莫午零, 吴朝东, 张顺. (2010)松辽盆地齐家--古龙凹陷上白垩统嫩江组沉积相地震成像[J]. 古地理学报, 12(4): 399-408
Mo Wuling, Wu Chaodong, Zhang Shun. (2010)Seismic imaging of sedimentary facies of the Upper Cretaceous Nenjiang Formation in Qijia-Gulong Sag of Songliao Basin[J]. Journal Of Palaeogeography, 12(4): 399-408.   
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松辽盆地齐家--古龙凹陷上白垩统嫩江组沉积相地震成像
莫午零1,2, 吴朝东1, 张顺3
1 北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室,北京 100871
2 中国石油勘探开发研究院廊坊分院,河北廊坊 065007
3 中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院,黑龙江大庆 163712

第一作者简介：莫午零,男,1978年生,2009年毕业于北京大学地球与空间科学学院,获博士学位,现为中国石油勘探开发研究院廊坊分院工程师,从事沉积学与油气勘探研究.E-mail:mowl50@163.com.

收稿日期:2009-08-18
基金:*国家重点基础研究发展计划项目(973项目)(编号:2006CB202302)资助
摘要

主要应用地震沉积学方法对松辽盆地齐家--古龙凹陷上白垩统嫩江组沉积体系及沉积相进行地震成像.在一个相对的地质时间范围内,以测井和地震资料相结合进行的三级层序对比为基础,应用可视化属性解释和地层切片等地球物理技术对地下地质体进行精细刻画和解释,以揭示高分辨率储集层沉积体特征.经研究,在齐家--古龙凹陷发育重力流水道,湖底扇和河流三角洲等沉积相.在对该区沉积相地震成像的基础上,探讨了嫩江组沉积体成因及地震地貌样式,揭示了嫩江组发育的典型沉积体的空间展布及河道变迁,指出砂岩主要分布在分流河道,下切谷,河口坝以及滩坝中,为在松辽盆地湖相泥岩中寻找岩性油气藏提供了有利依据.

关键词: 地震沉积学; 齐家--古龙凹陷; 嫩江组; 地层切片; 沉积体系; 可视化解释
中图分类号:TE121.3 文献标志码:A 文章编号:1671-1505(2010)04-0399-10
Seismic imaging of sedimentary facies of the Upper Cretaceous Nenjiang Formation in Qijia-Gulong Sag of Songliao Basin
Mo Wuling1,2, Wu Chaodong1, Zhang Shun3
1 Key Laboratory of Orogenic Belts and Crustal Evolution of Ministry of Education, Peking University,Beijing 100871
2 Research Institute of Petroleum Exploration & Development-Langfang, PetroChina, Langfang 065007, Hebei
3 Exploration and Development Research Institute of Daqing Oilfield Co. Ltd., PetroChina,Daqing 163712,Heilongjiang

About the first author Mo Wuling, born in 1978, graduated from school of Earth and Space Sciences in Peking University and got his Ph.D.degree in 2009. Now he is an engineer, and is engaged in sedimentology and petroleum geology in Research Institute of Petroleum Exploration & Development-Langfang,PetroChina. E-mail: mowl50@163.com.

Abstract

A seismic-sedimentologic study was performed to image the depositional systems of the Nenjiang Formation in the Qijia-Gulong Sag of the Songliao Basin. Based on third order sequence-stratigraphic correlations from seismic and wire-line-log data, the authors used geophysical technology, including visual attribute interpretation and strata slices, to image and reveal high-resolution reservoir depositional systems in a relative geologic time. Three types of depositional systems have been identified in the Nenjiang Formation,including the gravity flow channel, sublacustrine fan, and fluvial delta. Based on imaging the depositional systems, the authors investigated the origins of the sedimentary bodies and their seismic geomorphologic patterns, and revealed the spatial distribution of typical sedimentary bodies and the channel changes in the Nenjiang Formation. The results indicated that sandbodies occurred primarily in the distributary channel, incised valleys, mouth bar and point bar. This study provides favorable evidence for finding hydrocarbon reservoirs in lacustrine mudstones in the Songliao Basin.

