史長(zhǎng)林 （中海油能源發(fā)展股份有限公司鉆采工程研究院，天津300452）

紀(jì)友亮 （中國(guó)石油大學(xué) （北京），北京102249）

劉靈童，姚為英 （中海油能源發(fā)展股份有限公司鉆采工程研究院，天津300452）

異旋回 （構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、沉積物供給速率變化、氣候周期性變化和與之相關(guān)的湖平面變化或基準(zhǔn)面變化等）控制下的低頻高級(jí)次基準(zhǔn)面旋回層序劃分和對(duì)比，已經(jīng)成功地應(yīng)用于油氣勘探階段的地層劃分和對(duì)比，但在油氣開(kāi)發(fā)階段小層和單層的劃分和對(duì)比還存在很多問(wèn)題，最主要體現(xiàn)在異旋回控制的地層對(duì)比精度不能滿足油氣開(kāi)發(fā)階段的要求。高精度層序地層 （短期和超短期基準(zhǔn)面旋回地層，或五、六級(jí)層序）的劃分和對(duì)比，能夠滿足單層或小層級(jí)別的地層劃分與對(duì)比，但高精度層序結(jié)構(gòu)和分布模式受自旋回控制作用比較明顯。因此，要將層序地層學(xué)應(yīng)用于油氣田開(kāi)發(fā)階段，有效地指導(dǎo)小層和單層劃分與對(duì)比，還要研究自旋回對(duì)高精度層序結(jié)構(gòu)和分布模式控制作用[1～3]。

1 自旋回及自旋回作用形式

1.1 自旋回概念

Beerbower[4]于1964年提出了自旋回 （Autocyclicity）的概念，指出自旋回是指沉積體系在外部條件 （構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、物源供給和氣候變化）不變的情況下，沉積體系為達(dá)到自身能量平衡，發(fā)生周期性的沉積和侵蝕作用，包括河道遷移、河道分流和砂壩遷移。Miall[5]認(rèn)為這種自成因地層不會(huì)嚴(yán)格按照旋回發(fā)生，因此將 “Autocyclic”改為 “Autogenic”，并認(rèn)為最常見(jiàn)的自成因地層是決口沉積和河道遷移。之后，有多位學(xué)者[6～10]將這種自成因地層定義為沉積體系內(nèi)地層對(duì)構(gòu)造升降、物源供給變化、氣候變化等地質(zhì)作用穩(wěn)定變化的響應(yīng)。

該次研究中自旋回概念是指，在異旋回作用 （構(gòu)造升降、物源供給變化、氣候變化和由此引起的基準(zhǔn)面或湖平面升降變化）的同時(shí)，沉積體系按照自身搬運(yùn)、沉積介質(zhì)特征、地形坡度、圍巖特征、植被發(fā)育等條件發(fā)生沉積、路過(guò)或侵蝕作用而形成的沉積旋回，自旋回作用在基準(zhǔn)面升降變化期或穩(wěn)定期都會(huì)發(fā)生。

1.2 自旋回作用形式

自旋回作用范圍由沉積體系的沉積作用決定，常局限于沉積體系的某一個(gè)微相或亞相，自旋回形成的沉積地層橫向上連續(xù)性較差，縱向上持續(xù)時(shí)限較短。典型的自旋回沉積作用包括：曲流河邊灘側(cè)向加積、決口扇前積或退積，辮狀河心灘壩加積、前積，扇三角洲和三角洲朵體前積、側(cè)向遷移，火山沉積和泥石流沉積等。自旋回的侵蝕作用包括：曲流河側(cè)向侵蝕、辮狀河改道侵蝕、扇三角洲和三角洲水道的側(cè)向侵蝕以及泥石流的侵蝕作用[11]。

自旋回是相對(duì)異旋回而言，自旋回控制的地層單元是超短期基準(zhǔn)面旋回形成的地層，一個(gè)超短期旋回結(jié)構(gòu)不反映短期基準(zhǔn)面升降變化，多個(gè)超短期旋回層序疊加反映短期基準(zhǔn)面的變化，自旋回成因地層是由搬運(yùn)、沉積介質(zhì)性質(zhì)決定的。

2 扇三角洲沉積地層層序結(jié)構(gòu)

2.1 超短期旋回 （六級(jí)）層序結(jié)構(gòu)和沉積序列

超短期旋回層序與Vail的Ⅵ級(jí)層序相當(dāng)，對(duì)應(yīng)的油田開(kāi)發(fā)單元是單層，是應(yīng)用巖心、錄井、測(cè)井曲線等實(shí)際資料所能識(shí)別的最小成因地層單元，為米級(jí)至數(shù)米級(jí)，時(shí)間跨度為0.02～0.05Ma，往往由單一巖性或具成因聯(lián)系的若干巖性韻律層組成[12]。

