层序地层学与隐蔽油气藏勘探.docx

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层序地层学与隐蔽油气藏勘探

层序地层学与隐蔽油气藏勘探

80年代中期以来,在地震地层学的基础上诞生了层序地层学,使古老的地层学的研究产生了新的飞跃,同时对油气勘探也产生了重大影响。

作为一种勘探工具,层序地层学被用于确定生油区、储层砂岩的位置和盖层情况,因为层序内的地层是有系统的、可预测的相组。

它能依据地震资料,再加上少量分散的测井资料来预测一个带的岩石组分。

层序地层学综合测井资料、化石资料及地震反射特征来解释岩石的组合及沉积环境。

更重要的是层序地层学通过不同规模层序的划分、体系域等的识别,使油气与各体系域中的沉积体在时间序列上的演化和空间配置有规律地联系起来,从而使油气预测更为有效。

一隐蔽油气藏的简介

对于隐蔽油气藏，目前的定义是：

在现有理论和技术条件下，从物探上不能直接发现或识别出来的油气藏。

关于隐蔽油气藏的分类，国内外的行过探讨。

隐蔽油气藏（subtletrap）的概念最早是由卡尔（1880）提出的。

1934年了非构造圈闭（nonstructuraltrap）的概念，专指“由于岩层孔隙度变化而封内形成的油气藏；1966年莱复生（Levorsen）提出隐蔽圈闭（subtletrap）概造、地层、流体（水动力）多要素结合的复合圈闭；1972年哈尔鲍蒂（Har气藏来表示与构造圈闭相区别的勘探难度较大的地层、不整合和古地貌维特（Savit）指出：

所谓隐蔽圈闭是用目前普遍采用的勘探方法难于圈定1983年，朱夏指出隐蔽圈闭的提出虽然着重于地层、岩性、古地貌等非并不排斥某些构造圈闭。

圈闭是否隐蔽，取决于它们本身的形式和成因对于目前隐蔽油气藏的概念，概括起来有三种概念：

第一种为广义包括狭义的地层油气藏、不整合、古地貌油气藏和岩性油气藏；第二种是气藏相区分而提出来的非构造油气藏，指所有的非构造成因所形成的岩性圈闭油气藏、地层圈闭油气藏、混合型圈闭油气藏和水动力圈闭油气三种隐蔽油气藏是指用目前普遍采用的勘探方法难以圈定其位置的圈闭型、古地貌型和不整合型油气藏。

二层序地层学的简介

层序地层学是研究旋回式、成因上有联系的、以侵蚀面或者与其可以对比的整合面为界的年代地层格架，以及沉积层序内部地层、岩相分布模式的地层学分支学科。

层序地层学通过对地震、测井和露头资料的分析，研究在构造运动、海面升降、沉积物供应和气候等因素控制下，造成相对海平面的升降变化及其与地层层序、层序内部不同级次单位的划分、分布规律；研究其相互之间的成因联系、界面特征和相带分布。

以建立更精确的全球性地层年代对比、定量解释地层沉积史和更科学地进行油藏以及其他沉积矿产的钻前预测。

　层序的基本概念在18世纪晚期即已提出，认为地层的顶、底界是不整合的单位。

但第一次明确提出层序一词，并用于北美大陆古生代地层划分的是斯洛斯。

到了20世纪50年代后期，美国地质学家韦尔等，在研究了大量资料的基础上，于1965年提出了第一代的全球海平面相对变化曲线和地震地层学基本原理，成功地解决了北海盆地的中生代地层划分，引起了石油地质界的重视，并于1977年出版了《地震地层学在油气勘探中的应用》一书。

它标志着地震地层学的诞生和层序地层学的奠基。

1987年，美国哈克、韦尔、哈登博尔等，在总结各项成果的基础上，提出第二代海平面相对变化曲线，并系统地提出层序地层学的基本理论与概念。

出版了《层序地层学原理》，它标志着层序地层学进入成熟和蓬勃发展阶段。

三层序地层与隐蔽油气藏的关系

1995年,据G.R.Baum统计,世界上大部分油气田86%的储量赋存于低水位体系域中,只有12%与水进体系有关,2%与高水位体系域有关。

1997年,易绍国等对松辽盆地东南部梨树-德惠凹陷的主要试油层段的体系域属性进行了统计分析,研究表明,约72%的油气段分布在低水位体系域中,24%的油气段分布在高水位体系域中,4%的油气段分布在水进体系域中。

80年代以来,见效最大的是墨西哥湾上第三系,以富砂厚层盆底扇体系含油气最丰富;其次为斜坡扇,质量良好的储层分布于水道及邻近的天然堤中;再则为前积楔状体,高质量的储集砂岩分布于浊积相和三角洲前缘相中,在这些地区曾找到200多亿桶原油。

