珠江口盆地白云凹陷深水重力流优质砂岩储集层特征及识别方法

陈亮，庞雄，刘军，韩晋阳，冯轩，胡琏，郑金云，彭光荣

（中国海洋石油南海东部石油管理局）

珠江口盆地白云凹陷深水重力流优质砂岩储集层特征及识别方法

陈亮，庞雄，刘军，韩晋阳，冯轩，胡琏，郑金云，彭光荣

（中国海洋石油南海东部石油管理局）

根据最新的三维地震资料及钻测井资料，立足于深水沉积学理论，研究珠江口盆地白云凹陷深水重力流优质砂岩储集层特征及识别方法。白云凹陷深水区的油气发现主要来自深水重力流优质砂岩储集层，包括水道复合体、扇朵叶及水道-天然堤复合体砂岩。分析各类优质深水储集体的供源背景、输送通道、沉积体内幕结构、沉积过程、沉积流态发现，3类优质深水砂岩储集层的发育主要受控于物源区（陆架边缘）的沉积物组成：富砂物源背景下，陆架坡折下方易形成砂质碎屑流，发育水道复合体及席状扇朵叶体砂岩等优质储集层，可通过条带状地震下切、丘状外形、振幅异常等特征进行识别，利用单砂体平面追踪，结合砂岩波形识别及地震属性分析等方法综合描述砂岩储集层分布；砂泥混合为主物源背景下，陆架坡折下方易形成砂泥混合的重力流，重力流对内部砂泥的分异作用是储集层发育的关键，在形成了水道-天然堤复合体沉积情况下，优质砂岩储集层分布于水道内或下方的朵叶体，可根据地震下切、振幅异常、地震线描、波形识别等方法综合分析储集层分布。图11参23

珠江口盆地；白云凹陷；深水重力流沉积；优质砂岩储集层；优质储集层识别

1 研究区概况及问题提出

白云凹陷是珠江口盆地南部的巨型凹陷（见图1），位于南海北部陆缘的陆坡区，水深200～3 000 m，凹陷面积超过20 000 km2，新生界厚度超过11 000 m。白云凹陷在裂陷期之后持续强烈沉降[1-2]，沉积环境演变为陆坡深水环境，发育巨型的珠江深水扇系统[1-5]。白云深水区泛指白云凹陷陆坡深水区[5]。

过去30多年来，深水区持续重大油气发现受到了石油工业界的高度关注。由于深水区油气勘探高昂的勘探成本以及深水重力流沉积的复杂性[3-11]，使得深水区优质储集层的识别成为世界深水研究的前沿及深水

油气勘探的关键。近10年来，针对珠江深水扇系统已建立起中新统珠江组—韩江组的层序地层格架[1]，揭示了陆架三角洲与深水重力流沉积体系的展布关系，明确了陆架边缘三角洲和陆坡重力流砂岩的区域分布，同时也识别出了一系列的深水扇[4-5]。但是这种区域性的研究难以满足油气勘探对目标储集层精细预测的需求，白云深水区近几年的勘探实践也表明，深水扇不等于砂岩储集层。本文立足于深水沉积学理论，结合白云深水区近年的勘探实践，对白云深水区的优质储集层发育特征及识别方法进行了总结。

图1 珠江口盆地白云凹陷构造位置

2 白云深水区优质砂岩储集层类型

国外深水勘探实践表明，深水区储集层主要以深水重力流成因储集层为主[8-9]。目前在白云深水区已发现的优质砂岩储集层主要有3类：深水扇朵叶体砂岩、重力流水道复合体砂岩和水道-天然堤复合体内的水道砂岩。第1类优质储集层如DW1气田，其68%的天然气地质储量来自深水陆坡重力流水道扇朵叶体砂岩储集层，据岩心资料，深水扇朵叶体砂岩孔隙度为19%～27%，渗透率高达3 000×10−3μm2，为中—高孔高渗储集层（见图2a、2b）。该类优质储集层为高密度浊流沉积，块状结构为主，无明显层理结构，砂层中发育大量与浊流相关的冲刷面（见图2c、2d），表明该盆底扇储集层主要为水道砂和非限制浊流席状砂体复合而成[12-14]。第2类优质储集层如DX2气田的深水陆坡重力流水道复合体砂岩储集层，其储量占DX2气田的90%以上，据岩心资料，重力流水道复合体砂岩孔隙度为17%～24%，渗透率为1 000×10−3μm2，为中孔高渗储集层（见图2e、2f）。该类储集层沿物源方向上表现为连续强振幅反射，沿垂直物源方向上表现为弱下切特征，砂体的平面展布表现为沿物源方向的条带状特征；岩心资料揭示，储集层以重力流水道沉积为主，可见明显的冲刷面，砂岩中见大量泥质“漂砾”（见图2g、2h），表明与低密度浊流、坍塌及砂质碎屑流有关[15]。第3类优质储集层为水道-天然堤复合体中的水道砂岩，水道-天然堤复合体在地震剖面上表现为丘状反射外形，内部具水道切割、叠置特征，优质储集层有限分布在水道内。根据钻测井资料，天然堤相表现为砂泥频繁互层、指状伽马曲线特征，水道相表现为块状砂岩结构，夹撕裂状泥砾，具冲刷面特征，伽马曲线通常呈箱状。