Key words: seismic sedimentology; Qijia-Gulong Sag; Nenjiang Formation; strata slice; depositional system; visual attribute interpretation

现代地震对沉积体系及古地貌精确成像技术的出现, 为分析不同环境下各种砂体的沉积模式, 研究储集层的不均一性, 提供了前所未有的手段.另外, 发展中的地震属性分析技术还可实现对沉积体体积, 岩性的定量研究(Masaferro and Jauffred, 2004; Cartwright and Huuse, 2005).地震沉积学方法就是基于高精度地震资料, 露头和钻井岩心资料建立的沉积环境模式的联合反馈, 用以识别沉积单元的三维几何形态, 内部结构和沉积过程的方法(Schlager, 2000).作者利用地震沉积学原理及方法, 对松辽盆地齐家--古龙凹陷嫩江组沉积体系及沉积相进行研究, 确定储集层沉积体的有效空间展布和叠置关系, 为油田下一步勘探提供依据.

1 区域地质背景

松辽盆地属于大型陆相中生界伸展型含油气盆地, 共经历了4个构造演化阶段:热隆张裂阶段, 伸展断陷阶段, 裂后热沉降阶段和构造反转阶段(萧徳铭等, 2005).裂后热沉降又分为张扭阶段和压扭阶段, 张扭阶段发育了白垩系泉头组和青山口组, 压扭阶段发育了姚家组和嫩江组.齐家--古龙凹陷位于松辽盆地中央坳陷区西部, 面积2208, km2.研究区跨越了两个二级构造单元, 由西向东分别处于龙虎泡--大安阶地, 齐家--古龙凹陷两个二级构造单元上(图 1).

图1 松辽盆地构造分区及研究区位置右图为嫩江组三段底界等T0图, 红色为高部位, 蓝色为低部位Fig.1 Tectonic units and location of study area in Songliao Basin

姚家组底界为不整合面, 而嫩江组二段顶界面为张扭向压扭转换面, 以此为依据, 将拗陷阶段姚家组和嫩江组一, 二段划分为一个二级层序(Ⅱ 3)(图 2), 岩性为湖相灰黑色泥岩和油页岩, 夹灰色粉砂岩和细砂岩.在齐家--古龙凹陷姚家组三段沉积期发生湖进, 三角洲向东北部物源方向后退, 嫩江组一段沉积初期只在齐家--古龙凹陷的东北部发育三角洲, 嫩江组一段沉积末期至嫩江组二段沉积初期松辽盆地湖扩张达到最大规模, 齐家--古龙凹陷此时处于深湖相沉积环境(郑玉龙等, 2005; 林春明等, 2007).

二级层序Ⅱ 4由嫩江组三段, 四段与五段组成(图 2), 岩性为灰色, 灰绿色或黑色泥岩, 粉砂岩和砂岩, 发育湖相和三角洲沉积.嫩二段沉积末期, 齐家--古龙凹陷开始接受来自东部大庆长垣的沉积物质, 随着沉积基准面的进一步下降, 齐家--古龙凹陷的可容空间迅速减小, 到嫩三段沉积时期发生明显湖退, 形成进积型三角洲沉积, 到了嫩五段沉积期湖盆萎缩并遭受剥蚀, 与上覆四方台组形成不整合接触(图 2).

