苏里格地区盒8段河流体系高分辨率层序分析

Question

如题所述

Answer 1

一、地质背景

苏里格气田是近期于陕北上古界中发现并投入开发的特大型天然气田。该气田位于鄂尔多斯盆地北部( 图 7-1) ，构造上属于伊陕斜坡西北侧，构造形态为由北东向南西方向倾斜的单斜构造。以苏 6 井区为例，该井区位于苏里格气田中偏北部，属于该气田最有利的天然气富集区和重点开发区，储层主要发育于中二叠统下石盒子组盒 8下段、盒 8上段和盒 7 段等层位，以盒 8 段为主力产层。该井区范围内下石盒子组盒 8 段为一套大型冲积-河流沉积体系，储集砂体的岩石类型主要为河流相的含细砾粗砂岩和中-粗粒岩屑石英砂岩、粉砂岩和泥岩的互层组合( 图 7-2) ，局部夹泛滥平原相的炭质页岩和煤层( 侯中健等，2004) 。

图 7-1 鄂尔多斯盆地构造单元划分和苏 6 井区位置图

二、高分辨率层序划分和各级别层序特征

根据地表露头和钻井岩心，以精细的沉积相分析为基础，结合测井和地震资料的综合分析，可从下石盒子组中识别出 5 种不同成因特征和识别标志的层序界面类型，按陆相盆地基准面旋回级别划分方案( 郑荣才等，2001) ，可将苏 6 井区下石盒子组划分为 2 个长期( LSC1—LSC2) 、5 个中期( MSC1—MSC5) 和 14个短期旋回层序( SSC1—SSC14) ，其中的长、中期旋回层序分别与岩石地层划分方案中的岩性段和亚段单元有很好的对应关系( 图 7-2，表 7-1) ，各级别层序特征如下。

图 7-2 苏 6 井盒 8 段沉积相和高分辨率层序地层综合柱状图( 注: 该井盒 8 段缺失 SSC5，SSC8，SSC11，SSC14 短期旋回)

表 7-1 苏里格气田下石盒子组高分辨率层序划分与岩石地层对应关系

( 一) 短期旋回层序特征

1. 短期基准面旋回层序结构类型

苏 6 井区下石盒子组盒 8 段中，由于短期旋回层序的形成条件及其边界性质的不同，可进一步划分为两种基本结构类型和五个亚类型( 图 7-3) 。

向上变“深”非对称型旋回 具有此类型结构( 图 7-3 中的 A 型结构) 的层序为研究区最发育的短期旋回结构类型，其主体主要由河道砂体组成，包括辫状河和曲流河中的河床滞留砂体、心滩和边滩砂体等。主要有如下几个特点:

( 1) 仅保存基准面上升半旋回沉积记录，下降半旋回则表现为冲刷面，层序往往由单一的河道砂体和冲刷面组成;

( 2) 层序的底界面大都为具下切侵蚀作用的冲刷面，砂体具有下粗上细的正韵律沉积序列和向上变“深”的非对称型半旋回结构;

( 3) 主要发育于距物源较近、物源供给充沛和砂、砾质沉积作用最为活跃的河道沉积区，砂体的成因类型属于心滩和边滩砂体，都为沉积物补给率远大于可容纳空间增长率的过补偿条件下地层过程的产物;

( 4) 按沉积相组合和沉积演化序列特征，可进一步细分为低可容纳空间( 以下简称 A1型) 和高可容纳空间( 以下简称 A2型) 两种亚类型。A1型，形成于水浅流急、缓慢湖进—快速湖退和 A /S1 的沉积条件下，层序主要由单个或多个河道砂体连续叠置组成，岩性组合简单，主要为含砾粗—中粒砂岩，底部有时为细砾岩和含砾极粗粒砂岩，层序的底、顶界面都为发育于砂体之间的冲刷面，具有向上略变细的沉积序列，以保存上升半旋回沉积的河道砂体主体部分为主。砂体之间不发育泥、粉砂质隔层，因而砂体的连通性极好，为最有利储层发育的短期层序结构(图7-3中的A₁型旋回结构)。A₂型，形成于水较深但流动较急的缓慢湖进—快速湖退和A/S＜1的沉积条件下，层序的岩性组合相对较复杂，主要由底冲刷面→河道砂体→天然堤粉砂岩→泛滥平原或河道间泥岩(或夹煤层、煤线)组成，或由辫状河道砂体与废弃河道泥、粉砂岩的互层组成。与A₁型相比，此类型不仅位于层序中下部的河道砂体保存较完整，而且位于砂体上部细粒的溢岸沉积往往也得到不同程度的保存(图7-3中的A₂型旋回结构)，因此，储集砂体主要出现在层序的中下部，而上部为局部泥、粉砂岩隔层发育位置，也为一类非常有利于储层发育的短期层序结构。

