高分辨率層序地層學(xué)在儲(chǔ)集層規(guī)模劃分中的問題

高分辨率層序地層學(xué)在儲(chǔ)集層規(guī)模劃分中的問題

1地質(zhì)勘探方向的研究。在理論與方法上,主要有兩自1995年高分辨率層序地層學(xué)理論在中國(guó)引入以來，國(guó)內(nèi)石油地質(zhì)工作者將其基本原則和分析方法應(yīng)用于盆地、區(qū)帶和油藏層的高精度時(shí)間地層格構(gòu)構(gòu)建，極大地提高了生儲(chǔ)層的組合，尤其是儲(chǔ)層分布預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和精度。近10余年來有關(guān)高分辨率層序地層學(xué)理論探討及其在油氣勘探與開發(fā)中應(yīng)用的文章有數(shù)百篇之多,涉及不同成因類型的含油氣盆地和含煤盆地,其中以在陸相盆地中的應(yīng)用居多。應(yīng)用范圍包括勘探與開發(fā)兩大領(lǐng)域,近幾年來在油田開發(fā)領(lǐng)域中的應(yīng)用有明顯增多的趨勢(shì)。概括起來其研究?jī)?nèi)容大致可以分為理論解析和應(yīng)用兩個(gè)大方面,在理論與方法探討方面包括:(1)高分辨率層序地層學(xué)理論和方法探析(鄧宏文等,2000;吳富強(qiáng)等,2001;汪彥等,2005;黃彥慶等,2006);(2)基準(zhǔn)面旋回的級(jí)次劃分(鄭榮才等,2001;王振奇等,2002);(3)高分辨率層序地層模擬技術(shù)(李道亮等,2003);(4)基準(zhǔn)面旋回自動(dòng)劃分技術(shù)(鄭小武等,1999;吳義杰等,2003;王志坤等,2005;劉文業(yè),2006;張瑩等,2008)等。在油氣勘探與油田開發(fā)應(yīng)用方面包括:(1)區(qū)域?qū)有虻貙优c儲(chǔ)集層分布預(yù)測(cè)(諸多文章);(2)河流相層序地層分析方法與應(yīng)用(鄧宏文等,1997;鄭榮才等,2004;鄧宏文等,2004,2007;李宏偉等,2005);(3)油藏描述與儲(chǔ)集層精細(xì)預(yù)測(cè)(鄭榮才等,2003;袁新濤和沈平平,2007;孫致學(xué)等,2008);(4)基準(zhǔn)面旋回與儲(chǔ)集層非均質(zhì)性(Cross,2000;蘇娟和郭建華,2008);(5)流體流動(dòng)單元?jiǎng)澐旨笆Ｓ嘤头植?(6)高分辨率層序與地震沉積學(xué)等。除了油氣地質(zhì)領(lǐng)域方面的應(yīng)用外,尚有文章論及基準(zhǔn)面旋回對(duì)砂巖型鈾礦分布的控制作用(楊仁超等,2006)。上述研究極大地豐富了高分辨率層序地層學(xué)理論和分析方法,對(duì)中國(guó)油氣勘探與油田開發(fā)挖潛起著至關(guān)重要的作用。但在應(yīng)用過程中不可避免地存在一些問題,有些屬于理解的偏差和概念的模糊,有些屬于尚須探討的問題,作者主要針對(duì)油田或油藏范圍內(nèi)高分辨率基準(zhǔn)面旋回劃分與對(duì)比過程中的一些問題發(fā)表一些見解和認(rèn)識(shí)。2形成準(zhǔn)層序的海湖泛面無論海相地層或陸相地層,其基本沉積特征即沉積的旋回性,而且具有不同級(jí)次的旋回性,這已是不爭(zhēng)的事實(shí)。地層的旋回性和旋回的多級(jí)次性來自基準(zhǔn)面旋回的多級(jí)次性,也就是說,地層記錄中不同級(jí)次的旋回記錄了相應(yīng)的基準(zhǔn)面旋回?；鶞?zhǔn)面的變化是一個(gè)全旋回過程,即由代表二分時(shí)間單元(基準(zhǔn)面上升和基準(zhǔn)面下降)的兩個(gè)部分組成,但這一過程有時(shí)候以完整的全旋回記錄下來,有時(shí)候僅由不對(duì)稱的半旋回和代表侵蝕作用和非沉積作用的界面構(gòu)成。