孙 乐 齐 宇 王 波 房茂军 李 昊 樊伟鹏 李文兰

(中海油研究总院有限责任公司 北京 100028)

浅水三角洲砂体是鄂尔多斯盆地东缘康宁气田岩性油气藏勘探开发的重要目标，受到越来越多学者的高度重视。浅水三角洲形成的古地形背景、水动力学特征、三角洲形态、微相类型及三角洲内部结构等多个方面与正常三角洲有着较大差异。浅水三角洲是在构造稳定的台地、陆表海或地形平缓、水体较浅、湖平面频繁多变、物源充足、具有敞流特征的坳陷盆地条件下发育形成的，突出特征是以分流河道砂体为骨架，河口坝沉积发育程度低，砂体薄且分布广，复合三角洲面积辽阔，厚度巨大[1-6]。

目前关于鄂尔多斯盆地东缘康宁气田的研究多集中在成藏富集规律、储层研究方面，取得了一批重要成果，揭示出该套地层具备有利的生、储、盖组合，完好的保存条件，具有“微相控储、物性控藏”特点[7-12]。目前康宁气田已进入全面开发阶段，已钻井揭示康宁气田气层厚度变化快，主要原因是浅水三角洲河道摆动快、砂体纵向叠置，单个含气砂体规模，即优质储层的分布较为局限，导致钻井产能差异大，故以“段”为地层单元的沉积展布特征研究已不能满足开发生产需求。研究的重点应该转向分布范围小的、零散的、薄层油气藏，如何更有效地对这类油气藏进行研究，是开发区下步工作的重点。本区地震资料分辨率低，主频约32Hz，难以满足砂层组沉积微相分析要求，地球物理研究表明，地震垂向分辨率难以确定的薄层砂体，可以利用地震水平分辨率来确定，从而描述地质体平面分布特征。因此在康宁气田开展地震沉积学研究，就可以对薄层砂体的平面展布进行详细描述，从而指导薄层油气藏的勘探开发。另外，地震沉积学在精细雕刻沉积微相、详尽展现沉积演化过程方面，具有无可比拟的优势。因此，以地震沉积学为研究方法，开展康宁气田浅水三角洲沉积体系的精细刻画，对于寻找地层—岩性油气藏、指导油气勘探开发具有较为重要的理论和实际意义。

本文以层序地层学、现代沉积学和地震沉积学等学科为理论基础，以鄂尔多斯盆地东缘康宁气田重点产层二叠系石盒子组四段(盒四段)为研究对象，充分利用地震、钻测井、岩心、室内分析化验等资料，建立精细地层格架，研究浅水三角洲的沉积特征，总结沉积演化模式及其与油气勘探开发的关系，探讨浅水三角洲的地震沉积学研究方法等，对中国陆相盆地大型浅水成因砂体分布规律分析和岩性油气藏勘探开发具有重要意义。

1 区域地质背景

鄂尔多斯盆地为中国第二大沉积盆地，面积37×104km2，是一个多旋回演化、多沉积类型的大型沉积盆地，盆地基底为前寒武纪结晶变质岩系，沉积盖层大体经历了中晚元古代坳拉谷、早古生代陆表海、晚古生代海陆过渡、中生代内陆湖盆及新生代周边断陷等五大阶段，形成了下古生界陆表海碳酸盐岩、上古生界海陆过渡相煤系碎屑岩及中新生界内陆湖盆碎屑岩沉积的3层结构。鄂尔多斯盆地可划分为6个一级构造带，自西向东依次为：西缘冲断带、天环坳陷、伊陕斜坡、晋西挠褶带，北部为伊盟隆起，南面为渭北隆起。康宁气田位于鄂尔多斯盆地东缘，横跨伊陕斜坡与晋西挠褶带两个构造单元[13-15](图1)。

晚古生代，鄂尔多斯盆地东北部由陆表海向近海平原过渡，直至最终演化为陆相沉积环境。纵向上，康宁气田经历了由障壁海岸到三角洲的沉积演化，形成了(水下)分流河道、障壁沙坝等多套不同成因类型的储集砂体[8]。平面上，康宁气田由于空间位置不同，距离物源远近存在差异，沉积相特征及砂体类型存在区别，形成了大面积发育的储集砂体。

