英台油田萨尔图油层高分辨率层序地层与单砂体特征

刘桂珍 鲍志东 周新茂 孙 敏

(1.中国石油大学“油气资源与探测”国家重点实验室,北京 102249;

2.中国石油勘探开发研究院,北京 100083;

3.中原油田井下作业处,河南濮阳 457146)

高分辨率层序地层学自20世纪80年代末提出以来,在中国陆相盆地得到了广泛的应用和推广,并在湖盆层序地层划分、地层岩性油气藏勘探等方面取得了较大的进展[1～6]。其基于基准面旋回原理的层序划分和旋回等时对比方法,在砂体等时对比[7～9]和储层精细描述[10,11]、储层非均质分析中也得到广泛应用,对于油气藏的开发调整和剩余油的挖潜起到很大的指导作用。

本文拟以英台油田白垩系姚家组第二和第三段(简称“姚二三段”,萨尔图油层)为例,以Cross的高分辨率层序地层学理论为指导[12],运用岩心、钻井与测井资料,建立了该区姚二三段的高分辨率层序地层格架;并在高频层序旋回的基础上,研究单砂体的空间展布规律与沉积演化特征。目前研究区内存在的主要问题是综合含水高,单砂体连通复杂,因此,这一研究对于指导油田二次开发具有一定的实用价值。

1 区域概况

英台油田位于松辽盆地南部,在构造上属于中央坳陷区红岗-大安阶地上的一个局部构造,划属红岗阶地英台-龙虎泡背斜构造带。该构造的主要含油层位为姚二三段的萨尔图油层和青山口组的高台子油层。萨尔图油层(姚二三段)埋深在1.4 km左右,划分为2个油组和6个小层。油气藏类型主要是构造-岩性油藏。单砂层厚度一般小于6 m。

研究区姚二三段整体为一套细砂岩、粉砂岩,厚度50～70 m,自下而上粒度由粗变细。总体上碎屑粒度细、分选好、磨圆中等,主要为长石岩屑砂岩。重矿物分析表明沉积物具有近源堆积特征。研究区邻近盆地边缘,物源来自西部,碎屑物质沿盆地短轴方向流入,沉积变化快,相带比较窄。沉积环境为辫状河三角洲沉积[13],发育三角洲前缘水下分流河道、河口坝、远砂坝、席状砂等沉积微相。

2 高分辨率层序的划分及旋回特征

高分辨率层序地层格架的建立是在基准面旋回变化分析的基础上,通过不同级次地层旋回划分与对比来实现的。因此,正确识别多级次地层旋回是建立高分辨率层序地层格架的基础。关于基准面旋回,前人研究很多[14～17],根据前人对基准面旋回级次的认识[14],三级层序相当于长期旋回,准层序组相当于中期旋回,准层序相当于短期旋回。短期旋回是高频层序旋回划分的基础,中期旋回由一系列具有进积、加积和退积叠加样式的短期旋回叠加组成,因而了解短期旋回的结构类型、叠加样式及其在中期旋回过程中的分布规律至关重要。

2.1 短期旋回结构及特征

通过对研究区岩心分析,短期旋回特征主要有三种类型(图1)。

2.1.1 向上“变深”的非对称型

此类型分布于水下分流河道沉积区,层序中仅保存基准面上升半旋回沉积记录,下降半旋回则处于侵蚀冲刷状态,因而具有向上“变深”的非对称型结构。按层序内沉积相组合特征,可分为低可容纳空间和高可容纳空间两种亚类型：前者由底部冲刷与单一向上变细的分流河道厚层块状砂岩组成(图1中A-1),形成于水浅流急、缓慢湖进且A/S≪1的沉积条件下[9],主要出现在水下分流河道彼此叠置和侧向迁移非常活跃的三角洲前缘上游部位;砂体间为大型冲刷面,厚度大、粒度粗、分选好、泥质含量低,为一类最有利于储层发育的砂体。高可容纳类型由底部冲刷→水下分流河道厚层块状砂岩→水下天然堤薄层粉砂岩→分流间湾泥岩组成向上加深变细的层序(图1中A-2),形成于水较深且流较急、缓慢湖进快速湖退和A/S＜1的沉积条件下[9],此类沉积主要分布在水下分流河道下切作用较弱和河道相对较稳定的三角洲前缘中部。而砂体主要发育在各个短期层序下部,厚度较大,为一类有利于储层发育的砂体,但粒度要细一些,泥质含量要高一些,夹层发育,因而储集物性通常也要差一些,储层非均质性较强。这两类结构主要分布在Ⅱ6-1,Ⅱ6-2,Ⅱ5-1,Ⅱ5-2等单砂体中。

2.1.2 向上“变浅”的非对称型

图1 短期旋回层序结构Fig.1 Several profiles of the sequence structures of a short-term base-level cycle