準(zhǔn)層序是以海泛面和與之可以對(duì)比的面為界的、成因上有聯(lián)系的、相對(duì)整一的一套地層(VanWagoneretal.,1990面下降半旋回部分,為“半個(gè)時(shí)間”單元的沉積。準(zhǔn)層序發(fā)育的范圍是有限的,一般僅出現(xiàn)在盆地邊緣或斜坡區(qū),如臨濱和三角洲前緣部位。準(zhǔn)層序的形成意味著其上游方向存在著地層沖蝕作用。準(zhǔn)層序頂部的海(湖)泛面通常與水下侵蝕作用和無沉積作用有關(guān),代表水深突然增加,即可容納空間增大,因而沿斜坡向上必然發(fā)生并存在著與海(湖)泛期對(duì)應(yīng)的沉積物的堆積作用,在三角洲體系中則可能發(fā)生三角洲平原分支河道的充填作用,代表基準(zhǔn)面上升時(shí)期的沉積,也就是說,準(zhǔn)層序頂部的海(湖)泛面應(yīng)該與分支河道砂巖為同一時(shí)間的產(chǎn)物,可以進(jìn)行對(duì)比;沿斜坡向盆地方向可以發(fā)生海(湖)侵時(shí)期水下沖刷沉積物的再沉積作用,如濁積體的形成,海(湖)泛面又可以與該類沉積物進(jìn)行對(duì)比(圖1)。由上述分析可以看出,基準(zhǔn)面旋回強(qiáng)調(diào)的是完整時(shí)間的概念,某一地區(qū)的地層信息(如圖1準(zhǔn)層序頂部的湖泛面)必然包含著在時(shí)間上與其相同的另一個(gè)地區(qū)地層屬性的信息(如圖1中三角洲平原或沿岸平原中河道的充填作用),也正因?yàn)槿绱?地層分布才有時(shí)空分布的有序性和可預(yù)測(cè)性(鄧宏文等,2000)。因而在地層劃分與對(duì)比過程中,如果在一維地層剖面上僅識(shí)別出基準(zhǔn)面上升半旋回或下降半旋回,則必須提出這樣的問題并加以解決:(1)在基準(zhǔn)面下降時(shí)期或基準(zhǔn)面上升時(shí)期該地理位置發(fā)生了什么地質(zhì)過程?(2)在同一時(shí)間內(nèi),這一地質(zhì)過程形成或剝蝕的沉積物對(duì)相鄰的區(qū)域產(chǎn)生了什么影響?3高精度地層單元與高頻地層旋回的區(qū)別基準(zhǔn)面旋回的多級(jí)次性導(dǎo)致地層旋回的多級(jí)次性。在以多級(jí)次基準(zhǔn)面旋回為參照面對(duì)地層進(jìn)行劃分與對(duì)比的過程中,中國(guó)石油地質(zhì)工作者根據(jù)陸相盆地地層發(fā)育特征和實(shí)用性提出了諸多的地層基準(zhǔn)面旋回的級(jí)次劃分方案(王振奇等,2002;鄭榮才等,2004),這些方案與見解均有其可取之處。這里要說明的是,由于高分辨率層序地層學(xué)在原理、概念和分析方法上與經(jīng)典層序地層學(xué)有諸多差異,特別是在三級(jí)層序內(nèi)部高精度時(shí)間地層單元,如準(zhǔn)層序等概念上,因而沒有必要一定將二者牽強(qiáng)對(duì)應(yīng)起來。根據(jù)高分辨率層序地層學(xué)觀點(diǎn),依據(jù)巖心、鉆井、測(cè)井資料可以識(shí)別出來的最高級(jí)次的旋回通常是短期地層旋回。短期旋回具有成因?qū)有虻囊饬x,因而最短期的地層旋回也可以稱為一個(gè)成因?qū)有?是在一個(gè)增加和減少可容納空間的基準(zhǔn)面旋回期間堆積的、符合沉積相序或相組合基本定律(Walther定律)的進(jìn)積/加積的地層單元(鄧宏文等,2003)。以短期旋回為基本單元,通過疊加樣式的逐級(jí)組合,可以依次劃分出“中期旋回”、“長(zhǎng)期旋回”、“巨旋回”或“超長(zhǎng)期旋回”等(圖2)。