康宁气田上古生界地层与下古生界地层呈不整合接触，中间缺失中上奥陶统、志留系、泥盆系及下石炭统地层。上古生界地层内部沉积连续，均为整合接触，地层自下而上发育石炭系本溪组、二叠系太原组、山西组、下石盒子组、上石盒子组和石千峰组(图1)。上石盒子组从上到下细分为盒一段、盒二段、盒三段和盒四段[16-17]。已钻井和测试结果表明，盒四段是康宁西区重要的目的层，钻遇气层厚度最大达7.7 m，射孔无阻流量最大达到16.67×104m3/d，盒四段勘探开发潜力较大。

图1 康宁气田地理位置及地层发育简表

2 精细层序划分

对于Vail的层序地层学和Cross的高分辨率层序地层学，虽研究思想和流程存在一定差异，但二者的研究核心“层序”都是受周期性变化的沉积作用基准面控制，高分辨率层序地层学的基准面旋回的中期旋回(0.2～1.0 Ma)与层序地层学的四级海平面周期旋回(0.1～0.4 Ma)是具有大致相等时限的地层单元[18-19]。

在层序地层学理论的指导下，遵循点→线→面的研究流程，引入INPEFA技术辅助划分层序地层界面，依据曲线形态特征与沉积地层旋回性的对应关系，并结合地震反射结构特征，提出研究区盒四段砂层组划分方案，并构建井震结合的等时层序地层格架。

测井曲线的是基准面识别与旋回划分的重要方面，也是层序地层识别的重要基础资料。通过分析测井资料的伽马与电性特征，同时结合频谱趋势分析(INPEFA)技术，确定盒四段的中期、短期和超短期旋回界面。运用米兰科维奇旋回理论进行测井曲线频谱分析，经过处理的INPEFA曲线具有明显的曲线趋势和转折拐点，能表现出常规测井曲线未能表现的趋势与旋回特征[20-21](图2)。

进积-退积转换面作为划分不同旋回的界限，需要在测井曲线上被准确识别。该界面处，GR曲线通常表现为中—高幅箱型或钟形，砂岩厚度较大，垂向上通常为水退到水进、沉积物粒度由反粒序到正粒序的转换位置，INPEFA曲线表现为负向峰值。洪泛面形成于湖平面达到最高、湖岸上超点向陆延伸最远的时期，多位于GR测井的最高值位置，因界面位置泥质含量较多，曲线多为中—高幅锯齿状。垂向上通常为水进到水退的转换位置，INPEFA曲线表现为正向峰值(图2)。

图2 INPEFA曲线层序划分原理示意

研究层位内，可以结合区域构造演化特征，通过测井曲线旋回特征分析，确定出符合本区实际情况的层序界面，从而实现由点到面的横向追踪，据此由下到上将康宁气田盒四段划分为3个中期旋回(即四级层序中的低位体系域、湖侵体系域、高位体系域)，对应III、II、I三个砂层组(图3)。

图3 康宁气田盒四段砂层组划分方案及基准面旋回特征

I砂层组处于高位体系域，基准面逐渐上升，由2个半期旋回组成，物源间歇性供给，但供给强度逐渐加大，表现为先退积后进积，整体进积的旋回叠加样式。高位体系域初期，地层结构以孤立式为主，多以席状薄层砂形式展布，体系域发育后期，地层结构以桥接式为主。II砂层组处于湖侵体系域，物源持续供给，表现为先退积后进积，整体退积的旋回叠加样式，砂体多发育于顶部和底部，地层结构以切叠式为主，砂体在水进初期垂向叠置、侧向切割频繁，亦多呈复合砂体形态展布。III砂层组处于低位体系域，物源间歇性供给，表现为先退积后进积，整体退积的旋回叠加样式，砂体多发育于底部，地层结构以切叠式、桥接式为主。

应用单井层序划分结果，结合地震层序界面识别特征，制作连井地层剖面，实现全区多井联合对比，并建立等时地层格架，反映了该凹陷的构造格局及地层发育情况。研究区整体地层厚度差异不大，I和III砂层组砂体发育程度较低，主要以薄层砂岩为主；II砂层组是盒四段的主力产层，砂岩发育强度大，复合砂体垂向叠置、侧向切割频繁(图4)。

