层序地层学研究是提升地质认识和开发效果的重要基础。随着技术和方法的不断深入，该学科的应用已从盆地级的地层格架和体系域分析向更小区域性的沉积相、微相和储层分布规律预测，以及高精度层序地层研究深化^[1-4]，展示了较强的理论性和实用性，推动了岩性油气藏及非常规油气藏勘探的迅速发展^[5]。传统的层序地层格架精细建立，依赖丰富的钻井、录井及测井资料，需要反复与地震资料所反映的地震旋回特征进行对比、修正，多轮次的井资料约束对比、层序识别和层序界面的追踪解释耗费解释人员大量的精力和时间，效率较低。

目前，松辽盆地青山口组层序地层研究仍处于初级阶段，三级层序内部细分小层的研究还不完善。随着古龙页岩油的勘探开发获得突破，为深化古龙页岩油层序地层、沉积岩相的分布认识，满足精细地质研究、甜点预测及勘探开发部署的需求，针对构造相对稳定的湖相层状页岩地层，建立了基于地震波形驱动的层序地层格架构建技术。在此基础上开展页岩岩相分析及甜点预测，能够为页岩油勘探开发提供重要的基础。技术优势在于，地层格架建立过程无须进行井震资料的反复对比和分析、甚至修改，具有横向对比性强、纵向对井资料依赖程度低的特点，操作便捷、高效，适于大规模推广应用。

松辽盆地北部下白垩统青山口组为典型的陆相坳陷湖盆，该时期发生了大规模湖侵，形成大面积分布的半深湖—深湖相沉积，发育广泛分布的暗色泥页岩，是最重要的一套优质烃源岩。其中，齐家—古龙凹陷的富有机质暗色泥页岩成熟度达到1.20%~1.67%（图 1），生烃条件优越。

图 1

图 1 松辽盆地古龙凹陷青山口组页岩油试验区分布图 Fig. 1 Location of test zone of Qingshankou Formation shale oil in Gulong Sag in Songliao Basin

古龙页岩是指松辽盆地古龙凹陷的陆相湖盆中含有丰富有机质、具有一定成熟度和成岩演化程度的深水细粒纹层状岩系^[6]。古龙页岩油富集层主要分布在青山口组一段及二段下部，累计厚度在100~150m。根据沉积旋回、岩性、TOC等特征，自下而上划分为9个小层（Q₁—Q₉）（图 2），试油结果表明9个小层均含油^[7-9]。

图 2

图 2 松辽盆地古龙页岩油综合柱状图（引自文献[6]） Fig. 2 Comprehensive column of Gulong shale oil in Songliao Basin (from reference [6])

目前，古龙页岩油轻质油带核心区已部署5个开发试验区，分别为1号试验区、2号试验区、3号试验区、4号试验区和5号试验区（图 1），共布井73口。通过大量试油试采试验，明确了最优靶层为Q₂、Q₃、Q₉小层，部署的水平井初期日产油15.6~34.9t，生产1年后产量稳定在10~15t/d。2023年，对Q₉小层投产20口井，试油平均产量为30.6t/d，预测单井最终可采储量（EUR）平均为2.7×10⁴t，能够实现效益开发。

古龙页岩油5号试验区位于松辽盆地齐家—古龙地区的中部，本次研究范围涵盖5号试验区及其周边区域（图 1），面积为238km²。该区与大庆长垣葡萄花构造相邻，构造深度在-2400~-2200m。青山口组古沉积环境整体为还原环境，古气候为温湿—干湿交替环境，湖水为淡水—微咸水及淡咸交替水体环境，主要发育页岩、泥岩、石灰岩、白云岩、粉砂岩5类岩相，根据岩心资料、岩性、层理构造、化石、含有机物、电性特征等分析^[10-13]，其沉积相类型为深湖相。

地震波形是地震资料中地震同相轴的几何学特征，包含了层序、构造和储层特征的多种信息。地震波形驱动是以地震同相轴几何学特征为基础，构建地震层序体，能够直接地表征层序界面的构造、层序和储层等多种信息。层序格架分析是以地震波形特征为基础，建立地震层序、体系域，以及通过研究层序内地震相的反射属性来进一步分析层序的沉积环境及古地理的过程^[14-15]。地震层序能够充分保证地层对比的等时性和平面划分的连续性；在此基础上，进行地层对比和沉积解释，相比其他地层学方法更加符合客观地质实际，对储层的时空展布具有更强的预测性。

