辽河西部凹陷大洼地区沙三段陡坡带近岸水下扇识别与刻画

叶 青

( 中国石油长城钻探工程公司 录井公司，辽宁 盘锦 124010 )

断陷盆地陡坡带通常具有坡度陡、物源短、古地形起伏大和构造活动强等特点，沉积物类型以深水重力流沉积作用为主，如近岸水下扇、湖底扇、浊积扇[1]。其中，近岸水下扇发育于陡坡带断层下降盘根部，与深湖暗色泥岩互层接触，沉积物以重力流机制成因的粗碎屑岩体为主[2-3]。由于扇体多沿边界断层分布，具有扇根和断面双重侧向封堵条件；
扇端紧邻半深湖—深湖相泥岩，具有丰富的油气来源、优良的储集和保存条件，因此陡坡带近岸水下扇具有极佳的形成岩性油气藏的条件[4]。近岸水下扇沉积相带窄、相变快、地震反射强度弱，在低勘探程度区预测难度较大[5]。

有关近岸水下扇的研究和探讨主要集中于三方面：一是根据岩性、录井及测井资料综合分析，研究近岸水下扇的展布特征、沉积特征及演化规律[6-7]，认为近岸水下扇可划分为扇根、扇中及扇端3个亚相，主要发育砾石支撑的块状层理、递变层理。二是对近岸水下扇的成因进行分析[8]，认为受区域构造运动的影响，边界断层陡缓程度的差异控制扇体的沉积，断层较陡有利于发育近岸水下扇。三是根据近岸水下扇储层物性与埋藏深度的关系，研究近岸水下扇的油气成藏规律[9-10]，认为浅部埋藏的近岸水下扇主要形成构造油气藏或构造—岩性油气藏；
深部埋藏的近岸水下扇形成“扇根封堵、扇中富集”的岩性油气藏。人们对近岸水下扇的形成及其油气成藏规律进行分析，但是对低勘探程度区扇体的识别与刻画研究相对较少，不能准确预测扇体发育的位置及规模。

以大洼地区沙河街组三段(沙三段)陡坡带近岸水下扇为例，综合研究区地震及邻区钻井、测井资料，采用构造精细解释、地球物理响应特征及属性分析技术，明确扇体内部结构及外部形态，分析陡坡带近岸水下扇沉积特征，研究扇体发育的控制因素，为研究区陡坡带寻找有利扇体发育区提供指导。

1.1 地理位置

西部凹陷位于辽河坳陷西部，西接西部凸起，东部紧邻中央凸起(见图1)，是一个受区域性拉张作用而形成的东陡西缓、东断西超的半地堑型凹陷[11]。凹陷东侧为近北东向的陡坡带，是由控制凹陷沉积的边界断裂带(台安—大洼断裂带)经后期风化剥蚀等改造而形成的古断剥面。古近系沉积时期，受区域构造背景控制，剥蚀区大量粗碎屑物质在季节性洪水作用下沿古冲沟入湖沉积，并在湖盆边缘陡坡带发育近岸水下扇、湖底扇、浊积扇等砂砾岩扇体沉积[12]。

图1 西部凹陷沉积体系模式Fig.1 Sedimentary system model of Western Depression

1.2 沉积体系

辽河坳陷3个凹陷的剖面类型相似，沉积巨厚的暗色泥岩段，凹陷边缘多数以砂砾岩为底[13]。发育于深湖区的近岸水下扇直接伸入暗色泥岩，是油气聚集成藏的有利储集体，陡坡带自北向南发育牛心坨、高升、雷家、冷家及海外河5套近岸水下扇。

沙三段沉积时期，大洼地区处于裂谷盆地演化深陷期，在边界断层(台安—大洼断裂)的控制下，凹陷东侧形成坡度陡、近物源、构造活动强烈的沉积背景[14]。沉积环境变化控制岩相类型与发育，岩相能够反映沉积环境的变化[15]。岩心观察发现，陡坡带沙三段岩石类型以深灰色、杂色砂砾岩、砾岩等重力流沉积为主。根据重力流沉积特征分析，沿陡坡带自南向北，依次识别杂基支撑砾岩、碎屑支撑砾岩、块状砂砾岩、粗砂岩及滑塌岩等重力流岩相特征(见图2)。不同位置发育的扇体特征稍有不同。