图4 康宁气田盒四段连井地层对比剖面

3 沉积微相分析

康宁气田整体呈单斜构造特征，地形坡度缓，水体较浅，依据研究区丰富的岩心、薄片、测井相标志等资料，明确康宁气田盒四段发育浅水三角洲平原沉积，主要包括辫状河道沉积和越岸沉积(河道间沉积)。

康宁气田盒四段岩性跨度大，但以灰白色中砂到细砾岩为主，泥岩呈现氧化色，表明以水上环境为主；砾石磨圆度中等，接触方式以点接触、线接触为主，少量凹凸接触。测井曲线和岩性呈明显厚层箱型、钟型发育，内部结构复杂，发育槽状交错层理等牵引流沉积构造，可见较为平缓的冲刷面；岩性总体向上变细，底部的细砾岩向上变为粗砂、中细砂，表现为明显的分流河道沉积特征，多个沉积单元叠合起来产生广泛分布的厚单元(图5)。综上分析，盒四段沉积体粒度较粗、砾石含量高、以牵引流沉积特征为主，河道砂体无典型的“二元结构”特征，为浅水三角洲平原亚相，主要包括辫状河道沉积和越岸沉积微相。

图5 康宁气田盒四段典型井岩心特征描述

辫状河道沉积以河流体系的高河道化，发育牵引流沉积构造，更深、更持续的水流和侧向连续性为特征，以中砂到细砾岩为主，沉积单元包括互层的横向沙坝或纵向沙坝或它们两者的透镜体，内部结构较为复杂。测井曲线多表现为高幅箱型、钟型，底部突变，顶部渐变，具有反映河道侧向迁移的正粒序结构，同时因为沉积过程中水动力环境的不稳定性，测井曲线齿化现象明显(图6)。

图6 康宁气田盒四段典型测井相特征

4 基于地震沉积学方法的分流河道砂体刻画

地震沉积学从广义上讲就是利用地震资料来研究沉积，狭义的地震沉积学是以现代沉积学和地球物理学为理论基础，利用三维地震资料，经过相位调整、地层切片、分频属性等分析，研究地层岩石宏观特征、沉积结构、沉积体系、沉积相平面展布以及沉积发育史的地质学科[22-27]。基于沉积学研究最新的技术和方法，通过地震相位变换处理，建立地震同相轴与测井岩性的匹配关系；以等时地层切片为基础，结合岩心相、测井相等资料，对全区进行沉积微相解释，明确辫状分流河道砂体空间展布规律；通过分频属性分析，充分利用地震资料的低、中、高频带信息刻画不同厚度砂岩展布；最终明确康宁气田盒四段浅水三角洲河道砂体展布规律，并建立相应沉积演化模式。

4.1 相位调整赋予岩性地层意义

在地震薄层条件下，通过将地震相位旋转90°将反射波主瓣提到薄层中心，克服了零相位波的缺点。地震反射相对于砂岩层对称而不是相对于地层顶底界面对称，地震反射的同相轴与地质上的岩层对应，地震相位也就具有了岩性地层意义。经-90°相位调整之后，康宁气田大多数井的砂岩层都对应于地震波谷(红轴)，不仅连续性好的砂岩都对应于连续性好的地震波谷，透镜状砂岩体与连续性较差的地震同相轴之间也有极好的对应关系(图7)。经-90°相位调整后的地震数据使地震道近似于波阻抗剖面，从而提高了剖面的可解释性。

图7 地震原始剖面与相位调整剖面对比

D1井区各井在盒四段均有厚层砂体发育，D1井测试情况较好，原始地震剖面上，D1-1D、D1、D1-6D井均位于同一波谷同相轴内部，同时原始地层切片也无明显的砂体边界特征，原始地震信息无法对D1井区进行砂体边界识别。-90°地震体上可以明显看出，D1-1D、D1井与D1-6D井位分属不同河道砂体，与连井砂体对比特征吻合，相位反转提频体切片上也可见明显的河道边界特征(图8)。

图8 地震相位调整技术优化井间砂体对比

4.2 地层切片技术预测分流河道展布

从沉积面(地质时代界面)上所提取的地震振幅能表示整个地震探区中某沉积体系的总体延伸。地层切片能够拾取振幅型或结构异常型沉积体系，盒四段沉积地层(复合砂体)具备被地震信号识别出来的厚度，故通过对地震体提取地层切片，可对康宁气田盒四段河道展布及演化进行分析。

