波浪改造三角洲砂体是海陆交互带沉积有利的油气储层和岩性勘探目标, 其微相划分、沉积机理和沉积模式研究有助于更好地了解和预测有利岩性体的空间展布。近年来, 众多学者针对浪控砂体的沉积成因、水动力条件、沉积微相展布以及形成岩性体的条件等进行了深入研究。李维禄等^[1]根据钻井、测井和地震等资料, 通过对塔里木盆地东河1油田的实例研究, 揭示了该区浪控滨岸砂体的沉积机制, 将改造作用最明显的临滨带砂体细分为正常滨岸沉积型、水下分流河道改造型和河口坝改造型3种类型; 李文静等^[2]基于二维和三维地震数据及测井曲线资料, 运用地震剖面内部层序划分、平面属性与切片提取分析、测井解释等手段在珠江口盆地珠二坳陷识别出可容空间驱动的河控、浪控及河流-波浪交互作用的陆架边缘三角洲, 且发现三角洲的发育规模受相对海平面变化的影响, 其形成位置与高位体系域背景下的水道发育位置相关; 李小平等^[3]从水文地质、地理、地貌学角度出发, 融合河流、波浪、潮汐水动力, 对现代珠江三角洲体系中河流、波浪和潮汐的成因单元共存现象进行了综合解读, 结合地震反射特征明确了砂体对比方案, 并结合砂体展布、油气水关系、邻井对比等资料建立了储层地质模型, 从而更好地预测有利储层; 秦国省^[4]等认为伊拉克哈发亚油田为大型海相三角洲沉积, 对应海平面先上升后下降的完整旋回, 由连片分流河道演化为最大海泛面时期条带状分流河道, 最终随海平面下降演化为连片分流河道, 分流河道以纯砂岩为主, 为该地区油藏最优质的储层类型, 前三角洲泥岩及分流间弯粉砂质泥岩多为非储层, 该地区油藏以沉积作用控制的分流河道为主要储层, 呈连续分布, 最大海泛时期发育稳定泥岩隔层; 高阳东等^[5]结合古珠江三角洲发育特点和井-震资料, 在高精度层序格架约束下, 采用地震沉积学技术开展了恩平凹陷北带的精细沉积解剖, 认为海侵、高位体系域含砂率较低, 韩江组六段和珠江组一段具备较大的岩性圈闭勘探潜力。近年来珠江口盆地富生烃凹陷恩平凹陷正向新领域岩性勘探转变, 且根据区域地质研究, 恩平凹陷南带具有波浪改造三角洲的特点, 具有发育岩性圈闭的沉积背景。

恩平凹陷95% 以上的储量为新近系构造油气藏, 因此众多学者围绕恩平凹陷的构造特征、断裂控圈、断裂控藏等方面进行了大量研究^[6-8]。随着勘探程度的逐渐提高, 可实施钻探的构造圈闭越来越少, 岩性圈闭勘探是下一个储量接替和增加点。恩平凹陷南带缺乏针对岩性圈闭研究的层序解释、沉积水动力条件和沉积微相等方面的系统研究。因此, 应用测井、岩心和地震资料, 系统梳理恩平凹陷南带高精度层序格架, 在此基础上对河流-波浪联控体系沉积特征、沉积相展布及演化规律进行分析, 进而研究河流-波浪联控体系下砂体的识别标志、分布规律及岩性圈闭发育特征, 以期为恩平凹陷南带岩性勘探指明方向。

恩平凹陷是珠江口盆地珠一坳陷的一个次级构造单元, 整体呈NE走向, 北临海南隆起, 西接阳江凹陷, 南靠神狐隆起, 东南与番禺低隆起相邻, 东为恩西低凸起, 面积约5 000 km2^[9-10]。恩平凹陷为已经证实的富生烃凹陷, 纵向上以T70地震反射层为界, 形成"下断上坳"、"下陆上海"的地层结构和沉积体系, 自下而上依次发育文昌组、恩平组、珠海组、珠江组、韩江组、粤海组及万山组^[11-12]。恩平凹陷主力烃源岩为下构造层始新世沉积的文昌组中深湖相泥岩, 目前已发现油气集中于上构造层渐新世以来的珠海组至韩江组砂岩储集体, 并以韩江组、珠江组为主力产层^[13-15]。恩平凹陷南带已发现多个油田^[16], 目标区最南端为PY1油区, 接着自东向西分为EP1-EP7油区, 是恩平凹陷油气富集的有利区带, 沿凹陷长轴方向发育的一系列断背斜或断鼻构造为主要的油气聚集单元^[17](图 1)。

