高浅南区NmⅡ和NmⅢ油组高分辨率层序构型及其对储层构型的控制

李志鹏，林承焰，张家锋，李润泽，卜丽侠

(1.中国石油大学地球科学与技术学院，山东青岛 266555;2.新疆油田公司开发公司，新疆克拉玛依 834000; 3.中石化胜利油田东辛采油厂，山东东营 257061)

高浅南区NmⅡ和NmⅢ油组高分辨率层序构型及其对储层构型的控制

李志鹏1，林承焰1，张家锋2，李润泽1，卜丽侠3

(1.中国石油大学地球科学与技术学院，山东青岛 266555;2.新疆油田公司开发公司，新疆克拉玛依 834000; 3.中石化胜利油田东辛采油厂，山东东营 257061)

利用高分辨率层序地层学和储层构型分析法，对基准面变化与曲流河砂体内部建筑结构特征，特别是基准面变化与夹层的发育程度、夹层产状等之间的关系进行深入研究。结果表明:NmⅢ和NmⅡ油组发育3个完整的中期基准面旋回、2个不完整的中期基准面旋回、12个短期基准面旋回和19个超短期基准面旋回;基准面旋回类型可以划分出向上变深和向上变浅两种非对称型，以及以上升半旋回为主的不完全对称型和上升与下降半旋回近于相等的近完全对称型;基准面低时，河道砂体宽而缓、且侧向切割严重，边滩较发育，侧积层倾角小、钻遇频率低;基准面高时，河道窄而深，河道砂体镶嵌在泥岩中呈孤立条带状产出，边滩发育程度低而堤岸亚相较发育，侧积层倾角大、钻遇频率高。

地层学;层序构型;储层构型;河流相;夹层

构型这一概念主要是从层次结构的角度对地质体进行研究，储集体的层次结构即为储层构型［1］。目前中国已经取得了一系列研究成果［2-6］，并在覆盖区得到了一定程度的推广，可以识别到三级构型单元。同时地层学家从层序地层的层次结构出发提出了层序构型的概念，层序构型是比储层构型更高一级别的构型体系，其最低级别是超短期层序构型［7-10］，相当于储层构型研究中的6级构型单元。层序地层学是研究海(湖)平面或基准面变化所引起的不同地层叠置样式的一门学科，其对储集体的发育规模和特征具有很强的预测作用。笔者对层序构型与储层构型之间的关系进行研究，目的是在层序构型研究的基础上可以对储层构型的发育特征，特别是三级构型单元的发育特征作出一定程度的预测，为不具备密井网等条件的覆盖区的储层构型研究提供一定的指导。

1 区域概况

高浅南区位于南堡凹陷高尚堡油田高柳断层下降盘，NmⅡ和NmⅢ油组是主要含油层系，属曲流河沉积［11］，点坝砂体非常发育，储层物性条件好，属高孔高渗储层。中国学者对南堡凹陷的演化历史做过一些研究［12-14］，发现南堡凹陷是一个中生代开始发育的含油气凹陷，经历了断陷期和坳陷期两个演化阶段:断陷期主要是沙河街期和东营期，水深不断增加，可容空间不断增大，形成退积沉积序列;坳陷期主要是馆陶期和明化镇期，总体水深不断变浅，形成进积序列。

2 高分辨率层序构型特征

2.1 基准面旋回界面特征

基准面旋回界面分为基准面下降至上升转换面和基准面上升至下降转换面。识别它们的主要依据是地层记录中地层、沉积特征等的时空变化和界面特征［15］。高浅南区明化镇组基准面旋回界面主要为冲刷面、洪泛面和岩相转换面3种。洪泛面主要对应杂色、灰色以及紫红色厚度较大的泥岩段。冲刷面一般不平整，其上沉积有大量的泥砾，形成一定厚度的泥砾层，在岩心上较容易识别，在测井曲线上主要表现为上部砂岩与下部泥岩的突变接触，冲刷面上沉积的砂岩厚度越大，说明沉积时的水动力条件越强，冲刷规模越大。岩相转换面主要出现在基准面较高、可容空间较大时期，在岩心上较平整，在测井曲线上与下伏泥岩呈渐变接触。

