趙東娜，朱筱敏，董艷蕾，吳 冬，朱 茂

（1. 中國石油大學（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室；2. 中國石油大學（北京）地球科學學院）

地震沉積學在湖盆緩坡灘壩砂體預測中的應用
——以準噶爾盆地車排子地區(qū)下白堊統(tǒng)為例

趙東娜1,2，朱筱敏1,2，董艷蕾1,2，吳 冬1,2，朱 茂1,2

（1. 中國石油大學（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室；2. 中國石油大學（北京）地球科學學院）

針對灘壩儲集砂體儲集層油氣勘探難題，在地震沉積學理論指導下，利用90°相位轉換、地層切片、定量地震沉積學等技術，對準噶爾盆地車排子地區(qū)下白堊統(tǒng)灘壩儲集砂體進行了識別與描述。對研究區(qū)下白堊統(tǒng)4個三級層序及相關體系域開展了地震沉積學研究，并結合巖心、錄井、測井等資料對典型地層切片進行了精細地質解釋與標定，預測了研究區(qū)灘壩砂體的分布和演化。最后通過對研究區(qū)灘壩砂體沉積特征及地層切片的定量分析，建立了陸相湖盆緩坡帶典型灘壩沉積模式，即扇三角洲-灘壩沉積體系與基巖-灘壩沉積體系共存：早白堊世SQⅠ沉積時期，灘壩砂體主要來自向岸流、向湖流及沿岸流等濱岸環(huán)流對扇三角洲前緣砂體的改造，分布在扇三角洲的前緣及側緣；SQⅡ—SQⅣ沉積時期，沉積物來自向岸流和沿岸流對西部基巖的沖蝕作用，形成的灘壩砂體平行岸線或斜交岸線展布。圖8表2參25

地震沉積學；相位調整；地層切片；灘壩砂體；車排子地區(qū)；準噶爾盆地

0 引言

近年來，國內外學者利用地震沉積學技術對三角洲、扇三角洲、曲流河等沉積環(huán)境進行了大量研究，并指導油氣勘探開發(fā)取得了顯著效果[1-9]，但對陸相湖盆灘壩砂體的地震沉積學研究尚不充分，案例相對較少[10-12]。陸相湖盆灘壩砂體是中國重要的儲集層類型之一，近年來在高成熟油氣探區(qū)如渤海灣盆地、鄂爾多斯盆地等陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了灘壩沉積成因砂體儲集層。與其他沉積體系相比，灘壩成因砂體類型較多，多表現(xiàn)為砂泥巖薄互層沉積，物性橫向變化大，分布規(guī)律復雜多樣[13-15]。因此，灘壩儲集砂體識別與描述難度較大，導致灘壩砂體儲集層油氣勘探難度較大。

1 研究區(qū)概況

準噶爾盆地西北緣車排子凸起是海西晚期形成的一個繼承性發(fā)育的三角形古凸起，主體走向為北西—南東向[16]。該凸起緊鄰生油凹陷，油氣資源豐富，有利勘探區(qū)面積超過3 600 km2[17-19]。研究區(qū)位于車排子凸起內（見圖1），鉆井30余口，三維地震覆蓋面積約400 km2。白堊紀時期研究區(qū)湖盆水體進退頻繁，物源供給相對較少，主要發(fā)育濱淺湖灘壩微相，單層砂體厚度薄、側向尖滅快。由于鉆探程度低，取心少，難以利用傳統(tǒng)技術方法和研究手段精細刻畫砂體的展布，但研究區(qū)三維地震資料質量高、構造相對較簡單、斷層少，為該區(qū)運用地震沉積學方法預測灘壩砂體儲集層分布提供了良好條件。筆者在地震沉積學理論指導下，利用90°相位轉換、地層切片等技術，制作了反映灘壩砂體分布和沉積演化的地層切片數(shù)據(jù)體，并結合巖心、錄井、測井等資料對典型地層切片進行了砂體的精細解釋與標定。此外，本次研究還首次運用定量地震沉積學對灘壩砂體的分布規(guī)律及沉積模式進行了探討，為在其他陸相湖盆，特別是地震勘探程度高、鉆井少的地區(qū)開展研究提供了參考。

