JZ气田湖底扇岩性砂体沉积模式研究与应用

文佳涛，吕坐彬，韩雪芳，房 娜，严 皓

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引 言

随着渤海油田勘探开发程度的提高，湖底扇沉积逐渐成为勘探开发突破的重要领域之一。对于海上油气田而言，由于钻井成本高，往往面临着钻井和测井资料少、井距大、储层预测难等挑战。因此，在无井或少井控制条件下，充分利用地震资料在空间上密集采样的优势，通过地震沉积学方法预测储层分布规律已成为海上油气田勘探开发的重要手段[1-5]，并已广泛应用于渤海油田河流相和三角洲相储层预测研究中，取得了较好的勘探开发效果，但对于湖相湖底扇沉积的地震储层预测方法的研究较少。为了丰富海上湖底扇沉积地震储层预测研究方法，也为了解决JZ气田湖底扇沉积储层横向变化快、砂体分布范围难以精细预测的难题，在地震沉积学理论指导下，结合湖底扇沉积特征，通过地震分频解释技术、地震相分析和地震属性优选等地球物理方法[6-9]，探索出一套适合海上油气田湖底扇储层精细预测的技术与方法，刻画出JZ气田湖底扇砂体的分布范围和沉积模式，落实了气田的风险和潜力，为储量计算、开发方案研究和井位部署提供了可靠地质依据，降低了开发方案研究中不确定性和开发投资风险，具有较好的推广应用价值。

1 气田地质概况

JZ气田位于渤海湾盆地辽东湾海域辽中凹陷中北部，气田埋深为2 200 m左右，为典型的中深层气田。通过区域地质背景、壁心、岩屑、重矿物、钻井和测井等资料的综合研究认为，JZ气田目的层东二段位于稳定的半深湖沉积环境，局部发育重力滑塌作用形成的湖底扇沉积体系，物源主要来自东边的辽东凸起。

勘探阶段认为该气田湖底扇沉积平面分布范围广，储层连续性比较好，勘探开发潜力较大。为此，在其构造低部位和高部位分别钻探了JZ-X-1、JZ-X-3井2口探井，其中，JZ-X-1井钻遇储层厚度为100 m左右，气层厚度为20 m；构造高部位距离JZ-X-1井约500 m左右的JZ-X-3井仅钻遇20 m左右的水层。实钻证实该湖底扇沉积内部储层横向变化快，砂体分布范围和连通关系十分复杂，流体系统存在矛盾，给后期的开发带来了严峻挑战。

2 砂体平面分布范围预测

2.1 地震沉积学方法分析

针对JZ气田目的层东二段油藏埋深大、地震资料分辨率低、储层横向变化快等难题，利用地震分频解释技术提高了原始地震资料分辨能力[10-12]。研究区地震资料主频为20 Hz左右，通过对原始地震资料进行分频处理，采用小波分频重构技术[13-14]，滤除了低频和高频成分，保留了主频20 Hz左右的优势频带，大大提高了对目标体的识别精度。

根据地质分层、地震层位和测井旋回等对应关系，进行精细小层划分与对比，将研究区湖底扇划分为2个小层，分别对应早晚2期不同的湖底扇沉积。结合地震数据体的采样点和地震分辨率精度，利用地层切片技术建立等时研究单元[15]，选取不同时期的地层切片进行地震属性的提取和等时研究单元的储层平面研究。

2.2 砂体平面分布范围预测

地震属性主要分为振幅、频率、相位及层序等多种类型，最常用的是通过各种振幅能量类地震属性来识别砂泥岩的分布范围和预测有利储层发育带[16-17]，但该方法在刻画研究区湖底扇砂体的平面分布范围时效果并不理想。针对JZ气田湖底扇储层难以精细预测的难题，对辽东湾地区已发现的湖底扇沉积特征进行深入研究[18-19]，认为受重力滑塌作用影响，湖底扇沉积体在沉积过程中常发生滑塌变形，形成各种滑动变形构造，导致地层横向展布不稳定、不连续、成层性差，而深湖泥岩整体分布范围广、成层性和连续性好。通过对地震属性的基本原理、使用条件及其地质意义进行深入研究，发现方差体技术是检测地层不连续变化和断层等地质异常体的一种有效技术[20]，结合湖底扇沉积特征和周边泥岩的沉积差异，利用方差体数据代替传统成果数据，通过优选方差体属性来表征地层不连续变化的特征，从而达到预测湖底扇砂体平面分布范围的目的。

