探規(guī)模。

3.1 地震反射結(jié)構(gòu)

分析陡坡帶地震反射結(jié)構(gòu)及反射外形，識別雜亂—前積反射結(jié)構(gòu)、丘型幾何外形的地震反射特征，地震相沿陡坡帶邊界斷層分布，為典型的近岸水下扇沉積。有別于陡坡帶前端的中高振幅、平行反射結(jié)構(gòu)、席狀披蓋幾何外形地震反射特征，二者橫向上側(cè)向?qū)?，縱向上呈披覆關(guān)系。根據(jù)不同沉積相間地震反射的差異性，對近岸水下扇的外形進(jìn)行刻畫，刻畫南北兩套扇體，縱向上根據(jù)扇體的疊置關(guān)系劃分為沙三上段、沙三中上段及沙三中下段3個(gè)期次，分析大洼地區(qū)近岸水下扇發(fā)育特征。

3.2 疊后波阻抗反演

常規(guī)波阻抗反演是通過測井資料插值建立初始低頻模型，根據(jù)多次迭代波阻抗模型，使正演模型與地震資料達(dá)到最佳匹配，得到基于模型的最終波阻抗體[32]。通過測井資料的高頻信息與地震資料低頻信息融合，提高地震資料分辨率[33]。基于模型反演的方法對測井資料依賴性很強(qiáng)，在密井網(wǎng)情況下能夠建立反映儲層變化的低頻模型。在低勘探程度區(qū)，缺乏測井資料的支持，無法建立有效的低頻模型。為提高基于模型反演的精度，采用相控隨機(jī)反演方法，在反演過程中加入地震相的控制，綜合利用地質(zhì)認(rèn)識和儲層發(fā)育特征，結(jié)合已鉆井的巖性特征，使反演結(jié)果更加符合地質(zhì)特征[34-36]。

采用地震相約束初始模型，在反演中將每個(gè)地震相單元賦予不同的函數(shù)值進(jìn)行迭代[37]。對比常規(guī)反演，地震相約束反演結(jié)果具有更高的精度，可有效區(qū)分儲層與圍巖的關(guān)系。通過地震相控制反演，在工區(qū)刻畫南北兩套高波阻抗異常體(見圖10)，且北部扇體縱向上被低阻抗泥巖分隔成三期(第一期、第二期和第三期)，反映重力流水道側(cè)向擺動(dòng)沉積特點(diǎn)，刻畫的扇體與地質(zhì)認(rèn)識高度一致。

圖10 大洼地區(qū)陡坡帶垂直物源方向反演剖面Fig.10 Inversion profile of vertical provenance direction in steep slope zone in Dawa Area

3.3 地震屬性提取

為分析扇體的平面展布特征，引用地震屬性分析技術(shù)。地震屬性是地震數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)學(xué)變換得到的有關(guān)地震波幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)或動(dòng)力學(xué)特征[38]，提取地震資料特征值刻畫，地層結(jié)構(gòu)、巖性及物性描述等地質(zhì)信息。提取多種地震屬性進(jìn)行優(yōu)選分析，壓縮振幅屬性對巖性比較敏感，可以清晰地反映研究區(qū)扇體的展布特征，穩(wěn)定性好。提取沙三段不同層段壓縮振幅屬性，具有強(qiáng)振幅特征的扇體呈北東向條帶展布，縱向上發(fā)育沙三上段、沙三中上段及沙三中下段3個(gè)期次(見圖11)，3期扇體在垂直物源方向展布寬，搬運(yùn)距離短，符合近岸水下扇快速堆積的特點(diǎn)。

圖11 大洼地區(qū)陡坡帶沙三段壓縮振幅屬性Fig.11 Compression amplitude properties in Es3 steep slope zones in Dawa Area

根據(jù)沉積特征分析，近岸水下扇劃分為扇根、扇中、扇端3個(gè)亞相，扇根物性差，形成側(cè)向封堵[4]，油氣主要富集于扇中(見圖12)。結(jié)合屬性特征，目標(biāo)區(qū)沙三段儲層發(fā)育兩套扇體(W100和W24扇體)，縱向上扇體劃分為3個(gè)期次，沙三中下段沉積時(shí)期，南北有扇體發(fā)育；沙三中上及沙三上段沉積時(shí)期，扇體僅在北部發(fā)育(見圖13)，W100扇體表現(xiàn)為沉積中心向南偏移，縱向疊置分布，整體規(guī)模較大，具有較大的勘探潛力。

圖12 大洼地區(qū)馬南15—洼58井沉積相剖面Fig.12 The section of sedimentary facies of Manan 15-Wa 58 in Dawa Area

圖13 大洼地區(qū)陡坡帶沙三段近岸水下扇沉積相Fig.13 Sedimentary facies of nearshore subaqueous fan in Es3 steep slope zone in Dawa Area

此外，近岸水下扇沉積特征及展布規(guī)模受邊界斷層控制，由于陡坡帶構(gòu)造活動(dòng)劇烈，表現(xiàn)多期性、分段式的特點(diǎn)。每一期扇體的規(guī)模、沉積特征不同，但每一期扇體均發(fā)育扇根、扇中及扇端3個(gè)亞相。多段斷裂系統(tǒng)呈側(cè)列式分布，根據(jù)轉(zhuǎn)換帶構(gòu)型特征與不同沉積時(shí)期砂體匹配關(guān)系，轉(zhuǎn)換帶是水系入湖的通道，進(jìn)而控制扇體的展布規(guī)律(見圖14)。沿陡坡帶往南具備發(fā)育近岸水下扇的構(gòu)造背景，為下一步超深層近岸水下扇的勘探提供指導(dǎo)。

圖14 大洼地區(qū)陡坡帶沙三段近岸水下扇沉積模式Fig.14 Sedimentary model of nearshore subaqueous fan in Es3 steep slope zone in Dawa Area

4 結(jié)論

(1)遼河西部凹陷大洼地區(qū)沙三段陡坡帶發(fā)育近岸水下扇，邊界斷層具有轉(zhuǎn)換帶特征，轉(zhuǎn)換帶為物源提供通道，扇體具有前積、丘型地震反射特征。

(2)大洼地區(qū)沙三段陡坡帶近岸水下扇具有沉積厚度大、分布范圍廣的特點(diǎn)，刻畫南北兩套近岸水下扇，縱向上分為三期疊置分布。

(3)大洼地區(qū)沙三段陡坡帶存在異常高壓，異常高壓阻止砂礫巖儲層壓實(shí)作用，造成次生孔隙發(fā)育，次生孔隙進(jìn)一步促進(jìn)欠壓實(shí)作用而形成超壓異常體。