地震波形驱动地层格架建立技术的关键点是对地震反射特征的准确解析，寻求地震同相轴与层序地层之间的对应关系，并通过一系列地震处理方法，将地震剖面转化为零值线剖面，即初始的地层层位分布剖面；进而，通过不同层的波形接触关系、连续性等特征确定标准层的空间分布，使地震同相轴信息转化为层序地层信息，实现地震资料向层序地层格架的直接转化，并建立地层层序格架。该方法降低了地震剖面的多解性，相比较传统的地层格架建立，操作及实现过程简单、快速。具体按照将地震同相轴进行各向异性扩散滤波、振幅值域变换、提取近似零值线、标准层位识别与选取，以及层序格架建立等5个步骤进行精细地层层序格架建立（图 3）。

图 3

图 3 地震波形驱动层序格架建立流程图 Fig. 3 Flow chart for constructing a seismic waveform based sequence framework

步骤1：对原始地震剖面进行各向异性扩散滤波处理得到提高地震剖面的扩散滤波地震剖面。

各向异性扩散滤波算法对地震信号进行去噪，能保留地震信号的边缘信息，消除边界特征的模糊化。该方法将地震剖面信号按照图片信息进行处理，根据目标像素与周围像素的关系，确定不同像素之间的差异，当相邻像素和目标像素差别较大时，把相邻像素作为边界，像素各向异性扩散处理结束。

图 4为处理前后的地震特征对比剖面，图 4a为原始地震剖面，经处理后得到各向异性扩散滤波地震剖面（图 4b），地震波组差异明显变小，同相轴连续性变好，信噪比和分辨率均得到提高，利于层序识别。

图 4

图 4 研究区目标线处理前后对比图（剖面位置见图 1） Fig. 4 Comparison of a target seismic line in the study area before and after processing (section location is in Fig. 1) （a）原始地震剖面；（b）扩散滤波地震剖面；（c）值域变换后地震剖面

步骤2：对扩散滤波地震剖面进行振幅值域变换处理，得到值域变换后地震剖面。

地震数据主要包含振幅、频率和相位3类信息。其中，最关键、最直观的是振幅，它反映界面上下岩性、岩层厚度、物性及流体性质等变化，该信息在地震数据中按照正负两个方向进行表征。为了更好地提取零值线，把地震振幅进行绝对值处理。图 4c为值域变换后的地震剖面，该剖面左侧框地层上下接触关系得到有效突出，图中右侧框部位地层沉积体边界更加明显，为层序和地质体识别奠定了基础。

步骤3：对值域变换后地震剖面拾取近似零值线，获得近似零值线剖面。

地震振幅值变化幅度较小的区域滤波后数值变化小；反之，变化大。将振幅数值变换后的地震数据与滤波后的地震数据做差，能得到近似零值线剖面，很好地保留地震同相轴边界零值线信息，即层序界面的地层边界（图 5）。

图 5

图 5 研究区目标线基于近似零值线剖面层序界面识别和拾取图（剖面位置见图 1） Fig. 5 Sequence boundary recognition and picking section based on approximately zero line of a target seismic line in the study area (section location is in Fig. 1)

步骤4：零值线剖面转化为初始的地层层位分布剖面，进行标准层位识别与选取。

标准层是地质和地震特征的地层界面，利用零值线剖面与合成记录确定标准层序界面。图 5中底部的绿色线为青一段底界（T₂），该界面为区域稳定、连续分布的地层界面，与GU535井青一段底界分层相对应；紫色线为青一段的顶面（Q₆层），该层序界面与上覆地层为超覆不整合接触关系，与GU535井青一段顶界分层相对应，由此确定了标准层的层序界面。

步骤5：对初始的地震层位进行标识排序，得到层序地层格架。

在标准层识别基础上，通过合成地震记录标定，对初始的零值线对应的地层进行标识排序和拾取，确定层序地层格架。在T₂反射层以上的零值线地层界面，对Q₁—Q₅、Q₇—Q₉小层依据沉积次序进行层序界面的标识和拾取（图 6）。

