Question

俄罗斯科维克金气田海相三角洲高分辨率层序地层学特征

Answer 1

一、地质背景

高分辨率层序地层学自问世以来，以其全新的概念、技术方法及其显著的实际应用效果，业已引起广大地质工作者的高度重视，公布有一大批研究成果，但现有的研究成果主要集中在陆相地层方面，而有关海相地层的研究成果较少，相关报道的内容描述普遍很简单。本文以俄罗斯科维克金气田PF组为例，分析海相三角洲沉积体系的高分辨率层序地层学特征，以期丰富该理论体系的研究内容。

俄罗斯科维克金气田发育于西伯利亚地台之上，面积约为3300km²，PF组地层为主要含气层位，该地层单元的地质年代相当于我国华南上震旦统陡山沱组，为一自南东向北西由陆向海强烈进积的海相三角洲沉积体系(图10-1)，三角洲平原、三角洲前缘、前三角洲三个相带的展布格局非常清晰，具备十分优越的，以自生、自储、自盖为主的生储盖组合条件(图10-2)，其中区域性烃源岩和有效盖层由普遍发育的大套前三角洲-浅海陆棚相的暗色页岩组成，储集岩主要为广泛发育在三角洲平原和前缘过渡带中的分流河道砂体和潮道砂体、潮汐沙脊砂体，其中以分流河道和潮道砂体的储集物性为最好，岩性主要为含有少量硅质细砾石的中-粗粒岩屑长石石英砂岩，储集空间以具有绿泥石等厚环边胶结结构的原生粒间孔为主，目前在三角洲平原和前缘相带的分流河道和潮道砂体中钻获有多口中高产天然气井，已初步形成中-大型气田产能规模。

图10-1俄罗斯科维克金气田PF组三角洲古地理略图

垂向剖面上(图10-2)，该PF组可划分为PFⅠ、PFⅡ两个岩性段和PFⅡ-1、PFⅡ-2、PFⅡ-3及PFⅠ-1、PFⅠ-2五个岩性亚段，气田范围内两个岩性段和五个亚段都有较稳定的发育层位和以广泛发育的前三角洲泥岩(或陆棚泥岩)为区域对比标志。按沉积演化序列中的砂岩粒度、粒序、砂/泥岩比值变化规律和大型斜层理、潮汐层理、冲洗层理和底冲刷构造发育状况，可将PF组三角洲沉积体系划分为两种成因类型，其中PFⅡ-1至PFⅡ-3亚段下部为以波浪作用为主的浪控三角洲，以进积作用为主。PFⅡ-3亚段上部至PFⅠ-2亚段下部为潮控三角洲，以退积作用为主。在PFⅠ-2亚段中、上部全区一度迅速加深为浅-半深海陆棚沉积环境，而在PFⅠ-2亚段顶部出现含有硬石膏的薄层泥-微晶白云岩，反映PF组晚期进入海水循环受限和蒸发作用较强的局限海环境。至PF组沉积后，该局限海环境的硬石膏和泥-微晶白云岩沉积持续了很长的一段时间，其中仅硬石膏层的连续沉积厚度即可达数百米，为PF组气藏的形成提供了极其有效的区域性盖层。

图10-2俄罗斯科维克金气田PF组沉积相及高分辨率层序地层综合柱状图

二、PF组高分辨率层序地层学特征

该气田现已投入早期开发阶段，急需开展以小层砂体(或单砂体)划分、微相分布和等时追踪对比，以及砂体几何形态描述、储层结构和非均质性特征分析等内容的精细地质研究，以指导合理部署开发工程。针对需进行小层砂体划分和等时追踪对比，以及编制短时间尺度大比例尺等时沉积微相图的要求，采用高分辨率层序地层学方法进行多级次层序划分，在确定沉积体系域时，引用了Vail(1984)等人提出的层序概念和划分标准。层序级别的划分和命名，原则上沿用Cross提出的方案和术语，将PF组划分为2个长期(LSC1和LSC2)、4个中期(MSC1-MSC4)和14个短期(SSC1，SSC2，…，SSC14)旋回层序(图10-2)。各级次旋回层序的定义及其与Vail经典层序划分方案的对应关系由表10-1所示。

表10-1俄罗斯科维克金气田PF组高分辨率层序地层划分方案及层序定义

(一)各级次基准面旋回的基本特征

1.短期旋回层序

短期旋回层序是研究区内PF组中所能识别的最小成因地层单元，其成因和结构特征受可容纳空间与沉积物供给量比值(A/S比值)变化、气候和地层自旋回等多重因素复合控制，以小型底冲刷面或相关整合界面为层序边界，产出规模一般为数米至近十米级。此类层序的识别和划分，系进行高分辨率层序分析的基础，按岩性和岩相组合特征及沉积演化序列，可划分为三种基本结构类型。

