沙埝油田沙7块阜三段高分辨率层序地层分析*

赵红娟,张金亮,2

(1.中国海洋大学海洋地球科学学院,山东青岛266100;2.北京师范大学资源学院,北京100875)

高分辨率层序地层学的概念最早由美国科罗拉多矿业学院的T.A.Cross教授[1-2]为代表提出,1995年由邓宏文教授[3]引进到我国。该理论将层序地层学与沉积学理论和分析方法紧密结合起来,以其全新的概念、技术方法及高精度、可预测性和显著的实际应用效果,在我国许多陆相盆地的油气勘探与开发研究中得到了广泛的应用[4]。

高分辨率层序地层分析以露头剖面、钻井岩心、测井和高分辨率地震反射剖面为主要研究对象,以多级次的基准面旋回为参照面,运用精细层序地层划分和对比技术,建立区域、油田乃至油藏级高精度等时地层对比格架,在成因地层格架内对地层,包括生油层、储层和隔层进行评价和预测的一项理论和技术[3-5]。它所突出的“高分辨率”的实质是指对不同级次地层基准面旋回进行划分和等时对比的高精度时间分辨率,即高分辨率的时间-地层单元划分,其关键是在地层记录中识别代表不同级次基准面旋回的不同级次地层旋回,进而进行高分辨率的等时地层对比,探讨等时地层格架内的地层分布样式,提高所对比地层的等时性精度和储层预测的准确性[6-8]。

1 地质背景

高邮凹陷位于苏北盆地南部东台坳陷中部,南以大断层与通扬隆起相邻,北接柘垛低凸起与建湖隆起相连,东起白驹凹陷,东南靠吴堡低凸起与溱潼凹陷相连,西接菱塘桥低凸起与金湖凹陷相隔。高邮凹陷是在晚白垩世仪征运动和喜马拉雅期吴堡运动作用下,由于断块差异升降作用而形成的1个近北东向的不对称断陷盆地,具有南断北超、南陡北缓的箕状特征,构造单元由南向北依次划分为南部断阶带、中部深凹带和北部斜坡带三部分[9-10]。沙埝油田沙7块位于高邮市沙埝镇北,区域构造位置处于高邮凹陷北斜坡中部宽缓的破碎断鼻构造带上,是由1条北倾反向正断层侧向遮挡而形成的断块圈闭,主控断层走向为近东西向,为一北倾反向弧形正断层(见图1)。主要含油层系为古近系阜宁组阜三段,以发育三角洲前缘亚相沉积为主,水下分流河道和河口砂坝砂体构成了油区内的主要储集体。本次研究主要利用岩心、录井和测井资料,在单井中划分出不同级次的基准面旋回,并进行多井对比,最终建立了沙7块阜三段高分辨率层序地层对比格架,从而为油田开发后期的综合调整奠定基础。

2 层序地层划分

高分辨率层序地层学研究从层序的划分入手,总结出各层序地层单元及其界面在露头、岩心、测井和地震资料中的判识标志,在细分各阶段基准面旋回基础上,逐步进行研究,从而建立全区的高分辨率层序地层格架,进而达到更有效的预测储层分布的目的。通过对沙7块取心井岩心的详细观察和描述,以及对录井、测井资料的分析,在阜三段地层中识别出2个级次的基准面旋回层序,即Ⅴ级短期旋回层序和Ⅳ级中期旋回层序。

图1 研究区构造位置及井位图Fig.1 Sketch map showing the structural location of the study area and wells

2.1 短期基准面旋回层序(SSC)

短期基准面旋回层序是划分高分辨率层序地层的成因地层单元,亦是进行层序分析和建立高精度时间-地层格架的基础[11]。该级别的层序相当于经典层序地层学理论中的准层序,是以小规模韵律性湖进面或侵蚀冲刷面及与其可对比的整合面为边界,由彼此间具成因联系的若干单一岩性层或多个岩性韵律层叠加组合而成[12]。由于岩心剖面具有很高的分辨率,通常是高级次基准面旋回识别的基础。一般来说,短期旋回层序主要发育3种基本类型:向上“变深”的非对称型短期旋回层序(A型)、向上“变浅”的非对称型短期旋回层序(B型)和对称型短期旋回层序(C型),研究区以后两种类型为主,其中以向上“变浅”的非对称型短期层序最为常见。