在基準(zhǔn)面旋回或湖平面升降劃分方案中，超短期旋回層序結(jié)構(gòu)屬于沉積環(huán)境和相類(lèi)型控制的自旋回，與基準(zhǔn)面變化沒(méi)有直接的聯(lián)系，只有超短期旋回的疊加樣式才能反映A/S（可容納空間/沉積物供給量）的增加或減小，從而提供基準(zhǔn)面旋回變化的重要信息。超短期旋回層序可劃分為3大類(lèi) （A、B、C）7個(gè)基本結(jié)構(gòu)類(lèi)型[13]（圖1），相同的層序結(jié)構(gòu)類(lèi)型一般具有相似的巖性組合和粒序變化特征，大多出現(xiàn)在同一沉積微相或亞相中；在同期同亞相或微相中的不同部位可出現(xiàn)不同類(lèi)型的旋回結(jié)構(gòu)[14]。此特征表明超短期旋回結(jié)構(gòu)類(lèi)型并不受基準(zhǔn)面變化的控制，而是受控于特定環(huán)境的沉積作用，也就是受自旋回作用的控制。

圖1 扇三角洲超短期旋回基本結(jié)構(gòu)類(lèi)型

2.1.1 向上 “變深”非對(duì)稱(chēng)型層序結(jié)構(gòu) （A類(lèi)）

A類(lèi)層序結(jié)構(gòu)只保存基準(zhǔn)面上升半旋回沉積記錄，下降半旋回沒(méi)有沉積或沉積后被剝蝕，形成向上“變深”的非對(duì)稱(chēng)型旋回結(jié)構(gòu)。自旋回控制作用明顯，主要表現(xiàn)為無(wú)論在基準(zhǔn)面上升期還是下降期該層序結(jié)構(gòu)都具有向上 “變深”的特征。此類(lèi)層序主要發(fā)育在扇三角洲平原、前緣亞相，其共同的特點(diǎn)為：層序頂?shù)捉缑鏋闆_刷面，僅保存上升半旋回沉積記錄，主要發(fā)育在水道區(qū)。

1）低可容納空間向上 “變深”非對(duì)稱(chēng)型層序結(jié)構(gòu) （A1型）是在A/S1的沉積條件下形成的。扇三角洲平原分流河道下切、側(cè)向遷移頻繁，造成河道砂體彼此疊置互相切割，形成由底部沖刷面和向上變細(xì)的塊狀水道砂體組合特征的A1型層序。

2）較高容納空間向上 “變深”非對(duì)稱(chēng)型層序結(jié)構(gòu) （A2型）是在A/S＞1的沉積條件下形成的。扇三角洲平原和前緣中的水上與水下分流河道下切作用較弱，形成具有底部沖刷面、塊狀砂巖、溢堤薄層粉砂巖和水道間泥巖組合特征的A2型層序。

2.1.2 向上變淺非對(duì)稱(chēng)層序結(jié)構(gòu) （B類(lèi)）

B類(lèi)層序上升半旋回則表現(xiàn)為水進(jìn)沖刷面或無(wú)沉積間斷面，僅發(fā)育基準(zhǔn)面下降半旋回沉積記錄，具有向上變淺的非對(duì)稱(chēng)型旋回結(jié)構(gòu)特征。該類(lèi)層序主要發(fā)育在扇三角洲前緣的河口壩至遠(yuǎn)砂壩沉積區(qū)，自旋回控制作用明顯，表現(xiàn)為無(wú)論在基準(zhǔn)面上升期還是下降期，該沉積區(qū)總是發(fā)育向上 “變淺”的層序結(jié)構(gòu)。

較低容納空間向上 “變淺”的層序結(jié)構(gòu) （B1型）是在A/S≤1的沉積條件下形成的，在扇三角洲前緣河口壩沉積區(qū)，物源供給量大于可容納空間增長(zhǎng)量，形成具有水進(jìn)沖刷面和向上變粗層狀砂巖組合特征的B1型層序。

高可容納空間向上 “變淺”的層序結(jié)構(gòu) （B2型）是在A/S＞1的沉積條件下形成的，在扇三角洲前緣遠(yuǎn)砂壩到前扇三角洲沉積區(qū)，沉積物供給量小于可容納空間增長(zhǎng)量，形成具有沉積間斷面、泥砂巖互層和薄層砂巖組合特征的B2型層序。

2.1.3 向上變深復(fù)變淺的對(duì)稱(chēng)型 （C類(lèi)）

此類(lèi)層序結(jié)構(gòu)形成于A/S≥1的高可容納空間沉積條件下，層序沉積記錄發(fā)育和保存比較完整，同時(shí)保存了基準(zhǔn)面上升和下降半旋回沉積記錄，其巖性韻律變化具有向上由粗變細(xì)又變粗復(fù)合韻律特征。依據(jù)洪泛面上下的巖性特征、沉積序列和沉積厚度差異，可將C類(lèi)層序結(jié)構(gòu)細(xì)分為3種亞型：上升半旋回為主的對(duì)稱(chēng)型 （C1型）、近完全對(duì)稱(chēng)型 （C2型）和下降半旋為主的對(duì)稱(chēng)型 （C3型）。

