黄骅坳陷北大港构造带古近系沙河街_省略_地层格架及其对储层非均质性的控制_范乐元 (1).pdf

地 层 学 杂 志 2005 年 10月JOURNAL OF ST RATIGRAPHY第 29 卷 第 4 期 研究简讯 黄骅坳陷北大港构造带古近系沙河街组 高分辨率层序地层格架及其对储层非均质性的控制 范乐元1 朱筱敏2 宋 3 朱之春3 谢 楠2 1 中国测井技术服务有限责任公司解释研究中心 北京 100724 2 中国石油大学资源与信息学院 北京 102249 3 大港油田第一作业区 天津 300280 摘 要 陆相湖盆层序的发育是在湖盆蓄水量周期性变化的条件下实现的 层序发育过程实际上是基准面旋回变 化过程中湖泊冲刷沉积作用彼此消长的过程 北大港构造带古近系沙河街组可划分为 2 个长期基准面旋回 8 个中 期基准面旋回和 43个短期基准面旋回 在等时地层格架内 基于基准面变化过程中的沉积响应及其伴生的可容空 间变化的分析 探讨了基准面旋回变化与储层展布及储层非均质性之间的相关关系 基准面旋回的升降变化对储 层的非均质性 空间展布以及有利储层的分布等均具有明显的控制作用 短期基准面旋回控制储层砂体内部的非 均质模式 中长期基准面旋回控制了储层砂体的层间非均质性特征 在中长期基准面低位处 尤其是在基准面旋回 的转换点处 储层发育良好 砂体厚度 展布面积均较大 物性相对较好 而在中长起基准面较高位处 则出现相反 的储层特征 关 键 词 高分辨率层序地层格架 基准面旋回 储层非均质性 有利储层 沙河街组 古近系 天津 中图法分类号 P534 文献标识码 A 文章编号 0253 4959 2005 04 0355 08 大港油田 黄骅坳陷北大港构造带沙河街组层序地层及沉积体系 项目成果 文稿接受日期 2005 06 20 修改稿收到日期 2005 08 04 第一作者简介 1978年 3 月生 男 天津武清人 硕士 工程师 主要从事层序地层学及测井地质学方面的资料处理研究工作 北大港构造带是黄骅坳陷 乃至渤海湾盆地的 重要勘探开发区之一 古近系沙河街组是该区最为 重要的含油层系之一 大港油田科技丛书编委会 1999 随着勘探开发的不断深入发展 为了明确砂 体成因类型和分布规律 弄清不同成因砂体与油气 富集的关系 有必要进行高精度层序地层和沉积储 层研究 从而到达指导下一步油气勘探和开发的目 的 本文基于基准面变化中过程 沉积响应原理 以 北大港构造带为例 在对研究区内 14 口关键井进行 了岩心观察和描述 41 口典型井层序地层及测井相 分析以及 8张骨干地震剖面层序地层解释等详尽的 工作基础上 紧密结合测试和生产动态资料 通过高 分辨率层序地层的划分与对比建立起本区沙河街组 的储层精细地层格架 在等时格架内探讨了基准面 旋回对储层非均质性及储层空间展布的控制作用 一 层序序列和高分辨层序地层格架 北大港构造带是以印支期古隆起为背景 由新 生代早期的基岩掀斜断块作用和后期的拱升及沿断 层的重力滑塌作用形成的地垒型背斜隆起带 区域 构造位置隶属黄骅第三纪断陷盆地中部 该构造带 西北为板桥生油凹陷 东南与歧口生油凹陷相邻 呈 北东向展布 是黄骅坳陷中央隆起带的重要组成部 分 面积 610 km 2 走向北北东 平面上呈 S 形展 布 构造带两翼分别被北大港和张大坨主断层切割 具垒式构造特征 南陡北缓 地垒带西南的港西凸起 组成构造带主体 构造带自西南向东北撒开 逐渐倾 伏于渤海海域之中 大港油田地质志编辑委员会 1987 北大港构造带主体为 7 个开发区 研究区内 沙河街组揭示的地层剖面不完整 缺失沙四段和沙 五段 并与上覆东营组和与下伏孔店组呈不整合接 触 分别与 T3 和 T 6反射层对应 表 1 沙三段 由一个大的不完整正旋回地层组成 以 砂 泥岩为主 砂岩以含泥含砾不等粒及细粒岩屑质 长石砂岩为主 剖面上仅出露 3 个亚段 上部泥岩以 深灰色为主 下部渐变为褐灰 紫灰色 沙二段 是沙三段末隆升侵蚀之后再次水进的 早期沉积 依据剖面组合和油气分布特征自下而上 划为滨 滨 滨 三个油组 泥岩在凹陷区为灰 色 深灰色 低隆起区为灰绿色 灰色 局部见紫红 色 砂岩以岩屑长石砂岩为主 图 1 北大港构造带位置及油田分布图 