向上变“深”非对称型此类型(以下简称A型)形成于沉积物供给率大于可容纳空间增长率的过补偿沉积条件，大多数出现在周期性海侵初期至早期的沉积演化序列中，以仅保存上升半旋回早、中期的沉积记录，下降半旋回则以表现为暴露和侵蚀冲刷作用为特征。按其沉积微相组合特征和保存状况，可进一步细分为低可容纳空间和高可容纳空间两种亚类型结构。

(1)低可容纳空间向上变“深”非对称型(A₁型):此亚类型主要发育于三角洲平原的分流河道沉积区，具备沉积物供给率远大于可容纳空间增长率的条件(A/S1)，层序主要由代表基准面上升早、中期沉积的单个或多个呈相互切割叠置的心滩和潮控分流河道或浅滩砂体组成(图10-3A)，以具有下切侵蚀作用的底冲刷面为层序的底界面，砂体内普遍发育反映较强水动力条件的双向板状或槽状交错层理、平行层理，大多数具有向上变细或泥质含量增多的正粒序，底部含滞留泥砾或石英小砾石。

图10-3俄罗斯科维克金气田PF组常见的几种非对称型短期旋回层序结构和相序列

(2)高可容纳空间向上变“深”非对称型(A₂型):此亚类型亦主要发育于三角洲平原的分流河道沉积区，偶见于三角洲前缘亚相带。与A₁亚类型比较，此亚类型的沉积条件主要处于沉积物供给率大于可容纳空间增长率的补偿条件下(A/S＜1)，因而基准面上升半旋回的沉积记录保存较完整，层序主要由代表基准面上升期沉积序列的分流河道→天然堤→分流间洼地，潮控分流河道→潮坪，浅滩→潮汐砂脊→潮坪等多种样式的沉积序列组成(图10-3B)，也以底冲刷面为层序的底界面。砂体主要位于层序的中下部，发育有大型板状及槽状交错层理、平行层理等沉积构造，也具有向上粒度变细和泥质含量增多的正粒序。

向上变浅非对称型短期旋回层序此类型(以下简称B型)以仅保存下降半旋回沉积记录，上升半旋回表现为无沉积间断或水进冲刷面为特征，广泛发育于被PF组超覆的下伏地层顶部，而于PF组内则不发育。垂向剖面上，位于层序底部的无沉积间断面成因与快速海侵形成的水进冲刷作用有关，其时间跨度相当于上升半旋回，而下降半旋回则表现为持续海退条件下发育的前三角洲→远砂坝和河口坝组成的加积-弱进积沉积序列，顶或为岩性渐变的弱冲刷面，或为有上覆水道砂体大幅度强烈下切超覆和岩性突变的大型冲刷面(图10-3C)，后者可代表具有强烈侵蚀和充填作用的下切河道回春位置。

对称型短期旋回层序此类型(以下简称C型)形成于沉积物供给率接近至略低于可容纳空间增长率的、相对均衡或弱欠补偿的条件下(A/S≥1)，为研究区内最发育的短期旋回层序结构类型，以上升和下降两个半旋回沉积记录保存较完整，层序内以发育有具备相转换面性质的二分时间单元分界线(即短期旋回层序界面和短期最大海泛面)为显著特征。按上升与下降两个半旋回时间单元的沉积厚度变化关系，可进一步细分为三个亚类型。

(1)以上升半旋回为主的不完全对称型(C₁型):此亚类型以上升半旋回沉积厚度明显大于下降半旋回为特征，属于上升半旋回沉积强度高于下降半旋回的缓慢海侵-快速海退韵律旋回过程的产物，主要发育于三角洲平原和前缘两个亚相带。此亚类型的上升半旋回沉积序列与A₂型非常相似，都以发育向上加深和变细，或泥质组分增多的正韵律为显著特征(图10-4A)，所出现的差别主要在于发育有薄的下降半旋回沉积，其大都由向上变浅变粗，或泥质组分减少的分流河道、河口坝或浅滩的弱进积砂体组成，个别仍为前三角洲泥岩沉积。