2.1.1 向上“变浅”的非对称型短期旋回层序 研究区以该类型层序最为常见,主要发育于三角洲前缘河口砂坝沉积区,主要形成于距物源供给区相对较远但供给量逐渐增大,A/S>1向<1递减的条件下,以仅保存基准面下降半旋回的沉积记录为特征,上升半旋回表现为欠补偿沉积的饥饿面或无沉积作用的间断面。岩性上由组合较单一的泥岩、砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩及少量细砂岩组成,以向上发育变粗的沉积序列来显示向上“变浅”的下降半旋回结构。在测井曲线上,其特征与岩性变化特征一致,表现为自然伽马值由高降低,大致呈漏斗型,反映泥岩减少的基准面下降旋回,显示了伴随基准面下降和可容纳空间减小,由加积向进积转化的地层响应过程(见图2)。

2.1.2 对称型短期旋回层序 该类型层序在研究区三角洲前缘分流河道及河口砂坝交替作用的河口及其相邻两侧尤为多见,主要形成于高可容纳空间背景条件下,成因与基准面上升幅度较大而下降幅度较小,以及沉积速率始终处在小于可容纳空间增长率,即A/S>1的状态有关。其对基准面上升和下降2个半旋回都保留有较完整的沉积记录,底、顶一般以整合界面为主,偶为弱冲刷面,形成沉积物由粗变细复变粗的对称型沉积序列。在电性上,岩性组合和测井曲线都表现出一定的相似性和近似的砂、泥岩比值变化趋势,以湖泛面为对称轴,将层序分隔为上升与下降2个半旋回,以及具备二分时间单元分界线为显著特征。以沙7井取心为例,在岩心上可见明显的冲刷现象,上面含有大量的灰绿色泥砾,且定向排列,为分流河道底部的冲刷侵蚀面,侵蚀面一般处于砂岩的底部,从砂岩与下伏地层的突变接触关系来判断它的存在,电性上位于箱状自然电位曲线的底部;而湖泛面则以湖相泥岩的出现为标志,自然电位曲线较平直(见图3)。

图2 沙7-3井向上“变浅”的非对称型短期旋回层序特征Fig.2 Characteristics of the upward-shallowing asymmetrical short-term base-level cycle sequence in Well Sha 7-3

图3 沙7井对称型短期旋回层序特征Fig.3 Characteristics of the symmetrical short-term base-level cycle sequence in Well Sha7

2.2 中期基准面旋回层序(M SC)

Ⅵ级中期旋回层序成因上属于Ⅲ级长期旋回层序中的次一级湖进-湖退旋回产物[6],发育于区域性湖进或湖退过程中,大多数具有较完整的旋回结构。中期基准面旋回的识别是在短期基准面旋回识别的基础上完成的,通过对短期基准面旋回进行组合,形成不同的地层叠加样式,确定不同叠加样式的顶、底界面,作为中期旋回转换面的位置[13]。1个较完整的中期基准面旋回层序由数个短期旋回层序按一定的方式叠置组成。短期旋回的叠加样式是在中期基准面旋回下降或上升的过程中,在大致相似的背景下形成的一套成因上有联系的岩石组合,这些叠加样式或岩石组合常具有鲜明的测井响应[14]。

测井曲线分析是通过短期旋回的叠加样式分析识别较长期基准面旋回的最好手段[5]。由于短期旋回叠加样式的不同,相应就会有不同的测井响应,通过对沙7块测井曲线纵向演化特征的分析,在阜三段中可识别出进积型、退积型和加积型三种类型的短期旋回叠加样式(见图4),而垂向沉积层序也反映了地貌要素的变化,与基准面的升降密切相关。进积型叠加样式形成于较长期基准面旋回下降时期,此时A/S值<1,各短期旋回自下而上厚度减小,砂泥含量比值增大,表现出可容纳空间减小的特征,反映了地貌要素的向湖迁移;退积型叠加样式形成于较长期基准面旋回上升时期,此时A/S值>1,各短期旋回厚度向上逐渐增大,砂泥含量比值减小,表现出可容纳空间增大,物源供给相对减少的特征,反映了地貌要素的向陆推进;加积型叠加样式则出现在较长期基准面旋回上升到下降或下降到上升的转换时期,此时A/S值=1,相邻短期旋回厚度和砂泥含量比值基本不变,形成时可容纳空间变化不大,地貌要素不发生横向迁移。

