高解析度層序地層學理論

高解析度層序地層學理論

高解析度層序地層學理論是一項以露頭、鑽井、測井和高解析度三維地震資料為基礎,以多級次的基準面旋迴為參照面,建立高精度時間地層對比格架的層序地層劃分與對比技術。

簡介

層序地層學原理和實踐已被大多數地質學家所接受。理論上,層序地層學特別重視海平面升降周期對地層層序形成的重要影響;實踐上,層序地層學通過年代地層格架的建立,對地層分布模式作出的解釋和對同時代成因地層內體系域的劃分,為含油氣盆地地層分析和盆地規模的儲層預測提供了堅實的理論基礎和油氣勘探的有效手段,有力地推動了地質學,特別是石油地質學的發展。但是,理論研究與實際套用證明層序的形成與分析還應有更全面、更合乎邏輯的依據。同時,隨著盆地油氣勘探與開發向更複雜和更深入的方向發展,石油地質學家需要更精確的技術,提高層序地層分析的解析度和儲層預測的準確性。

正因為如此,高解析度層序地層分析理論和技術便應運而生。T. A. Cross領導的美國科羅拉多礦業學院成因地層研究組的高解析度層序地層學派便是其中的代表。高解析度層序地層學在美國和其他一些國家石油公司油氣勘探、開發中發揮的顯著作用和重要影響,突出地反映了高解析度層序地層學的新概念、新方法、新進展,如運用過程回響沉積學原理進行高解析度層序劃分與對比技術、正演與反演數值地層模擬技術、地層對儲層中流體流動速度與流體單元控制的研究等。

基本理論組成

與盆地或區域規模的層序分析不同,高解析度層序地層分析以岩心、露頭、測井和高解析度地震反射剖面資料為基礎,運用精細層序劃分和對比技術將鑽井的一維信息變為三維地層關係,建立區域、油田乃至油藏級儲層的成因地層對比格架,對儲層、隔層及生油層分布進行評價及預測。由於時間解析度增加,大大提高了地層預測的準確性,並能為地層內流體流動最佳模擬提供可靠的岩石物理模型。因此,在很大範圍內得到了採用和推廣,尤其是在陸相盆地的研究得到了大量的套用與發展。其理論的核心應由四部分組成。

地層基準面原理

層序的確定是層序地層分析的基礎。美國科羅拉多礦業學院T. A. Cross領導的成因地層組認為,受海平面、構造沉降、沉積負荷補償、沉積物補給、沉積地形等綜合因素制約的地層基準面,是理解地層層序成因並進行層序劃分的卞要格架(鄧宏文等,2002)。

T. A. Cross等引用並發展了Wheeler提出的基準面概念,分析了基準面旋迴與成因層序形成的過程回響原理。然而,基準面在變化中總是具有向其幅度的最大值或最小值單向移動的趨勢,構成一個完整的卜升與下降旋迴。基準面的一個上升與下降旋迴稱為一個基準面旋迴。基準面可以完全在地表之上,或地表之下擺動,也可以穿越地表之上擺動到地表之下再返回,後者稱為基準面穿越旋迴(Base Level Transit Cycle)。一個基準面旋迴是等時的,在一個基準面旋迴變化過程中(可理解為時間域)保存下來的岩石為一個成因地層單元,即成因層序,其以時間面為界面,因而為一個時間地層單元。

高解析度層序地層學理論 高解析度層序地層學理論

基準面相對於地表的波狀升降,伴隨著沉積物可堆積空間(可容納空間)的變化(右圖)。當基準面位於地表之上時,提供了沉積物的可容納空間,沉積作用發生,任何侵蝕作用均是局部的或暫時的。當基準面位於地表之下時,可容納空間消失,任何沉積作用均是暫時的和局部的。當基準面與地表一致(重合)時,既無沉積作用又無侵蝕作用發生,沉積物僅僅路過((Sediment Bypass)而已。因而,在基準面變化的時間域內(注意:時間是連續的),在地表的不同地理位置上表現為四種地質作用狀態,即①沉積作用,②侵蝕作用,③沉積物路過時產生的非沉積作用及④沉積物非補償(可容納空間與沉積物供給量比值,A/S→∞)產生的飢餓性沉積作用乃至非沉積作用。在地層記錄中代表基準面旋迴變化的時間空間事件表現為岩石+界面(間斷面)。

因此,一個成因層序可以由基準面上升半旋迴和基準面下降半旋迴所形成的岩石組成,也可由岩石+界面組成。其深刻含義絕非一般層序地層學中的“準層序”所能正確反映的。

沉積物體積分配原理

沉積物體積分配原理是指基準面旋迴過程中,沉積物以不同的體積被分配到不同的相域。由於沉積物的體積分配作用,導致在基準面升降變化的過程中,在同一沉積體系內的不同地理位置堆積的沉積物體積發生變化。其具體表現是:在基準面上升期間,地表和基準面的交點向盆地上坡移動,橫向上可容納空間的範圍擴大,盆地邊緣相域儲存沉積物的能力增加而沿斜坡向下搬運的沉積物減少,結果堆積在更靠盆地中心位置的沉積物減少;基準面下降期間,地表和基準面的交點向下坡移動,橫向上可容納空間的範圍縮小,盆地邊緣相域儲存沉積物的能力下降,沿斜坡向下搬運的沉積物增加,結果更多的沉積物堆積在更靠盆地中心的位置。體積分配作用是在基準面變化過程中不同沉積環境內可容納空間的四維動力學變化的產物。