此类型分布于水下河口坝和远砂坝沉积区,层序中仅保存基准面下降半旋回沉积记录,上升半旋回则为未沉积状态或水进的冲刷,因而具有向上“变浅”的非对称型结构。按层序内沉积相组合和界面特征,亦可分为低可容纳空间和高可容纳空间两种亚类型。前者由水进冲刷面与单一向上变粗的河口坝中厚层状砂岩组成(图 1中B-2),形成于水较浅流较急、快速湖进缓慢湖退和A/S＜1的沉积条件下[9],主要出现在沉积速率较高的近河口部位。该类型的砂体叠置严重,厚度大、粒度粗、分选好、泥质含量低,为一类最有利于储层发育的砂体。后者由欠补偿沉积间断面→远砂坝薄互层泥、粉砂岩→河口坝薄层砂岩夹泥岩组成向上变浅和略趋加粗的层序(图 1中B-1),形成于水深流缓、快速湖进缓慢湖退和 A/S＞1的沉积条件下[9],主要出现在沉积速率较低,且远离河口的部位。该类型砂体和泥岩组成互层,泥质含量高,夹层发育,储集物性也要差一些,为次一类有利于储层发育的砂体。这两类结构的短期旋回主要分布在Ⅰ3-1和Ⅰ3-2单砂体中。

2.1.3 向上变深复变浅的对称型

此类型发育于水下分流河道与河口坝交替作用的河口附近,以层序中同时保存有基准面上升和下降半旋回沉积记录而具有向上变深后复变浅的对称型结构。大致可分为三种基本亚类型：(1)上升半旋回厚度大于下降半旋回的不完全对称型,自下而上由冲刷面→水下分流河道砂-水下天然堤薄层粉砂岩与泥岩互层→分流间湾泥岩→决口扇(或决口河道)中-薄层砂岩组成层序(图1中C-1)。(2)上升与下降半旋回厚度近于相等的完全对称型,自下而上由弱冲刷面(或砂、泥岩性突变面)→水下分流河道中层状细砂岩→河口坝中厚层细砂岩组成层序(图1中C-2),常见于河口部位。(3)下降半旋回厚度大于上升半旋回的不完全对称型,自下而上由水下分流河道薄-中层细砂岩→分流间湾或前三角洲泥岩→河口坝中厚层细砂岩组成层序(图1中C-3)。需指出的是,此三种亚类型都形成于水较深流较缓、缓慢湖进和湖退,以及 A/S≥1的中等-高可容纳空间沉积条件下[9]。该类型位于各个短期层序下部,河道砂体较薄、粒度细、分选中等至较差、泥质含量高,大多数薄砂体储集物性差。而层序的中、上部主体主要由溢岸沉积的泥质粉砂岩和泥岩组成,为隔层主要发育位置,不利于储层的发育。这三类结构的短期旋回主要分布在Ⅰ4-1和Ⅰ4-2单砂体中。

2.2 中期旋回特征

根据短期旋回的结构和叠加样式,萨尔图油层(姚二三段)为一个完整的中期旋回和一个中期上升半旋回。在纵向剖面上,中期旋回的上升半旋回主要由一系列代表水体逐渐向上加深的非对称型短期旋回层序叠加组成,上部局部出现上升半旋回为主的不完全对称型或对称型;而下降半旋回主要由一系列代表水体向上变浅的非对称型短期旋回叠加组成,下部局部出现对称型和下降半旋回为主的不完全对称型(图 2)。下面以Y102井为例探讨中期旋回内砂体的发育特征。

a.下部中期上升半旋回特征(对应于Ⅱ4～Ⅱ6小层)：为一套细砂岩、粉砂岩夹薄层泥沉积。旋回底部为河道底部的沉积,顶部为细粒沉积(泥岩和泥质粉砂岩等),总厚约30 m。在该中期旋回中,短期旋回自下向上呈进积-加积-退积式叠置。砂体由下部的切割叠置向上表现为孤立分布,砂体厚度变小,泥质夹层从无到有,厚度增加。

b.中部中期下降半旋回特征(对应于Ⅰ3小层)：为一套细砂岩、粉砂岩与泥质粉砂岩互层的沉积。旋回底部为较细粒的沉积,主要为泥质粉砂岩,顶部为细砂岩沉积,总厚约10～12 m。该旋回分为2个向上变浅的短期旋回,短期旋回呈进积式叠加,砂体由下部的孤立向上变化切割叠置。泥质夹隔层由多变少,厚度由大变小。

图2 英102井姚二三段基准面旋回划分综合图Fig.2 The subdivision of the base-level cycles of Member 2-3 of Yaojia Formation in Well Y102

c.上部中期上升半旋回特征(对应于Ⅰ2和Ⅰ1小层)：为一套粉砂岩与泥质沉积互层的沉积,由下向上粉砂岩减少,泥质沉积增多,顶部有一套广泛分布的泥岩,为一个基准面上升的半旋回,总厚约8～10 m。与下部的中期旋回相比,岩性变细,厚度变小。