图7-3 苏里格气田盒8 段河流沉积体系中常见的短期旋回层序结构类型和叠加样式

对称型旋回结构此类型结构(图7-3中的C型旋回结构)的层序形成于沉积物供给率等于或略小于可容纳空间增长率(A/S≥1)的条件下，为下石盒子组冲积-河流沉积体系中最为发育的短期旋回层序结构类型，主要有如下几个特点:

(1)层序具有较完整的基准面上升和下降半旋回沉积记录和由粗变细复变粗的韵律性旋回，其上升半旋回通常由河道心滩或边滩砂体夹漫滩粉砂岩和泥岩组成，下降半旋回往往由泛滥平原(或河间湖泊、沼泽)与决口扇(或决口河道)粉砂岩与泥岩互层组成;

(2)层序中发育有两种界面类型，其一为层序底、顶的小型冲刷面或相关整合界面，其二为层序内的短期洪泛面;

(3)按层序中的上升半旋回与下降半旋回厚度变化状况，可进一步细分为对称性变化各不相同的三个亚类型:其一为以上升半旋回为主的不完全对称型(图7-3中的C₁型旋回结构)，其二为上升半旋回与下降半旋回近于相等的近完全-完全对称型(图7-3中的C₂型旋回结构)，其三为以下降半旋回为主的不完全对称型(图7-3中的C₃型旋回结构)。

2.短期旋回层序的分布模式

在苏6井区下石盒子组河流沉积体系的不同相带位置，同一时间段的短期旋回沉积序列、结构类型和叠加样式在纵、横向上变化都很大，但上述两种基本类型和五个亚类型层序的结构在不同相带位置的空间分布、演化规律和相互之间的对比关系完全遵循可容纳空间机制所确定的A/S比值条件。此特征表明在物源供给充沛的河流沉积体系中，由于短期旋回地层过程主要处在A/S＜1的条件下，基准面上升期为有效可容纳空间的主要堆积期，不但为河道砂体的主要沉积充填期和泛滥平原溢岸洪流的广泛堆积期，而且沉积界面始终处在与上升的基准面并进状态，一旦进入下降期沉积界面即被基准面穿越而发生广泛的侵蚀作用，其中以河道的下切侵蚀作用最为强烈，此时有限的沉积作用仅发生在泛滥平原和河间湖泊、沼泽等相对低洼的沉积区，因此，A型结构短期旋回层序主要分布在河道沉积区，C型广泛发育在泛滥平原和河道间洼地沉积区，从而在同一河流沉积体系的不同部位出现河道砂体的A₁型、A₂型至泛滥平原的C₁型和河道间湖泊、沼泽的C₂型，偶见C₃型短期旋回层序的结构变化规律、分布模式和对比关系(图7-4)。

图7-4苏6井区下石盒子组河流沉积体系不同相带、不同级次的旋回结构类型、叠加样式、剖面结构和对比关系模式

(二)中期旋回层序特征

苏6井区盒8段的中期旋回厚度普遍较薄，一般在15～25m之间，很少超过30m，仅相当于一个河道旋回的带状沉积充填序列，其原因与鄂尔多斯盆地晚古生代的沉积作用发生在非常稳定的克拉通盆地中，由于盆地的构造沉降幅度很小、很平缓，而冲刷与侵蚀作用极其频繁，因而在漫长的地质历史中所能得到保存的沉积记录非常有限有关，主要有如下几个特点:

(1)一般由2～3个短期旋回层序叠加组成;

(2)非对称的A型中期旋回由若干A型和A型与C₁型短期旋回层序叠置而成，主要发育在辫状河和曲流河的河道砂体中;

(3)在对称的C型中期旋回层序中，上升半旋回主要由C₁型和C₂型短期旋回叠加组成向上连续加“深”的序列，较少出现A型;而下降半旋回则主要由C₂型和C₃型叠加组成向上连续变浅的序列，偶尔出现A型和C₁型;

