渤海湾盆地西部歧北凹陷东一段储层砂体的空间配置与成因解释
吕琳1，焦养泉1,2，吴立群1，鲁超3，顾元4，荣辉1
(1. 中国地质大学(武汉) 资源学院，湖北 武汉，430074；
2. 中国地质大学(武汉) 构造与油气资源教育部重点实验室，湖北 武汉，430074；
3. 核工业208大队，内蒙古 包头，014010；
4. 中国地质大学(武汉) 地球物理与空间信息学院，湖北 武汉，430074)
摘 要：运用钻井和三维地震资料对歧北凹陷东一段储层砂体空间配置进行研究，结合岩心、录井、测井、三维地震、镜下微观特征和古生物组合等资料，对砂体成因进行解释。研究结果表明：该时期发育4个砂组，自下而上分别位于东一下段高位体系域的下部、东一下段高位体系域的上部、东一上段低位体系域和东一上段高位体系域；这4个砂组均为扇三角洲沉积体系，主要成因相为水下分流河道、河口坝和前缘泥，且Ed1x-HST(L)和Ed1s-LST砂组还发育水下重力流沉积；Ed1x-HST(L)，Ed1x -HST(H)和Ed1s-LST砂组发育3条水下分流河道，而Ed1s-HST砂组仅发育2条水下分流河道；各砂组河口坝和前缘泥空间展布特征与水下分流河道的展布特征较相似，水下重力流沉积位于南大港断层下降盘区域；Ed1x-HST(L)，Ed1x-HST(H)和Ed1s-HST砂组的水下分流河道砂体储集性最好，为该区域最主要的储集砂体。
关键词：空间配置；成因；砂组；东一段；歧北凹陷
中图分类号：P618.13 文献标志码：A 文章编号：1672-7207(2012)06-2269-12
Spatial combination and genesis of reservoir sandstone in the first member of the Dongying formation in the Qibei sag, the western Bohai bay basin
L? Lin1, JIAO Yang-quan1,2, WU Li-qun1, LU Chao3, GU Yuan4, RONG Hui1
(1. Faculty of Earth Resources, China University of Geoscience, Wuhan 430074, China;
2. Key Laboratory of Tectonics and Petroleum Resources of Ministry of Education,
China University of Geoscience, Wuhan 430074, China;
3. Geologic Party No.208, China National Nuclear Corporation, Baotou 014010, China;
4. College of Geophysics and Space Information, China University of Geoscience, Wuhan 430074, China)
Abstract: The spatial combination of reservoir sandstone in the first member of the Dongying formation in the Qibei sag was depicted through the drilling data and three-dimensional seismic data. Based on the comprehensive information of well cores, drilling, logging, three-dimensional seismic, microscopic features and paleobiological association, the genesis of sandstone was analyzed. The results show that sandstone mainly develops four sand-groups, i.e. the lower of the highstand systems tract in the Ed1x, the upper of the highstand systems tract in the Ed1x, the low stand systems tract in the Ed1s, and the highstand systems tract in the Ed1s. The four sand-groups all develop into fan delta sedimentary system, which is mainly composed by subaqueous distributary channel, mouth bar and front mud, moreover, Ed1x-HST(L) and Ed1s-LST sand-groups have subaqueous gravity flow deposit. The Ed1x-HST(L), Ed1x -HST(H) and Ed1s-LST sand-groups develop three subaqueous distributary channels, while the Ed1s-HST sand-group develops only two subaqueous distributary channels, and the spatial combination of mouth bar and front mud are similar to those of subaqueous distributary channels. The subaqueous gravity flow deposit develops in the area of downthrow wall of the Nandagang fault. The subaqueous distributary channels sandstone of the Ed1x-HST(L), Ed1x-HST(H)and Ed1s-HST sand-groups are the best reservoir sandstone.
