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鄂尔多斯盆地长北气田山西组2段高分辨率层序构型与砂体预测-郑荣才

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高  校 地 质 学 报 3 月,第 15 卷,第 1 期,69009,15, p. 692008修回日期 :2008者简介 :郑荣才,男,1950年生,教授,博士生导师,主要从事沉积学、层序地层学和石油地质学的教学和科研工作;E 以钻井测井、岩芯描述和样品分析为基础,高分辨率层序分析为技术方法对鄂尔多斯盆地长北气田山西组2段进行了精细的沉积相和层序分析,将山2段确定为海相辫状河三角洲沉积体系,并将其划分为1个长期、2个中期、4个短期和9个超短期基准面旋回层序和2大类5种基准面旋回结构类型。分析了不同级别基准面旋回层序的叠加式样与砂体展布和演化规律,建立了以中期基准面升、降半旋回相域为等时地层单元的山2段地层格架和对单砂层进行了等时追踪对比,确定中期上升期是三角洲河道砂体连续叠置形成巨厚砂体的最有利时期,洪泛期为细粒沉积物沉积期,也是隔层和局域性盖层主要发育期,下降期受侵蚀影响河道砂体不发育。以高分辨率层序分析为基础,建立等时地层格架为约束条件,结合单砂体为等时地层单元编制砂岩等厚图、砂/泥比等值线图和沉积微相图,对长北气田山2段砂体分布开展序贯指示三维模拟和预测,为长北气田山2段气藏高效开发提供依据。关键词: 鄂尔多斯盆地;山西组二段;三角洲;高分辨率层序地层;序贯指示;三维模拟;砂体预测中图分类号:        文献标识码: A         文章编号 :1006009)01 祺1,王 华2,李凤杰1( 1. 成都理工大学 “油气藏地质及开发工程”国家重点实验室,成都 610059;2. 中国石油长庆油田分公司 长北项目部,西安 710021)of I 1. il 10059, 2. il Xi'10021, On of of of of of of is of a of be of of of at of in on of of to in of It is in at at of on of of of to -D of of in a  地 质 学 报 1 5 卷 1 期70of of of in 3-D 994),业已引起我国石油地质工作者的高度重视,并在应用中取得了一系列成果,极大地推进和发展了该理论体系和技术方法,已初步形成适合含油气盆地层序分析的技术和研究思路(邓宏文等,1996;王洪亮和邓宏文,1997;郑荣才等,2001),为指导油气勘探开发提供了更为有效的技术支撑平台。位于鄂尔多斯盆地中偏北部的榆林长北气田,是典型的岩性地层圈闭的大型气田,主要产层是下二叠统山西组2段。近年来,随着勘探和开发的不断深入,对鄂尔多斯盆地北部山2段沉积相、储层和气藏特征等方面的研究已积累有丰富的资料(邓宏文等,1997;翟爱军等,2000;惠宽洋等,2002;席胜利等,2002;郑荣才等,2002;付锁堂等,2003;王怀厂等,2005;孟军田和贾会冲,2003;李士祥等,2005;梁积伟和李文厚,2006;刘家铎等,2006;韩会平等,2007;王华等,2008),但是对储集砂层的时空展布和演化规律研究很少,制约了该气田高效开发。本文以994)为指导思想,对长北气田山2段开展高分辨率层序分析,探讨长北气田山2段储集砂层的时空展布和演化规律,首次采用序贯指示三维模拟技术预测砂体,为长北气田山2段气藏高效开发提供依据。1 山2段气藏地质概况长北气田位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡东北部(图1),面积约6 000 “北岔沟砂岩”之底为下二叠统山西组底界,与下伏太原组为冲刷面接触。图1 鄂尔多斯盆地构造区划分与研究区位置图1 of :鄂尔多斯盆地长北气田山西组2段高分辨率层序构型与砂体预测1 期以“骆驼脖砂岩”之底为其顶界,与下石盒子组亦以冲刷面接触。