1）C1型層序基準(zhǔn)面上升半旋回沉積厚度大于下降半旋回沉積厚度，自下而上依次發(fā)育底沖刷面、水道砂巖、溢堤砂巖、水道間泥巖和溢堤砂巖，常見(jiàn)于水道與水道間交替沉積區(qū)。

2）C2型層序基準(zhǔn)面上升半旋回沉積厚度與基準(zhǔn)面下降半旋回沉積厚度基本相等，自下而上發(fā)育沖刷面、水道砂巖、溢堤砂巖、水道間泥巖、溢堤砂巖和河口壩砂巖，常見(jiàn)于水道與河口壩交替沉積區(qū)。

3）C3型層序基準(zhǔn)面上升半旋回沉積厚度小于下降半旋回沉積厚度，自下而上發(fā)育溢岸砂巖、水道間泥巖和水道砂巖，常見(jiàn)于水道與水道間交替沉積區(qū)。

2.2 短期旋回 （五級(jí)）層序結(jié)構(gòu)和沉積序列

短期旋回層序與Vail[12]的五級(jí)層序相當(dāng)，厚度為數(shù)米至數(shù)十米級(jí)，時(shí)限跨度為0.05～0.1Ma，一般由幾個(gè)超短期旋回層序疊加而成。在沉積序列上，短期旋回是由若干個(gè)微相疊加組成的相組合，能夠反映基準(zhǔn)面升降和指示沉積相域的遷移方向。短期旋回層序的結(jié)構(gòu)類(lèi)型和分布規(guī)律與超短期旋回層序基本一致 （圖1）。

3 扇三角洲沉積地層對(duì)比模式

3.1 扇三角洲順物源方向地層不等厚斜對(duì)模式

扇三角洲沉積地層對(duì)比難度較大，前人提出不同地層對(duì)比的方法，常見(jiàn)的有切片法、等高程法、標(biāo)志層法和高分辨率層序地層學(xué)對(duì)比法[15～18]。無(wú)論哪種方法，對(duì)比模式往往決定對(duì)比結(jié)果的正確性。扇三角洲超短期旋回 （單層級(jí)別）地層存在前積現(xiàn)象，圖2露頭中A、B、C地層依次前積，地層厚度1～4m，相當(dāng)于油田開(kāi)發(fā)的單層的厚度級(jí)別。測(cè)井解釋的地層厚度也可以看出單層級(jí)別地層前積現(xiàn)象，如圖3，小層Ⅳ24－2、Ⅳ24－1依次前積。

根據(jù)地層厚度變化趨勢(shì)，結(jié)合扇三角洲前積特征、層序結(jié)構(gòu)以及自旋回－異旋回對(duì)地層結(jié)構(gòu)的影響，建立超短期旋回 （六級(jí)）層序地層對(duì)比模式 （見(jiàn)圖4）。當(dāng)基準(zhǔn)面或湖平面上升時(shí)，物源不斷向盆地邊緣退積，沉積相域也向盆地邊緣遷移，地層呈退積現(xiàn)象，短期基準(zhǔn)面上升半旋回地層依次退積 （圖4），沉積相域依次遷移，前扇三角洲亞相覆蓋在前緣亞相之上，扇三角洲前緣亞相覆蓋在平原亞相之上。當(dāng)基準(zhǔn)面或湖平面下降時(shí)，物源持續(xù)向湖盆中心推進(jìn)，沉積相域也向湖盆中心遷移，地層前積現(xiàn)象明顯 （圖4）。當(dāng)基準(zhǔn)面或湖平面基本不變時(shí)，小層級(jí)別的沉積仍然是前積，區(qū)別在于前積程度，基準(zhǔn)面下降時(shí)前積程度更為明顯。

