DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2015.12.029
基准面旋回控制下的复合点坝分布模式
梁宏伟1，何彬2，范子菲1，赵伦1，吴胜和3
(1. 中国石油勘探开发研究院，北京，100083；
2. 中国石油大学(北京) 地球科学学院，北京，102249；
3. 中国石化集团国际石油勘探开发有限公司，北京，100029)
摘要：在建立高分辨率层序地层格架和应用构型正演模拟方法对大井距间复合点坝进行精细识别的基础上，运用基准面旋回沉积动力学原理，对秦皇岛32-6油田明化镇组下段不同旋回阶段复合点坝分布样式的差异特征和演化规律进行分析，探讨复合点坝分布模的影响因素及基准面升降对复合点坝分布模式的控制机理，总结不同基准面旋回内复合点坝的分布特征及其演化规律。研究结果表明：基准面升降引起可容纳空间与物源供给的改变使沉积环境出现差异，导致不同基准面旋回间的复合点坝分布型式出现差异并呈规律性变化，表现为随着可容纳空间与物源供给之比的不断增加，复合点坝规模逐渐变小、砂体间切叠程度降低、内部连通性变差，平面形态由鳞片状向点状演化、剖面样式由多层式向孤立式发展。
关键词：基准面旋回；复合点坝；明化镇组；秦皇岛32-6油田
中图分类号：TE122 文献标志码：A 文章编号：1672-7207(2015)12-4602-08
Distribution pattern of compound bars based on Base-level cyclic
LIANG Hongwei1, HE Bin2, FAN Zifei1, ZHAO Lun1, WU Shenghe3
(1. Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Beijing 100083, China;
2. College of Geoscience, China University of Petroleum (Beijing), Beijing 102249, China;
3. Sinopec International Petroleum Exploration and Production Corporation, Beijing 100029, China)
Abstract: The differences and evolution characteristics of complex composite point bars distribution pattern of Minghuazhen Group in Qinhuangdao Oilfield were analyzed with base level cycle sedimentary dynamics principle based on the establishment of high resolution sequence stratigraphic framework. The main influencing factors of complex composite point bars distribution patterns and the control mechanisms of complex composite point bars distribution patterns were discussed. The distribution and evolution characteristics of complex composite point bars distribution patterns were summarized. The results show that because of the diversity of sedimentary environment of complex composite point bars in different stages of base level cycle which caused by the variation of accommodate space and sediment supply due to the