D.W.Bowen对科罗拉多的宾夕法尼亚Morrow组作过层序地层分析,集中注意力于下切谷式盆底扇浊流体系,新发现了9个油田,14口探井获得成功。

由此看来,油气藏的分布与体系域类型有一定的关系。

除少数盆地外,大多数油气藏都赋存于低水位体系域中。

而与低水位体系域有关的油气藏多数是地层、岩性油气藏。

其中包括盆底扇、水下扇形成的岩性透镜体油气藏和前积楔附近形成的与三角洲或者河口湾有关的地层尖灭油气藏及与逆着海口或者湖口向上追溯的古河道有关的油气藏。

四　研究方法和思路

图1是笔者根据国内外的研究经验和自己的工作体会,提出的运用层序地层学进行隐蔽油气藏预测的工作流程和研究思路。

首先,区域地质、地震、钻井（测井）和露头（或岩心）资料是研究层序地层的第一手资料。

前期勘探成效和前人研究成果是进行隐蔽油气藏勘探的基础和起点。

研究的具体步骤是,先从测井资料入手,识别准层序（向上变粗的和向上变细的或对称的）、准层序组（相同样式的准层序组合）、密集段（通常为高伽玛、低电位和低电阻）;并且配合生物地层学资料和同位素年龄资料,确定年代地层格架;接着在地震剖面上寻找反射终止点,识别不整合面（削截、顶超等）和最大海（洪）泛面（地震剖面上的下超面）[4],结合测井信息和古生物资料进行经典层序地层学研究,划分一级层序（巨层序）、二级层序（超层序）、三级层序（沉积层序,即通常所说的层序）及其体系域,作合成地震记录,将地震和测井解释结果联系起来,建立研究区层序地层格架;通过露头或岩心观察对地震和测井分析结果进行检验和完善,并开展高分辨率层序地层学研究,利用岩心或测井曲线,作Fischer图解,分析可容空间变化和地层基准面旋回（短期的、中期的和长期的）,以地层基准面旋回（上升和下降）为依据,进行连井地层精细对比;进行地震相分析,根据地震相与沉积相的关系将其转化为沉积相,作反射振幅（或波阻抗）平面分布图,在地震相分析基础上,解释地震微相,研究砂体平面展布特征;综合分析形成油气藏的地质条件和成藏模式,重点识别隐蔽圈闭,探讨层序地层与隐蔽油气藏的关系;通过地震资料特殊处理,对圈闭进行含油气性检测和评价,指出油气勘探的有利区块和目标。

五研究实例

1利用地震、测井、岩相等资料,对饶阳凹陷马西地区古近系进行了层序地层学研究,将其划分为3个二级层序和10个三级层序。

层序Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ为河流层序,可划分为基准面上升体系域和基准面下降体系域;层序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ为湖泊层序,每个层序可划分为低位体系域、湖侵体系域和高位体系域。

在层序地层研究的基础上,认为马西地区同沉积构造坡折带的存在控制了砂体的展布、烃源岩的发育以及油气的运聚,因而对该地区隐蔽油气藏的形成起控制作用。

建立了隐蔽油气藏在不同体系域中的发育模式,并提出了下一步勘探的有利方向。

一个三级层序的低位体系域、湖侵体系域和高位体系域发育在层序形成的不同阶段,所包含的沉积体系是盆地构造运动、气候变化和沉积物供给速率等因素综合作用的结果。

因此,不同类型体系域的发育特征对于油气成藏有着不同意义。

湖侵体系域

油气源是形成油气藏的重要前提和基础,无论对构造油气藏还是对隐蔽油气藏都是至关重要的。

根据层序地层学的基本原理,湖侵时期,由于湖泊范围大,水体深,深湖半深湖相发育,形成的泥岩、油页岩和钙质页岩是良好的烃源岩,有机质丰度高,为油气聚集提供了丰厚的物质基础。

马西洼槽主要发育层序Ⅳ和层序Ⅶ两套主力烃源岩,在断陷期主要是层序Ⅳ段烃源岩,发育于湖泊大规模扩张时期,主要分布在马西大断层的下降盘,沉积中心烃源岩累积厚度为600～1000m,并向西部任丘斜坡超覆、尖灭。

