储层精细划分

1、油田进入开发后期，进一步提高采收率、挖掘剩余油潜力的难度越来越大，必须 进行精细的地层划分、对比工作。建立在地震地层学、层序地层学基础之上的高分辨 率层序地层学1995年引入我国油气勘探领域后，其地层划分与对比方法在油田开发 中得以应用并取得了很好的效果；20世纪60年代，我国的石油地质工作者依据陆相 盆地多级次震荡运动学说和湖平面变化原理，在大庆油田会战中创造出了适用于湖相 沉积储层精细描述的“旋回对比、分级控制、组为基础”的小层对比技术，80年代 中期，在小层沉积相研究的基础上，又将这一方法进一步发展为“旋回对比、分级控 制、不同相带区别对待”的相控旋回等时对比技术56-58，使之更加适用

2、于湖盆中的河 流-三角洲沉积，这项技术以其精细性和实用性，成为我国陆相油田精细油藏描述的 技术基础，得到了广泛应用。高分辨率层序地层对比与大庆油田的相控旋回等时对比 技术，一种理论性强，一种实用性强，均属于地层学中的精细地层划分、对比技术， 有许多相似之处，也各有其优缺点。本章首先简要介绍了高分辨率层序地层学的基本 原理和大庆油田的相控旋回等时对比技术，然后对这两种方法的作了比较，最后综合 应用两种方法，对商河油田南部沙二段地层进行了划分与对比，建立了研究区沙二段 的精细等时地层格架。高分辨率层序地层学基本原理层序地层学作为地层划分与对比的方法广泛应用于油气勘探的各个阶段。层序地 层学已发展成

3、三个不同的学派，即Exxon沉积层序、Galloway成因层序及Cross高分 辨率层序地层学，它们已成为层序研究的三种基本方法。其共性是都与事件地层学相 关联，并且都是基于岩石地层旋回性以及相对地层格架的测定。主要差别在于旋回之 间界面的确定。Galloway成因地层学使用了最大海（湖）泛面，Exxon沉积层序使用 了不整合面，而Cross的高分辨率测序地层则采用地层基准面原理。Cross的高分辨 率层序地层与Galloway成因地层和Exxon沉积层序之间的差别在于前者采用二分时 间单元（地层基准面旋回），而后者采用的是三分时间单元。这三种方法各有其优缺 点，只要弄清楚用的是哪一种方法，或

4、是在同一研究中使用几种方法都是可以的59 由美国科罗拉多区矿业学院Cross教授提出的高分辨率层序地层学理论，是近年 来新掘起的层序地层学新学派33。该理论经邓宏文、徐怀大等传入我国后，在我国 第三章 地层的精细划分与对比 24陆相盆地储层预测研究中发挥着重要的作用22, 60，极大地提高了陆相盆地的储层预 测精度。高分辨率层序地层学是在现代层序地层学的基础上发展起来的，它所依据的 仍然是层序地层学的基本原理。它与盆地或区域规模的层序分析不同在于，它以露头、 岩心、测井和高分辨率地震反射剖面资料为基础，运用精细层序划分和对比技术，建 立油田乃至油藏级储层的成因地层对比骨架。这里所谓的“高分辨率

5、”是指“对不同 级次地层基准面旋回进行划分和等时对比的高精度时间分辨率，也即高分辨率的时间 -地层单元既可应用于油气田勘探阶段长时间尺度的层序单元划分和等时对比，也适 合开发阶段短时间尺度的砂层组、砂层和单砂体层序单元划分和等时对比” 24。 以郑荣才、邓宏文两位教授为代表的高分辨率层序地层专家将高分辨层序地层的 理论运用于我国含油气盆地储层预测的实践中，极大地丰富和发展了高分辨率层序地 层学理论。高分辨层序地层应用于陆相盆地层序分析中的关键技术之一是识别和划分 不同成因的界面与不同级次的基准面旋回20-26。郑荣才教授根据他在辽河、胜利、长 庆、大庆及滇黔桂等油田的实践，将不同构造性质的湖盆

