扶新隆起帶南部扶余油層高分辨率層序地層分析

孫 雨,張金巖,馬世忠,閆百泉,趙 慧,叢 琳

(1.東北石油大學地球科學學院,黑龍江大慶 163318；2.吉林油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院,吉林松原 138001)

扶新隆起帶南部扶余油層高分辨率層序地層分析

孫 雨1,張金巖1,馬世忠1,閆百泉1,趙 慧2,叢 琳1

(1.東北石油大學地球科學學院,黑龍江大慶 163318；2.吉林油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院,吉林松原 138001)

依據巖心、錄井和測井資料,對松遼盆地扶新隆起帶南部扶余油層各級次基準面旋回演化規(guī)律及高分辨率層序地層模式進行研究。結果表明:扶余油層發(fā)育1個長期基準面旋回的上升半旋回、4個中期基準面旋回和13個短期基準面旋回,地層厚度受繼承性古隆起控制向盆地階梯狀減??；基準面的發(fā)育過程經歷早期的緩慢上升階段、中期的快速上升階段、中后期的緩慢上升階段及末期的快速上升后略有下降階段,依次發(fā)育高能和低能河控三角洲平原、近岸沉積區(qū)、三角洲前緣-前三角洲；扶余油層底部為長期基準面下降至上升轉換面,A/S值遠小于1,砂體幾何形態(tài)以多層式為主；隨著基準面上升,A/S增加,原始地貌要素保存程度的增強導致河道沉積以側向加積為主,砂體以孤立式為特征；向上變深的非對稱型中期基準面上升半旋回早期主要發(fā)育厚層分流河道沉積,構成扶余油層的主要儲集砂體。

基準面旋回；高分辨率層序地層；河控三角洲；扶余油層

以地層過程-響應沉積動力學為理論基礎,基準面旋回變化為直接驅動機制的高分辨率層序地層學理論及其相關技術方法被廣泛應用于中國復雜多變的陸相含油氣盆地的層序地層分析中[1-2],該理論對于分析構造運動頻繁、氣候變遷強、可容空間和沉積物供給速率的變化(A/S)大的陸相沉積盆地有較好的適用性[3-4]。國內學者進行了多方面應用探討,從油氣勘探評價階段地層格架及儲層空間分布模式構建的長時間尺度層序單元分析[5]到開發(fā)階段儲層內部構型及剩余油預測的短時間尺度單砂體層序單元研究[6],已初步形成了一套針對中國陸相含油氣盆地油氣勘探、評價及開發(fā)的技術理論方法。淺水湖盆河控三角洲沉積地層是中國最重要的油氣儲集層類型之一,在松遼盆地白堊系、渤海灣盆地新近系和鄱陽湖贛江三角洲等大型湖盆均有發(fā)現(xiàn)[7-9],多是由按地質時間順序的多期河流沉積垂向加積或垂向切疊加積而成的,地層特征取決于每期河流沉積特征和后期河流對前期河流沉積物的切蝕程度,因而地層時空演化具有復雜性和多變性,造成淺水湖盆河控三角洲沉積地層的高分辨率層序地層分析較困難,導致對各級次基準面旋回演化規(guī)律及地層模式認識尚不清楚。因此,筆者以松遼盆地扶新隆起帶南部扶余油層淺水湖盆河控三角洲沉積為例,通過對各級次基準面旋回精細劃分與對比,建立高分辨率層序地層格架,并在等時地層格架內進行各級次基準面旋回演化規(guī)律及高分辨率層序地層發(fā)育特征與模式研究。

1 地質概況

圖1 松遼盆地扶新隆起帶南部區(qū)域位置Fig.1 Location of southern Fuxin Uplift,Songliao Basin

扶新隆起帶是松遼盆地中央坳陷區(qū)南部的一個正向二級構造單元(圖1),其西南與長嶺凹陷相接,南毗華字井階地,北臨三肇凹陷,東連登婁庫-長春嶺背斜帶[10]。扶余油層屬于下白堊統(tǒng)泉頭組四段,為松遼盆地南部最重要的含油層系之一[11]。該沉積時期扶新隆起帶主要受西南物源?？邓岛蜄|南物源長春和懷德水系影響[12],發(fā)育大型淺水湖盆河控三角洲沉積,以三角洲分流平原沉積為主,僅在泉四段頂部沉積了較薄的灰色、灰綠色泥巖夾砂巖的三角洲前緣沉積。至青山口組一段沉積時期,盆地進入穩(wěn)定坳陷期,沉積了數(shù)百米厚的深湖-半深湖相黑色泥巖,在青一段下部有三組頁巖、泥灰?guī)r與劣質油頁巖互層的巖性組合,是松遼盆地最大的湖泛期產物[13],為長期基準面上升→下降的轉換點。在20世紀80年代開展的沉積微相(大層段)系統(tǒng)研究中,扶新隆起帶南部扶余油層按沉積旋回劃分為4個砂組13個小層。

