河道砂体是陆相盆地浅层重要的油气储集层之一^[1-3]，由于其富集油气、埋藏浅、构造简单和勘探成本低，长期以来一直为油气勘探开发的重要领域，然而，河流相沉积体系内部结构复杂^[4-5]，河道砂体厚度薄、宽度窄^[6-7]，非均质性极强，且井网控制程度偏低，沉积岩性界面常具有穿时性，地层对比难度大^[8-9]。因此，有效识别河道砂体，搞清河道砂体空间分布对河流相储层勘探开发具有重要意义。

南堡凹陷马头营凸起馆二段(Ng₂)油藏受控于低幅度构造与岩性变化的双重影响，对河道砂体的精细刻画是下一步开发部署的关键。馆二段河道单砂层厚度一般小于8 m，宽度约100 m。地震数据主频约为39 Hz，频带为20~66 Hz，地层纵波速度为2 600~2 700 m/s，据此估算研究区地震资料的分辨率为17 m，很多砂体厚度低于地震分辨率或调谐厚度，传统地震相分析方法难以对馆二段窄薄河道砂体进行预测。基于此，首先应用三维地震高分辨率数据体面元小网格化叠前偏移处理技术提高地震资料垂向和横向分辨率，然后依据古地貌恢复、高频等时地层划分与对比及岩心-测井相分析技术，开展馆二段沉积特征和砂体空间分布模式分析，最后综合运用“地震线描”河道砂体追踪、层控波阻抗反演、振幅地层切片对开发主力(Ng₂Ⅴ砂层组)窄薄河道砂体进行识别。

研究区位于南堡凹陷东北马头营凸起西部，是发育在太古界花岗岩基底之上的新近系披覆背斜构造^[10]。马头营凸起西北侧与柏各庄凸起相接，北侧与乐亭凹陷翘倾端相邻，西南、南部分别以柏各庄断层和红房子断层为界线，与南堡凹陷、石臼坨凹陷等2个生油凹陷毗邻^[11](图 1)。古生代以来，凸起经历了“稳定抬升、印支挤压褶皱、断块翘倾、稳定沉降”等4个构造-沉积演化阶段^[12]，在肉红色花岗岩基底和古生代潜山上沉积了一套馆陶组—明化镇组砂泥岩地层，其中馆陶组可划分为3段，馆三段(Ng₃)可划分为2个亚段。N1井和T2井实钻揭示，凸起西北段油藏主要分布于馆三段下部厚层砂砾岩、含砾不等粒砂岩和中砂岩的中孔中渗储层及馆二段下部薄层中—粗砂岩和高孔中渗砂砾岩储层；储层构造幅度为10~30 m，埋藏深度为1 218~ 1 345 m，属典型的浅层低幅度层状油藏(图 1)

图 1

Fig. 1

下载eps/tif图 图 1 马头营凸起及周缘构造纲要图 Fig. 1 Tectonic setting of Matouying Uplift and its periphery

面元小网格化叠前偏移处理是在叠前时间偏移处理过程中进行空间采样加密，处理后新形成的地震道为地下半空间相应位置波场的传播^[13]，能够更好地描述地震波场特征。影响叠前时间偏移成像效果的因素有输入与输出面元尺度、偏移孔径、反假频因子和基准面类型等。由于处理过程中在所增加的输出点上缺乏近道信息，会产生假频，如何降低空间假频的影响是面元小网格化叠前偏移处理方法的重点研究内容。本次以测井标定储层信息，充分试验了各种叠前偏移成像的影响因素后，发现输入、输出面元尺度是产生假频的主要原因，采用正常面元输入、小面元(7.5 m×7.5 m)输出，能够较好地避免假频的出现。