但要注意的是,高分辨率層序主要是在三級(jí)層序內(nèi)部識(shí)別出來的、受基準(zhǔn)面變化控制的高頻地層旋回,其可識(shí)別程度與地層剖面所形成的古地理位置、沉積相成因類型和沉積速率等因素有關(guān),同時(shí)又依賴于巖心、測(cè)井、地震資料等基礎(chǔ)資料及其分辨率的高低,如斷陷盆地陡坡帶厚層砂礫巖體由于物源供給充分、沉積物堆積快速、粒度旋回不明顯以及鉆測(cè)井資料分辨率較低等,其高頻基準(zhǔn)面旋回劃分的難度較大;同樣,深海(湖)相細(xì)粒沉積和濁積成因的盆底扇可識(shí)別出的旋回級(jí)次也很難確定,而海(湖)陸過渡帶的三角洲、灘壩、潮汐、碳酸鹽臺(tái)地等沉積體系中的旋回較易識(shí)別,可以進(jìn)行更多級(jí)次的劃分,在短期旋回內(nèi)可以識(shí)別出超短期旋回,因而劃分出的級(jí)別又表現(xiàn)出相對(duì)性(圖3)。4層單元?jiǎng)澐謱?duì)比高分辨率基準(zhǔn)面旋回的劃分通常以三級(jí)層序或長(zhǎng)期旋回內(nèi)時(shí)間地層單元的劃分與對(duì)比為目的。三級(jí)層序是以不整合或與之可以對(duì)比的整合面所限定的地層單元,其內(nèi)部通常沒有明顯的不整合面,因而如何在三級(jí)層序內(nèi)識(shí)別不同級(jí)次的高級(jí)次基準(zhǔn)面旋回十分重要。4.1注意旋回和旋回作用地層的旋回通常形成于兩種機(jī)制:自旋回作用和他(異)旋回作用。較長(zhǎng)期的地層旋回的形成與沉積特征通常與異旋回作用有關(guān)。而較高頻地層旋回的形成可能受異旋回和自旋回的共同影響,和基準(zhǔn)面旋回變化關(guān)系不明顯或不易區(qū)分,因而在高分辨率基準(zhǔn)面旋回的劃分與對(duì)比中特別要注意區(qū)別自旋回和異旋回作用。異旋回是沉積物供給、構(gòu)造沉降以及海(湖)平面變化導(dǎo)致的可容納空間(A/S值)變化的產(chǎn)物,通?？刂频貙拥寞B加樣式,因而形成基準(zhǔn)面變化旋回,即具有時(shí)間地層對(duì)比意義的成因地層單元(RichardJMoiola,2007)。自旋回作用通常只控制沉積相序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和各巖相的比例,與基準(zhǔn)面旋回變化關(guān)系不明顯。自旋回作用是局部的、無規(guī)律性或規(guī)律性不強(qiáng)的,在時(shí)間上和空間上是不可靠的(黃彥慶等,2006)。如:河流相自旋回的形成多與河流水動(dòng)力條件的變化,洪水事件導(dǎo)致河流流速的變化,河流的突然決口、決口扇朵葉體的遷移等沉積作用有關(guān)。與其他沉積環(huán)境相比,河流相的自旋回作用更加明顯,因而更要注意識(shí)別地層剖面中受基準(zhǔn)面旋回控制的他(異)旋回,將其作為時(shí)間地層單元?jiǎng)澐值幕締卧⑦M(jìn)行地層對(duì)比。4.2層序地層格架中粒度變化的研究基準(zhǔn)面旋回界面的識(shí)別通常是通過地層記錄中A/S(可容納空間/沉積物供給速率)比值變化趨勢(shì)的分析而得到的?；鶞?zhǔn)面變化過程中,A/S比值的變化趨勢(shì)分析可以通過指示沉積物形成時(shí)的水深、沉積物保存程度的相序、相組合、相分異和單一相物理性質(zhì)的垂向變化來完成。因?yàn)橄嘈蚣捌湓诳v向上的相分異直接與短期基準(zhǔn)面旋回變化過程中可容納空間的變化相關(guān)。要強(qiáng)調(diào)的是,相序變化最直觀的表現(xiàn)是粒度變化,但粒度變細(xì)或變粗的序列并不一定是水體深淺變化的序列,因而不能完全根據(jù)粒度變化分析A/S比值的變化趨勢(shì),需要通過對(duì)不同沉積環(huán)境的沉積相序、相組合表現(xiàn)出的粒度粗細(xì)變化與水深的關(guān)系加以分析。在河流相地層中,富含鈣質(zhì)結(jié)核的細(xì)粒泥質(zhì)古土壤層是沉積間斷面或暴露面,反映可容納空間最小;而加積作用形成的厚層潮濕的古土壤可能代表較大可容納空間時(shí)期的沉積。