图4 沙7-3井阜三段高分辨率层序地层划分Fig.4 High-resolution sequence stratigraphic classification in the Third Member of Funing Formation in WellSha 7-3

2.3 阜三段层序地层划分

在对沙7块阜三段各短期旋回层序的结构和叠加样式分析的基础上,并结合沉积层序的演化特征,将其划分为3个中期基准面旋回层序,自下而上依次命名为M SC1、M SC2、M SC3,并依次将阜三段划分为3个亚段:三亚段、二亚段、一亚段。其中,M SC1相当于三亚段,为1个基准面下降半旋回,由5个短期基准面下降半旋回组成;M SC2相当于二亚段,是1个由基准面上升半旋回与下降半旋回组成的完整的中期旋回层序,最大可容纳空间为暗色泥岩,包括2个完整的短期基准面旋回和5个短期基准面下降半旋回;MSC3相当于一亚段,为1个基准面上升半旋回,由5个短期基准面旋回组成,其中包括1个完整的短期旋回、3个基准面下降半旋回和1个基准面上升半旋回(见图4)。

3 地层对比格架的建立

层序地层划分的最终目的是在进行高分辨率地层对比,建立层序地层格架,从而可以进一步分析层序地层的发育特征和演化规律,为研究砂体的展布和油气分布奠定基础。在成因层序的对比中,基准面旋回的转换点,即基准面由下降到上升或由上升到下降的转变位置,可作为时间地层对比的优选位置[7,15]。本次研究在单井各级次基准面旋回层序划分的基础上,依据层序地层对比的基本原则和各级次层序的基本特征,选取中期旋回层序为等时地层格架,短期旋回层序为时间-地层对比单元,精选具有代表意义的典型井绘制了平行物源和垂直物源的层序对比剖面,对研究区进行了多级次基准面旋回层序的等时地层对比,最终建立了沙7块阜三段高分辨率层序地层对比格架(见图5,图6)。

图5 沙7块阜三段高分辨率层序地层对比格架(自北向南)Fig.5 High-resolution sequence stratigraphic correlation framework in the Third Member of Funing Formation,Sha7 Block(N-S)

同一层序在不同地理位置,由于可容纳空间大小的不同,导致保存下来的地层记录特征也不同,这是沉积物体积分配的结果,也是基准面上升与下降的反映[16]。研究区物源主要来自北部的柘垛低凸起,在建立的南北向和东西向层序地层格架中,由于各井所处地理位置的不同,不同井之间的旋回层序厚度在横向和纵向上均有差异。横向上,盆地的沉降速率是一致的,在平行物源方向(即向湖盆方向),沉积物的沉积速率逐渐减小,但总体随着可容纳空间增加,A/S比值是逐渐增大的,沉积物更多地被保存下来,因此M SC1～M SC3及其各自包含短期旋回时期,相应沉积的地层厚度自北向南大致是逐渐变厚的,但由于研究区完全钻穿整个阜三段3个亚段地层的井较少,大多数井只钻遇到阜三段二亚段部分地层,三亚段地层未钻遇,故在图5中仅看到M SC2部分上升半旋回、下降半旋回和M SC3时期沉积地层厚度的变化;而在垂直物源方向上,由于A/S比值变化是相一致的,故M SC1～M SC3及其各自包含短期旋回时期,相应沉积的地层厚度自西向东整体变化较小(图6中沙7-6井仅钻遇到阜三段二亚段部分地层,三亚段地层未钻遇)。

纵向上,M SC1旋回时期,随着基准面的逐渐下降,A/S比值逐渐减小,物源供应逐渐增加,沉积相由浅湖逐渐变为三角洲前缘沉积,自下而上组成向上变浅、变粗的反韵律沉积。到M SC2旋回初期,基准面开始上升,A/S比值逐渐增大,底部为具冲刷面的分流河道砂体,岩性组成向上变细的正韵律;随着A/S比值的继续增大,物源供给相对减少,直至最大可容纳空间的出现,沉积了大段暗色泥岩;之后基准面又开始下降,A/S比值逐渐减小,岩性组成向上变粗的反韵律。到M SC3旋回时期,基准面开始上升,A/S比值又逐渐增大,垂向上组成退积的地层叠加样式。