图 6

图 6 松辽盆地古龙地区GY21—GY20—GU535井连井层序解释地震剖面图（剖面位置见图 1） Fig. 6 Seismic profile with sequence interpretation cross wells GY21-GY20-GU535 in Gulong area in Songliao Basin (section location is in Fig. 1)

层序地层格架的建立最大程度地分析了地震内部每个波组信息，利用地震波形的横向差异直接描述了页岩型页岩油地层的横向非均质性，为沉积分析及甜点预测奠定了重要认识基础。二级层序界面XF1对应青山口组一段底界，地震反射界面为T₂反射层，为区域性强振幅波峰反射特征；三级层序界面QSB1对应青山口组一段顶界，地震反射界面为T₁₃反射层，为区域性中强振幅波谷反射特征（图 6）。两个界面之间为青一段，主要为半深湖—深湖沉积，该段地层内部横向地震响应差异较大，横向厚度不均匀。

基于三级层序界面识别，进一步识别出8个四级层序界面，自下至上分别为MSB1、MSB2、DSB1、MSB3、MSB4、MSB5、MSB6和DSB2，由此建立了层序格架，其中青一段划分为6小层（Q₁—Q₆），青二段下部划分为3小层（Q₇—Q₉），总体上，古龙页岩油分为9个小层（图 7）。

图 7

图 7 松辽盆地北部青山口组古龙页岩油层序地层划分图 Fig. 7 Sequence stratigraphic division of Gulong shale in Qingshankou Formation in the northern Songliao Basin

不同油层的岩性特征有所差异，Q₁—Q₄小层以纯页岩为主，页理缝密度较大，一般为1000~3000条/m，夹层较发育，单层和总厚度均较薄；Q₅—Q₇小层白云岩夹层相对较多，单层厚度较大，页理缝密度一般为500~2000条/m；Q₈—Q₉小层粉砂岩薄层较多，厚度较大，页理缝密度一般为500~1000条/m。

Q₁小层GR由底部台阶状向顶部锯齿状变化，TOC和S₁先增大再变小，呈微齿状、指状特征；海平面逐渐升高，为淡水—微咸水、温湿古环境；地震对应一套弱振幅波峰反射特征，连续性较强，地震波形振幅横向差异较大，也反映同一层序地层横向的非均质性，即“同层、不同性”的特点。

Q₂小层GR、TOC和S₁表现为由低值向高值的变化；海平面升高到最大，并逐渐降低，古沉积环境与Q₁小层基本一致；地震对应一套弱振幅波谷反射特征，连续性较好。

Q₃小层GR、TOC和S₁呈由高到低再到高的钟形变化，海平面逐渐升高，为淡咸交替、干湿交替古沉积环境；地震对应一套弱振幅波谷反射特征，连续性较强。

Q₄小层顶部发育的白云岩和介壳灰岩薄互层，GR为下部高值、上部低值的特征，TOC和S₁呈下部为低值、上部为高值指状特征；地震对应中—弱振幅连续的反射特征。

Q₅小层GR为指状特征，TOC和S₁变化不明显，由Q₄小层开始海平面逐渐升高、古沉积环境变为温湿条件；地震对应中—强振幅连续反射特征。该小层的中—上部发育脆性隔层，区别于其他小层，地应力变化较明显。

Q₆小层中部发育薄层白云岩夹层，总体上GR由高向低缓慢变化，TOC和S₁呈现由高到低、再升高的倒“V”形特征，该层顶部海平面降到最低，为淡水—微咸水环境；地震对应中—强振幅连续波谷反射特征，横向分布稳定。

Q₇小层顶部发育的薄层白云岩夹层为标志性隔层，RLLD曲线为由低到高、再降低的钟形变化，GR、TOC、S₁等曲线表现为由高到低再到高的微齿状形态；古沉积环境区别于Q₆小层，向干湿交替环境变化；地震特征上，为中—强振幅连续的波峰反射。