3 优质储集层发育特征

国外深水研究表明，深水区砂岩储集层的发育受控于陆架边缘物源区的物质组成[6-8]。白云深水区具有

稳定供源的古珠江大河和宽陆架背景，周期性海平面变化及构造-沉积作用控制的陆架坡折变迁共同控制了深水区的物源供给，进而控制了深水区的储集层发育[15-17]。自距今23.8 Ma时白云凹陷演变为陆坡深水沉积环境以来，珠江口盆地共发生了6次海平面升降，其中距今13.8 Ma和距今21.0 Ma时期两次大规模的海平面下降，使古珠江三角洲推进到白云凹陷北坡陆架边缘，形成了白云深水区最为富砂的物源背景（见图3），

进而形成了白云深水区深水重力流最为发育的两个层序：SQ13.8和SQ21.0[1]。目前白云深水区的钻井也证实优质深水重力流储集层主要集中在这两个层序[4]。

图2 DW1气田重力流水道扇朵叶体储集层及DX2气田重力流水道复合体储集层特征

图3 白云深水区距今12.5～23.8 Ma时期陆架边缘物源背景及含砂率统计（剖面位置见图1）

根据白云凹陷北坡陆架边缘沉积物的组成，将白云深水区优质储集层的供源背景分为富砂物源背景和砂泥混合物源背景。位于陆架边缘的钻井揭示（见图3），SB21.0层序界面上下，陆架边缘以陆架边缘三角洲和滨岸块状砂岩沉积为主，地层含砂率较高，形成了深水区富砂的物源背景；而在SB13.8层序界面上下，陆架边缘以砂泥互层的陆架边缘三角洲沉积为主，地层含砂率相对较低，形成了深水区砂泥混合的物源背景。这两种不同类型的物源背景控制了深水区不同类型深水储集体的发育、分布，不同物源背景下优质储集层的发育机制、分布特征、沉积物的输送通道、深水扇的内部结构存在明显差异。

3.1 优质储集层分布

最近十几年的勘探成果表明，距今18.5～21.0 Ma期间，白云深水区在富砂的物源背景下，主要发育水道复合体及深水扇朵叶体两类深水沉积体，在上陆坡以发育沿物源方向的条带状水道复合体为主，而在下陆坡及盆底以发育水道及其分支末端的深水扇朵叶体为主。在富砂物源背景下，无论是上陆坡的水道复合体，还是下陆坡及盆底的深水扇朵叶体都是优质的砂岩储集层[12-14]（见图4）。而在距今12.5～13.8 Ma时期，白云深水区处于砂泥混合的物源背景下，上陆坡区主要发育水道-天然堤复合体，下陆坡及盆底主要发育扇朵叶体，但优质储集层的发育主要出现在水道-天然堤复合体的水道中，水道末端的扇朵叶体以泥质为主，几乎不发育优质储集层。

图4 白云凹陷东部富砂物源背景下优质储集层分布（GR—自然伽马；ρ—密度）

上述不同物源背景下优质储集层的类型及分布差异，用重力流的流变过程及沉积机理易于解释。重力流由事件型的触发机制启动，在上陆坡由于坡度较陡而不断加速，该阶段以侵蚀下切作用为主，随着陆坡坡底坡度变缓而减速，同时，被不断混进的海水稀释、液化，砂泥逐步分异，大量细粒沉积物以低密度浊流的形式被旋起，在主水道高密度浊流的两侧和后方沉积，形成了淤高的天然堤和水道砂岩之上的细粒沉积，