changes of the base level, the complex composite point bars distribution patterns in different stages of base level cycle are different and evolve regularly. As the ratio of accommodation to sediment increases, the dimension of complex composite point bars become smaller, the inner connectivity of the complex composite point bars becomes weaker, and the plane form of complex composite point bars changes from scale-like to point-like.
Key words: base-level cycle; complex composite point bars; Minghuazhen Group; Qinhuangdao32-6 oilfield
曲流河作为陆相河流-三角洲沉积体系的重要构成单元[1]，是我国已发现油田的主要储层类型之一[2]。其中，点坝砂体作为曲流河沉积的主体单元，对其分布特征及内部结构的研究对该类储层的剩余油预测及二次开发有重要的指导作用[3]。目前，在砂岩储层构型分级基础上[4-5]，国内外广大学者对点坝砂体的构型表征展开了深入研究，在野外露头和现代沉积原型模型基础上建立点坝砂体不同级次构型单元的分布模 式[6-10]，并形成了密井网条件下点坝砂体构型表征及三维构型建模的技术方法和流程体系[11-14]。但前人研究侧重于单一点坝及其内部构型单元的研究，而对复合点坝分布模式及控制机理关注较少，并对大井距条件下点坝砂体构型边界(废弃河道)的刻画程度较弱。因此，本文作者以秦皇岛32-6油田明化镇组下段曲流河储层为例，在应用正演模拟方法对点坝砂体构型边界(废弃河道)进行精细识别的基础上，分析不同旋回阶段复合点坝分布样式的差异特征，明确基准面升降对复合点坝分布模式的控制机理，并建立基准面旋回控制下的复合点坝分布模式。
1 研究区概况
秦皇岛32-6油田位于渤海湾盆地中部的石臼坨凸起的中西端(图1)，四周被渤中、秦南及南堡3个大型富油凹陷所环绕，属于前第三系古隆起上发育并被断层复杂化的大型披覆构造。该油田共分为南、北和西3区，本次研究重点为北区。秦皇岛32-6油田北区的最小井距为300 m、平均井距为400~500 m；三维地震覆盖面较广、地震资料品质较高(目的层段主频50~60 Hz)。钻井资料显示本区地层自下而上发育元古界、下古生界、中生界、第三系(分上、下2部分)及第四系平原组地层。上第三系地层由新近系馆陶组和明化镇组(分上、下2段)构成，形成了该油田主力含油层段。其中，明化镇组下段埋深为1 000~1 200 m，共分为6个(0~Ⅴ)砂层组，而Ⅰ砂层组和Ⅱ砂层组为典型的曲流河沉积，是本次研究的目的层段。自20世纪70年代末至今，本油田经历了6个阶段的开发，研究区已进入高含水阶段(综合含水量为90%，质量分数)，砂岩储层构型对注水开发影响日益突出，迫切需要开展点坝砂体构型精细研究。
2 高分辨率层序地层格架
秦皇岛油田北区明下段NmI和NmII油层组可划分为8个小层[15]。结合前人对基准面旋回级次的研究成果[16-22]，若将三级层序对应为长期基准面旋回，则可将NmI和NmII油层组整体作为一个长期基准面旋回上升半旋回。在NmI和NmII油层组内部，根据岩心及测井曲线变化特征(见表1，据郑荣才等[16]修改)，可进一步划分为2个中期基准面旋回、7个短期旋回(见图2)。在此基础上，可根据地层沉积特点和砂体发育规律，在剖面上进行旋回识别和对比(见图3)。
图1 秦皇岛32-6油田区域位置
Fig. 1 Location of Qinhuangdao32-6 oilfield
表1 高分辨率层序地层格架特征和识别手段(据郑荣才等[16]修改)
Table 1 High resolution sequence stratigraphic framework features and recognition method