相分異原理

相分異指的是在可容納空間的變化過程中,保存在相同沉積環境中的相類型、相組合、相序、地層結構和岩石物性的變化。相分異有兩種類型,一種是在不同的Va/Vs情況下,沉積剖面上相同環境的沉積相和/或相序的變化,如基準面下降半旋迴的濱岸在上升半旋迴可以變為濱岸陸棚過渡帶或者陸棚;另一種是在不同的Va/Vs情況下,基準面變化周期中原始地貌要素的保存程度及地貌要素相對比率的變化。一般來說,進積旋迴的典型特徵是相的多樣性和保存程度的增加,而退積旋迴的典型特點是相的疊置、相互吞併導致相類型減少,保存程度差。但對於分流河道砂岩,其情形恰好相反:退積旋迴的分流河道砂岩具有明顯的相多樣性、複合底形組合和保存較好的底形;而進積旋迴的分流河道砂岩發生強烈的相疊置和相吞併,相多樣性低,滯留沉積物少且保存程度差,砂體連通好,寬厚比小,均質性好,是較好的油氣儲層。

物質守恆原理

其主要含義是地層在時間上是連續的,沒有間斷,連續的時間表現為岩石加不整合面,而地層的沉積卻不是總連續的。在一個地層旋迴內,有的地理位置地層連續沉積,中間沒有不連續界面,有的位置地層的沉積是不連續的。但是,物質在一個完整的旋迴內是守恆的,只是其地理位置發生了遷移。

套用前景

高解析度層序地層學在層序地層對比、儲層預測和油藏開發等方面均有重要的套用價值。它建立高解析度的層序地層格架,研究其中的生儲蓋組合、儲層非均質性、儲層三維預測、小層砂體對比和剩餘油分布狀況,也可以為流體流動數值模擬、流體流動單元劃分和確定注采方案提供十分有效的地質模型。高解析度層序地層學已經在中國中、新生代陸相含油氣盆地層序地層等研究中獲得成功套用,其套用前景是光明的,其理論將在不斷地探索和套用中日益完善。

1.儲層對比

高解析度儲層對比技術包括兩個方面:一是適用於盆地範圍的地層對比技術,主要用於勘探階段的地層分析和盆地模擬,另一方面是適用於油藏規模的地層對比技術。儲層岩性、幾何形態、連續性及岩石物理特徵等是在沉積物堆積過程中產生的,精確的地層對比可以在四維空間中對這些特徵有更清楚的認識,高解析度地層對比是識別非均質性的有效方法。另外,具有時間意義的地層界面通常與流體流動單元的岩石物理面相一致,可通過精細地層對比,劃分流動單元。隨著時間解析度的提高,對地層形態和規模,相的位置和岩石物理特徵的預測也就更加精確。

2.儲層分布預測

在基準面旋迴變化過程中,由於可容納空間與沉積物供給通量比值的變化,導致沉積物的保存程度、地層堆積樣式、相序、相類型及岩石結構發生變化。這些變化是其在基準面旋迴中所處的位置和可容納空間的函式。因此,由基準面旋迴所控制的等時地層單元的地層分布是有規律可循的,因而也是可以預測的。不同級次基準面旋迴的疊加控制了有利儲集層段的展布。較低級次的基準面旋迴在高級次基準面旋迴中的位置在很大程度上控制了旋迴內部沉積物的地層學和沉積學特徵,當長期基準面旋迴疊置在盆地更高級次的基準面旋迴上升的早期時,沉積物以粗碎屑為主,儲集層發育,但缺乏良好的生油層段;當疊置在上升到下降的轉換期,即最大可容納空間發育期時,以水進期泥岩發育為特徵,構成盆地主要生油層段;當疊置在下降期,特別是晚期時,以陸源碎屑進積作用為主,儲集層發育。因而,不同層序具有不同的儲層類型及生、儲、蓋配置關係。

發展趨勢

高解析度層序地層學以後研究和發展的趨勢:

①深入研究不同岩性地層,特別是它在碳酸鹽岩地層中的套用還在進一步研究之中;

②與經典層序地層學相比,高解析度層序地層學擺脫了海平面變化是層序形成的主控因素這一思想的束縛,從而實現對陸相高解析度層序地層格架的構建,但在國內對海相的研究還很少,這方面工作任務及發展潛力巨大;

③高解析度層序地層學由於其高精度和 可預測性,可有效減小隱蔽油氣藏的勘探風險、優選開發方案和預測剩餘油的分布,在油氣勘探與開發研究中得到了廣泛的套用。運用高解析度層序地層學研究的同時,應加強油氣儲層岩相、評價和預測的地質研究中的地震、地質和測井資料的綜合運用,使獲得的研究成果更加客觀和可靠,便於在勘探和開發工作中加以採用;

④高解析度層序地層學今後的發展,一方面,需要進一步完善其理論和方法,研究高解析度層序單元和沉積體系或沉積相的控制因素;另一方面,必須發展高分辨的地球物理技術和計算機模擬技術,從而增強地下地質條件下的預測功能;

⑤儘管高解析度層序地層學在儲層對比、儲層預測以及與儲層建模技術結合等方面取得了一定的進步,但是其理論研究還不完善,套用研究才剛剛起步,高解析度層序地層學對儲層三維預測及流動單元等的研究,將是今後的發展方向,它將為儲層非均質性研究和局部地層圈閉預測提供更有效手段;

⑥高解析度層序地層學目前在理論研究方面越來越趨向於成熟,在解決地質問題和對於油田需要方面越來越完善。但是,目前沒有一個通用的模式以供運用。通過理論和實際的結合,期望在未來的研究工作中能逐漸提煉一套具代表性的通用模式。

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