在潮汐沉積環(huán)境中,海侵潮汐作用自潮下帶到潮間帶及至潮上帶粒度逐漸變細(xì),泥質(zhì)含量逐漸增高,但水體逐漸變淺,反映可容納空間逐漸變小,A/S比值逐漸降低。在潮汐沉積中,基準(zhǔn)面上升時(shí)期以潮道或砂坪的砂質(zhì)沉積作用為主,基準(zhǔn)面下降期則以潮上帶的泥質(zhì)沉積作用為特征(圖4)。近些年來,地質(zhì)與地球物理工作者正在嘗試運(yùn)用測(cè)井和地震資料進(jìn)行基準(zhǔn)面旋回自動(dòng)劃分與對(duì)比,包括依據(jù)自然伽馬等曲線人工交互自動(dòng)求取和劃分基準(zhǔn)面旋回(李道亮等,2003)、運(yùn)用測(cè)井資料小波變換技術(shù)獲得不同級(jí)次的旋回周期并進(jìn)行基準(zhǔn)面旋回劃分(王志坤等,2005;張瑩等,2008)、從測(cè)井資料的砂泥比計(jì)算入手,通過對(duì)地震反射系數(shù)密集度、合成地震記錄振幅的旋回變化及地震時(shí)頻的旋回變化,提出了高分辨率旋回的自動(dòng)劃分方法和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)(吳義杰等,2003),這些均為高分辨率層序地層的定量研究提供了新的研究思路與分析技術(shù),能大大提高基準(zhǔn)面旋回劃分的精度與工作效率。但要注意的是:不同的沉積環(huán)境形成的地層剖面中,以巖心觀察為基礎(chǔ),通過相序和相組合分析確定砂泥剖面中粒度變化與水深的關(guān)系,建立正確的基準(zhǔn)面旋回變化導(dǎo)致的A/S比值變化過程中的巖電響應(yīng)模型對(duì)于基準(zhǔn)面旋回的精細(xì)劃分與對(duì)比至關(guān)重要。4.3交叉層基準(zhǔn)面旋回變化與海湖沉積方式轉(zhuǎn)換在長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回或三級(jí)層序內(nèi),沉積作用基本是連續(xù)的,因而高級(jí)次基準(zhǔn)面旋回界面主要是依據(jù)沉積作用的轉(zhuǎn)換加以識(shí)別。沉積作用的轉(zhuǎn)換在地層剖面上常表現(xiàn)為地層疊加樣式的變化(圖5)。最重要、最容易識(shí)別的沉積作用轉(zhuǎn)換面出現(xiàn)在地層由進(jìn)積疊加樣式向加積或退積疊加樣式的轉(zhuǎn)換位置,或由退積疊加樣式向進(jìn)積疊加樣式的轉(zhuǎn)換位置。在陸源碎屑沉積鉆/測(cè)井剖面中,前者在自然電位、自然伽馬、聲波和電阻率等曲線上常表現(xiàn)為呈進(jìn)積疊加樣式的砂巖與呈加積或退積疊加樣式的砂巖之間的轉(zhuǎn)換,其代表基準(zhǔn)面旋回由下降向上升的轉(zhuǎn)換期;后者則代表基準(zhǔn)面由上升向下降的轉(zhuǎn)換期。與長(zhǎng)期地層基準(zhǔn)面旋回不同,較短期地層基準(zhǔn)面旋回的形成通常與海(湖)平面周期性升降作用有關(guān)。陸相盆地中,在長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回內(nèi),除了最大湖泛面以外,還可以識(shí)別出諸多的次級(jí)湖泛面。次級(jí)湖泛面出現(xiàn)在地層呈退積疊加樣式向呈進(jìn)積疊加樣式轉(zhuǎn)換之處,這種沉積作用的轉(zhuǎn)換在鉆井、測(cè)井甚至高分辨率地震資料中均可以識(shí)別出來,通常由具有一定厚度的泥質(zhì)巖或較上覆、下伏巖性粒度相對(duì)較細(xì)的細(xì)粒沉積組成,在自然伽馬、自然電位和聲波時(shí)差曲線中較易識(shí)別,并可以在一定范圍內(nèi)追蹤,是高頻基準(zhǔn)面旋回劃分的良好界面,代表不同級(jí)次基準(zhǔn)面上升到基準(zhǔn)面下降的轉(zhuǎn)換面。