0 前言

河流相砂体是陆相盆地最重要的油气储集层之一，该类储层砂体为复杂的非均质体，具有单砂体厚度薄、岩性变化快、砂泥岩叠置频率高等特点^[1-6]。研究河道砂体发育状况、叠合样式、空间演化特征，有助于预测储层砂体分布。近年来，国内外众多学者对河流相砂体进行了深入研究，形成了高分辨率层序约束下野外剖面、井网及密井网薄互层河道砂体精细刻画的技术流程和方法体系^[2-12]。然而，河道单砂层厚度一般在地震分辨率以下，且两侧具有速变性，单砂层等时对比难度大，常规地震识别手段难以较好地将薄互层砂泥岩区分。因此，如何实现薄互层河道砂体的预测仍为当前研究的热点问题。

马头营凸起是发育在太古宙花岗岩基底之上的新近系披覆背斜构造，已发现油藏主要分布于馆陶组河道砂体，其构造幅度4~8 m，埋藏深度1 218~1 345 m，属浅层低幅度层状油藏。马头营凸起河道砂体厚度薄且横向变化快，明确砂体成因及展布规律，精细刻画砂体形态，对该层系的勘探开发具有重要指导意义。针对这套重要的浅层低幅度储层，多位学者对其周缘南堡凹陷馆陶组物源方向、沉积特征、成藏规律等方面开展了详细地分析^[13-16]，但对马头营凸起馆陶组砂体成因及薄互层河道砂体预测未见研究。笔者综合运用钻井岩心、测井、三维地震等资料，分析了马头营凸起馆陶组物源方向和砂体成因类型及特征，在高分辨率层序地层划分的基础上，利用层控测井约束波阻抗反演等技术对馆二段薄互层河道砂体展布特征进行了预测。

马头营凸起位于渤海湾盆地黄骅坳陷北部，北部与柏各庄凸起和乐亭凹陷相接，西南、东南分别与南堡、石臼坨两个生油凹陷以断层相分隔(图 1)。构造演化史研究表明，马头营凸起经历了稳定抬升、挤压褶皱、断块翘倾和稳定沉降4个演化阶段，呈现“早期隆褶、中期翘倾、晚期稳定”特征^[13]。印支-燕山中期，在库拉-太平洋板块向欧亚大陆强烈的NW向俯冲挤压作用下，区内形成北东向的宽缓背斜，基本确定了太古宙混合岩化花岗岩结晶基底和早古生代碳酸盐岩的分布特征；燕山晚期晚侏罗纪-古近纪，在柏各庄、石臼坨等控凹边界断裂的作用下，凸起强烈伸展断陷，其基底下古生界往北和北东向翘倾，东段形成断块早古生代潜山，西段抬升剥蚀至结晶基底，奠定了凸起现今北高南低、西高东低的构造格局^[15-16]。新近纪-第四纪，渤海湾地区进入热沉降阶段，整体接受来自周缘褶皱带或凸起物源的沉积，主要发育了一套馆陶组-明化镇组砂泥岩沉积建造，与基底和潜山地层呈平行-角度不整合接触。N1井钻井资料揭示，马头营凸起西段地层为基底太古宇上新近系馆陶组和明化镇组，馆陶组可划分为馆一段(Ng₁)、馆二段(Ng₂)和馆三段(Ng₃)，馆三段又划分为馆三下亚段(Ng₃¹)和馆三上亚段(Ng₃²)，其中凸起低幅度构造位置馆三段和馆二段具有较好的成藏条件。南堡凹陷古近系生成的油气沿柏各庄断层及不整合面运移至凸起的高部位，为馆陶组储层提供良好的油源；馆三段和馆二段砂砾岩发育，含砂率高，储层物性好，可作为良好的储层；馆二段泥岩和馆一段广泛发育灰绿色-棕红色泥岩可作为直接的区域盖层。

A.渤海湾盆地构造纲要图；B.南堡凹陷及周边构造单元；C.马头营凸起馆三段顶等值线构造图。 图 1 黄骅坳陷北部马头营凸起及周缘构造图 Figure 1 Tectonic sketch map of Matouying uplift and its periphery in the northern of Huanghua depression