高浅南区NmⅢ油组沉积时期基准面较高，可容空间较大，基准面旋回界面以小型冲刷面、岩相转换面以及洪泛面为主(图1)。NmⅢ6沉积中期基准面达到NmⅢ油组沉积时的最低，形成了冲刷面(图1)。NmⅡ6和NmⅡ5沉积时期基准面达到NmⅡ和NmⅢ油组沉积时的最高，以泥岩沉积为主，夹有少量的泥质粉砂岩，基准面旋回界面以大规模洪泛面和岩相转换面为主(图1)。NmⅡ3—NmⅡ1沉积时期，基准面处于NmⅡ和NmⅢ油组沉积时的最低，可容空间最小，河流的下切作用强，所以基准面旋回界面以大规模冲刷面为主(图1)。

2.2 各级次基准面旋回类型及特征

2.2.1 超短期基准面

高浅南区NmⅡ和NmⅢ油组共有19个超短期旋回，可以划分为非对称型和对称型两种。其中非对称型可进一步细分出向上变深的非对称型和向上变浅的非对称型，而对称型又可进一步细分出以上升半旋回为主的不完全对称型和上升与下降半旋回近于相等的对称型，研究区以向上变深的非对称型和上升与下降半旋回近于相等的对称型较为多见。

高浅南区的超短期旋回主要受气候周期性变化的影响，当湿润气候转变为干旱气候时，潜水面和河流平衡剖面受蒸发量的影响相应下降，基准面降低、可容空间减小，形成基准面下降沉积韵律。当干旱气候转变为湿润气候时，正好相反，受降水量的影响，基准面上升、可容空间增加，相应形成基准面上升的沉积韵律。但要注意，不是所有的沉积韵律都能反应超短期基准面的上升或下降，自旋回的存在增加了超短期旋回的对比难度［15］。高浅南区超短期基准面旋回和自旋回的主要区别在泥岩上，有3点区别:①基准面旋回泥岩厚度大，基本都在2 m以上，而自旋回的泥岩厚度薄，一般不超过1 m(表1);②基准面旋回泥岩中可以见到大量的立生植物根、生物钻孔等的暴露标志，而自旋回泥岩中有时会见到一些碳屑，但少见生物钻孔等暴露标志(表1);③基准面旋回泥岩为泛滥盆地或堤岸泥岩，横向稳定性强、分布范围广，而自旋回泥岩在高浅南区主要是夹持在侧积体之间的侧积层，横向稳定性差(表1)。

2.2.2 短期基准面

与超短期基准面旋回相似，研究区12个短期旋回也可以划分出向上变深和向上变浅的两种非对称型的短期基准面旋回，以及上升与下降半旋回近于相等的对称型和以上升半旋回为主的不完全对称型两种对称型的短期基准面旋回(图1)。向上变浅的非对称型短期基准面旋回在高浅南区明化镇组非常少见，只发育在NmⅢ12油层。向上变深的非对称型短期基准面旋回主要发育在NmⅡ油组上部，该沉积时期基准面低、沉积物可容空间与沉积物补给通量比值(A/S)小，河道下切作用强，造成层序中只保留了基准面上升半旋回的沉积记录，而下降半旋回由于强烈的侵蚀作用，表现为侵蚀冲刷面。对称型短期基准面旋回主要发育在NmⅢ油组和NmⅡ油组的下部，该沉积时期基准面较高、A/S高，河道下切作用弱，所以基准面下降半旋回可以得到一定程度的保存(图1)。

图1 高浅南区NmⅡ和NmⅢ油组沉积微相及层序地层综合柱状图(G29-9井)Fig.1 Synthetical column of sedimentary mirofacies and high-resolution sequence stratigraphy of NmⅡ＆NmⅢreservoirs in Gaoqiannan area(well G29-9)