圖1 準噶爾盆地車排子地區(qū)構造位置圖

2 地震沉積學分析

2.1 層序地層格架建立

建立層序地層格架為開展地震沉積學研究提供地震地質等時格架，在地震沉積學研究中不可或缺[1]。本文研究目的層為下白堊統(tǒng)吐谷魯群，自下而上發(fā)育清水河組、呼圖壁組、勝金口組和連木沁組（見表1），其上部東溝組缺失，因此連木沁組與上覆古近系呈角度不整合接觸，其下部不整合或假整合于下伏侏羅系或石炭系之上。吐谷魯群巖性以灰綠色—灰色泥巖、粉砂巖和細砂巖為主，厚約170～800 m[20]。

表1 研究區(qū)下白堊統(tǒng)層序地層與巖性地層單元對照表

本次研究依據(jù)層序地層學理論[21]，結合車排子地區(qū)地震、錄井及測井資料分析，將下白堊統(tǒng)劃分為4個三級層序，從下到上分別為SQI、SQⅡ、SQⅢ及SQⅣ（見表1）。白堊紀時期，研究區(qū)為一大型斜坡構造，無明顯地形坡折，無法確定首次湖泛面，因此根據(jù)準層序組疊置樣式及相對湖平面升降變化關系，將三級層序劃分為湖侵（TST）和湖退體系域（RST）。

2.2 90°相位轉換分析

由于薄層砂體地震反射與地震同相軸之間沒有直接對應關系，故標準的零相位地震數(shù)據(jù)不適合用于薄層砂體的巖性解釋[11]。90°相位轉換技術將地震反射主波瓣轉換到薄層中心，從而建立起地震同相軸與薄層砂體之間的對應關系。在此實例中，車排子地區(qū)原始疊后地震數(shù)據(jù)的子波相位約為5°，相同波阻抗的同一種巖性與地震同相軸之間沒有直接對應關系（見圖2a）。經(jīng)過85°相位調整后，地震同相軸與測井曲線吻合度很高，所鉆遇的砂體幾乎都對應于地震波谷（紅色同相軸），而自然伽馬、自然電位高值均對應于地震波峰（黑色同相軸）（見圖2b）。

2.3 地層切片分析

2.3.1 地層切片制作與分析

研究區(qū)下白堊統(tǒng)除代表層序邊界的地震同相軸連續(xù)性好、振幅強以外，其內部地震同相軸以中等—弱連續(xù)、亞平行為主。在地層切片制作過程中，首先要選取連續(xù)的、具有等時地質意義的地震反射同相軸作為參考。本次研究選取下白堊統(tǒng)5個層序界面（SB1—SB5）作為參考層（見圖3），在對其精細解釋的基礎上，再以2 ms時間間隔在三級層序內制作一系列地層切片。

雖然前面已對研究區(qū)地震剖面進行了相位轉換（見圖2），建立了地震振幅與測井巖性之間的對應關系，但要想在地層切片上用極性或振幅直接預測巖性，則還需進行巖石物理關系分析[1]，一般可分為3步：①通過建立自然伽馬-波阻抗交會圖分析巖性與波阻抗之間關系。研究區(qū)目的層段發(fā)育的巖性有泥巖、砂巖、泥質砂巖和砂質泥巖，由圖4自然伽馬-波阻抗交會圖可以看出，不同巖性的數(shù)據(jù)點在不同波阻抗值域范圍內分布，砂巖多為高波阻抗，泥巖多為低波阻抗，砂泥分界帶處波阻抗為（18～20）×106kg/（m2·s）。

