高分辨率层序地层对比与我国的小层对比赵翰卿 - 副本

高分辨率层序地层对比与我国的小层对比

赵翰卿大庆油田勘探开发研究院

前言

开展精细准确的地层划分、对比，建立高分辨率等时地层格架，是实现精细油藏描述的基础和关键。

二十世纪六十年代，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。八十年代中期，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，使之更加适用于湖盆中的河流—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。九十年代中期，T.A.Cross的高分辨率层序地层学（或高分辨率成因地层学）传入我国后，以其理论的新颖性、系统性和高精度地层对比技术，对我国的油藏描述产生了重要影响，并掀起了陆相沉积高分辨率层序地层学研究热潮。高分辨率层序地层对比与我国的小层对比二者均属于地层学中的精细地层划分、对比技术，它们究竟有何本质的区别，高分辨率层序地层对比技术又能为精细油藏描述提供哪些新的启示，这是本文探求的目的所在。一、高分辨率层序地层对比的理论基础和技术要点Cross根据沉积动力学过程—地层响应原理提出的“基准面旋回与可容纳空间变化原理、沉积物体积分配原理和相分异原理”是高分辨率层序地层学的基本原理，也是高分辨率层序地层对比技术的理论基础.高分辨率层序地层对比（又称基准面旋回对比）则是高分辨率层序地层学的核心技术

1、基准面旋回与可容纳空间变化原理

T.A.Cross等人认为基准面是一个相对于地表波状起伏且略向盆地方向下倾的抽象等势面，是沉积物搬运或沉积的能量平衡面。基准面的变化描述的是可容纳空间的产生和消失作用，A/S值实质上是对可容纳空间变化（沉积条件）的综合表征。基准面旋回是地层沉积旋回的动力学成因，沉积旋回是基准面旋回的地层记录，基准面旋回要由地层的沉积旋回来识别。各种规模的沉积旋回都是在一定时间跨度内的时间地层单元，沉积旋回对比是等时地层对比。基准面旋回与沉积旋回都普遍具有多级次性。

2、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，地表不同地理位置分别产生侵蚀、沉积、沉积物路过不留和欠补偿沉积等不同的地质作用，导致基准面上升期沉积物主要向盆地边缘堆积；基准面下降期则主要向盆地中心堆积。

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三角洲环境中基准面下降期形成的地层。而三角洲准层序上覆的洪泛面在时间上相当于冲积平原基准面上升期沉积的地层。

沉积物体积分配作用导致旋回的对称性、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

3、相分异原理

伴随着可容纳空间的变化和沉积物的体积分配，保存在中、长期基准面旋回过程中同一地理位置不同层位相同相域地层的几何形态、相组合与相序、岩石多样性、层理类型和岩石物性的差异称之为相分异，它反映了随着沉积条件（A/S）的改变，相域内原始地貌要素类型和保存程度的变化。相分异作用有两种主要类型：一是相属性（原始地貌要素的保存程度及其相对比率）的变化，；二是相类型或相序（地貌要素）的变化。

4、高分辨率层序地层对比技术以露头、测井、岩芯和高分辨率地震反射资料为依据，以多级次的沉积旋回界面为参照面，以成因层序为基本单元的地层划分对比就是所谓的高分辨率层序地层对比（或基准面旋回对比）。高分辨率层序地层对比的关键是识别地层记录中那些代表多级次基准面旋回的地层沉积旋回。高分辨率层序地层单元的界面既可以是不整合面或沉积间断面，也可以是沉积作用的转换面。由于沉积作用的转换面具有较严格的等时对比意义，因此常作为时间地层单元对比的优选位置。短期旋回或较长期旋回的识别都是通过A/S值变化趋势分析进行的。开展基准面旋回对比工作，同样也首先需要以区域性标准层和Ⅲ级层序边界作为大的层段控制。三、高分辨率层序地层对比与我国的小层比九十年代中期，T.A.Cross的高分辨率层序地层学（或高分辨率成因地层学）传入我国后，作为大庆油田的地质工作者，我们对这一学科及其核心技术——“高分辨率层序地层对比技术(基准面旋回对比)”总的感觉是似曾相识。经过反复的学习、研究，以及专门的技术调查，发现它与我国的“小层对比技术”（沉积旋回对比）虽然所用的概念、原理和分析问题的方法不尽相同，但其结果却是完全一致的，大有“异曲同工”之妙，因此，认定二者实属没有任何本质区别的同一种技术。具体对比分析如下：（一）在研究内容和精细程度方面：“高分辨率地层对比”与“小层对比”，二者均属于地层学中的精细地层划分、对比技术范畴，目的都是要建立以成因单元（高分辨率的短期或超短期沉积旋回、小层对比中的小层或单砂层——是油田范围内可对比的最小沉积旋回）为基础的高分辨率等时地层格架。当应用的资料和研究的对象相同时，两种技术达到的精度也应该是一样的。（二）在技术原理方面：