沙三晚期以后,本区经历了多次挤压抬升作用,加之马西断层附近抬升强烈,最终使部分烃类向陡缓两侧运移。

层序Ⅶ段烃源岩形成于该地区第二次大规模湖侵时期,所生油气是东营组河流环境储集层的主要油气来源。

因此,本区具有充足的油气源条件,这已被钻探结果所证实。

低位体系域和高位体系域

低位体系域及高位体系域发育的各类砂体为油气聚集提供了良好的储层,在良好的圈闭和有利的生储盖条件下易于形成油气藏。

在马西地区,层序Ⅵ的三角洲前缘砂体和层序Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ的辫状河三角洲、扇三角洲以及水下扇砂体为油气藏的形成提供了良好的储层。

而发育众多的北东向次级断层和近东西向小断层,其断距大小不一,形态多变,可形成良好的岩性2构造圈闭和岩性圈闭。

同时,马西地区盖层条件与生储盖组合匹配条件也非常好。

在纵向上,层序Ⅶ上部和层序Ⅷ属同一套河流环境下的红色泥岩沉积,层序Ⅶ下部发育有厚50～150m的油页岩,它们均属马西洼槽的区域性盖层,具有良好的封盖能力,洼槽东西两侧南马庄及任丘油气聚集带的形成与这套区域性盖层的存在着密切的关系。

而层序Ⅶ下部的油页岩,既是马西洼槽主力生油层,也是良好的盖层,与其下部砂岩形成一套良好的生储盖组合。

此外,在洼槽中西部,层序Ⅵ上部发育厚50～150m的红色泥岩段,它与层序Ⅵ下部储集层也可以形成良好的储盖组合,而层序Ⅳ又发育了优质烃源岩,提供了有效的油气来源。

储集层内部的泥岩夹层,也具有一定的封盖能力,尤其对断块层状油气藏的封盖作用比较明显。

层序界面

断陷盆地不整合面和沉积间断的存在,有利于形成沿不整合面上下分布的地层圈闭,如果这些圈闭与生油岩之间通过不整合面或断层等油气运移通道进行有效沟通,就可以形成地层超覆油气藏或不整合遮挡油气藏。

马西地区的勘探实践表明,已经发现的油气藏主要赋存在层序界面附近,马西断层及一系列补偿断层的存在为油气运移提供了有效的通道,尤其在层序Ⅰ与Ⅱ、层序Ⅳ与Ⅴ、层序Ⅵ与Ⅶ的界面附近,油气更为富集。

图2　西20井层序Ⅶ综合分析

1.白云岩;2.泥岩;3.粉砂岩;4.细砂岩;5.油浸

隐蔽油气藏勘探

按照隐蔽圈闭特征和成因,马西地区的隐蔽油气藏可分为岩性油气藏、地层油气藏和复合油气藏三大类（表1）。

成藏模式

马西地区隐蔽油气藏的形成受构造活动影响很大,断层的活动使得洼槽东西两侧发育同沉积断裂构造坡折带,主要有两种类型:

陡坡平行状坡折带和缓坡平行状坡折带。

前者形成于马西洼槽陡坡带,马西断层及一系列小平行断层在剖面上呈断阶状,构成阶梯地貌单元,在上台阶主要发育粗砂岩及砾岩,下台阶发育含砾砂岩和砂岩,储层物性好。

后者形成于马西洼槽缓坡带,与陡坡平行状坡折带特征基本相同,只是发育在缓坡地区,砂体总体厚度较陡坡区薄,粒度较陡坡区细。

同沉积断裂构造坡折带的存在影响了层序Ⅲ至层序Ⅴ的砂体特征与沉积演化。

层序Ⅲ沉积时期,断层构造活动最强烈,马西洼槽下沉,可容空间急剧加大,水体加深,湖域扩大。

洼槽东侧地层强烈隆升,遭受剥蚀,成为马西地区主要沉积物源;西部任丘潜山构造活动较弱,提供物源较少。

在低位域及高位域陡坡带发育扇三角洲沉积,缓坡带发育辫状河三角洲沉积及滩坝沉积,湖侵域陡坡带发育扇三角洲及水下扇沉积,缓坡发育扇三角洲沉积。

层序Ⅳ沉积时期,构造活动开始减弱,在低位域及湖侵域早期,缓坡带以辫状河三角洲砂体为主,次为滩坝砂体,陡坡带以扇三角洲沉积为主;而在湖侵域发育晚期及高位域早期,马西地区湖泊范围达到最大,水体达到最深,沉积了一套以油页岩为主的特殊岩性段;高位域沉积晚期,陡坡带以扇三角洲沉积为主,缓坡带以辫状河三角洲砂体为主,次为滩坝砂体。