随着重力流稀释，密度进一步降低，沉积体逐渐摊平，能量逐渐衰竭后，常在水道末端形成朵叶状扇体[18]，因此，在上陆坡以发育条带状水道复合体或水道-天然堤复合体为主，下陆坡及盆底以发育扇朵叶为主[8-10]。

从重力流的流变过程来看，重力流作为一种突发性的事件流和密度流，在其流动过程中由初始的滑动、滑塌、变形形成粗细混杂的碎屑流，到流动过程中不断被混进的海水稀释、液化、黏性降低、流态发生变化，由碎屑流逐渐转变为了浊流[15-16]。物源区的物质组成是形成优质储集层的基础[7-9]，如果物源区为高含砂率的三角洲或滨岸沉积，该物源背景下的重力流无论处于重力流发育早期的滑动滑塌阶段，还是处于由碎屑流转化为浊流阶段，沉积下来的都是以砂质为主的沉积体，都能形成优质的砂岩储集层。如白云深水区东部在距今21.0 Ma时的重力流，陆架区为富砂的陆架边缘三角洲和滨岸沉积，陆架坡折下方的DX2气田发育高孔渗的砂质碎屑流优质储集层，在该富砂背景下，水道末端的深水扇朵叶体也是优质的砂岩储集层。而砂泥混合的重力流则需要经历砂泥分异过程才能析出优质砂岩储集层，未经分异的水道复合体及来不及分异就“冻结”的扇朵叶都难以形成优质储集层，如白云深水区距今13.8 Ma时期发育的重力流，陆架坡折上方的物源区以砂泥混合为主，陆架坡折下方的深水区发育下切水道及水道-天然堤复合体，未见砂泥分异标志的下切水道以碎屑流充填为主，不发育优质储集层，而能识别出砂泥分异标志（天然堤）的水道-天然堤复合体，则能在与天然堤伴生的水道中识别出优质储集层。

图5 富砂物源背景下重力流输送通道特征（剖面位置见图4）

3.2 优质储集层的供源通道

不同物源背景下，重力流在进行沉积物搬运过程中形成的输送通道也具有明显不同的特征[19]。对比不同物源背景下不同类型优质储集层与物源区之间输送通道发现，富砂物源背景下，位于深水扇朵叶体和水道复合体上方与物源区之间的供源水道，在沿垂直物源方向的地震剖面上通常表现为短轴状不连续强反射，微弱下切或不具下切特征，供源水道以低波阻抗特征的砂质充填为主（见图5）。而在砂泥混合的物源背景下，位于水道-天然堤复合体上方与物源区之间的下切水道通常规模比较大，在地震剖面上通常表现为“U”形大规模下切，“U”形下切内部常以弱及空白反射为主，表明以泥质充填为主（见图6）。这种不同类型优质储集层物源输送通道地震响应的差异，主要是由不同类型物源背景下形成的重力流物质组成差异造成的。重力流形成早期通常表现为碎屑流形式，富砂物源背景下重力流通常以砂质碎屑流为主，而在砂泥物源背景下重力流通常以富泥型碎屑流为主。富泥型碎屑流中富含黏土或灰泥基质，密度高、黏度大[20]，因此下切侵蚀能力强，在重力流搬运过程中形成的下切水道规模较大，且对后续重力流的限制能力较强，易形成峡谷；而砂质碎屑流泥质含量低，常具颗粒支撑，密度相对较小、黏度低[20]，屈服强度低，因此侵蚀能力较弱，在重力流搬运过程中形成的下切水道规模较小，对后续的重力流限制作用较弱。

3.3 优质储集层的沉积内幕结构

对白云深水区不同类型深水扇沉积内幕结构进行解剖，结果表明不同物源背景下深水扇的内幕结构存在明显差异。在富砂物源背景下，扇朵叶体通常具丘

状外形、三面收敛及下超特征，核心部位厚度大，地震剖面上表现为强振幅、连续反射，几个较强同相轴相互叠置，向扇体边缘振幅逐渐减弱（见图7），岩心以块状砂岩为主，常见反映水道特征的冲刷面（见图2d）；水道复合体常沿物源方向呈条带状展布，地震剖面上表现为连续强反射，垂直物源方向呈下切结构，断轴状强反射，不发育“鸥翼”状两侧收敛的天然堤。而在砂泥混合物源背景下，水道-天然堤复合体的内幕结构最为复杂，常具丘状外形，但内部为复杂的水道下切、相互切割特征，水道平面分布不连续，条带特征不明显，垂直物源方向局部能见到向两翼收敛的“鸥翼”状特征天然堤[19]（见图8）。