2.2.3 中期基准面

依据短期基准面旋回的叠加样式、相序以及界面特征的差异，将高浅南区NmⅡ和NmⅢ油组划分为3个完整中期旋回和2个不完整中期旋回。3个完整中期旋回中，2个表现为上升与下降半旋回近于相等的对称型，另一个是以上升半旋回为主的不完全对称型(图1)。从中期旋回看，几个基准面较低时期主要发生在NmⅡ油组上部、NmⅢ2、NmⅢ6、NmⅢ9油组沉积时期。其中基准面最低出现在NmⅡ3沉积时期且持续时间长，直到NmⅡ1沉积结束。这可以从NmⅡ3—NmⅡ1块状砂岩厚度大、砂地比高等方面反映出来。在NmⅡ1沉积结束后，存在一个基准面迅速上升的过程，形成了NmⅠ油组下部的厚层泥岩(图1)。

3 层序构型对储层构型的控制

高分辨率层序地层学的核心是在基准面旋回变化过程中，由于沉积物可容空间与沉积物补给通量比值(A/S)的变化，相同沉积体系域中沉积物体积发生再分配作用，导致沉积物堆砌样式、相类型及相序、岩石结构、保存程度等发生变化。其中各级沉积物的堆砌样式(包含沉积物自身形态及其叠置关系的三维展布形态)以及岩石结构特征正是储层构型研究的主要内容。由此看来，基准面旋回对储层构型应该存在较大的控制作用。

表1 基准面旋回泥岩与自旋回泥岩对比Table 1 Comparison between spin echo mudstones and base-level cycle mudstones

3.1 对单一河道的控制

高浅南区明化镇组NmⅢ5油层发育5个单砂体(图2(a))，单砂体5、4、3的砂岩厚度分别为3.5、3.6和3.8 m，平均约为3.6 m，砂地比小，约为0.44。单砂体2和1的厚度明显较前期3个单砂体厚，厚度分别为10和5.4 m，平均约为7.7 m，同时砂地比也明显较前期沉积大，约为0.92。从单砂体厚度和砂地比反映出NmⅢ5油层在基准面变化上存在三段式:沉积早期(自NmⅢ5开始沉积时到单砂体2开始沉积前)，砂地比低、单砂体厚度小，反映了该时期基准面高、A/S高、可容空间大的特点，同时单砂体厚度自下而上稍有增加，说明了沉积过程中基准面可能存在些许降低(图2(a));沉积中期(自单砂体2开始沉积到单砂体1沉积结束)，砂地比高、单砂体厚度大，反映了该时期基准面低、A/S低、可容空间小的特点，单砂体厚度自下而上明显降低，代表了该沉积时期基准面不断上升的过程;沉积末期(自单砂体1沉积结束到NmⅢ5沉积结束)，基准面高、A/S高、可容空间大，以厚层泥岩沉积为主。总体上NmⅢ5沉积时期基准面经历了缓慢下降→快速下降→较快上升→再下降的过程(图2(a))。

受基准面旋回变化的影响，NmⅢ5油层的单河道形态也存在明显的阶段性。沉积早期基准面较高、A/S较大、可容空间较大，河道的下切和侧切作用弱［16］，加之气候较为湿润，植被发育，堤岸稳固，所以该时期河道的稳定性较强，河道的侵凹沉凸作用不明显，曲流河具有向网状河过渡的特征:①河道较稳定、宽度窄;②堤岸亚相较发育，边滩发育程度低、规模小;③河道弯度指数低，平均为1.55;④河道砂体在平面上呈孤立的条带状(图2(b)、(c)、(d))。单砂体2沉积时期基准面达到NmⅢ5沉积时的最低、可容空间最小，河道的下切和侧侵作用相对最强［16］，同时由于气候较为干燥，植被发育程度低，堤岸稳固性差，较容易被侵蚀，河道侵凹沉凸作用强，所以河道宽度大，具有典型曲流河特征:①边滩非常发育且规模大，堤岸亚相发育程度差;②河道的弯度指数较大，平均为1.91;③平面上河道砂体之间存在一定的侧向切割关系(图2(e))。单砂体1沉积时基准面较单砂体2沉积时有所上升，但是较NmⅢ5油层沉积早期要低(图2(a))，相应的A/ S和可容空间也介于上两者之间，在这种基准面的控制之下，形成的河道宽度、边滩的发育程度和规模、堤岸亚相的发育程度等都介于上两者之间，但弯度指数最大，平均为1.98(图2(f))。