Fig 1 Location and distribution of the Beidagang tectonic belt 沙一段 分为上 中 下三部分 沙一段下部 砂岩以岩屑质长石砂岩和石英质 岩屑砂岩为主 泥岩多为深灰 绿灰色 自下而上又 分为滨 板 4 板 3 板 2四个油组 沙一段中部 与沙一段下部为连续沉积 为一 套单调的深灰色泥页岩层 自下而上划分为板 1 板 0 两个油组 沙一段上部 为一套灰色 绿灰色泥岩与浅灰 灰白色砂岩互层段 砂岩以岩屑质长石砂岩 长石砂 岩为主 笔者以高分辨率层序地层学理论 Cross 1994 邓宏文 1995 邓宏文等 1997 2000 为基础 以基准 面变化中的过程 沉积响应原理 邓宏文等 2002 为依据 结合岩心 地震相和测井相 进行北大港构 造带高分辨率层序地层划分 众所周知 基准面旋回的划分是以反映沉积环 境变化的相序分析为基础的 目前在实际的工作中 判识沉积环境变化的相分析方法最高精度只能做到 微相组合 因此可以认为微相组合是基准面旋回划 分的最小单元 这种微相组合与在进行基准面旋回 划分时确定的短期旋回相一致 也与层序地层学中 的准层序组 朱筱敏 2000 相当 表 1 笔者划分的长 中 短三个级次的基准面旋回分 别相当于高分辨率层序地层分级中的三 四 五级层 序 王嗣敏 刘招君 2004 短期基准面旋回 相当于单一沉积事件的沉 积 由沉积事件中所形成的单一岩性或相关岩性 微 相组合 组成的地层沉积 一般反映单一水体的变浅 和加深的过程 垂向上由一种地貌要素组成 中期基准面旋回 为一组沉积事件的产物 反 映一期较明显的水体变化过程 垂向上由含有一种 或两种地貌要素构成的湖进 湖退地层叠加样式所 组成 长期基准面旋回 为一系列较小幅度的水体变 化组成的一个整体上呈现出的一种区域性的进积 退积地层叠加样式 一个完整的长期基准面旋回与 Van Wagoner 等 1990 旋回级次划分中的三级层 序相当 因此长期旋回的顶 底界面与地震反射层的 不整合界面相一致 表 1 旋回及高分辨率层序级别划分与对比 据王嗣敏等修改 2004 Table 1 Distinction and correlation of the high resolution sequence after Wang Si min et al 2004 高分辨率 层序分级 时限 myr 层序级别 Van Wagoner 1990 基准面旋回 分级 Cross 1994 一级层序200巨层序 二级层序10 50超层序 三级层序0 5 50层序长期旋回 四级层序0 1 0 5准层序组中期旋回 五级层序数百年 0 05准层序短期旋回 笔者利用地震层序研究识别出长期基准面旋回 界面 即相当于三级层序边界的不整合界面 在长期 基准面旋回框架内利用岩相分析中的微相组合确定 短期基准面旋回 然后根据短期基准面旋回的叠加 样式和测井技术相结合在长期基准面旋回内划分出 中期旋回 最后以划分的高分辨率层序为基础 依据 基准面沉积旋回的特征进行全区目的层位的等时地 层对比 最终的对比结果将沙河街组划分为 2 个长 期基准面旋回 8 个中期基准面旋回和 43 个短期基 准面旋回 中期旋回自下而上分别命名为中期基准面旋回 A B C D E F G 和 H 层序 其中中期基准面旋回 A 分为 3 个短期基准面旋回 B 分为 3 个短期基准 面旋回 C 分为 5 个短期基准面旋回 D 分为 2 个短 期基准面旋回 E 分为 4 个短期基准面旋回 F 分为 7 个短期基准面旋回 G 分为 16 个短期基准面旋 回 H 分为 3 个短期基准面旋回 当然不同的区域的 某些层位可能会出现尖灭或缺失一 两个短期旋回 层序的情况 由于本研究采用 湖泛面 作为层序界 面 因此与传统地层方案之间也存在着一定的相关 关系 图 2 二 基准面旋回格架内储层非均质性特征 对北大港构造带进行层序地层学研究 建立全区 的高分辨率层序地层格架的目的就是在层序地层框 356 地 层 学 杂 志28卷 架内分析储层分布特征 进而寻找包括物性在内的 储层非均质性特征与基准面旋回之间的相关关系 图 2 北大港构造带高分辨率层序地层划分方案 