图2 松辽盆地北部嫩江组地层划分综合柱状图Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of the Nenjiang Formation in northern Songliao Basin

2 可视化属性解释

随着地球物理学家逐渐认识到三维地震技术有利于地层解释, 地震解释方法也从简单的基于地层转向基于地震数据体.随着可视化技术的发展, 针对地震目标和地层特征的自动识别技术大量引进(Marfurt et al., 1998; Gersztenkorn and Marfurt, 1999; Meldahl et al., 2001).大多数地震属性一般都有明确的地质意义, 如储集体含油气后, 振幅变强, 频率变低; 断层或裂缝的存在, 使相干性变差等.但是由于地质因素的不同和地震资料本身的分辨率, 信噪比等方面的限制, 用一种独立的属性去研究地质问题, 往往容易产生偏差.为此, 有了多属性的优化处理方法.利用地震相干体与分频体进行合成可视化成像, 不仅能清晰刻画地质体边界, 同时河道内不均一发育的砂体也可进行清晰成像, 而且断层与储集层的匹配关系也一目了然.作者的研究成果显示出谱分解体与相干体所合成的三维可视化成像, 复合属性体非常清晰地揭示了研究区嫩江组四段埋藏的河道, 朵叶体以及河道砂体的空间展布特征, 指出了砂体主要充填在分流河道, 下切谷, 河口坝以及滩坝内.

3 地层切片

Brown 等(1981)首先阐明通过三维地震的水平成像(即时间切片)可以产生高分辨率的沉积相图.自20 世纪90 年代起, 大量的研究证实, 地震地貌学是沉积成像研究的有力工具.地震地貌成像是沿等时沉积界面(地质时间界面)提取各类综合属性, 并通过属性优化客观地反映地震工区内沉积体系的展布范围, 这样的地震切片就是地层切片, 它通过在两个等时界面间进行合理的内插切片来实现.利用切片识别沉积相的关键有两个, 一是通过单井沉积相来标定地震相, 建立二者的联系; 二是由单井相推断研究区沉积环境, 并建立此沉积环境下的一般沉积相模式, 在沉积相模式的指导下将地震振幅的平面响应转化成沉积相的平面展布.地层切片技术考虑了沉积速率随平面位置的变化, 其切片位置与反射同相轴更加吻合, 因而更接近于等时界面(Zeng 1994; Zeng and Robert, 2007; 陆永潮等, 2008).因此, 富含地质意义的水平切片的属性分析技术, 不但可最大限度地识别并刻画沉积砂体的时空分布, 而且可证实砂体的物源方向.

4 典型沉积相的地震成像

地震沉积学家将地震反射的平面形态视为保存在地质记录中的沉积模式, 它与卫星图片上显示的现代沉积体一致(如河道, 三角洲, 障壁岛等)(Masaferro and Jauffred, 2004).在有岩性标定时, 地层切片的地震振幅组合能使岩相分布更明显, 从而使沉积体的几何形态更可靠, 更精确.对于充填巨厚沉积的盆地, 首先假设并在平面图上解释盆地中发育的沉积体系, 然后在垂向和三维剖面中分析地层层序的先后顺序(Zeng and Tucker, 2004), 而不必逐个获取四级层序来建立高精度层序格架, 因此大大减少了解释的时间.通过对盆地一系列地层切片的研究, 可初步了解高精度层序格架中体系域的形成和保存情况.区域高精度层序和沉积体系的三维成图非常必要, 可以用地层切片技术既快捷又准确地实现.

使用地震沉积学分析的基本原则是沉积体的厚度与宽度之比必须远大于1(Galloway and Hobday, 1983).但是, 对于一个完全实现偏移的三维地震体而言, 其横向和纵向分辨率相同(Lindsey, 1989).这样, 尽管沉积体只能在垂向剖面中探测到, 但在平面图上也能分辨出来, 所以沉积相和层序地层模型用于平面地震解释比用于垂向剖面更有效.与测井和露头勘探方法相比, 这种方法对于高精度层序的垂向特征(岩性, 厚度和沉积结构)的研究更为有效.