圖2 灤平扇三角洲超短期旋回 （單層級(jí)別）層序前積

圖3 黃驊坳陷柳贊油田扇三角洲超短期旋回對(duì)比結(jié)果

圖4 扇三角洲超短期和短期旋回地層對(duì)比模式 （基準(zhǔn)面上升到下降）

超短期旋回層序結(jié)構(gòu)受自旋回作用控制，在扇三角洲平原主要是水道沉積微相，發(fā)育較低可容納空間的A1型或較高可容納空間的A2型超短期旋回層序；在扇三角洲前緣水下分流河道微相，大多發(fā)育A2型超短期旋回層序；在扇三角洲平原水道到前緣河口壩沉積區(qū)，基準(zhǔn)面上升后期，較高可容納空間可能發(fā)育C1型、C2型和C3型超短期旋回層序；在扇三角洲前緣河口壩微相，多發(fā)育低可容納空間的B1型反旋回超短期旋回層序；在扇三角洲前緣遠(yuǎn)砂壩或席狀砂微相，可發(fā)育高可容納空間的B2型超短期旋回層序。從盆地邊緣向湖盆方向，超短期旋回層序結(jié)構(gòu)分布規(guī)律一般是：A1型 （A2型）→C1型→C2型 （C3型）→B1型 （B2型）→沉積間斷面，基準(zhǔn)面上升早期可容納空間較小，可發(fā)育A1型、B1型層序，基準(zhǔn)面上升中后期可容納空間較大時(shí)，主要是A2型、B2型層序 （圖4）。短期旋回層序結(jié)構(gòu)分布規(guī)律與此類(lèi)似。

3.2 扇三角洲切物源方向地層對(duì)比模式

3.2.1 等高程地層對(duì)比模式

扇三角洲平原亞相主要是河流單向水流，以強(qiáng)烈的沖刷充填方式形成不穩(wěn)定的條帶狀河道砂體，其剖面為復(fù)雜多樣的透鏡狀砂體。依據(jù)河道砂體疊置形式，可以簡(jiǎn)單地分為大面積疊置、小面積疊置、交錯(cuò)疊置、層狀疊置和孤立型，根據(jù)河道下切充填程度，采用河流相的等高程同期地層對(duì)比模式或等高程非同期地層對(duì)比模式[15，18]。

3.2.2 地層平對(duì)模式

扇三角洲前緣亞相是河流與湖泊共同作用下的產(chǎn)物，砂體主要分布在水下分流河道、河口壩和席狀砂微相，所以分別按照河流沉積環(huán)境的對(duì)比模式、河口壩和席狀砂沉積環(huán)境的對(duì)比模式進(jìn)行對(duì)比。

河口壩的剖面具有典型的向上逐漸變粗反韻律特征，該特征是由河口壩自旋回作用決定的。河口壩的形成是河流分叉，水動(dòng)力變?nèi)?，水流攜帶的沉積物不斷沉積，同時(shí)水流沖刷沉積物不斷前積，河口壩不斷增長(zhǎng)，前積作用使得較粗的沉積物覆蓋在較細(xì)的沉積物之上，形成反韻律特征。河口壩與水道疊置主要有兩種情況，也就有兩種對(duì)比模式。

1）等厚地層平對(duì)模式 當(dāng)可容納空間較大時(shí)，河口壩與水道同期沉積，河道側(cè)向遷移和下切幅度較小，即 “河在壩中游”，這種情況一般采用等厚平對(duì)模式 （圖5）。

圖5 黃驊坳陷柳贊油田扇三角洲前緣河口壩超短期旋回比結(jié)果

席狀砂發(fā)育在扇三角洲前緣外側(cè)，主要是在湖浪選積作用下形成穩(wěn)定席狀砂，沉積韻律不明顯，在側(cè)向上厚度均勻漸變，廣泛分布，在縱向上層層疊置，單元間少見(jiàn)明顯的切割和沖刷現(xiàn)象，所以采用等厚地層平對(duì)模式。

2）不等厚地層平對(duì)模式 當(dāng)可容納空間較小時(shí)，水道下切或側(cè)向遷移侵蝕先期沉積壩體，即 “河在壩上走”，此時(shí)一般采用不等厚地層平對(duì)模式 （圖6）。

4 結(jié) 論

4.1 自旋回影響的扇三角洲相高精度層序結(jié)構(gòu)和分布模式

圖6 黃驊坳陷柳贊油田扇三角洲前緣河口壩超短期旋回對(duì)比結(jié)果

自旋回作用對(duì)超短期旋回層序結(jié)構(gòu)影響較大，扇三角洲不同沉積亞相、微相發(fā)育超短期旋回層序結(jié)構(gòu)也有所差異，其主要超短期旋回結(jié)構(gòu)有：A1型、A2型、B1型、B2型、C1型、C2型和C3型，其順物源方向上的變化規(guī)律是由A1型 （A2型）→C1型→C2型 （C3型）→B1型 （B2型）沉積間斷面。

4.2 扇三角洲相高精度層序地層對(duì)比模式

扇三角洲順物源方向高精度層序地層采用不等厚斜對(duì)模式；扇三角洲切物源方向的地層對(duì)比根據(jù)不同沉積亞相和微相沉積特征采用不同的地層對(duì)比模式，在扇三角洲平原水道發(fā)育區(qū)采用等高程 （同期或不同期）地層對(duì)比模式，在扇三角洲前緣水下分流河道、河口壩、席狀砂沉積區(qū)采用地層 （等厚或不等厚）平對(duì)模式。

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