层序地层学在中国油田的应用

层序地层学在中国油田的应用

自1987年出版以来，作为一个独立的地质分支，该分支在地理学界引起了极大的关注。你的新概念和独特愿景为大多数地质工人提供了巨大的思维空间。它被称为地质和学科场域的革命。近年来,国外各跨国石油公司在油气勘探、开发、盆地评价、油气预测和油气田开发中无不把层序地层学的研究与应用放在首位,发现了一批过去被人忽视的地层岩性油气藏,并在老油气区改善油气田开发条件,提高采收率和降低成本上,取得了巨大的经济效益。鉴于我国东部地区地质条件的复杂性,多数明显的构造已经钻探,在这些地区寻找有利成藏区带,特别是寻找有利的地层与岩性圈闭有很大困难,为了解决上述困难和矛盾,引入层序地层学的概念、理论和方法,无疑提供了一个新的途径。1层序地层学研究的现状和发展趋势1.1展型盆地的层序地质解释近年来,随着层序地层学研究的不断深入,使层序地层学的理论及其应用得到不断的发展。起源于被动大陆边缘的层序地层学理论,逐渐扩展到各种类型的盆地和环境,这些盆地包括被动大陆边缘的盆地,也包括活动大陆边缘的盆地,有伸展型盆地,也有挠曲型盆地,并由海相的沉积盆地扩展到陆相湖泊盆地和河流相地层。目前,在我国开展的层序地层学研究,除了针对陆相层序的形成机制和控制因素进行探讨,更多的是结合具体研究区块的特点,用层序地层学的观点对一些特殊地质现象进行解释,并逐渐将重点放在有利油气区带的预测和评价上。此外,为了拓宽勘探领域,寻找新的含油层系,区域层序地层学研究也越来越得到重视。值得一提的是,我国层序地层学研究工作者已经开始注意到,在陆相层序中油气藏的分布也有着一定的规律。笔者的博士论文曾对松辽盆地南部东南隆起区层序格架中油气的分布规律进行过论述(表1),结果发现约有80%的油气藏位于低水位体系域之中,这表明低水位体系域在油气勘探中有着特殊重要的地位。1.2层序精细研究的意义现代层序地层学问世以来,发展很快,已经渗入到了与沉积岩有关的各个学科,目前其势头依然强劲,并又有新的深入发展。当前,层序地层学总的发展趋势是:(1)从成因上研究各重要沉积盆地和各种类型地层的形成与演化,谋求建立全球统一的层序地层系统。在这类研究中,特别强调地震、测井、岩芯、地面露头等多方面相结合的综合研究,强调生物地层学、地震地层学、测井地层学的综合研究。(2)层序地层学研究中,沉积学越来越发挥更大的作用,通过研究不同相带和沉积体在层序形成过程中在三度空间中的分布规律,用以研究生油岩、储油岩、盖层的空间组合,后期成岩作用的影响及其在油气系统的形成上所产生的结果。(3)计算机模拟已经在层序形成,相带的组合与分异,不同岩层、沉积体系、体系域的分布模式等方面,取得长足进步,促进了地质学从定性到定量化方向发展。(4)层序地层学正在与构造地质学、板块理论相结合,更加精确地研究不同板块、不同地体、构造运动、火山及岩浆活动以及地球动力机制和力场、势场以及其它物理场的演变历史,对全球、盆地、坳陷、块断以及重要构造带的演变历史,作更精确、更合理的解释。(5)层序地层学的概念和方法在油气勘探中发挥越来越大的作用,在南非海上Pletmos盆地首次发现了几个油田(与低水位体系域有关),在墨西哥湾海上也找到了与低水位体系域有关的新油田,中加利福尼亚文土拉盆地扩大了2/5的油气储量。(6)层序地层学与油气田开发相结合,产生了巨大的经济效益。例如,沙特阿拉伯的Shuiba油田,通过层序地层学研究,调整了注水层位,明显地降低了油水比。层序地层学和其它任何一门科学一样,在基本理论方面还有些争议,有待深入研究,如全球海平面变化曲线,层序的级次及不同级次层序间的关系,基准面变化的规律及其控制下的相带分隔和分布,层序发育与成岩作用,储油物性好坏的关系,层序内生油与油气运移及成藏机制等方面。2地层格架的有关研究层序地层学研究的一个核心内容是通过建立一个旋回式的、在成因上有联系的年代地层格架,研究这个年代地层格架中各部分的沉积环境及与之相伴的岩相的演化及分布规律,同时揭示各成藏要素在时空上的分布和配制关系,为评价油气远景、指导油气勘探提供了极其有效的方法和手段。2.1通过近地层意义的地震资料来预测和评价地质特征在层序地层学研究中预测有利生油层段的方法最常用的有3种:第一种方法是利用钻测井资料通过识别密集段来预测生油岩发育的部位。在密集段发育部位,泥岩中的有机炭含量可达到峰值,尤其处于门限深度的密集段中有机碳含量、干酪根成熟度等呈现出有利生油岩特征;同时在密集段处古生物比较丰富,反映深水环境的微量元素含量也明显增高。通过穿过密集段井的取芯分析,就可从纵向上定量评价成熟的生油岩。第二种方法是利用地震资料通过编制上超点变化曲线来确定密集段生油岩的发育部位,在上超点变化曲线上水位上升最大的段即是密集段的发育部位。第三种方法是在地震剖面中仔细分析反射同相轴的结构,必要时可以进行剖面的计算机处理和横向压缩,突出它们内部的关系。