上述各级基准面旋回的岩性在纵向上具有规律性的变化。其中,姚二三段长期旋回整体上具有自下而上岩性从底部的厚层细砂岩、细砂岩夹泥岩变为顶部的粉砂岩与泥岩的互层,总体上是一个水体变深的过程;在中期上升半旋回内部,岩性亦具有向上变细的特征,旋回间具有较稳定分布的泥岩-粉砂质泥岩[18]。

在基准面上升的不同阶段,由于A/S值的不同,水下分流河道砂体和河口坝砂体的发育程度也有差别。通过以短期旋回(单砂体)为作图单元,利用密井网测井资料和对单一期次河道的刻画,编制多幅砂体分布图及若干联井砂体剖面图(如图3,图4)。分析研究不同 A/S值条件下的水下分流河道砂体与河口坝砂体分布特征。

从图3和图4可以看出,不同单层的纵向上砂体特征不同,随着基准面的上升,砂体变薄,连通性变差。从图上还可以看出,随着中期基准面的上升,A/S值变大,平面上单砂体的形态发生变化,Ⅱ5-1单砂体连片分布,Ⅱ4-2单砂体呈宽条带状分布,Ⅱ4-1单砂体呈短细的条带分布;砂体规模变小;水下分流河道砂体和河口坝砂体随着基准面的变化在平面上迁移。

图3 高频旋回内砂体对比联井剖面Fig.3 The interwell distribution profile of sand bodies within base-level cycles

图4 中期基准面上升半旋回不同A/S条件下单砂体平面分布图Fig.4 The planar distribution of sandbodies for different A/S ratios in the middle-term base-level's ascending cycle

中期基准面上升的早期,砂体叠置严重,单砂体多以连片分布(图4-C),主要是河道砂的分布。由于此时A/S值较小,所以河道侧向迁移快,冲刷严重,导致细粒的物质被流水带走,只保留了比较粗粒的物质。该类型的砂体主要分布在Ⅱ6～Ⅱ5单砂体中。

中期基准面上升的中期,随着 A/S值变大,可容纳空间的增长量和沉积物的供给量基本相当时,砂体以宽条带状分布(图4-B),且叠置严重;但河道的下切不明显,出现河口坝砂体的分布。同中期上升旋回的早期相比(Ⅱ6～Ⅱ5),砂体垂向上连通性变差,河口坝与河道砂体垂向上叠置,砂体中会出现钙质夹层,导致砂体垂向上连通性也变差。

中期基准面上升的晚期,随着A/S值进一步增大,可容纳空间的增长量大于沉积物的供给量,砂体以孤立状态分布(图4-A),主要以河道与河口坝砂体孤立分布;垂向上泥质夹隔层稳定分布,砂体连通性差。

同样,伴随着中期基准面下降,单砂体表现出规律性分布。中期基准面下降的早期,A/S值减小,Ⅰ3-2主要是河口坝单砂体的分布,平面上单砂体也以窄条带状分布,砂体连通性差;中期基准面下降的晚期,A/S值进一步减小,Ⅰ2-2主要是河口坝与水下分流河道单砂体的分布,平面上单砂体也以宽条带状分布,砂体连通性好。

综合以上分析,在不同级次基准面上升的不同阶段,砂体分布具有很大的差异,中期基准面旋回及A/S值变化控制着砂体的分布模式。随着中期基准面上升,A/S值变大,垂向上砂体的叠加程度变小。厚度变小,泥质沉积增多且变厚,单砂体的连通性变差;平面上,单砂体宽度变小;随着中期基准面下降,A/S值变小,垂向上砂体的叠加程度变大,单砂体的连通性变好;平面上,砂体宽度变大。

3 结论

a.研究区姚二三段发育一个长期基准面上升半旋回,其中包括1个半中期旋回,10个短期旋回及若干超短期旋回,反映了可容纳空间与沉积物补给速率比值(A/S值)在纵向上的多级变化,总体表现为在A/S值总体向上变大的背景上,有多个次级A/S值向上变大的旋回。

b.在中期沉积基准面上升的不同阶段,砂体分布具一定的规律性：中期基准面上升阶段,随着A/S值的增加,平面上单砂体从下部的连片状过渡到宽带状,再变为窄带状。纵向上砂体宽度和厚度变小,由相互叠置变为孤立分布。中期基准面下降阶段,随着A/S比值的减小,单砂体由窄条带状变成宽条带状。同时,中期基准面的旋回变化控制水下分流河道与河口坝砂体的迁移,随着中期基准面的上升,河口坝、河道向盆地边缘迁移;随着中期基准面的下降,河道、河口坝向盆地内迁移。

c.宏观上储层的分布受到中期基准面旋回的控制,中期基准面上升的早期和中期基准面下降的晚期最有利于储层发育,而中期基准面上升的晚期和中期基准面下降的早期不利于于储层发育。而这些都受控于中期基准面旋回中A/S比值的变化。

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