圖2 研究區(qū)地震資料相位調整前后剖面（剖面位置見圖1）

圖3 參考層及地層切片在地震剖面上的對應位置（剖面位置見圖1）

圖4 準噶爾盆地車排子地區(qū)下白堊統(tǒng)伽馬-波阻抗交會圖

②觀察巖層與地震反射同相軸之間的關系，以確定反射波同相軸對應的是單巖性層還是巖性復合層[1]。研究區(qū)相帶范圍小且相變頻繁，砂巖、泥巖單層均很薄，砂泥巖間互沉積普遍，因此，單巖性層與反射同相軸之間沒有一一對應關系，同相軸只代表平均波阻抗的變化，或反映地層中偏砂相（高砂泥比，紅色波谷）和偏泥相（低砂泥比，黑色波峰）的波阻抗變化。

③根據(jù)實際地層中巖性組合和對應的波阻抗組合，建立單巖性層或巖性復合層的波阻抗-極性/振幅關系，預測特定巖性的地震反射極性和振幅。本次研究以三級體系域為單位在地層切片上進行巖性解釋，建立了湖侵和湖退體系域內波阻抗與巖性的關系表（見表2）。

2.3.2 地層切片地質解釋

圖5a、5b均為SQⅠ湖侵體系域內的地層切片。圖5a為SQⅠ湖侵體系域早期對應的地層切片，整個工區(qū)范圍內幾乎全為強的負振幅（紅色）。該時期來自工區(qū)北部的物源供給充足，研究區(qū)發(fā)育以細砂巖、粉砂巖為主的扇三角洲前緣沉積，單層砂體厚度5～10 m，砂地比在50%～60%，自然伽馬測井曲線形態(tài)表現(xiàn)為箱狀或鐘形。圖5b為SQⅠ湖侵體系域末期對應的地層切片，該切片整體以中強正振幅（黑色）為主，負振幅呈條帶狀展布。此時北部物源停止供給或供給不充足，研究區(qū)發(fā)育以粉砂巖為主的濱淺湖灘壩沉積，灘壩砂南北向展布，長約5～10 km，寬約2～3 km，剖面上單層砂體厚約2～5 m（c13井，見圖5b）。

表2 準噶爾盆地車排子地區(qū)下白堊統(tǒng)受體系域控制的波阻抗-振幅關系

圖5 車排子地區(qū)下白堊統(tǒng)典型地層切片

圖5c、5d分別為SQⅡ湖侵體系域和湖退體系域地層切片。圖5c切片負振幅區(qū)分布較為局限，只在工區(qū)中部和南部發(fā)育。通過錄井及測井標定可知：工區(qū)北部p1井、p103井和c13井在圖5c切片對應的深度為灰色泥巖及粉砂質泥巖沉積，自然伽馬測井曲線形態(tài)平直；中部及南部負振幅區(qū)巖性則以粉砂巖、泥質粉砂巖為主，自然伽馬測井曲線多表現(xiàn)為單指狀和寬指狀，對應灘壩砂體單層厚度為2～4 m。圖5c切片上所標定的灘壩發(fā)育個數(shù)少、面積小。圖5d切片則表現(xiàn)為大片的負振幅區(qū)，中強振幅值，條帶狀特征明顯，結合鉆井取心資料分析，其對應單井巖性以細砂巖、粉砂巖為主，夾薄層泥巖，砂地比30%～50%。該切片上灘壩較為發(fā)育，單層砂體厚約4～6 m（p1井、p601井及p604井，見圖5d）。通過圖5c切片與圖5d切片的對比分析發(fā)現(xiàn)：同一層序內，灘壩砂體在湖退體系域內更為發(fā)育。

