基準(zhǔn)面旋回與儲(chǔ)層宏觀非均質(zhì)性的關(guān)系——以鄂爾多斯盆地東部山2段為例

李君文

（中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開(kāi)發(fā)研究院）

基準(zhǔn)面旋回與儲(chǔ)層宏觀非均質(zhì)性的關(guān)系
——以鄂爾多斯盆地東部山2段為例

李君文

（中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開(kāi)發(fā)研究院）

鄂爾多斯盆地東部山西組山2段為一套砂巖、泥巖及薄煤層互層組合，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，明顯受地層基準(zhǔn)面旋回升降過(guò)程中可容納空間與沉積物供給量比值的影響。通過(guò)對(duì)山2段不同級(jí)次基準(zhǔn)面旋回的劃分與對(duì)比，建立了研究區(qū)高分辨率層序地層格架；根據(jù)短期基準(zhǔn)面升、降旋回過(guò)程與儲(chǔ)集物性關(guān)系的分析，分別建立了物性向上變差、物性向上變差復(fù)變好、物性變化不大等3種儲(chǔ)層非均質(zhì)模式；利用砂巖密度、砂體鉆遇率和滲透率變異系數(shù)等參數(shù)描述了各中期基準(zhǔn)面旋回層序的儲(chǔ)層宏觀非均質(zhì)性變化。結(jié)果表明，長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回上升的早期、中期形成的中期旋回層序儲(chǔ)層非均質(zhì)性弱，長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回上升晚期到下降期儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)。

高分辨率；短期基準(zhǔn)面旋回；儲(chǔ)層非均質(zhì)性；山西組；鄂爾多斯盆地

0 引言

儲(chǔ)層宏觀非均質(zhì)性主要控制因素是隔夾層的分布、地層韻律性和砂體的平面分布規(guī)律，這些因素與沉積過(guò)程直接相關(guān)[1-3］。儲(chǔ)層非均質(zhì)性的研究是油氣藏開(kāi)發(fā)工程、儲(chǔ)層單元精細(xì)描述的重點(diǎn)和難點(diǎn)[4-5］。為此，地質(zhì)學(xué)家試圖從儲(chǔ)層砂體的三維幾何形態(tài)、內(nèi)部構(gòu)成及堆積樣式等方面分析其孔、滲變化規(guī)律的控制因素，并建立相應(yīng)的模式[6-8］。

高分辨率層序地層學(xué)認(rèn)為基準(zhǔn)面旋回過(guò)程決定了儲(chǔ)層的巖性、物性、幾何形態(tài)和連續(xù)性，從而控制了儲(chǔ)層的非均質(zhì)性[9-11］。因此，可從基準(zhǔn)面旋回變化角度來(lái)認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層非均質(zhì)性。筆者對(duì)鄂爾多斯盆地東部山西組山2段進(jìn)行了短期、中期、長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回層序的劃分，建立了高分辨率層序地層格架；以取心井的物性分析數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立了短期旋回儲(chǔ)層的非均質(zhì)模式，進(jìn)而利用砂巖密度、砂體鉆遇率和滲透率變異系數(shù)等儲(chǔ)層非均質(zhì)性參數(shù)，對(duì)不同中期旋回層序儲(chǔ)層的宏觀非均質(zhì)性進(jìn)行了研究。