层序Ⅴ沉积时期,构造活动逐渐减弱,任丘潜山逐渐消失,东部陡坡带为马西洼槽提供沉积物源,碎屑物质快速向湖盆伸展,砂体规模大,但厚度不大,砂体成因相对单一,以辫状河三角洲平原2前缘亚相砂体为主。

表3　马西地区隐蔽油气藏类型

下面以层序Ⅳ各体系域隐蔽油气藏的发育特征来探讨隐蔽油气藏的成藏模式。

该层序在构造坡折的控制下发育了较厚的低位体系域砂体;在湖侵体系域以及高位体系域早期发育优质烃源岩,既是低位域砂体的盖层,也是直接的油源岩;高位体系域也发育了良好的储集砂体,它们一起构成了良好的生储盖组合。

同时,构造坡折在活动期可以作为油气向上运移的输导系统,成为坡折两侧的砂体与油源层沟通的通道;在宁静期又可以作为油气藏的封堵断层,极有利于油气成藏。

因此,该层序在低位体系域部位可以形成断层2地层复合油气藏和地层油气藏,前者以扇三角洲砂体为储集层,以坡折断层为封闭面,后者以低位扇为储集体,不整合面为遮挡面。

湖侵体系域部位由于烃源岩发育,油气就近运移在坡折带附近的砂体中,形成丰富的油气藏类型,如以扇三角洲前缘分流河道砂体为储集层,以上超面为封闭面而形成的地层超覆型油气藏;以扇三角洲前缘分流河道砂体为储集层,以坡折断层为遮挡面形成的断层地层复合油气藏;以扇三角洲水下分流河道或河口坝砂体、前缘滑塌浊积砂体形成的砂岩透镜体油气藏等。

高位体系域部位可形成以扇三角洲分流河道砂体为储层,层序界面为封闭面的地层不整合油气藏,以及由于岩相变化形成的上倾尖灭油气藏等（图3）。

图5　层序Ⅳ隐蔽油气藏发育模式图

1层序边界2.初始湖泛面3.最大湖泛面4.优质烃源岩5.油气运移方向6.砂体;7.油气藏

勘探方向

同沉积断裂构造坡折的发育控制了马西地区隐蔽油气藏的形成,因此,处于构造坡折之下的层序Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ是下一步勘探的重点方向。

在坡折带之下的洼槽位置,广泛发育水下扇砂体及扇三角洲砂体（图4）,其向北东方向快速变细,具有岩性侧向封堵条件。

同时,砂体中部具有较好的构造背景,可形成构造2岩性油藏。

目前,层序Ⅳ下部已见到良好的油气显示,并在西9井大段烃源岩层中发现轻质油层。

因此,在沙三段坡折带控制之下的水下扇及扇三角洲发育区进行钻探有望获得突破。

图4　马西洼槽东西向地震层序解释剖面（line609）

2吐哈盆地台北凹陷的SB地区,笔者依据局部不整合、可容空间变化、沉积旋回、地震剖面及测井曲线特征综合分析,将吐哈盆地SB地区侏罗系划分为13个层序（三级）和29个体系域。

利用SB地区的取芯井（TC2井）的测井曲线和岩芯剖面,首先通过VSP合成记录与过井地震剖面进行了层位标定和对比,根据取芯段岩性描述和沉积特征综合分析进行了沉积微相解释,然后根据地层堆积样式和相序组成,进行了地层基准面短期和中期旋回识别和划分（图5）。

图5中的中期旋回与层序相对应,一般表现为完整的地层基准面上升和下降旋回,只有冲积层序（S11、S12、S13）缺失下降旋回沉积（下降旋回期间,河流主要表现为侵蚀作用,形成河流底部的侵蚀面。

因此,基准面下降旋回由侵蚀面代替）,上升旋回包括低水位和水进体系域,下降旋回属高水位体系域,其转折点是密集段。

短期旋回相当于准层序。

准层序组则表现为具有相同基准面旋回样式的准层序组合。

图5　TC2井基准面旋回识别及高频层序划分

TC2井的高分辨率层序地层学研究表明,油气分布与层序地层有着密切的关系。

具体表现为上部地层喀拉扎组和齐古组的油气主要分布在层序界面附近（图5和表2）,这是因为喀拉扎组和齐古组地层本身不能生油,只能通过断层从下部的老地层中运移上来,运移上来的油气在上部新地层中沿层序界面（渗流条件相对较好）进行横向分配的缘故。

在七克台组、三间房组和西山窑组则不同,由于它们本身具有良好的生烃条件,因此,除层序边界有优越的运移通道和储油条件外,同时一些三角洲的前缘砂体由于近邻湖相生油岩,也具有近水楼台先得月的优越条件,易形成岩性圈闭或构造岩性复合圈闭。