4.1 低位重力流水道, 湖底扇

近十多年来, 深海浊积扇沉积的研究取得了丰富的成果(Weimer and Link, 1991; Shanmugan, 1999; Bouma and Stone, 2000), 特别是大型海底水道的发现为海底浊积扇研究提供了较为完整的地质信息(Varnai, 1998).在陆相湖盆中, 只在松辽盆地大庆长垣发现有大型湖底水道系统(冯志强等, 2006).在齐家--古龙凹陷北部发现有小规模的湖底重力流水道(图 3), 该水道系统与大庆长垣发育的大型湖底水道系统的源头应该是同一个大型退积型三角洲, 可能来自不同的三角洲朵叶.这说明松辽盆地嫩一段发育的大型湖底重力流水道系统空间展布更广, 在大庆长垣以东地区应该也有分布.

图3 齐家--古龙凹陷嫩江组一段发育的重力流水道及湖底扇特征
a--塔36井柱状图; b--25, 60, 100Hz叠合层振幅谱切片; c--沉积相图; d--地震剖面Fig.3 Characteristics of gravity flow channel and sublacustrine fan in the Member 1 of Nenjiang Formation in Qijia-Gulong Sag

图4 齐家--古龙凹陷嫩江组三段下部层序发育的湖底扇特征
a--嫩江组三段下部沉积早期扇体50Hz分频数据体地层切片; b--嫩江组三段下部沉积晚期扇体50Hz分频数据体地层切片; c--嫩江组三段下部沉积早期扇体平面分布图; d--嫩江组三段下部沉积晚期扇体平面分布图Fig.4 Characteristics of sublacustrine fan in the lower part of Member 3 of Nenjiang Formation in Qijia-Gulong Sag

研究区湖底水道发育于齐家--古龙凹陷北部他拉哈区块嫩江组一段下部湖泊扩张期, 由湖底水道和水道末端湖底扇构成.塔36井测井曲线和录井资料表明该区主要沉积了细砂岩, 粉砂岩, 泥质粉砂岩及粉砂质泥岩, 砂岩呈薄层状与粉砂质泥岩互层(图 3-a).在分频数据体提取的叠合振幅谱切片图上(图 3-b), 强震幅为富砂(亮橘红色), 弱振幅为富泥(蓝色).振幅谱切片图和解释出的沉积相表明, 系统中发育3个富砂型湖底扇, 呈不规则的椭圆型(图 3-b, 3-c), 富砂型湖底扇以粉砂岩和泥质粉砂岩为主, 并与湖相泥岩呈薄互层.水道主要分布在他拉哈区块北部和东部, 在地震剖面上(图 3-d)表现为短的不连续的强振幅反射同相轴.通过水道几何形态和沉积特征(图 3-c)分析, 水道在北部分叉, 一支分流河道向他拉哈地区东南部延伸, 一支分流河道向他拉哈地区西南方向延伸, 湖底扇主要发育这一支河道.这类湖底水道及其共生的湖底扇形成的动力机制可能为地表河流直接入湖, 或者三角洲前缘重力滑塌及地震, 洪水等因素触发(Elliott, 2000; Lerche, 2000; Johnson et al., 2001).水道的形态, 扇体的发育位置及沉积特征都与古地形有着紧密的关系, 坡度变缓, 水道分叉并改变方向, 在坡折地带发生泄载而形成湖底扇(冯志强等, 2006).这类水道砂体良好的含油气特征为在松辽盆地湖相泥岩中寻找岩性油气藏开辟了新的领域.

在他拉哈地区嫩江组三段下部湖泊收缩期发现两期湖底扇(图 4-a, 4-b).通过分频数据体提取的地层切片可以看出研究区中南部高振幅(黄红色)似扇体的展布形态.扇体的平面分布图显示了早期(图 4-a, 4-c)和晚期(图 4-b, 4-d)两个扇体的分布范围, 晚期发育的扇体比早期发育的扇体面积要大, 且向南推进更远; 两期扇体在研究区南部叠置, 湖底扇呈北北东走向, 与北部物源三角洲沉积的走向一致, 反映出三角洲--湖底扇沉积的成因关系, 即浊流可能是三角洲前缘的重力滑塌作用沉积而形成.