Cross的高分辨率地层对比技术依据的是由各种地质动力（构造升降、海湖平面变化、沉积物供给与气候变化等）综合作用引起的基准面变迁所导致的可容纳空间变化过程与地层的响应原理（即沉积动力学过程—地层响应原理），而小层对比技术依据的则是由内、外地质动力引起的陆相盆地多级次震荡运动学说和湖平面变化原理，二者虽然表述的方式不同，但是都充分运用了沉积学的理论和方法，而且所划分的地层基准面旋回和沉积旋回都具有多级次性。高分辨率地层对比技术所依据的基准面概念，是把以往采用的具体物理面（如侵蚀基准面、沉积基准面、河流平衡剖面、海（湖）平面等）发展为抽象的理论面，并用基准面旋回性升降变化所导致的可容纳空间的增加和减少来解释地层旋回性沉积的成因。而我们在进行小层对比时，应用具体的湖（海）平面升降引起的湖（海）面扩张与收缩、湖（海）侵与湖（海）退，同样也反映的是沉积物可容纳空间的变化及其地层旋回性沉积的成因。Cross在基准面和可容纳空间变化原理的基础上，提出的沉积物体积分配原理和相分异原理，二者实际上是对传统的剥蚀、搬运和沉积理论的进一步引伸和扩展。因此，当我们采用小层对比技术进行储层精细描述时，只要能够正确运用沉积学的理论和知识，就能够达到与高分辨率旋回等时对比技术同样的效果。在小层对比技术中明确地提出了要依据不同沉积相带地层沉积的不同模式，分别采取相应的具体对比方法，既相控的概念。而在Cross的高分辨率旋回等时对比技术中虽然提出了无需相控的概念，但在具体工作中仍然把不同沉积环境明显地分开（如划分为海岸平原—浅海沉积体系、河流相、湖相和重力流等），并根据各自不同的沉积特点分别采取了相应的对比方法，这实际上还是采用相控的原则。其实，任何精细的地层对比都离不开相关环境沉积模式的指导。（三）在操作方法和操作程序方面：高分辨率地层对比技术虽然依据的是基准面旋回—可容纳空间变化原理，划分的是基准面旋回，但基准面旋回和可容纳空间的变化本身是抽象的，是无法具体操作的，实际工作中必然要依据其在地层中的记录——沉积旋回来划分，这就使其与小层对比不可能有什么本质上的区别，二者在具体操作中实质上都是沉积旋回对比，只是Cross对所划分的沉积旋回直接附加了沉积动力学成因的概念，而小层对比所划分的沉积旋回只是隐含着沉积动力学成因。此外，由于沉积旋回是在一定时间跨度内的时间地层单元，沉积旋回对比是等时地层对比，因此，上述两种对比方法也都是等时地层对比。有些人认为小层对比是穿时的，我们认为这是某些人对小层对比的误解或是操作中的失误。在大井距范围内进行小层对比时（这往往是不合适的选则），尤其是在缺乏良好标准层和岩芯控制的条件下，由于相变的原因，人们很容易在水进或水退体系域的下游端造成错误的雁行式穿时对比。当井距不断缩小或在开发井网条件下，原有井间的相变会被清楚地揭示出来，穿时对比的问题完全可以避免。在缺乏经验的情况下，采用基准面旋回对比时也可造成同样的错误。

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DABCD小井距等时对比大井距穿时对比不同井距下的高分辨率地层对比由于同是沉积旋回对比，两种方法的操作程序也是一样的，当主要应用地震资料进行地层对比时，往往先由大的旋回划分对比开始，然后再划分对比较小的旋回；当主要应用测井资料进行地层对比时，则往往先由小的旋回划分对比开始，然后再组合成较大的旋回。但是，无论在哪种情况下，都必须用岩芯进行标定，必须以标准层和明显的不整合面作为大的层位和层段控制，然后再进行分级对比。凡是开展小层段的精细地层对比，原则上都是在区域地层划分对比的框架内（Ⅲ级层序内）进行的。