1.3 储层特征

在陡坡带南段海外河地区，受断裂坡折带控制，主要发育碎屑支撑砾岩沉积，如杂基支撑中砾岩，砾石分选磨圆差，砾石间为粗碎屑支撑(见图2(a))。碎屑支撑砾岩无明显的层理特征，主要表现为基质支撑砾石快速堆积于扇根主水道[16]，厚度大，延伸距离短。在陡坡带中段冷家地区，主要发育块状砂砾岩与岩屑粗砂岩，具有下粗上细正递变层理特征，旋回底部可见大块砾石，向上岩性逐渐变细，局部可见旋回特征的岩性突变界面(见图2(b))。在陡坡带中北段雷家地区，主要发育杂基支撑细砾岩，胶结相对致密，砾石分选差，磨圆度为棱角—次棱角状，局部可见火山角砾岩(见图2(c))。

图2 东部陡坡带近岸水下扇岩心和测井曲线特征Fig.2 Characteristics of core and logging curves of offshore subaqueous fan in eastern steep slope zone

沙三段沉积时期，陡坡带控边断裂活动剧烈，凹陷处于急剧沉降到缓慢抬升的过程，中央凸起带提供充足的物源供给。由周期性洪水作用导致物源区以重力流形式搬运入湖并发生快速堆积，在边界断层根部形成厚层块状砂砾岩体扇根沉积，测井曲线表现为箱型(见图2(d))；
碎屑沉积物在扇中沉积区短距离搬运，冲蚀下伏地层形成辫状水道沉积[17]，发育正递变层理特征的粗砂岩，测井曲线具有复合钟型特征(见图2(e))。此外，由于扇体受洪水作用明显，强水动力作用通常侵蚀不同期扇体间的泥岩，测井曲线表现为突变接触关系。

在深陷期的沉积背景下，西部凹陷沿陡坡带自北向南有近岸水下扇沉积(见图1)，基于东部陡坡带扇体沉积特征，结合地震反射特征，对大洼地区陡坡带扇体进行识别。

2.1 地震相特征

地震相分析是通过对地震资料(反射结构、振幅、频率、连续性和层速度)进行分析，找出地震相与沉积相之间的关系[18]。陡坡带沉积相模式较为单一，地震相参数分布特征为：(1)顺物源方向，以中振幅、前积反射结构、较连续的地震反射为主(见图3)；
(2)垂直物源方向，以中振幅、杂乱—亚平行反射结构、丘型几何外形特征为主(见图4)。

图3 大洼地区陡坡带前积地震反射特征Fig.3 Characteristics of foreset seismic reflection in steep slope zone in Dawa Area

图4 大洼地区陡坡带丘型地震反射特征Fig.4 Seismic reflection characteristics of hill type in Dawa Area of steep slope zone

地震相分析表明，大洼地区陡坡带斜交前积、丘型杂乱反射特征反映近岸水下扇沉积[19]。由陡坡带南段的海外河扇体地震相(见图5)，可看出中振幅、杂乱—亚平行反射结构、丘型几何外形特征，经实钻井证实该反射特征为近岸水下扇沉积。在同一沉积背景下，根据地震相的相似性，能够识别地震相对应的沉积类型及岩性特征[20]。不同的地震反射结构代表不同的沉积环境[15]，分析陡坡带沉积背景及邻区沉积相特征，地震反射结构与沉积环境对应关系见文献[21-22]。

图5 海外河地区陡坡带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 沉积物供给通道

伸展断裂系统中各条断层之间可以通过构造变换组合在一起，其间的位移传递是通过两断层之间的断块变形完成的[23]，断层尖灭端地势平坦，是沉积物注入断陷湖盆的通道(见图6)。边界断层之间的构造变换形成“沟梁对应”的古地貌特征[24]，东部凸起物源主要沿沟谷进入湖盆[25]，在可容纳空间较大的陡坡带分布，形成北东向展布的扇体裙。