图10-4几种短期旋回层序结构和相序列

(2)近完全-完全对称型短期旋回层序(C₂型):此亚类型以上升和下降半旋回沉积厚度近完全或完全相等为特征，属于上升半旋回和下降半旋回相均衡的缓慢海侵-缓慢海退韵律旋回过程的产物，主要发育于三角洲的前缘亚相带。其基本特点与C₁型较为相似(图10-4B)，主要差异在于代表海侵过程的上升半旋回沉积作用略有减弱，位于层序下部的水道化或浅滩化砂体厚度变薄，而代表海退过程的下降半旋回沉积作用明显增强，特别是位于层序上部的河口坝或潮汐砂脊砂体明显增厚和加粗。

(3)以下降半旋回为主的不完全对称型旋回层序(C₃型):此亚类型以下降半旋回沉积厚度大于或远大于上升半旋回为特征，属于下降半旋回沉积强度高于上升半旋回的快速海侵-缓慢海退韵律旋回过程的产物，主要发育于两类三角洲的前缘亚相带及其向前三角洲亚相带延伸过渡的部位。与前两种亚类型比较，此亚类型的上升半旋回仅由薄的分流河道砂体、潮坪或潮道砂体组成，向上迅速加深变细为分流间湾、潟湖或前三角洲的泥质沉积为主，下降半旋回则由沉积强度较高的远砂坝-河口坝或浅滩、潮汐砂脊组成的进积复合体(图10-4C)。

短期旋回层序的分布模式上述短期旋回层序的结构和沉积序列较为复杂，类型众多，其结构类型，同时受到由基准面升降引起的海侵-海退韵律旋回过程及与之相关的三角洲沉积体系中各亚环境和微环境变迁、水动力能量强度和作用方式变化的控制，而其空间分布规律主要受有效可容纳空间向陆迁移(对应基准面上升的海侵期)或向盆地迁移(对应基准面下降的海退期)，以及A/S值的变化等诸多因素的复合控制，具有基准面上升的海侵早、中期为分流河道、心滩和潮道等各类砂体的主要发育期，下降的海退期为河口坝、前缘席状砂和浅滩砂体或潮汐砂脊等各类砂体的主要发育期，而介于基准面上升达高点位置后折向下降的海泛期，则为分流间湾(或分流间洼地、沼泽)、潟湖、潮坪和前三角洲等各类低能环境泥质沉积期的沉积演化特点，自三角洲平原经三角洲前缘至前三角洲方向，短期旋回结构具有从A₁和A₂型为主，经C₁和C₂型为主至C₂和C₃型为主，局部出现B型结构的演化趋势和分布模式(图10-5)。

图10-5PF组各类短期旋回层序的展布模式(以PFⅡ段浪控三角洲为例)

2.中期旋回层序

由短期旋回层序叠加组成的中期旋回在PF组中的分布非常稳定，其中MSC1-MSC3均由三个短期旋回叠加组成，仅MSC4由五个短期旋回叠加组成。此四个中期旋回层序的结构均属不完全-近完全对称型旋回(图10-6)。层序中的短期旋回叠加样式也非常一致，出现以下几个基本特点和演化规律:

图10-6PF组几种常见的中期旋回层序剖面结构

(1)在三角洲前缘外侧远河口的部位，以发育下降半旋回沉积厚度大于上升半旋回的不完全对称型结构为主(图10-6A)，近河口的内侧以发育近完全对称型结构为主(图10-6B)，而在三角洲平原地区，则以发育上升半旋回沉积厚度大于下降半旋回的不完全对称型结构为主(图10-6C，D);

(2)旋回中的短期旋回层序的叠加样式，具有上升半旋回早、中期以发育A₁型、A₂型或C₁型为主，个别为C₁或C₂型的短期旋回层序结构，总体显示向上变“深”的海侵型退积特点。上升半旋回晚期至下降半旋回早期以发育C₂型短期旋回层序结构为主，个别为C₃型，主要显示韵律性海侵与海退相均衡的加积特点。而下降半旋回中、晚期较复杂，一般以发育C₃型短期旋回结构为主，显示主体以发育向上变浅的海退型进积特点;

(3)由上述短期旋回叠加所构成的中期旋回层序，属于区域上较次级的海侵-海退沉积旋回，具极好的区域等时对比性。需指出的是，在中期旋回层序的顶部，于部分钻井中经常出现C₁型和A₂型短期旋回层序结构(图10-6D)，其成因与中期基准面下降达低点位置后，层序上部的沉积物不同程度地遭受到间歇暴露和侵蚀作用，致使界面之下原已发育的C₃或C₂型短期旋回层序的下降半旋回保存不完整或缺失，由C₃型转变为C₁型或A₂型有关。此现象主要出现在中期基准面下降有较大幅度的部位，如分流河道或潮道，以及波浪作用较强的潮汐砂脊、河口坝和前缘席状砂等沉积地貌高部位，成因与该部位于中期基准面下降一旦达低点位置时，旋即发生较强水流较大幅度地下切侵蚀作用有关。与此相对应，有较大幅度下切或侵蚀作用形成的层序界面之上(即下一个中期旋回层序的底部)，往往发育有单砂体厚度较大的、以充填下切河道或潮道为主的各类成因砂体，通常为最有利于储层发育的砂体。

