趙永剛+王東旭+馮強(qiáng)漢+張棟梁+王少飛+馮永玖+付曉燕+南喜祥

摘 要：目前已在較廣的學(xué)科范圍及其領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用到古地貌研究成果，古地貌恢復(fù)更是與油氣田勘探開(kāi)發(fā)關(guān)系密切。隨著石油工業(yè)的快速發(fā)展，油氣田古地貌恢復(fù)方法的研究有了比較明顯的進(jìn)展。通過(guò)分析近些年興起的代表性古地貌恢復(fù)方法，總結(jié)中國(guó)油氣田古地貌恢復(fù)方法研究的主要進(jìn)展。①古地貌恢復(fù)方法的理論基礎(chǔ)多元化：分析古構(gòu)造、古水系、古流向和沉積相等的綜合性研究是沉積學(xué)古地貌恢復(fù)法的關(guān)鍵所在；將基準(zhǔn)面和最大洪泛面結(jié)合進(jìn)行基準(zhǔn)面旋回對(duì)比來(lái)反映沉積前古地貌形態(tài)，是高分辨率層序地層學(xué)古地貌恢復(fù)法的核心思路；依據(jù)三級(jí)地貌概念模式指導(dǎo)微地貌精細(xì)刻畫(huà)，是井區(qū)尺度巖溶微地貌恢復(fù)法的主要優(yōu)勢(shì)；碳酸鹽巖沉積期微地貌恢復(fù)法的主要原則是尋找等時(shí)地質(zhì)體，確定臺(tái)地淺灘的暴露時(shí)間，利用顆粒巖的厚度對(duì)暴露淺灘的微地貌進(jìn)行有效恢復(fù)。②古地貌恢復(fù)方法的實(shí)用性越來(lái)越強(qiáng)：鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地、塔里木盆地和四川盆地的油氣田實(shí)例說(shuō)明，雖然在采用這些古地貌恢復(fù)方法時(shí)，定量研究的手段均有待加強(qiáng)，但仍然為油氣田儲(chǔ)層預(yù)測(cè)和油氣富集有利區(qū)優(yōu)選提供了重要支撐，其應(yīng)用前景廣闊。③古地貌恢復(fù)方法之間優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，趨于綜合研究：沉積學(xué)古地貌恢復(fù)法目前應(yīng)用比較成熟；高分辨率層序地層學(xué)古地貌恢復(fù)法的研究工作處于起步階段；井區(qū)尺度巖溶微地貌恢復(fù)法適合于潮坪為主的碳酸鹽巖臺(tái)地；碳酸鹽巖沉積期微地貌恢復(fù)法適用于灘體發(fā)育的碳酸鹽巖臺(tái)地。不同方法的綜合研究是油氣田古地貌恢復(fù)方法發(fā)展的必然趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：古地貌；恢復(fù)方法；沉積學(xué)；高分辨率層序地層學(xué)；井區(qū)尺度；沉積期；油氣田