图选项

根据古构造特征及馆陶组岩心、粒度成分、测井、地震等资料分析，马头营凸起馆陶组接受来自燕山褶皱带物源沉积，从下至上岩性组合具有由“砂(砾)包泥”到“砂泥互层”再到“泥包砂”的变化特点，河流相二元结构逐渐凸显；显示了从早期“强下切、填沟谷”的冲积扇沉积到“夷平面、小河道”的辫状河流相沉积，再到中期晚期曲流河相沉积的演变过程。

古地貌是受构造变形、沉积充填、差异压实、风化剥蚀等综合作用的结果。它可以分析主要沉积中心，揭示物源区、沉积体系的空间关系，勾绘出盆地物源通道和沉积卸载区，进而进行河道砂体成因分析及预测砂体的发育状况与分布规律。基于高分辨率三维地震数据体的可视化和立体显示，可以直观地观察并分析各构造单元和沉积要素独特的形态及地震响应特征^[17-18]。通过古地貌图的分析，可以很清楚地识别出研究区的正向古地貌形态单元(古隆起、古凸起)和负向古地貌单元(沟谷、河道)。古隆起等正向地貌单元遭受风化剥蚀，在一定程度上可以作为物源区，负向古地貌单元则作为沉积物搬运的通道，沟通物源区与沉积凹陷区。

马头营凸起结晶基底未经历后期强烈的构造变形，上覆新近系沉积厚1 200~1 500 m，差异压实对基岩影响较小。凸起古构造主要为馆三下段沉积期及沉积前基岩古构造形态，馆三下段上覆沉积不受基岩古构造形态的影响，因此，本次研究采用基底顶面与馆三段顶层位内插层位进行大平滑，而后将基岩顶面层位深度值减去内插平滑的新层位，获得馆三段发育初期的古地貌。据古地貌三维可视化显示(图 2A)，凸起基底面具有微型山谷和山脊的古构造特征，总体呈现北高南低、中部高两侧低，近东西向隆洼相间、近南北向沟槽延展的微构造格局。古构造高部位主要分布于凸起的西北和北部，沿构造长轴北东向为古构造山脉的分水岭，可细化3个主要构造带，分别为西南部N3井区、中部T8井区和东北部T19井区。古构造带之间发育2条呈近南北向展布的沟槽；馆三下段沉积前，南北向延展的基岩古沟槽是早期规模河道砂体发育的有利区，沟槽处逐步填平补齐后，再向两侧构造高部位山脊处沉积，沟槽延伸方向代表早期物源运输的大致方向(图 2A中D、E和F)。根据地震反射特征，凸起北东东向地震剖面表现为清晰的下切谷沉积充填特征(图 2B)，北北东向地震剖面可见清晰的上超超覆反射地震相(图 2C)，反映沉积总体可能受北部燕山褶皱带物源区所控制。此外，凸起西南边缘处L25井与燕山地区不同时期中酸性火山岩和花岗岩REE对比表明，馆陶组物源区为活动性大陆边缘构造背景，母岩主要来自北部燕山褶皱带燕山期发育的中酸性火山岩或花岗岩体^[19]，物源方向与馆陶组沉积前期古构造分析结果一致。

A.马头营古地貌；B.c-c'方向地震解释剖面；C.d-d'方向地震解释剖面。D.E.F.物源区。 图 2 马头营凸起馆陶组沉积前古构造及物源通道 Figure 2 Pre-sedimentary palaeotectonics and sediment transfer pathway of Guantao Formation in Matouying uplift

图选项

N3井井震资料综合分析表明(图 3)，马头营凸起馆陶组发育冲积扇-河流相砂体，砂体中夹薄层泥岩多为灰绿色-棕红色(图 4A和4B)，反映了干旱氧化-半氧化的沉积环境。馆三下段为冲积扇扇中辫状河道和河道间漫流相，发育扇中辫状河道成因的砂体；馆三上段为辫状河道和泛滥平原相，发育河床滞留沉积和心滩成因砂体；馆二段和馆一段为曲流河沉积，发育河床滞留沉积、边滩、决口扇和天然堤成因的砂体(图 3)。