Fig 2 High resolution sequence stratigraphic division and correlation of the Beidagang tectonic belt 图 3 港深 9井沙一段上部典型沟道砂体储层的非均质性样式 基准面下降期 Fig 3 Heterogeneous patterns of typical channel reservoirs of gs9borehole base cycle fall half cycle 1 层序框架内储层非均质性的特征 不同的沉积环境 沉积方式不同 水动力特征也 各有差异 形成不同的垂向韵律特征 其非均质性也 不相同 本区沙河街组主要发育重力流沟道微相 沟 道间微相和滑塌浊积砂体等微相 它们的非均质性 各有特点 1 1 重力流沟道微相 沟道微相的粒度相对较粗 具有明显的韵律特征 底部略显冲刷面 冲刷面上偶 尔可见泥砾 向上为小型板状交错层理或槽状交错 层理粉细砂岩 中部为平行层理或低角度层理粉砂 岩 顶部渐变为砂纹层理泥质粉砂岩 或粉砂岩与泥 岩 泥质粉砂岩互层 由于沟道一般为多期冲刷充填 而成 每一期内部自下而上粒度变细 泥质含量增 大 因而物性相对较差 同时由于多期沉积作用 其 内部具有较多的不连续泥质夹层 部分沟道底部显 示浊流沉积的递变特征 底部层段粒度很粗 粗砂甚 至细砾 杂基含量很高 物性变差 底部的泥砾使沟 道的物性变得更差 根据测井资料解释结果统计 沟道微相孔隙度 变化较小 一般为 10 25 平均值为 16 20 而渗透率变化较大 最小值仅为 1 0 10 3L m2 最 大值可达到 3 758 10 3Lm2 主要集中在 1 0 30 10 3Lm2 之间 研究层段内相同深度的孔 渗 参数变化趋势 还可以反映不同期次沟道的叠加样 式 港深 9 井纵向上孔 渗参数明显的三次向上增大 的趋势反映了后一期沟道分别较前一期沟道携带有 更多的粗粒沉积物 向湖推进更远 同时由于基准面 下降期水流的反复 淘洗 作用 致使其沟道微相的 物性在该层段呈现向上变好的特征 图 3 由此可 见 在不同期次的基准面变化过程中形成的沟道沉积 特征 与基准面旋回之间存在一定的相关关系 1 2 重力流沟道间微相 重力流沟道间沉积微相 的粒度较细 以泥质粉砂 粉砂岩为主 多为粉砂与 泥质岩类的互层 发育砂纹层理 水平纹理 低角度 交错层理 由于粉砂与泥的互层 使得其孔隙度和渗 透率分布表现出高低相错的纵向特征 根据测井资 料解释结果统计分析 沟道间微相的空隙度变化较 小 一般为 8 12 而渗透率变化较大 最小值 仅为 0 05 10 3Lm2 最大值可达到 1 000 10 3 357 4 期范乐元等 黄骅坳陷北大港构造带古近系沙河街组高分辨率层序地层格架及其对储层非均质性的控制 Lm 2 主要集中在 0 5 20 10 3L m2 之间 重力流 沟道间沉积微相的孔 渗参数 随着深度的变化也具 有较为明显的递变规律 图 4 由此可见 在不同期 次的基准面变化过程中形成的沟道间沉积特征 与 基准面旋回之间也存在着一定的相关关系 1 3 重力流滑塌沉积 重力流滑塌沉积是原有的 沉积物在重力作用下向沉积中心方向发生滑动 垮 塌再沉积的产物 其物性与其滑动前的砂体类型 滑 动所处的阶段及与上下泥岩的混合程度相关 原始 沉积砂岩物性决定了其物性的好坏 混入的泥岩对 其物性具有很强的改造作用 滑塌沉积滑动距离短 其沉积物性分布特征应与滑塌物源处沉积物的物性 一致或相似 反之 则会受到混入泥岩的改造作用 使物性变差 陈纯芳等 2002 2 短期基准面旋回控制储层内部的非均质性模式 对 14 口取心井沙河街组内短期基准面旋回非 均质性参数统计表明 在完整的短期基准面旋回层 序中 基准面下降半旋回 尤其是在由基准面下降到 最低位置并开始上升的转换点位置时 沉积的储层 层段其孔隙度 渗透率等各项非均质性参数普遍表 现出非均质性开始变弱 物性变好的的特点 孔隙度 均值由 1 变为基准面转换点处的 20 左右 渗透 率均值由 0 5 10 3Lm2也相应增加到 25 10 3 L m2左右 而在基准面上升半旋回内 储层砂体的物 性变差 