通过提取等时地层切片所对应的方差体地震属性，可以较好地将湖底扇砂体与周边的泥岩区分开来。从方差体地层切片可以看出，湖底扇砂体的分布范围和边界十分清晰(图1a)。

研究结果表明，JZ气田勘探阶段初步认为是一个连片分布、稳定沉积的湖底扇砂体，其实是由2个相互独立不连通的岩性砂体组成。JZ-X-1、JZ-X-3井分别钻遇2个不同的湖底扇沉积砂体，其中，JZ-X-3井钻遇的湖底扇砂体规模较小，没有成藏，判定为水层，无开发潜力；JZ-X-1井钻遇的湖底扇砂体规模相对较大，为气田后期开发的主力砂体(图1b)。

图1 JZ气田湖底扇砂体平面分布范围

3 砂体沉积模式刻画

3.1 湖底扇亚相划分

“湖底扇”这一术语来源于对海底扇的研究，由Walker R G等提出的海底扇模式演绎而来[21]。一个完整的湖底扇沉积发育内扇、中扇和外扇亚相，不同亚相的岩性、沉积构造、测井相和地震相存在较大差异。由于勘探阶段在JZ气田没有取心，根据壁心、岩屑描述，结合各种分析化验和测井曲线等资料，认为JZ-X-1井钻遇的湖底扇砂岩厚度大，沉积物粒度较细，分选性和成层性较好，磨圆度为次圆状，说明沉积物搬运距离较远；测井相整体表现为正韵律，以齿化箱形为主。综合判断JZ-X-1井钻遇的湖底扇砂体为中扇亚相沉积。

研究区钻井和测井资料少、井距大，而仅根据少量的钻井、测井资料很难对湖底扇内部的沉积亚相类型和沉积模式进行深入研究，因此，尝试从地震相的角度对湖底扇不同亚相类型进行识别。通过大量的文献调研，一些学者认为，地震相的差异可反映湖底扇内部不同亚相的岩性和沉积特征差异[22-28]。其中，内扇亚相距离物源最近，受重力滑塌作用最为明显，岩性复杂，分选性和连续性差，地震剖面上波阻抗界面杂乱，地震相主要呈明显的不连续杂乱反射和高角度蠕虫状杂乱反射特征。内扇亚相向前运移逐渐变为中扇亚相沉积，中扇亚相的连续性和成层性相对较好，地震相主要表现为低角度、亚平行的蠕虫状连续反射特征。外扇亚相以泥岩沉积为主，夹薄层状粉砂，地震相主要表现为平行、连续性较好的强反射特征。根据地震相的差异，JZ-X-1井共识别出内扇、中扇和外扇3种不同的亚相，离物源越远，不同亚相的地震相连续性越好(图2)。

为了验证湖底扇亚相划分的合理性，结合研究区湖底扇沉积特征建立了湖底扇内部不同亚相地质概念模型，利用Tesseral软件开展地震正演模拟研究。模拟结果表明，正演模型设计的湖底扇内扇、中扇和外扇亚相地质概念模型所合成的地震相与地震库中实际地震剖面上划分的内扇、中扇和外扇亚相所对应的地震相较为相似。其中，内扇亚相地震相最为杂乱，中扇亚相呈蠕虫状相对连续反射，外扇亚相表现为连续性好的强反射特征，且离物源越远地震相连续性越好。说明了通过地震相差异划分湖底扇不同亚相类型在研究区符合实际地质情况。

