高分辨率層序地層對比與我國的小層對比趙翰卿 - 副本

高分辨率層序地層對比與我國的小層對比

趙翰卿大慶油田勘探開發(fā)研究院

前言

開展精細準確的地層劃分、對比，建立高分辨率等時地層格架，是實現(xiàn)精細油藏描述的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。

二十世紀六十年代，我國的石油地質(zhì)工作者依據(jù)陸相盆地多級次震蕩運動學(xué)說和湖平面變化原理，在大慶油田會戰(zhàn)中創(chuàng)造出適用于湖相沉積儲層精細描述的“旋回對比、分級控制、組為基礎(chǔ)”的小層對比技術(shù)。八十年代中期，在小層沉積相研究的基礎(chǔ)上，又將這一方法進一步發(fā)展為“旋回對比、分級控制、不同相帶區(qū)別對待”的相控旋回等時對比技術(shù)，使之更加適用于湖盆中的河流—三角洲沉積。這項技術(shù)以其精細性和實用性，成為我國陸相油田精細油藏描述的技術(shù)基礎(chǔ)，得到了廣泛應(yīng)用。九十年代中期，T.A.Cross的高分辨率層序地層學(xué)（或高分辨率成因地層學(xué)）傳入我國后，以其理論的新穎性、系統(tǒng)性和高精度地層對比技術(shù)，對我國的油藏描述產(chǎn)生了重要影響，并掀起了陸相沉積高分辨率層序地層學(xué)研究熱潮。高分辨率層序地層對比與我國的小層對比二者均屬于地層學(xué)中的精細地層劃分、對比技術(shù)，它們究竟有何本質(zhì)的區(qū)別，高分辨率層序地層對比技術(shù)又能為精細油藏描述提供哪些新的啟示，這是本文探求的目的所在。一、高分辨率層序地層對比的理論基礎(chǔ)和技術(shù)要點Cross根據(jù)沉積動力學(xué)過程—地層響應(yīng)原理提出的“基準面旋回與可容納空間變化原理、沉積物體積分配原理和相分異原理”是高分辨率層序地層學(xué)的基本原理，也是高分辨率層序地層對比技術(shù)的理論基礎(chǔ).高分辨率層序地層對比（又稱基準面旋回對比）則是高分辨率層序地層學(xué)的核心技術(shù)

1、基準面旋回與可容納空間變化原理

T.A.Cross等人認為基準面是一個相對于地表波狀起伏且略向盆地方向下傾的抽象等勢面，是沉積物搬運或沉積的能量平衡面?；鶞拭娴淖兓枋龅氖强扇菁{空間的產(chǎn)生和消失作用，A/S值實質(zhì)上是對可容納空間變化（沉積條件）的綜合表征?；鶞拭嫘厥堑貙映练e旋回的動力學(xué)成因，沉積旋回是基準面旋回的地層記錄，基準面旋回要由地層的沉積旋回來識別。各種規(guī)模的沉積旋回都是在一定時間跨度內(nèi)的時間地層單元，沉積旋回對比是等時地層對比?；鶞拭嫘嘏c沉積旋回都普遍具有多級次性。

2、沉積物體積分配原理

在基準面連續(xù)變化的時間域內(nèi)，由于可容納空間的變化，地表不同地理位置分別產(chǎn)生侵蝕、沉積、沉積物路過不留和欠補償沉積等不同的地質(zhì)作用，導(dǎo)致基準面上升期沉積物主要向盆地邊緣堆積；基準面下降期則主要向盆地中心堆積。

其時間對比關(guān)系是：沖積平原環(huán)境基準面下降期間形成的地層不連續(xù)面在時間上相當于三角洲環(huán)境中基準面下降期形成的地層。而三角洲準層序上覆的洪泛面在時間上相當于沖積平原基準面上升期沉積的地層。

沉積物體積分配作用導(dǎo)致旋回的對稱性、成因?qū)有虻寞B加樣式、相分異和原始地貌要素的保存程度等相域特征的變化

3、相分異原理

伴隨著可容納空間的變化和沉積物的體積分配，保存在中、長期基準面旋回過程中同一地理位置不同層位相同相域地層的幾何形態(tài)、相組合與相序、巖石多樣性、層理類型和巖石物性的差異稱之為相分異，它反映了隨著沉積條件（A/S）的改變，相域內(nèi)原始地貌要素類型和保存程度的變化。相分異作用有兩種主要類型：一是相屬性（原始地貌要素的保存程度及其相對比率）的變化，；二是相類型或相序（地貌要素）的變化。