位于山西组下部的山2段为长北气田主力产层,厚度为90~120 m,区域分布呈东西向,地层厚度分布较稳定,而在南北方向上具有中间厚、两端薄的变化。山2段属于海退型辫状河三角洲沉积体系(付锁堂等,2003;王华等,2008),储层主要为平原和前缘亚相的水上→水下分流河道砂体,岩性主要为含砾中屑石英砂岩和石英砂岩,孔隙类型以剩余原生粒间孔、粒间溶孔、粒内溶孔和少量铸模孔、微裂缝为主。孔隙度为2%~12%,渗透率为(0)×10发现超过1 000×108有储层厚度大、横向上分布稳定、单井产能高及开发效果好等特点(王怀厂等,2005),是榆林地区天然气勘探开发的主要目标层。2 层序界面特征及其识别标志高分辨率层序地层对比是同时代界面和地层的对比,基准面旋回的转换面是进行时间地层对比的优选位置(994;邓宏文等,1996;王洪亮和邓宏文,1997),因此,优选的地层对比位置主要有2种:①基准面由下降折向上升的转换面,即层序界面,通常表现为构造不整合面或不同规模与级别的侵蚀面、沉积相或岩相转换面;②基准面由上升折向下降的转换面,即不同规模与级别的洪泛面,在小层砂体的对比中具有同等重要的等时对比意义(郑荣才等,2004;高志勇等,2007)。根据对晋西柳林成家庄露头剖面观察和研究区及周边56口钻井的岩芯描述与测井曲线的综合分析,从山2段中可识别出的基准面旋回界面主要有:①山西组底部与太原组之间区域上普遍发育的构造不整合面(贺自新等,2004),该界面是山2段长期旋回层序底界面;②旋回内具不同规模和尺度的冲刷面与岩性、岩相转换面,此类界面是各低级次基准面旋回层序的底界面(郑荣才等,2002;周祺等,2008)。依据上述于山西组内普遍发育的,在56口钻井中可被识别的各类层序界面,将山2段划分为1个长期(2个中期(4个短期()和8~9个超短期(准面旋回层序(图2)。基准面旋回层序构型与储层发育关系1)超短期和短期旋回层序构型与储层发育关系超短期和短期旋回层序结构相似,分别与和Ⅴ级层序相当(郑荣才等,2001),厚度规模为数米至十数米级。研究区山2段发育有8~9个超短期旋回层序,由2~3个超短期旋回叠加组成了4个短期旋回层序,此二个级别的层序均可划分出向上“变深”非对称型和对称型2种基本类型及5种亚类型。(1)向上“变深”非对称型旋回此类型旋回广泛发育于河流和三角洲的分流河道沉积区,主要特征为:①层序中仅保存基准面上升半旋回沉积记录,下降半旋回则为侵蚀冲刷面,测井曲线为箱形或钟形(图3);②层序底界为冲刷面;③主要发育于物源供给非常充分的条件下;④根据可容纳空间与沉积物供给比的变化,可细分为低和高可容纳空间2种亚类型,前者主要出现在分流河道彼此叠置的三角洲平原部位,岩性主要为单一的含砾粗序底界为底冲刷面,向上略趋“加深”变细的沉积序列(图3中的往往由主河道砂体组成,不发育泥质隔层;后者主要出现在侵蚀较弱的三角洲前缘水下分流河道部位,岩性组合相对较复杂,由粗深”沉积序列(图3中的底部与下伏地层大多数呈岩性突变的底冲刷关系。与前者相比较,层序中下部的河道砂体保存较完整,层序上部的细粒堤岸沉积往往也可得到较好保存。(2)对称型旋回山2段对称型旋回类型具有如下特点:①基准面旋回上升和下降半旋回都有沉积记录;②以层序内的湖泛面为界,由下部向上变细的正韵律与上部向上变粗的反韵律叠加组成,测井曲线形态表现为钟形4);③主要形成于沉积物供给率接近至略低于可容空间增长率的弱补偿或欠补偿沉积条件下;④按上、下二个时间单元厚度比例,可细分为以上升半旋回为主的不完全对称型(图4中的上升和下降半旋回近于相等的对称型(图4中的以及仅在超短期旋回层序中有所发育的以下降半旋回为主的不完全对称型(图4中的73郑荣才 等:鄂尔多斯盆地长北气田山西组2段高分辨率层序构型与砂体预测1 期种亚类型。