图 1

Fig. 1

下载原图 图 1 恩平凹陷区域构造位置(a)及地层综合柱状图[18](b) Fig. 1 Regional structural location(a)and stratigraphic column(b)of Enping Sag

恩平凹陷位于古珠江三角洲主体沉积区西翼, 整体为三角洲前缘沉积, 自新生代以来经历了裂陷、坳陷、块断升降3个阶段。恩平凹陷南带新近系成藏层段对应地震T32(10.5 Ma)界面与T60(23.8 Ma) 界面之间的珠江组和韩江组, 包含11个三级层序(图 2)。珠江组沉积于白云运动之后, 二级海平面持续上升, 主要发育三角洲平原和三角洲前缘沉积亚相, 其底界面T60反映了南海北部陆缘强烈沉降的特征, 对应白云运动, T50界面是珠江组上下段地层分界面, 同时代表了10.5~23.8 Ma期间最大规模的海平面上升; 韩江组主要为三角洲前缘及广海陆棚沉积, 期间发生多次大规模海侵-海退旋回, 其中T40界面是珠江组和韩江组的分界面, 该时期整体以区域沉降为主, T35界面是韩江组上下段分界面, 也是研究区重要的不整合面, 顶界面T32为构造活化层的开始, 对应于东沙运动^[19]。

图 2

Fig. 2

下载原图 图 2 恩平凹陷南带中新统地貌图(a)及纵向地震反射特征(b) Fig. 2 Geomorphic map of Miocene(a)and vertical seismic reflection characteristic(b)in south belt of Enping Sag

恩平凹陷南带为继承性隆起带, 海侵期间波浪作用较强, 水下分流河道及河口坝砂体经波浪淘洗改造后, 在相对高部位形成砂坝, 原生孔隙丰富, 加上溶蚀作用产生的次生孔隙可能提高渗透率, 是较好的油气储集层。此外, 四周的低部位波浪作用较弱, 砂坝易于侧向岩性尖灭, 为周缘泥岩封堵, 有利于形成岩性圈闭。

年代-层序地层格架是沉积体系演化和岩性圈闭预测的基础, 而层序界面的识别是建立层序地层格架的关键。结合恩平凹陷南带成藏条件, 此次研究主要针对珠江组上段和韩江组下段(T50-T35) 来进行层序格架分析。根据地震反射特征以及钻井资料, 在恩平凹陷南带珠江组和韩江组顶底及内部共识别出8个三级层序界面, 自下而上分别是T50, SB18, SB17.25, SB17.1, T40, SB15.5, SB14.78和T35。

米兰科维奇旋回的核心是围绕地球轨道三要素展开, 即偏心率、斜率和岁差, 当测井信号谱峰周期之比近似于地球轨道参数的长短偏心率、斜率及岁差的周期比值时, 可初步判断地层记录中存在米氏旋回信号^[20-22]。高精度层序格架可以很好地揭示砂体的内幕结构, 进而更好地服务于岩性圈闭勘探。本文基于米兰科维奇天文旋回理论, 结合地震反射特征建立了恩平凹陷南带四级高频层序格架。对恩平凹陷南带EP2-1井自然伽马(GR)曲线进行频谱分析, 结果显示405 Kyr峰值突出, 100 Kyr不突出, 且四级层序界面在405 Kyr曲线上表现出振幅、频率、趋势等的变化。根据米兰科维奇天文旋回和小波能谱分析, 恩平凹陷南带四级层序划分如下: 在SQhj3, SQhj4, SQhj5, SQhj6, SQzj2, SQzj3, SQzj4共7个三级层序内部可划分出2个四级层序; 在三级层序SQzj1内可划分出3个四级层序。因此, 恩平凹陷南带珠江组上段和韩江组下段共可划分出17个四级层序(图 3)。