4、高分辨率層序地層對比技術(shù)以露頭、測井、巖芯和高分辨率地震反射資料為依據(jù)，以多級次的沉積旋回界面為參照面，以成因?qū)有驗榛締卧牡貙觿澐謱Ρ染褪撬^的高分辨率層序地層對比（或基準面旋回對比）。高分辨率層序地層對比的關(guān)鍵是識別地層記錄中那些代表多級次基準面旋回的地層沉積旋回。高分辨率層序地層單元的界面既可以是不整合面或沉積間斷面，也可以是沉積作用的轉(zhuǎn)換面。由于沉積作用的轉(zhuǎn)換面具有較嚴格的等時對比意義，因此常作為時間地層單元對比的優(yōu)選位置。短期旋回或較長期旋回的識別都是通過A/S值變化趨勢分析進行的。開展基準面旋回對比工作，同樣也首先需要以區(qū)域性標準層和Ⅲ級層序邊界作為大的層段控制。三、高分辨率層序地層對比與我國的小層比九十年代中期，T.A.Cross的高分辨率層序地層學(xué)（或高分辨率成因地層學(xué)）傳入我國后，作為大慶油田的地質(zhì)工作者，我們對這一學(xué)科及其核心技術(shù)——“高分辨率層序地層對比技術(shù)(基準面旋回對比)”總的感覺是似曾相識。經(jīng)過反復(fù)的學(xué)習(xí)、研究，以及專門的技術(shù)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)它與我國的“小層對比技術(shù)”（沉積旋回對比）雖然所用的概念、原理和分析問題的方法不盡相同，但其結(jié)果卻是完全一致的，大有“異曲同工”之妙，因此，認定二者實屬沒有任何本質(zhì)區(qū)別的同一種技術(shù)。具體對比分析如下：（一）在研究內(nèi)容和精細程度方面：“高分辨率地層對比”與“小層對比”，二者均屬于地層學(xué)中的精細地層劃分、對比技術(shù)范疇，目的都是要建立以成因單元（高分辨率的短期或超短期沉積旋回、小層對比中的小層或單砂層——是油田范圍內(nèi)可對比的最小沉積旋回）為基礎(chǔ)的高分辨率等時地層格架。當應(yīng)用的資料和研究的對象相同時，兩種技術(shù)達到的精度也應(yīng)該是一樣的。（二）在技術(shù)原理方面：

Cross的高分辨率地層對比技術(shù)依據(jù)的是由各種地質(zhì)動力（構(gòu)造升降、海湖平面變化、沉積物供給與氣候變化等）綜合作用引起的基準面變遷所導(dǎo)致的可容納空間變化過程與地層的響應(yīng)原理（即沉積動力學(xué)過程—地層響應(yīng)原理），而小層對比技術(shù)依據(jù)的則是由內(nèi)、外地質(zhì)動力引起的陸相盆地多級次震蕩運動學(xué)說和湖平面變化原理，二者雖然表述的方式不同，但是都充分運用了沉積學(xué)的理論和方法，而且所劃分的地層基準面旋回和沉積旋回都具有多級次性。高分辨率地層對比技術(shù)所依據(jù)的基準面概念，是把以往采用的具體物理面（如侵蝕基準面、沉積基準面、河流平衡剖面、海（湖）平面等）發(fā)展為抽象的理論面，并用基準面旋回性升降變化所導(dǎo)致的可容納空間的增加和減少來解釋地層旋回性沉積的成因。而我們在進行小層對比時，應(yīng)用具體的湖（海）平面升降引起的湖（海）面擴張與收縮、湖（海）侵與湖（海）退，同樣也反映的是沉積物可容納空間的變化及其地層旋回性沉積的成因。Cross在基準面和可容納空間變化原理的基礎(chǔ)上，提出的沉積物體積分配原理和相分異原理，二者實際上是對傳統(tǒng)的剝蝕、搬運和沉積理論的進一步引伸和擴展。因此，當我們采用小層對比技術(shù)進行儲層精細描述時，只要能夠正確運用沉積學(xué)的理論和知識，就能夠達到與高分辨率旋回等時對比技術(shù)同樣的效果。在小層對比技術(shù)中明確地提出了要依據(jù)不同沉積相帶地層沉積的不同模式，分別采取相應(yīng)的具體對比方法，既相控的概念。而在Cross的高分辨率旋回等時對比技術(shù)中雖然提出了無需相控的概念，但在具體工作中仍然把不同沉積環(huán)境明顯地分開（如劃分為海岸平原—淺海沉積體系、河流相、湖相和重力流等），并根據(jù)各自不同的沉積特點分別采取了相應(yīng)的對比方法，這實際上還是采用相控的原則。其實，任何精細的地層對比都離不開相關(guān)環(huán)境沉積模式的指導(dǎo)。（三）在操作方法和操作程序方面：高分辨率地層對比技術(shù)雖然依據(jù)的是基準面旋回—可容納空間變化原理，劃分的是基準面旋回，但基準面旋回和可容納空間的變化本身是抽象的，是無法具體操作的，實際工作中必然要依據(jù)其在地層中的記錄——沉積旋回來劃分，這就使其與小層對比不可能有什么本質(zhì)上的區(qū)別，二者在具體操作中實質(zhì)上都是沉積旋回對比，只是Cross對所劃分的沉積旋回直接附加了沉積動力學(xué)成因的概念，而小層對比所劃分的沉積旋回只是隱含著沉積動力學(xué)成因。此外，由于沉積旋回是在一定時間跨度內(nèi)的時間地層單元，沉積旋回對比是等時地層對比，因此，上述兩種對比方法也都是等時地層對比。有些人認為小層對比是穿時的，我們認為這是某些人對小層對比的誤解或是操作中的失誤。在大井距范圍內(nèi)進行小層對比時（這往往是不合適的選則），尤其是在缺乏良好標準層和巖芯控制的條件下，由于相變的原因，人們很容易在水進或水退體系域的下游端造成錯誤的雁行式穿時對比。當井距不斷縮小或在開發(fā)井網(wǎng)條件下，原有井間的相變會被清楚地揭示出來，穿時對比的問題完全可以避免。在缺乏經(jīng)驗的情況下，采用基準面旋回對比時也可造成同樣的錯誤。