(3)超短期和短期基准面旋回分布特征与储层分布的关系长北气田山2段属于辫状河三角洲沉积体系的平原和前缘部分(图2),其超短期和短期基准面旋回结构的分布规律具有以下3个特点:①山2段下部(于海退型辫状河三角洲平原亚相,以发育为上部(于为辫状河三角洲前缘亚相,以发育为分为同一时期不同相带的旋回结构,具有从平原亚相带的前缘亚相带逐渐过渡为下游方向逐渐转化为部出现有利储层发育的旋回结构是分为集砂体发育在上升半旋相域的中下部,由水上分流河道→水下分流河道连续延伸的砂体组成。2)中期旋回层序构型与储层发育关系中期基准面旋回层序与层序或体系域级别相当(郑荣才等,2001),厚度规模为十数米至数十米级,通常具有较完整的次级水进—水退沉积旋回。山2段发育有2),此 个中期旋回层序都由2个具有相似岩性、岩相和旋回结构的短期旋回层序叠加组成。如图4 不完全对称型和近完全对称型超短期和短期基准面旋回结构 (左:陕205井,右:榆294 as as 05 9 校 地 质 学 报 1 5 卷 1 期74同短期旋回,可划分出向上“变深”非对称型和对称型2种基本类型,其中“变深”非对称型同样可用低或高可容纳空间进行描述和划分亚类型,但在长北气田山2段仅发育高可容纳空间亚类型(即而对称型可细分为2型和同结构的中期旋回分布规律为:①在三角洲平原和前缘相带的上游地区,一般以发育往由2型→在三角洲前缘的中、下游地区,以常由1型→部发育有有利储层发育的中期旋回结构依然是储集砂层主要为发育在中期上升半旋相域的水上分流河道→水下分流河道,砂体的连续性好(图5),部分为发育于下降半旋回的连续性相对较差的水下分流河道和河口坝砂体。3)长期基旋回层序构型与储层发育关系长北气田山2段为一较完整的长期基准面旋回,以区域性构造不整合面为层序低界面,a,相当于层序(郑荣才等,2001)。在长北气田范围内山二段长期旋回层序厚85~120 m,自下而上由别为个中期旋回叠加组成(图2),最大洪泛面发育于上部,与序结构无一例外地表现为上升半旋回厚度远大于下降半旋回,显示山2段主要接受长期基准面上升期沉积,而下降期则有频繁的暴露和侵蚀作用,此特征与长北气田山2段主体处于海相辫状河三角洲平原与前缘相带的过渡位置是一致的。层序地层格架和井间砂体等时对比由于黄土层覆盖厚度大,长北气田未实施地图5 长北气田山西组2段中期旋回沉积微相平面图 (左::5 of in 5郑荣才 等:鄂尔多斯盆地长北气田山西组2段高分辨率层序构型与砂体预测1 期震勘探,因此,井间的地层对比和砂体追踪历来为该气田的技术难题。然而平缓的单斜地质构造和稳定的区域地层分布及地层格架中近于同步的基准面旋回过程,使井间地层和砂体的等时追踪对比成为可能。本研究以沉积相序界面识别和多级次基准面旋回划分为依据,以等时地层格架中连井剖面的等时对比为技术支撑(郑荣才等,2003;高志勇等,2007),以最具等时对比意义的中期旋回层序为等时地层对比框架,短期和超短期旋回层序为等时地层单元,建立长北气田山2段等时层序地层格架(图6),在此基础上,对山2段三角洲砂体分布规律与基准面旋回的关系进行分析,得出以下几点认识:①长北气田范围内,此2个中期旋回层序的时空演化和砂体展布具有很好的可追踪性和等时对比性;②最有利储层发育的向上“变深”非对称型短期和超短期旋回层序,主要发育于多数具有多个砂体连续叠置的沉积序列,砂体间被底冲刷面分割,泥、粉砂岩夹层少;③性组合较复杂,砂体之间泥、粉砂岩夹层多,其垂向、纵向和侧向连通性都变差。3 序贯指示三维模拟技术的选择砂体的三维建模是在三维空间内对砂体几何形态及空间展布做定量或半定量地描述,其核心是井间砂体的预测(胡雪涛和李允,2000),随机模拟法建模就是用具有随机性的数学模型拟合地质现象或地质过程的区域化变量。随机建模的方法很多,如序贯指示模拟法、截断高斯函数法、示性点过程法、模拟退火法等(文健和裘择男,1994;何凯涛和辜华量,1997;杜启振等,1999;寿铉成等,2003;宋永忠等,2003;刘军等,2003;李红和柳益群,2006)。