图 3 马头营凸起馆陶组沉积相和高分辨层序地层综合柱状图(N3井) Figure 3 Synthesis column map of sedimentary face and high -resolution sequence stratigraphy in the Guantao Formation, Matouying uplift (well N3)

图选项

A.棕红色泥岩，N4井，1 267.10 m，Ng23；B.浅灰色含泥中砾岩，辫状河道，N4井，1 339.70 m，Ng32；C.冲刷面，浅灰色中砾岩，辫状河道，N3井，1 355.20 m，Ng32；D.槽状交错层理，棕色含砾粗砂岩，辫状河道，N3井，1 326.20 m，Ng32；E.平行层理，浅棕色中砂岩，辫状河道，N3井，1 321.22 m，Ng32；F.紫红色泥砾岩，泥石流，N5井，1 304.31 m，Ng32；G.槽状交错层理，灰褐色粗砂岩，辫状河道，T8井，1 251.35 m，Ng31；H.小型波状交错层理，浅灰色细砂岩，N3井，1 322.52 m，Ng32；I.灰绿色泥岩，辫状河道间，N3井，1 343.58 m，Ng31；J.板状交错层理，灰褐色粗砂岩，辫状河道，T8井，1 251.16 m，Ng31。 图 4 马头营凸起馆陶组岩性特征及沉积构造 Figure 4 Sedimentary structure and lithologic features of the Guantao Formation in Matouying uplift

图选项

冲积扇砂体以辫状河道砂体为主，砂、砾岩含量较高，主要为粗粒岩性。岩石类型为浅灰色中砾岩、浅灰色中-细砾岩、浅灰色砂砾岩、灰白色细砾岩、棕褐色含砾粗砂岩、灰白色粗砂岩、浅灰色中砂岩、灰褐色细砂岩等，成分成熟度偏低，颗粒分选差；砾石颜色为杂色，直径2~50 mm，圆度为棱角-次圆状，胶结疏松，岩石的结构成熟度低，呈现近源短距离搬运和快速堆积的沉积特征。岩心中可见辫状河道砾岩冲刷面和泥石流沉积，泥、砾混杂，呈块状结构，发育河道摆动或迁移形成的层理和定向构造，如槽状交错层理、板状交错层理、平行层理等，层理的层系界面及纹层一般较粗(图 4CH)，反映较强水动力条件。

测井曲线特点多为中高幅齿状或锯齿状箱形后积式，其中自然伽马和电阻测井值具中、下部巨厚箱形-顶部薄钟形组合特征，代表馆三下段整体下粗上细的正旋回沉积序列。从下至上自然伽马测井曲线总体可分为3部分：中、下部呈高幅度的锯齿状箱形-中幅度齿状箱形和低幅度锯齿指状，代表粗-粗-细粒的沉积旋回，岩性以中砾岩-砂砾岩为主；上部为低幅度的齿状箱形和钟形组合，代表扇中辫状河道砂体到上部漫流沉积特征，岩性主要发育砂砾岩、粗砂岩、细-中砂岩、粉-细砂岩及泥岩(图 3)。地震剖面呈中强振幅、弱反射等特征；垂直物源受基底构造影响，呈叠瓦状充填反射特征(图 2B)，顺物源具有上超-平行基底特征(图 2C)。

辫状河砂体主要为河床滞留沉积和心滩砂体，厚度40~80 m，岩石粒级较粗。河床滞留沉积砂体以浅灰色中砾岩(图 4B)和砂砾岩为主，心滩砂体主要为灰褐色含油含砾粗砂岩、灰褐色油浸粗砂岩和中砂岩等，岩石类型以岩屑长石砂岩为主，成分成熟度较低(图 5A)；粒径分布范围宽，颗粒分选较差，粒度概率累计曲线为两段或三段式，以跳跃为主体，其次为悬浮和滚动(图 5B)，反映近源辫状河流砂体沉积特征；发育大型槽状交错层理、板状交错层理、平行层理、小型波状交错层理等水动力较强的牵引流沉积构造。