图2 基准面旋回模式图(A31井)
Fig. 2 Synthetic pattern of base-level cycle(Well A31)
3 复合点坝砂体构型分析
点坝砂体作为油气在地下的重要载体，长期受到油气田开发地质学的关注。目前，较为成熟的密井网方法主要是在沉积模式的指导下，结合粒度正韵律特征、砂体厚度分布规律和毗邻废弃河道发育等沉积学特征进行对点坝进行小井距间预测[12-14]。但海上油田受作业条件限制，开发井距较大、对点坝砂体的控程度较弱，无法满足密井网区储层构型表征技术的需要；而地球物理方法则多集中于砂体厚度及分布范围的预测[17-21]，而对砂体构型边界(如废弃河道)的刻画程度较弱。故本研究采用基于构型模式指导正演模拟的方法，在对废弃河道精细刻画的基础上，提高大井距条件下点坝砂体的识别精度。
3.1 点坝砂体构型边界正演响应识别条件
废弃河道作为点坝砂体边界识别的重要依据，其正演识别精度受地震资料垂向分辨率控制，故需要对地下实例区地震资料品质进行分析，以明确研究区目的层薄层泥岩正演响应识别条件，并对废弃河道应用正演模拟的可行性进行判断。
图3 基准面旋回关键界面识别标志及层序地层对比
Fig. 3 Recognition marks of key surface of base-level cycles and stratigraphic sequence correlation
在曲流河沉积模式的指导下，本研究将不同形态规模的厚层砂岩与薄层泥岩进行有序组合，以形成能有效反应废弃河道沉积特征的概念模型，并分别从地震资料和测井数据中分别提取了用于激发模拟实验的地震子波和波阻抗数据等参数，对由厚度为5~10 m的砂体与厚度为0.5，1.0和2.0 m的泥岩组合而成的概念模型进行正演模拟。大量实验表明，薄层泥岩的正演识别精度与薄层泥岩厚度和砂体厚度具有较好的相关关系，表现为：1) 当砂体厚度不变时，随着薄层泥岩厚度增加，薄层泥岩地震波形依次表现为无明显波形异常、波谷纵向拉长、波谷错位和波谷错断的波形变化特征；2) 当泥岩厚度不变时，随着砂体厚度增加，薄层泥岩地震波形同样依次表现为无明显波形异常、波谷纵向拉长、波谷错位和波谷错断的波形变化特征，但增加薄层泥岩厚度的效果更为明显(图4)。通过上述实验发现，在研究区地震主频近60 Hz、调谐厚度约为11 m条件下，当河道砂岩厚度为8~9 m时，可对厚度≥1 m的泥质隔层识别。由统计学分析可知：研究区目的层河道砂体厚度普遍大于8 m，故在本区对废弃河道进行正演模拟可行性较高。
3.2 构型正演指导复合点坝砂体精细识别
在明确点坝砂体构型边界正演响应识别条件的基础上，本研究将在构型模式的指导下，结合密井网解剖方法，探索大井距间砂体构型边界表征方法，提高海上油田复合点坝砂体识别精度。
3.2.1 定量规模约束点坝砂体分布
应用前人基于现代沉积和露头资料总结的经验公式[8-10]，推算研究区目的层单一活动河道的宽度为280~350 m、单一点坝砂体规模为560~1 099 m，并以对点坝砂体识别进行规模约束；同时，在曲流河沉积模式的指导下，结合能有效反映砂、泥岩性变化的多种敏感地震属性分布特征和砂体厚度展布规律，初步预测点坝砂体分布范围，并为下一步废弃河道的精细识别奠定基础。
3.2.2 废弃河道正演响应模式认知
当一期点坝砂体发育结束后，紧邻其侧积方向的外缘通常会保留废弃河道沉积，因此可将废弃河道作为点坝识别标志。由于废弃河道的密井网识别方法已较为成熟，其测井响应特征已得到广泛认可，但还缺少对废弃河道的地震波形特征的了解，所以在进行研究区工作前需要对其地震响应波形特征进行认知。因此，本文在曲流河构型模式的指导下建立废弃河道概念模型，并通过正演模拟对其波形特征进行分析。当后期沉积的点坝和废弃河道侧向切叠前期发育点坝砂体时，在剖面上会出现两期点坝间存在废弃河道的分布特征，即相对于河道边缘砂体向上尖灭形态，废弃河道部位砂体表现为向下尖灭特征。因此，虽然相对于单层顶界面废弃河道底部砂体的下界面要高于两侧河道砂体下界面面，但其地震波形特征则表现为从废弃河道凸岸向凹岸方向，地震波呈波峰中心位置先缓慢下降后快速上升、地震波振幅强度由强变弱再变强的分布规律。