1 研究區(qū)概況

鄂爾多斯盆地東部位于陜西省米脂、榆林和神木地區(qū)，構(gòu)造位置隸屬于陜北斜坡和晉西撓褶帶。在早二疊世山西期，海水從鄂爾多斯盆地東西兩側(cè)迅速退出，沉積環(huán)境經(jīng)歷了海相向陸相的過(guò)渡，氣候由溫暖潮濕向炎熱干燥轉(zhuǎn)變。山西組早期為河流—潮控三角洲沉積體系，晚期為河流—三角洲沉積體系[12-15］。勘探證實(shí)該區(qū)山西組山2段為主力氣層，已探明了榆林、子洲兩大氣田，主砂體呈近NS向展布，厚幾米到幾十米不等，橫向變化大。有利儲(chǔ)層主要發(fā)育于三角洲平原的辮狀分流河道砂體和三角洲前緣的水下分流河道砂體，但河道不穩(wěn)定，常常發(fā)生快速、頻繁的廢棄與復(fù)活，向下游的加積作用和側(cè)向加積作用導(dǎo)致儲(chǔ)層砂體形態(tài)橫向上變化快，平面連通性差，儲(chǔ)層非均質(zhì)性嚴(yán)重且影響開(kāi)發(fā)的效果。因此，有必要通過(guò)高分辨率層序地層研究和對(duì)比，正確評(píng)價(jià)和認(rèn)識(shí)山2段儲(chǔ)層非均質(zhì)性的特征，為氣田開(kāi)發(fā)方案的調(diào)整提供地質(zhì)依據(jù)。

2 層序界面的識(shí)別及層序劃分與對(duì)比

2.1 層序界面的識(shí)別標(biāo)志

層序劃分的關(guān)鍵和重點(diǎn)是對(duì)不同級(jí)別基準(zhǔn)面旋回作用下所形成的層序界面進(jìn)行識(shí)別。不同級(jí)別的層序界面具有不同的成因特征和宏觀識(shí)別標(biāo)志。通過(guò)對(duì)研究區(qū)山西組地層的鉆井巖心、野外露頭和測(cè)井曲線特征的詳細(xì)觀察和分析，識(shí)別出了3種類型的層序界面，即大型沖刷間斷面（Ⅲ類）、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換面（Ⅳ類）和整合面（Ⅴ類），其具體特征見(jiàn)文獻(xiàn)[16］。其中Ⅲ，Ⅳ類界面為長(zhǎng)期以及部分中期層序界面，Ⅳ，Ⅴ類界面為中、短期層序界面。

圖1 榆20井山2段中、長(zhǎng)期旋回層序結(jié)構(gòu)、界面特征Fig.1 The structure and boundary surface of middle-term and long-term base level cyclic sequence of the second member of Shanxi Formation in Yu 20 well

2.2 層序劃分與對(duì)比

根據(jù)上述不同級(jí)別層序界面的識(shí)別標(biāo)志，以不同級(jí)次的基準(zhǔn)面升降運(yùn)動(dòng)所導(dǎo)致的地層旋回性及沉積學(xué)響應(yīng)特征為依據(jù)[17］，將鄂爾多斯盆地東部山2段地層劃分為1個(gè)長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回層序、3個(gè)中期基準(zhǔn)面旋回層序、8個(gè)短期基準(zhǔn)面旋回層序（圖1）。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)高分辨率層序地層的旋回等時(shí)對(duì)比法則（T.A.Cross，1994），以單井沉積相和高分辨率層序分析作為劃分各級(jí)別基準(zhǔn)面旋回層序的依據(jù)，以長(zhǎng)期湖泛面作為對(duì)比起點(diǎn)，以長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回層序（LSC）的底、頂界面作為對(duì)比終點(diǎn)，分別對(duì)納入長(zhǎng)期基準(zhǔn)面上升半旋回和下降半旋回的中期基準(zhǔn)面旋回層序（MSC）自下而上進(jìn)行逐層對(duì)比。按照這一法則，建立了研究區(qū)山2段的高分辨率層序地層格架（圖2）。