A

DABCD小井距等時對比大井距穿時對比不同井距下的高分辨率地層對比由于同是沉積旋回對比，兩種方法的操作程序也是一樣的，當主要應(yīng)用地震資料進行地層對比時，往往先由大的旋回劃分對比開始，然后再劃分對比較小的旋回；當主要應(yīng)用測井資料進行地層對比時，則往往先由小的旋回劃分對比開始，然后再組合成較大的旋回。但是，無論在哪種情況下，都必須用巖芯進行標定，必須以標準層和明顯的不整合面作為大的層位和層段控制，然后再進行分級對比。凡是開展小層段的精細地層對比，原則上都是在區(qū)域地層劃分對比的框架內(nèi)（Ⅲ級層序內(nèi)）進行的。

由于同是沉積旋回對比，兩種方法都要依據(jù)相序和相組合分析來劃分成因地層單元，并且對各級旋回和界面的識別方法和標志也完全相同。Cross所謂的界面與界面對比、巖石與巖石對比，以及有時是巖石與界面的對比等具體操作方法，其實，在小層對比中早已這樣做了，之所以出現(xiàn)巖石與界面的對比，這是由于旋回數(shù)目的變化造成的。（四）在名詞、概念和表述方法方面：

1、基準面旋回與沉積旋回Cross采用的基準面旋回與小層比中采用的沉積旋回實際上是一個事物的兩個方面，基準面旋回指的是地層中沉積旋回的動力成因，而沉積旋回指的是基準面旋回在地層中的物質(zhì)表現(xiàn)或遺跡，二者只是出發(fā)點不同，反映了基準面旋回對比更加強調(diào)對地層旋回形成過程的動力分析，而沉積旋回對比則更加注重對地層旋回特征的描述。2、旋回的對稱性與旋回性質(zhì)Cross將上下兩個基準面半旋回的巖石厚度和相序排列是否對稱稱之謂旋回的對稱性，而我們則稱之謂旋回性質(zhì)，二者描述的其實是一回事，只是叫法不同。如：不對稱的基準面上升半旋回（向上變深）——我們稱之為正旋回（向上變細）；不對稱的基準面下降半旋回（向上變淺）——我們稱之為反旋回（向上變粗）；對稱的基準面下降后又上升的完整旋回（向上變淺后又變深）——我們稱之為復(fù)合旋回（向上變粗后又變細），在它們之間都存在著一系列的過渡形式。Cross認為旋回的對稱性隨地理和地層位置的變化是沉積物體積分配的地層學(xué)響應(yīng)：即在一個成因?qū)有騼?nèi)，沿著原始斜坡傾斜方向，地層旋回由斜坡上不對稱的基準面上升半旋回逐漸變?yōu)楹０镀皆蛉侵奁皆缕挛恢脤ΨQ的基準面下降后又上升的完整旋回，在繼續(xù)向海、湖方向，則又演變?yōu)椴粚ΨQ的基準面下降半旋回，再向盆地中心地層旋回的對稱性又逐漸增加。沖積平原海岸平原/近海濱面陸架海岸平原成因?qū)有騼?nèi)不同地理位置旋回對稱性的變化(據(jù)T.A.Cross)我們在小層對比中得出了極其相似的認識，即在一個小層內(nèi)，其上游的河流相沉積為正旋回，向下游至三角洲平原沉積區(qū)出現(xiàn)了帶反旋回底座的正旋回，至三角洲內(nèi)前緣相則出現(xiàn)復(fù)合旋回、以反旋回為主體的復(fù)合旋回與正旋回（代表切割較深的水下分流河道沉積）的密切共生，及至三角洲外前緣相則全部變?yōu)榉葱?，而前三角洲僅出現(xiàn)零星薄層砂的簡單旋回。泛濫平原分流平原三角洲內(nèi)前緣三角洲外前緣

