1. 前言
陆相断陷盆地砂砾岩体沉积期次划分是沉积学研究的基础性工作，也是沉积学研究的难点之一。长期以来，国内外众多学者采用不同技术方法开展复杂砂砾岩体的期次划分，例如地震时频分析、测井小波变换、米氏旋回理论等 [1] [2] [3] ，取得的大量的成果，推动了断陷盆地陡坡带砂砾岩体沉积期次的精细划分。渤南洼陷北部陡坡带沉积体系具有陡坡、近物源的特征，强烈的构造活动导致陡坡带沙三段发育巨厚层的砂砾岩扇体。由于砂砾岩体岩性复杂、厚度变化大、储层非均质性强，并且研究区地震信号本身的分辨率较低，时频分析技术又较为依赖高分辨率地震资料；测井小波变换是纯粹的数学分析技术，缺乏地质思想，且依赖研究区的丰富的测井资料，结合岩心、地震等资料综合划分沉积期次。针对致密砂砾岩内幕结构特征的研究，国内一般基于井震对比，开展静态特征分析，该方法比较可以比较直观的分析砂砾岩内幕地震反射特征，但是很难探讨砂砾岩内幕地震反射结构成因机制 [4] [5] 。鉴于前人方法的局限性，笔者在详细分析地震反射结构的基础上，通过正演模拟的方法，开展研究区砂砾岩体沉积期次的划分，明确砂体展布规律，以期为渤南洼陷北部陡坡带砂砾岩体的勘探开发提供指导。
2. 地质概况
渤南洼陷为济阳坳陷的一个三级构造单元，位于沾化凹陷的中部，是沾化凹陷最大的次级洼陷，北部与埕东凸起相连，埕南断裂、埕东断裂为主要的控洼断裂，东部以孤西断层为界紧邻孤岛凸起和孤北洼陷，南部超覆于陈家庄凸起北部斜坡带，西部以义东断层与义和庄凸起相连，东南部与孤南断层连接三合村洼陷，总体上表现为“北断南超、东西双断”的构造格局 [6] [7] [8] 。渤南洼陷北部陡坡带为埕南断层下降盘的东段，东西、南北各10~15 km，勘探面积约为200 km2 [9] (图1)。沙四上–沙三段发育大套的砂砾岩体，其沉积相主要为近岸水下扇及滑塌浊积扇，是渤南洼陷有利储层发育的相带。
Figure 1. Structural characteristics of the Northern Steep Slope in the Bonan Sag
图1. 渤南洼陷北部陡坡带构造特征
3. 致密砂砾岩地震响应特征
突发性洪水重力流成因的近岸水下扇砂砾岩体，其沉积速率快，分异作用弱，砂砾岩厚度大，非均质强，在地震剖面上与其它砂体具有明显不同的地震反射结构特征 [10] 。在垂直物源方向的地震剖面上，近岸水下扇砂砾岩体地震反射外形呈现低幅丘形，在靠近断层的扇根亚相表现为结构杂乱的地震反射特
Figure 2. Seismic reflection characteristics of nearshore subaqueous fans in the Northern Steep Slope of Bonan Sag
图2. 渤南洼陷北部陡坡带近岸水下扇地震反射特征
征，且多见空白反射；向前推进，扇中亚相表现为断续反射，地震反射轴短且能量强，具有相互叠置的特征；在远离断层的扇根亚相表现为相对连续的地震反射特征 [11] [12] 。在顺着物源方向的地震剖面上，地震反射外形呈现楔形，近岸水下扇与周围泥岩具有强反射界面，形成明显的包络面。有断层向洼陷推进，近岸水下扇内部地震反射结构由空白或杂乱反射过渡为扇端呈现具有斜交前积反射特征，最后过渡为亚平行中强振幅连续反射(图2)。然而，近岸水下扇内幕结构复杂，扇体内部期次划分一直是砂砾岩体沉积研究的基础问题，也是油气藏精细勘探开发急需解决的问题 [13] [14] 。
此外，断陷湖盆陡坡带由于多期近岸水下扇快速沉积，边坡失稳，扇体前端发生二次滑塌，再沉积形成滑塌浊积扇。陆相断陷湖盆滑塌浊积扇不同于海相，其单层厚度相对较薄，在地震反射剖面上，近岸水下扇的前端发育的滑塌浊积扇呈现中–强反射(图3)，与周围泥岩的弱反射具有明显的差异，总体上在剖面上呈现孤立条带状 [15] [16] 。精确识别浊积扇沉积是目前浊积扇油藏地震预测的前提，因此，本次重点开展近岸水下扇–浊积扇沉积体系地震正演模拟，旨在通过正演模拟的方式，明确地震反射轴的地质含义，为精细解剖砂砾岩体内幕结构提供依据。