图 3

Fig. 3

下载原图 图 3 恩平凹陷南带珠江组-韩江组高频层序天文响应 Fig. 3 High frequency sequence astronomical response of Zhujiang-Hanjiang Formation in south belt of Enping Sag

从连井地震剖面(图 4a)和层序剖面(图 4b)可以看出, 珠江组上段(SQzj4-SQzj1)沉积厚度从NE到SW逐渐变小, 含砂率逐渐降低, 整体继承性较好, 表明珠江组上段北东方向物源供给较强, 北西方向物源供给较弱; 韩江组下段(SQhj6-SQhj4)沉积厚度从SW到NE逐渐变薄, 含砂率逐渐降低, 整体继承性较好, 表明韩江组下段北西方向物源供给较强, 北东方向物源供给较弱。

图 4

Fig. 4

下载原图 图 4 恩平凹陷南带珠江组-韩江组地震剖面(a)和层序剖面图(b) Fig. 4 Seismic section(a)and sequence section(b)of Zhujiang-Hanjiang Formation in south belt of Enping Sag

浪控沉积体系是三角洲砂体在入海口受到强烈的波浪、沿岸流和风暴浪的改造、破坏和再分配作用形成的沉积岩层。恩平凹陷南带研究层段主要表现为河流和波浪作用强弱交替、联合控制的特征, 平面上表现为向广海方向凸出的朵叶状轮廓, 而非单向河流作用主导的鸟足状和单向波浪作用为主的鸟嘴状特征, 垂向上岩性组合为下细上粗的反旋回。恩平凹陷南带河流-波浪联控沉积体系微相类型主要包括水下分流河道、河口坝、远砂坝等, 其发育规模及延伸远近主要受河流、波浪作用强弱的影响。根据测井相、岩石相、镜下薄片等资料, 对这3种微相进行了分析。

(1) 水下分流河道: 正韵律的厚层细-中砂岩, GR曲线呈典型箱形, 声波时差(DT)曲线上部为高值, 下部为低值; 岩心为块状构造, 中部见泥砾和冲刷面, 下部发育大量生物化石(贝壳化石层), 有生物扰动现象(图 5a)。在镜下薄片中亦可见冲刷现象, 界面上下颗粒特征差异明显, 同时发育棕褐色泥晶菱铁矿, 为酸性、贫氧-弱还原沉积环境的产物, 常作为识别水下分流河道的特征矿物(图 5b)。

图 5

Fig. 5

下载原图 图 5 恩平凹陷南带河流-波浪联控体系典型沉积微相图 Fig. 5 Typical sedimentary microfacies of river-wave joint control system drilling in the south belt of Enping Sag

(2) 河口坝: 反韵律的砂岩层, GR曲线呈漏斗形, 受波浪作用的影响, 在镜下可以看到富含海绿石、局部钙质胶结和泥质胶结(图 5c), 反映为近岸海洋环境, 是河流与波浪作用交互最为强烈地区的产物。携带沉积物的河水在海水的顶托作用下, 能量消耗多, 沉积速率高, 具备好的物质基础, 同时在海水波浪作用的淘洗和簸选作用下, 其内部的泥质沉积被带走, 砂质沉积得以保存。

(3) 远砂坝: 反韵律砂岩层, GR曲线呈漏斗形和齿化箱形, 受波浪和风暴的综合影响, 在岩心上可以看到冲刷面和交错层理, 滑塌变形和液化变形明显, 虫孔发育且生物扰动强烈, 发育有黄铁矿结核(图 5d), 是近海洋环境的表征, 揭示受到了陆源河流和海洋波浪的共同作用。