由于同是沉积旋回对比，两种方法都要依据相序和相组合分析来划分成因地层单元，并且对各级旋回和界面的识别方法和标志也完全相同。Cross所谓的界面与界面对比、岩石与岩石对比，以及有时是岩石与界面的对比等具体操作方法，其实，在小层对比中早已这样做了，之所以出现岩石与界面的对比，这是由于旋回数目的变化造成的。（四）在名词、概念和表述方法方面：

1、基准面旋回与沉积旋回Cross采用的基准面旋回与小层比中采用的沉积旋回实际上是一个事物的两个方面，基准面旋回指的是地层中沉积旋回的动力成因，而沉积旋回指的是基准面旋回在地层中的物质表现或遗迹，二者只是出发点不同，反映了基准面旋回对比更加强调对地层旋回形成过程的动力分析，而沉积旋回对比则更加注重对地层旋回特征的描述。2、旋回的对称性与旋回性质Cross将上下两个基准面半旋回的岩石厚度和相序排列是否对称称之谓旋回的对称性，而我们则称之谓旋回性质，二者描述的其实是一回事，只是叫法不同。如：不对称的基准面上升半旋回（向上变深）——我们称之为正旋回（向上变细）；不对称的基准面下降半旋回（向上变浅）——我们称之为反旋回（向上变粗）；对称的基准面下降后又上升的完整旋回（向上变浅后又变深）——我们称之为复合旋回（向上变粗后又变细），在它们之间都存在着一系列的过渡形式。Cross认为旋回的对称性随地理和地层位置的变化是沉积物体积分配的地层学响应：即在一个成因层序内，沿着原始斜坡倾斜方向，地层旋回由斜坡上不对称的基准面上升半旋回逐渐变为海岸平原或三角洲平原下坡位置对称的基准面下降后又上升的完整旋回，在继续向海、湖方向，则又演变为不对称的基准面下降半旋回，再向盆地中心地层旋回的对称性又逐渐增加。冲积平原海岸平原/近海滨面陆架海岸平原成因层序内不同地理位置旋回对称性的变化(据T.A.Cross)我们在小层对比中得出了极其相似的认识，即在一个小层内，其上游的河流相沉积为正旋回，向下游至三角洲平原沉积区出现了带反旋回底座的正旋回，至三角洲内前缘相则出现复合旋回、以反旋回为主体的复合旋回与正旋回（代表切割较深的水下分流河道沉积）的密切共生，及至三角洲外前缘相则全部变为反旋回，而前三角洲仅出现零星薄层砂的简单旋回。泛滥平原分流平原三角洲内前缘三角洲外前缘

带底座的正旋回以反旋回为主的复合旋回反旋回

单砂层内不同沉积相带储层旋回性质的变化正旋回正旋回3、A/S值与沉降速率/沉积速率虽然Cross把A/S值的含义界定为各种沉积动力相互作用的总和，是对沉积条件的高度概括和定量表怔，但它与我们所用的盆地沉降速率/沉积速率的传统概念是十分相似的，实质上二者反映的都是沉积物可容纳空间的变化。4、相域与沉积体系Cross按照Fisher（1976）“沉积体系是成因上相联系的地貌单元的三维复合体”的概念，认为沉积体系是地表地貌单元中短暂的未经改造的现代沉积相。并定义“相域是保存的沉积体系的地层记录”，意指相域是沉积体系长期活动的综合记录，是地层中保存下来的古代残留相，从这一概念上二者是有区别的。然而，不同的学者对沉积体系的定义并不一至，如Galloway等（1983）认为“沉积体系是具有空间联系的相的三维复合体”，这里并没有明确指出沉积体系是现代相，还是古代相；

