依据扇三角洲前缘不同级次层序界面的发育状况和由不同级次基准面变化记录的沉积响应特征,可从柳赞油田北区沙三3亚段中划分出三级、四级、五级、六级4个级次的层序。其中四级层序FS5和FS6为上部三级层序SQ2湖侵体系域的早期沉积,四级层序FS1、FS2、FS3和FS4组成下部三级层序SQ1的湖退体系域,SQ1和SQ2之间为不整合接触(图3.19)。
图3.19 柳赞油田北区沙三3亚段层序地层及沉积微相分析图(L13-14井)
各四级层序中又包含若干五级层序,其级次与小层相当。在砂体较为发育的四级层序中(如FS2和FS6)可进一步划分至六级层序。现将五级层序和六级层序的结构类型和层序界面的展布特征分述如下。
1.扇三角洲前缘六级层序类型及其界面特征
依据大量钻井、测井和岩心资料的详细分析,可将扇三角洲六级层序划分为3种类型。
1)正韵律型(a2型)
该类型六级层序多见于水下分流河道环境。自下而上的岩性组成为:砾岩(或砂质砾岩)→粗砂岩→中、细砂岩→泥岩(或砂质泥岩),总体显示为较完整的正韵律。自下而上的层理类型主要为块状层理、交错层理和平行层理(图3.20)。层序界面表现为河道底冲刷面。
图3.20 A1型和a2型高频层序结构特征(LBJ1-10井)
2)反韵律型(b2型)
该类型层序有两种表现形式:① 自下而上由粉砂岩、中砂岩、粗砂岩组成粒度逐渐变粗的反韵律,测井曲线也显示为平滑的反旋回特征(图3.21)。层序界面为代表缓慢沉积作用的泥质披盖。此类型六级层序主要发育在河口坝(或席状砂)沉积区。② 由分流间湾的泥岩、泥质粉砂岩和粉砂岩组成向上变粗的反韵律,此类型六级层序在水下分流间湾较为常见,但识别该类型六级层序意义不大。
图3.21 B2型和b2型高频层序结构特征(L13-14井)
3)不明显反韵律型(b3型)
该类型六级层序平面上主要分布在水下分流河道的前端。自下而上的岩性构成为粗砂岩(或中、细砂岩)→砂质砾岩→砾岩,层理类型主要为块状层理,垂向上组合为不明显的反韵律。层序界面可表现为砂质砾岩与粗砂岩之间的岩性界面,也可表现为沉积间歇期形成的泥质披盖。舌状坝的上部由于沉积物供应较强也可能发育水下分流河道沉积,组合成“坝上河”复合砂体(图3.22)。
图3.22 B3型和b3型高频层序结构特征(L13-16井)
2.扇三角洲前缘五级层序类型及其结构特征
扇三角洲前缘五级层序类型可分为向上变深的非对称型及向上变浅的非对称型和向上变深复变浅的对称型三种类型。现将其特征分述如下:
1)向上变深的非对称型
此类型五级层序在各四级层序内都有发育,平面上多见于水下分流河道沉积区。层序内部仅保存基准面上升半旋回,下降半旋回则处于侵蚀冲刷状态而使沉积物无法保存。根据岩相组合保存程度,可进一步划分为低可容空间型(A1型)和高可容空间型(A2型)两种亚类型。
(1)低可容空间型(A1型)多见于近河口部位,形成于物源供应特别充分、可容空间较小的条件下。由2~4个正韵律型(a2型)六级层序组成。垂向沉积构成表现为:底部为冲刷面,下部由互相叠置的水下分流河道组成,单个河道砂体由交错层理含砾粗砂岩、块状层理粗砂岩组成,单期河道之间呈冲刷接触关系(图3.19);河道上部的细粒沉积则被后期河道改道的冲刷作用带走,保存较少。自然伽马和深侧向曲线呈齿化钟型。
(2)高可容纳空间型(A2型)主要分布在远离河口的部位,形成于基准面较大幅度上升引起的可容纳空间递增、沉积物供给量逐渐减小的条件下,由2~4个正韵律型(a2型)六级层序组成。层序底部为小规模的冲刷面、中部由块状层理粗砂岩和含砾粗砂岩构成河道主体部分,顶部发育厚层分流间湾的细粒物质(图3.23)。自然伽马和深侧向曲线组合形态呈指状或尖峰状。
图3.23 A2型和a2型高频层序结构特征(L15-21井)
低可容空间型五级层序的顶底界面都表现为河道底部的冲刷面;高可容空间型五级层序界面表现为冲刷面,洪泛面与层序顶部界面近于重合。
2)向上变深复变浅的对称型
