中国高分辨率层序地层学的研究现状

天然气地质学收稿日期:2005-01-25;修回日期:2005-05-03.基金项目:四川省重点学科建设项目(编号:SZD0414)资助.作者简介:汪彦(1976-),男,甘肃天水人,硕士,主要从事层序地层学研究.E-mail:wangyan19760902@163.com.

中国高分辨率层序地层学的研究现状汪　彦1,彭　军1,游李伟1,张庆堂2,孙连昌3(1.西南石油学院资源与环境学院,四川成都610500;　2.海洋石油开发公司,山东东营257237;3.杜家店镇采油一矿105队,山东滨州256600)

摘要:由科罗拉多矿业学院Cross教授提出的高分辨率层序地层学是以岩芯、三维露头、测井和高分辨率地震反射剖面资料为基础,运用精细层序划分和对比技术将钻井的一维信息变为三维地层关系,建立区域、油田乃至油藏级储层的成因地层对比格架,对储层、隔层及烃源岩分布进行评价及预测的一种新理论。其基本理论包括基准面原理、体积划分原理、相分异原理与旋回等时对比法则。20世纪90年代中期高分辨率层序地层学理论由邓宏文引入国内,大大地推动了国内高分辨率层序地层学的发展。中国高分辨率层序地层学研究取得的丰硕成果主要表现在:理论上的创新、油气勘探开发应用领域的拓宽和其他方面上的应用等。虽然高分辨率层序地层学仍有许多不足之处,但在陆相层序地层学的研究中,与经典层序地层学相比,它摆脱了海平面变化是层序形成的主控因素这一思想的束缚,从而可以实现对陆相高分辨率层序地层格架的构建,因此它是非常实用的一种新理论。关键词:高分辨率层序地层学;高精度层序地层学;高频层序地层学;油气勘探与开发;研究现状中图分类号:TE122.2 文献标识码:A 文章编号:1672-1926(2005)03-0352-07

0　前言由科罗拉多矿业学院Cross教授提出的高分辨率层序地层学是以岩芯、三维露头、测井和高分辨率地震反射剖面资料为基础,运用精细层序划分和对比技术将钻井的一维信息变为三维地层关系,建立区域、油田乃至油藏级储层的成因地层对比格架,对储层、隔层及烃源岩分布进行评价及预测的一种新理论[1]。其基本理论包括基准面原理、体积划分原理、相分异原理和旋回等时对比法则,其理论核心是:在基准面变化过程中,由于可容纳空间和沉积物供给量比值的变化,在相同的沉积体系域或相域中发生沉积物的体积分配作用,导致沉积物的保存程度、地层堆积样式、相序、相类型以及岩石结构和相组合类型发生变化[2]。也就是说,是基准面变化控制了层序地层的发育。国内最初是由邓宏文(1995)引入该理论,随后受到了石油地质工作者的高度重视。广大学者在不同的领域内,结合相关科研项目,发表了一批很有价值的学术论文,有力地推动了高分辨率层序地层学在国内的发展。但是由于高分辨率层序地层学在国内研究时间较短,并且在引进初期对“高分辨率”的含义理解不同,因此在理论及应用上均存在着一定的混淆及偏差。基于此种情况,本文对国内高分辨率层序地层学的研究现状和应用情况进行了回顾与总结,并指出了高分辨率层序地层学存在的不足之处。1　对高分辨率层序地层学的不同认识本文所讲的高分辨率层序地层学(Highresolu-

tionsequencestratigraphy)是由Cross提出的源于经典层序地层学的一门重要的分支学科。但高分辨率层序地层学的概念最初是由H.W.Posamentier等[3](1989)在研究小型阿伯塔东坷里三角洲时提出的,是指形成于“大水坑”边缘、在暴雨季节发育的“高分辨率”经典层序地层学。因此国内学者对“高分辨率层序地层”有了不同的理解,特别是在20世纪