表2　油气显示与层序地层的关系

研究区的东南部,在侏罗纪时期自始至终是一个主要物源方向。

根据层序地层学分析,推测本区三间房组和西山窑组地层具有形成多种岩性圈闭油气藏的条件（图6）。

可能发育的岩性圈闭油气藏有:

①上倾尖灭滩砂体或三角洲砂岩油气藏;②下切谷河流砂岩油气藏;③三角洲前积复合体透镜状砂岩油气藏;④上超三角洲砂岩油气藏;⑤削蚀型滩砂体或三角洲砂体油气藏;⑥河道砂体油气藏;⑦浊积岩透镜体油气藏。

其中下切谷河流砂岩和削蚀型滩砂体或三角洲砂体与层序界面有关,其它则与层序发育过程中砂体的退积（水进）和进积（水退）有关。

为了研究SB地区侏罗系储层的分布,选用频率、振幅、连续性及内部反射结构4个地震参数,对砂岩较发育的西山窑组上部、三间房组上段（图7）、喀拉扎组下段进行了地震相分析。

图7是SB地区三间房组上段地震相和沉积相图。

从图上可以看出,SB地区东南部砂体发育最好,河流入湖形成的三角洲大而稳定。

同时,由于分流河道相对固定,从而形成的砂岩粒度粗,层厚大（低频、强振幅）,侧向尖灭快,相变明显。

侧向与之共生的是支流间的细粒沉积（中高频、中弱振幅）,这与其它区域的砂体呈面状分布有明显的不同。

层序地层学和地震地层学综合研究表明,研究区东南部发育的孤立的大型辫状河三角洲砂体,具有形成岩性圈闭的极好条件。

特别是三间房组层序S6的高水位体系域晚期水退作用造成的砂体快速进积,形成了一个沉积背斜,其上被层序S7的水进厚层泥岩所覆盖,在侧向上砂岩具有明显的尖灭界线,加之紧靠层序边界又邻近湖相生烃岩,是可能的油气富集区。

通过对其进行地震资料特殊处理（瞬时振幅、瞬时频率、瞬时相位、道积分等）,进行了含油气性检测,发现三间房组顶部具有明显的含油气异常,即明显的亮点包络异常,主频降低,相位错动,道积分显示异常。

因此,它是下一步值得钻探的重要目标之一。

图6SB地区可能的岩性圈闭类型

图7SB地区三间房组上段地震相和沉积相

六结论

（1）在综合分析地震、测井、岩相等资料基础上,可将马西地区古近系地层划分为三个二级层序,十个三级层序。

层序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ为湖泊层序,每个层序可划分为低位体系域、湖侵体系域和高位体系域;层序Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ为河流层序,在每个河流层序中可划分为基准面上升体系域和基准面下降

体系域。

（2）在层序地层格架中,湖侵体系域控制了油气的来源,低位和高位体系域控制了储层的发育,而层序界面上下易于形成油气藏。

（3）根据马西地区断裂发育的特点,认为该地区发育两种坡折带类型,即陡坡平行状同沉积断裂构造坡折带和缓坡平行状同沉积断裂构造坡折带,前者形成于马西洼槽陡坡带,后者形成于马西洼槽缓坡带。

（4）同沉积断裂坡折带的存在控制了砂体的展布和体系域的发育,进而控制了隐蔽油气藏的形成。

在低位域发育构造2地层复合油气藏,湖侵域发育地层超覆型油气藏、构造2地层复合油气藏以及砂岩透镜体油气藏等,高位域发育地层不整合油气藏以及由于岩相变化形成的上倾尖灭油气藏等。

（5）处于同沉积断裂坡折之下的Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等层序,发育优质储集砂体,具备隐蔽油气藏成藏的有利条件,可以作为下一步勘探的方向。

（6）层序地层学在地层划分和对比、地层时空展布、油气成藏规律等根本问题上提出了全新的概念模式,开拓了新的油气勘探思路。

正确地运用这一强有力的工具,有助于预测生、储、盖及其时空分布,有效地确定有经济价值的岩性2地层圈闭,并发现新油储和新油藏组合,从而降低勘探开发中的风险,提高勘探成功率和油气采收率。

（7）层序地层学研究表明,在吐哈盆地SB地区的侏罗系,层序地层对油气藏的形成具有直接的或间接的控制作用。

具体表现为上部地层喀拉扎组和齐古组的油气藏沿层序界面分布,下部地层七克台组、三间房组和西山窑组除层序边界富集油气外,在层序内部邻近烃源的一些三角洲前缘砂体中,也可形成岩性圈闭或构造岩性复合圈闭油气藏。

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