(4)在河流沉积体系的不同部位，中期旋回往往具有不同的层序结构类型，如在河道沉积区，一般以发育仅保存上升半旋回的A型(图7-2中的MSC2和MSC3)或上升半旋回很厚的C₁型为主(图7-2中的MSC1、MSC4和MSC5)，大多数具有单一由粗变细的进积→加积→退积序列，砂体出现在上升半旋回的中、下部。而地处河道间的部位一般以发育C₂型为主，偶见C₃型，具备较完整的由粗变细复变粗的加积→退积→加积序列(图7-4)，薄的河道砂体仅出现在上升半旋回的中、下部;

(5)由河流沉积体系不同部位的中期旋回层序结构变化，同样反映中期基准面升、降过程中具有类似短期旋回层序的沉积学响应特征。

(三)长期旋回层序特征

苏6井区下石盒子组中的LSC1和LSC2两个长期旋回层序相当于Vail的Ⅲ级旋回层序，厚度不大，在30～50m之间，但都以大型底冲刷面为层序的底界面和具有特征的区域性缓慢水进—高速水退的旋回性(图7-2)。其中LSC1由MSC1和MSC2两个中期旋回或SSC1—SSC5五个短期旋回叠加组成，大多数地区的LSC1属于上升半旋回沉积厚度远大于下降半旋回的C₁型旋回层序，部分为仅发育上升半旋回、向上变“深”的非对称A型旋回层序。LSC2由MSC3—MSC5三个中期或SSC6—SSC14六至九个短期旋回叠加组成，大多数地区的LSC2亦属于C₁型旋回层序，部分为上升与下降半旋回近于相等的对称C₂型层序，而长期的A型旋回层序在LSC2中基本不发育。此两个长期旋回的上升半旋回无一例外地具有由粗变细的正粒序结构，自下而上主要由单层较厚和连续叠置的河道砂体，如滞留河床、心滩或边滩微相的细砾岩、含砾粗砂岩、中—粗粒和细粒砂岩组成，砂体之间经常夹有薄层的废弃河道砂岩和包括天然堤、泛滥平原、河间湖泊、沼泽等溢岸沉积微相在内的薄层粉砂岩、泥岩、炭质泥岩和煤层，组成向上泥、炭质组分增多变细的水进序列。下降半旋回具有由细变粗的反向粒序变化，粒度明显细于正向变化的上升半旋回，主要由河间湖泊、沼泽、天然堤和决口扇(或决口河道)等溢岸沉积的薄层泥岩、炭质泥岩、粉—细砂岩的韵律交替组成向上略趋变粗增厚的水退序列，并夹有煤层和煤线。

上述长期上升和下降半旋回的沉积相序列、由粗变细复变粗的粒序性和上升半旋回厚度普遍远大于下降半旋回及部分下降半旋回侵蚀缺失的强烈不完全对称型和非对称结构特征，表明苏6井区下石盒子组长期旋回层序主要形成于A/S1→A/S1的、基准面缓慢上升和高速下降的地层旋回过程中，沉积界面与基准面主要处于并进状态，层序的顶部界面往往由基准面发生大幅度下降和穿越沉积界面时所形成的广泛侵蚀暴露面所组成，此特征与河流相层序中以保存基准面上升半旋回的沉积记录为主，而下降半旋回以侵蚀作用为主的地质特征是相一致的，因此，有利储层发育的河道砂体主要出现在长期基准面上升半旋回的早中期，储集砂体大多呈带状和团块状产出。洪泛期以发育溢岸沉积的泥、粉砂岩和湖泊、沼泽微相的炭质泥岩和煤层为主，为隔层和烃源岩主要的产出位置，对带状和团块状产出的储集砂体有强烈的分隔作用。而上升半旋回除了在低洼的河间湖泊、沼泽仍为继承性的炭质泥岩和煤层组合的隔层和烃源岩产出位置，其余地区以暴露侵蚀作用为主，既不利于储层的发育，也不利于隔层和烃源岩的保存。