SQⅢ沉積時期，湖水繼續(xù)擴張，湖盆范圍變大，北部物源供給不充足。從SQⅢ湖侵體系域對應的地層切片可以看出（見圖5e），研究區(qū)內中低正振幅廣泛分布，主要為濱淺湖泥沉積，巖性為灰色泥巖夾少量粉砂質泥巖。該時期灘壩砂體在工區(qū)內零星發(fā)育，呈北東—南西向展布。

圖5f為SQⅣ湖退體系域對應的地層切片，與圖5e地層切片相比，灘壩砂體發(fā)育個數(shù)多，面積大，呈北東—南西向展布。通過自然伽馬測井曲線標定可知，SQⅣ湖退體系域發(fā)育的灘壩砂單層厚度較大，約4～8 m（p1井和c13井，見圖5f）。

地震沉積學研究應遵循綜合解釋的原則，盡可能利用各種地質、地球物理信息將地層切片上的地震參數(shù)特征轉化成沉積相和砂體分布模式，以減少地質解釋的多解性[1,22]。例如，圖5a切片顯示出明顯的扇狀三角洲地震地貌形態(tài)，地震巖性標定表明此強負振幅代表砂巖沉積，通過研究區(qū)的時深轉換，在北部p1井相應深度觀察到一套厚約8 m的中砂巖—細砂巖—粉砂巖的正韻律沉積序列，證實其為扇三角洲前緣水下分流河道沉積（見圖6a）；圖5f切片顯示了北東—南西向展布的條帶狀地震地貌特征，較強的負振幅指示為偏砂相，通過巖心標定發(fā)現(xiàn)其為一套厚約4 m，具波狀、平行層理的粉砂巖沉積，上下間互薄層泥巖，自然伽馬測井曲線呈寬指狀，解釋為灘壩砂沉積（見圖6b）。

3 研究區(qū)灘壩砂體分布規(guī)律及沉積模式

“灘壩”實際為灘砂和壩砂的總稱，但受地震資料品質的限制，無論在地震剖面上還是平面地層切片上都很難將兩者區(qū)分開來。但實際上二者在成因、幾何形態(tài)和分布規(guī)律上還是存有一定差異[14]。壩砂發(fā)育在濱淺湖地帶，形成于湖浪、沿岸流的篩選和沖刷作用，水動力能量較強[23]；巖性以細砂巖、粉砂巖為主，厚度一般為5～8 m不等，常由多個旋回疊置組成，旋回之間夾薄層壩間泥巖；剖面沉積序列特征表現(xiàn)為細—粗—細的對稱旋回或者向上變粗的反旋回；平面上，壩砂平行或斜交岸線離岸分布，幾何形態(tài)清晰。灘砂在較平坦地形上形成，水動力能量較弱；巖性較細，以粉砂巖、泥質粉砂巖為主，單層厚度較薄，一般為0.5～1.0 m，多呈細—粗—細的對稱韻律，泥巖和砂巖之間為漸變接觸；平面上灘砂展布面積較大，常呈較寬的條帶狀，平行岸線分布。

圖6 車排子地區(qū)p1井巖心相解釋與地層切片標定

綜合車排子地區(qū)下白堊統(tǒng)灘壩沉積特征及地層切片解釋結果認為：下白堊統(tǒng)不同時期灘壩的形成主要受控于物源及體系域旋回，與物源的關系主要體現(xiàn)在物源類型、物源供給強度及水動力條件等因素的綜合影響。吐谷魯群沉積早期，研究區(qū)北部物源供給充足，沉積的扇三角洲控制了SQⅠ時期灘壩砂體的形成；吐谷魯群沉積中后期，北部物源停止供給，西部車排子凸起的基巖為SQⅡ、SQⅢ及SQⅣ時期灘壩的形成提供了沉積物，灘壩在垂向上的演化和側向上的變遷與體系域旋回變化有關。研究區(qū)位于湖盆緩坡帶，地形平緩，湖水進退交替頻繁，向岸流（波浪）和沿岸流影響范圍較廣，砂質碎屑分流作用強，灘壩砂體進退遷移較為頻繁。湖退體系域時期，湖平面下降，湖水變淺，向岸流（波浪）及沿岸流的沖刷作用增強，更易形成灘壩砂體。