Figure 3. Characteristics of turbidite fans in the northern steep slope of Bonan Depression
图3. 渤南洼陷北部陡坡带浊积扇发育特征
4. 致密砂砾岩内幕结构正演模拟
为了精细解剖近岸水下扇砂砾岩体内部结构，结合工区实际地震资料以及不同相带单井岩性特征，采用控制变量法，设计了3项砂砾岩体的地震正演模拟实验(图4)。
1) 第1组实验：4个期次砂砾岩体之间无泥岩隔夹层，但不同期次砂砾岩体之间地震波速度不一样的砂砾岩模型。由早至晚，4套砂砾岩体速度分别设定为6500 m/s，6000 m/s，5500 m/s和4500 m/s，周缘半深湖–深湖相泥岩速度设定为3500 m/s (图3a)，设定子波频率分别为15 Hz，25 Hz和35 Hz。从模拟结果可以看出，砂砾岩体的速度差异对地震反射具有明显的影响，且连续两期砂砾岩体之间速度差越大，地震反射振幅越强。同样，子波频率也影响着地震振幅强度，频率越强，地震反射结构越明显，不同期次的地震反射越连续。
2) 第2组实验：4个期次砂砾岩体地震波速度一样，但砂砾岩体之间有泥岩隔夹层的正演模型。首先，正演模型设定砂砾岩体速度为5500 m/s，砂砾岩体周围半深湖–深湖相泥岩速度设定为3500 m/s，泥岩隔夹层地震波速为4000 m/s，设定正演模拟频率为25 Hz。设计4个模型中，泥岩隔层分别为3 m，5 m，10 m，15 m (图5a、c、e、f)，对4个正演模型分别开展正演模拟实验。正演模拟实验结果表明，泥岩隔夹层的存在可以使不同期次砂砾岩体在地震剖面上形成地震反射，且泥岩隔夹层越厚，不同期次砂砾岩体之间地震反射越明显(图5b、d、f、h)。
a-不同速度砂砾岩体叠合正演模型；b-频率为15 Hz正演模拟结果，c-频率为25 Hz正演模拟结果，d-频率为35 Hz正演模拟结果
Figure 4. Forward simulation results of different velocities without mudstone interlayer at different stages of glutenite
图4. 砂砾岩体不同期次无泥岩隔层不同速度正演模拟结果
a-泥岩隔夹层3 m正演模型；b-泥岩隔夹层3 m正演模拟结果；c-泥岩隔夹层5 m正演模型；d-泥岩隔夹层5 m正演模拟结果；e-泥岩隔夹层10 m正演模型；f-泥岩隔夹层10 m正演模拟结果；g-泥岩隔夹层15 m正演模型；h-泥岩隔夹层15 m正演模拟结果；
Figure 5. Forward simulation results of different thick mudstone interlayer and the same velocity at different stages of glutenite
图5. 砂砾岩体不同期次同一速度不同厚度泥岩隔层正演模拟结果
a-砾岩体不同期次不同速度不同厚度泥岩隔层正演模型；b-频率为15 Hz正演模拟结果；c-频率为25 Hz正演模拟结果；d-频率为35 Hz正演模拟结果；
Figure 6. Forward simulation results of different velocity and different thick mudstone interlayer at different stages of glutenite
图6. 砾岩体不同期次不同速度不同厚度泥岩隔层正演模拟结果
3) 第3组实验：综合不同期次砂砾岩体速度差和泥岩隔夹层厚度差异两个单因素，设计不同期次砂砾岩体地震波速度、不同泥岩隔夹层厚度正演模拟实验模型：由第一套砂砾岩体至第四套砂砾岩体，地震波速度分别为6500 m/s、6000 m/s、5000 m/s、4500 m/s，泥岩隔夹层厚度分别为5 m、10 m、15 m，泥岩隔夹层速度为4000 m/s (图6a)。正演模拟实验结果表明：① 当上、下两个期次的砂砾岩体速度与泥岩隔夹层速度差足够大，虽然泥岩隔夹层厚度较薄，也能形成明显的地震反射，且频率越大，地震反射越强；② 当上、下两个期次的砂砾岩体速度与泥岩隔夹层速度差较小时，其泥岩厚度足够大时，地震反射较为明显；③ 总的来说，不同砂砾岩体地震波速度差值叠合砂砾岩体之间的泥岩隔夹层厚度可以明显增强地震反射强度(图6b、c、d)。