對(duì)海相和陸相湖盆的研究均表明,水進(jìn)界面是高頻沉積旋回變化追蹤對(duì)比最為可靠和易于識(shí)別的標(biāo)志(林暢松等,2002)。4.4短期基準(zhǔn)面旋回變化的特征對(duì)地層剖面進(jìn)行多級(jí)次基準(zhǔn)面旋回的劃分首先要從識(shí)別構(gòu)成地層旋回的最基本的成因地層單元,即短期基準(zhǔn)面旋回開始,然后分析連續(xù)的成因地層單元在縱向上的疊加樣式,逐步合并較短期旋回為較長(zhǎng)期地層旋回(圖6,圖7)。也就是說,更長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回中A/S比值的變化趨勢(shì)可以通過短期旋回的疊加樣式、旋回的對(duì)稱程度變化、旋回加厚或變薄的趨勢(shì)、地層不連續(xù)界面的性質(zhì)及界面出現(xiàn)的頻率、巖石與界面出現(xiàn)的位置和比例等來實(shí)現(xiàn)。短期旋回的疊加樣式常常有鮮明的測(cè)井響應(yīng)。向海(湖)盆方向進(jìn)積的疊加樣式形成于較長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回下降時(shí)期,此時(shí)A/S比值小于1;向陸推進(jìn)的退積疊加樣式形成于較長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回上升時(shí)期,此時(shí)A/S比值大于1;短期基準(zhǔn)面旋回呈加積疊加樣式則出現(xiàn)在較長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回上升到下降或下降到上升的轉(zhuǎn)換時(shí)期,此時(shí)A/S比值等于1。但須要注意的是,以基準(zhǔn)面下降期為主形成的短期旋回的疊加可以形成于較長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回的上升期,反之亦然。因而,基準(zhǔn)面旋回逐級(jí)合并的正確與否關(guān)鍵在于高頻旋回疊加樣式的分析。5標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的旋轉(zhuǎn)比較5.1單元對(duì)比的內(nèi)容基準(zhǔn)面旋回變化過程中由于A/S比值(可容納空間與沉積物供給速率比)變化導(dǎo)致沉積物體積分配作用是高分辨率層序地層學(xué)的基本原理之一。有關(guān)沉積物體積分配的概念和如何運(yùn)用該原理進(jìn)行時(shí)間地層單元的對(duì)比,筆者在相關(guān)專著和文章中已詳細(xì)論述(鄧宏文等,2000)。地層對(duì)比過程中之所以要遵循“沉積物體積分配原理”,是因?yàn)榈貙舆^程—響應(yīng)系統(tǒng)遵循能量守恒定律或物質(zhì)守恒定律,在某一地理位置被“剝蝕”的沉積物,必然在另一個(gè)地理位置“沉積”下來,三角洲在斜坡邊緣的“頂超”,必然伴隨著下坡位置的“前積”;“準(zhǔn)層序”頂部(海)湖泛面的出現(xiàn)意味著沿斜坡向上沉積物保存作用的增加等等。基準(zhǔn)面全旋回的概念體現(xiàn)了地層記錄在時(shí)間上的連續(xù)性,因而高分辨率層序地層對(duì)比最重要的是學(xué)會(huì)通過對(duì)地層記錄(界面+巖石)所經(jīng)歷的地質(zhì)過程分析“恢復(fù)”時(shí)間地層單元后進(jìn)行地層對(duì)比。5.2教育震高分析盡管近幾年來地震沉積學(xué)理論的發(fā)展對(duì)地震反射同相軸的時(shí)間界面意義有了新的認(rèn)識(shí),即地震反射同相軸不一定是等時(shí)的,應(yīng)與地震垂向分辨率密切相關(guān)。但以三維高分辨率地震數(shù)據(jù)體為基礎(chǔ),在井—震嚴(yán)