中圖分類號(hào)：P931；P531 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Abstract： At present， the paleogeomorphology has been widely used in many subjects and their application fields. Paleogeomorphologic reconstruction has close relations with exploration and development of oil and gas fields. With the rapid development of petroleum industry， the study on palaeomorphologic reconstruction methods has relatively obvious progresses in oil and gas fields. These representative new palaeomorphologic reconstruction methods in recent years were analyzed， and the main research progresses in oil and gas fields of China were summarized. ①The theoretical basis of palaeomorphologic reconstruction methods is diversified. Firstly， the key of sedimentology paleogeomorphic reconstruction method is the comprehensive study on paleostructure， paleo-drainage-system， paleocurrent direction， sedimentary facies， etc.； secondly， the core thought of high resolution sequence stratigraphy reconstruction method is to reflect the palaeogeomorphic form of pre-depositional stage by means of base-level cycle correlation based on the combination of base-level and maximum flood flooding surface； thirdly， the karst microtopography reconstruction method of well area scale has an obvious advantage， which is that the conceptual model of three-level paleogeomorphology could guide fine characterization of microtopography； fourthly， the main principle of carbonate rock microtopography reconstruction method on the depositional stage is chosing the isochronous geologic body， confirming platform shoal exposed time and effectively reconstructing microtopography of exposed shoal by means of grainstone gross-thickness. ②The practicability of palaeomorphologic reconstruction methods is better and better. Examples of application in Ordos Basin， Bohai Bay Basin， Tarim Basin and Sichuan Basin illustrate that they can provide an important support for the reservoir prediction and favorable area optimization， while the ways of quantitative research are relatively poor. These methods still have broad application prospects in oil and gas fields. ③Complementary advantages exist among palaeomorphologic reconstruction methods， while they have a trend to comprehensive research. Sedimentary paleogeomorphic reconstruction method is one of relatively mature methods in its application field at present； the research work of high resolution sequence stratigraphy reconstruction method is yet at its beginning stage； karst microtopography reconstruction method of well area scale is well applied to the carbonate platform of tidal flat development； carbonate rock microtopography reconstruction method is appropriate for the carbonate platform with the development of beach body. The comprehensive study of different reconstruction methods is an inevitable trend for palaeomorphologic reconstruction in oil and gas fields.

Key words： palaeomorphology； reconstruction method； sedimentology； high resolution sequence stratigraphy； well area scale； depositional stage； oil and gas fields

0 引 言

地貌就是地球表面的形態(tài)。地貌學(xué)作為地球科學(xué)中介于自然地理學(xué)和地質(zhì)學(xué)間的一門邊緣科學(xué)，主要研究地表的形態(tài)、成因、分布及其發(fā)育規(guī)律[1]。古地貌恢復(fù)目前已經(jīng)成為地貌學(xué)研究的重要領(lǐng)域之一。古地貌是地史時(shí)期的地表形態(tài)，絕大多數(shù)目前已經(jīng)消失，部分殘缺不全，或埋藏于地下或出露于地表，因此，古地貌恢復(fù)難度大，研究進(jìn)展緩慢。近年來(lái)，隨著石油工業(yè)的快速發(fā)展，帶動(dòng)了石油地質(zhì)理論與技術(shù)方法的創(chuàng)新，油氣田古地貌恢復(fù)方法的研究也隨之取得了較明顯的進(jìn)展。本文立足于油氣田實(shí)例，在回顧油氣田古地貌恢復(fù)歷程及方法的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析近年來(lái)出現(xiàn)的備受關(guān)注的油氣田古地貌恢復(fù)方法，得出中國(guó)油氣田古地貌恢復(fù)方法研究的一些主要進(jìn)展。

1 油氣田古地貌恢復(fù)的歷程及方法

國(guó)外古地貌研究起步于20世紀(jì)50年代，將古地貌與油氣勘探直接聯(lián)系起來(lái)的論述首見(jiàn)于Thornpury 1954年發(fā)表的《石油勘探中地貌學(xué)的運(yùn)用》一書(shū)中[2]。該著作著重從潛伏喀斯特地形、帶狀砂和交角不整合等方面，探討了油氣聚集中不整合侵蝕面的重要作用。目前已在較廣的學(xué)科范圍及其領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用到古地貌研究成果[3-9]。中國(guó)真正重視油氣田古地貌開(kāi)始于20世紀(jì)70年代中后期，主要是將古地貌研究與油氣田勘探開(kāi)發(fā)緊密聯(lián)系起來(lái)，近些年發(fā)展迅速，涌現(xiàn)出一批代表性成果。如鄂爾多斯盆地前侏羅紀(jì)古地貌研究[2，10-18]、石炭紀(jì)古地理格局及古地貌單元研究[19]、奧陶系碳酸鹽巖氣田的發(fā)現(xiàn)及古地貌研究[20-31]，渤海灣盆地碳酸鹽巖古潛山地貌研究[32-35]、古近紀(jì)沉積期古地貌研究[36-42]，塔里木盆地塔河油田奧陶系古地貌研究[43-49]、塔河油田石炭系古地貌分析[50]、塔中地區(qū)奧陶系古地貌研究[51-55]、塔北地區(qū)奧陶紀(jì)巖溶古地貌刻畫(huà)[56-58]，四川盆地內(nèi)與區(qū)域不整合有關(guān)的古地貌恢復(fù)研究[59-67]、沉積期微古地貌恢復(fù)研究[68-69]等。從油氣田實(shí)例看，中國(guó)油氣田古地貌恢復(fù)工作的重要進(jìn)展是確定了研究工作的核心內(nèi)容是恢復(fù)古地貌形態(tài)和劃分古地貌單元，其次是分析古地貌與沉積體系、層序地層、儲(chǔ)層及油氣藏分布的關(guān)系，并將油氣富集區(qū)的有效預(yù)測(cè)與特定的古地貌單元聯(lián)系起來(lái)[12-18，28，31]，從而豐富了中國(guó)的油氣成藏模式[16]。