在海平面变化的控制下, 恩平凹陷南带垂向上主要是河流与波浪的联合作用, 河流体系多体现为连续向上变细的沉积演化序列, 而在波浪作用下形成的河口坝沉积主要是向上变粗的反旋回沉积演化序列。在SQzj4-3, SQzj2-1, SQzj1-2, SQzj1-3, SQhj6-2, SQhj5-1及SQhj5-2沉积时期, 由于海平面快速上升, 物源供给相对较弱, 表现为河流和波浪作用的联合控制; 在SQzj4-1, SQzj4-2, SQzj4-4, SQzj3-1, SQzj3-2, SQzj2-2, SQzj1-1及SQhj6-1沉积时期, 海平面更多表现为快速下降特征, 物源供给相对较强, 发育河流作用占主导的沉积体系(图 6)。

图 6

Fig. 6

下载原图 图 6 恩平凹陷南带顺物源方向连井剖面及海平面变化响应 Fig. 6 Well-tie section along provenance direction and response of sea level change in south belt of Enping Sag

恩平凹陷南带主要发育水下分流河道、水下天然堤和前端河口坝的沉积组合序列, 在河流-波浪联控体系共同作用下, 一些薄层砂的展布方向发生偏转, 属迁移性波浪改造砂坝变化。整体序列中孤立砂体垂向上更多地集中于海泛的优势层段: 珠江组四段(SQzj4-3)、珠江组一段(SQzj1-1)、韩江组五段(SQhj5-2)及韩江组六段, 次一级为珠江组三段(SQzj3- 1)、珠江组二段(SQzj2-2)。河流和波浪联合改造下的三角洲前缘河口坝和水下分流河道微相在平面上集中发育于局部的交汇区和构造低部位(图 7)。

图 7

Fig. 7

下载原图 图 7 恩平凹陷南带岩性圈闭发育有利层段均方根振幅属性及沉积微相展布 Fig. 7 RMS amplitude attributes and sedimentary microfacies distribution of favorable layers in south belt of Enping Sag

SQzj1-1层序为二级海泛时期, 对应退积序列, 均方根振幅属性揭示有一些典型的条带状结构, 前端呈朵叶散开状, 是一个相对稳定的阶段。该时期的改造砂坝和河口坝具有继承性的特征。物源的供给方向以北北东向为主, 河流供给较弱。整体富砂程度较低, 河道延伸距离有限(图 7a)。该时期岩性圈闭发育的优势相带主要为河口坝, 其单砂体厚度约为6.9 m。

SQhj6-2层序为河流差异供给期。物源供给方向以北北西向为主, 供给中等, 平面振幅属性揭示河道展布方向发生偏转, 河道前端中强振幅范围相对较广(图 7b)。此时岩性圈闭发育的优势相带主要是孤立水下分流河道和河道前端河口坝, 根据已钻井资料分析其砂体厚度约为6.5 m。

SQhj5-1层序为区域二级海泛发育时期, 海平面相对较高, 河流作用较弱, 处于供给间歇期。物源供给方向以北北西向为主, 富砂程度较低, 中强振幅以孤立的朵状河口坝为主(图 7c)。岩性圈闭优势相带主要是孤立河道和河口坝复合体, 其厚度约为6.8 m。

SQhj5-2层序仍处于河流供给间歇期, 物源供给方向以北西向为主, 较SQhj5-1时期物源供给进一步减弱。研究区范围内局部见中等振幅, 砂体整体规模小(图 7d)。岩性圈闭的优势相带仍为孤立河道和河口坝, 其单砂体厚度约为7.2 m。

恩平凹陷南带基底不整合及文昌组整体南倾, 主导油气向南运移, 地层产状决定了油气的优势运移方向, 新近系油气运移的主要方式是"接力式"运移模式, 发育多期"中转站", 并通过不整合面、区域性砂体以及次级断层的复合输导, 沟通下部的油源通道网和上部的油气聚集网^[23-26]。研究区为油气有利聚集区, 岩性圈闭勘探的关键是寻找潜在有利岩性体。该区珠江组上段水动力为河流-波浪联控, 物源主体方向为北东向; 韩江组下段水动力为河流和波浪交替控制, 物源方向主要为北西向。研究区物源供给方向摆动幅度较大, 整体以北北东向为主, 局部存在北北西向的物源供给(主要在交汇区和构造的低部位)。受双向物源体系的控制, 水下分流河道较为发育, 同时受到波浪改造作用的影响, 三角洲前缘波浪改造的河口坝体系规模较大。故有利岩性体在研究区表现为河流和波浪联合改造下的三角洲前缘河口坝及具有一定规模的孤立型水道。