Key words: spatial combination; genesis; sand-group; the first member of the Dongying formation; Qibei sag
歧北凹陷是渤海湾盆地重要的富生烃凹陷，具备形成大型油气田的基本石油地质条件，油气勘探潜力巨大[1-2]，长久以来受到众多学者的广泛关注[3-10]。目前，东一段是油气勘探寻找隐蔽圈闭最有利的层段之一，前人对歧北凹陷东一段砂体来源、砂体展布范围等研究较为成熟，认为东一段砂体主要来源于北大港潜山带，其夹持于北大港潜山和南大港潜山之间，且以马棚口地区为沉降中心[11-12]。这些研究均是针对整个东一段开展的工作，未对东一段砂体以砂组为级别进行精细刻画，而东一段究竟发育几个砂组、各砂组具怎样的空间配置特征、砂体的成因解释及储集性等都是亟待解决的问题，其直接制约着该区域油气储层的精确预测，且对实现储量增长具有一定的现实意义。在此，本文作者通过钻井和三维地震资料，阐明东一段储层砂体发育期次以及各砂组砂体的空间配置与展布特征。综合运用岩心、录井、测井、三维地震、镜下微观特征和古生物组合等资料，对砂体成因进行解释，建立各砂组的沉积体系空间配置模式，并通过随机建模及模型的优选，最终揭示歧北凹陷东一段沉积体系空间配置特征。
1 地质背景
歧北凹陷位于渤海湾盆地的西部，其层位发育全，烃源岩层系多，生烃能力强，是渤海湾盆地中、新生代重要的富油气凹陷之一[13-14]。其北东侧为板桥凹陷，以北大港构造带为界，南西侧为歧南凹陷，以东倾的南大港构造带为界，歧北凹陷北侧陡且深，南侧缓而浅，呈箕状不对称形态[15]。该区域古近系从老到新依次接受了沙河街组和东营组的巨厚沉积。而东营组自下而上可划分为东三段、东二段和东一段。东一段岩性主要为灰色细砂岩，局部夹薄层泥岩，沉积厚度较大，平均沉积厚度为338 m，最大沉积厚度可达900 m，沉降中心位于新马棚口地区。该时期凹陷处于断坳转换阶段，断裂活动强度较弱，但仍对沉积具有较强的控制作用，主要活动断层为南西至北东向展布的港西断层、港东断层和南大港断层(图1)。
图1 歧北凹陷东一段地质背景
Fig.1 Geological backgrounds in the first member of Dongying formation in Qibei sag
2 东一段层序划分及特征
东一下段和东一上段内部表现为明显的三分性，将东一下段和东一上段各划分为3个体系域，自下而上分别为低位体系域(LST)、湖扩体系域(EST)和高位体系域(HST)，体系域结构清晰。东一下段地震反射同向轴呈中反射、中连续特征，且东一下段底界面之下呈顶超反射，其低位体系域岩性以薄层灰色细砂岩和深灰色泥岩为主，自然伽马、波阻抗和自然电位曲线为漏斗形，湖扩体系域岩性主要为深灰色粉砂质泥岩与泥岩互层，测井曲线多为平直形-微齿形，高位体系域岩性主要为灰色细砂岩和深灰色泥岩，夹薄层的泥质粉砂岩，测井曲线表现为漏斗形-指形，在最大湖泛面之上地震同向轴表现为明显下超特征。东一上段低位体系域地震反射同向轴较为连续，底界面见明显下超反射，其岩性主要为灰色细砂岩和深灰色泥岩，测井曲线多为漏斗形-齿形，湖扩体系域和高位体系域地震反射同相轴连续性较差，反射略为杂乱，且东一上段顶界面被削蚀，湖扩体系域岩性以薄层泥质粉砂岩和泥岩互层为主，测井曲线以微齿形为特征，高位体系域岩性较粗，以灰色细砂岩和浅灰色中砂岩为主，夹薄层泥岩，测井曲线总体为漏斗形，见图2。
3 砂体的空间配置特征
在合成地震记录精细标定层位及层序划分的基础上，以钻井资料为基础，紧密结合三维地震资料，井-震相互佐证，对歧北凹陷东一段储层砂体的空间配置进行研究。砂体厚度等值线图和含砂率等值线图能很好地表征砂体空间配置特征[16-18]。
歧北凹陷东一段砂体呈不规则椭圆状，位于港西和港东断层的下降盘区域，砂体地震追踪的平面投影范围与层间均方根振幅属性特征较相似(见图3(a)和(b))，仅在高尘头地区，因受南大港断层的影响，断层附近地震反射同向轴较紊乱，地震相精度较低，地震追踪的展布范围略小于地震属性边界的展布范围。