非均质性由弱变强 孔 渗参数均值相应降 低为 1 和 0 5 10 3L m2 从而完成一个基准面旋 回升降周期变化 图 5 3 中长期基准面旋回控制储层的层间非均质性特征 在对取心井沙河街组内部中长期基准面旋回非 均质性参数统计的基础上 结合测井资料数字解释 资料 岩性以及电性资料综合分析的研究结果表明 中长期基准面旋回与储层的空间展布及储层非均质 图 4 港 352井滨 油组典型沟道间砂体储层的非均质性样式 基准面下降期 Fig 4 Heterogeneous patterns of typical inter channel reservoirs of g352borehole base cycle fall half cycle 图 5 港深 15 井短期基准面旋回内储层非均质性特征 Fig 5 Characteristics of reservoir heterogeneities in short term base cycle of gs15borehole 358 地 层 学 杂 志28卷 性之间都存在着一定的相关关系 3 1 砂体厚度变化特征 砂体的厚度和有效厚度 受控于砂体形成时所处的基准面位置 垂向厚度的 分布受控于中长期基准面的升降特征 因而是储层 空间展布的直观表现形式 在基准面处于最低位置 处时 砂体具有最大的厚度和有效厚度 而在基准面 处于较高位置处 砂体的厚度和有效厚度则较小 在 基准面旋回下降期 随基准面的逐渐下降 A S 比 值减小 沉积物不断向湖心推进 造成在同一地理位 置处 后期基准面旋回内沉积的粒度较前期的粗 细 粒成分较前期的少 因此所形成的砂 泥比值增大 从而使后期基准面旋回时期沉积的砂体厚度和有效 厚度相对增加 夹 隔层出现频率降低 相反 在基准 面上升期 由于砂 泥比值的降低 则导致后期基准 面旋回内形成的砂体厚度和有效厚度减小 港 352 井中期基准面 E 旋回内基准面下降半旋回内 在短 期基准面旋回控制下形成的单砂体 1 2 3 4 它们 在垂向上随着中期基准面位置的下降 单砂体的厚 度逐渐增加 形成了厚度关系依次为 砂体 1 厚度 砂体 2 厚度 砂体 3 厚度 砂体 4 厚度 图 6 图 6 港 352 井中长期基准面旋回内部储层非均质性模式 Fig 6 Characteristic of reservoir heterogeneities in middle term base cycles of g352borehole 3 2 孔隙度与渗透率分布特征 砂体的孔隙度和 渗透率与砂体在基准面旋回内的位置密切相关 具 有较高的孔隙度和渗透率的层位与中长期基准面的 较低位置一致 而低孔低渗层位则往往位于中长期 基准面处于较高的位置处 造成这一物性分布格局 的原因在于 在中长期基准面变化过程中 伴随着基 准面的升降 A S 比 Accommodation Sediments 即可容空间与沉积物供给的比值 产生规律性的变 化 在长期基准面下降期 随着基准面的下降 A S 比逐渐减小 新产生的可容空间小于沉积物供给所 消耗的可容空间 沉积物不断向湖心推进 造成在同 一地理位置处 后期的中期旋回内沉积物的粒度较 前期的粗 细粒成分含量较前期的少 分选较前期的 好 从而使得后期的砂体较前期的砂体物性要好 在 基准面下降至最低位置处时 A S 比达到最小 沉 积物粒度最粗 分选最好 物性最好 此时储层孔隙 度一般到达 25 30 而渗透率最大值则可以达 到几百毫达西 在长期基准面上升旋回内 随着基准面上升 沉 积物供给减少 可容空间增加较沉积堆积充填得快 使得 A S 比增大 使得在沉积物沉积过程中 后期 的中期旋回沉积时的水深总比前期沉积时所处的水 深要深 A S 比较前期的为大 砂体不断退积 在同 一地理位置便产生了后期的中期旋回较前期的中期 旋回粒度细 细粒成分含量高 分选性较前期差的沉 积特征和孔渗较前期沉积差的物性分布格局 在基 准面下降至最低位置处即基准面转换点位置时 沉 积物的粒度最细 细粒含量最高 分选最差 物性最 差 此时储层的孔隙度降低到 1 左右 渗透率则也 359 4 期范乐元等 黄骅坳陷北大港构造带古近系沙河街组高分辨率层序地层格架及其对储层非均质性的控制 