高分辨率层序地层学中自旋回作用的探讨_黄彦庆

[收稿日期]20060103 [作者简介]黄彦庆(1980),男,2002年大学毕业,博士生,现主要从事层序地层和油气成藏方面的研究工作。

高分辨率层序地层学中自旋回作用的探讨

黄彦庆 (中国地质大学(北京)

能源学院,北京100083) 张尚锋,张昌民,汤 军 (长江大学地球科学学院,湖北荆州434023)

[摘要]高分辨率层序地层学强调异旋回作用对地层层序的控制,但是自旋回作用造成的特殊粗碎屑岩层

段在我国东西部的含油气盆地地层中经常可以见到,自旋回作用在短期基准面旋回中、湖盆水体较浅、

基准面缓慢升降等情况下对地层层序的控制作用较大。自旋回作用的研究可以在避免高分辨率层序划分

误区、验证层序对比的正确性、对具有事件沉积性质的沉积环境进行高分辨率层序地层学研究和寻找特

殊储集层等方面起到重要作用。

[关键词]高分辨率;层序地层学;自旋回;异旋回;储层预测

[中图分类号]T E121 34

[文献标识码]A [文章编号]10009752(2006)02000603

高分辨率层序摆脱了海平面升降对地层层序的控制,适用于我国的陆相含油气盆地[1~4],在进行

地层对比[5~7]、油气勘探阶段的储层预测和生储盖发育规律研究[8~9]等方面,逐渐得到地质学家和油田地质工作者的广泛认可。高分辨率层序地层学理论是在基准面的基础上发展起来的[4],导致基准面变化的主要因素是基底沉降、沉积物供给和气候控制[4,8],即以外界因素控制基准面旋回层序。在基准面旋回上升的早期和下降的晚期,由于基准面很低,侵蚀区范围很大,侵蚀作用强烈,能够形成厚层粗碎屑岩。随着基准面的上升,剥蚀区范围减小,砂体逐渐变薄,粒度变细,到了最大洪泛面位置,以发育泥岩为主。但事实并非如此,如辽河盆地西部洼陷双208井沙河街组的扇三角洲前缘浅湖亚相[6]中期基准面旋回的最大湖泛面附近,形成了比基准面上升早期形成的含砾砂岩粒度更粗、对下部地层冲刷更强烈的厚层砂砾岩体,这种现象不仅在东部沉积盆地中可见,在我国西部含油气盆地中常见;吐哈盆地台北凹陷含油层段可见多套层厚砂体在最大湖泛面附近发育。分析这些现象的形成原因,只能是比基准面上升初期更加强烈的水动力条件,即河道水动力的大小,是下面要讨论的自旋回的一部分。笔者认为,高分辨率层序地层分析不仅要考虑基底沉降、沉积物供给和气候等外部因素控制下的基准面变化,同时自旋回因素亦应该受到重视。

1 自旋回作用分析

对地层层序的形成机制有 自旋回 和 异旋回 两种观点[9]。自旋回作用强调搬运和沉积碎屑物质的流体对地层层序的控制作用。自旋回作用一般表现为:河流自身水动力的强弱变化,较强持久的水动力能够形成较粗较厚的碎屑岩层;河流的摆动;水流形成下粗上细的砂体等。自旋回作用不具有规律性,例如由于特殊原因使下山体跨塌或泥石流等,造成的物源变的充分;或洪水事件的出现,水动力反常的突然增强等。异旋回作用具有规律性,高分辨率层序地层学强调异旋回作用对地层层序的控制,但是自旋回作用是一种实实在在存在的现象,在层序地层中必然留下痕迹和记录。经过分析,笔者认为在以下4种情况下进行高分辨率层序地层学研究时要考虑自旋回作用。

1)事件沉积作用为主的环境,如水下冲积扇;或具事件沉积作用的环境,如山前冲积扇和山前直接入湖的扇三角洲环境。这些环境紧靠物源,冲积扇远离湖盆,沉积物的体积分配受基底沉降和气候等异旋回作用的控制较小,搬运和沉积粗碎屑的水流水动力变化具有突发性,且变化频率较高,这种自旋回作用对沉积物在这些环境中的分配起了很大作用。

6 石油天然气学报(江汉石油学院学报) 2006年4月 第28卷 第2期

Journal of Oil and Gas Technology (J JPI) Apr 2006 Vol

28 No 2

2)盆地规模较小,即使达到最大湖泛面,含油气盆地内水体仍然较浅。当基准面处于较高位置时,由于水流在浅水中受到静水阻力较小,当水动力突然增强,水流就可以推进较远的距离;若是物源丰富,就可以在湖底很大的范围内沉积较粗的碎屑。例如我国西部的吐哈盆地台北凹陷,侏罗纪发育扇三角洲滨浅湖,冲积扇河流三角洲滨浅湖沉积体系,半深湖和深湖相不发育[10],就能在最大湖泛面附近形成厚层砂体。

