高分辨率層序構(gòu)型及對(duì)儲(chǔ)層構(gòu)型的控制
——以東營(yíng)凹陷梁11斷塊沙二段第7、第8砂層組為例

國(guó)景星, 李鳳群, 國(guó) 強(qiáng)

(1.中國(guó)石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東 青島 266580;2.華北油田公司 第三采油廠 地質(zhì)研究所，河北 河間 062450; 3.中國(guó)石油大學(xué) 地球物理與信息工程學(xué)院，北京 102249)

“構(gòu)型”主要是從層次結(jié)構(gòu)的角度對(duì)地質(zhì)體進(jìn)行研究，層序地層構(gòu)型主要是指由不同級(jí)次關(guān)鍵界面所限定的各級(jí)次層序地層單元的發(fā)育及其空間分布特征。儲(chǔ)層構(gòu)型是指沉積砂體內(nèi)部由各級(jí)次沉積界面所限定的砂質(zhì)單元和不連續(xù)“薄夾層”的幾何形態(tài)、規(guī)模大小、相互排列方式與接觸關(guān)系等結(jié)構(gòu)特征[1]。由海(湖)平面或基準(zhǔn)面變化所引起的層序地層單元的發(fā)育及疊置樣式，對(duì)儲(chǔ)集體的發(fā)育規(guī)模和特征具有很強(qiáng)的預(yù)測(cè)作用。本文主要研究層序地層構(gòu)型與儲(chǔ)層構(gòu)型之間的關(guān)系，并以層序構(gòu)型研究為基礎(chǔ)探討其對(duì)儲(chǔ)層構(gòu)型的影響，為不具備密井網(wǎng)等條件的覆蓋區(qū)的儲(chǔ)層構(gòu)型研究提供指導(dǎo)。

梁11斷塊區(qū)位于東營(yíng)凹陷中央隆起帶西段南緣，西部為史南油田，北東方向?yàn)楝F(xiàn)河莊油田，東南部為牛莊油田[2]。自1979年鉆探梁11井發(fā)現(xiàn)沙河街組第二段下部大套含油砂巖以來(lái)，已進(jìn)入特高含水開(kāi)發(fā)期(綜合含水94.9%)。沙二下亞段屬于濱淺湖背景下的三角洲沉積[3]。梁11斷塊區(qū)位于東營(yíng)凹陷中央隆起帶西段南緣，沙二下亞段在研究區(qū)發(fā)育5個(gè)砂層組——第6、第7、第8、第9、第10砂層組(圖1)，主要屬于三角洲前緣亞相沉積。研究認(rèn)為，梁11斷塊沙二段第7砂層組可以劃分為4個(gè)小層10個(gè)單砂層，第8砂層組可劃分為3個(gè)小層10個(gè)單砂層[4]。

1 高分辨率層序構(gòu)型特征

1.1 基準(zhǔn)面旋回界面特征

高分辨率層序地層學(xué)理論及其技術(shù)方法在陸相盆地層序分析中的應(yīng)用,關(guān)鍵技術(shù)之一是識(shí)別和劃分不同成因的界面與不同級(jí)次的基準(zhǔn)面旋回[5]。基準(zhǔn)面旋回界面分為基準(zhǔn)面上升至下降轉(zhuǎn)換面、基準(zhǔn)面下降至上升轉(zhuǎn)換面，識(shí)別標(biāo)志主要為地層記錄中巖性的時(shí)空變化及其在測(cè)井、地震資料上的特殊響應(yīng)。不同規(guī)模和尺度的沖刷面、巖相轉(zhuǎn)換面以及不整合面等都是比較常見(jiàn)的基準(zhǔn)面旋回界面。

梁11斷塊沙二下亞段第7、第8砂層組基準(zhǔn)面旋回界面主要為巖相轉(zhuǎn)換面和沖刷面(圖2)。

1.2 各級(jí)次基準(zhǔn)面旋回類型及特征

1.2.1 超短期基準(zhǔn)面旋回類型及特征

研究區(qū)沙二下亞段第7、第8砂層組20個(gè)超短期旋回，絕大多數(shù)屬于非對(duì)稱型，可進(jìn)一步細(xì)分出水體向上變深的非對(duì)稱型和向上變淺的非對(duì)稱型。向上變淺的非對(duì)稱型超短期旋回發(fā)育在第8砂層組，其常見(jiàn)相序?yàn)椋呵叭侵蕖h(yuǎn)砂壩→河口壩，前三角洲→壩間→遠(yuǎn)砂壩，前三角洲→河口壩，前三角洲→遠(yuǎn)砂壩等5種相序，反映了基準(zhǔn)面下降、可容空間減小的過(guò)程。向上變深的非對(duì)稱型超短期旋回發(fā)育在第7砂層組，其常見(jiàn)相序?yàn)椋核路至骱拥馈烊坏獭至鏖g灣，水下分流河道→分流間灣，天然堤→分流間灣等3種相序，反映了基準(zhǔn)面上升、可容空間增大的過(guò)程。