Q₈小层GR呈现微幅度的升高趋势、锯齿状变化，RLLD整体较低，TOC和S₁为由高到低台阶状、锯齿状；海平面处于较低位置，古沉积环境与Q₇小层相比，逐渐向温湿条件变化；地震为中—强振幅波谷、连续性相对较差的反射特征。

Q₉小层GR呈指状和钟形组合特征，TOC和S₁为由高到低再升高的变化；古沉积环境为淡水—微咸水、温湿条件；地震上为中—强振幅波峰、连续性相对较好的反射特征。

研究区青山口组为稳定的湖相沉积，构造稳定，本次研究在高精度的层序格架基础上，采用层序地层学方法进行古地貌恢复^[16-17]，古地貌低洼区对应沉积水体较深，还原性较强，地层沉积厚度较大；古地貌较高部位，沉积水体较浅，还原性较弱，地层沉积厚度相对较小。

通过湖相沉积物的微量元素、稀土元素、测井曲线和有机碳含量来定量计算细粒沉积物沉积时期古水深。松辽盆地北部古龙页岩油平均古水深在41.9~67.0m，从下部的Q₁小层至上部的Q₉小层水体呈现逐渐变浅的演化规律。总体上，研究区古水深条件为有机质形成、保存与富集提供了地质基础^[18-23]。

以下部油层组Q₁—Q₄小层为例，研究表明，该沉积时期受同沉积断裂控制，古地貌呈东西分带、洼隆相间分布的特征，控制了古水深及有机质横向分布的差异性，为岩相分析、选区定带及甜点评价提供重要的参考（图 8）。

图 8

图 8 研究区Q1—Q4小层沉积古地貌图 Fig. 8 Paleogeomorphology of Q1-Q4 thin layers in the study area

研究区青山口组主要为深湖相沉积，属缺氧的还原环境，水动力较弱，多发育纹层和水平层理，主要为深灰色泥页岩。将TOC、沉积构造、矿物成分作为岩相划分的主要参数^[24-27]，结合页理密度参数，建立了古龙页岩油岩相划分标准。

具体如下：（1）依据TOC将细粒沉积物划分为高有机质含量（TOC≥2%）、中等有机质含量（1%≤TOC＜2%）和低有机质含量（TOC < 1%）3种类型；（2）层理构造分为纹层状、层状和块状3种类型；（3）矿物主要是以黏土、长英质及碳酸盐等矿物含量进行划分。综合上述参数标准，将古龙页岩油的页岩相划分为10种亚相（表 1）。

表 1

表 1 松辽盆地北部青山口组页岩油页岩型岩相划分标准表 Table 1 Classification standard for shale type lithofacies of Qingshankou Formation shale oil in the northern Songliao Basin 岩相 亚相 沉积构造 TOC 矿物含量 页理密度 页岩相 高有机质纹层状黏土质页岩(A1) 纹层状（单层厚度小于1cm） TOC≥2% 黏土矿物含量大于或等于50% ≥10条/cm 高有机质纹层状混合质页岩(A2) 长英质矿物、黏土矿物、碳酸盐含量均小于50% 高有机质纹层状长英质页岩(A3) 长英质矿物含量大于或等于50% 中有机质纹层状混合质页岩(A4) 1%≤TOC＜2% 长英质矿物、黏土矿物、碳酸盐含量均小于50% ＜10条/cm 中有机质纹层状长英质页岩(A5) 长英质矿物含量大于或等于50% 低有机质纹层状长英质页岩(A6) TOC＜1% 长英质矿物含量大于或等于50% 高有机质层状黏土质页岩(A7) 层状（单层厚度大于1cm） TOC≥2% 黏土矿物含量大于或等于50% 高有机质层状长英质页岩(A8) TOC≥2% 长英质矿物含量大于或等于50% 高有机质层状混合质页岩(A9) TOC≥2% 长英质矿物、黏土矿物、碳酸盐含量均小于50% 中有机质层状长英质页岩(A10) 1%≤TOC＜2% 长英质矿物含量大于或等于50%

表 1 松辽盆地北部青山口组页岩油页岩型岩相划分标准表 Table 1 Classification standard for shale type lithofacies of Qingshankou Formation shale oil in the northern Songliao Basin