根据河口坝砂体的地震反射特征来分析河口坝的平面展布特征, 把各个四级层序内的河口坝进行叠合显示。通过沉积演化和成藏分析, 认为恩平凹陷南带EP1, EP2和EP3油区为岩性圈闭勘探有利区带(图 8)。EP1和EP2油区地貌特征为北高南低, 受到河流-波浪作用控制, 发育的优势砂体为河口坝。在大尺度(三级层序)上, 从珠江组四上段(SQzj4)到韩江组四段(SQhj4)均以河流-波浪联控作用为主, 地震剖面上呈强弱振幅组合响应。三级层序内部划分了不同的四级层序, 故将其内部的四级层序作为中尺度, 在中尺度上, 河口坝作为优势砂体的时期有SQhj4-2, SQhj5-2, SQhj6-1, SQhj6-2, SQzj1-3, SQzj2-1, SQzj2-2。EP3油区地貌特征为以恩平3-1井为高点, 四周逐渐降低, 受到河流-波浪作用的控制, 发育的优势砂体以河口坝为主。在大尺度上, 从珠江组四段上(SQzj4-3)到韩江组四段(SQhj4) 均为河流-波浪作用, 地震剖面上无强振幅反射层段。在中尺度的划分上, 河口坝作为优势砂体的时期有SQhj6-2, SQzj1-2, SQzj1-1, SQzj4-4, SQzj4-3。

图 8

Fig. 8

下载原图 图 8 恩平凹陷南带岩性圈闭发育有利区 Fig. 8 Favorable areas for lithologic trap development in south belt of Enping Sag

根据油气运移及成藏层段, 在有利区带内进行岩性圈闭搜索, 发现岩性目标A。A目标在EP1-1井和EP2-2井之间, 发育在断层下降盘, 沉积相带为孤立河口坝, 主要目的层是HJ540, HJ640和ZJ160。地震剖面上, 同相轴尖灭可见, 且振幅强弱有变化。其中HJ640砂体为三角洲前缘的孤立河口坝, 该砂体北侧靠断层封堵, 南侧靠前三角洲泥封堵, 形成岩性圈闭(图 9)。

图 9

Fig. 9

下载原图 图 9 恩平凹陷南带岩性目标A地震剖面(a)和地震属性(b) Fig. 9 Seismic section(a)and seismic attributes(b)of target zone A in south belt of Enping Sag

恩平凹陷南带分布有较多的河口坝与孤立河道, 在一定构造背景下, 能够形成具有较大潜力的岩性圈闭。下一步可以利用本文的岩性圈闭研究方法在有利区带内搜索岩性圈闭目标, 再进行深入研究, 推动研究区岩性圈闭勘探进程。

(1) 恩平凹陷南带中新统珠江组上段和韩江组下段以中厚层泥岩夹薄层、中薄层砂岩为主, 整体为三角洲前缘沉积相。根据测井相、岩石相、地震相和镜下薄片, 沉积微相类型主要分为水下分流河道、河口坝、远砂坝等。

(2) 恩平凹陷南带中新统地层为继承性隆起带, 古珠江三角洲物源较为稳定, 在海平面升降控制下形成了河流-波浪联控沉积体系, 经历了从河流作用为主到河流-波浪联控作用交替的变化, 四级层序沉积微相的垂向演化表明, 海侵体系域为岩性圈闭发育的有利沉积体系, 水动力以河流-波浪联控作用为主。

(3) 恩平凹陷南带EP1, EP2和EP3油区为岩性圈闭有利发育区, 且在EP1和EP2油区落实了岩性圈闭A目标, 可利用地球物理技术进一步落实岩性边界条件。