趙紅娟,張金亮,2

(1.中國海洋大學海洋地球科學學院,山東青島266100;2.北京師范大學資源學院,北京100875)

高分辨率層序地層學的概念最早由美國科羅拉多礦業(yè)學院的T.A.Cross教授[1-2]為代表提出,1995年由鄧宏文教授[3]引進到我國。該理論將層序地層學與沉積學理論和分析方法緊密結(jié)合起來,以其全新的概念、技術(shù)方法及高精度、可預測性和顯著的實際應用效果,在我國許多陸相盆地的油氣勘探與開發(fā)研究中得到了廣泛的應用[4]。

高分辨率層序地層分析以露頭剖面、鉆井巖心、測井和高分辨率地震反射剖面為主要研究對象,以多級次的基準面旋回為參照面,運用精細層序地層劃分和對比技術(shù),建立區(qū)域、油田乃至油藏級高精度等時地層對比格架,在成因地層格架內(nèi)對地層,包括生油層、儲層和隔層進行評價和預測的一項理論和技術(shù)[3-5]。它所突出的“高分辨率”的實質(zhì)是指對不同級次地層基準面旋回進行劃分和等時對比的高精度時間分辨率,即高分辨率的時間-地層單元劃分,其關(guān)鍵是在地層記錄中識別代表不同級次基準面旋回的不同級次地層旋回,進而進行高分辨率的等時地層對比,探討等時地層格架內(nèi)的地層分布樣式,提高所對比地層的等時性精度和儲層預測的準確性[6-8]。

1 地質(zhì)背景

高郵凹陷位于蘇北盆地南部東臺坳陷中部,南以大斷層與通揚隆起相鄰,北接柘垛低凸起與建湖隆起相連,東起白駒凹陷,東南靠吳堡低凸起與溱潼凹陷相連,西接菱塘橋低凸起與金湖凹陷相隔。高郵凹陷是在晚白堊世儀征運動和喜馬拉雅期吳堡運動作用下,由于斷塊差異升降作用而形成的1個近北東向的不對稱斷陷盆地,具有南斷北超、南陡北緩的箕狀特征,構(gòu)造單元由南向北依次劃分為南部斷階帶、中部深凹帶和北部斜坡帶三部分[9-10]。沙埝油田沙7塊位于高郵市沙埝鎮(zhèn)北,區(qū)域構(gòu)造位置處于高郵凹陷北斜坡中部寬緩的破碎斷鼻構(gòu)造帶上,是由1條北傾反向正斷層側(cè)向遮擋而形成的斷塊圈閉,主控斷層走向為近東西向,為一北傾反向弧形正斷層(見圖1)。主要含油層系為古近系阜寧組阜三段,以發(fā)育三角洲前緣亞相沉積為主,水下分流河道和河口砂壩砂體構(gòu)成了油區(qū)內(nèi)的主要儲集體。本次研究主要利用巖心、錄井和測井資料,在單井中劃分出不同級次的基準面旋回,并進行多井對比,最終建立了沙7塊阜三段高分辨率層序地層對比格架,從而為油田開發(fā)后期的綜合調(diào)整奠定基礎(chǔ)。

2 層序地層劃分

高分辨率層序地層學研究從層序的劃分入手,總結(jié)出各層序地層單元及其界面在露頭、巖心、測井和地震資料中的判識標志,在細分各階段基準面旋回基礎(chǔ)上,逐步進行研究,從而建立全區(qū)的高分辨率層序地層格架,進而達到更有效的預測儲層分布的目的。通過對沙7塊取心井巖心的詳細觀察和描述,以及對錄井、測井資料的分析,在阜三段地層中識別出2個級次的基準面旋回層序,即Ⅴ級短期旋回層序和Ⅳ級中期旋回層序。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置及井位圖Fig.1 Sketch map showing the structural location of the study area and wells

2.1 短期基準面旋回層序(SSC)

短期基準面旋回層序是劃分高分辨率層序地層的成因地層單元,亦是進行層序分析和建立高精度時間-地層格架的基礎(chǔ)[11]。該級別的層序相當于經(jīng)典層序地層學理論中的準層序,是以小規(guī)模韻律性湖進面或侵蝕沖刷面及與其可對比的整合面為邊界,由彼此間具成因聯(lián)系的若干單一巖性層或多個巖性韻律層疊加組合而成[12]。由于巖心剖面具有很高的分辨率,通常是高級次基準面旋回識別的基礎(chǔ)。一般來說,短期旋回層序主要發(fā)育3種基本類型:向上“變深”的非對稱型短期旋回層序(A型)、向上“變淺”的非對稱型短期旋回層序(B型)和對稱型短期旋回層序(C型),研究區(qū)以后兩種類型為主,其中以向上“變淺”的非對稱型短期層序最為常見。