盒四段在康宁气田主要为三角洲平原沉积，发育有三角洲平原亚相辫状分流河道、沙坝及河道间沉积微相。III砂层组砂体发育强度适中，河流由工区北部注入，在多个井区呈现砂体叠置特征。II砂层组砂岩发育强度高，多表现为河道侧向叠置、垂向拼接，以复合砂体展布为特征，波谷同相轴反射强度大，厚层砂岩发育范围广。I砂层组砂岩发育强度较弱，河流注入方向为工区的北部，沉积范围局限在研究区北部、东北部地区，主要发育由北向南的三条辫状分流河道，南部泥岩发育。

通过本次研究，地震属性和井信息获得了相一致的解释结果，即该区盒四段辫状河三角洲平原依次经历了水退进积(III)、水进退积(II)、水进退积(I)的演化过程，II砂层组砂岩发育强度最大，河道砂体交汇频繁，I砂层组整体位于高位体系域，河道发育强度小，以泥岩沉积为主(图9)。

图9 康宁气田盒四段各砂层组地层切片分析

4.3 地震分频属性识别不同厚度砂体

在地层切片技术预测河道展布的基础上，将地震属性分析与分频解析结合起来，利用分频解析后的结果进行地震属性的提取与分析[28-29]，继而通过地震分频属性对河道带内不同厚度砂体进行预测。在进行频谱分解时，采用时间-频率连续小波变换，以10 Hz为间隔获得10～60 Hz的调谐能量体，并在此基础之上提取各砂层组振幅属性，分析不同频率下各砂层组属性与砂体展布及沉积相之间的对应关系(图10)。

可以看到，分频之后不同频率属性之间及与原始地震属性(图10a)相比不仅是振幅强度的变化，而且形态差异也很大。原始地震体反映的是一个综合信息，振幅强度范围跨度最大，它是各频率的一个叠合，在平面形态上无明显的规律可循。在D2井区内，D2井发育厚层砂岩，波谷同向轴呈强反射特征，测井曲线呈箱型特征，在40 Hz分频属性上有明显响应(图10c)；D2-2D砂体发育强度较弱，在地震上表现为弱反射特征，D2-2D井北部同向轴逐渐过渡为强反射特征(图10e)，推测为厚层砂岩发育区，但在40 Hz分频属性上无砂岩显示，反而在20 Hz分频属性上有明显砂岩响应(图10b)。通过分频属性分析，不同厚度的砂体可以更加直观地展现出来，并可据此刻画盒四段分流河道砂体和沙坝砂体(图10d)。

图10 II砂层组分频体最大波谷振幅属性对比分析

5 沉积演化特征及油气勘探开发意义

在明确康宁气田盒四段沉积类型的基础上，依据相位调整、地层切片、分频属性等成果综合分析，对沉积参数分布规律、沉积相平面展布和垂向演化特征等进行详细的探讨，并建立相应沉积演化模式。

5.1 沉积微相展布与演化

III砂层组处于低位体系域，基准面持续上升，发生水进事件，沉积体发育范围较广，物源主要来自于北部地区。研究区中北部钻遇较厚层河道砂体，呈条带状分布，并在部分井区井发育厚层沙坝砂体，南部河道发育规模相对较弱(图11c)。II砂层组初期水位达到最低，此时物源供给最为充足，辫状分流河道最为发育，延伸范围最广，呈条带状分布，普遍发育沙坝，呈土豆状、块状分布，来自北部的多条河道合并成为一个更大的沉积体，平面分布差异较大，河道期次多变，随后经历较长时期的水进过程，整体呈水体逐渐扩张(图11b)。I砂层组初期，整体处于高水位，沉积速率慢，物源供给不足，沉积了大套厚层色深质纯的泥岩或粉砂质泥岩，后期砂岩发育程度较低，呈条带状、树枝状分布，砂体拼接、叠置现象少；辫状分流河道分布范围较II砂层组明显缩小，大部分地区皆被越岸沉积覆盖，无勘探开发潜力(图11a)。