采用上述分类标准，以5号试验区的Q₁—Q₄小层为例，基于细分层序格架，结合研究区沉积古地貌精细恢复及钻井揭示情况，对页岩岩相进行精细划分。按照单井的岩相划分标准，GY20井、GY21井和GY40井的Q₁—Q₄小层为高有机质纹层状混合质页岩相（A2），GU535井和G101-X162井的Q₁—Q₄小层为高有机质纹层状黏土质页岩相（A1）。依据层序特征及古地貌分析等结果对该区Q₁—Q₄小层岩相进行了划分（图 9）。

图 9

图 9 古龙页岩油5号试验区Q1—Q4小层岩相与地层厚度分布图 Fig. 9 Lithofacies of Q1—Q4 thin layers and stratigraphic thickness in No. 5 test zone of Gulong shale oil

总体上，研究区的湖相页岩型地层受古地貌控制横向具有东西分带、洼隆相间、非均质性较强的特征。GU535和G101-X162井区高有机质纹层状黏土质页岩相（A1）主要对应地层厚度为110~120m的沉积区域，整体受近南北走向断层控制，呈条带状分布；GY20井、GY21井和GY40井区为高有机质纹层状混合质页岩相（A2）对应构造过渡区，大面积分布，地层厚度为100~110m；高有机质纹层状长英质页岩相（A3）受古沉积地貌的局部高部位控制，主要对应地层厚度为82~100m沉积区域。

以5号试验区GY20井区应用为例，该区构造为由两条大断裂夹持的地垒，甜点区面积为31km²。在精细建立的层序格架基础上，通过页岩岩相特征及甜点参数预测，该区有机质丰度高、热演化程度高，岩性以层状、纹层状页岩为主，是优势储集岩性。Q₅小层顶部和Q₉小层底部均发育明显的薄层白云岩和介壳灰岩脆性隔层，应力差较大，易破裂形成复杂缝网，有隔层发育带。优选Q₂、Q₅、Q₆、Q₈和Q₉小层的最优靶层共优化部署水平井11口，平均单井水平段长度为2406m，其中，Q₂小层部署1口井，Q₅和Q₈小层各部署3口井，Q₆和Q₉小层各部署2口井（图 10）。

图 10

图 10 古龙页岩油5号试验区Q5小层构造与井轨迹叠合图 Fig. 10 Superposition of Q5 thin layer structure and well trajectory in No. 5 test zone of Gulong shale oil

钻后评价表明，古龙页岩油各类甜点参数的预测符合率平均值均超过80%，满足了水平井布井的甜点平面选区、纵向选层的需求。以GY20-Q5-H2井脆性预测为例，该井水平段脆性值与地震预测结果统计表明，符合率为82.5%（图 11）。GY20井区实施的11口井中，完成压裂、投产9口井，全部见油。目前放喷8口井，平均日产油100.6t、日产气4.5×10⁴m³，累计产油13647.08t、累计产气584.4×10⁴m³。该试验区产能见到了较好的效果，表明该技术在古龙页岩油勘探开发应用中具有很好的推广应用价值。

图 11

图 11 古龙页岩油5号试验区GY20-Q5-H2井脆性预测剖面图 Fig. 11 Brittleness prediction section of Well GY20-Q5-H2 in No. 5 test zone of Gulong shale oil

（1）针对松辽盆地古龙地区青山口组湖相沉积地层，建立了地震波形驱动的层序地层格架构建技术，具有对比简单、快速，对井资料依赖性低的特点。同时，也适用于其他类似沉积条件的地层。

（2）该技术在古龙页岩油5号试验区进行应用，将青山口组页岩层系划分为9个小层，基于建立的精细地层层序格架，分析了各小层的层序特征，明确了古龙页岩油的TOC、S₁等属性的演化特征和横向非均质性。

（3）通过TOC、沉积构造、矿物成分等4个评价参数，建立了古龙页岩油页岩型岩相划分标准，结合沉积古地貌特征，分析了页岩岩相平面特征，为优化页岩油甜点评价和工程技术实施奠定地质研究基础。

（4）通过层序地层特征及页岩岩相研究，结合页岩油甜点参数预测成果，在5号试验区优化部署11口水平井，取得平均日产油100t以上的好效果，推动了大庆古龙页岩油规模效益开发。