马头营凸起三维地震采集设计目标层段馆陶组面元为15 m×30 m，如地下点R的信息在网格中体现在其邻近的A，B，C，D等4个节点上，在面元小网格化偏移中可精确归位于R点(图 2)。根据时间采样定理可知，马头营凸起馆二段目的层层速度为2 580 m/s，地震采集的道距为30 m时，地震数据体最大主频为43 Hz，将面元尺度缩小为7.5 m× 7.5 m，地震最大频率变为172 Hz，与现今地震采集信号的频带相对应，提高了地震资料的分辨率。如在黄色区域模拟约45 m宽的曲流河河道，原始数据体对河道砂体边界刻画误差最大为15 m，面元小网格化叠前时间偏移处理后数据体误差不到3.5 m，预测精度由70%提高到94%，横向分辨率明显改善(图 2)。图 3为处理前后过T2井轨迹地震相移数据体剖面，地震相移后地震极性与测井具有良好的对应关系，砂岩层基本均对应于地震波谷(红色)[图 3(a)~(b)]；面元小网格化偏移地震剖面同相轴的波组特征与正常面元保持一致[图 3(b)~(c)]，但层间反射细节有明显差异，不仅增加了砂体的地震反射信息，而且砂体地震反射同相轴横向加长、变化自然，增强了局部物性变化的识别能力，能够很好地对窄薄河道砂体边界进行刻画。

图 2

Fig. 2

下载eps/tif图 图 2 15 m×30 m与7.5 m×7.5 m尺度面元偏移数据的反射点归位示意图 Fig. 2 Homing of reflecting points with bin migration data of 15 m×30 m and 7.5 m×7.5 m

图 3

Fig. 3

下载eps/tif图 图 3 马头营凸起地震相移与面元小网格化叠前偏移处理前后过T2井轨迹地震剖面对比 Fig. 3 Comparison of seismic section of well T2 trajectory after phase shifting and PSTM processing with small grid bin

馆二段古地貌与馆三段古地貌均受基底构造形态影响，古地貌格局继承了基底构造，形态基本相同。图 4所示古地貌是在基底顶与馆三段顶层间内插平滑后，将内插平滑层位深度值与基底顶深度值相减而获得。古地貌三维可视化显示研究区古地貌具微型高地和洼地的特征，呈北高南低、中部高两侧略低，近东西向隆洼相间、近南北向沟槽延展的构造格局(图 4)。研究区古构造高部位位于凸起西北部和北部，可划为3个构造带，分别为N1井区、T21—T2井区和T25井区。古构造带之间发育多条北北西—北北东、北北东向的山谷(沟槽)，其延伸方向代表早期物源运输的方向，是河道砂体发育的有利区，指示河道流经的方向；沟谷被河道沉积填平后，再向两侧高部位低洼处沉积。在相同物源方向及古构造格局的影响下，上部馆二段和馆一段沉积将继承前期河道的延伸方向。

图 4

Fig. 4

下载eps/tif图 图 4 马头营凸起馆陶组沉积前古构造及物源通道 Fig. 4 Pre-sedimentary palaeotectonics and sediment transfer pathway of Guantao Formation in Matouying Uplift

以太古界顶花岗岩强振幅、低频和连续反射波峰的地震反射结构特征为标志层，在多井井震标定的基础上，依据曲流河沉积过程中可容纳空间变化所导致的沉积学响应特征^[14]，对研究区38口井进行了高分辨率层序地层划分与对比，将馆二段划分为1个长期旋回，2个中期旋回和6个短期旋回；并以短期旋回为单元，进行多井连井地震剖面对比，建立了馆二段等时地层对比的高分辨率层序地层格架。在高频等时地层格架的约束下，将馆二段划分为Ng₂Ⅰ，Ng₂Ⅱ，Ng₂Ⅲ，Ng₂ Ⅳ，Ng₂Ⅴ和Ng₂Ⅵ砂层组(图 5~6)。

图 5

Fig. 5

下载eps/tif图 图 5 马头营凸起馆陶组沉积相和高分辨率层序地层综合柱状图(T2井) Fig. 5 Synthesis column map of sedimentary facies and high-resolution sequence stratigraphy of Guantao Formation in Matouying Uplift(well T2)

图 6

Fig. 6

下载eps/tif图 图 6 马头营凸起馆二段(Ng2)高分辨率地震层序地层划分(剖面位置见图 1) Fig. 6 High-resolution sequence-stratigraphic subdivision of Ng2 in Matouying Uplift

