高精度古地貌恢复技术及应用——以辽西凸起南段东营组二段下段为例

高精度古地貌恢复技术及应用——以辽西凸起南段东营组二段下段为例王晨杰;黄晓波;郭涛;谢京;郭瑞;姚城【摘要】Large scale of lithological-overlap traps are developed in the second member of Dongying Formation in the south of Liaoxiuplift.Development degree and distribution of reservoir are the major factors controlling oil and gas accumulation in the study area.In areas of low exploration prospects,high-precision restoration of ancient landform is utilized in each oil group units.Based on restoration of denudation,burial depth and seismic respondence features,primary strata thickness is restored.Paleo-water depth is recovered via lithology,sedimentary facies and seismic reflection.Through quantitative analysis of cross-section area and extending length of valleys,ancient landform of three kinds of incised valleys are recognized.The gradient of ancient landform,cross-section area and sand transporting capacity are reduced from V-shape,U-shape to W-shape incised valley respectively.Shapes and locations of valleys in different periods control development of sedimentary systems.We elaborately depict reservoir distribution and sedimentary evolution features in different periods.%辽西凸起南段东营组二段下段发育大型岩性-超覆圈闭,储层发育程度以及分布范围是本区油气富集的主控因素.以油组为单位在低勘探程度区开展高精度古地貌恢复,通过剥蚀量恢复,结合埋深和地震响应特征对原始地层厚度进行了压实恢复,并运用岩性、沉积相以及地震响应特征等对该地区进行古水深校正.通过对研究区沟谷的横截面积及延伸长度定量分析,下切沟谷沿地貌形态和地形坡度由高至低,依次发育V型、U型、W型,其发育横截面积和输砂能力依次降低,且不同时期沟谷形态和发育位置的迁移控制了沉积体系发育特征.精细刻画了不同时期储层分布和沉积体系演化特征.【期刊名称】《现代地质》【年(卷),期】2017(031)006【总页数】9页(P1214-1221,1240)【关键词】辽西凸起;古地貌;沟谷;沉积体系【作者】王晨杰;黄晓波;郭涛;谢京;郭瑞;姚城【作者单位】中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津300450;中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津300450;中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津300450;中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津300450;中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津300450;中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津300450【正文语种】中文【中图分类】TE122.2陆相断陷湖盆断裂体系发育，构造复杂[1],且物源供给方向多样化，近源和远源同时存在。

沉积体系发育及储层砂体分布的控制因素为断层和古地貌。

精确的古地貌恢复是准确预测陆相断陷湖盆储层分布的关键和基础[2]。

渤海湾盆地辽西凸起南段及其东部斜坡带东营组二段下段为大型岩性-地层超覆圈闭，前人在辽东湾地区古近系构造、层序地层和沉积储层等方面做了一些研究[3-5]，结果表明研究区整体富砂，但由于该区勘探程度低。

前人的研究均是在三级层序格架内部展开的，普遍认为是来自北部绥中水系的远源沉积，对来自西部的物源何时越过凸起缺乏认识和依据，古地貌分析以及沉积相刻画偏粗，已经不能满足精细勘探的需求。

在研究区开展砂体分布范围精细刻画研究, 需恢复沉积背景、分析古地貌对沉积体系的控制作用、建立古地貌与有利储集砂体发育的关系,这对该区加强岩性圈闭预测、岩性油气藏勘探开发具有重要意义。

笔者以辽西凸起南段及其斜坡带为研究区，以东营组二段下段为目的层段，恢复其古地貌及其演化特征。

研究工区位于渤海湾盆地辽东湾地区南部，整体呈北东-南西向展布，古近系次级构造单元自西向东依次为辽西凹陷、辽西凸起、辽中凹陷、辽东凸起和辽东凹陷[6]，表现为“三凹两凸”的特点(图1)；在辽西和辽中凹陷东侧发育陡倾的深大断裂，多为西倾，成为凸起和凹陷的边界。

古近系地层自下而上发育了孔店组、沙河街组和东营组；孔店组以发育水下扇和湖相泥岩为主；沙河街组主要为扇三角洲、冲积扇、水下扇、湖泊及碳酸盐台地[7]。

东营组自下而上发育扇三角洲、辫状河三角洲、曲流河三角洲以及河流相沉积。

传统的地貌恢复采用层拉平的方法，其恢复结果仅反映地层残余厚度。

而高精确古地貌恢复是在高精度层序划分基础之上，进行剥蚀量恢复、去压实恢复、古水深校正，并在此基础上进行沟谷体系的精细刻画。

层序地层格架的建立是古地貌恢复的基础，层序划分精度决定了古地貌恢复的精细程度；对于已开发油田和勘探成熟区，可根据周边钻井情况进行精细层系划分，但对于低勘探程度区，在较少钻井资料的情况下，需充分利用有限钻井资料和地震资料，建立高分辨层序地层格架[8-9]，为后续古地貌恢复工作奠定基础。