6、在盆地构造-沉积演化序列 中的控制因素进行分类，根据界面成因特征提出了 “巨旋回，超长周期旋回、长周期 旋回、中期旋回、短期旋回、超短期旋回”的划分方案，建立了各级次旋回的划分标 准和厘定了各级次旋回的时间跨度，使得高分辨率层序地层的“高”的含义有了一个 量的概念。基于高分辨率层序地层学的理论核心，识别基准面旋回所控制的层序结构类型、 叠加样式，及其在高级次的旋回中所处的位置与沉积动力学的关系，已成为“如何在 地层记录中识别多级次地层旋回，并进行高精度的等时地层对比和建立高分辨率时间 地层格架”的关键。郑荣才、彭军26, 61-69等在研究四川、鄂尔多斯、辽河等陆相含 油气盆地中、新生代地层高

7、分辨率层序的实践中，率先对基准面旋回的结构叠加样式 与沉积动力学的关系进行了归纳和总结22-24。圆满地解释了层序结构、层序叠加样式 与可容纳空间/沉积物补给通量比值（A/S）变化，基准面升降幅度及沉积动力学条件 的相互关系。郑荣才等人的工作对于指导我国广泛分布的中、新生代陆相含油气盆地 的精细油藏描述、储层非均质性分析、流体流动22 数值模拟和建立油气田范围内的 以单个储层砂体为识别单元的高分辨率时间地层格架，提高储集砂体的小层对比精度 和注采工艺具有重要意义。高分辨率层序地层学理论基础及关键定义高分辨率层序地层学理论的核心内容是“在基准面旋回变化过程中，由于可容纳 空间与沉积物补给通量比值

8、的变化，相同沉积体系域或相域中发生沉积物的体积分配 作用和相分异作用，导致沉积物的保存程度、地层堆积样式、相序、相类型及岩石结 构和组合类型发生的变化” 23。基准面Wheeler（1964）70提出，基准面既不是海平面，也不是海平面向陆方向的水平 延伸，而是一个相对于地表波状起伏的、连续的、略向盆地下倾的抽象面（非物理面， 图3-1），其位置、运动方向及升降幅度不断随时间变化。T.A.Cross（1996）71引用 并发展了 Wheeler的基准面概念，认为基准面是一个相对于地表起伏的连续的势能 面，而不是物理界面，它反映了地球表面与力求其平衡的地表过程间的不平衡程度。 基准面描述了可容纳空

9、间建立与消失及其与沉积作用相对关系的变化过程。基准面变 化的趋势总是向其幅度的最大值或最小值单向移动，构成一个完整的上升下降旋回。 基准面的一个上升与下降旋回称为一个基准面旋回。基准面升降与沉积动力学之间存 在如下关系23:基准面下降到最低点时，引起包括滨岸带在内的地区发生暴露并遭 受侵蚀，此时可容纳空间（A）缩小至最小值，而沉积物补给通量（S）值则达最大 值，河流所搬运的沉积物数量最多、粒度最粗，在河流入海（湖）口处产生强烈进积 作用；当基准面上升到最高点时，情况正好相反，此时在河流入海（湖）口处产生加 积-退积作用；在基准面从最低点上升到最高点，或从最高点下降到最低点位置的两 个半旋回区，

10、则会出现与沉积动力学条件变化相对应的进积f加积f退积（上升）或 加积f进积f局部遭受侵蚀（下降）的地层响应过程。图3-1基准面特征与侵蚀、路过、沉积作用的关系（据Cross，1994修改）Fig 3-1 The affect of base level with erosion, pass by, sedimentation可容纳空间可容纳空间是指地球表面与基准面之间可供沉积物堆积的空间。在基准面旋回期 第三章地层的精细划分与对比26 间相域内保存不同沉积物体积的过程称为沉积物体积分配。它是地层基准面旋回过程 中由于可容纳空间的变化导致的沉积过程的动力学响应。其在地质记录中的沉积学和 地层学响

11、应表现为:地层旋回的对称性随时空变化、相分异作用、进积/加积地层单 元的叠加样式。可容纳空间随基准面的变化而不断变化，并产生沉积物保存、剥蚀、 过路不留和非补偿四种地质作用，关系如图3-1所示。旋回对称性沉积物体积分配的地层学响应之一是地层旋回对称性，它是指以岩石形式保留下 来的基准面上升时间和下降时间比例的记录。而对称性旋回是指在基准面旋回的上升 半周期和下降半周期沉积了大致相等的岩石厚度，构成旋回的相序组成呈对称形式。 地层的旋回性变化是地层对比的辅助信息。在一个成因层序中，旋回对称性在不同的地理位置的变化是不同的（图3-2）。在 冲积平原和海岸平原的上部，地层旋回通常由基准面下降时形成的