3)基底沉降、沉积物供给和气候等对地层层序的控制是在长期过程中展现出来的,短期基准面旋回的形成经历时间较短,旋回中层序的形成主要由自旋回作用控制[4]。

4)不对称的中长期基准面旋回包括基准面快速上升、缓慢下降和基准面缓慢上升、快速下降两种情况,基准面变化缓慢,反映基底沉降缓慢,外部作用较弱,地层层序较多的留下了自旋回作用的痕迹,水动力的多次增强,就能在较长的半旋回中形成多套碎屑岩体。在下降半旋回中,若基底沉降缓慢,若自旋回作用较强、持续时间较长,沉积物逐渐充填湖盆,使水体变浅,就会给研究者一种由外因造成了湖平面降低的假象[9]。

笔者认为,可以通过岩心观察,沉积相分析,粒度、物性和成岩作用等的仔细研究,来识别中长期旋回中的自旋回作用形成的特殊粗碎屑岩层段。

2 自旋回研究的意义

2 1 层序划分界限

地层划分和对比时,一般将最大湖泛面和具侵蚀作用的冲刷面作为等时界面,在一个中长期基准面旋回中,只有一个最大湖泛面,用它作为层序界面是可靠的;但是在一个中长期基准面旋回中,冲刷面则有多个,其不仅分布在基准面旋回上升的早期和下降的晚期,而且由于自旋回作用在基准面较高部位也可能存在大的冲刷面,在进行地层划分时就会误导地质工作者。所以在用冲刷面作为基准面旋回界限时,首先考虑冲刷面规模,再考虑其横向上的连续性,选取恰当的能代表基准面降到最低处的冲刷面。2 2 地层划分和对比

虽然自旋回作用相对于外部因素(异旋回作用)对地层层序形成的控制在空间上是局部的,在时间上是短暂的,但是其是存在的,在地层等时划分和对比中的作用是不能忽视的。

1)在储层规模的准层序和岩层组(相当于中短期旋回)划分中的作用 前人曾用自旋回标志作为层序划分和对比的标准[11,12],由于自旋回作用是局部的、规律性不强的,即在时间上和空间上是不可靠的,所以用自旋回来指导地层划分存在局限性,但是可以用作高分辨率层序地层划分的参考;对于已经划分的地层层序,可以在识别出其中的自旋回作用后,用自旋回特征进行验证,例如同一个沉积微相环境中的不同井同一个短期上升半旋回中,一般表现为向上变细的正韵律,而在下降半旋回中,则表现为向上变粗的反韵律,若是地层对比与这个规律相背,则须对已经对比过的地层层序重新考虑。

2)在盆地规模的地层(相当于中长期旋回)划分和对比中的作用 粗碎屑岩体一般发育在中长期基准面旋回上升半旋回的初期和下降半旋回的晚期,当湖平面较高时,较强的水动力形成的厚层粗碎屑岩体,上下被泥岩隔层限制,由于其不同于正常粗碎屑岩层发育的特殊位置和处于泥岩层包围的特殊环境,所以在局部具有对比性,可以作为高分辨率层序地层划分和对比的参考层段;对于已经进行过地层划分和对比的地层层序,可以用识别出来的此类特殊碎屑岩层进行验证。

2 3 储层预测

在基准面旋回上升的早期和下降的晚期,沉积物以粗碎屑岩为主,储层发育,若是水动力较强,上游物源较充分,可以在基准面旋回上升的中期或下降的中期,甚至最大湖泛面附近形成厚的砂岩储层,若有好的烃源岩和油气运移通道与之配套,上述储层可以形成透镜体状岩性油气藏。

2 4 扩充高分辨率层序地层学应用范围

高分辨率层序地层学在河流三角洲浅湖沉积体系中取得良好效果,形成了配套的理论,但是在湖底扇等事件沉积,以及冲积扇、扇三角洲等具有事件沉积性质的沉积环境中应用效果并不理想,为什么会这样,究其原因,笔者认为这些环境靠近物源,其水动力波动频率较大和具有突发性,受基底沉降、 7 第28卷第2期黄彦庆等:高分辨率层序地层学中自旋回作用的探讨

沉积物供给和气候等异旋回作用控制较小,若用高分辨率层序地层学理论进行研究时,单纯的考虑基准面因素,势必会使问题简单化,在对这些沉积环境进行层序研究时,要将异旋回作用和自旋回作用综合考虑,才能得出符合实际的地层层序。

3 结 语

地层层序中,随处可见自旋回作用的 影子 ,是一种不可忽视的地层现象。高分辨率层序地层的层序不仅受基底沉降、沉积物供给和气候等异旋回因素控制,还应考虑不受上述几个因素控制的自旋回作用的影响,两者是矛盾的统一体,可以互为补充。由于笔者水平有限,本文作为一种理论探讨,没有实际配套的应用研究,有必要对盆地规模内的自旋回作用的识别方法作进一步研究。

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[编辑] 深 谷 8 石油天然气学报(江汉石油学院学报)2006年4月