3.2.3 构型正演指导废弃河道井间识别
在对废弃河道正演响应模式认知的基础上，在实例区应用构型正演模拟方法进行大井距间废弃河道的识别。以NmII-3小层A14~B14剖面为例，由于该剖面井间距离较大(井距为412.1m)，应用密井网方法进行井间砂体构型预测精度较低。而通过对A14~B14剖面实际地震响应进行分析发现，其波形特征与废弃河道正演响应模式总体相近，故以此为指导进行A14~B14连井剖面正演模型的建立。需要说明的是此处并非只是建立1个模型，而是通过修改井间河道砂体和废弃河道泥岩厚度、侧向展布范围、形态样式等定量参数，建立数个或数十个连井正演模型并进行正演模拟，并将获得的正演响应与实际地震响应进行对比，通过修改井间河道砂体和废弃河道规模参数对2种响应间的误差进行修正，如此反复迭代最终达到对A14井与B14井的分别钻遇的两期河道砂体的井间拼接方式进行表述，真实再现了A14~B14井间废弃河道的分布样式，并通过动态数据对结果准确性进行验证，发现所预测的废弃河道对注水开发具有遮挡作用(图5)。
图4 复合点坝边界概念模型正演响应
Fig. 4 Forward simulation response of complex composite point bars boundary conceptual model
图5 构型正演指导废弃河道精细识别
Fig. 5 Identifying of abandoned channel by architecture forward simulation
综上所述，在明确点坝砂体构型边界正演识别条件的基础上，以曲流河砂体构型模式为指导，在定量规模的约束下，应用正演模拟方法，结合废弃河道正演响应模式，对废弃河道进行了精细识别，最终提高了大井距条件下复合点坝砂体的识别精度。
4 基准面旋回控制下的复合点坝分布模式
在应用构型正演模拟方法对NmI和NmII 2个油组共7个短期旋回的点坝砂体进行识别的基础上，将对研究区复合点坝的5种平面分布样式(图6)进行分析，并结合基准面旋回沉积动力学原理，探讨基准面旋回对复合点坝垂向演化规律控制机理。
4.1 复合点坝平面分布样式
1) 鳞片状。以SSC7短期旋回为例，当SSC7同时处于中期基准面旋回MSC2和长期旋回LSC1底部时，此时中期和长期基准面处于整个长期旋回的底部，可容纳空间极小、物源供给十分充足、可容纳空间与物源供给之比A/S介于0~1，曲流河能量较强、河道横向摆动的频率及幅度相对较大、截弯取直频发，废弃河道的分布范围较广、密度相对较大，并使早期沉积的废弃河道在后期河流的反复冲刷下而支离破碎，从而导致复合点坝呈典型鳞片状。
图6 实例区不同旋回阶段复合点坝分布样式
Fig. 6 Distribution pattern of compound point bars of different base cycles in study area
2) 连片状。以SSC6短期旋回为例，当SSC6短期旋回处于中期旋回MSC2和长期旋回LSC1下部时，此时中期和长期基准面相对SSC7短期旋回已经抬升，可容纳空间开始增加、物源供给仍然相对十分充足、A/S＞1，曲流河能量较强，但河道横向摆动的频率及幅度相对降低、截弯取直作用减弱，废弃河道分布范围变窄、密度相对减小，并使早期沉积的废弃河道由于缺少后期河流的反复冲刷而得以保存，从而导致复合点坝呈连片状。
3) 宽带状。以SSC3短期旋回为例，SSC3短期旋回虽然处于中期旋回MSC1下部，但已处于长期旋回LSC1中部，导致SSC3短期旋回的可容纳空间相对于SSC6短期旋回仍持续增加、物源供给持续降低、导致 A/S远大于1；此时曲流河横向摆动频率及幅度都已明显减小且较为固定，使废弃河道在单一曲流带两侧呈栅栏状规律性分布，从而导致复合点坝呈宽带状。
4) 窄带状。以SSC2短期旋回为例，SSC2短期旋回虽然处于中期旋回MSC1中部，但已处于长期旋回LSC1上部，由于此时基准面已接近长期旋回顶部，使SSC2短期旋回可容纳空间远大于物源供给、A/S向∞靠近，河流由于能量降低而较少横向摆动、截弯取直作用偶见从而导致复合点坝呈窄条带状。