图11 康宁气田盒四段各砂层组沉积相

研究区位于辫状河三角洲平原亚相，河道砂体占主导地位，主要呈条带状、树枝状分布，河道摆动和分叉较多，辫状河道的沉积单元包括互层的横向沙坝或纵向沙坝。以河流体系的高河道化，发育牵引流沉积构造，更深、更持续的水流和很好的侧向连续性为特征。沉积相展布具有“河道为主，沙坝发育，侧向迁移”的特征。盒四段表现为低度的地势起伏，地形坡度南高北低，但相对较缓，沉积区距离物源相对较近，物源持续性供给，III低位和II水进域时期多期砂体叠置是形成盒四段厚层砂岩、砂砾岩展布的核心成因(图12)。

辫状分流河道剖面呈顶平底凸的透镜状，河床中心最厚，岩性主要为灰白色中砂到细砾岩，岩石结构成熟度较低，沉积构造同样表现为牵引流特征，单个河道充填的沉积体向上粒度变细，底部常存在冲刷面，垂向上可表现为多个正粒序的河道叠加。河道沙坝岩性较粗，为杂色砾岩、含砾砂岩及砂岩，结构成熟度较低，发育侧向交错层及冲刷面构造，见平行层理和板状、槽状交错层理。越岸沉积(河道间沉积)受辫状分流河道的迁移摆动影响，其宽度变化较大。岩性为粉砂岩、泥岩，沉积环境相对平静，物源供给不足，在研究区分布范围较广(图12)。

图12 康宁气田浅水三角洲沉积演化模式

5.2 油气勘探开发意义

已钻井测试和投产结果表明，盒四段是康宁气田的重要产层，勘探开发潜力较大，具备以下地质特征：①分流河道砂体分布范围广，呈断续条带状展布，宽度多介于500～1 000 m，单层厚度1.5～5.0 m，沙坝砂体在分流河道带内呈透镜状分布，单层厚度多大于6 m；②分流河道砂体岩性多为细—粗砂岩、含砾细砂岩等，孔隙度介于6.2%～8.9%，渗透率多介于0.5～2.4 mD；沙坝砂体岩性多为含砾中砂岩、含砾粗砂岩，孔隙度介于8.6%～9.8%，渗透率多介于1.8～3.2 mD；③对康宁气田盒四段气层发育相带进行统计，39%的气层分布在分流河道微相内，气层测试无阻流量多介于(0.5～1.5)×104m3/d，61%的气层分布在沙坝微相内，气层测试无阻流量多介于(2～6)×104m3/d。

通过对康宁气田盒四段沉积特征和产能特征的分析，浅水三角洲的分流河道微相和沙坝微相是产能贡献的主力沉积相带，沙坝微相产能特征优于分流河道微相，为岩性油气藏的形成提供了有利的储集空间。因此，应用地质和地震沉积学手段探讨康宁气田主力产层内部沉积展布格局、演化规律等，刻画优质储层的分布范围，为致密气井位调整、实现增储上产、高效开发打下坚实基础，同时形成关键技术和流程，推广到其他层段和类似区块。

6 结论

1)康宁气田盒四段III砂层组处于低位体系域，物源间歇性供给，砂体多发育于底部，发育由厚到薄层的不规则砂岩；地层结构以切叠式、桥接式为主。II砂层组处于湖侵体系域，物源持续供给，砂体多发育于顶部和底部，地层结构以切叠式为主，砂体在水进初期垂向叠置、侧向切割频繁，亦多呈复合砂体形态展布。I砂层组处于高位体系域，基准面逐渐上升，整体砂岩厚度较小，砂体展布规模有限。

2)将地震沉积学应用在康宁气田浅水三角洲沉积体系精细研究中，建立了以沉积学和地震沉积学为理论基础的浅水三角洲河道砂体刻画技术体系，即：①层序理论指导构建井震结合砂组格架，②相位调整技术赋予地震岩性地层意义，③地震地层切片明确砂体展布规律，④分频属性精细刻画不同厚度砂体展布。

3)盒四段以河流体系的高河道化，发育牵引流沉积构造，更深、更持续的水流和很好的侧向连续性为特征。沉积相展布具有“河道为主，沙坝发育，侧向迁移”的特征。III低位和II湖侵体系域时期多期砂体叠置是形成盒四段厚层砂岩、砂砾岩展布的核心成因。浅水三角洲分流河道微相和沙坝微相是产能贡献的主力沉积相带，为岩性油气藏的形成提供了有利的储集空间。