图5 齐家--古龙凹陷古842井岩心, 综合柱状图及粒度分析
a--古842井岩心, 1571.53 m, 发育滑塌岩, 其上, 下层段见递变层理构造; b--古842井综合柱状图; c--古842井C-M图Fig.5 Lithology, comprehensive column and grain size analysis of Well Gu 842 in Qijia-Gulong Sag

通过对古842井嫩三段下部岩心相及测井相分析(图 5-a, 5-b)认为, 其特征与其上的河口坝砂岩的钟型测井曲线有较大的差别, 在1571.53, m处发现有滑塌岩(图 5-a), 滑塌岩上下层段显示递变层理特征.通过对密集取样的56个样品进行粒度分析发现, 其在C-M图上显示重力流特征, 即点值平行于C=M基线(图 5-c).同样, 紧邻滑塌岩上部层位中42个样品在C-M图上表现出牵引流特征, 呈两段式, 显示其为三角洲河口坝环境下的沉积.

4.2 河流三角洲沉积

嫩江组三, 四, 五段总体上为进积过程, 东部水系起主控作用, 河流三角洲沉积长距离向湖中心推进, 形成了辽阔的三角洲前缘相带.嫩四段湖岸线明显向西退却, 三角洲前缘相应拓展, 发育分流河道, 水下分流河道沉积.嫩江组三, 四, 五段为一套进积序列, 以河流--三角洲和滨浅湖沉积为主.盆地东部抬升, 沉积区由东向西缩小.

图6 齐家--古龙凹陷嫩江组四段地层复合属性振幅切片三维透视图
(剖面A--A'位置见图1) a--嫩江组四段中下部复合属性振幅切片(slice A); b--嫩江组四段中上部复合属性振幅切片(slice B); c--地震剖面Fig.6 Three-dimensional map of amplitude strata slice of composite attributes of the Member 4 of Nenjiang Formation in Qijia-Gulong Sag

在复合属性振幅地层切片(图 6-a, 6-b)中显示多条弯曲的高振幅(绿黄色, 棕红色)体分布样式, 这些高振幅体在地震剖面(测线位置见图1)上表现为短的不连续的反射同相轴(图 6-c).高振幅体在测井曲线上表现为钟型或锯齿状(例如, 图6-c中古37, 古461井).在振幅地层切片中将表示砂岩发育良好的高振幅(绿黄色, 棕红色)解释为下切谷充填(图 6-a, 6-b).但是, 由于振幅幅度反映出砂岩平面分布有限, 只能保守估计为下切谷充填, 而不能确定下切谷的边界.两个地层切片是从嫩四段中下部(图 6-c, Slice A)和中上部(图 6-c, Slice B)提取的复合属性振幅切片.中下部提取的地层切片清晰地显示了水道和三角洲朵叶的空间展布特征(图 6-a), 图中包括两期沉积, 研究区北部东西向呈深红色条带状分布的高振幅砂体是后期发育的水道, 它切割了早期发育的南北向水道, 此时期在研究区南部可见到东西向的水道发育.到嫩四段中上部, 由于盆地东部抬升, 沉积中心向西迁移, 地层切片(图 6-b)中研究区发育的水道明显呈东西向分布; 研究区南部的水道比早期更加发育, 研究区北部水道也由早期发育的南北向转为东西向, 且发育大型的滩坝沉积.

5 讨论

研究区嫩江组沉积受古地形, 湖平面变化, 岸线位置和物源供应的控制.嫩江组一段沉积末期至嫩江组二段沉积初期松辽盆地湖扩张达到最大规模, 之后发生了大规模水退, 受东部物源及东北部物源影响, 研究区形成以湖底扇, 湖相, 三角洲以及下切水道充填共存的沉积格局.