其中序贯指示模拟(三角洲相砂体建模的优选方法,因为它对模拟变量的要求灵活,定性或定量参数均可参与计算,使用不同类型的变量对应不同的变差函数来模拟各向异性的复杂地质现象,可用于模拟离散变量(沉积微相、岩石类型、夹层分布、裂缝等),并且模拟过程忠实于原始数据,模拟结果可信度高(胡雪涛和李允,2000;寿铉成等,2003;宋永忠等,2003;刘军等,2003)。序贯指示三维模拟结果及其砂体预测效果据已有资料统计,长北气田山2段单砂体厚度与气层钻获率呈明显的正相关性,相当超短期旋回级别的单砂体厚度在2.5 .5 而3.5 而且多数为工业气层。此特征说明有利成藏的单砂体在2.5 显示单砂体厚度越大,相对高渗透层越发育,所能提供的储集砂体越多和越有利于成藏的一般规律,因此,以超短期旋回级别的单砂体为等时地层单元和约束条件,进行序贯指示建模模拟单砂体空间分布位置(图7),成为长北气田山2段气藏储集砂体预测和高效开发行之有效的技术方法(寿铉成等,2003)。在沉积相和层序分析基础上(郑荣才等,2002;王华等,2008;周祺等,2008),本次研究首次采用以高分辨率层序分析为基础,建立等时地层格架为约束条件,在结合单砂体为等时地层单元编制的砂岩等厚图、砂/泥比等值线图和沉积微相图的基础上,对长北气田山2段相当超短期旋回层序级别的三角洲水上→水下分流河道砂体进行序贯指示三维模拟(图7),预测的水上)相当超短期旋回层序级别的各沉积期,三角洲平原体在垂向上和纵向连通性好,而侧向连通性较差,与山2段物源搬运方向(席胜利等,2002)和钻井揭露的分流河道砂体自北向南延伸的产状特征相一致;2)基准面上升期海岸线向陆方向迁移,伴随三角洲平原缩小和前缘扩大,水下分流河道侧向迁移频繁,分支多和砂质沉积活跃,砂体形体多呈宽带状和网状分布。基准面下降期海岸线向海盆方向迁移,三角洲水上平原扩大而前缘缩小,河道下切作用增强但侧向迁移减弱,分支少,砂质沉积规模变小,砂体形体多呈瘦小的鸟足状;3)砂体在9个超短期旋回层序的上升相域广高 校 地 质 学 报 1 5 卷 1 期76图6 长北气田山西组2段118井—陕214井层序地层对比格架图(剖面位置见图1)6 -S 051814 , :鄂尔多斯盆地长北气田山西组2段高分辨率层序构型与砂体预测1 期图7 超短期旋回层序7 of a) b)  地 质 学 报 1 5 卷 1 期78泛发育,m,m,单砂体之间常被底冲刷面分割,而泥、粉砂岩夹层少;4)而洪泛期为细粒沉积物沉积期,也是隔层和局域性盖层主要发育期;5)下降相域因受到基准面穿越沉积界面和侵蚀作用的影响,砂体相对不发育,m,m,砂体主要与泥、粉砂岩互层产出;6)不同时期河道的侧向迁移的活动性差异较大,如局部发生侧向迁移,分布范围有限,于下切谷范围内砂体厚度较大,连通性好。而上物源供给充足,因此河道加宽和侧向迁移频繁,砂体厚度和宽度加大,呈宽带状分布,纵向连通性好,侧向上与分流间沼泽(或分流间湾)泥岩呈交替分布格局,因此,侧向连通性差。至积物供给不充分,特别是期基准面下降则河道侧向迁移不活跃,河道砂体厚度较薄,泥、粉砂岩夹层多,连通性最差,往往与分流间湾泥岩构成交叉展布的鸟足状分布。4 结论1)长北气田山2段优质储层的发育与分流河道、水下分流河道、河口坝微相发育程度及分布范围密切相关,有利储层发育的三角洲平原要发育在具备向上“变深”非对称型结构的超短期和短期旋回层序中,砂层具有厚度较大,物性较好,砂体在垂向和纵向连通性好的特点,在制定开发方案时应以相当超短期旋回级别的单砂层为主要对象。2)以精细的沉积相和高分辨率层序分析为基础上,以建立等时地层格架为约束条件,结合短期或超短期旋回层序为等时地层单元编制的砂体等厚图和沉积微相图,对相当超短期旋回层序级别的三角洲砂体进行序贯指示三维模拟,可有效地提高三角洲储集砂体的预测和描述精度,为长北气田山2段气藏高效开发提供了依据和行之有效的新技术方法。T A. 1994. of C]. 1996. of J]. 17 (3): 177(et 1997. in in G] // et in il (u Q 1999. 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