目前流行于國(guó)內(nèi)外的古地貌恢復(fù)方法概括起來(lái)主要有：印模法[13，17，21，56，59]、殘余厚度法[22]、填平補(bǔ)齊法[28]、層拉平法[24，40，47]、沉積學(xué)分析法[12，16]、誤差模擬法[46]、層序地層學(xué)古地貌恢復(fù)法（包括高分辨率層序地層學(xué)古地貌恢復(fù)法） [19，34，44，48，70]、回剝法[71]、井震聯(lián)合恢復(fù)法 [26-27，39，42，52]和碳酸鹽巖沉積期微地貌恢復(fù)法[68-69]等。研究人員通常是將幾種方法組合來(lái)恢復(fù)古地貌[14-16，18，25-27，29，35，46，51，53，60，63-64，72-74]。早期廣泛應(yīng)用的古地貌恢復(fù)方法都是比較傳統(tǒng)和經(jīng)典，例如殘余厚度法、印模法和填平補(bǔ)齊法等。古地貌恢復(fù)實(shí)踐中，研究人員往往重視殘余厚度和印模厚度，機(jī)械地遵循“填平補(bǔ)齊”原則，使古地貌恢復(fù)變得簡(jiǎn)單且便于操作，但也帶來(lái)了明顯問(wèn)題，即圖疊圖誤差大致使古地貌恢復(fù)的精度低，如果遇到地層剝蝕嚴(yán)重的情況，基本上束手無(wú)策。沉積學(xué)古地貌恢復(fù)法、高分辨率層序地層學(xué)古地貌恢復(fù)法、井區(qū)尺度巖溶微地貌恢復(fù)法及碳酸鹽巖沉積期微地貌恢復(fù)法是近年來(lái)興起的古地貌恢復(fù)方法。

2 古地貌恢復(fù)方法研究進(jìn)展

沉積學(xué)古地貌恢復(fù)法、高分辨率層序地層學(xué)古地貌恢復(fù)法、井區(qū)尺度巖溶微地貌恢復(fù)法及碳酸鹽巖沉積期微地貌恢復(fù)法由于基于沉積學(xué)的綜合性研究，具有等時(shí)意義的基準(zhǔn)面旋回對(duì)比，建立三級(jí)地貌概念模式及碳酸鹽巖臺(tái)地灘體遷移變化，使其在古地貌恢復(fù)中表現(xiàn)出自己的特色，并具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，從而受到廣泛關(guān)注。筆者通過(guò)分析這些主要古地貌恢復(fù)方法的理論基礎(chǔ)、應(yīng)用實(shí)例和存在問(wèn)題等，得出中國(guó)油氣田古地貌恢復(fù)方法研究的一些具體進(jìn)展。

2.1 沉積學(xué)古地貌恢復(fù)法

沉積學(xué)是研究沉積物、沉積過(guò)程、沉積巖和沉積環(huán)境的科學(xué) [75]。實(shí)踐證明，沉積環(huán)境分析基本上就是古地貌學(xué)研究的核心內(nèi)容之一[76]，但事實(shí)上，在傳統(tǒng)的古地貌恢復(fù)中，研究人員往往忽略沉積學(xué)的綜合性研究。目前，研究人員已經(jīng)意識(shí)到從沉積學(xué)入手是恢復(fù)古地貌的一個(gè)重要途徑。