1.2.2 短期基準(zhǔn)面旋回類型及特征

沙二下亞段第7、第8砂層組發(fā)育的7個(gè)短期基準(zhǔn)面旋回可以分為2種類型：向上變淺非對(duì)稱型短期基準(zhǔn)面旋回和向上變深的短期基準(zhǔn)面旋回。第8砂層組的3個(gè)短期旋回均屬于向上變淺的非對(duì)稱型短期旋回。該類短期旋回沉積時(shí)期，基準(zhǔn)面較高、沉積物補(bǔ)給通量比值(A/S)高，沉積物向湖盆快速推進(jìn)，形成以進(jìn)積為主的沉積系列(圖2)。第7砂層組的4個(gè)短期旋回基本上均表現(xiàn)為向上變深的非對(duì)稱型短期旋回，旋回沉積早期基準(zhǔn)面低，河道侵蝕下切作用強(qiáng)，沉積了厚層塊狀砂巖；之后，基準(zhǔn)面上升、A/S小，砂質(zhì)沉積減少、泥質(zhì)沉積增加(圖2)。

1.2.3 中期基準(zhǔn)面旋回類型及特征

依據(jù)短期基準(zhǔn)面旋回的疊加樣式、相序及界面特征的差異，梁11斷塊區(qū)沙二下亞段第7、第8砂層組發(fā)育2個(gè)中期旋回。早期的中期旋回由3個(gè)向上變淺的非對(duì)稱型短期基準(zhǔn)面旋回組成，總體表現(xiàn)為自下而上單砂層厚度增大、砂巖含量增加的進(jìn)積模式；晚期的中期旋回由4個(gè)短期基準(zhǔn)面旋回組成，總體表現(xiàn)為自下而上河道規(guī)模逐漸縮小、單砂層厚度減小、砂巖含量降低的退積模式(圖2)。

2 高分辨率層序構(gòu)型對(duì)儲(chǔ)層構(gòu)型的控制

高分辨率層序地層學(xué)理論的核心是在基準(zhǔn)面旋回變化過(guò)程中，由于可容納空間與A/S值的變化，相同沉積體系域或相域中發(fā)生沉積物的體積分配作用，導(dǎo)致沉積物的保存程度、地層堆積樣式、相類型及相序、巖石結(jié)構(gòu)發(fā)生變化[6]。其中各級(jí)沉積單元的堆砌樣式、巖石結(jié)構(gòu)及其變化是儲(chǔ)層構(gòu)型研究的主要內(nèi)容。另一方面，鄧宏文還認(rèn)為，根據(jù)成因?qū)有蛑g的堆積模式與其在長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回中的位置關(guān)系、成因地層單元內(nèi)體積劃分及其在相互疊置的短期地層旋回內(nèi)的關(guān)系，可預(yù)測(cè)未知地區(qū)的相域分布與相特征[7]，而相類型及其分布是研究?jī)?chǔ)層構(gòu)型的重要內(nèi)容。由此可見(jiàn)，高分辨率層序構(gòu)型對(duì)儲(chǔ)層構(gòu)型具有較為明顯的控制作用，通過(guò)層序構(gòu)型分析可在一定程度上預(yù)測(cè)儲(chǔ)層構(gòu)型、分析儲(chǔ)層構(gòu)型特征。

圖2 L11-6井基準(zhǔn)面旋回分析Fig.2 Base-level cycles analysis of Well L11-6

2.1 對(duì)小層及單砂層的控制

第Ⅱ中期旋回(第8砂層組)發(fā)育3個(gè)小層10個(gè)單砂層，由3個(gè)小層特別是第2、第3小層的砂層厚度、砂體規(guī)模等來(lái)看，各小層沉積早期(33單砂層、25單砂層)基準(zhǔn)面高、A/S高、可容空間大，以泥巖沉積為主，單砂層厚度小，砂體規(guī)模也較小(表1)；沉積中期(32單砂層、24單砂層)，基準(zhǔn)面逐漸降低、A/S及可容空間略有降低，使得單砂層厚度加厚、砂體規(guī)模開(kāi)始增大；沉積后期(31單砂層、23至21單砂層)，基準(zhǔn)面進(jìn)一步降低、A/S及可容空間明顯減小，水動(dòng)力增強(qiáng)，粗碎屑供應(yīng)增加，使得單砂層厚度明顯增厚，砂體規(guī)模明顯增大?？傮w上，基準(zhǔn)面經(jīng)歷了高基準(zhǔn)面→緩慢下降→明顯下降的過(guò)程。