2 扶余油層高分辨率層序劃分與對比

2.1 扶余油層各級次基準面旋回劃分方案

根據各級次層序界面和湖泛面的層序地層學意義,以及不同級次基準面升降運動所導致的地層旋回過程和沉積學響應特征,結合鉆井巖心、測井和沉積微相相序變化特征等資料的綜合分析(表1),按照陸相盆地基準面旋回級別劃分方案,將扶新隆起帶南部扶余油層劃分為1個長期基準面旋回的上升半旋回(LSC),4個中期基準面旋回(自下而上為MSC1-MSC4),13個短期基準面旋回(自下而上為SSC1-SSC13)及若干超短期基準面旋回(圖2)。

2.2 扶余油層各級次基準面旋回層序對比

在鉆井沉積微相分析和各級次基準面旋回層序劃分基礎上,依據Cross提出的高分辨率層序地層對比原則[14],應用“逐級標準(參照)等時面控制下的逼近基準面旋回界面對比”的對比方法,建立了扶新隆起帶南部扶余油層高分辨率層序地層對比格架(圖3)。在高分辨率層序地層格架控制下,通過旋回及其組合、地層過程-響應分析、高級次層序控制和地震、測井、巖心資料綜合對比等具體技術手段,實現(xiàn)了全區(qū)扶余油層805口井13個短期基準面旋回層序精細對比。

表1 扶新隆起帶南部扶余油層層序界面類型與特征Table 1 Feature and types of sequence boundary surface in Fuyu oil layer of southern Fuxin Uplift

圖2 扶余油層高分辨率層序地層劃分圖(前41井)Fig.2 High-resolution sequence stratigraphy division of Fuyu oil layer(well Qian 41)

3 扶余油層高分辨率層序地層分析

3.1 扶余油層地層發(fā)育特征及控制因素

從地層對比結果來看,扶新隆起帶南部扶余油層地層厚度整體具“西南厚、東北薄”的分布特征,且南北差異較大,由西北部的124.4 m(讓24井)減薄至東南部的92.9 m(木67井),直線距離約28 km,地層減薄31.5 m,地層直線減薄率約為1.125 (圖4)。同時發(fā)現(xiàn)地層厚度并不是呈直線型逐漸減薄,而是呈不規(guī)則臺階形跳躍式減薄,整體具“2陡坎3緩臺”格局,特別是“東北陡坎”及其“西南平臺”尤為突出(圖3、4)。按照基準面變化過程-響應原理可知,平行物源向盆方向地層厚度應呈整體增大趨勢,但在研究區(qū)表現(xiàn)的現(xiàn)象恰恰相反,區(qū)內主要受西南物源和東南物源雙重控制,但河流方向主要為西南-北東向,由西南至東北方向為由陸向盆方向,但地層厚度卻由西南向東北階梯式減薄,表面上看似乎與基準面變化過程-響應原理相悖。通過全面細致地分析研究區(qū)的地質特征發(fā)現(xiàn),扶余油層的地層厚度變化、相序、相組合和相類型等特征受基準面變化和古地貌雙重控制,其中古地貌對于扶余油層厚度變化影響較大。研究區(qū)(整體東高西低,構造低處近物源)處于扶新隆起帶的南坡,扶新隆起是一個繼承性的古隆起,在基準面上升情況下,研究區(qū)東部的可容空間增加幅度由于受古隆起的影響小于西部的可容空間增加幅度,直接控制了A/S的變化,這就直接導致扶余油層在厚度上的變化,從而形成了受繼承性古隆起控制的向盆階梯狀減薄地層模式。

圖3 扶新隆起帶南部扶余油層高分辨率層序地層對比Fig.3 Comparison of high-resolution sequence stratigraphy in Fuyu oil layer of southern Fuxin Uplift