5) 点状。以SSC1短期旋回为例，当SSC1处于中期旋回MSC1和长期旋回LSC1顶部时，此时基准面已达到长期旋回顶部，使SSC1短期旋回可容纳空间相对最大、物源供给极为不充足、A/S接近∞、饥饿沉积开始出现；此时曲流河仅局部发育轻微摆动，使点坝砂体被泛滥平原分隔，彼此并不连通，故在平面呈孤立点状分布样式。
4.2 复合点坝分布模式
在明确基准面旋回对复合点坝分布样式控制机理的基础上，结合前人关于河道砂体叠置样式研究成果[22-24]，本文建立了基准面旋回控制下的复合点坝分布模式(图7和图8)。
当A/S为0~1时，基准面旋回处于上升初期，可容纳空间较小、物源供给较为充足，此时复合点坝的平面形态为鳞片状、剖面形态为多层式。平面上，单一点坝砂体组合关系多表现为后期点坝对早期点坝的侧向侵蚀、且侵蚀幅度相对较大、被侵蚀点坝残余部位多为点坝首端，点坝间顶部高程差极小；剖面上，单一点坝砂体组合关系则表现为以侧向切叠为主、且切叠幅度相对较大、点坝间顶面高程差较小。
当A/S远大于1时，基准面旋回处于上升中期，可容纳空间相对增加、物源供给相对不充足，此时复合点坝的平面形态为宽带状、剖面形态为单层式。平面上，单一点坝砂体的完整形态较难保存，多表现为后期点坝对早期点坝的侧向侵蚀、且侵蚀幅度相对较大，点坝间顶面高程差几乎不可见；剖面上，单一点坝砂体组合关系则仍以侧向切叠为主、但切叠幅度相对较小、点坝间顶面高程差较明显。
图7 复合点坝平面分布型式及控制机理
Fig. 7 Plane distribution pattern and control mechanism of compound point bar
图8 复合点坝剖面分布型式及控制机理
Fig. 8 Vertical distribution pattern and control mechanism of compound point bar
当A/S接近∞时，基准面旋回处于上升末期，可容纳空间接近最大、物源供给不充足，此时复合点坝的平面形态为窄带状和点状、剖面形态为孤立式。平面上，单一点坝多以完整形态相互组合，表现为跨度相对较小、幅度相对较低、弯曲度相对较小的特征；剖面上，单一点坝主要呈孤立状分布于泛滥平原泥中，表现为宽度相对较小、厚度相对较大、宽厚比相对较小的特征。
5 结论
1) 明确了研究区点坝砂体构型边界正演识别条件，即当河道砂体厚度＞8 m时，可识别厚度≥1 m的薄层泥岩；并建立了废弃河道正演响应模式，即废弃河道凸岸向凹岸方向，表现为地震波波峰中心位置先缓慢下降后快速上升、振幅强度由强变弱再变强的不对称分布特征。
2) 应用定量规模约束点坝砂体分布、废弃河道正演响应模式认知和构型正演指导废弃河道井间识别的研究思路，实现了大井距间废弃河道的精细识别，提高了研究区复合点坝的预测精度。
3) 总结了实例区明化镇组下段不同旋回阶段复合点坝的5种分布样式，即鳞片状、连片状、宽带状、窄带状和点状；明确了基准面旋回对复合点坝砂体分布规律的控制机理，即基准面升降引起可容纳空间与物源供给的改变使沉积环境出现差异，导致不同基准面旋回间的复合点坝分布型式出现差异并呈规律性变化。
4) 建立了基准面旋回控制下的复合点坝分布模式，即随着A/S不断增加，复合点坝规模逐渐变小、砂体间切叠程度降低、内部连通性变差，平面形态由鳞片状向点状演化、剖面样式由多层式向孤立式发展。
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(编辑 赵俊)
收稿日期：2014-12-03；修回日期：2015-03-17
基金项目(Foundation item)：国家科技重大专项(2011ZX05011-001，2011ZX05024-001)；中国石油天然气集团公司重大专项(2011E2506)(Projects (2011ZX05011-001, 2011ZX05024-001) supported by the National Science and Technology Major Program of China; Project (2011E2506) supported by the Major Program of China National Petroleum Corporation)
通信作者：梁宏伟，博士，工程师，从事油气田开发地质及油藏精细描述；E-mail：L2003468@petrochina.com.cn