综上研究发现，单一曲流河道形态受基准面变化的较大控制，当基准面越高、A/S越高、可容空间越大时，河道稳定且宽度窄，堤岸亚相发育而边滩发育差，平面上河道砂体呈孤立条带状。当基准面越低、A/S越低、可容空间越小时，河道侧向迁移频繁且宽度大，边滩发育且规模大，平面上河道砂体之间存在侧向交切。河道的弯度指数与基准面的关系较为复杂，并不是基准面升高河道的弯度指数就会增加。在同一基准面时期，一般越靠近物源区A/S越小、可容空间越小，越往冲积平原的下游A/S越大、可容空间越大，而靠近物源区发育的是低弯度指数的辫状河，冲积平原的下游发育的也是低弯度指数的网状河，所以A/S和可容空间增大或降低都可能导致弯度指数降低。

图2 NmⅢ5油层基准面旋回特征及单砂体河道演化Fig.2 Characteristics of base-level cycle and channel evolution in NmⅢ5 reservoirs

3.2 对单一河道砂体内部构型的控制

3.2.1 侧积层与侧积体的识别

曲流河边滩内部包括侧积体、侧积层和侧积面3个构型要素，其中侧积体是河流周期性洪水泛滥沉积的砂体，侧积层是在洪水憩息期，泥质悬浮物沉积在侧积体表面形成的细粒沉积。识别侧积层与侧积体的关键是识别侧积层。识别出侧积层后即可识别出由侧积层分割的侧积体。侧积层在岩心中是厚层砂岩中夹持的厚度不大的泥质物质，测井响应特征为箱状和钟型砂岩中自然伽马曲线和电阻率曲线明显回返，且回返幅度越大，侧积层厚度越大、泥质含量越高(图3(a))。同时有时由于后期侧积体沉积时水动力较强，造成前期侧积层被完全冲刷掉，此时在上下砂岩之间只留下一条冲刷面，该冲刷面的延长线与砂岩顶底界面明显相交，该界面为侧积面，指示侧积层的倾角(图3(b))。图中侧积层倾角约15°。

图3 侧积层和侧积体识别Fig.3 Identification of lateral layer and lateral body

3.2.2 基准面对侧积层产状和侧积体规模的控制

利用Leeder［17］建立的河流满岸宽度w(m)、满岸深度h(m)和侧积层夹角β(rad)三者之间的关系

对NmⅢ5和NmⅡ3油层的各单砂体点坝侧积层倾角进行计算(表2)。NmⅢ5油层4个单砂体的侧积层倾角为8°～14°，平均约为11°。单砂体4和单砂体3沉积时期的基准面在NmⅢ5沉积时期相对较高、A/S较大(图2(a))，沉积的侧积体规模小，侧积层倾角大、钻遇频率高(表2);单砂体2和单砂体1沉积时基准面在NmⅢ5沉积时期相对较低、A/S较小，形成的侧积层倾角小、钻遇频率低，但侧积体规模大。从NmⅡ3油层与NmⅢ5油层之间的比较，也存在相同的规律:NmⅡ3沉积时基准面处于整个目的层段的最低，比NmⅢ5明显低(图1)，其发育的4个单砂体的侧积层倾角、钻遇频率，除了单砂体4的侧积层倾角以外都较NmⅢ5油层的小，但侧积体的规模却都较 NmⅢ5油层的大得多。综上所述，基准面越低，侧积层的倾角越小、钻遇频率越低，但侧积体的规模越大;基准面越高，侧积层的倾角越大、钻遇频率越高，但侧积体的规模越小。

表2 NmⅢ5和NmⅡ3油层侧积层及侧积体的发育特征Table 2 Development characteristics of lateral accretion layer and body in NmⅢ5＆NmⅡ3 reservoirs