圖4 扶余油層地層厚度等值線圖Fig.4 Contour map of strata thickness of Fuyu oil layer

3.2 基準面變化與湖平面的關系及其對相序和相域的控制

從扶新隆起帶南部扶余油層沉積相發(fā)育過程來看,其相類型、相序、相組合特征與基準面的發(fā)育過程緊密相聯(lián)。該區(qū)河控三角洲沉積中,基準面的發(fā)育過程可以近似于湖平面的升降過程,基準面高,湖平面高；反之則低(圖5)。

MSC1沉積時期,處于長期基準面下降-上升的轉換位置→上升早期,基準面上升較緩慢,主要為低可容納空間條件下多個向上變深的非對稱型短期旋回垂向疊加而成。此時,扶余油層主要發(fā)育淺水湖盆高能河控三角洲分流平原亞相沉積,沉積微相類型較單一,主要為分流河道和分流河道間,分流河道能量較強,底部沖刷突變面清晰,滯留沉積發(fā)育；分流河道間主要為紫紅色泥巖,具貝殼狀斷口、擦痕等特征。

MSC2沉積時期,處于長期基準面上升中期,基準面上升較快,主要為中-低可容納空間條件下多個向上變深的非對稱型短期旋回垂向疊加而成,局部出現(xiàn)向上變深復變淺的對稱型旋回,但向上變淺半旋回規(guī)模一般較小。此時,扶余油層主要發(fā)育淺水湖盆高能→低能河控三角洲分流平原亞相沉積。由于基準面的快速穩(wěn)定上升,A/S值有所增大,局部出現(xiàn)向上變深復變淺的對稱型旋回；河流的影響作用開始減弱,分流河道底部滯留沉積明顯變??；分流河道間沉積局部出現(xiàn)灰綠色泥巖或雜色泥巖。

MSC3沉積時期,處于長期基準面上升中晚期,基準面上升緩慢,總體上仍表現(xiàn)為中等可容納空間條件下多個向上變深的非對稱型短期旋回垂向疊加而成,但各短期旋回保存相對完整,并且向上變深復變淺的對稱型旋回開始增多。此時,扶余油層主要發(fā)育淺水湖盆低能河控三角洲分流平原亞相沉積,沉積微相類型增多,出現(xiàn)決口河道、決口扇和溢岸砂等微相。分流河道特征仍很明顯且垂向相對發(fā)育,但河水溢岸、改道有所增加；分流河道間主要為紫紅色泥巖,灰綠色泥巖開始增多,反映基準面緩慢上升導致了地下水位不斷升高,分流河道間洼地面積有所增大。

MSC4沉積時期,處于長期基準面上升晚期→末期,為一個向上變深復變淺的對稱型中期旋回,基準面快速上升后略有下降,主要為中、高可容納空間條件下多個向上變深復變淺的對稱型和向上變淺的非對稱型短期旋回疊加而成,向上變深的非對稱型短期旋回僅在該旋回早期局部地區(qū)出現(xiàn),各短期旋回保存相對完整。該旋回沉積早期,基準面緩慢上升,區(qū)內主要為淺水湖盆低能河控三角洲分流平原亞相沉積,沉積特征與MSC3類似。該旋回沉積中期,基準面快速上升,區(qū)內主要為淺水湖盆河控淺三角洲分流平原亞相近岸沉積區(qū),古地貌相對平緩、距物源遠,具有陸上氧化環(huán)境和水下還原環(huán)境的雙重特征。該旋回沉積晚期,基準面上升速率減慢,并略有下降,區(qū)內主要為淺水湖盆河控三角洲前緣亞相,水下分流河道相對發(fā)育；水下分流河道間主要為灰綠色塊狀泥巖為主,見揉皺構造。該旋回沉積末期,受控于松遼盆地的整體發(fā)展趨勢,基準面快速上升,沉積物供給迅速減少,主要發(fā)育前三角洲亞相沉積,以發(fā)育厚度較大的灰黑色水平層理泥(頁)巖夾薄層菱鐵礦層為主要特征。

圖5 扶新隆起帶南部扶余油層沉積層序演化圖Fig.5 Sedimentary sequence evolution of Fuyu oil layer in the southern Fuxin Uplift