12、不整合和上覆的基 准面上升时期堆积的沉积物组成，形成不对称旋回。滨海环境（混积的海岸平原下部 和浅海）中的地层一般形成对称的地层旋回。滨面和浅海陆架的地层最常见的情况是 形成基准面下降非对称旋回。在中-外陆棚环境，地层旋回的对称性逐渐增强。总之， 地层旋回的对称性变化是基准面变化期间可容纳空间变化的函数。图3-2有效可容空间盆内迁移的沉积响应（据邓宏文）Fig 3-2 The sedimentation Response to the migration of effective accommodation space相分异作用相分异作用是沉积物体积分配的沉积学响应，指的是基准面变化周期中岩石

13、的沉 积学属性的变化。它反映了原始地貌要素保存的程度，以及存在于不同时间的沉积环 境中的地貌要素类型的变化。相分异程度则是融入地层记录中的原始地貌要素的数量 和比例。相分异作用主要有两种类型：一种是在基准面变化周期中的单个相属性的改 变，另一种是在沉积地形剖面的相同位置沉积相或相序发生完全变化。相分异作用导 致了同一地理位置相同沉积环境或沉积相几何形态、相类型、岩石内部结构的差异， 同时也是地层层间和层内非均质性产生的主要原因。沉积物体积分配原理在基准面连续变化的时间域内，由于可容纳空间的变化，地表不同地理位置可分 别产生侵蚀、沉积、路过不留和欠补偿沉积等四种不同的地质作用，导致基准面上升 期

14、堆积在盆地边缘相域内的沉积物体积增加，靠近盆地中心相域的沉积物体积相应减 少；而在基准面下降期则堆积在盆地边缘相域内的沉积物体积减少，靠近盆地中心相 域的沉积物体积相应增加。沉积物体积分配作用导致或影响旋回的对称性、成因层序 的叠加样式、相分异和原始地貌要素的保存程度等相域特征的变化。地层旋回的对称 性变化表明，在时间地层单元沉积的范围内，由于体积分配作用沉积物的堆积是不连 续的，因而在不同地理位置，地层有时由岩石+岩石组成，有时由岩石+不连续界面 组成。其时间对比关系是：冲积平原环境基准面下降期间形成的地层不连续面在时间 上相当于沿斜坡向下临滨或三角洲环境中基准面下降期形成的地层；临滨位置的

15、准层 序上覆的洪泛面（海、湖侵冲刷不整合面）在时间上相当于海（湖）岸平原和冲积平 原位置基准面上升期沉积的地层。这是基准面旋回等时对比的重要概念。地层叠加样式地层叠加样式是沉积物体积分配的另一个沉积学和地层学响应。在这方面的研究，中国学者走在了前面。郑荣才等（2003） 23在分析了基准面升降与沉积动力学 关系的基础上，以中期基准面旋回为周期，以短期基准面旋回为成因地层单元，详细 讨论了层序结构、层序叠加样式与可容纳空间/沉积物补给通量比值（A/S比值）变化、 基准面升降幅度及沉积动力学条件之间的相互关系，讨论了不同结构和叠加样式的短 期基准面旋回在中期基准面旋回中的分布规律，并提出了以中期基

16、准面旋回为单元的 标准层序模式。实践证明，这种基准面旋回和叠加样式与沉积动力学关系的分析方法 适合中国广泛分布的中、新生代陆相含油气盆地的高分辨率层序地层学研究。地层旋回识别及等时对比技术高分辨率层序地层划分与对比主要依据基准面旋回、可容纳空间的变化，导致岩 第三章地层的精细划分与对比石记录的地层学和沉积学特征的过程-响应原理进行的。而成因层序对比是通过相序 的变化识别旋回的边界与位置，进而分析连续的层序在空间上的排列或沉积样式，划 分不同级次的基准面旋回来实现的。地层旋回是在相序分析的基础上识别出来的，因为相序及在纵向上的相分异，直 接与基准面旋回中可容纳空间的变化密切相关。地层记录中不同级