第Ⅰ中期旋回(第7砂層組)發(fā)育4個(gè)小層10個(gè)單砂層，其中的第1、第2、第4小層均發(fā)育2個(gè)或2個(gè)以上單砂層。從其砂層厚度、砂體規(guī)模等可以看出，第1、第2小層沉積早期(33單砂層、12單砂層)，基準(zhǔn)面較低，A/S及可容空間較小，此時(shí)泥質(zhì)沉積為主，單砂層厚度較小，砂體規(guī)模較小，反映粗碎屑供應(yīng)不足；沉積后期，基準(zhǔn)面上升，A/S及可容空間增大，此時(shí)單砂層厚度加厚、砂體規(guī)模增大(表1)，反映粗碎屑供應(yīng)充足。以上沉積結(jié)果反映，基準(zhǔn)面升降是控制砂體發(fā)育的因素之一，除此之外，還明顯受物源供應(yīng)的影響。

2.2 對(duì)河口壩與遠(yuǎn)砂壩及其內(nèi)部構(gòu)型的控制

當(dāng)基準(zhǔn)面高，A/S大時(shí)，沉積物的供給明顯不足，研究區(qū)位置主要發(fā)育規(guī)模相對(duì)較小的遠(yuǎn)砂壩或前緣席狀砂(圖3-A,B)，砂層厚度一般在2～8 m，局部可達(dá)8 m以上，粒度偏細(xì)，主要為粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，除此之外主要為泥質(zhì)沉積；隨著基準(zhǔn)面下降、A/S逐漸減小，水動(dòng)力增強(qiáng)，粗碎屑物質(zhì)供給增加，沉積物向盆地推進(jìn)，形成以粉砂巖為主的河口壩沉積(圖3-C)，單砂層厚度增大，一般在4～12 m，局部可達(dá)12 m以上；當(dāng)基準(zhǔn)面進(jìn)一步降低，沉積物供給量大而可容空間小(A/S明顯減小)，河流攜帶來(lái)大量沉積物繼續(xù)向湖盆推進(jìn)，形成厚度更大的河口壩沉積(圖3-D)，巖性為細(xì)砂巖、中砂巖、含礫砂巖等，單砂層厚度一般在6～16 m，局部可達(dá)16 m以上。

表1 基準(zhǔn)面旋回劃分及砂體規(guī)模統(tǒng)計(jì)Table 1 The division of base-level cycles and statistics of sand body size

圖3 第8砂層組基準(zhǔn)面旋回特征及82小層沉積相演化Fig.3 Base-level cycles characteristics of Es2-8 and the evolution of sedimentary facies of 82 subzone

除此之外，砂體內(nèi)部夾層發(fā)育也出現(xiàn)明顯變化：當(dāng)基準(zhǔn)面高時(shí)，因沉積物供給不足，主要發(fā)育規(guī)模較小的遠(yuǎn)砂壩或前緣席狀砂，夾層主要為泥質(zhì)且較為常見(jiàn)，夾層橫向不穩(wěn)定，延伸距離較短。當(dāng)基準(zhǔn)面低時(shí)，沉積物供給充足，河口壩規(guī)模大，儲(chǔ)集體的不同位置夾層的巖性、厚度及分布穩(wěn)定性不同，壩主體夾層以鈣質(zhì)夾層、過(guò)渡性?shī)A層為主，厚度較小且不甚穩(wěn)定，封隔性能較差，壩緣和壩側(cè)翼的夾層以泥質(zhì)夾層為主，厚度較大且相對(duì)較穩(wěn)定，封隔性能較好；壩頂位置的夾層少且厚度變化不穩(wěn)定[8]。

2.3 對(duì)河道及其內(nèi)部構(gòu)型的控制

對(duì)于河道砂體而言，儲(chǔ)層構(gòu)型研究的重點(diǎn)包括：?jiǎn)紊绑w規(guī)模(砂體厚度和砂體寬度等)以及單砂體內(nèi)部側(cè)積體與側(cè)積層特征。據(jù)Leeder研究發(fā)現(xiàn)：側(cè)積層的傾角受到滿岸寬度和滿岸深度的控制，同時(shí)側(cè)積體的最大寬度也受滿岸寬度的控制[9](大致相當(dāng)于滿岸寬度的2/3)。因此，可以認(rèn)為：高分辨率層序構(gòu)型對(duì)儲(chǔ)層構(gòu)型的控制主要是通過(guò)基準(zhǔn)面升降引起滿岸深度與滿岸寬度的變化，最終表現(xiàn)為砂體厚度、砂體寬度以及單砂體內(nèi)部側(cè)積體與側(cè)積層差異。