图6 大洼地区构造变换模式Fig.6 Construction transformation pattern in Dawa Area

对陡坡带边界断层进行梳理，边界断层是一系列的断层通过构造变换机制连接形成的控边断裂转换带。边界断层沿断裂走向呈雁列式排列，断层叠覆位置为转换带，受断层分段生长和差异运动影响，转换带位置发育于断层小位移处[26]。受中央凸起抬升的影响，边界断层上升盘遭受大面积剥蚀，主要出露潜山地层；
下降盘受同沉积断层控制形成古近系沉积。因此，采用断层落差曲线能够反映断层活动性，将断层活动性定义为断层位移与延伸长度的关系，偏移线性区表示断层分段生长[27]，其低值部位为转换带的位置(见图7(a))。同时，断层面断距变化也可有效反映转换带特征，即通过断裂位移在断层面上的断距分布特征识别转换带的标志[28](见图7(b))。

图7 大洼地区陡坡带边界断层转换带识别标志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，断层连接处发育丘型反射特征的近岸水下扇沉积(见图8(a))，与转换带具有较好的对应关系。在陡坡带靠近物源的背景下，边界断层的软连接处能够为物源提供通道，粗碎屑沿断层软连接处直接入湖，形成一系列的近岸水下扇沉积(见图8(b))。

图8 大洼地区陡坡带边界断层控制扇体沉积模式Fig.8 Sedimentary model of fan body controlled by boundary faults in steep slope zone in Dawa Area

2.3 异常高压分析

导致异常高压的因素主要有三个方面：一是机械压实作用造成异常高压，随埋深的增大，机械压实作用增强，由于砂砾岩储层具有颗粒支撑作用，孔隙体积不随上覆负荷的增加而减小；
且泥岩的机械压实作用强，导致储层中流体排出受阻或来不及排出，形成超压异常体[29]，反之，异常高压阻止砂砾岩储层的机械压实作用。二是受有机酸溶解作用影响，干酪根热解生烃的同时，形成大量有机酸和CO2，溶于水中形成酸性流体，溶蚀储层中硅铝酸盐、碳酸盐岩矿物，形成次生孔隙的同时造成储层异常高压[30]。三是受流体热膨胀增压作用影响，在差异压实作用下形成封闭系统，深埋后地温梯度升高，导致流体发生热膨胀效应而形成超压。此外，蒙脱石脱水、矿物成因作用及构造应力作用等也可导致异常高压，实际的含油气盆地中，往往一种或几种因素占主导作用，而其他因素起到辅助作用。

统计大洼地区陡坡带沙三段不同埋深储层的压力因数，在3 000 m以下储层普遍存在异常高压，同时伴随次生孔隙发育；
异常高压控制中深层次生孔隙发育，次生孔隙发育进一步促进欠压实作用[31]，二者相互促进。陡坡带沙三段储层压力因数、孔隙度与埋深交会见图9，异常压力与次生孔隙发育程度具有较好的相关关系，陡坡带沙三段储层发育深度处于中深层异常压力发育区。

图9 大洼地区陡坡带沙三段储层压力因数、孔隙度与埋深交会Fig.9 Crossplot of different pressure factors, porosity and buried depth of Es3 reservoir in steep slope zone in Dawa Area

大洼地区陡坡带沙三段储层埋深较大，钻穿沙三段的探井较少，没有可靠的地质资料供参考。通过陡坡带沉积背景分析、扇体地震反射特征对比及沉积物供给通道研究，大洼地区陡坡带发育近岸水下扇。为明确近岸水下扇的规模，根据物探资料对扇体进行精细刻画，研究南北两套扇体，纵向划分三期，扇体叠加面积为48.5 km2，具有较大的勘探规模。

3.1 地震反射结构

分析陡坡带地震反射结构及反射外形，识别杂乱—前积反射结构、丘型几何外形的地震反射特征，地震相沿陡坡带边界断层分布，为典型的近岸水下扇沉积。有别于陡坡带前端的中高振幅、平行反射结构、席状披盖几何外形地震反射特征，二者横向上侧向对接，纵向上呈披覆关系。根据不同沉积相间地震反射的差异性，对近岸水下扇的外形进行刻画，刻画南北两套扇体，纵向上根据扇体的叠置关系划分为沙三上段、沙三中上段及沙三中下段3个期次，分析大洼地区近岸水下扇发育特征。