研究区目的层段为古近系东营组二段下段，根据岩心、录井、测井、地震资料及周边油田的实际生产情况，依据成因层序地层学理论[10]，将东营组二段下段划分出了零油组—Ⅳ油组5个油组，分为1个长期旋回、5个中期旋回，自下而上分别是MSC1、MSC2、MSC3、MSC4、MSC5(图2)。

该沉积时期早期经历了短暂的水进，之后以水退为主，物源逐步向湖盆推进，期间短暂湖侵，发育退积-进积的地层叠加样式。

东营组二段下段主要以发育辫状河三角洲和湖湘沉积为主，从连井剖面看，不同油组之间地层厚度变化较大；MSC1时期基准面主要以上升为主，湖盆面积扩大，坡折带向陆地迁移，此时主要以富泥沉积为主；MSC2至MSC4时期，基准面经历短暂的上升之后持续下降，物源逐步向湖盆推进，坡折带向湖盆迁移，此时主要以辫状河三角洲沉积为主，且各个油组不同位置地层厚度差异较大；MSC5时期，辫状河三角洲继续向湖盆推进，湖盆持续萎缩，此时沉积以砂泥互层为主，受同沉积断层影响，上下两盘厚度差异较大，但同一盘地层厚度相当。

现存地层厚度是经压实作用、后期剥蚀以及构造沉降变形之后地层厚度，其与地层刚沉积结束时期的地层厚度差别较大，因此需逐步恢复到沉积初始时期的原始地层厚度[11]；研究工区部分地层遭受剥蚀，但由于钻井较少，因此采用地层趋势延伸法对剥蚀厚度进行校正(图3)。

以Ⅱ油组为例，得到恢复剥蚀厚度之后的地层分布情况。

在断陷湖盆边缘，由于剥蚀作用导致断层上、下盘地层厚度发生变化，晚期断层可能被错视为同沉积断层，如断层上升盘和下降盘地层厚度差异较大，且在地震上存在削截或者顶超的情况,在进行剥蚀量恢复的过程中须考虑此因素。

受压实作用影响，剥蚀量恢复之后的地层厚度并不能代表地层刚沉积结束时期的原始地层厚度[12]，由于不同沉积结构、不同粒度的沉积物经埋藏压实后，体积的缩小率也存在很大的差别，这种由于岩石物性的差异导致现今构造剖面中的地层厚度在不同的构造位置缩小率也不尽相同。

由于沉积相变化是决定岩性分布的关键，因此相分析对于古构造恢复有重要的指证作用，沉积相的复原也应该视为古构造恢复的基础。

2.3.1 视厚度矫正研究区主要位于斜坡带上，遭受了后期的构造沉降及伸展变形作用，钻遇的地层厚度及恢复地层剥蚀量之后的地层厚度并非地层沉积时期的真实厚度，需要进行视厚度校正[13]，可利用如下几何方法进行校正。

式中：h，倾斜地层的真厚度； h1，钻井揭示的地层视厚度； A为h与h1之间的夹角。

2.3.2 压实方程的建立根据岩石骨架厚度的不可压缩性及孔隙率与深度的关系，针对不同的岩性、不同沉积相特征，用岩石骨架积分方程计算出地层的原始厚度[14]。

且孔隙度与深度存在以下关系：式中：Φ，深度H处的孔隙度；Φ0，地表初始孔隙度；C，压实系数；H，地层埋藏深度。

我们统计了研究区砂岩、粉砂岩和泥岩200多个的物性参数的实验分析数据，并结合目的层的测井解释孔隙度，回归得出该地区不同岩性的Φ-H关系曲线(图4)，得到初始孔隙度Φ0和压实系数C。

即：砂岩：Φ= 45.861e-0.000383H粉砂岩：Φ= 48.747e-0.000442H泥岩：Φ= 49.019e-0.000795H由于压实作用是不可逆的，且压实前后岩石骨架体积保持不变；因此建立岩石骨架积分方程：(1-Φ(Z))dZ=(1-Φ(Z))dZH、T为现今地层顶面埋深和地层厚度；Q、R为压实恢复后的顶面埋深和地层厚度；Z为深度变量。

2.3.3 去压实恢复根据录井和测井解释统计地层不同岩性的百分含量，利用压实积分方程恢复研究工区已钻井的原始地层厚度(表1)，由点及面进而得到研究区的原始地层厚度；实验结果表明，地层压实率一般是 0.35～0.45。

以Ⅱ油组(MSC3层序)为例，去压实恢复前后(图5(a)和(b))，沉积中心并未发生改变，变化主要体现在沉积厚度的差异和地层坡度的变化，恢复之后地层厚度整体加厚，恢复前后地层的最大厚度由现今的300多米恢复到原始的600 m左右；地层平均倾角也由原来约3°变为5°左右。

通过压实恢复之后的地层厚度，并不能精确地代表该时期的古地貌特征，需进行古水深校正；一般情况下，盆地的古水深参数主要依据古生物的遗体化石或遗迹化石来推测[15]，然而对于低勘探程度区来说，盆地的古水深可根据沉积物的分布规律、岩性特征、沉积构造及沉积相分布特征等多方面的标志来确定[16]。