该类型层序对基准面上升和下降半旋回的沉积记录都有保存,形成于沉积物进积作用还不是太强,可容空间也较大的条件下,因此基准面上升和下降时期形成的沉积记录都保存得比较完整。但由于沉积位置不同,河、湖水能量差异, 沉积微相的构成有特征差异[39],可以具体细分为两种亚类型:
(1)以上升半旋回为主的对称型(C1型)。主要分布在水下分流河道沉积区,主要由a2和b2型六级层序组成。基准面上升期,由于河水能量较强,形成多期互相冲刷叠置的河道砂砾岩体,冲刷面之上发育泥砾岩(图3.24)。基准面下降期以河道外侧分流间湾或水下溢岸的垂向加积为主。但是由于水下分流河道的频繁分叉改道,河道外侧垂向加积的湖相泥岩中常夹有小规模的分支河道。当基准面停止下降,下一期的分流河道开始发育,从而形成上升半旋回明显大于下降半旋回的不完全对称旋回。层序顶界面和底界面都为河道底部的冲刷面。
图3.24 以上升半旋回为主的对称型(C1型)五级层序(LBJ1-24)
(2)以下降半旋回为主的对称型(C2型)。该类型层序多见于FS6的基准面下降期沉积,主要发育在水下分流河道与河口坝的交互沉积区,由a2和b2型六级层序组成。基准面上升期, 由于水下分流河道的供源能力不足,上升半旋回欠发育,发育小型水下分流河道→薄层分流间湾沉积组合;基准面下降期沉积物供应较充分,发育厚层分流间湾→席状砂→河口坝沉积组合,形成上升半旋回明显小于下降半旋回的不完全对称旋回类型(图3.25)。层序底界面为河道冲刷面,顶界面为洪泛面;该类型层序也可能受到后期河道的冲刷作用,因此顶界面也可能为河口坝与上部河道之间的冲刷面。
图3.25 以下降半旋回为主的对称型(C2型)(L1-13-13井)
3)向上变浅的非对称型
该类旋回多见于四级层序FS1、FS2和FS6中,主要发育在扇三角洲前缘的河口坝、席状砂沉积区。层序内部仅发育基准面下降半旋回沉积记录,上升半旋回则表现为无沉积作用面。研究区内向上变浅的非对称型层序较为发育,并且有两种表现形式:缓坡型(B2型)和陡坡型(B3型)。
(1)缓坡型(B2型)五级层序主要发育在四级层序FS6中,层序主体部分由1~2个b2型六级层序组成,该类型层序垂向沉积构成表现为欠补偿沉积间断面→分流间湾泥岩→席状砂→薄层河口坝的组合,形成向上变浅和粒度逐渐加粗的层序(图3.21)。在湖水动荡或者河流能量不稳定的情况下,层序上部砂体中常夹有薄层的泥岩。由于常常遭受后期河道的冲刷作用,因此层序顶界面可以是下一期河道底部冲刷面,也可以是洪泛面;层序底界面一般都是代表无沉积作用的洪泛面。
(2)陡坡型(B3型)五级层序主要发育在四级层序FS2中,由2~4个不明显的反韵律型(b3型)六级层序组合而成。垂向沉积构成为沉积间断面→分流间湾泥岩→多期舌状坝砂体(图3.22)。在沉积物不断进积的条件下,后一期舌状坝或水下分流河道叠加在前一期舌状坝之上,从而形成厚度大、粒度粗的复合式坝砂体,因此层序顶界面可能为河道底部冲刷面或洪泛面。
3.扇三角洲前缘五级层序界面特征
扇三角洲前缘五级层序界面的形成与发育主要受控于不同古地形条件下四级层序基准面的变化。在四级基准面升降的不同阶段,五级层序的结构特征、层序界面的类型与展布特征都呈现出有规律的变化。本节以不同地形条件下的四级层序为例,通过对不同结构类型的五级层序的分布状况进行统计,结合沉积微相特征,分析五级层序界面特征的变化规律。
1)陡坡环境五级层序界面特征的变化规律
研究区(柳赞油田北区)SQ1沉积期地形较陡,沉积物的供应较强,主要发育进积型四级层序。在四级基准面不断下降的过程中,五级层序界面特征在平面和垂向上都呈现规律性变化。下面以四级层序FS2为例具体分析。
FS2形成于SQ1湖退体系域的晚期阶段,其内部可进一步划分出5个五级层序(自下而上命名为FS21-FS25)。