17、次的地层旋回，记 录了相应级次的基准面旋回，所以岩性露头剖面是高级次旋回识别的基础。通过取芯 观察，可建立合理的测井响应模型，在此基础上，根据测井曲线确定的短期旋回及依 据其相组合和叠加样式进而识别中期旋回。地震反射界面基本上是等时面或平行于地 层内的等时界面，而地层基准面旋回与界面具有成因地层单元和时间界面的含义，因 而鉴于目前的地震分辨率特征可用地震反射剖面来识别长期基准面旋回。经典层序地 层学特别重视海平面升降周期对地层层序形成的重要影响，能对地层层序内体系域进 行合理的划分。以地层基准面原理为识别基础的高分辨率层序地层学成因层序划分却 可小到数千至数万年级，时间域相当于层序地层学中体系

18、域内的准层序，因此这为地 层旋回的更精细对比与精确预测储层分布和时空演化提供了可能。基准面旋回的识别技术岩相物理性质的垂向变化指的是“相”的内部结构、构造、层理特征或其他性质的垂向变化。当地层由某 一岩相组成时，这种变化往往与可容纳空间的增加或减少有关，槽状交错层系厚度的 增加常常反映可容纳空间的增大。露头和取芯剖面是获得岩相物理性质的垂向变化的 基础资料。相序或相组合的变化相序和相组合记录了彼此相邻的沉积环境在地理位置上的迁移。当相序或相组合 反映了沉积环境由盆地边缘向盆地中心方向的迁移，或水体由浅变深的退积变化时， 它代表了可容纳空间增加的过程，如河流点砂坝与冲积平原组合；反之，当相序或相

19、 组合反映了沉积环境由盆地中心向盆地边缘方向的进积变化时，则代表了可容纳空间 减少的过程，如河口坝的形成。这种性质在露头、岩心的观察和测井曲线分析中均可 获得。旋回的叠加样式构成较长期旋回的短期旋回的叠加样式反映了长期旋回形成过程中A/S比值的变化。短期旋回的叠加样式不外乎3种，即进积、加积和退积，它们是较长期基准面旋回 上升或下降过程中向可容纳空间最大值或最小值单向移动的结果，因此是识别较 高级次基准面旋回的基础。地层的测井响应提供了旋回叠加样式的最好信息。地层的几何形态在地震剖面中，地层的几何形态及地震反射终端性质常用来识别地震层序的界 面，这些标志也可用来识别较高级次或较长期基准面旋回，

20、如上超现象反映可容纳空 间的增加或A/S比值的增大，顶超现象代表可容纳空间的减少或A/S比值的减少。 整一现象则反映地层处于加积状态，可容纳空间变化不明显等。地层旋回的等时对比高分辨率地层对比是在依据各级次基准面旋回的划分和建立高分辨率地层对比 格架后进行的。它是同时代地层与界面的对比，不是简单地砂对砂、泥对泥，不是旋 回幅度和岩石类型的对比，而是根据在一个旋回中不同地理位置上的地层发育特点进 行对比。可容纳空间增加到最大值或减少到最小值的单向变化的极限位置为基准面旋 回的转换点，它在地层记录中某些位置表现为地层不连续面，某些地理位置则表现为 连续的岩石序列。因此高分辨率层序地层学一方面强调注

21、意确定什么时候岩石与岩石 对比、岩石与界面对比或面与面对比。不仅一个完整旋回可以和相邻的另外一个完整 旋回或半旋回对比，也可以将向上变细的半个旋回和另一个向上变粗的半旋回对比， 甚至可以和无沉积记录的一个面进行对比。另一方面认为基准面旋回所控制的成因地 层单元的地层分布型式、地层旋回的厚度和对称性、以及相域分布与相特征是有规律 可循的，因此是可预测的。实际对比过程中，总的原则是先进行较大旋回对比，然后 依次进行较小旋回对比。层序地层学理论认为相对海平面变化是控制层序地层学格架 的主因，而相对海平面变化是否为控制层序演化的唯一因素，全球海平面变化是否一 致等问题一直都存在争议。对于高分辨率层序地

22、层学而言，由于出现在区域范围内的 多级次地层记录可跨越各种沉积环境，因而以地层基准面识别为基础的高分辨率地层 等时对比不依赖于沉积环境，也不需要了解海平面的位置与运动方向。在高分辨率层序地层对比过程中，对短期旋回的划分出现了两种不同的划法：一 是砂漏形划法，即以冲刷面及其对应面为短期旋回的顶底界线-地层旋回起始点为基 准面下降半旋回与上升半旋回的转换点，反映基准面上升后又下降的旋回过程，这也 是目前较为通用的划分方法；而另一种是纺锤形或菱形划法，即以湖（海）泛面及其 对应面为短期旋回的顶底界线-地层旋回起始点为基准面上升半旋回与下降半旋回的 转换点，反映基准面下降后又上升的旋回过程。赵翰卿58