通過定量分析灘壩砂體在平面上的展布面積及其距西部剝蝕線距離的關系，對灘壩控制因素和沉積規(guī)律進行了定性分析，并在車排子地區(qū)建立了以物源為基礎，體系域旋回為主導的灘壩沉積模式（見圖7）。該沉積模式可細分為扇三角洲-灘壩沉積模式和基巖-灘壩沉積模式。

圖7 準噶爾盆地西北緣車排子地區(qū)下白堊統(tǒng)緩坡帶灘壩沉積模式

①扇三角洲-灘壩沉積模式。SQⅠ時期，北部物源供給充足，研究區(qū)北部發(fā)育近源扇三角洲沉積。由向湖流、向岸流（波浪）及沿岸流構成的濱岸環(huán)流系統(tǒng)對扇三角洲前緣沉積物進行改造，形成的灘壩砂體主要沉積在扇三角洲前緣前方及側方，其中在近扇三角洲前緣的湖岸線拐彎處（見圖7，M），沿岸流及湖浪能量消耗最大，更易形成平行湖岸線展布的條帶狀灘壩砂體。由于研究區(qū)地形坡度緩（約1°～2°），水動力強度較弱，濱岸環(huán)流對扇三角洲前緣砂體的改造作用相對較小，形成的灘壩砂體規(guī)模較小，多呈條帶狀展布。通過地層切片定量分析顯示：灘壩砂體隨著距離扇三角洲前緣及西部凸起距離的增加，發(fā)育規(guī)模逐漸減小（見圖8）。

圖8 研究區(qū)三級層序內灘壩砂體面積與其距西部剝蝕線距離關系

②基巖-灘壩沉積模式。SQⅡ—SQⅣ沉積時期，湖盆逐漸擴張，研究區(qū)構造相對穩(wěn)定，坡度平緩，整體水體較淺。北部物源供給不充足，向岸流（波浪）及沿岸流通過對西部車排子凸起基巖進行侵蝕和搬運，形成了在平面上呈條帶狀，平行或斜交湖岸線展布的灘壩砂體（見圖7，N）。距湖岸線距離不同，水動力能量強度存在差別，因此在平面上沉積的灘壩砂體規(guī)模也存在一定差別[24]。本次通過地層切片定量分析發(fā)現(xiàn)：SQⅡ及SQⅣ沉積時期內，由西部剝蝕線向湖盆方向，灘壩發(fā)育規(guī)模逐漸減小（見圖8），單層砂體的厚度也明顯減薄（見圖5）；SQⅢ則表現(xiàn)為隨著距離的逐漸增加，灘壩砂體面積呈現(xiàn)小—大—小的變化規(guī)律（見圖8），這是因為從湖岸線到正常浪基面，按波浪能量消耗比例，依次可劃分為沖浪回流帶、碎浪帶和破浪帶。垂直或斜交岸線的波浪由湖盆向湖岸運動時，在碎浪帶波浪能量消耗最大，使得較粗碎屑物沉積下來，在該區(qū)易形成規(guī)模較大的灘壩砂體，因此理想的灘壩沉積規(guī)律即為由湖岸線向湖盆方向，灘壩規(guī)模呈現(xiàn)小—大—小的沉積規(guī)律[25]。而研究區(qū)SQⅠ、SQⅡ，乃至SQⅣ沉積時期，后期剝蝕作用強烈，將沉積于近湖岸線、沖浪回流帶內規(guī)模較小的灘壩砂體全部或部分剝蝕，因此地層切片定量分析表現(xiàn)為灘壩砂體規(guī)模隨距剝蝕線距離的增加線性減小的關系。SQⅢ沉積時期，湖盆向西擴張到最大，該時期沉積的地層保存最全，因此沉積的灘壩砂體規(guī)模隨距剝蝕線距離的增加呈現(xiàn)小—大—小的變化規(guī)律。