2.1.1 理論基礎(chǔ)

沉積學(xué)古地貌恢復(fù)法就是利用各種基本的地質(zhì)圖件（主要包括沉積前的古地質(zhì)圖、地層厚度等值線圖、砂巖厚度等值線圖、巖相古地理圖等，這些圖件是互相補(bǔ)充、相互修正完善的），并通過(guò)開(kāi)展古構(gòu)造、古水系、古流向和沉積相等的綜合性研究，從而達(dá)到認(rèn)識(shí)沉積前古地貌形態(tài)的目的[12]。

該方法恢復(fù)古地貌的主要工作內(nèi)容包括：利用古地質(zhì)圖件，從區(qū)域上了解研究區(qū)的古地形，明確各地區(qū)的剝蝕程度，并確定其古構(gòu)造格局；在認(rèn)識(shí)該地區(qū)古構(gòu)造格局及發(fā)育特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，判斷構(gòu)造沉降區(qū)和抬升區(qū)的分布位置；認(rèn)識(shí)該地區(qū)地層發(fā)育和分布特點(diǎn)及沉積體系在時(shí)空的配置演化規(guī)律；根據(jù)該地區(qū)沉積相的研究成果恢復(fù)古環(huán)境，分析古地貌；該地區(qū)古地形特征的研究主要借助于古流向的研究及物源的綜合分析；最終確定出剝蝕區(qū)和沉積區(qū)在當(dāng)時(shí)的分布位置及大致范圍，并通過(guò)對(duì)沉積體系背景及發(fā)育狀況的了解，判別當(dāng)時(shí)該地區(qū)沉積體系的具體類型、特點(diǎn)與水動(dòng)力特征，同時(shí)對(duì)該地區(qū)地層的時(shí)空配置關(guān)系和地形總體式樣也會(huì)有比較清楚的認(rèn)識(shí)[12，77]。

2.1.2 應(yīng)用實(shí)例

該方法恢復(fù)古地貌的基本流程：利用沉積相標(biāo)志及相律大致確定古地貌類型；錄井、測(cè)井技術(shù)相結(jié)合，綜合分析古侵蝕面特征；利用古水系預(yù)測(cè)法等地質(zhì)分析方法，精細(xì)落實(shí)古地貌形態(tài)；利用三維地質(zhì)建模手段，重塑古地貌形態(tài)。

趙俊興等在恢復(fù)鄂爾多斯盆地前侏羅紀(jì)古地貌的同時(shí)，揭示了該盆地侏羅紀(jì)沉積前的古地貌特征，主要應(yīng)用了沉積學(xué)原理及其分析方法[12]。該盆地侏羅紀(jì)沉積前總體顯現(xiàn)為西高、中陷和東緩的向東及東南方向開(kāi)口的似盆狀構(gòu)造式樣的古地形地貌特征；該盆地劃分出古河道、斜坡階地區(qū)、谷地平原區(qū)、坳陷區(qū)和高地剝蝕區(qū)等地貌單元類型（圖1）。同時(shí)，通過(guò)對(duì)該盆地前侏羅紀(jì)古地貌特征與下侏羅統(tǒng)沉積相分布及侏羅系油藏分布關(guān)系的研究，趙俊興等探討了沉積前古地貌對(duì)后期油藏的具體控制作用，認(rèn)為古地貌不但控制了盆地下侏羅統(tǒng)地層、沉積相和儲(chǔ)蓋組合特征，而且也影響甚至控制了該地區(qū)侏羅系油藏的分布[12]。