3.2 叠后波阻抗反演

常规波阻抗反演是通过测井资料插值建立初始低频模型，根据多次迭代波阻抗模型，使正演模型与地震资料达到最佳匹配，得到基于模型的最终波阻抗体[32]。通过测井资料的高频信息与地震资料低频信息融合，提高地震资料分辨率[33]。基于模型反演的方法对测井资料依赖性很强，在密井网情况下能够建立反映储层变化的低频模型。在低勘探程度区，缺乏测井资料的支持，无法建立有效的低频模型。为提高基于模型反演的精度，采用相控随机反演方法，在反演过程中加入地震相的控制，综合利用地质认识和储层发育特征，结合已钻井的岩性特征，使反演结果更加符合地质特征[34-36]。

采用地震相约束初始模型，在反演中将每个地震相单元赋予不同的函数值进行迭代[37]。对比常规反演，地震相约束反演结果具有更高的精度，可有效区分储层与围岩的关系。通过地震相控制反演，在工区刻画南北两套高波阻抗异常体(见图10)，且北部扇体纵向上被低阻抗泥岩分隔成三期(第一期、第二期和第三期)，反映重力流水道侧向摆动沉积特点，刻画的扇体与地质认识高度一致。

图10 大洼地区陡坡带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 地震属性提取

为分析扇体的平面展布特征，引用地震属性分析技术。地震属性是地震数据经过数学变换得到的有关地震波几何学、运动学或动力学特征[38]，提取地震资料特征值刻画，地层结构、岩性及物性描述等地质信息。提取多种地震属性进行优选分析，压缩振幅属性对岩性比较敏感，可以清晰地反映研究区扇体的展布特征，稳定性好。提取沙三段不同层段压缩振幅属性，具有强振幅特征的扇体呈北东向条带展布，纵向上发育沙三上段、沙三中上段及沙三中下段3个期次(见图11)，3期扇体在垂直物源方向展布宽，搬运距离短，符合近岸水下扇快速堆积的特点。

图11 大洼地区陡坡带沙三段压缩振幅属性Fig.11 Compression amplitude properties in Es3 steep slope zones in Dawa Area

根据沉积特征分析，近岸水下扇划分为扇根、扇中、扇端3个亚相，扇根物性差，形成侧向封堵[4]，油气主要富集于扇中(见图12)。结合属性特征，目标区沙三段储层发育两套扇体(W100和W24扇体)，纵向上扇体划分为3个期次，沙三中下段沉积时期，南北有扇体发育；
沙三中上及沙三上段沉积时期，扇体仅在北部发育(见图13)，W100扇体表现为沉积中心向南偏移，纵向叠置分布，整体规模较大，具有较大的勘探潜力。

图12 大洼地区马南15—洼58井沉积相剖面Fig.12 The section of sedimentary facies of Manan 15-Wa 58 in Dawa Area

图13 大洼地区陡坡带沙三段近岸水下扇沉积相Fig.13 Sedimentary facies of nearshore subaqueous fan in Es3 steep slope zone in Dawa Area

此外，近岸水下扇沉积特征及展布规模受边界断层控制，由于陡坡带构造活动剧烈，表现多期性、分段式的特点。每一期扇体的规模、沉积特征不同，但每一期扇体均发育扇根、扇中及扇端3个亚相。多段断裂系统呈侧列式分布，根据转换带构型特征与不同沉积时期砂体匹配关系，转换带是水系入湖的通道，进而控制扇体的展布规律(见图14)。沿陡坡带往南具备发育近岸水下扇的构造背景，为下一步超深层近岸水下扇的勘探提供指导。

图14 大洼地区陡坡带沙三段近岸水下扇沉积模式Fig.14 Sedimentary model of nearshore subaqueous fan in Es3 steep slope zone in Dawa Area

(1)辽河西部凹陷大洼地区沙三段陡坡带发育近岸水下扇，边界断层具有转换带特征，转换带为物源提供通道，扇体具有前积、丘型地震反射特征。

(2)大洼地区沙三段陡坡带近岸水下扇具有沉积厚度大、分布范围广的特点，刻画南北两套近岸水下扇，纵向上分为三期叠置分布。

(3)大洼地区沙三段陡坡带存在异常高压，异常高压阻止砂砾岩储层压实作用，造成次生孔隙发育，次生孔隙进一步促进欠压实作用而形成超压异常体。