4 結論

準噶爾盆地車排子地區(qū)地震資料質量好、品質高、斷層少，下白堊統(tǒng)表現(xiàn)為完整的水進—水退旋回，層序和體系域界面特征明顯，因此在三級層序內以體系域旋回為單元開展地震沉積學研究對灘壩砂體的預測非常有效。地震巖性學是地震沉積學的重要組成部分，目前技術條件下，90°相位轉換技術是將地震剖面轉換為巖性剖面最有效的辦法，利用地層切片上極性或振幅信息預測砂體展布時，還需要進行巖石物理關系分析，同時利用地層切片進行沉積解釋時，需結合各種地質、地球物理信息，以降低解釋的多解性。

車排子地區(qū)下白堊統(tǒng)不同時期灘壩砂體的成因、分布及發(fā)育程度各不相同：早白堊世SQⅠ沉積時期，灘壩砂體主要來自向岸流、向湖流及沿岸流等濱岸環(huán)流對扇三角洲前緣砂體的改造，分布在扇三角洲的前緣及側緣；SQⅡ—SQⅣ沉積時期，沉積物來自向岸流和沿岸流對西部基巖的沖蝕作用，形成的灘壩砂體平行岸線或斜交岸線展布。

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Application of seismic sedimentology to prediction of beach and bar sandbodies in gentle slope of lacustrine basin: A case study of the Lower Cretaceous in Chepaizi area, Junggar Basin, NW China

Zhao Dongna1,2, Zhu Xiaomin1,2, Dong Yanlei1,2, Wu Dong1,2, Zhu Mao1,2
(1. State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting, China University of Petroleum, Beijing 102249, China; 2. College of Geosciences, China University of Petroleum (Beijing), Beijing 102249, China)

The exploration of beach and bar sandstone reservoirs is a tricky issue. In this study, under the guidance of seismic sedimentary theory, the 90° phase shift technique, stratal slicing, and quantitative seismic sedimentology were used to identify and characterize the distribution of beach and bar sandbodies and reflect the evolutionary history in the Chepaizi area, Junggar Basin. Four third-order sequences in the Lower-Cretaceous and relevant systems tracts in the study area were studied using seismic sedimentology, and with the assistance of the comprehensive analysis of core, lithology and well-logging data, stratal slices were interpreted and calibrated, and the distribution and evolution of beach bar sandbodies were predicted. Based on the detailed and extensive analyses on sedimentary characteristics and seismic sedimentary quantitative results, this study established two typical beach and bar sedimentary models in the Chepaizi area, namely normal bedrock-beach bar and fan delta-beach bar. In early sedimentary period of SQⅠ, beach and bar sandbodies were reformed by coastal, wave and onshore currents, and developed around the lateral margin of the fan delta front. During sedimentary periods of SQⅡ to SQ Ⅳ, the northern provenance stopped supplying sediments, and the wave and coastal currents eroded the bedrock of the western Chepaizi uplift and transported sediments to the study area, forming beach and bar sandbodies parallel to or obliquely intersecting with coastal line.

seismic sedimentology; phase shift; stratal slice; beach and bar; Chepaizi area; Junggar Basin

TE122.2

A

趙東娜（1985-），女，河北昌黎人，中國石油大學（北京）在讀博士研究生，主要從事層序地層學及地震沉積學方向研究。地址：北京市昌平區(qū)，中國石油大學（北京）地球科學學院，郵政編碼：102249。E-mail: zhaodongna2005@126.com

2013-05-27

2013-11-25

（編輯 黃昌武 繪圖 劉方方）

1000-0747(2014)01-0055-07

10.11698/PED.2014.01.06

國家自然科學基金（41272133）；國家油氣重大專項（2011ZX05001-002）