朱靜等在分析區(qū)域構(gòu)造背景、沉積地層發(fā)育特點(diǎn)及沉積背景的基礎(chǔ)上，根據(jù)各層組砂巖厚度和地層厚度的變化趨勢(shì)，通過(guò)獲取關(guān)鍵性參數(shù)（如古流向、古地形高差、坡度等），參考地震剖面，利用印模法、殘余厚度法和沉積學(xué)分析法綜合恢復(fù)鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)前侏羅紀(jì)古地貌[16]。其古地貌劃分為侵蝕河谷（分為一、二、三級(jí)古河谷，其中三級(jí)古河谷不但使古地貌趨于復(fù)雜化，同時(shí)也影響著油氣的富集）、古隆起斜坡帶（有合適的圈閉條件即可富集成藏）、古階地（常與延長(zhǎng)組裂縫系統(tǒng)一起構(gòu)成石油的輸導(dǎo)體系）、河間丘（侏羅系油藏分布的重點(diǎn)地區(qū)之一）、古高地。與趙俊興等恢復(fù)古地貌的工作成果[12]相比，朱靜等不但采用沉積學(xué)分析法恢復(fù)出鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)前侏羅紀(jì)古地貌形態(tài)，而且首次做出其三維模擬還原圖，使鄂爾多斯盆地前侏羅紀(jì)古地貌恢復(fù)工作更進(jìn)一步，同時(shí)還總結(jié)出6類古地貌油藏成藏模式[16]。

2.1.3 存在問(wèn)題

沉積學(xué)古地貌恢復(fù)法的定量化手段需要進(jìn)一步加強(qiáng)，從而影響了古地貌的恢復(fù)精度；該方法能夠?qū)崿F(xiàn)相對(duì)古地貌恢復(fù)，但還做不到恢復(fù)絕對(duì)古地貌。恢復(fù)絕對(duì)古地貌時(shí)，恢復(fù)剝蝕厚度、脫壓實(shí)校正及校正古水深等問(wèn)題都屬于需要解決的難題[39]，雖然可以利用指示古水深的生物或巖礦進(jìn)行古水深校正，但是沉積學(xué)古地貌恢復(fù)法由于定量研究的手段不足等，使剝蝕厚度恢復(fù)和脫壓實(shí)校正等問(wèn)題仍不能得到很好的解決。

該方法雖然存在著上述不足與缺陷，但是它仍然是目前在油氣田應(yīng)用比較成熟的古地貌恢復(fù)方法之一。

2.2 高分辨率層序地層學(xué)古地貌恢復(fù)法

高分辨率層序地層學(xué)（High Resolution Sequence Stratigraphy）分為傳統(tǒng)高分辨率層序地層學(xué)和現(xiàn)代高分辨率層序地層學(xué)?！翱扇菁{空間”、“相對(duì)海平面變化”、“強(qiáng)制性海退”等概念的提出，標(biāo)志著傳統(tǒng)高分辨率層序地層學(xué)的形成，層序和體系域劃分精度的提高也緣于這些研究成果。但是，傳統(tǒng)高分辨率層序地層學(xué)未能構(gòu)成獨(dú)立的理論體系，只是補(bǔ)充和完善了層序地層學(xué)理論體系[78]。Cross提出了現(xiàn)代高分辨率層序地層學(xué)，吸收并發(fā)展完善了Wheelers提出的基準(zhǔn)面概念，將基準(zhǔn)面視作高分辨率層序地層學(xué)的核心，地層基準(zhǔn)面原理、體積分配原理、相分異原理和旋回等時(shí)對(duì)比法則共同構(gòu)成了現(xiàn)代高分辨率層序地層學(xué)完整的理論體系?，F(xiàn)代高分辨率層序地層學(xué)問(wèn)世后立即受到油氣地質(zhì)工作者的廣泛關(guān)注。以其理論和方法為指導(dǎo)，前人在油氣勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域開(kāi)展了多方面的研究工作，但總的來(lái)看，其應(yīng)用大多局限于儲(chǔ)層的精細(xì)對(duì)比方面[78]。高分辨率層序地層學(xué)古地貌恢復(fù)法就是將基準(zhǔn)面和最大洪泛面結(jié)合進(jìn)行基準(zhǔn)面旋回對(duì)比來(lái)反映沉積前古地貌形態(tài)。利用該方法恢復(fù)古地貌的研究工作目前處于起步階段[70]，在一些地方進(jìn)行了應(yīng)用研究[19]。