基准面低、A/S小时，沉积物供给通量大而可容空间小，河水因携带大量沉积物，密度较大，侵蚀作用强，为了获得潜在的可供沉积物沉积的可容空间，曲流河道不断地侵凹沉凸，发生快速的侧向迁移，从而形成较宽的河道形态(图2(e))。这时河道的凸岸地形坡度小，洪水期过后在凸岸沉积的泥质侧积层相应的倾角也就小。由于基准面低河水冲刷作用强，前期沉积的侧积层大部分被后期洪水侵蚀殆尽，造成了沉积记录中侧积层的钻遇频率低(图4 (a))。同时，在充足沉积物供给的作用下，每期洪水都会沉积大量的砂质沉积物形成厚度较大、宽度也较大侧积体。基准面高，A/S大时，沉积物供给通量很难填满现有的可容空间，沉积物的供给明显不足，河水密度相对较低，所以河道的下切和侧向迁移能力都弱，河道相对较为稳定，形成了较窄的河道形态(图2(b)、(c)、(d))。窄河道的凸岸地形陡，所以在凸岸沉积的侧积层倾角就大。由于基准面高，河水的冲刷作用弱，侧积层的保存程度好，造成其钻遇频率高(图4(b))。同时，由于沉积物供给相对不足，造成侧积体的厚度和宽度都有限。

图4 基准面对点坝砂体内部结构的控制作用Fig.4 Control effects of base-level to the inter architecture of point bar sand

4 结论

(1)高浅南区NmⅢ和NmⅡ油组发育3个完整的中期基准面旋回和2个不完整的中期基准面旋回，12个短期基准面旋回以及19个超短期基准面旋回，其中基准面最高在NmⅡ6沉积末期，最低在NmⅡ3沉积初期。

(2)基准面旋回类型可以划分出非对称型和对称型，其中非对称型可进一步细分出向上变深的非对称型和向上变浅的非对称型两种，而对称型又可进一步细分出以上升半旋回为主的不完全对称型和上升与下降半旋回近于相等的对称型两种。

(3)单一河道形态受基准面控制。基准面高、可容空间大时河道稳定、宽度窄，堤岸亚相发育，平面上河道砂体呈孤立条带状。基准面低、可容空间小时河道侧向迁移频繁，河道宽度大，边滩发育且规模大，河道砂体之间存在侧向切割。但是，河道的弯度指数与基准面的关系较为复杂。

(4)点坝内侧积体规模、侧积层的倾角和钻遇频率受基准面控制。基准面较低时侧积层倾角小，钻遇频率低，侧积体规模大;基准面较高时侧积层倾角大，钻遇频率高，侧积体规模小。

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High-resolution sequence architecture and its control over reservoir architecture in NmⅡ＆NmⅢoil groups，Gaoqiannan area

LI Zhi-peng1，LINCheng-yan1，ZHANG Jia-feng2，LI Run-ze1，BU Li-xia3

(1.School of Geosciences in China University of Petroleum，Qingdao266555，China; 2.Development Company of Xinjiang Oilfield，Karamay834000，China; 3.Dongxin Oil Production Plant of Shengli Oilfield，SINOPEC，Dongying257061，China)

The base-level change and the inter-architectures of meandering river sands，especially the relationship among the base-level change and the development degrees of intercalations and the intercalations occurrence were researched by using the high-resolution sequence stratigraphy and the reservoir architecture element analysis.The conclusions are as follows:The NmⅡ＆NmⅢ oil groups develop three complete mid-term base-level cycles，two incomplete mid-term base-level cycles，twelve short-term base-level cycles and nineteen ultra-short term base-level cycles.The types of the base-level cycles can be divided into upward-deepening and upward-shallowing asymmetry，incomplete symmetry dominated by uprising，and nearly complete symmetry.When the base-level is low，the channels are wide and cut each other seriously，the point bars are developed，and the inclinations and the drilling frequencies of later-accretion layers are small.When the base-level is high，the single channel is narrow and deep，so the channel sands bindingly insert into the mudstones，the development degrees of point bars are poor，but the embankments are developed，and the inclinations and the drilling frequencies of later-accretion layer are high.

stratigraphy;sequence architecture;reservoir architecture;fluvial facies;intercalation

P 539.2;TE 122.2

A

10.3969/j.issn.1673-5005.2012.01.004

1673-5005(2012)01-0020-07

2011－07－19

国家科技重大专项课题(2009ZX05009－003)

李志鹏(1983－)，男(汉族)，山东临沂人，博士研究生，主要从事油气成藏规律及油气田开发研究工作。

(编辑 徐会永)