图6 砂泥混合物源背景下重力流输送通道特征

图7 富砂物源背景下扇朵叶体结构特征

图8 砂泥混合物源背景下水道-天然堤复合体内部结构特征

这种内幕结构的差异，同样是由于重力流搬运过程中重力流的物质组成差异造成的。富砂物源背景下，重力流组分以砂质为主，泥质含量少，由于密度相对较小，黏度低，下切能量相对较弱，水道不容易改道迁移，且重力流混入海水稀释后几乎不发育天然堤；而砂泥物源背景下，重力流组分以砂泥混合为主，由于密度相对较大，黏度高，因此侵蚀能力强，不同期次水道间切割改造频繁，且重力流混入海水后易发生分异，在水道两侧淤高形成天然堤[21-23]。

4 白云深水区优质储集层识别

4.1 富砂物源背景下优质储集层识别

重力流的流动过程、沉积物的搬运机制及白云深水区优质储集层的分布规律揭示，在富砂物源背景下，以碎屑流形式存在的水道复合体及以浊流为主的扇朵叶体都是优质砂岩储集层。识别这两类优质储集层的关键在于基于这两类储集体的形态特征和砂岩弹性特征，利用“层序+扇外形+扇内幕结构+反射波形+地震属性识别”的技术序列进行识别：首先要明确陆架边缘层序界面以下高位体系域的沉积岩相分布特征，即物源区的物质组成；其次，利用单砂体追踪的方法，根据不同类型地震属性的平面特征（如沿物源方向条带或朵叶状外形），对陆坡区及盆底区的水道或朵叶体进行识别，如图4中位于陆架坡折下方的条带状及朵叶状地震属性异常体；最后，利用一系列地球物理手段进一步验证条带状水道复合体和朵叶状朵叶体的岩性、沉积相，例如，根据不同岩性组合的地震波形特征及深水区已证实不同类型砂岩或不同相带砂体的波形特征，建立优质砂体的识别标志（见图9），在深水区，富泥背景下深水扇砂体及水道复合体砂体在不受上下钙质层影响下，砂层的地震反射主要为顶底面干涉形成的复合波，砂层顶对应波谷，砂层底对应波峰，呈右下倾对称波形，扇朵叶的地震波形在横向上呈连续渐变，水道复合体地震波形在横向上呈突变特征（见图10）。同时根据波阻抗、密度等多属性反演结果，对待钻目标的岩性特征进行判断，建立不同岩性组合的反射波形正演，最终对优质砂岩储集层进行识别。

图9 白云深水区优质砂岩储集层波形识别标志

图10 白云深水区优质砂岩储集层波形特征

4.2 砂泥物源背景下优质储集层识别

砂泥物源背景下形成的重力流在流动早期以砂泥混合的碎屑流为主，需要经过重力流的流态变化和砂泥分异过程才能发育具有优质储集层的砂岩沉积。因此，在砂泥物源背景下，对优质储集层识别的关键在于

识别砂泥分异的标志——天然堤，砂泥混合的重力流在流动过程中不断被混进的海水稀释、液化、黏性降低、流态发生变化，砂泥逐步分异，从而形成了淤高的天然堤和水道砂，天然堤的出现标志着砂泥的分异及优质砂岩储集层的析出。因此，基于砂泥分异这一关键，在“源”-“渠”-“汇”层序脉络关系确定的基础上[5-6]，精细解剖水道-天然堤复合体的内幕结构，利用“线描+波形识别+属性反演”相互约束的方法可以对水道相优质砂岩储集层进行识别。例如，DY3气田储集体为砂泥物源背景下陆架坡折下陆坡区的斜坡扇体，在自然伽马曲线、成像测井和密集井壁取心等资料上，均表现出细砂岩—粉砂岩与泥岩频繁间互的特征，判断该井钻遇斜坡扇水道-天然堤系统内的天然堤。细砂岩—粉砂岩与泥岩薄互层表明重力流携带的砂泥已经分异，据此推断，在水动力条件更高的下切水道内发育粗粒的砂岩沉积。对该类深水沉积体优质储集层的雕刻，可以通过地震线描的方法，根据天然堤独特的“鸥翼状”外形和水道下切特征，对扇体内的水道和天然堤进行区分，通过密度反演对砂质充填水道和泥质充填水道进行刻画（见图11）；通过对扇体进行精细的线描、波形分析及多属性反演分析，以及对复杂扇体内部结构进行精细解剖，最终可以较为客观地刻画出优质储集层。