一般来说,在明显的下超面附近,发育着最好的生油层段。此外,在比较大的基准面下降面之上,通常出现复合密集段,伴随着发育有良好的生油层。2.2低幅度构造找油寻找大的碎屑沉积物供应通道(河道)是建立沉积体系的一个十分重要的步骤,这是因为大的河道提供了形成油气藏的物质基础,即有机质和构成储层和盖层的碎屑物。在地震剖面上寻找大的物源通道,最直观的办法是寻找大规模的前积现象,这种前积现象的存在说明了附近必然有大的河流存在。然后溯源而上,追索它的河口、沟口、谷口或者山口。值得注意的是,找寻河道的一个便捷而且有重要意义的方法是仔细研究重要连续同相轴下面有无大的波状起伏的河道存在,这种河道通常与低水位体系域有密切关系,容易形成好的油气藏。由于陆相地层的沉积速度比海相地层大的多,在山口或者河口处往往形成规模不等的沉积背斜。我国从20世纪70年代起,就有人提出低幅度构造找油理论,并且也找到了一些油田。徐怀大教授从80年代初期起就多次谈起,所谓的低幅度构造,实际上就是硅质碎屑岩沉积体系中的一个扇体或者朵叶体,或者是它们的复合体,即所谓的沉积背斜(图1)。沉积背斜这个概念非常重要,因为如果只按照构造去解释,而不考虑它们的沉积成因,就很可能忽略了生储盖组合的重要性,在油气成藏系统的判断上失误,造成勘探上的失败。2.3地层格架内的油气运移层序地层学所建立的年代地层格架是以不整合面或与之相对应的整合面为界限定的,在这个地层格架内能将不同年代地层的展布样式、接触关系及其所经历的构造运动展现出来,可以在这一精细分析的基础上来确定油气运移的指向及研究可能的成藏机制。2.4层序控制策略的应用基准面变化曲线之所以会引起人们的重视,不仅在于它可用于研究沉积盆地的演化历史,还在于它在油气藏组合评价和有利含油层序预测中的特殊作用。一个完整的三级海平面变化周期,必然形成一个以不整合为界的低水位体系域、水进体系域和高水位体系域发育齐全的三级层序。如果这个三级周期叠置在一个二级周期的不同变化阶段,将会形成不同的层序特征和体系域特点,也会给层序内的油气藏组合条件和形成油气的可能性带来不同的影响。这就是应用基准面变化曲线评价一个层序的含油气性和油气成藏条件的基础。3地震层序模拟和地质解释21世纪的油气勘探面临着勘探思维的严峻挑战,纵观世界石油技术的发展历史,石油产量的每一次猛增都与某一新观念的诞生密切相关。层序地层学作为地学界的一场革命,正在悄悄地改变着传统的思维方式,并被证明在油气勘探中具有明显优势。随着层序地层学自身的不断完善,在21世纪的油气勘探中必将发挥更大的作用。(1)开展含油气大区的层序地层学研究,确定主力生油层与区域性盖层,寻找新的含油气凹陷与含油气层系。笔者所在的研究组曾对大庆、塔北、松辽和俄罗斯的一些大油田的实际资料进行分析,并在计算机上层序组合模拟,结果表明,只有当几个层序的密集段在三维空间中横向拼合、纵向叠置、彼此紧密相邻的情况下(图2),才有条件形成大油气田。在这些大油气田形成过程中,生油岩-储集层-盖层之间的三维组合关系,它们和层序形成初期因侵蚀而形成的不整合面,以及在最大水进之后形成的沉积间断面,都有着密切关系。随着油气勘探程度的不断提高,新区、新层系、新领域的勘探必将成为下世纪油气勘探的重点1,而层序地层学可发挥重要作用。(2)探讨陆相层序的形成机制,预测生、储、盖层在平面上与纵向上的分布,寻找非构造油气藏。进入20世纪90年代,无论是我国东部、中部、还是西部油气区都已将隐蔽油气藏的勘探作为增储上产的勘探新领域,在勘探程度高的地区,构造圈闭所剩无几,隐蔽圈闭的勘探就显得更为重要。应用层序地层学研究隐蔽圈闭是一项集地质、测井和地震3种资料为一体的研究方法。事实表明,精细的层序地层对比是发现隐蔽圈闭的有效手段,而层序的演化模式又为隐蔽圈闭的类型、成因及分布的解释奠定了良好的地质基础。(3)加强高分辨率层序地层学研究,提高陆相储层在三度空间分布的预测水平与精度。以T.A.Cross为代表的科罗拉多州矿业学院的成因地层研究组所倡导的高分辨率层序地层学,已在美国及一些西方国家石油公司的勘探与开发中发挥了重要的作用。与盆地或区域规模的层序分析不同,高分辨率层序分析是以岩心、露头、三维地震、测井和高分辨率地震反射资料为基础,运用精细层序地层划分对比技术,将钻井一维信息变为三维地层关系预测,建立油田乃至油藏级储层的成因地层对比骨架,从而对储层、隔层乃至生油层分布进行评价及预测,因时间分辨率增大,使地层预测的准确性大大提高。4单位地层的层序地层学层序地层学作为一个年青的新兴学科,其理论体系和技术方法远远达不到完美的地步,但它揭示了石油地质研究中长期存在的一些问题,改变了人们的思路。其中最根本的一条是从时间和空间的四维坐标上查明了单位地层(沉积层序或成因层序)的形成历史和单位地层内部(包括硅质碎屑和碳酸盐岩两大岩类)岩层和相组合的分布规律(包括生、储、盖的