然而，Brown等（1977）提出“沉积体系是由现代或古代沉积过程中在一定的沉积环境下形成的相的三维组合”，即沉积体系这一概念既适用于现代沉积，也适用于古代沉积（地层）。实际上，我们在大量的地层研究过程中所确定的沉积体系都是通过将今论古的方式，依据地层中保存下来的沉积特征来识别的，即确定的都是古代残留相，因此，从具体的研究过程来看，没有必要再引入相域的概念，只需根据沉积条件的变化，深入研究各种原始相的保存程度（即相分异程度），以及由此引起的非均质性。5、叠加样式与加积方式成因层序的叠加样式其实就是我们所说的小旋回的加积方式，即进积、退积、加积等，它们记录了整个盆地内的地形梯度、能量状态及A/S条件的长期变化状况，是识别大型地层旋回和研究盆地发育史的基础。通常小旋回的叠加样式是通过比较成因层序内相组分的变化来识别的。四、高分辨率层序地层对比技术的进步及存在的问题1、高分辨率层序地层对比技术所依据的理论基础——高分辨率层序地层学，它从成因地层单元出发，应用沉积动力学过程—地层响应原理，来研究地层的形成过程和空间分布的层次与规律，在理论上具有较强的逻辑性和系统性，在方法和技术上具有明显的新颖性和适用性。实质上是对我国小层对比技术的进一步发展和完善，并为建立高分辨率等时地层格架、开展精细油藏描述提供了技术支持。

2、由于使用了基准面和基准面旋回的概念，使地层对比工作始终伴随着对沉积旋回的成因分析（即基准面升降引起的沉积物可容纳空间的变化），不但增加了预见性，而且有利于正确地建立等时地层格架、恢复盆地的沉积和构造演化史。实际上任何一个良好的地层划分对比过程都要紧密结合对盆地沉积和构造演化史的分析。

3、用A/S值简捷地代表各种沉积动力相互作用的总和，进而实现量化表征由基准面升降引起的沉积物可容纳空间的变化，可以使人们对整个盆地的时空演化进行定性—定量化分析，这是它的一大进步。

4、由于注重地层成因分析以及与沉积学的紧密结合，使它具有将钻/测井中得到的一维地层信息（如旋回对称性、小旋回叠加样式、小旋回在长期旋回中的位置、自相似性、A/S值变化趋势、相分异状况等）转化为对三维地层关系的预测能力。尤其是强调了要把研究对象的相模式放到地层层序中，充分考虑长期基准面旋回过程中A/S值（沉积条件）随时间的变化及其对不同位置旋回结构的控制作用，再去预测生油层和储油层在盆地中的发育状况、层位和地理位置，这也是它与相模式储层预的区别所在。

5、对不同级别和不同对称程度的基准面旋回用正三角和倒三角及其组合来反映，既直观，又简单明了，有利于旋回对称性、小旋回叠加样式及其在中、长期旋回中位置的分析和储层预测。总之，高分辨率地层对比技术及其所依据的理论和分析问题的思维方法，有许多是值得我们学习和借鉴的。但是，在具体应用和理解过程中还有一些需要完善和探讨的问题，如：1、高分辨率地层对比技术是否与沉积环境无关

“由于基准面变化的地层记录是以多级次旋回出现在区域范围内，可跨越各种沉积环境，因而以地层基准面识别为基础的地层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”（引自邓宏文，1995），这一结论很容易让人误解为基准面旋回对比技术不但与海平面变化无关，与沉积环境也无关。我们认为不同的沉积环境有着明显不同的沉积模式，地层分布可呈板状、席状、条带状或透镜状，可倾斜分布亦可水平延展，厚度可渐变亦可突变，这是精细地层对比中必须认真考虑的具体问题，否则难以实现正确的对比。

因此，我们绝不能否定沉积环境和沉积模式对地层划分对比的指导作用，实际上，Cross在具体对比中也充分考虑了不同沉积环境中地层分布模式的变化，例如：他认为不同地层过程产生不同的地层叠加样式，对不同叠加样式的地层必须用特定的、不一样的对比方法。又认为沉积物堆积期间的沉积环境和A/S条件，二者综合控制了砂体的形态、大小、延伸趋势、侧向连续性和质量，由此产生的地质模型将提供储层划分对比、作图以及储层评价、模拟模型和采收率方案的最佳框架。2、短期旋回的划分原则在高分辨率地层对比过程中，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（如郑荣才等），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。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。前者虽与较大旋回的划法一至，但往往把一个成因地层单元划归为两个短期旋回，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砂坝内部，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，它们与河口砂坝完全处于同一层位，又互相连通，在地层对比和油田开发中均难以将其分开。而后者以湖（海）泛面及其对应面为短期旋回顶底界线的划法，充分利用了湖（海）泛期形成的泥质岩隔层易于识别和可追溯性这些有利条件，既解决了地层划分对比的难题，又保持了同一成因地层单元的完整性和储层的连通性（成因地层单元就