图11 砂泥物源背景下“线描+波形识别+属性反演相互约束”识别优质储集层

5 结论

白云深水区的优质储集层主要为深水重力流砂岩沉积，发育扇朵叶体、水道复合体及水道-天然堤复合体3类优质砂岩储集层。白云深水区优质储集层的特征及分布规律主要受陆架边缘物源区的物质组成控制：富砂物源背景下，陆架坡折下方易形成砂质碎屑流，发育水道复合体及席状扇朵叶体砂岩等优质储集层；砂泥混合的物源背景下，陆架坡折下方易形成砂泥混合的重力流，重力流对内部砂泥的分异作用是发育优质储集层的关键，在形成了水道-天然堤复合体沉积的情况下，优质砂岩储集层分布于水道内或下方的朵叶体。富砂物源背景下，根据水道复合体及扇朵叶体的形态特征和砂岩弹性特征，利用“层序+扇外形+扇内幕结构+反射波形+地震属性识别”的技术序列进行识别；砂泥物源背景下，优质储集层识别的关键在于识别砂泥分

异的标志——天然堤，精细解剖水道-天然堤复合体的内幕结构，利用“线描+波形识别+属性反演”相互约束的方法对水道相优质砂岩储集层进行识别和描述。

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（编辑 黄昌武）

Characteristics and identification of high quality deep-water gravity flow sandstone reservoirs in Baiyun sag,Pearl River Mouth Basin,South China Sea

Chen Liang,Pang Xiong,Liu Jun,Han Jinyang,Feng Xuan,Hu Lian,Zheng Jinyun,Peng Guangrong
(CNOOC Nanhai East Petroleum Bureau,Guangzhou 510240,China)

The characteristics and identification methods of high quality deep-water gravity flow sandstone reservoirs in Baiyun sag of the Pearl River Mouth Basin are examined based on three-dimensional seismic and drilling data,and deep water sedimentary theory.The oil and gas discovered in the deep water of the Baiyun sag are dominantly from high quality gravity flow sandstones,including channel complexes,sheets,and channel-levee complexes.The analyses of the sediment supply,feeding channel,internal architecture of sedimentary bodies,depositional process and flow regime show that the development of three types of high quality reservoirs are controlled by sediment composition of the provenance (continental margin): Under the background of rich sand provenance,sandy debris flow is likely to form,giving rise to high quality reservoirs like channel complexes and sheets down dip the shelf-slope break.These reservoirs can be identified by seismic reflections such as incised valley,mound shape,and amplitude anomaly,and described by combining single sand body tracking with waveform recognition of sands and seismic attribute analysis.Under the background of sand-mud mixed provenance,gravity flow deposits are to occur below the shelf-slope break,where sedimentation differentiation is the key to the formation of high quality reservoirs.In the case that channel-levee complex is formed,high quality sandstone reservoirs,usually in the channel or the fan lobe below,can be identified and described by seismic features like U-shaped erosion on seismic profile,amplitude anomaly,bird-wing shaped seismic reflection,and waveform recognition.

Pearl River Mouth Basin; Baiyun sag; deep-water gravity flow deposit; high quality sandstone reservoir; high quality reservoir identification

国家科技重大专项（2011ZX05025-003）

TE122.2

A

1000-0747(2015)04-0463-09

10.11698/PED.2015.04.07

陈亮（1980-），男，湖北十堰人，博士，中海石油（中国）有限公司深圳分公司工程师，主要从事珠江口盆地深水油气勘探研究。地址：广东省广州市海珠区江南大道中168号，海洋石油大厦1619室，邮政编码：510240。E-mail: chenliang7@cnooc.com.cn

2014-11-13

2015-05-28