以第7砂層組第4小層的第1～第4單砂層為例，44單砂層沉積期，基準(zhǔn)面較低，A/S較小，沉積物供給較為充足，此時(shí)河道較為發(fā)育(圖4-A)，砂體厚度較大(表1)。43單砂層沉積期，基準(zhǔn)面略有上升，A/S增大，但沉積物供給不足，此時(shí)河道的侵蝕下切和側(cè)向遷移作用較弱，一般形成較窄的河道(圖4-B)，而且砂體厚度相對(duì)較薄(表1)，河道砂體內(nèi)側(cè)積層基本不發(fā)育，僅見(jiàn)為數(shù)不多的鈣質(zhì)夾層[2]。42、41單砂層沉積期，基準(zhǔn)面上升，A/S進(jìn)一步增大，河流攜帶大量沉積物進(jìn)入湖盆，密度較大，河道不斷侵蝕下切并發(fā)生較為明顯的側(cè)向遷移作用，使得水下分流河道較寬(圖4-C,D)，河道的彎度指數(shù)較大，沉積的砂層較厚(表1)；同時(shí)，由于側(cè)向遷移等作用，砂體內(nèi)部不僅發(fā)育鈣質(zhì)夾層，同時(shí)還發(fā)育側(cè)積層(泥質(zhì)夾層)。從數(shù)量上看，基準(zhǔn)面較高、物源供應(yīng)充足背景下形成的厚砂體內(nèi)夾層明顯較多，基準(zhǔn)面較低、物源供應(yīng)不足背景下小規(guī)模河道所形成的較薄層砂體內(nèi)夾層較少。從側(cè)積層傾角來(lái)看，本區(qū)水下分流河道內(nèi)夾層傾角一般小于2°[2]，明顯小于陸上曲流河點(diǎn)砂壩側(cè)積層傾角(3°～10°[10-12])；從夾層分布位置來(lái)看，泥質(zhì)夾層(側(cè)積層)主要分布于砂體減薄部位，鈣質(zhì)夾層主要分布于砂體中偏上部。

3 主要認(rèn)識(shí)

a.梁11斷塊沙二下亞段第7、第8砂層組發(fā)育2個(gè)中期基準(zhǔn)面旋回、7個(gè)短期基準(zhǔn)面旋回和20個(gè)超短期旋回；早期中期旋回由3個(gè)向上變淺的非對(duì)稱型短期基準(zhǔn)面旋回組成，晚期中期旋回由4個(gè)向上變深的非對(duì)稱型短期旋回組成；20個(gè)超短期旋回均屬于非對(duì)稱型，可分為水體向上變淺的非對(duì)稱型和向上變深的非對(duì)稱型。

圖4 第7砂層組基準(zhǔn)面旋回特征及74小層沉積相演化Fig.4 Base-level cycles characteristics of Es2-7 and the evolution of sedimentary facies of 74 subzone

b.中期基準(zhǔn)面旋回的數(shù)量控制砂層組的數(shù)量，短期和超短期基準(zhǔn)面旋回分別控制小層及單砂層的發(fā)育。基準(zhǔn)面的高低及物源供應(yīng)共同控制了砂體發(fā)育的規(guī)模、巖石類型等。一般而言，基準(zhǔn)面下降、A/S減小時(shí)，砂體規(guī)模特別是砂層厚度增大，粒度偏粗；而基準(zhǔn)面較高、物源供應(yīng)充足時(shí)，同樣可以形成較大規(guī)模砂體。

c.層序構(gòu)型對(duì)儲(chǔ)層構(gòu)型有明顯的控制作用。當(dāng)基準(zhǔn)面下降、物源供應(yīng)充足時(shí)，河口壩規(guī)模明顯增大，且不同位置夾層的巖性、厚度及分布穩(wěn)定性不同，壩主體夾層以鈣質(zhì)夾層、過(guò)渡性?shī)A層為主，厚度較小且不甚穩(wěn)定，封隔性能較差?；鶞?zhǔn)面較高、物源供應(yīng)不足時(shí)，水下分流河道砂體厚度較小，且砂體內(nèi)側(cè)積層基本不發(fā)育，僅見(jiàn)為數(shù)不多的鈣質(zhì)夾層；河口壩主要發(fā)育規(guī)模較小的遠(yuǎn)砂壩或前緣席狀砂，砂巖體內(nèi)夾層橫向不穩(wěn)定，主要為泥質(zhì)夾層?；鶞?zhǔn)面較高、物源供應(yīng)充足時(shí)，水下分流河道砂體厚度較大，砂體內(nèi)側(cè)積層除了發(fā)育鈣質(zhì)夾層外還發(fā)育泥質(zhì)側(cè)積層，側(cè)積層傾角一般小于2°，較陸上曲流河點(diǎn)砂壩側(cè)積層傾角明顯偏小。

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