馆二段层序格架内的砂体分布研究表明，不同沉积旋回砂体纵向上分布特征与基准面的变化密切相关，短期沉积旋回控制着不同沉积砂体的分布。短期基准面上升半旋回中下部和下降半旋回上部，发育单砂层厚度为3~8 m的河道砂，横向上随着河道的摆动和迁移而变化，为馆二段主要的储集层；短期上升半旋回的上部和下降半旋回的下部，沉积物渐变为泥质岩，岩性主要为泛滥平原氧化色泥岩、泥质粉砂岩和粉砂岩，局部夹天然堤和决口扇沉积的粉、细砂岩，为非储集层(图 7)。

图 7

Fig. 7

下载eps/tif图 图 7 马头营凸起馆二段沉积剖面(剖面位置见图 1) Fig. 7 Sedimentary section of Ng2 in Matouying Uplift

岩心的颜色、岩性、粒度和沉积构造反映了沉积相和沉积旋回的精确变化，是沉积相和沉积环境可靠、直观的标志。通常情况下，将其与测井资料相结合，能够精细分析目标层段沉积相特征。

本次研究分别选取3口井岩心资料和3口井测井资料对馆二段曲流河沉积体系进行岩心-测井相研究。馆二段主要发育河床滞留沉积和点坝砂体，堤岸砂体较少，河流相“二元结构”明显。岩性为浅灰色砂砾岩[图 8(a)]、含砾不等粒砂岩、粗砂岩、中砂岩和含砾细砂岩，灰绿色粉砂岩[图 8(b)]等，砂砾岩含量较少；砂体与灰绿色、棕红色泥岩[图 8(c)]呈薄互层分布，反映了干旱氧化—半氧化的沉积环境。沉积构造主要为交错层理[图 8(d)]、槽状交错层理[图 8(e)]和冲刷面[图 8(f)]等。自然伽马和电阻率测井曲线均呈锯齿状中高幅小型箱形[图 9(a)]、中高幅钟形[图 9(b)]、高幅漏斗形[图 9(c)]、中幅指状和低幅线形形态[图 9(d)]，代表曲流河边滩、决口扇与河漫滩沉积“砂泥间互”薄互层剖面组合特征。

图 8

Fig. 8

下载eps/tif图 图 8 马头营凸起馆二段岩性特征及沉积构造 (a)浅灰色砂砾岩，河床滞留沉积，T18井，1 431.53 m，Ng2Ⅴ；(b)灰绿色粉砂岩，泛滥平原沉积，N10井，1 270.50 m，Ng2Ⅲ；(c)灰绿色—棕红色泥岩，河道间沉积，N10井，1 273.00 m，Ng2Ⅲ；(d)交错层理，浅灰色含砾不等粒砂岩，边滩沉积，T2井，1 275.12 m，Ng2Ⅲ；(e)槽状交错层理，灰绿色中—细砂岩，边滩沉积，N10井，1 273.70 m，Ng2Ⅲ；(f)冲刷面，河道沉积，N10井，1 274.30 m，Ng2Ⅲ Fig. 8 Sedimentary structure and lithologic features of Ng2 in Matouying Uplift

图 9

Fig. 9

下载eps/tif图 图 9 马头营凸起馆二段测井相特征 Fig. 9 Well logging features of sedimentary microfacies of Ng2 in Matouying Uplift

小层划分与对比是开发尺度内储层砂体描述的基础^[15-17]。层控波阻抗反演是在小层精细划分与对比的基础上，通过储层精细标定和子波提取与优选，在小层(砂层组)内利用快速克里金插值算法将测井波阻抗曲线沿层内插外推，建立尽可能接近实际地质情况的低频波阻抗模型，进行波阻抗反演。该技术以小层为约束，将地质、地震和测井资料有机地融合在一起，反演结果能够突破传统意义上地震资料分辨率低的限制^[18-20]。

馆二段埋深浅(小于1 400 m)，孔隙度高(均值为28.9%)，砂岩波阻抗值明显低于泥岩，概率直方图分布为2个主峰，波阻抗能够较好地将砂岩和泥岩区分开(图 10)。由图 11可见，剖面上Ng₂Ⅵ砂层组反演预测结果与自然伽马测井识别结果吻合较好，说明层控波阻抗反演能够有效预测薄层河道砂体。平面上开发主力层段低波阻抗值呈北东—南西、近南北向分布[图 12(a)]，反映了北部物源和馆陶组沉积前古构造格局双重控制下河道砂体的展布特征。