3 基準(zhǔn)面旋回與儲(chǔ)層流動(dòng)單元層次劃分的關(guān)系

基準(zhǔn)面旋回級(jí)次性是客觀存在的，依據(jù)不同研究目標(biāo)所擬定的地層旋回的研究尺度及其隸屬關(guān)系構(gòu)成了基準(zhǔn)面旋回的層次[8］，山西組的長(zhǎng)、中、短期旋回便構(gòu)成3個(gè)不同的層次?；鶞?zhǔn)面旋回和旋回內(nèi)地層發(fā)育、分布、疊加樣式與隔層及夾層的垂向分布存在著密切聯(lián)系，基準(zhǔn)面旋回的級(jí)次性及由此造成的儲(chǔ)層非均質(zhì)性的層次性便形成了儲(chǔ)層流動(dòng)單元的層次性。儲(chǔ)層流動(dòng)單元的層次性包括長(zhǎng)期旋回內(nèi)中期旋回之間的非均質(zhì)性、中期旋回內(nèi)若干短期旋回之間的非均質(zhì)性、短期旋回內(nèi)部單砂體之間的非均質(zhì)性、單砂體內(nèi)部結(jié)構(gòu)單元之間的非均質(zhì)性及顆粒間不均勻排列形成的孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性等多種形式。根據(jù)基準(zhǔn)面旋回與儲(chǔ)層流動(dòng)單元的層次性，將儲(chǔ)層流動(dòng)單元?jiǎng)澐譃榇蟪叨?、中尺度、小尺度和微尺?種層次，可分別與中長(zhǎng)期旋回、中短期旋回、短期旋回和超短期旋回相對(duì)應(yīng)[17］，文中重點(diǎn)討論中期和短期旋回與儲(chǔ)層非均質(zhì)性的關(guān)系。

圖2 鄂爾多斯盆地東部山西組山2段高分辨率層序地層格架圖Fig.2 High resolution sequence stratigraphic framework of the second member of Shanxi Formation in eastern Ordos Basin

4 基準(zhǔn)面旋回層序與儲(chǔ)層非均質(zhì)性的關(guān)系

4.1 短期旋回層序與儲(chǔ)層非均質(zhì)性

短期基準(zhǔn)面旋回層序是地表露頭、巖心和測(cè)井剖面中具有旋回性的易于識(shí)別的最小成因地層單元，也是高分辨率層序地層的研究基礎(chǔ)。層序的底、頂界面為短期基準(zhǔn)面下降達(dá)低點(diǎn)位置時(shí)發(fā)育的小型沖刷面或間歇暴露面，也可以是基準(zhǔn)面上升期或下降期由欠補(bǔ)償或無(wú)沉積作用形成的間斷面或整合界面。依據(jù)巖心資料和測(cè)井響應(yīng)對(duì)比，按層序的成因和結(jié)構(gòu)特征可將山2段短期基準(zhǔn)面旋回層序劃分為向上變深（A型）、向上變淺（B型）和向上變深復(fù)變淺（C型）3種基本類型（表1、圖3）。短期基準(zhǔn)面旋回過(guò)程中的可容納空間（A）與沉積物供給量（S）比值的大?。ˋ/S值變化），控制了砂體的成因類型、發(fā)育位置、層序結(jié)構(gòu)，從而直接或間接地控制了儲(chǔ)集砂體的發(fā)育狀況。根據(jù)短期基準(zhǔn)面旋回過(guò)程與儲(chǔ)集物性的關(guān)系，建立了3種儲(chǔ)層層間非均質(zhì)性模式。

4.1.1 物性向上變差的儲(chǔ)層非均質(zhì)模式

儲(chǔ)集砂體內(nèi)物性向上變差的現(xiàn)象，主要出現(xiàn)在短期基準(zhǔn)面旋回粒度向上趨于變細(xì)的儲(chǔ)集砂體中（圖3中的Ⅰ型）。其成因與短期基準(zhǔn)面上升過(guò)程中，伴隨可容納空間增大和沉積物供給量遞減，以及細(xì)粒物質(zhì)溢出量減少所形成的砂體粒度由粗變細(xì)、分選性變差和泥質(zhì)含量增多有關(guān)。對(duì)應(yīng)的短期旋回層序結(jié)構(gòu)主要為向上變深的非對(duì)稱型，以A1型結(jié)構(gòu)最為有利，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層砂體多位于層序中、下部粒度較粗的含礫粗砂巖、中粗砂巖及中砂巖中，向上過(guò)渡為以泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖為主的隔層而顯示出向上物性變差的非均質(zhì)性特征。此類型通常為較好—好的儲(chǔ)層非均質(zhì)模式，區(qū)內(nèi)分流河道、水下分流河道微相砂體以發(fā)育向上物性變差的層內(nèi)非均質(zhì)性模式為主。