图 5 马头营凸起T8井馆二段岩石类型(A)及含粗砂中-细砂岩粒度分析(B) Figure 5 Particle size analysis of rock type (A) and the coarse sand-bearing medium-fine sandstone (B) of Ng2in Matouying uplift

图选项

辫状河道迁移迅速，稳定性差，天然堤、决口扇和泛滥平原不发育。自然伽马和电阻率测井曲线特点整体呈齿形箱状退积式，底部为中高幅度的锯齿箱状，向上渐变为低幅度齿化箱形-齿化钟形，代表辫状河道河床滞留沉积-心滩砂体到泛滥平原泥质岩的沉积组合特征，河流沉积“二元结构”不明显(图 3)。地震剖面呈中强振幅、中频负反射等特征(图 6)，反映浅层辫状河道砂体。

图 6 马头营凸起馆陶组高分辨率层序地层地震响应特征 Figure 6 Seismic response characteristics of high resolution sequence stratigraphy of the Guantao Formation in Matouying uplift

图选项

曲流河单层砂体厚在8 m以下，河道宽度约100 m，主要为窄河道河床滞留沉积和边滩砂体，天然堤和决口扇砂体较少。岩性为浅灰色含砾粗砂岩，褐灰色粗砂岩，浅灰色中砂岩、粉砂岩和泥岩等，砾岩较少。自然伽马和电阻率测井曲线形态呈小型箱形、漏斗、钟形和中幅指状组合(图 7)，地震剖面呈中振幅、中高频，连续较好，亚平行负弱反射特征(图 3和图 6)，反映曲流河道与泛滥平原沉积“砂泥间互”薄互层剖面组合特征。

图 7 马头营凸起馆陶组高分辨率层序划分与对比剖面图 Figure 7 Division and correlation framework of high resolution sequence stratigraphy of the Guantao Formation in Matouying uplift

图选项

依据冲积扇-河流相高分辨率层序地层学原理和不同级次基准面升降运动所导致的地层过程旋回性及沉积学响应特征^[20-22]，对马头营凸起28口井进行层序地层对比划分，将馆陶组划分为3个长期基准面旋回，7个中期基准面旋回，16~19个短期基准面旋回，并建立了馆陶组高分辨率等时层序地层对比格架。

馆陶组由3个向上“变深”的非对称长期旋回构成。旋回底界面为区域不整合面，馆三段冲积扇沉积直接覆盖在太古宙花岗岩基底上，底部岩性为砾岩、砂砾岩，与太古宇的杂色混合岩化花岗岩呈突变接触。自然伽马和深侧向电阻率测井曲线呈突变接触关系，也反映了两层岩性存在较大的差异(图 6)。在地震剖面上，太古宇(Ar)顶反射特征为强振幅、低频、连续反射的波峰标志层，平面上表现出隆洼、沟槽相间构造(图 2)。向上基准面上升，沉积由冲积扇演化为辫状河，岩性粒度变细，发育第一个长期旋回；至馆二段泥岩厚度开始变大，在全区发育一套砂泥岩薄互层沉积，旋回顶界以馆二段顶大规模河道冲刷面为特征，发育第二个长期旋回；顶部馆一段大规模河道沉积向上演化为厚层泥岩沉积，为第3个长期旋回(图 3)。

中期旋回层序均为向上“变深”的非对称型，厚度一般为5~10 m。顶底界面的识别主要是依据垂向剖面上岩相类型或相组合的转换位置，例如辫状河、曲流河河道亚相中的河床滞留沉积向上逐步过渡为心滩或边滩以及粒度更细的天然堤或泛滥平原等水体变深的相组合，可容空间变大；在自然伽马和深侧向电阻率测井曲线上呈现后积式减速组合样式。也可根据砂泥岩厚度的旋回性变化，如馆二段下部岩性由下向上泥岩薄层增加、粒度变细、砂泥比变小，上部岩性下部为砂岩薄层厚度增大、粒度变粗、砂地比增大，向上又演化为砂泥岩薄互层中泥岩厚度整体增加；自然伽马和深侧向电阻测井曲线上表现为两个中高幅箱形-中低幅指状或钟形的后积式，而中高幅箱形测井曲线底部(河道冲刷面)为上升半旋回的转换界面(图 3)。另外，岩性突变面也可作为中期基准面旋回层序的分界面，如N3井馆二段顶部由泛滥平原沉积的块状灰色泥岩突变为河道厚层砂岩(图 3)。