东一段砂体较厚，平均砂体厚度为146.6 m，砂体最大厚度可达360 m，最大含砂率为51%。该时期存在2个砂体高值区(砂体厚度大于270 m，含砂率高于45%)，分别位于歧口以西地区和新马棚口以东地区(见图3(c)和(d))。
通过对砂体的垂向展布特征进行分析(见图3(e)和(f))，可以发现东一段时期主要发育4个砂组，自下而上分别位于东一下段高位体系域的下部、东一下段高位体系域的上部、东一上段低位体系域和东一上段高位体系域，分别命名为Ed1x-HST(L)砂组、Ed1x-HST(H)砂组、Ed1s-LST砂组和Ed1s-HST砂组。
图2 gs40井东一段合成记录标定
Fig.2 Compound seismic recorded in well gs40 in the first member of Dongying formation
图3 歧北凹陷东一段砂体的空间配置与展布特征
Fig.3 Spatial configuration and distribution characteristics of sandstone in the first member of Dongying formation in Qibei sag
以歧北凹陷东一段4个砂组的砂体厚度为依据，结合各砂组砂体地震追踪平面投影展布特征和地震属性特征对4个砂组砂体的空间配置分别进行表征。
3.1 Ed1x-HST(L)砂组砂体空间配置与展布特征
Ed1x-HST(L)砂组地震反射同相轴呈中反射、中连续特征，北西至南东方向地震相由一组向同一方向倾斜的同相轴组成，与其上覆和下伏的平坦同相轴呈角度相交，即为斜交前积结构(图3(e))；南西至北东方向地震相由不规则、连续性较差的亚平行同相轴组成，常有许多非系统性的反射终止和同相轴分裂现象，为丘状反射结构。该时期砂体厚度较大，一般由2~3套单砂体组成，局部地区因砂泥互层，砂组由4~5套单砂体组成，整体呈进积序列(图3(f))。砂体平均厚度为33.3 m，最大砂体厚度为74 m，砂体厚度高值区(砂体厚度大于70 m)分布较多，位于马棚口、新马棚口和联盟地区附近，见图4。
3.2 Ed1x-HST(H)砂组砂体空间配置与展布特征
Ed1x-HST(H)砂组地震反射特征与Ed1x-HST(L)砂组较相似，北西至南东向地震同相轴仍表现为明显下超特征(图3(e))。Ed1x-HST(H)砂组砂体厚度减小，多由2~3套单砂体组成，为进积序列(图3(f))。其砂体空间展布较好地继承了Ed1x-HST(L)砂组的特征，平均砂体厚度为29.4 m，最大砂体厚度为76 m，砂体厚度高值区(砂体厚度大于50 m)位于马棚口以东地区，见 图5。
3.3 Ed1s-LST砂组砂体空间配置与展布特征
Ed1s-LST砂组地震反射同向轴较为连续，北西至南东向地震相仍表现为斜交前积结构(图3(e))，南西至北东向地震相为丘状反射结构。砂体厚度较小，主要由2套单砂体组成，为退积序列(图3(f))。砂体平均厚度为25.5 m，最大砂体厚度为71 m，砂体厚度高值区(砂体厚度大于65 m)分布范围较大，呈长条状位于联盟北东部和马棚口以东地区，见图6。
3.4 Ed1s-HST砂组砂体空间配置与展布特征
Ed1s-HST砂组地震反射同向轴连续性相对较差，反射略为杂乱(图3(e))。砂组多由2~3套单砂体组成，但砂体均较薄，整体为进积序列(图3(f))。与Ed1x-HST(L)砂组、Ed1x-HST(H)砂组和Ed1s-LST砂组相比较，该时期砂体空间展布范围明显减小，砂体平均厚度为29.2 m，最大砂体厚度为88 m，砂体厚度高值区(砂体厚度大于70 m)位于新马棚口的北东地区，见 图7。
图4 东一段Ed1x-HST(L)砂组砂体空间配置特征
