基準面旋回與儲層宏觀非均質性的關系——以鄂爾多斯盆地東部山2段為例

李君文

（中國石油大慶油田有限責任公司勘探開發研究院）

基準面旋回與儲層宏觀非均質性的關系
——以鄂爾多斯盆地東部山2段為例

李君文

（中國石油大慶油田有限責任公司勘探開發研究院）

鄂爾多斯盆地東部山西組山2段為一套砂巖、泥巖及薄煤層互層組合，儲層非均質性強，明顯受地層基準面旋回升降過程中可容納空間與沉積物供給量比值的影響。通過對山2段不同級次基準面旋回的劃分與對比，建立了研究區高分辨率層序地層格架；根據短期基準面升、降旋回過程與儲集物性關系的分析，分別建立了物性向上變差、物性向上變差復變好、物性變化不大等3種儲層非均質模式；利用砂巖密度、砂體鉆遇率和滲透率變異系數等參數描述了各中期基準面旋回層序的儲層宏觀非均質性變化。結果表明，長期基準面旋回上升的早期、中期形成的中期旋回層序儲層非均質性弱，長期基準面旋回上升晚期到下降期儲層非均質性強。

高分辨率；短期基準面旋回；儲層非均質性；山西組；鄂爾多斯盆地

0 引言

儲層宏觀非均質性主要控制因素是隔夾層的分布、地層韻律性和砂體的平面分布規律，這些因素與沉積過程直接相關[1-3］。儲層非均質性的研究是油氣藏開發工程、儲層單元精細描述的重點和難點[4-5］。為此，地質學家試圖從儲層砂體的三維幾何形態、內部構成及堆積樣式等方面分析其孔、滲變化規律的控制因素，并建立相應的模式[6-8］。

高分辨率層序地層學認為基準面旋回過程決定了儲層的巖性、物性、幾何形態和連續性，從而控制了儲層的非均質性[9-11］。因此，可從基準面旋回變化角度來認識儲層非均質性。筆者對鄂爾多斯盆地東部山西組山2段進行了短期、中期、長期基準面旋回層序的劃分，建立了高分辨率層序地層格架；以取心井的物性分析數據為基礎，建立了短期旋回儲層的非均質模式，進而利用砂巖密度、砂體鉆遇率和滲透率變異系數等儲層非均質性參數，對不同中期旋回層序儲層的宏觀非均質性進行了研究。

1 研究區概況

鄂爾多斯盆地東部位于陜西省米脂、榆林和神木地區，構造位置隸屬于陜北斜坡和晉西撓褶帶。在早二疊世山西期，海水從鄂爾多斯盆地東西兩側迅速退出，沉積環境經歷了海相向陸相的過渡，氣候由溫暖潮濕向炎熱干燥轉變。山西組早期為河流—潮控三角洲沉積體系，晚期為河流—三角洲沉積體系[12-15］?？碧阶C實該區山西組山2段為主力氣層，已探明了榆林、子洲兩大氣田，主砂體呈近NS向展布，厚幾米到幾十米不等，橫向變化大。有利儲層主要發育于三角洲平原的辮狀分流河道砂體和三角洲前緣的水下分流河道砂體，但河道不穩定，常常發生快速、頻繁的廢棄與復活，向下游的加積作用和側向加積作用導致儲層砂體形態橫向上變化快，平面連通性差，儲層非均質性嚴重且影響開發的效果。因此，有必要通過高分辨率層序地層研究和對比，正確評價和認識山2段儲層非均質性的特征，為氣田開發方案的調整提供地質依據。

2 層序界面的識別及層序劃分與對比

2.1 層序界面的識別標志

層序劃分的關鍵和重點是對不同級別基準面旋回作用下所形成的層序界面進行識別。不同級別的層序界面具有不同的成因特征和宏觀識別標志。通過對研究區山西組地層的鉆井巖心、野外露頭和測井曲線特征的詳細觀察和分析，識別出了3種類型的層序界面，即大型沖刷間斷面（Ⅲ類）、結構轉換面（Ⅳ類）和整合面（Ⅴ類），其具體特征見文獻[16］。其中Ⅲ，Ⅳ類界面為長期以及部分中期層序界面，Ⅳ，Ⅴ類界面為中、短期層序界面。

圖1 榆20井山2段中、長期旋回層序結構、界面特征Fig.1 The structure and boundary surface of middle-term and long-term base level cyclic sequence of the second member of Shanxi Formation in Yu 20 well