帶底座的正旋回以反旋回為主的復(fù)合旋回反旋回

單砂層內(nèi)不同沉積相帶儲層旋回性質(zhì)的變化正旋回正旋回3、A/S值與沉降速率/沉積速率雖然Cross把A/S值的含義界定為各種沉積動力相互作用的總和，是對沉積條件的高度概括和定量表怔，但它與我們所用的盆地沉降速率/沉積速率的傳統(tǒng)概念是十分相似的，實質(zhì)上二者反映的都是沉積物可容納空間的變化。4、相域與沉積體系Cross按照Fisher（1976）“沉積體系是成因上相聯(lián)系的地貌單元的三維復(fù)合體”的概念，認為沉積體系是地表地貌單元中短暫的未經(jīng)改造的現(xiàn)代沉積相。并定義“相域是保存的沉積體系的地層記錄”，意指相域是沉積體系長期活動的綜合記錄，是地層中保存下來的古代殘留相，從這一概念上二者是有區(qū)別的。然而，不同的學(xué)者對沉積體系的定義并不一至，如Galloway等（1983）認為“沉積體系是具有空間聯(lián)系的相的三維復(fù)合體”，這里并沒有明確指出沉積體系是現(xiàn)代相，還是古代相；

然而，Brown等（1977）提出“沉積體系是由現(xiàn)代或古代沉積過程中在一定的沉積環(huán)境下形成的相的三維組合”，即沉積體系這一概念既適用于現(xiàn)代沉積，也適用于古代沉積（地層）。實際上，我們在大量的地層研究過程中所確定的沉積體系都是通過將今論古的方式，依據(jù)地層中保存下來的沉積特征來識別的，即確定的都是古代殘留相，因此，從具體的研究過程來看，沒有必要再引入相域的概念，只需根據(jù)沉積條件的變化，深入研究各種原始相的保存程度（即相分異程度），以及由此引起的非均質(zhì)性。5、疊加樣式與加積方式成因?qū)有虻寞B加樣式其實就是我們所說的小旋回的加積方式，即進積、退積、加積等，它們記錄了整個盆地內(nèi)的地形梯度、能量狀態(tài)及A/S條件的長期變化狀況，是識別大型地層旋回和研究盆地發(fā)育史的基礎(chǔ)。通常小旋回的疊加樣式是通過比較成因?qū)有騼?nèi)相組分的變化來識別的。四、高分辨率層序地層對比技術(shù)的進步及存在的問題1、高分辨率層序地層對比技術(shù)所依據(jù)的理論基礎(chǔ)——高分辨率層序地層學(xué)，它從成因地層單元出發(fā)，應(yīng)用沉積動力學(xué)過程—地層響應(yīng)原理，來研究地層的形成過程和空間分布的層次與規(guī)律，在理論上具有較強的邏輯性和系統(tǒng)性，在方法和技術(shù)上具有明顯的新穎性和適用性。實質(zhì)上是對我國小層對比技術(shù)的進一步發(fā)展和完善，并為建立高分辨率等時地層格架、開展精細油藏描述提供了技術(shù)支持。

2、由于使用了基準面和基準面旋回的概念，使地層對比工作始終伴隨著對沉積旋回的成因分析（即基準面升降引起的沉積物可容納空間的變化），不但增加了預(yù)見性，而且有利于正確地建立等時地層格架、恢復(fù)盆地的沉積和構(gòu)造演化史。實際上任何一個良好的地層劃分對比過程都要緊密結(jié)合對盆地沉積和構(gòu)造演化史的分析。

3、用A/S值簡捷地代表各種沉積動力相互作用的總和，進而實現(xiàn)量化表征由基準面升降引起的沉積物可容納空間的變化，可以使人們對整個盆地的時空演化進行定性—定量化分析，這是它的一大進步。