相应达到 0 03 0 1毫达西 三 应用与分析 1 层序框架内储层物性和含油性分析 储集层物性的好坏直接决定着砂体储集空间内 贮存流体能力的强弱 因此 根据勘探开发过程中对 钻 测 井的试油和电测解释的含油性资料可以判断 相应层位的储层非均质性的好坏 从而分析和验证 了储层非均质性与基准面旋回升降变化之间的相关 关系 港中 7 59 井的孔 渗参数及含油性资料基本覆 盖了研究层段的各个层位 其研究层位中长期旋回 层序 非均质性以及含油性等资料的综合分析的结 果表明 在短期基准面旋回控制单砂体级次的储层 非均质性强弱的基础上 中长期基准面旋回对砂层 和砂层组级次的储层非均质性的强弱也有比较明显 的影响 图 7 在对称的中期旋回 E 层序中的基准 面下降半旋回物性逐渐变好 直到下降到中期基准 面 E 旋回与中期基准面旋回 F 层序的转换点处 物 性呈现出最大值 层序 C 基准面转换处也有同样类 似的情况 此外 在G 基准面旋回基准面上升期 也 存在着良好物性的层位 原因是由于中期旋回内部 短期旋回对物性的控制作用 同时 港中 7 59 井的 含油性资料 试油资料和射孔资料等 在纵向上的变 化同样与中期长期基准面旋回存在着一定的相关关 系 在图 7 中 B C E 和 F 旋回层序基准面上升期 的转换点位置 无论是试油或是射孔资料都表现出 了良好的油气显示 全区典型关键井的全面对比研究表明 这种特 征具有普遍的规律性 由短期基准面旋回的叠加样 式构成的中长期基准面旋回 对储砂体的非均质性 强弱具有控制作用 2 层序格架内有利储层预测 在对基准面旋回层序格架内含油性资料与储层 非均质性的应用分析的基础上 结合区域构造和沉 积多幕性地质背景 对工区内的典型井港 2033 井 港 2029 井 港深 15 井 港深 5 5 井 港深 5 井共 5 口典型井做了关键井沙河街组生 储 盖层分布和有 利储层的预测研究 研究表明 沙河街组一段下部 沙河街组二段下部以及沙河街组三段上部等多处位 置都发育着不同期次的浊积砂体 而且试油和射孔 资料都出现了良好的油气显示 说明这些层位是良 好的储集层 同时 在沙一段中下段和沙三段顶部发 育的两套区域性大套暗色泥岩 不仅是有利的烃源 岩 还是区域性的盖层 对其之上和之下的储集层起 图 7 港深 7 59 井层序地层格架内储层非均质性特征 Fig 7 Characristics of reservoir heterogeneities in se quence frameworks of the Shahejie Formation of gz7 59 borehole 到了有利的封堵和遮挡作用 因此 以有利的生 储 盖层的发育位置为基础 结合它们之间的利于油气 第一 二次运移组合关系 对研究层段内纵向上有利 储层层位进行了总结和预测 研究结果表明 中期基 360 地 层 学 杂 志28卷 准面 C E F 旋回下降末期 以及 G 旋回上升期内 部短期基准面下降期形成的储层是本区内有利的储 层分布层位 图 8 图 8 港 2033井北大港构造带古近系沙河街组有利储层 分布图 Fig 8 Distribution of prospective reservoirs of Shahejie Formation in Beidagang tectonic belt of g2033 由于受到基准面下降半旋回的控制作用 这些 储层具有良好的储层物性 同时这些储层砂体上部 在受到基准面上升旋回的控制 形成了大套暗色泥 岩 充当了烃源岩的角色又起到了盖层的作用 因 而 这些重点层段理所当然的成为了有利的储层分 布层位 值得指出的是 这些有利的储层分布层位都是 在各级次的基准面旋回下降期 尤其是基准面下降 到转换点附近时形成的 这表明 基准面层序旋回对 储层的形成和分布具有明显的控制作用 这种控制 作用是通过基准面旋回内砂体非均质性的控制作用 表现出来的 因此 只要明确基准面旋回对储层砂体 非均质性的控制作用 就可以明确基准面旋回内有 利储层发育层位及储层空间展布规律 参考文献 大港油田科技丛书编委会 1999 新区新层系新领域 北京 石油工 业出版社 1 156 