图2 JZ-X-1井区湖底扇内部不同亚相地震相划分结果

3.2 湖底扇沉积模式刻画

对研究区湖底扇沉积特征进行深入研究，发现湖底扇内部不同亚相的沉积特征和地层倾角特征各不相同。通过对不同地震属性的基本原理、使用条件及其地质意义进行深入分析，发现瞬时频率地震属性可以较好地表征沉积特征的变化。沉积特征变化越快，瞬时频率地震属性的瞬时相位变化也越快。由于研究区湖底扇内扇亚相沉积特征变化最快，中扇亚相沉积特征变化其次，外扇亚相以泥岩沉积为主，通过地震属性优选，选取了表征沉积特征变化的瞬时频率地震属性刻画研究区不同亚相平面分布范围。通过对研究区物源方向、不同亚相发育位置和内部产状进行深入研究，发现湖底扇内扇亚相距离物源最近，受重力滑塌作用影响最为明显，地层产状最陡，倾角最大，可见高角度叠瓦状前积排列的杂乱反射；中扇亚相逐渐变为低角度、亚平行的蠕虫状反射特征；外扇亚相蠕虫状反射特征基本消失，变为平行的强反射。针对湖底扇内部不同亚相地层倾角的变化规律，优选了地层倾角属性来刻画湖底扇内部不同亚相平面分布差异。通过提取JZ-X-1井钻遇的主力湖底扇砂体的瞬时频率地震属性和地层倾角属性，可以看出2种不同敏感地震属性在平面上的变化规律非常相似，吻合度非常高，在平面上明显分为3个不同的相带，与地震相识别的的各个亚相的分布位置吻合较好。这表明通过优选瞬时频率地震属性和地层倾角属性可以较好地刻画湖底扇内部不同亚相的平面分布范围(图3)。

图3 JZ-X-1井区湖底扇砂体地震属性

综合多方面研究，结合已有钻井资料、测井相和地震相标志，根据剖面地震相的识别和平面上地震属性的分带差异，刻画出研究区湖底扇精细沉积模式(图4)。由图4可知，JZ-X-1井区主力湖底扇砂体自东侧物源方向运移，依次发育内扇、中扇和外扇3种亚相。其中，内扇亚相位于构造高部位的陡坡带，内部较为杂乱，连续性差。探井JZ-X-1井位于研究区中扇亚相发育区，中扇亚相面积相对较大，储层厚度大，横向展布较为稳定，为气田有利储层发育区，后期开发潜力较大。外扇亚相面积较小，储层相对不发育，开发风险较大。

图4 JZ-X-1井区湖底扇砂体沉积模式

4 应用效果

在JZ气田前期储量评价阶段，通过对JZ-X-1井区湖底扇砂体的平面分布范围和内部沉积模式进行重新认识，意识到该气田的砂体分布范围比较局限，存在横向的岩性边界，属于典型的岩性油气藏。结合湖底扇砂体岩性边界在构造图上圈定探明含气面积，为储量计算提供了可靠地质依据：针对构造高部位陡坡带位置发育的内扇亚相地震相比较杂乱、连续性差的特征，认为储层内部连通性存在风险，提出了在构造高部位湖底扇内扇亚相范围内开发井暂缓钻探的建议；外扇亚相整体储层厚度较薄，储层风险较大；中扇亚相为研究区优质储层的发育区，为气田后期开发的目标潜力区。结合研究区气水界面、湖底扇砂体边界和中扇亚相平面分布范围，在构造图上重新圈定可动用探明含气面积(图5)，计算优质可动用地质储量较评价阶段计算探明地质储量减少了约40%。通过多重因素结合定量表征可动用地质储量，避免了因储层认识不清而导致的储量风险，从而降低了早期的开发投资风险。

5 结 论

(1)在地震沉积学理论指导下，利用地震分频解释技术提高了目标体识别精度，并优选出方差体地震属性，可较好地刻画湖底扇砂体平面分布范围。JZ-X-1井区平面上发育2个相互独立不连通的岩性砂体，其中，JZ-X-1井钻遇的主力湖底扇砂体规模相对较大，后期开发潜力大。

图5 JZ-X-1井区不同阶段探明含气面积

(2)以单井相、测井相和地震相标志为基础，通过剖面地震相识别和多种地震属性优选，优选出优势频带下的瞬时频率属性和地层倾角属性，二者可较好地刻画JZ-X-1井区主力湖底扇砂体内部不同亚相的平面分布范围，并从成因上刻画出湖底扇内扇、中扇和外扇亚相，建立了湖底扇精细沉积模式。

(3)JZ-X-1井区主力湖底扇砂体自东侧物源方向向前运移，依次发育内扇、中扇和外扇亚相。内扇亚相位于构造高部位的陡坡带，内部较为杂乱，连续性差；中扇亚相面积相对较大，砂体横向展布较为稳定，为气田有利储层发育区，后期开发潜力大；外扇亚相面积相对较小，储层整体不发育。

(4)结合湖底扇岩性砂体边界和中扇亚相边界，圈定了JZ-X-1井区探明含气面积和可动用含气面积，为储量计算、可动用地质储量分析和开发方案编制提供了可靠地质依据，避免了因储层认识不清而导致的储量风险，降低了开发方案研究中的不确定性和开发投资风险。