2.1.1 向上“變淺”的非對稱型短期旋回層序 研究區(qū)以該類型層序最為常見,主要發(fā)育于三角洲前緣河口砂壩沉積區(qū),主要形成于距物源供給區(qū)相對較遠但供給量逐漸增大,A/S>1向<1遞減的條件下,以僅保存基準面下降半旋回的沉積記錄為特征,上升半旋回表現(xiàn)為欠補償沉積的饑餓面或無沉積作用的間斷面。巖性上由組合較單一的泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖及少量細砂巖組成,以向上發(fā)育變粗的沉積序列來顯示向上“變淺”的下降半旋回結(jié)構(gòu)。在測井曲線上,其特征與巖性變化特征一致,表現(xiàn)為自然伽馬值由高降低,大致呈漏斗型,反映泥巖減少的基準面下降旋回,顯示了伴隨基準面下降和可容納空間減小,由加積向進積轉(zhuǎn)化的地層響應過程(見圖2)。

2.1.2 對稱型短期旋回層序 該類型層序在研究區(qū)三角洲前緣分流河道及河口砂壩交替作用的河口及其相鄰兩側(cè)尤為多見,主要形成于高可容納空間背景條件下,成因與基準面上升幅度較大而下降幅度較小,以及沉積速率始終處在小于可容納空間增長率,即A/S>1的狀態(tài)有關(guān)。其對基準面上升和下降2個半旋回都保留有較完整的沉積記錄,底、頂一般以整合界面為主,偶為弱沖刷面,形成沉積物由粗變細復變粗的對稱型沉積序列。在電性上,巖性組合和測井曲線都表現(xiàn)出一定的相似性和近似的砂、泥巖比值變化趨勢,以湖泛面為對稱軸,將層序分隔為上升與下降2個半旋回,以及具備二分時間單元分界線為顯著特征。以沙7井取心為例,在巖心上可見明顯的沖刷現(xiàn)象,上面含有大量的灰綠色泥礫,且定向排列,為分流河道底部的沖刷侵蝕面,侵蝕面一般處于砂巖的底部,從砂巖與下伏地層的突變接觸關(guān)系來判斷它的存在,電性上位于箱狀自然電位曲線的底部;而湖泛面則以湖相泥巖的出現(xiàn)為標志,自然電位曲線較平直(見圖3)。

圖2 沙7-3井向上“變淺”的非對稱型短期旋回層序特征Fig.2 Characteristics of the upward-shallowing asymmetrical short-term base-level cycle sequence in Well Sha 7-3

圖3 沙7井對稱型短期旋回層序特征Fig.3 Characteristics of the symmetrical short-term base-level cycle sequence in Well Sha7

2.2 中期基準面旋回層序(M SC)

Ⅵ級中期旋回層序成因上屬于Ⅲ級長期旋回層序中的次一級湖進-湖退旋回產(chǎn)物[6],發(fā)育于區(qū)域性湖進或湖退過程中,大多數(shù)具有較完整的旋回結(jié)構(gòu)。中期基準面旋回的識別是在短期基準面旋回識別的基礎(chǔ)上完成的,通過對短期基準面旋回進行組合,形成不同的地層疊加樣式,確定不同疊加樣式的頂、底界面,作為中期旋回轉(zhuǎn)換面的位置[13]。1個較完整的中期基準面旋回層序由數(shù)個短期旋回層序按一定的方式疊置組成。短期旋回的疊加樣式是在中期基準面旋回下降或上升的過程中,在大致相似的背景下形成的一套成因上有聯(lián)系的巖石組合,這些疊加樣式或巖石組合常具有鮮明的測井響應[14]。

測井曲線分析是通過短期旋回的疊加樣式分析識別較長期基準面旋回的最好手段[5]。由于短期旋回疊加樣式的不同,相應就會有不同的測井響應,通過對沙7塊測井曲線縱向演化特征的分析,在阜三段中可識別出進積型、退積型和加積型三種類型的短期旋回疊加樣式(見圖4),而垂向沉積層序也反映了地貌要素的變化,與基準面的升降密切相關(guān)。進積型疊加樣式形成于較長期基準面旋回下降時期,此時A/S值<1,各短期旋回自下而上厚度減小,砂泥含量比值增大,表現(xiàn)出可容納空間減小的特征,反映了地貌要素的向湖遷移;退積型疊加樣式形成于較長期基準面旋回上升時期,此時A/S值>1,各短期旋回厚度向上逐漸增大,砂泥含量比值減小,表現(xiàn)出可容納空間增大,物源供給相對減少的特征,反映了地貌要素的向陸推進;加積型疊加樣式則出現(xiàn)在較長期基準面旋回上升到下降或下降到上升的轉(zhuǎn)換時期,此時A/S值=1,相鄰短期旋回厚度和砂泥含量比值基本不變,形成時可容納空間變化不大,地貌要素不發(fā)生橫向遷移。

圖4 沙7-3井阜三段高分辨率層序地層劃分Fig.4 High-resolution sequence stratigraphic classification in the Third Member of Funing Formation in WellSha 7-3