23、认为砂漏形划法虽与层序 第三章地层的精细划分与对比30的概念和划法一致，但往往把一个成因地层单元划分为两个短期旋回，破坏了对储层 的连续性和连通状况的认识，尤其是在三角洲前缘水下分流河道砂存在的区域，同一 个成因地层单元的水下分流河道在基准面下降半旋回过程中已切入到同期三角洲前 缘的河口坝砂体内部，并且在后来的基准面上升半旋回过程中河道内充填了砂体，它 们与河口坝砂体完全处于同一层位，又互相连通，在地层对比和油田开发中均难以将 其分开，从而提倡使用纺锤形划法。相控旋回等时对比技术简介在内、外地质营力的长期作用下，沉积岩普遍具有多级次的旋回性，利用此特征 可以有效地逐级划分对比地层剖面。根据松辽

24、盆地北部大型河流-三角洲沉积的基本 特征，大庆油田的石油地质工作者提出了采用“旋回对比、分级控制，不同相带区别 对待”的小层对比方法56-58。采用这一方法的前提是“旋回对比、分级控制”原则， 在对比砂层组内部的小层或沉积单元时，应根据河流-三角洲沉积的不同相带、砂体 发育的不同模式，分别采取不同的方法。三角洲外前缘及稳定的湖湾沉积和滨外坝沉积，采用湖相稳定层的对比方法。该 相带砂体主要是在湖浪夷平作用下形成的稳定层状加积模式（图3-3），对比中应以小 旋回界面线控制层位，按层位稳定、岩性相近、曲线形态相似、厚度比例相当等特征 进行小层划分与对比。泛滥-分流平原相及枝状三角洲内前缘相、干枝状三

25、角洲的大 部分前缘相，采用河流相不稳定沉积层的办法划分和对比沉积单元（相当于小层的级 别，是河流-三角洲分流沉积的一次旋回层和最小可对比单元，用此概念主要与前缘 相成层沉积相区别）。以完整或不完整的一次河流旋回层界线控制层位，依据砂体的 宏观分布模式，按照同一沉积单元内河流相的透镜状砂体厚薄不等、宽窄不一、岩性 突变、砂泥相间和曲线形态易变等特征划分对比沉积单元。其泛滥平原相为大型曲流 带的透镜状砂体，在剖面上呈“之”字形交错叠置（或切割）的模式（图3-3）；分流 平原相为若干个层位相当的分流河道砂岩透镜体及其河间沉积物组成的厚薄不等的 豆荚状旋回层，在纵向上不规则叠置（或切割）的模式。他们主

26、要是在河流单向水流 作用下，以强烈切割-充填方式及决口、泛滥方式形成的。由于不同河道或同一河道 的不同部位水流强度和切割深浅有所不同，原地形也有起伏，造成河道砂的原始堆积 厚度有所不同，再加上后期河流的不均匀冲刷和砂、泥岩的差异压实作用，使保留下 来的河道砂岩厚度各异，旋回界线也起伏不一，因此不能采用稳定沉积层那种按厚度31 比例进行对比的方法。坨状、枝-坨过渡状及席状三角洲内前缘相同时采用上述 对比方法。这一相带是在河流与湖泊共同作用下的产物，因此也可称河-湖过渡 其相模式是在相对稳定层层叠置的席状砂中，断续地分布着一些切割充填式沉 水下分流河道砂体（图3-3）。针对其大面积分布的席状砂可采用最小层对比方 对其中分散的水下分流砂体采用河流相的对比方法，按其局部的自然可分性进行 对比，不按薄层的层次硬性劈分。图3-3河流-三角洲沉积各相带加积模式（据隋军等）Fig 3-3 The aggradation mode of fluvial -delta facies在砂岩组内划分对比小层或沉积单元时，应根据油田沉积相研究成果圈定研 所要对比层段主体砂岩的相带位置和三角洲模式，决定采用上述哪种对比方法。 或沉积单元的划分，要以河流-三角洲沉积的一次旋回层为基本单元。在河道砂 中发育的层段，常常出现不同时期砂岩的严重切割和叠加。考虑到沉积单元在注 第三章地层的精细划分与对比应具有相对的