3.3 基準面變化過程對砂體幾何形態(tài)的控制

砂體的空間疊置形式受控于A/S比值或基準面變化。扶余油層底部為長期基準面下降至上升轉換面,A/S值較低,致使前期和同期的多條河流在同一平面上多次側向疊加,地層保存程度差,形成平面及垂向上嚴重切疊的大面積分布的側向下切河道復合砂體,砂體幾何形態(tài)以多層式或多邊式為主。MSC1沉積時期可容納空間增速較小,區(qū)內發(fā)育的淺水湖盆高能河控三角洲沉積體系提供了充沛的沉積物,使A/S較低,原始地貌要素保存程度較差,砂體幾何形態(tài)以多層式或多邊式為特征。由于地形平緩,研究區(qū)西南部至東北部沉積特征并無明顯變化,均以大型、厚層分流河道沉積為主(圖5),相分異作用不明顯。MSC2沉積時期可容納空間迅速增大,研究區(qū)南北部沉積響應略有差異,西南部距離物源相對較近,物源供給充足,大量沉積物在一定可容納空間內迅速堆積,各砂體底型保存不完整,形成疊加程度較嚴重的復合分流河道砂體；研究區(qū)東北部雖距離物源相對較遠,物源供給相對匱乏,但該區(qū)受繼承性古隆起的持續(xù)抬升控制,使可容納空間較西南部有所減小,因而整體A/S值較西南部略有增大,以分流河道砂體較為發(fā)育,但切疊現(xiàn)象不明顯為特征(圖6)。MSC3沉積時期可容納空間穩(wěn)定增加。西南部物源供給仍很充足,雖然可容納空間穩(wěn)定增加,但A/S值仍較低,原始地貌要素保存程度低,砂體幾何形態(tài)仍以多邊式為特征；研究區(qū)東北部距離物源相對較遠,物源供給變得相對匱乏,此時繼承性古隆起的持續(xù)抬升幅度變弱,使可容納空間較西南部相當,因此整體A/S值較西南部明顯增大,形成了中等可容納空間條件下的沉積響應,原始地貌要素保存程度高,分流河道以側向加積作用為主,砂體幾何形態(tài)以單邊式至孤立式為特征(圖6)。MSC4沉積時期可容納空間迅速增大,主要發(fā)育中、高可容納空間條件下的沉積響應。同時受區(qū)域水進作用的影響,東南長春-懷德水系和西南?？邓的芰繙p弱,沉積物供給量較少,使A/S值大幅度增大,原始地貌要素保存程度高,砂體幾何形態(tài)以單邊式至孤立式為特征。南北沉積特征差異更加明顯,西南部仍發(fā)育較為密集的水下分流河道,至東北部水下分流河道漸變?yōu)樗路至骱拥滥┒嘶蛳癄钌?至研究區(qū)東北角基本消失,過渡為局部的外前緣沉積(圖7)。

圖6 扶新隆起帶南部扶余油層砂體幾何形態(tài)分布特征Fig.6 Distribution of sandbody geometry of Fuyu oil layer in the southern Fuxin Uplift

3.4 基準面旋回對儲層分布的控制

由以上分析不難看出不同級次的基準面旋回疊加控制了沉積相的展布,進而控制了儲層的分布特征,中期基準面旋回層序對于儲層發(fā)育特征的控制尤為明顯。向上變深的非對稱型中期基準面旋回上升半旋回早期可容納空間較小,物源供給充沛,短期基準面旋回以分流河道砂體為主形成自旋回,多為上升半旋回為主的對稱型或向上變深的不對稱型旋回,主要形成厚層分流河道沉積,砂體具側向疊置、分布范圍廣、連通性好等特征,構成了研究區(qū)的主要儲層砂體(圖7)；中期基準面旋回上升半旋回晚期,可容納空間增大,砂泥比值降低,單砂層呈變薄變細的趨勢,表現(xiàn)為砂泥巖互層,砂體底型保存一般較好,沉積微相以分流河道、天然堤、分流河道間組合或分流河道、分流河道間組合為主,分流河道砂體多彼此獨立,連通性較差,儲層單元多為單個分流河道砂體及分流河道間薄層砂,儲集性能較差,但分流河道間發(fā)育的泥質沉積較純、分布面積廣,可成為良好的局部蓋層和遮擋層,給巖性油藏的成藏創(chuàng)造較為有利的條件。向上變深復變淺的對稱型中期基準面旋回上升半旋回沉積特征與向上變深的非對稱型中期基準面旋回上升半旋回類似；下降半旋回早期,基準面較高,可容納空間較大,A/S值較大,短期旋回多以對稱型為主,沉積微相以水下分流河道、水下天然堤、水下分流河道間及薄層砂為主,此時多發(fā)育限定性較強的水下分流河道,砂體彼此孤立分布,連通性較差,泥質沉積發(fā)育,易形成良好的局部蓋層和遮擋層；下降半旋回晚期,隨著基準面略微下降,A/S值減小,短期旋回多為向上變淺的非對稱型,沉積微相主要為席狀砂(或河口壩)、水下分流河道間沉積,水下分流河道(末端)微相受湖水改造,沉積特征不明顯,此時受河流和湖水雙重控制的河控帶狀砂體大面積分布,連通性變好,但由于水動力條件較弱,沉積物粒度較細,砂體物性較差且易向河道前方尖滅,形成上傾尖滅型巖性圈閉。