2.3 阜三段層序地層劃分

在對沙7塊阜三段各短期旋回層序的結(jié)構(gòu)和疊加樣式分析的基礎(chǔ)上,并結(jié)合沉積層序的演化特征,將其劃分為3個中期基準面旋回層序,自下而上依次命名為M SC1、M SC2、M SC3,并依次將阜三段劃分為3個亞段:三亞段、二亞段、一亞段。其中,M SC1相當于三亞段,為1個基準面下降半旋回,由5個短期基準面下降半旋回組成;M SC2相當于二亞段,是1個由基準面上升半旋回與下降半旋回組成的完整的中期旋回層序,最大可容納空間為暗色泥巖,包括2個完整的短期基準面旋回和5個短期基準面下降半旋回;MSC3相當于一亞段,為1個基準面上升半旋回,由5個短期基準面旋回組成,其中包括1個完整的短期旋回、3個基準面下降半旋回和1個基準面上升半旋回(見圖4)。

3 地層對比格架的建立

層序地層劃分的最終目的是在進行高分辨率地層對比,建立層序地層格架,從而可以進一步分析層序地層的發(fā)育特征和演化規(guī)律,為研究砂體的展布和油氣分布奠定基礎(chǔ)。在成因?qū)有虻膶Ρ戎?基準面旋回的轉(zhuǎn)換點,即基準面由下降到上升或由上升到下降的轉(zhuǎn)變位置,可作為時間地層對比的優(yōu)選位置[7,15]。本次研究在單井各級次基準面旋回層序劃分的基礎(chǔ)上,依據(jù)層序地層對比的基本原則和各級次層序的基本特征,選取中期旋回層序為等時地層格架,短期旋回層序為時間-地層對比單元,精選具有代表意義的典型井繪制了平行物源和垂直物源的層序?qū)Ρ绕拭?對研究區(qū)進行了多級次基準面旋回層序的等時地層對比,最終建立了沙7塊阜三段高分辨率層序地層對比格架(見圖5,圖6)。

圖5 沙7塊阜三段高分辨率層序地層對比格架(自北向南)Fig.5 High-resolution sequence stratigraphic correlation framework in the Third Member of Funing Formation,Sha7 Block(N-S)

同一層序在不同地理位置,由于可容納空間大小的不同,導致保存下來的地層記錄特征也不同,這是沉積物體積分配的結(jié)果,也是基準面上升與下降的反映[16]。研究區(qū)物源主要來自北部的柘垛低凸起,在建立的南北向和東西向?qū)有虻貙痈窦苤?由于各井所處地理位置的不同,不同井之間的旋回層序厚度在橫向和縱向上均有差異。橫向上,盆地的沉降速率是一致的,在平行物源方向(即向湖盆方向),沉積物的沉積速率逐漸減小,但總體隨著可容納空間增加,A/S比值是逐漸增大的,沉積物更多地被保存下來,因此M SC1～M SC3及其各自包含短期旋回時期,相應沉積的地層厚度自北向南大致是逐漸變厚的,但由于研究區(qū)完全鉆穿整個阜三段3個亞段地層的井較少,大多數(shù)井只鉆遇到阜三段二亞段部分地層,三亞段地層未鉆遇,故在圖5中僅看到M SC2部分上升半旋回、下降半旋回和M SC3時期沉積地層厚度的變化;而在垂直物源方向上,由于A/S比值變化是相一致的,故M SC1～M SC3及其各自包含短期旋回時期,相應沉積的地層厚度自西向東整體變化較小(圖6中沙7-6井僅鉆遇到阜三段二亞段部分地層,三亞段地層未鉆遇)。

縱向上,M SC1旋回時期,隨著基準面的逐漸下降,A/S比值逐漸減小,物源供應逐漸增加,沉積相由淺湖逐漸變?yōu)槿侵耷熬壋练e,自下而上組成向上變淺、變粗的反韻律沉積。到M SC2旋回初期,基準面開始上升,A/S比值逐漸增大,底部為具沖刷面的分流河道砂體,巖性組成向上變細的正韻律;隨著A/S比值的繼續(xù)增大,物源供給相對減少,直至最大可容納空間的出現(xiàn),沉積了大段暗色泥巖;之后基準面又開始下降,A/S比值逐漸減小,巖性組成向上變粗的反韻律。到M SC3旋回時期,基準面開始上升,A/S比值又逐漸增大,垂向上組成退積的地層疊加樣式。

4 結(jié)論

(1)本文對沙埝油田沙7塊阜三段進行了高分辨率層序地層研究,識別出Ⅴ級短期和Ⅳ級中期兩個級次的基準面旋回層序,其中,短期旋回層序以向上“變淺”的非對稱型短期旋回層序(B型)和對稱型短期旋回層序(C型)兩種基本結(jié)構(gòu)類型為主。

(2)在各級次基準面旋回層序識別的基礎(chǔ)上,將沙埝油田沙7塊阜三段劃分為3個中期旋回層序(自下而上依次命名為M SC1～M SC3)、17個短期旋回層序。

(3)在層序地層劃分的基礎(chǔ)上,應用旋回等時對比技術(shù),選取中期旋回層序為等時地層格架,短期旋回層序為時間-地層對比單元進行了精細地層對比,建立了沙埝油田沙7塊阜三段高分辨率層序地層對比格架。

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