测井曲线的高分辨率特征为各级次基准面旋回的划分对比提供了良好的方法依据和资料基础，其中自然伽马曲线和深侧向电阻率曲线是识别短期基准面旋回的有效工具。本区主要以岩-电转换模式为基础，利用岩心剖面中短期基准面旋回的测井响应特征及地震剖面强弱反射转换界面进行识别划分。在测井曲线上，识别标志为顶底突变面或快速渐变面，如箱形曲线、钟形曲线顶部和底部的突变位置及指状曲线的渐变位置。自然伽马和深侧向电阻率曲线主要体现为齿化箱形高值，代表基准面快速变化。上升半旋回与下降半旋回的转换面，即最大洪泛面以连续沉积的块状厚层泛滥平原泥岩及小河道砂岩与泛滥平原沉积薄互层为特征，垂向沉积序列表现为向上变细又变粗的中部“细窄”段，电性特征为高伽马、低电位，地震剖面上显示高频、弱反射特征。

短期旋回主要以向上“变深”的非对称型为主，向上“变深”又“变浅”的对称型类型较少。向上“变深”的非对称型旋回，反映沉积旋回的特征是粗粒冲积扇辫状河道及辫状河、曲流河河道河床滞留沉积和边滩砂体，过渡为河道间漫洪或泛滥平原泥岩，岩性组合为砾岩-砂砾岩-粗粒砂岩-泥岩和砂砾岩-粗粒砂岩-细粒泥岩，从而形成多个向上“变深”的上升半旋回沉积记录。向上“变深”又“变浅”的对称型旋回，其向上“变浅”型旋回，底部为泛滥平原细粒泥岩或细粒泥岩与细粒砂岩薄层互层，向上渐变为较厚层的粗粒砂岩或厚层粗粒砂岩与薄层细粒泥岩互层，沉积物补给速率小于可容空间增长速度，反映河道迁移、摆动快或水体周期性反复振荡。此种对称型短期旋回在地震剖面上呈弱正弱反射特征(图 6)。

在对馆陶组高分辨率层序地层划分的基础上，对基准面变化过程中层序格架内的砂岩分布进行了分析。砂体的发育与可容纳空间的变化密切相关，中期和短期基准面旋回控制着砂岩的分布模式。Ng₃²短期上升半旋回中下部和Ng₃¹、Ng₂和Ng₁短期上升半旋回的下部主要发育冲积扇辫状河道、辫状河河床滞留沉积、心滩砂体及曲流河小河道河床滞留沉积、边滩及决口扇砂体，砂体成层性好，横向上随着基准面的变化在平面上不断的迁移，是馆陶组主要的储集层；Ng₃¹中期上升半旋回的顶部，Ng₃²、Ng₂和Ng₁短期上升半旋回的上部和下降半旋回的下部，沉积物粒径变小，主要发育灰绿色、棕红色泥岩，局部夹粉、细砂岩，为非储集层。

马头营凸起馆二段河道砂体具有“窄、薄、小”的特点，对砂体的精细刻画是下步开发部署的关键。本次在研究区馆陶组沉积期主力物源供给方向示踪分析下，结合井-震标定馆陶组岩石物理关系，通过古地貌沟槽与沉积卸载区空间配置，在短期旋回约束下建立馆二段精细的等时地层对比格架，利用测井约束高分辨率反演技术对馆二段薄层砂体进行预测。

马头营凸起馆二段砂、泥岩频繁互层，发育的岩性有泥岩、砂岩、泥质粉砂岩和砂质泥岩。砂岩平均孔隙度为28.9%，属高特高孔砂岩，具有低密度和低纵波速度特征，砂岩波阻抗值低于泥岩波阻抗值。通过建立泥岩、砂岩波阻抗频次图，可知砂岩为低波阻抗(5.2~6.2)×10³[(g/cm³)·(m/s)]，泥岩为高波阻抗(6.1~7.1)×10³[(g/cm³)·(m/s)]，波阻抗可以较好地区分砂泥岩(图 8)。进一步观察岩层与地震反射同相轴间的关系，由于地震分辨率的限制，单岩性层与反射同相轴之间缺乏一一对应关系，同相轴代表砂层组平均波阻抗变化或反映砂岩相(高砂地比)和泥岩相(低砂地比)波阻抗变化(图 3、图 6)。