第16卷第3期2005年6月 天然气地球科学NATURAL　GAS　GEOSCIENCE Vol.16No.3Jun.　200590年代中后期,有些学者在引用“高分辨率层序地层学”一词时存在着一定的混淆。目前国内与“高分辨层序”有关的层序地层学主要有3大不同的学派:即高频层序地层学、高精度层序地层学和高分辨率层序地层学。高频层序地层学(Highfrequencystratigrphy)概念最初由Wagoner等(1991)提出。相当于Miall等(1990)和Posamentier等(1992)的四-五级甚至六级旋回,周期为0.01～0.2Ma,是米兰柯维奇驱动的气候变化和高频短周期海平面变化的综合产物,属行星轨道参数(偏心率、偏度和岁差)不规则旋回层序[4]。国内倡导这种提法的学者主要有覃建雄[4,5]、魏魁生[6]等。最早的高频层序研究可以追溯到对北美中大陆晚宾夕法尼亚世碳酸盐岩地层进行旋回划分的研究,当时共划分了55个相当于四-六级的高频旋回[4]。后来大量研究也证实了在碳酸盐岩地层中普遍发育四-六级高频层序。Wagoner等还认为:这种高频层序横向追踪范围最小仅数平方公里,最大可达数百平方公里,具局部或区域性对比意义,在特殊条件下可进行全球对比[4]。高精度层序地层学是由国内林畅松教授[7,8]、魏魁生[9]所倡导的储层规模的层序地层学。其理论源于Jervey[10]、Posamentier[11]和VanWagoner等[12]的研究成果,他们提出了“可容纳空间”、“相对海平面变化”、“基准面变化”、“强制性海退”等重要概念,不断提高层序和沉积体系域的划分精度,发展和完善了层序地层学理论。林畅松认为相对于有限的钻井和露头及地震剖面等资料为基础的低精度层序地层分析而言,具有密集的钻井和露头、岩芯等资料、生物地层、二维和三维地震资料控制的层序地层学称为高精度的层序地层学[7,8]。因此利用岩芯、钻井和露头资料,将作为地层格架的三级层序尽可能划分成更小的四级、五级层序或体系域,并依此建立高精度层序地层格架来进行地层对比,即可达到“高分辨率”的目的。需要指出的是高精度层序地层学同样是用Highresolutionsequencestratigraphy英文词组翻译的。魏魁生则根据地震、钻井、古生物、同位素等资料综合分析,借助于琼东南盆地与全球海平面升降频率和变化趋势的相似性,共识别出了19个三级层序、57个体系域、54个以上准层序组,196个以上准层序;并将高精度层序地层学译为Highpreci-sionsequencestratigrahpy[9]。高分辨率层序地层学在国内的倡导人主要以邓宏文、郑荣才等研究者为代表。其理论是由Cross教授(1994)所提出的,它与以往的经典层序地层学,包括上面提到的高频层序地层学、高精度层序地层学有所不同。关于高分辨率层序地层学的理论知识已有很多相关论文都做过详细的介绍,这里就不专门一一罗列了。其主要的观点有:¹引用、发展了Wheeler提出的地层基准面概念,并提出了“沉积物体积分配”、“相分异”、“基准面旋回的转换点”和“二分时间单元”等重要的概念;º高分辨率层序地层学中的沉积旋回是取决于海平面变化、构造沉降、沉积负荷、沉积通量和沉积地形等综合因素所制约的基准面升降旋回;»其研究目的是在于建立高时间精度的等时地层格架和地层框架内进行同级次地层之间的对比[1]。国内学者认为:所谓“高分辨率”的实质系指对不同层次的地层基准面旋回进行划分和对比的高精度的时间分辨率,也即时间-地层单元即可以用于油气田勘探阶段长时间尺度地层单元(如巨旋回、超长期基准面旋回、长期基准面旋回)的划分和等时对比,也可以用于油气田开发阶段短时间尺度地层单元(如中期基准面旋回、短期基准面旋回、超短期基准面旋回)的划分和等时对比[13]。综上所述,可以看出不同的学者对“高分辨率”的含义各有不同的理解,或将其视为高分辨率地震地层学的代名词;或将其等同为高频层序,认为在岩性、测井或地震剖面中将层序尽可能地划分为最小成因地层单元,即可达到“高分辨率”的目的。所以高频层序地层学和高精度层序地层学只是借助于其它密集的原始资料,将原来划分出的三级层序进一步细分,但不论是所运用的术语,还是遵循的地层划分原理,都是以经典层序地层学的理论知识为依据,仅仅是从不同角度考虑了细化地层的划分级次,因此二者仍然属于经典层序地层学范畴。而高分辨率层序地层学是以地层基准面升降旋回为成因地层沉积的主控因素。由于影响地层基准面变化的因素(海平面变化、构造沉降、沉积负荷、沉积通量和沉积地形等)在不同的沉积环境中是不同的,在同一基准面旋回过程中的不同时期亦不同,因此造成了在不同地区或不同相域的沉积物在相序和叠加样式上的差异。因而从严格意义上讲,Cross所提出的高分辨率层序地层学并不完全属于经典层序地层学,而应该是经典层序地层学的延伸和提高。本文重点讨论的就是此种意义的高分辨率层序地层学。