Fig.4 Spatial combination of sandstone of Ed1x-HST(L)sand-group in the first member of Dongying formation
图5 东一段Ed1x-HST(H)砂组砂体空间配置特征
Fig.5 Spatial combination of sandstone of Ed1x-HST(H)sand-group in the first member of Dongying formation
图6 东一段Ed1s-LST砂组砂体空间配置特征
Fig.6 Spatial combination of sandstone of Ed1s-LST sand-group in the first member of Dongying formation
图7 东一段Ed1s-HST砂组砂体空间配置特征
Fig.7 Spatial combination of sandstone of Ed1s-HST sand-group in the first member of Dongying formation
4 砂体的成因解释
4.1 沉积体系类型
通过对大量的岩心、录井、测井、三维地震、镜下微观特征和古生物组合等资料的详细分析，认为歧北凹陷东一段发育扇三角洲沉积体系，包括扇三角洲前缘和前扇三角洲成因相组合。扇三角洲前缘主要成因相为水下分流河道、河口坝、前缘泥和水下重力流沉积。
水下分流河道岩性主要为灰白色和浅灰绿色的砂砾岩和细砂岩，颗粒分选较好，磨圆为次棱-次圆状。整体岩性向上变细，且砂体厚度逐渐减薄，为正粒序，自然电位曲线多为中~高幅箱形，自然伽马曲线多为圣诞树形(图8(a))。
河口坝是砂泥互层结构最为特征的沉积体，位于水下分流河道的前缘和侧缘，岩性主要为灰白色、褐灰色细砂岩、粉砂岩和灰色泥岩，从下而上多显示为由细变粗的反粒序，自然电位曲线多表现为漏斗形，视电阻率曲线主要为齿形(图8(b))。发育槽状交错层理(图8(e))。
前缘泥是在相对平静的低能环境下沉积的，主要为细粒沉积物，岩性主要为暗色泥岩、浅灰色粉砂质泥岩和泥质粉砂岩，发育华花介，自然电位和视电阻率曲线为指形和微齿形(图8(c))。
水下重力流沉积为在水下形成重力流的沉积夹层，水下重力流按其成因可分为2类，即洪水性水下重力流和滑塌性水下重力流。在研究区内，扇三角洲前缘的水下重力流主要为滑塌性水下重力流，整体为正粒序(图8(d))。颗粒分选中等~较好，磨圆为次棱~次圆状(图8(h))，且海绿石的出现表明水体相对加深(图8(i))，见大量泥砾(图8(f))，且滑塌构造和液化变形构造较发育(图8(g))。为扇三角洲前缘沉积物重力垮塌再次搬运的产物。
前扇三角洲已经延伸至湖泊沉积体系中，主要由黑色、灰色粉砂质泥岩和泥岩组成，夹极薄层的粉砂岩。测井曲线以微齿形或平直形为主，见华花介。
4.2 沉积体系空间配置特征
在沉积体系类型识别的基础上，依据各个砂组砂体的空间配置特征，建立了东一段时期4个砂组的沉积体系空间配置模式，见图9。
图8 扇三角洲沉积体系的测井响应特征及岩石学特征
Fig.8 Well logging responses and petrologic characteristics of fan delta sedimentary system
因模式所揭示的沉积体系空间配置特征，其主观因素较大，但若以模式为指导，通过随机建模并进行模型的优选，则能更客观地表征沉积体系的空间配置特征。从某种意义上讲，随机建模是用计算机以数值方式把地质现象表现出来，其是否合理并符合地下实际，关键是在于模型是否具有地质含义，因此，在建模过程中使用的初始模式以及为约束随机建模所采用的参数必须能真正体现地下地质体特征。采用概率和相序参数则能较好地建立约束随机模型[19]。