在斜坡和斜坡底部环境非河道和河道沉积中, 砂质碎屑流主要出现在河道内及其末端.尽管碎屑流可能产生朵叶状砂体, 但是它们与经典的浊流内海底扇形成的沉积朵叶不同(Shanmugam, 1999), 该浊流发育一个海(湖)底扇, 具有河道和朵体(图 7).非河道沉积中的碎屑流发育孤立流, 合并流, 舌状或席状流(图 7), 而河道沉积中碎屑流没有显示.碎屑流由前进的势能形成席状砂.

图7 砂质浊流和砂质碎屑流沉积物的比较(据Shanmugan, 1999, 有修改)Fig.7 Comparison of deposits of sandy turbidity flow and sandy debris flow(modified from Shanmugan, 1999)

他拉哈地区发育的湖底扇沉积模式应属于斜坡底部环境.从研究区发育的湖底扇平面分布图可以识别出, 嫩一段发育的湖底扇属于河道沉积体系, 而嫩三段发育的湖底扇属于非河道沉积体系.在滑塌和碎屑流为主的斜坡体系中, 物源特征(富砂或富泥), 古地貌(光滑或规则)及沉积作用(沉降或冻结)控制着砂体的分布和形态.砂质碎屑流可以很厚, 发育很广, 是很好的储集层(Shanmugam, 1999).砂质碎屑流沉积物非常复杂, 但在岩石记录中都发育为席状形态(图 7), 碎屑流合并沉积物可能发育侧向连接的砂体(图 7).

从嫩二段顶部到嫩四段时期, 水动力加强, 河道摆动频繁.研究区北部他拉哈地区嫩四段中下部发育的主河流(图 6-a)从研究区东北部注入到他拉哈地区南部凹陷, 形成朵叶状的三角洲沉积, 主河道发育多条支流, 说明此时期的物源来自研究区东北部, 到嫩四段中上部(图 6-b), 河流从研究区东部注入, 向西部流经研究区, 地层切片中主河道呈曲折形态, 是典型的曲流河, 发育多个点砂坝(图 6-b).从河道变迁可以推测出, 在嫩三段沉积后期, 由于研究区东部抬升, 沉积中心向西移动, 东部河道开始发育, 研究区东部有多条水系注入, 形成多个不同方向的河流三角洲沉积, 且这些沉积在各个时期都具有一定的继承性.

6 结论

现代地震对沉积体系古地貌精确成像技术的出现, 为分析不同环境下各种岩体的沉积模式, 研究储集层的不均一性, 提供了全新的技术手段.另外, 发展中的地震属性分析技术还可实现对沉积体体积和岩性的定量研究.

应用地震沉积学对松辽盆地齐家--古龙凹陷嫩江组发育的重力流水道, 湖底扇和河流三角洲等沉积体进行了地震成像分析, 探讨了嫩江组沉积体成因及其地震地貌样式, 揭示了嫩江组发育的典型沉积体的空间展布及河道变迁, 指出了砂岩主要分布在分流河道, 下切谷, 河口坝以及滩坝内, 为在松辽盆地湖相泥岩中寻找岩性油气藏提供了依据.

嫩一段发育的重力流水道及湖底扇形成于湖盆扩张时期, 属于河道化的斜坡沉积, 而嫩三段发育的湖底扇形成于湖盆收缩时期, 属于非河道化的斜坡沉积.在这些以滑塌和碎屑流为主的斜坡沉积中, 物源特征, 古地貌及沉积作用控制了沉积体的分布和形态.湖底扇的发育主要受控于三角洲前缘重力流滑塌和地震, 洪水以及断层活动.

致谢 该研究是在"国家重点基础研究发展计划项目"提供的资助下完成的, 衷心感谢大庆油田公司勘探开发研究院在这次研究中提供使用资料, 并感谢该院领导和有关人员的建议与支持.特别感谢Landemark公司提供的技术和软件支持.

The authors have declared that no competing interests exist.

作者声明没有竞争性利益冲突.

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