2　高分辨率层序地层学的研究现状我国在20世纪90年代中期开始陆续将国外有353

No.3 汪彦等:中国高分辨率层序地层学的研究现状 关高分辨率层序地层学的论文介绍给读者。虽然不同学者有不同的理解和译法,但经过一段时间的理论研究和应用实践后,基本上达成了共识。目前在文献中所提到的高分辨率层序地层学一般均指由Cross所提出的基准面旋回的高分辨率层序地层学。国内高分辨率层序地层学主要是在理论创新、油气田勘探开发应用领域以及其他应用领域等方面均取得了丰硕的成果。2.1　在理论上的创新和发展经过国内众多学者的研究,高分辨率层序地层学理论方面得到了进一步的完善和提高。邓宏文不仅将高分辨率层序地层学原理首先引入国内[1,2,14],更重要的是还将其应用到油气田勘探开发的不同领域[15～17]。特别是以郑荣才、彭军为代表的研究者在关于地层基准面(以下简称基准面)旋回的理论研究方面所取得的进展尤为突出,主要体现在以下2个方面:2.1.1　陆相盆地基准面旋回级次划分的标准Cross提出的高分辨率层序地层学对于基准面旋回划分的分级性并没有明确加以界定,只是简单地分为短期、中期和长期3类基准面旋回[2]。这种划分方法极易导致人们在进行基准面旋回划分时,对同一基准面旋回相对长短(地层的厚薄及年龄的新老)理解的不同而导致划分的不一致和混乱,不利于工作中的应用与对比。在这种情况下,郑荣才、彭军等人通过对辽河断陷盆地、鄂尔多斯盆地、川西前陆盆地、百色走滑盆地[18～21]等地区的地层相继进行了高分辨率层序地层学研究后,提出了具有不同成因特征、发育规模和识别标志的6种成因界面类型;据此将基准面旋回划分为巨旋回、超长周期、长周期、中周期、短周期和超短周期六个级次;指出了这些旋回界面的重要识别标志,以及不同级次的基准面旋回的控制因素和基本特征[13]。这项研究成果进一步细化了地层划分单元,达到了高时间精度地层划分与对比的目的,更重要的是完善了高分辨率层序地层学在旋回级次上的划分标准。在实际划分地层单元时,特别是在油气田开发阶段,这种高频低级次的中期、短期和超短期基准面旋回与油气田开发区块中的砂组、小层砂体和单砂体具有很好的对应关系。据此可以将地层不同级次的基准面旋回与砂体的划分对应起来,对于在开发阶段正确划分与对比砂组、小层砂体和单砂体有重要的指导意义[22～24]。也有学者赞同以VanWagoner(1990)层序划分框架为基础的5级基准面旋回的分法,如王嗣敏(2004)[25]的划分法。另外,也还有其它不同的划分方法,在此不再一一介绍。2.1.2　基准面旋回结构和叠加样式的沉积动力学分析由于高分辨率层序地层学是建立在基准面旋回基础上的理论体系,因此识别高频低级次基准面旋回与沉积动力学的关系,便成为了高精度的时间等时地层对比和建立高分辨率时间-地层格架的关键。基准面的升降变化引起了可容纳空间和沉积物供给量的相对变化,从而导致了在不同时期内同一地区相序上的差别、不同地区在同一时间域内相域上的不同分布;以及在同一基准面旋回内可容纳空间与沉积物供给量比值的变化使得地层的叠加样式和保存程度(沉积或剥蚀)在不同地区也就有所不同。因此识别出它们之间以及相关量之间的相互关系是进一步认识沉积物保存程度和地层叠加样式的关键,也是进一步理解不同级次基准面旋回之间的叠置关系和相序变化规律的基础。基于此情况,以郑荣才为首的研究组提出了基准面升降变化与沉积动力学的关系[26]。郑荣才等以中期基准面旋回为例,借助中期基准面旋回变化与沉积动力学之间的关系,进一步划分了(超)短期旋回,描述了在中期基准面旋回内(超)短期基准面旋回的不同叠加样式,并建立了以中期基准面旋回为框架单元的短期旋回(或超短期旋回)的理想叠加模式,即把中期基准面旋回分为缓慢上升、加速上升、由上升转向下降、快速下降和下降至最低点再折向上的不同演化阶段,(超)短期基准面旋回随之形成不同的沉积结构和叠加样式。2.2　在油气田勘探开发中的应用高分辨率层序地层学的主要目的是为了建立区域性高时间精度的等时地层对比格架,进而对油田乃至油藏级储层,特别是对储层、隔层及烃源岩分布进行评价和预测。本文主要从以下几个方面进行归纳总结:2.2.1　在油气田勘探中的运用由于油气田勘探的工作量大,成本高,并且缺少系统详细的资料可供参考。各大油田在诸如地层划分、定年和区域对比、地层格架中的生储盖组合特征、有利储集砂体或砂层组的时空展布和追踪对比、以及有利区块的选择和油气藏预测评价等方面,不同程度上存在着难以正确区分地层等棘手的问题。因此采用高分辨率层序地层学的观点来解决这些地质问题,将会更有效地进行油气的开采。郑荣才[27]