自旋回－異旋回控制的扇三角洲相高精度層序地層對比模式

史長林 （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)造運動、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）控制下的低頻高級次基準(zhǔn)面旋回層序劃分和對比，已經(jīng)成功地應(yīng)用于油氣勘探階段的地層劃分和對比，但在油氣開發(fā)階段小層和單層的劃分和對比還存在很多問題，最主要體現(xiàn)在異旋回控制的地層對比精度不能滿足油氣開發(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、六級層序）的劃分和對比，能夠滿足單層或小層級別的地層劃分與對比，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)用于油氣田開發(fā)階段，有效地指導(dǎo)小層和單層劃分與對比，還要研究自旋回對高精度層序結(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)造運動、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嚴(yán)格按照旋回發(fā)生，因此將 “Autocyclic”改為 “Autogenic”，并認(rèn)為最常見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，沉積體系按照自身搬運、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，一個超短期旋回結(jié)構(gòu)不反映短期基準(zhǔn)面升降變化，多個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、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）層序結(jié)構(gòu)和沉積序列

超短期旋回層序與Vail的Ⅵ級層序相當(dāng)，對應(yīng)的油田開發(fā)單元是單層，是應(yīng)用巖心、錄井、測井曲線等實際資料所能識別的最小成因地層單元，為米級至數(shù)米級，時間跨度為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)境和相類型控制的自旋回，與基準(zhǔn)面變化沒有直接的聯(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 （A、B、C）7個基本結(jié)構(gòu)類型[13]（圖1），相同的層序結(jié)構(gòu)類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)不同類型的旋回結(jié)構(gòu)[14]。此特征表明超短期旋回結(jié)構(gòu)類型并不受基準(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)類型

2.1.1 向上 “變深”非對稱型層序結(jié)構(gòu) （A類）

A類層序結(jié)構(gòu)只保存基準(zhǔn)面上升半旋回沉積記錄，下降半旋回沒有沉積或沉積后被剝蝕，形成向上“變深”的非對稱型旋回結(jié)構(gòu)。自旋回控制作用明顯，主要表現(xiàn)為無論在基準(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。此類層序主要發(fā)育在扇三角洲平原、前緣亞相，其共同的特點為：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”非對稱型層序結(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”非對稱型層序結(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 向上變淺非對稱層序結(jié)構(gòu) （B類）

B類層序上升半旋回則表現(xiàn)為水進(jìn)沖刷面或無沉積間斷面，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稱型旋回結(jié)構(gòu)特征。該類層序主要發(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)變淺的對稱型 （C類）

此類層序結(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類層序結(jié)構(gòu)細(xì)分為3種亞型：上升半旋回為主的對稱型 （C1型）、近完全對稱型 （C2型）和下降半旋為主的對稱型 （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，常見于水道與水道間交替沉積區(qū)。

2.2 短期旋回 （五級）層序結(jié)構(gòu)和沉積序列

短期旋回層序與Vail[12]的五級層序相當(dāng)，厚度為數(shù)米至數(shù)十米級，時限跨度為0.05～0.1Ma，一般由幾個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比模式

3.1 扇三角洲順物源方向地層不等厚斜對模式

扇三角洲沉積地層對比難度較大，前人提出不同地層對比的方法，常見的有切片法、等高程法、標(biāo)志層法和高分辨率層序地層學(xué)對比法[15～18]。無論哪種方法，對比模式往往決定對比結(jié)果的正確性。扇三角洲超短期旋回 （單層級別）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)于油田開發(fā)的單層的厚度級別。測井解釋的地層厚度也可以看出單層級別地層前積現(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，結(jié)合扇三角洲前積特征、層序結(jié)構(gòu)以及自旋回－異旋回對地層結(jié)構(gòu)的影響，建立超短期旋回 （六級）層序地層對比模式 （見圖4）。當(dāng)基準(zhǔn)面或湖平面上升時，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，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，小層級別的沉積仍然是前積，區(qū)別在于前積程度，基準(zhǔn)面下降時前積程度更為明顯。

圖2 灤平扇三角洲超短期旋回 （單層級別）層序前積

圖3 黃驊坳陷柳贊油田扇三角洲超短期旋回對比結(jié)果

圖4 扇三角洲超短期和短期旋回地層對比模式 （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，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)律與此類似。

3.2 扇三角洲切物源方向地層對比模式

3.2.1 等高程地層對比模式

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，可以簡單地分為大面積疊置、小面積疊置、交錯疊置、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比模式或等高程非同期地層對比模式[15，18]。

3.2.2 地層平對模式

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)境的對比模式、河口壩和席狀砂沉積環(huán)境的對比模式進(jìn)行對比。

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，水動力變?nèi)?，水流攜帶的沉積物不斷沉積，同時水流沖刷沉積物不斷前積，河口壩不斷增長，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，也就有兩種對比模式。

1）等厚地層平對模式 當(dāng)可容納空間較大時，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，單元間少見明顯的切割和沖刷現(xiàn)象，所以采用等厚地層平對模式。

2）不等厚地層平對模式 當(dāng)可容納空間較小時，水道下切或側(cè)向遷移侵蝕先期沉積壩體，即 “河在壩上走”，此時一般采用不等厚地層平對模式 （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比結(jié)果

自旋回作用對超短期旋回層序結(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模式；扇三角洲切物源方向的地層對比根據(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）平對模式。

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