2.2.1 理論基礎(chǔ)

趙俊興等從理論基礎(chǔ)、技術(shù)方法（分單一沉積體系和多種沉積體系組合兩種情況）及基準(zhǔn)面旋回級(jí)次的選擇等方面論證認(rèn)為，高分辨率層序地層學(xué)古地貌恢復(fù)法能夠得到某一基準(zhǔn)面旋回沉積前的原始古地貌形態(tài)[70]，因此，該方法恢復(fù)古地貌是可行的。

通常認(rèn)為，盆地內(nèi)沉積相的發(fā)育及分布常常受控于沉積前古地貌。對(duì)沉積地層進(jìn)行高分辨率的等時(shí)地層對(duì)比是可以通過(guò)由基準(zhǔn)面旋回變化所控制的地層單元結(jié)構(gòu)類型、疊加式樣及其在基準(zhǔn)面旋回中所處的位置與沉積動(dòng)力學(xué)關(guān)系等方面來(lái)進(jìn)行的，因此，利用該方法進(jìn)行沉積前古地貌恢復(fù)是建立在確定等時(shí)基準(zhǔn)面的基礎(chǔ)上的。利用該方法恢復(fù)沉積前古地貌時(shí)，雖然基準(zhǔn)面作為其參考界面，但是對(duì)比時(shí)所使用的基準(zhǔn)面旋回級(jí)次應(yīng)針對(duì)研究需要來(lái)具體選擇[70]。

該方法恢復(fù)古地貌的首要工作就是對(duì)比參照面的選擇。沉積盆地中的等時(shí)基準(zhǔn)面一般都是連續(xù)光滑曲面。不同地方的曲率大小不同，這是因?yàn)樗鼈兲幱诓煌某练e體系中?？梢砸曰鶞?zhǔn)面作為對(duì)比參照面來(lái)恢復(fù)出下伏地層沉積前的原始古地貌形態(tài)（圖2） [70]；在實(shí)際的地層等時(shí)對(duì)比中，具有更好的實(shí)際操作性的參照面通常是最大洪泛面，因此，該方法的技術(shù)關(guān)鍵是等時(shí)性基準(zhǔn)面與最大洪泛面結(jié)合進(jìn)行地層對(duì)比來(lái)反映沉積前古地貌形態(tài)[77]；應(yīng)用該方法恢復(fù)古地貌過(guò)程中，還應(yīng)考慮壓實(shí)作用影響，主要是為了提高恢復(fù)精度，目前多使用壓實(shí)率系數(shù)進(jìn)行原始沉積厚度的校正。

2.2.2 應(yīng)用實(shí)例

吳賢順等以鄂爾多斯盆地為例，從高分辨率層序地層學(xué)角度研究了層序地層中古地貌對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育的影響，分析了隨基準(zhǔn)面旋回的變化而對(duì)不同類型儲(chǔ)層發(fā)育能夠產(chǎn)生影響的主要古地貌類型（古凸起和下切溝谷）[19]。古凸起和下切溝谷之所以對(duì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)和識(shí)別具有明顯的指導(dǎo)作用，主要是由于這些古地貌類型在基準(zhǔn)面變化的不同時(shí)期對(duì)沉積物的體積分配和相分異均產(chǎn)生過(guò)比較明顯的影響[19]。

2.2.3 存在問(wèn)題

基準(zhǔn)面與最大洪泛面結(jié)合進(jìn)行基準(zhǔn)面旋回對(duì)比來(lái)反映沉積前古地貌形態(tài)是一個(gè)理想的研究思路，但在恢復(fù)古地貌的實(shí)際工作中面臨著可操作性不盡如人意，開(kāi)展工作難度相對(duì)較大的諸多問(wèn)題。