4 结论

(1)本文对沙埝油田沙7块阜三段进行了高分辨率层序地层研究,识别出Ⅴ级短期和Ⅳ级中期两个级次的基准面旋回层序,其中,短期旋回层序以向上“变浅”的非对称型短期旋回层序(B型)和对称型短期旋回层序(C型)两种基本结构类型为主。

(2)在各级次基准面旋回层序识别的基础上,将沙埝油田沙7块阜三段划分为3个中期旋回层序(自下而上依次命名为M SC1～M SC3)、17个短期旋回层序。

(3)在层序地层划分的基础上,应用旋回等时对比技术,选取中期旋回层序为等时地层格架,短期旋回层序为时间-地层对比单元进行了精细地层对比,建立了沙埝油田沙7块阜三段高分辨率层序地层对比格架。

[1] Cross T A.Controls on coal distribution in transgressive-regressive cycles,Upper Cretaceous,Western Interior,U.S.A.[C].∥Wilgaus C K,et al.Sea-level changes:An integrated app roach.USA:SEPM,Special Publication,1988:371-380.

[2] Cross T A,Baker M R,Chapin M A,et al.Applications of highresolution sequence stratigraphy to reservoir analysis[C].∥Eschard R,Doligez B,et al.Subsurface Reservoir Characterization from Outcrop Observations.IFP Exploration and Production Research Conference.Paris:Edition Technip,1993:11-33.

[3] 邓宏文.美国层序地层研究中的新学派——高分辨率层序地层学[J].石油与天然气地质,1995,16(2):89-97.

[4] 郑荣才,吴朝容,叶茂才.浅谈陆相盆地高分辨率层序地层研究思路[J].成都理工学院学报,2000,27(3):249-255.

[5] 邓宏文,王红亮,祝永军,等.高分辨率层序地层学——原理及应用[M].北京:地质出版社,2002:1-24.

[6] 郑荣才,彭军,吴朝容.陆相盆地基准面旋回的级次划分和研究意义[J].沉积学报,2001,19(2):249-255.

[7] 邓宏文,王洪亮,李熙喆.层序地层地层基准面的识别、对比技术及应用[J].石油与天然气地质,1996,17(3):177-184.

[8] Zhang Xiaohua,Zhang Jinliang.Application of high-resolution sequence stratigraphy to a terminal fan system,Layers 2 and 3 of the Upper Second Member of Shahejie Formation,Pucheng Oilfield[J].Journal of Stratigraphy,2008,32(4):426-438.

[9] 毛凤鸣,张金亮,许正龙.高邮凹陷油气成藏地球化学[M].北京:石油工业出版社,2002:1-36.

[10] 赵澄林,朱平,陈方鸿.高邮凹陷高分辨率层序地层学及储层研究[M].北京:石油工业出版社,2001:43-80.

[11] 郑荣才,尹世民,彭军.基准面旋回结构与叠加样式的沉积动力学分析[J].沉积学报,2000,18(3):369-375.

[12] 戴朝强,张金亮.鲁北济阳坳陷东营凹陷南坡沙河街组第四段上亚段高分辨率层序地层格架[J].地质通报,2006,25(9～10):1168-1174.

[13] 张金亮,戴朝强.塔里木盆地志留系高分辨率层序地层格架研究[J].中国海洋大学学报:自然科学版,2006,36(6):901-907.

[14] 国景星.陈家庄地区馆陶组高分辨率层序地层分析及沉积微相研究[J].石油大学学报:自然科学版,2005,29(2):1-5.

[15] Zhang Jinliang,Jiang Zhiqing,LiDeyong,et al.Sequence stratigraphic analysis of the First Layer,Upper Second Submember,Shahejie Formation in Pucheng Oilfield[J].Journalof Earth Science,2009,20(6):932-940.

[16] 邓宏文,王洪亮,宁宁.沉积物体积分配原理——高分辨率层序地层学的理论基础[J].地学前缘,2000,7(4):305-313.