图 8 马头营凸起馆二段砂泥岩波阻抗频次图 Figure 8 Frequency histogram of wave impedance of sandstone and mudstoneof Ng2 in Matouying uplift

图选项

高分辨率层序约束下等时地层格架的建立可以区分较小尺度的不同沉积体，使得测井约束高分辨率波阻抗反演技术能够对小尺度的同一个沉积体进行分析，从而提高利用测井约束反演技术进行储集层预测的精度^[23]。利用凸起28口井进行馆二段测井约束反演分析表明，T21-T10-T13井连井反演剖面(图 9A)较好地反映了小河道砂体展布特征，单砂层厚度为3~8 m，与测井曲线识别厚度基本一致；可清晰观察砂体横向上尖灭特征、纵向上厚度变化和砂泥岩叠置方式，井间砂体的叠置与空间展布符合曲流河河道砂体沉积规律，可以对单砂体或单砂组横向上进行对比分析(图 9)。

A.测井约束反演抽稀连井剖面；B.测井约束反演连井剖面。 图 9 马头营凸起馆二段T10井抽稀前后测井约束反演连井剖面对比 Figure 9 Comparison of the connecting-well sections for well logging constrained inversion before and after vacuating well T10 in Ng2, Matouying uplift

图选项

此外，对井约束反演进行抽稀检验，从T10井未参与的反演剖面(图 9A)和T10井参与的反演剖面(图 9B)对比可以看出，T10井位置测井约束反演结果与自然伽马曲线和深侧向电阻率曲线识别结果吻合较好，高分辨率层序格架约束下测井约束反演可以有效地对河道薄层砂体进行预测(图 9)。馆二段6砂层组测井约束反演预测平面砂体砂地比呈北东南西向、近南北向分布，反映了燕山褶皱带物源控制下马头营凸起馆二段曲流河河道砂体平面展布特征；Ng₂⁶至Ng₂³再至Ng₂¹，河道呈现由多变少再由多变少的规律，河道变化受控于馆二段两个中期旋回变化，反映了该区馆二段水体加深→变浅→加深→变浅的基准面变化(图 10)。

A.Ng21；B.Ng22；C.Ng23；D.Ng24；E.Ng25；F.Ng26。 图 10 马头营凸起馆二段测井约束反演预测的砂地比平面及曲流河道分布预测图 Figure 10 Plane diagram of predicted net to gross ratio by means of well logging constrained inversion and predicted distribution ofmeandering channel of Ng2 in Matouying uplift

图选项

1)馆陶组发育冲积扇-辫状河-曲流河砂体，馆三下段发育扇中辫状河道成因的砂体，馆三上段为河床滞留沉积和心滩成因砂体，馆二段和馆一段为河床滞留沉积、边滩、决口扇和天然堤成因的砂体。

2)馆陶组可划分为3个长期基准面旋回，7个中期基准面旋回，16~19个短期基准面旋回。长期和中期旋回由向上“变深”的非对称旋回构成；短期旋回叠加样式以向上“变深”的非对称型为主，向上“变深”又“变浅”的对称型旋回较少发育。

3)中期和短期基准面旋回控制着砂岩的分布模式。Ng₃²短期上升半旋回中下部、Ng₃¹、Ng₂和Ng₁短期上升半旋回的下部砂体厚度大，是馆陶组主要的储集层；Ng₃¹中期上升半旋回的顶部、Ng₃²、Ng₂和Ng₁短期上升半旋回的上部和下降半旋回的下部，主要发育灰绿色、棕红色泥岩，局部夹粉、细砂岩，为非储集层。

4)高分辨层序格架下馆二段砂层组的划分提高了储层预测的精度，馆二段各砂层组砂地比反演结果反映曲流河河道砂体呈NE-SW向展布的特征。