5. 近岸水下扇前端浊积扇正演模拟
为了进一步解释近岸水下扇前端浊积岩地震反射结构特征，设计第4组实验：近岸水下扇与浊积岩沉积体系正演模型(图7a)，设定近岸水下扇砂砾岩体地震波速度5500 m/s，浊积岩地震波速度4500 m/s，半深湖–深湖泥岩地震波速度3500 m/s，泥岩隔夹层地震波速度4000 m/s。正演模拟实验结果表明，① 由于近岸水下扇与半深湖–深湖泥岩具有明显的地震波速度差，两者之间可以形成明显的地震反射界面，为近岸水下扇包络面；② 半深湖–深湖中发育的浊积扇，形成“泥包砂”的特征，由于浊积岩与周围泥岩岩性不同，地震波速度具有明显差异，在地震剖面上表现为泥岩环境中的强反射特征，强反射分布范围与浊积扇分布具有明显的对应性；③ 浊积扇一般为近岸水下扇沉积后二次滑塌形成，与母体脱离，在地震反射剖面上，浊积扇与近岸扇水下扇之间地震反射不连续(图7b、c、d)。
a-近岸水下扇–浊积扇沉积体系正演模型；b-频率为15 Hz正演模拟结果；c-频率为25 Hz正演模拟结果；d-频率为35 Hz正演模拟结果；
Figure 7. Forward modeling of turbidite in the front of the nearshore subaqueous fans in the northern steep slope of Bonan Sag
图7. 渤南洼陷北部陡坡带近岸水下扇前端浊积岩正演模拟
6. 近岸水下扇–浊积扇致密砂砾岩地震反射模型
基于近岸水下扇–浊积扇沉积体系内幕结构正演模拟实验结果，结合渤南北带实际地震反射剖面分析，研究区一共识别出8套近岸水下扇砂砾岩体(图8)，每一套强地震反射结构均为两期砂砾岩体之间的界面，其界面的形成或是由于两期砂砾岩体的地震波速度存在明显差异，亦或是由于两期砂砾岩体之间存在相对较厚的泥岩隔夹层；多期砂砾岩体堆叠，总体上与半深湖–深湖相泥岩存在明显的地震反射界面，该界面在济阳坳陷渤南凹陷、车镇凹陷的北带近岸水下扇沉积地震反射剖面上均常见，通过该包络面的延伸距离，可以较为准确的判断近岸水下扇分布范围，为近岸水下扇沉积展布及储层预测提供依据；浊积扇是近岸水下扇沉积后二次滑塌的产物，且脱离近岸水下扇，在地震反射剖面上表现为不连续反射结构；半深湖–深湖环境下的浊积扇与周围泥岩表现为“泥包砂”的特征，地震反射也表现为弱反射背景下的明显强反射特征，且强反射延伸范围与浊积扇的展布一致。因此，基于浊积扇强反射地震结构可以预测浊积扇的展布范围，为精细开展浊积扇岩性油气藏勘探提供依据。
Figure 8. Internal structure model of tight glutenite
图8. 致密砂砾岩体内幕结构模型
7. 结论
1) 近岸水下扇与半深湖–深湖泥岩具有明显的地震波速度差，两者之间可以形成明显的地震反射界面，为近岸水下扇包络面；近岸水下扇内幕上、下两期砂砾岩体地震波速度差和泥岩隔夹层是导致地震强反射的主要因素，地震波速度差越大、泥岩隔夹层越厚，地震反射越强。
2) 浊积扇与半深湖–深湖泥岩形成“泥包砂”的结构特征，在地震剖面上表现为泥岩环境中的强反射特征，强反射分布范围与浊积扇分布具有明显的对应性。而且，浊积扇地震反射与近岸水下扇不连续。
3) 基于近岸水下扇–浊积扇致密砂砾岩沉积正演模拟，明确不同地震反射地质含义，相较于前人的直接井震对比分析研究，基于正演模拟的近岸水下扇–浊积扇内幕结构分析为精确预测砂砾岩沉积展布提供了另一种分析方法，对致密砂砾岩体岩性油气藏勘探及开发具有重要的意义。
基金项目
中国石油石化股份有限公司推广项目(P21091)；胜利油田分公司科技攻关项目(YGW2202)；胜利石油管理局博士后科研课题(YKB2207)。