顺物源方向上,近物源的水下分流河道沉积区主要以河道底部冲刷面为层序界面,尤其是在A1和A2型层序发育区,冲刷面的分布范围广泛,河道顶部的洪泛期沉积通常保存较少,或者完全被侵蚀,使得洪泛面与层序顶部界面近于重合。在水下分流河道沉积区离物源较远离的一侧,可容空间逐渐增大,C1型层序开始发育,层序界面为河道底部弱冲刷面,洪泛面逐渐由层序顶部移动至层序中上部。在河道与舌状坝的交互沉积区,主要发育C1型和B3型五级层序。在河水与湖水的相互作用下,该区域内层序界面主要表现为河道底部冲刷面和洪泛期形成的湖相泥岩。在舌状坝沉积区,洪泛面由层序中上部移动至层序底部,表现为欠补偿沉积背景下形成的湖相泥岩(图3.26)。
垂向上,在四级基准面由上升转为下降的过程中,作为五级层序界面识别标志的冲刷面的发育规模越来越大,而洪泛泥岩的分布范围越来越小。如图3.27所示FS2早期至中期阶段(FS21、FS22),河道底部冲刷面主要在柏各庄断层附近分布,范围较小;而洪泛泥岩在研究区的中部及南部地区广泛发育,剖面上可见,FS21和FS22五级层序底部洪泛泥岩的厚度大,且侧向连续性好;FS2中期(FS23、FS24)由于沉积物供应的增强,河道底部冲刷面规模也逐渐变大。河道前端发育大规模的舌状坝沉积,在坝体之间洪泛泥岩的厚度减小,侧向上不稳定。至FS2晚期阶段(FS25)沉积物供应继续增强,河道继续向前延伸,舌状坝被推进到研究区的南部边缘,这也使得B3型层序底部洪泛泥岩的分布范围减小,厚度变薄。顺物源方向的层序格架剖面显示,洪泛泥岩以两期坝体之间的细粒夹层的形式存在。
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图3.27 陡坡环境五级层序界面特征的变化规律
2)缓坡环境五级层序界面特征的变化规律
SQ2沉积期地形较缓,湖盆变得宽而浅,沉积物供应变弱,主要发育进积-退积复合型四级层序(图3.28)。下面以四级层序FS6为例具体分析五级层序界面特征的变化规律。
四级层序FS6形成于SQ2湖侵体系域的早期,其内部可进一步划分为4个五级层序(FS61-FS64),该时期沉积物供应与FS2相比明显变弱,砂体厚度较薄,泥质含量大大增加。在四级基准面上升至下降的过程中,五级层序界面的空间展布特征如下:
如图3.29所示,FS6早期(FS61),研究区内主要发育低可容空间向上变深的非对称型(A1型)、高可容空间向上变深的非对称型(A2型)和以上升半旋回为主的非对称型五级层序(C1型)。层序界面主要表现为河道底部冲刷面。
图3.29 缓坡环境五级层序界面特征的变化规律
FS6早期至中期(FS61、FS62),随着基准面的不断上升,以下降半旋回为主的对称型(C2型)和向上变浅的非对称型(B2型)五级层序逐渐发育。在研究区北部,A1型层序界面主要表现为河道底部冲刷面,洪泛面在A1型层序中缺失;随着层序类型由A1型转变为A2型和C1型,洪泛面位于五级层序中上部。FS62沉积期,在研究区南部,水下分流河道演化为河口坝和席状砂沉积,层序界面主要表现为洪泛期形成的厚层湖相泥岩,其分布范围较为广泛,侧向连续性好。
FS6中晚期至晚期阶段(FS63、FS64),四级基准面由上升转为下降,研究区内河口坝分布面积逐渐增大,水体变浅。B1型层序遍布研究区中部及南部地区,洪泛泥岩的分布范围仍然相当广泛。
综上所述,四级层序内部五级层序的结构类型和界面特征的变化规律都受控于不同地形条件下的四级基准面的变化。平面上看,五级层序界面的表现形式由水下分流河道沉积区的冲刷面转变为舌状坝或河口坝沉积区的洪泛泥岩。在缓坡条件下,河道冲刷面在切物源方向分布范围窄,在顺物源方向延伸距离远;洪泛泥岩的侧向稳定性好,延伸范围广。陡坡条件下,河道冲刷面在切物源方向大规模大,在顺物源方向延伸距离较短;洪泛泥岩的侧向稳定性较差(图3.30)。垂向上看,陡坡环境下,随着四级基准面的不断下降,冲刷面的规模逐渐增大,洪泛泥岩发育范围逐渐减小。在缓坡环境下,四级基准面上升早期,五级层序界面的表现形式以冲刷面为主;随后,四级基准面不断上升,洪泛泥岩的发育范围变广,厚度变大,水下分流河道延伸距离变短;至四级基准面下降期,随着四级基准面不断下降,沉积物供应增强,河口坝大面积发育,水体变浅,但是洪泛泥岩仍然保持较广泛的发育范围,并且侧向上厚度变化不大。