4、由于注重地層成因分析以及與沉積學(xué)的緊密結(jié)合，使它具有將鉆/測井中得到的一維地層信息（如旋回對稱性、小旋回疊加樣式、小旋回在長期旋回中的位置、自相似性、A/S值變化趨勢、相分異狀況等）轉(zhuǎn)化為對三維地層關(guān)系的預(yù)測能力。尤其是強調(diào)了要把研究對象的相模式放到地層層序中，充分考慮長期基準面旋回過程中A/S值（沉積條件）隨時間的變化及其對不同位置旋回結(jié)構(gòu)的控制作用，再去預(yù)測生油層和儲油層在盆地中的發(fā)育狀況、層位和地理位置，這也是它與相模式儲層預(yù)的區(qū)別所在。

5、對不同級別和不同對稱程度的基準面旋回用正三角和倒三角及其組合來反映，既直觀，又簡單明了，有利于旋回對稱性、小旋回疊加樣式及其在中、長期旋回中位置的分析和儲層預(yù)測?？傊?，高分辨率地層對比技術(shù)及其所依據(jù)的理論和分析問題的思維方法，有許多是值得我們學(xué)習(xí)和借鑒的。但是，在具體應(yīng)用和理解過程中還有一些需要完善和探討的問題，如：1、高分辨率地層對比技術(shù)是否與沉積環(huán)境無關(guān)

“由于基準面變化的地層記錄是以多級次旋回出現(xiàn)在區(qū)域范圍內(nèi)，可跨越各種沉積環(huán)境，因而以地層基準面識別為基礎(chǔ)的地層對比不依賴于沉積環(huán)境，也不需要了解海平面的位置與運動方向”（引自鄧宏文，1995），這一結(jié)論很容易讓人誤解為基準面旋回對比技術(shù)不但與海平面變化無關(guān)，與沉積環(huán)境也無關(guān)。我們認為不同的沉積環(huán)境有著明顯不同的沉積模式，地層分布可呈板狀、席狀、條帶狀或透鏡狀，可傾斜分布亦可水平延展，厚度可漸變亦可突變，這是精細地層對比中必須認真考慮的具體問題，否則難以實現(xiàn)正確的對比。

因此，我們絕不能否定沉積環(huán)境和沉積模式對地層劃分對比的指導(dǎo)作用，實際上，Cross在具體對比中也充分考慮了不同沉積環(huán)境中地層分布模式的變化，例如：他認為不同地層過程產(chǎn)生不同的地層疊加樣式，對不同疊加樣式的地層必須用特定的、不一樣的對比方法。又認為沉積物堆積期間的沉積環(huán)境和A/S條件，二者綜合控制了砂體的形態(tài)、大小、延伸趨勢、側(cè)向連續(xù)性和質(zhì)量，由此產(chǎn)生的地質(zhì)模型將提供儲層劃分對比、作圖以及儲層評價、模擬模型和采收率方案的最佳框架。2、短期旋回的劃分原則在高分辨率地層對比過程中，對短期旋回的劃分出現(xiàn)了兩種不同的劃法，一是砂漏形劃法（如鄭榮才等），即以沖刷面及其對應(yīng)面為短期旋回的頂?shù)捉缇€（地層旋回起始點為基準面下降半旋回與上升半旋回的轉(zhuǎn)換點），反映基準面上升后又下降的旋回過程。另一種是紡錘形或菱形劃法，即以湖（海）泛面及其對應(yīng)面為短期旋回的頂?shù)捉缇€（地層旋回起始點為基準面上升半旋回與下降半旋回的轉(zhuǎn)換點），反映基準面下降后又上升的旋回過程。前者雖與較大旋回的劃法一至，但往往把一個成因地層單元劃歸為兩個短期旋回，破壞了對儲層的連續(xù)性和連通狀況的認識。

尤其是在三角洲前緣水下分流河道砂存在的區(qū)域，同一個成因地層單元的水下分流河道在基準面下降半旋回過程中已切入到同期三角洲前緣的河口砂壩內(nèi)部，并且在后來的基準面上升半旋回過程中河道內(nèi)充填了砂體，它們與河口砂壩完全處于同一層位，又互相連通，在地層對比和油田開發(fā)中均難以將其分開。而后者以湖（海）泛面及其對應(yīng)面為短期旋回頂?shù)捉缇€的劃法，充分利用了湖（海）泛期形成的泥質(zhì)巖隔層易于識別和可追溯性這些有利條件，既解決了地層劃分對比的難題，又保持了同一成因地層單元的完整性和儲層的連通性（成因地層單元就