4.1.2 物性向上變差復(fù)變好的儲(chǔ)層非均質(zhì)模式

以儲(chǔ)集砂體內(nèi)物性向上變差復(fù)變好為特征，主要發(fā)育于分流河道向決口扇轉(zhuǎn)化的、粒度和泥質(zhì)含量向上變細(xì)增多后復(fù)又加粗減少的對(duì)稱型沉積序列中（圖3中的Ⅱ型）。其成因與基準(zhǔn)面上升期先發(fā)育向上變深和粒度變細(xì)的退積序列，于下降期又發(fā)育向上變淺和粒度變粗的河口壩或決口扇進(jìn)積砂體有關(guān)。該非均質(zhì)模式對(duì)應(yīng)對(duì)稱型旋回結(jié)構(gòu)的變化。位于旋回下部和上部的砂體儲(chǔ)層物性差異較大，其中在以上升半旋回為主的不完全對(duì)稱型旋回中，位于旋回下部的砂體物性好于上部的砂體，旋回內(nèi)砂體間以泥質(zhì)粉砂巖和泥巖組成的隔層分隔，并以此為界形成物性向上變差復(fù)變好的非均質(zhì)模式。此類型通常為中等—較差儲(chǔ)層的非均質(zhì)模式。

表1 鄂爾多斯盆地東部山西組短期基準(zhǔn)面旋回層序基本類型及特征Table 1 The basic types and characteristics of short-term base level cyclic sequence of Shanxi Formation in eastern Ordos Basin

圖3 幾種短期旋回結(jié)構(gòu)與儲(chǔ)層非均質(zhì)性的關(guān)系Fig.3 The relationship between several short-term base level cycles and reservoir heterogeneity

4.1.3 物性變化不大的儲(chǔ)層非均質(zhì)模式

以相互疊置的儲(chǔ)集砂體間物性變化小且均勻?yàn)樘卣鳎▓D3中的Ⅲ型），主要出現(xiàn)在多個(gè)連續(xù)疊置的分流河道或水下分流河道砂體中。其成因與低可容納空間條件下基準(zhǔn)面上升期形成的砂體受到上覆主動(dòng)進(jìn)積砂體的強(qiáng)烈沖刷和侵蝕改造，導(dǎo)致下伏細(xì)粒沉積物被沖刷侵蝕且難以保存有關(guān)。對(duì)應(yīng)的短期層序旋回結(jié)構(gòu)主要為低可容納空間向上變深非對(duì)稱型。以下部靠近沖刷面物性最好，向上略變差。此類型通常為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的非均質(zhì)模式。值得提出的是，研究區(qū)山2段儲(chǔ)集砂體的物性特征和非均質(zhì)模式除了受不同級(jí)次基準(zhǔn)面變化的影響，還受后期成巖作用的影響。