对4个砂组的扇三角洲沉积体系内部成因相构成的空间配置的统计分析结果表明(图10(a))：各砂组水下分流河道所占比例较小，为6.7%~8.3%；河口坝分布规模较大，为28.4%~34.3%；而前缘泥展布范围介于水下分流河道和河口坝之间，为10.1%~17.3%；水下重力流沉积仅发育于Ed1x-HST(L)和Ed1s-LST砂组中，且平面展布范围极小，比例仅为4.1%和5.1%。随机建模所采用的相序关系如图10(b)所示。从图10(b)可见：水下分流河道的延展方向与物源近于平行，且是扇三角洲沉积体系的主要成因相之一；河口坝位于水下分流河道的前缘和侧缘；而前缘泥位于河口坝的前缘和侧缘；水下重力流沉积则处于扇三角洲前缘的最前端。
模型优选的原则首先要考虑水下分流河道的规模、展布特征与初始模式的拟合程度；其次，因河口坝是最主要的分布规模最大的扇三角洲前缘成因相单元，保证它的准确性才能确保地质模型的精度。经优选后的模型与初始模式吻合度较高，其能更客观地反映歧北凹陷东一段沉积体系的空间配置特征，见图11。
图9 扇三角洲沉积体系的空间配置模式
Fig.9 Model of spatial combination of fan delta sedimentary system
图10 扇三角洲沉积体系内部成因相构成的概率分布特征及相序关系图
Fig.10 Probability distribution characteristics and vertical order of architecture of fan delta sedimentary system
歧北凹陷东一段时期因港西断层和港东断层活动性较强，古落差大于400 m，在其控制的陡坡背景下，马棚口和歧口地区接受北大港潜山物源供给，发育规模较大的扇三角洲沉积体系，包括扇三角洲前缘和前扇三角洲成因相组合。扇三角洲前缘主要成因相为水下分流河道、河口坝和前缘泥，且Ed1x-HST(L)和Ed1s-LST砂组还发育水下重力流沉积。Ed1x-HST(L)，Ed1x-HST(H)和Ed1s-LST砂组发育三条水下分流河道，自西而东依次命名为SCH-I，SCH-II和SCH-III，而在Ed1s-HST砂组时期仅发育水下分流河道SCH-II和SCH-III。水下分流河道SCH-I整体为自北而南展布，在Ed1x-HST(L)，Ed1x-HST(H)和Ed1s-LST砂组时期时总体由北东至南西向迁移，但迁移规模较小，且在Ed1x-HST(L)砂组时期末端分叉为2个分支，而在Ed1x-HST(H)和Ed1s-LST砂组时在港东断层的下降盘区域则分叉为2个规模较大的分支，且该水下分流河道在Ed1s-HST砂组时期不发育；水下分流河道SCH-II发育位置较稳定但发育规模较小，且频繁分叉；水下分流河道SCH-III展布规模最大，主要发育2个分支：西部分支整体为自北而南展布，发育位置较稳定，而东部分支整体为北西至南东向展布，且在Ed1x-HST(L)和Ed1s-HST砂组时期该分支对朵体分布范围和形态的影响较为显著。各砂组河口坝和前缘泥空间展布特征与水下分流河道的展布较相似。Ed1x-HST(L)砂组和Ed1s-LST砂组时期前缘泥砂体向南搬运至南大港断层下降盘区域时，因断层活动剧烈、古落差大于200 m，演变为水下重力流沉积砂体。
图11 扇三角洲沉积体系的空间配置特征
Fig.11 Spatial combination of fan delta sedimentary system
5 砂体的储集性特征
5.1 油层富集规律
本次研究对歧北凹陷36口钻井进行筛选，选取凹陷内厚度大于或等于1 m的油层数据，共选取9口钻井、63层共计252.4 m的油层资料，统计分析油层在4个砂组中的分布特征、油层分布与砂体厚度的关系、东一段不同成因类型砂体的油层分布特征以及4个砂组的不同成因类型砂体的油层分布特征，以期从另一个视角探讨歧北凹陷东一段储层砂体的储集性特征。