图3.30 扇三角洲前缘五级层序界面演化模式
4.扇三角洲前缘六级层序界面特征
扇三角洲前缘的六级层序界面主要为水下分流河道沉积区的冲刷面、河口坝和舌状坝沉积区的泥质披盖。六级层序界面的展布特征与沉积微相的自身属性密切相关。本节以柳赞油田北区FS2和FS6四级层序为例,详细分析不同沉积相带六级界面的空间展布特征。
1)水下分流河道沉积区六级层序界面特征
水下分流河道沉积区六级层序界面特征的变化规律与平原辫状河道相似,也可以概括为三种形式:① 冲刷面交错叠置(图3.31a);② 冲刷面侧向拼接(图3.31b);③ 冲刷面孤立分布。FS2沉积早期,物源供应较弱,水下分流河道叠置程度较低,层序界面主要表现为第二种分布形式。在FS2的中期至晚期阶段,物源供应不断增强,水下分流河道互相切叠,层序界面主要表现为第一种分布形式。FS6时期主要表现为后两种分布形式(图3.28)。
图3.31 扇三角洲前缘冲刷面叠置方式
2)舌状坝沉积区六级界面分布特征
FS2沉积早期,沉积物供应较弱,可容空间相对较大,舌状坝呈孤立分布的形态,舌状坝顶底的洪泛泥岩厚度较大,且在平面上连片分布(图3.32)。
FS2中期至晚期,舌状坝呈多层堆积的叠置形态。六级层序界面的分布样式在顺物源方向上表现为多层泥质披盖呈斜列式叠置,并向湖心方向倾斜,界面横向延伸长度较大,基本覆盖下伏的单一坝砂体。舌状坝之间的六级界面表现为泥质披盖,其厚度较大,平面上连片分布(图3.32)。切物源方向上,舌状坝沉积区多层泥质披盖呈发散式叠置的空间形态。在坝主体互相叠加的部位泥质披盖较薄,或者不发育,两期坝砂体之间为岩性界面,常常是细砂岩与砾岩直接接触;在坝侧翼互相叠加的部位,泥质披盖厚度增大,并与滨、浅湖相泥岩相接(图3.33)。因此在切物源的剖面上,多层泥质披盖向坝主体叠加的部位不断收敛、合并,而不断转变为岩性界面;向坝侧翼叠加的部位发散,泥质披盖层数增多。
图3.33 舌状坝沉积区切物源方向六级层序结构剖面
张春生等[62]通过沉积模拟实验再现了此类舌状砂体的形成过程,最终的实验结果也显示出此类复合砂体包含多期单砂体,在砂体叠加程度较高的部位发育岩性界面,泥质披盖呈发散式的空间分布特征(图3.34)。
图3.34 舌状坝砂体横剖面形态(据文献[55])
3)河口坝沉积区六级界面分布特征
河口坝主要发育在四级层序FS6的基准面下降期,河口坝沉积区六级层序界面多表现为泥质披盖,由于该时期地形较缓,湖浪作用较强,因此泥质披盖横向上厚度变化不大,平面上呈连片分布的形态(图3.35)。
图3.35 河口坝沉积区顺物源方向六级层序结构剖面
综上所述,研究区单一六级层序在顺物源方向上由a2型向b2、b3型转变;单一六级层序界面由水下分流河道底部冲刷面逐渐演化为河口坝或舌状坝底部泥质披盖(图3.36,图3.37)。多期六级层序界面的空间展布特征受控于不同地形条件下的A/S比值变化:在陡坡背景下,A/S比值越低,舌状坝砂体或河道砂体的空间叠置程度就越高,坝砂体之间的岩性界面发育,而泥质披盖的保存程度就越低;在缓坡背景下,A/S比值降低会导致砂体的侧向拼接程度升高,但并不会对泥质披盖的侧向稳定性造成较大的影响(图3.38)。
图3.36 缓坡条件下扇三角洲前缘六级层序界面分布模式[2]
图3.37 陡坡条件下扇三角洲前缘六级层序界面分布模式(据吴胜和,纪友亮,2008)
图3.38 扇三角洲前缘六级层序界面叠置模式
【注释】
[1]吴胜和,《克拉玛依油田六中区密集井网区储层内部构型表征》,2008年。
[2]吴胜和,纪友亮,《柳赞油田沙三2+3储层精细描述》,2008年。
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