4.2 中期基準(zhǔn)面旋回層序與儲(chǔ)層非均質(zhì)性

4.2.1 中期基準(zhǔn)面旋回層序

研究區(qū)山2段劃分為3個(gè)中期基準(zhǔn)面旋回層序，每個(gè)中期旋回由2～3個(gè)短期旋回層序疊加組成（圖 1、圖 2）。 其中 MSC1，MSC2和 MSC3上升半旋回組成長(zhǎng)期旋回層序的上升半旋回，MSC3下降半旋回為長(zhǎng)期旋回層序的下降半旋回，該長(zhǎng)期旋回層序?yàn)橐痪徛M(jìn)、快速湖退的以上升半旋回為主的不對(duì)稱旋回層序。MSC1中期基準(zhǔn)面旋回以發(fā)育向上變深的非對(duì)稱型結(jié)構(gòu)為主，形成于長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回上升初期，通常由多個(gè)A1型和少量A2型短期旋回層序連續(xù)疊加組成，儲(chǔ)集砂體的主體由側(cè)向上和垂向上都連續(xù)遷移、疊置的辮狀河道砂體組成，砂體之間主要被底沖刷面分割，而泥巖、粉砂巖的夾層極少，砂巖厚度大且粒度較粗；而MSC2中期基準(zhǔn)面旋回以發(fā)育不完全對(duì)稱的C1型結(jié)構(gòu)為主，形成于長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回上升中期，有利儲(chǔ)集砂體發(fā)育的位置主要出現(xiàn)在上升半旋回的早、中期，常由數(shù)個(gè)A1型、A2型和C型短期旋回層序依次疊加組成，砂體也被頻繁發(fā)育的底沖刷面分隔，但薄層的泥巖、粉砂巖夾層明顯增多；MSC3中期旋回層序以發(fā)育C2型和C3型結(jié)構(gòu)為主，形成于長(zhǎng)期基準(zhǔn)面上升晚期到下降期，可容納空間達(dá)到最大，沉積物供給量減到最小，在中期上升半旋回相域中連續(xù)疊置的河道砂體相對(duì)不發(fā)育，砂體呈孤立狀透鏡體產(chǎn)出，且分流間薄層泥巖、粉砂巖非常發(fā)育。晚期由于基準(zhǔn)面下降，位于決口扇或河口壩上部和頂部的砂體受到強(qiáng)烈沖刷改造，泥質(zhì)含量降低，砂體儲(chǔ)集性略變好，但厚度薄。研究發(fā)現(xiàn)不同旋回之間砂體發(fā)育有以下特點(diǎn)：從MSC1→MSC2→MSC3，砂巖厚度平均值依次減小，分別為8.4 m，6.4 m和5.9 m，同時(shí)砂巖厚度與地層厚度比值亦依次減小。

4.2.2 中期旋回層序的儲(chǔ)層非均質(zhì)性

（1）中期旋回層間滲透率非均質(zhì)性特征

滲透率非均質(zhì)程度常用滲透率變異系數(shù)、級(jí)差、滲透率均質(zhì)系數(shù)等參數(shù)表征。對(duì)取心井中期旋回非均質(zhì)物性參數(shù)的分析表明（表2），各個(gè)中期旋回之間的非均質(zhì)性存在差異。其中，中期旋回之間的孔隙度差別較小，平均值均在5.5%～8.5%；滲透率差別較大，滲透率均質(zhì)系數(shù)小，滲透率變異系數(shù)均大于0.8，反映出盆地東部山2段中期旋回的層間滲透率非均質(zhì)性總體上較強(qiáng)。

表2 中期基準(zhǔn)面旋回層序砂體平均厚度及物性表Table 2 The sand body average thickness and reservoir properties of middle-term base level cyclic sequence

（2）中期旋回平面非均質(zhì)性特征

儲(chǔ)層平面非均質(zhì)性是指儲(chǔ)層的幾何形態(tài)、連通程度、孔隙度、滲透率在平面上的變化所引起的非均質(zhì)性[18］。筆者采用砂巖密度、砂體鉆遇率等參數(shù)研究了山2段不同中期基準(zhǔn)面旋回層序與儲(chǔ)層非均質(zhì)性的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回不同階段中的中期旋回儲(chǔ)層宏觀非均質(zhì)性呈現(xiàn)出比較明顯的規(guī)律性。