大港油田地质志编辑委员会 1987 石油地质志 卷四 北京 石油工 业出版社 200 282 王嗣敏 刘招君 2004 高分辨率层序地层学在陆相地层研究中若干 问题的讨论 地层学杂志 28 2 179 184 邓宏文 1995 美国层序地层研究中的新学派 高分辨率层序地层 学 石油与天然气地质 16 2 89 97 邓宏文 王红亮 李小孟 1997 高分辨率层序地层对比在河流相中的 应用 石油与天然气地质 18 2 90 114 邓宏文 王红亮 宁 宁 2000 沉积物体积分配原理 高分辨率层 序地层学的理论基础 地学前缘 7 4 305 313 朱筱敏 2000 层序地层学 北京 石油大学出版社 1 207 陈纯芳 赵澄林 李会军 2002 板桥和歧北凹陷沙河街组深层碎屑岩 储层物性特征及其影响因素 石油大学学报 自然科学版 26 1 4 7 樊太亮 李庆谋 1997 沉积基准面变化分析技术及其应用 石油与天 然气地质 18 2 108 114 Cross T A 1994 High resolution stratigraphic correlation from the perspective of base level cycles and sediment accommodation In Proceeding of Northwestern European Sequence Stratigra phy Congress 105 123 Einsele G Ricken W 2 Guangxi Museum of Natural H istory Nanning 530012 3 I nstitute of Vertebrate Paleontology and Paleoanthropology the Chinese A cademy of Sciences Beijing 100044 4 Graduate School of the Chinese Academy of Sciences Beijing 100039 5 Chengdu University of Technology Chengdu 610059 Abstract Biostratigraphical studies based on fossil sporo pollen macro plants and fishes were carried out on the Tertiary profile in the Ningming Basin Guangxi in recent years Its age is Oligocene based on the fossil sporo pollens and macro plants and early Miocene or late Oligocene age on the fishes Key words biostratigraphy fossil of fish sporo pollens macro plant Ningming Basin Guangxi Ter tiary 上接第 361页 HIGH RESOLUTION SEQUENCE STRATIGRAPHIC FRAMEWORK AND ITS CONTROL ON THE RESERVOIR HETEROGENEITIES OF BEIDAGANG TECTONIC BELT IN HUANGHUA SAG FAN Le yuan 1 ZHU Xiao min2 SONG Kun 3 ZHU Wen chun 3 and XIE Nan 2 1 China N ational Logging Corporation Beijing 100724 2 Faulty of N atural Resources and Inf ormation Technology University of Petroleum Beijing 102249 3 N o 1 Production Plant the Dagang Oilf ield Tianj in 300280 Abstract Evolution o