3.长期旋回层序

PF组中发育两个长期旋回层序(或Ⅲ级层序)，下部的LSC1由MSC1和MSC2叠加组成，上部的LSC2由MSC3和MSC4叠加组成，发育规模符合Vail的Ⅲ级层序概念，因而也可依次划分为LST(或MST)、TST和HST三个沉积体系域(图10-2)。两层序中的各沉积体系域与高分辨率层序划分的对应关系分别为:下部LSC1层序的低位体系域(LST)相当于MSC1层序，为一以河控作用为主的三角洲强烈进积复合体，具有进积→加积→进积作用为主的快速充填演化序列，以发育于层序底部的分流河道砂体与下伏地层单元的前三角洲泥岩呈岩性和岩相突变的沉积不整合接触关系，显示LST的底界面属于具备河流回春性质的Ⅰ型层序界面。海侵体系域(TST)相当于MSC2的上升半旋回，以MSC2层序的底界面代表区域性的初始海泛面(CS₁)。海侵体系域的识别，亦可以该界面之上的分流河道砂体发育位置较大幅度地向陆方向退缩、厚度变薄、前三角洲泥质沉积有更大的分布范围为标志，并以位于MSC2层序上升半旋回顶部广泛发育的前三角洲泥岩段为顶界，代表该体系域顶部具最大海泛面(MFS)性质的相转换面。高位体系域(HST)相当于MSC2的下降半旋回，由快速变浅的河口坝与分流间湾交替沉积组成，具有不明显的加积→弱进积序列;上部LSC2层序的陆架边缘体系域(SMST)相当于MSC3层序，主要由一套向陆上超、向盆地迁移的潮控分流河道、潮道、潮汐砂脊和浅滩组成的进积复合体。TST相当于MSC4的上升半旋回，由韵律交替和水深逐渐加大的潮控分流河道、潮道、潟湖、潮坪组成，以具备特征的加积→退积序列为主要识别标志。该层序的最大海泛面位于MSC4上升半旋回顶部，具潮控三角洲向浅海陆棚转化相转换面性质，其上发育于MSC4下降半旋回中的浅海陆棚向局限台地白云岩建造转化的沉积序列，代表该层序的高位体系域，主要由加积型的陆棚泥岩夹浅滩砂岩和薄层泥灰岩、泥质白云岩组成。从总体上看，此二层序具有上升半旋回(LST+TST)自下而上由粗变细、泥质夹层逐渐增多、沉积环境水深加大和河流作用逐渐减弱、波浪与潮汐作用逐渐增强及沉积厚度较大的沉积演化特点，而下降半旋回(HST)则具有反向的沉积演化序列和沉积厚度远小于上升半旋回的特点。显而易见，此二长期旋回层序的发育，主要处在以长期基准面持续缓慢上升为背景的，沉积物供给较为充沛和可容纳空间相对较低的，以及三角洲平原与三角洲前缘交替发育的稳定海侵环境中，因而极有利于三角洲平原和前缘亚相的各类浪控和潮控型成因砂体的发育。此特征与单井沉积相分析和平面沉积微相编图结果，均表明两层序中诸短期和中期旋回层序的各类成因砂体都主要发育在中、长期旋回层序界面的两侧且砂体具连续叠置发育的特点，并以砂体间的泥岩夹层较少为显著特征，而对应中、长期旋回层序的最大海泛面，则为凝缩段沉积的主要时期，与表现为相对连续的前三角洲泥岩沉积特征是一致的。

(二)层序地层格架

以中、长期旋回层序的界面和最大海泛面为等时地层对比的优选位置和年代地层框架，确定中、短期旋回层序为等时地层对比单元，建立高时间精度分辨率的等时地层格架(图10-7)，为进一步了解PF组中各小层砂体成因类型和时空展布规律，对小层砂体或单砂体开展等时追踪对比和几何形态精细描述，以及编制以小层砂体和单砂体为单元的沉积微相图等精细地质研究工作，提供了更为可靠的基础地质资料。

图10-7PF组层序地层格架和地层格架中的砂体展布和对比关系(井位参见图10－1)