三、层序地层格架中的生储盖组合特征

在众多钻井岩心及测井剖面精细沉积相和高分辨率层序分析基础上，运用旋回等时对比法则，以长、中期旋回层序的二分时间单元(即基准面上升和下降两个半旋回时间-地层单元)分界线(即层序界面和洪泛面)为优选时间地层等时对比位置，以最具等时对比意义的中期旋回层序为等时地层对比单元，通过井-震对比技术方法对研究区内二叠系下石盒子组进行高分辨率层序地层等时对比和建立等时地层格架，将单井一维地层和岩相信息转化为三维地层和岩相信息，在此基础上以长、中期旋回层序界面标定为约束条件(图版Ⅳ)进行波阻抗反演和含气砂体检测(图版Ⅴ)，为深入分析苏6井区下石盒子组冲积-河流沉积体系的生、储、盖组合特征与不同级别的基准面旋回的关系，以及含气砂体在地层格架中的分布规律取得很好的效果，主要取得如下方面的认识:

(1)在中、长期基准面上升和下降的水进-水退旋回过程中，于同一个中、长期旋回层序内或在多个中、长期旋回层序之间都可以形成较为完整的良好生、储、盖组合条件;

(2)最有利于储层发育的砂体为辫状河心滩和曲流河边滩砂体，此两类砂体通常出现在中、长期旋回层序的界面上，在层序地层格架中大多数具有较好的等时对比性，并以普遍发育A₁型、A₂型和C₁型短期旋回层序结构为显著特征;

(3)A型和C₁型的中、长期旋回层序上升半旋回，大多数由连续叠置的河道砂体组成，砂体之间常被底冲刷面分割，而泥、粉砂岩夹层少，大多数具有稳定的拼合板状储层结构，砂体的垂向和纵向、侧向连通性较好;

(4)在C₂或C₃型中、长期旋回层序中，出现在上升半旋回中下部的砂体也具有被冲刷面分割的特点，但砂体之间薄的泥、粉砂岩夹层明显增多，砂体的纵向连通性较好，但垂向和侧向连通性变差，大多数具有非稳定的“迷宫状”储层结构;

(5)对应C₂或C₃型长期旋回层序的上升半旋回晚阶段至最大洪泛面，一般为河间湖泊和沼泽环境，以沉积暗色泥岩、炭质泥岩和煤层为主，有机质含量高，母质类型较好，不仅是有利烃源岩发育的位置，同时也是主要的区域等时对比标志。而下降半旋回以发育洪漫沉积的薄层的泥、粉砂岩为主，常构成河道砂体之间重要的隔层和盖层，从而构成完整的生、储、盖组合。

四、层序-岩相古地理特征

在储层精细描述过程中，不同时间尺度的编图单元有不同的油气地质意义，如中期旋回层序编图适用于详勘和开发早期阶段，以反映沉积微相和不同成因类型的砂体平面分布特征和厚度变化规律为主要编图内容，而短期半旋回层序编图适用于开发阶段，重点突出以小层砂体为目标的有利相带和区块分布特征，预测有利于储集砂体的横向分布规律，精细描述砂体的井间边界位置和几何形态的连续性、方向性，及其储层与隔层平面和剖面的产状关系。采用高分辨率层序分析为核心的层序-岩相古地理编图技术，编制下石盒子组各中期基准面旋回和短期基准面旋回的沉积微相和砂体分布图，分别精细地刻画了砂层组(图7-5)和小层砂体(图7-6)的平面分布特征，为储层预测提供了有效信息。

五、结论

苏6井区下石盒子组河流体系中长、中、短期基准面旋回层序都主要形成于A/S1→A/S＜1的基准面缓慢上升和高速下降的地层旋回过程中，以发育A型和C₁型旋回结构类型和叠加样式为主，在垂向剖面中具有A型旋回结构的层序为最有利河道砂体发育的层序;受洪泛期沉积的泥、粉砂质隔层影响，储集砂体大多呈带状和团块状产出，分布于中、短期旋回的上升半旋回的中、下部;以中、长期旋回层序标定为约束条件的波阻抗反演技术，可非常清晰地揭示和描述地层格架中相当于中、短期旋回级别的单河道砂体勘探开发目标;开发实践表明，相当于短期旋回的单砂体分布是控制苏6井区下石盒子组岩性气藏分布的关键因素，因此，编制短期旋回的沉积微相和砂体分布图可为开发部署提供依据。

图7-5苏6井区MSC4中期旋回层序(相当于砂层组级别)沉积微相和砂体分布图

图7-6苏6井区SSC8短期旋回层序(相当于小层砂体级别)沉积微相和砂体分布图