图 10

Fig. 10

下载eps/tif图 图 10 马头营凸起馆二段砂泥岩波阻抗频次 Fig. 10 Frequency histogram of wave impedance of sandstone and mudstoneof Ng2 in Matouying Uplift

图 11

Fig. 11

下载eps/tif图 图 11 马头营凸起馆二段层控波阻抗反演连井剖面(剖面位置见图 1) Fig. 11 Connecting-well sections for strata-bound impendence inversion in Matouying Uplift

图 12

Fig. 12

下载eps/tif图 图 12 马头营凸起Ng2Ⅴ砂层组曲流河地震相分析 Fig. 12 Seismic facies analysis of meandering fluvial in Ng2Ⅴ sand unit of Matouying Uplift

在地震相移数据体上标定低于地震分辨率的馆二段薄层河道砂岩为弱—中强振幅波谷(红色同相轴)，顺物源方向呈负极性亚平行中—强反射特征[图 12(b)中CC ′地震剖面]，垂直物源方向Ng₂Ⅴ砂层组薄层河道砂岩呈透镜状同相轴反射特征[图 12(b)中DD ′地震剖面]，反映该砂层组沉积期发育多支曲流河窄河道。以马头营凸起馆三段沉积前期古构造特征为约束，根据河道砂体反射特征，利用“地震线描”方法对Ng₂Ⅴ砂层组构造高部位钻井密集区河道砂体进行精细刻画，即先沿主测线追踪砂体并加密解释，再在联络测线闭合，勾绘出平面上河道呈北东、近南北向大致展布[图 12(b)]。

馆二段河道砂体厚度小于地震分辨率，等时地层格架下砂层组内振幅地层切片可以充分利用地震横向分辨率识别地震垂向分辨率难以识别的薄层砂体[图 12(c)]。地震资料经过相移后，振幅与岩性有着良好的对应关系，负极性弱—中强振幅(红色同相轴)代表砂岩。馆二段在地震剖面上表现为变振幅、亚平行断续反射特征，其中Ng₂Ⅴ砂层组在地震剖面上表现为透镜状同相轴，反映河道冲刷-下切充填沉积特征。在振幅地层切片上不规则圆弧状或蠕虫状强振幅异常体，与河道状强振幅异常体相伴分布，代表河道迁移的方向总体上呈北东—南西和近南北向分布[图 12(c)]。

综合“地震线描”河道砂体追踪、层控波阻抗反演、振幅地层切片、岩心和测井曲线特征，重点分析Ng₂Ⅴ砂层组振幅地层切片中不同地貌体沉积亚相类型和分布。河道状及不同形状的振幅和波阻抗反演体反映曲流河沉积体系中的不同沉积单元。井上标定的振幅和波阻抗反演值反映岩性变化，强振幅、低波阻抗反演值代表偏砂岩性，弱振幅、高波阻抗反演值代表偏泥岩性。切片中河道状振幅或波阻抗反演异常体为曲流河河道沉积，宽度约100 m，不规则圆弧状振幅或波阻抗反演异常体为点坝砂复合体，对应高幅锯齿状箱形和高幅—中高幅锯齿化钟形GR测井曲线；偏蓝色振幅体和高波阻抗反演体沉积亚相类型为泛滥平原和河道间[图 12(d)]，对应低幅锯齿状线形测井曲线，这说明了曲流河沉积相预测的正确性。

(1) 面元小网格化叠前偏移处理技术能够更好地描述地震波场特征，用该方法处理后的地震数据体垂向和横向分辨率明显改善，增加了储层有效地震反射信息，增强了窄薄曲流河河道砂体的识别能力。

(2) 高分辨率层序地层格架的建立为馆二段内砂层组的划分提供了依据，层序格架控制着砂岩的分布模式。短期上升半旋回的中下部和下降半旋回的上部，砂岩成层性较好，为馆陶组主要的储集层；上升旋回的上部和下降旋回的下部，主要发育泥质岩，为非储集层。

(3) 结合古地貌、物源和岩心-测井相分析，应用“地震线描”河道砂体追踪、层控波阻抗反演和振幅地层切片技术分析马头营凸起馆二段曲流河地震相特征，预测河道砂体总体上呈北东—南西和近南北向展布。该研究方法可为相似地质条件地区窄薄河道砂体识别与描述提供借鉴。