圖7 扶余油層短期基準面旋回層序儲層砂體分布Fig.7 Distribution of reservoir sandbody in short-term base-level cycle of Fuyu oil layer

4 結 論

(1)扶余油層劃分為1個長期基準面旋回的上升半旋回、4個中期基準面旋回、13個短期基準面旋回。扶余油層厚度受繼承性古隆起控制呈現(xiàn)向盆階梯狀減薄。

(2)扶余油層沉積時期基準面的發(fā)育過程可以近似于湖平面的升降過程,基準面高,湖平面高；反之則低,主要經歷了4個變化階段:早期的緩慢上升階段、中期的快速上升階段、中后期的緩慢上升階段及末期的快速上升后略有下降階段。依次發(fā)育了高能河控三角洲分流平原、低能河控三角洲平原、河控三角洲分流平原近岸沉積區(qū)及三角洲前緣-前三角洲沉積。

(3)扶余油層底部為長期基準面下降至上升轉換面,砂體幾何形態(tài)以多層式或多邊式為主。隨著基準面上升,A/S值增加,原始地貌要素保存程度的增強導致河道砂體以側向加積和填積為主,使沉積微相的多樣性增加,砂體以單邊式至孤立式為特征。分流河道砂體的規(guī)模整體上逐漸變小,在平面上和垂向上的切疊程度逐漸變差。

(4)扶余油層向上變深的非對稱型中期基準面旋回上升半旋回早期主要形成厚層分流河道沉積,構成了研究區(qū)的主要儲集砂體；中期基準面旋回上升半旋回晚期分流河道砂體多彼此獨立,儲集砂體多為單個分流河道砂體及分流河道間薄層砂。

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(編輯 徐會永)

Analysis of high-resolution sequence stratigraphy of Fuyu oil layer
in the southern Fuxin Uplift

SUN Yu1,ZHANG Jin-yan1,MA Shi-zhong1,YAN Bai-quan1,ZHAO Hui2,CONG Lin1
(1.College of Geosciences,Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China；
2.Exploration and Development Institute of Jilin Oilfield Company Limited,Songyuan 138001,China)

Based on cores,log and well-log data,evolution of all levels base-level cycles and high-resolution sequence stratigraphic model were analyzed in Fuyu oil layer of the southern Fuxin Uplift.The results show that one long-term,four middleterm and thirteen short-term base-level cycles were classified.Strata thickness is controlled by the inherited palaeo-uplift and it appears stepped thinning toward the basin.Base-level mainly experienced four stages:the early rising slowly stage,the middle rising quickly stage,the middle and later rising slowly stage,the end rising quickly and falling slightly stage.Fuyu oil layer has developed into high-energy fluvial-dominated delta plain,low-energy fluvial-dominated delta plain,coastal deposition area of fluvial-dominated delta plain and delta front to pro-delta deposition during those four stages.The bottom of Fuyu oil layer is a turnaround surface of long term base-level falling to base-level rise.Its A/S is far less than 1.The geometry of sandbody is maily multi-layered.With the base level rising,A/S and the preservation degree of original landscape elements increase gradually.This is the reason why channel deposit is mainly lateral accretion,and the sandbody is isolated.The early rising hemicycle of non-symmetry middle-term base-level cycle deepening upward mainly forms thick distributary channels, which constitutes the main reservoir sandbodies of Fuyu oil layer.

base-level cycle；high-resolution sequence stratigraphy；fluvial-dominated delta；Fuyu oil layer

TE 121.34

A

1673-5005(2013)04-0007-08

10.3969/j.issn.1673-5005.2013.04.002

2013-01-15

國家自然科學基金項目(41202102)

孫雨(1981-),男,副教授,博士,主要從事石油地質與儲層沉積研究。E-mail:sunyu_hc@163.com。