砂巖密度可非常有效地應(yīng)用于砂體幾何形態(tài)及砂體之間連通性的描述。參照Allen的砂巖密度劃分標(biāo)準(zhǔn)[19］，針對(duì)研究區(qū)的實(shí)際情況，提出了5個(gè)檔次的劃分方案（表3）。對(duì)各個(gè)中期旋回砂巖密度分布狀況的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明（表4）：砂巖密度大于50%的連通性好且產(chǎn)狀穩(wěn)定的寬帶狀砂體，MSC1中期旋回占30.3%，MSC2中期旋回占21.6%，MSC3中期旋回占20%。不難發(fā)現(xiàn)，有利砂體在不同中期旋回中的分布具有旋回性，即MSC1＞MSC2＞MSC3。此外，不同中期旋回的不同厚度的砂體鉆遇情況統(tǒng)計(jì)結(jié)果也具有規(guī)律性，厚度大于5 m的砂層鉆遇率排序?yàn)?MSC1＞MSC2＞MSC3。

表3 砂巖密度與砂體形態(tài)及連通性關(guān)系表Table 3 The relation of sand density with sand body morphology and connectivity

表4 鄂爾多斯盆地東部山2段中期旋回層序砂巖密度分布狀況統(tǒng)計(jì)表Table 4 Sand density distribution of middle-term base level cyclic sequence of the second member of Shanxi Formation in eastern Ordos Basin

綜上所述，山2段的長(zhǎng)期旋回層序中，各分層（中期）砂體的厚度、連通性及穩(wěn)定性均呈旋回性向上逐漸減小的趨勢(shì)。

5 結(jié)論

（1）根據(jù)短期基準(zhǔn)面旋回結(jié)構(gòu)與儲(chǔ)集砂體物性的關(guān)系，建立了物性向上變差、物向上變差復(fù)變好和物性變化不大3種儲(chǔ)層非均質(zhì)模式。

（2）山2段劃分為1個(gè)長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回層序，3個(gè)中期基準(zhǔn)面旋回層序。中期基準(zhǔn)面旋回層序不同疊加樣式與沉積微相，共同控制了儲(chǔ)層砂體發(fā)育狀況。

（3）長(zhǎng)期旋回不同階段中的中期旋回儲(chǔ)層宏觀非均質(zhì)性規(guī)律為：長(zhǎng)期基準(zhǔn)面上升的早期、中期形成的中期旋回，具有較低的可容納空間，砂體連續(xù)性好，儲(chǔ)層非均質(zhì)性弱，為油氣富集的主要層段；長(zhǎng)期基準(zhǔn)面上升晚期到下降期形成的中期旋回，可容納空間大，砂體厚度薄，薄層泥巖、粉砂巖夾層非常發(fā)育，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)。

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Control of base level cycles on reservoir macroscopic heterogeneity:A case study from the second member of Shanxi Formation in eastern Ordos Basin

LI Jun-wen
（Research Institute of Exploration and Development， Daqing Oilfield Company Ltd.， PetroChina， Daqing 163712， China）

The second member ofShanxi Formation consists ofa suite ofthin interbedded sandstone,mudstone and coal bed in eastern Ordos Basin.It has strong reservoir heterogeneity and is obviously influenced by the acceptable spacesedimentarysupplyratioin base level cycle process.Based on the division and contrast ofthe different base level cycles of the second member of Shanxi Formation,the high resolution sequence stratigraphic framework is set up.Through analyzingthe relationship between the cycle process ofshort-termbase level and physical properties ofthe reservoir,three reservoir heterogeneity models of reservoir physical properties are established.The macroscopic heterogeneities of the middle-term base level cycles are described by means of the parameters such as sand density,drilling ratio and permeability variation coefficient.The result shows that the reservoir heterogeneity of the middle-term cycles formed in the early and middle period of the rising of the long-term base level cycle is weak,and it is strong from the late period todecliningperiod.

high resolution；short-termbase level cycle；reservoir heterogeneity；Shanxi Formation；Ordos Basin

TE121.3

A

1673-8926（2011）03-0029-06

2010-07-22；

2010-11-05

李君文，1973年生，男，博士，工程師，主要從事層序地層學(xué)與儲(chǔ)層沉積學(xué)的研究工作。地址：（163712）黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)學(xué)苑路18號(hào)大慶油田勘探開(kāi)發(fā)研究院。電話：（0459）5508254。E-mail：dqlijunwen@petrochina.com.cn

于惠宇）