对油层数据统计发现：油层主要集中在东一下段高位体系域砂组中，且Ed1x-HST(L)砂组油层厚度大于Ed1x-HST(H)砂组的厚度，其次油层分布于Ed1s-HST砂组中，而Ed1s-LST砂组的油层分布最少(图12(a))。油层的分布与砂体厚度呈正相关，即砂组的砂体厚度越大，该砂组的油层厚度占4个砂组总油层厚度的比例越大，反之亦然(图12(b))。对东一段不同成因类型砂体的油层厚度统计表明：油层主要分布于水下分流河道砂体中，其次分布于河口坝和水下重力流沉积砂体中，而前缘泥砂体油层分布最少(图12(c))。4个砂组的不同成因类型砂体的油层分布特征不尽相同：Ed1x-HST(L)砂组油层主要集中在水下分流河道和水下重力流沉积砂体中；Ed1x-HST(H)砂组油层分布于水下分流河道和河口坝砂体中；Ed1s-LST砂组油层主要位于河口坝砂体中；Ed1s-HST砂组油层主要分布于水下分流河道砂体中，其次位于河口坝砂体中 (图12(d))。
图12 东一段4个砂组的油层分布特征
Fig.12 Distribution of reservoir of four sand-groups in the first member of Dongying formation
表1 东一段四个砂组的物性对比特征
Table 1 Contrast of porosity and permeability of four sand-groups in first member of Dongying formation
5.2 砂体物性特征
对4个砂组的沉积体系内部各成因相的物性进行分析(表1)，结果表明：Ed1x-HST(L)砂组、Ed1x-HST(H)砂组和Ed1s-HST砂组的水下分流河道砂体物性最好，其孔隙度平均分别为20.4%，19.3%和18.7%，平均渗透率分别为431×10-3，376×10-3和326×10-3 μm2，尤其是Ed1x-HST(L)砂组的水下分流河道，其渗透率可高达1 210×10-3 μm2；其次，Ed1x-HST(L)砂组的水下重力流沉积、Ed1x-HST(H)砂组的河口坝、Ed1s-LST砂组的水下分流河道、河口坝和水下重力流沉积以及Ed1s-HST砂组的河口坝砂体的物性较好；而4个砂组的前缘泥砂体的物性最差。
对东一段4个砂组的各成因相的油层富集规律及物性特征的综合研究表明：Ed1x-HST(L)，Ed1x-HST(H)和Ed1s-HST砂组的水下分流河道砂体储集性最好，为最主要的储集砂体；其次为Ed1x-HST(L)砂组的水下重力流沉积砂体、Ed1x-HST(H)和Ed1s-LST砂组的河口坝砂体，其储集性较好；而Ed1x-HST(L)砂组的前缘泥砂体、Ed1s-LST砂组的水下分流河道、前缘泥和水下重力流沉积砂体以及Ed1s-HST砂组的河口坝砂体也为储集砂体，但储集性较差。
6 结论
(1) 歧北凹陷东一段时期主要发育4个砂组，自下而上分别位于东一下段高位体系域的下部、东一下段高位体系域的上部、东一上段低位体系域和东一上段高位体系域。
(2) 歧北凹陷东一段发育扇三角洲沉积体系，包括扇三角洲前缘和前扇三角洲成因相组合，扇三角洲前缘主要成因相为水下分流河道、河口坝和前缘泥，且Ed1x-HST(L)和Ed1s-LST砂组还发育水下重力流沉积；Ed1x-HST(L)，Ed1x -HST(H)和Ed1s-LST砂组发育3条水下分流河道，而在Ed1s-HST时期仅发育2条水下分流河道，各砂组河口坝和前缘泥空间展布特征与水下分流河道的展布特征较相似，水下重力流沉积分布于南大港断层下降盘区域。
(3) Ed1x-HST(L)，Ed1x-HST(H)和Ed1s-HST砂组的水下分流河道砂体储集性最好，为最主要的储集砂体。
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(编辑 陈灿华)
收稿日期：2011-07-10；修回日期：2011-09-25
基金项目：中国石油天然气股份有限公司重大专项课题(2008E-0601)
通信作者：吕琳(1986-)，女，湖北荆州人，博士，从事沉积盆地的研究；电话：18607165809；E-mail：lvlin.cug@gmail.com