2.2 層序劃分與對比

根據上述不同級別層序界面的識別標志，以不同級次的基準面升降運動所導致的地層旋回性及沉積學響應特征為依據[17］，將鄂爾多斯盆地東部山2段地層劃分為1個長期基準面旋回層序、3個中期基準面旋回層序、8個短期基準面旋回層序（圖1）。在此基礎上，根據高分辨率層序地層的旋回等時對比法則（T.A.Cross，1994），以單井沉積相和高分辨率層序分析作為劃分各級別基準面旋回層序的依據，以長期湖泛面作為對比起點，以長期基準面旋回層序（LSC）的底、頂界面作為對比終點，分別對納入長期基準面上升半旋回和下降半旋回的中期基準面旋回層序（MSC）自下而上進行逐層對比。按照這一法則，建立了研究區山2段的高分辨率層序地層格架（圖2）。

3 基準面旋回與儲層流動單元層次劃分的關系

基準面旋回級次性是客觀存在的，依據不同研究目標所擬定的地層旋回的研究尺度及其隸屬關系構成了基準面旋回的層次[8］，山西組的長、中、短期旋回便構成3個不同的層次?；鶞拭嫘睾托貎鹊貙影l育、分布、疊加樣式與隔層及夾層的垂向分布存在著密切聯系，基準面旋回的級次性及由此造成的儲層非均質性的層次性便形成了儲層流動單元的層次性。儲層流動單元的層次性包括長期旋回內中期旋回之間的非均質性、中期旋回內若干短期旋回之間的非均質性、短期旋回內部單砂體之間的非均質性、單砂體內部結構單元之間的非均質性及顆粒間不均勻排列形成的孔隙結構非均質性等多種形式。根據基準面旋回與儲層流動單元的層次性，將儲層流動單元劃分為大尺度、中尺度、小尺度和微尺度4種層次，可分別與中長期旋回、中短期旋回、短期旋回和超短期旋回相對應[17］，文中重點討論中期和短期旋回與儲層非均質性的關系。

圖2 鄂爾多斯盆地東部山西組山2段高分辨率層序地層格架圖Fig.2 High resolution sequence stratigraphic framework of the second member of Shanxi Formation in eastern Ordos Basin

4 基準面旋回層序與儲層非均質性的關系

4.1 短期旋回層序與儲層非均質性

短期基準面旋回層序是地表露頭、巖心和測井剖面中具有旋回性的易于識別的最小成因地層單元，也是高分辨率層序地層的研究基礎。層序的底、頂界面為短期基準面下降達低點位置時發育的小型沖刷面或間歇暴露面，也可以是基準面上升期或下降期由欠補償或無沉積作用形成的間斷面或整合界面。依據巖心資料和測井響應對比，按層序的成因和結構特征可將山2段短期基準面旋回層序劃分為向上變深（A型）、向上變淺（B型）和向上變深復變淺（C型）3種基本類型（表1、圖3）。短期基準面旋回過程中的可容納空間（A）與沉積物供給量（S）比值的大?。ˋ/S值變化），控制了砂體的成因類型、發育位置、層序結構，從而直接或間接地控制了儲集砂體的發育狀況。根據短期基準面旋回過程與儲集物性的關系，建立了3種儲層層間非均質性模式。

4.1.1 物性向上變差的儲層非均質模式

儲集砂體內物性向上變差的現象，主要出現在短期基準面旋回粒度向上趨于變細的儲集砂體中（圖3中的Ⅰ型）。其成因與短期基準面上升過程中，伴隨可容納空間增大和沉積物供給量遞減，以及細粒物質溢出量減少所形成的砂體粒度由粗變細、分選性變差和泥質含量增多有關。對應的短期旋回層序結構主要為向上變深的非對稱型，以A1型結構最為有利，優質儲層砂體多位于層序中、下部粒度較粗的含礫粗砂巖、中粗砂巖及中砂巖中，向上過渡為以泥質粉砂巖、粉砂巖為主的隔層而顯示出向上物性變差的非均質性特征。此類型通常為較好—好的儲層非均質模式，區內分流河道、水下分流河道微相砂體以發育向上物性變差的層內非均質性模式為主。

4.1.2 物性向上變差復變好的儲層非均質模式

以儲集砂體內物性向上變差復變好為特征，主要發育于分流河道向決口扇轉化的、粒度和泥質含量向上變細增多后復又加粗減少的對稱型沉積序列中（圖3中的Ⅱ型）。其成因與基準面上升期先發育向上變深和粒度變細的退積序列，于下降期又發育向上變淺和粒度變粗的河口壩或決口扇進積砂體有關。該非均質模式對應對稱型旋回結構的變化。位于旋回下部和上部的砂體儲層物性差異較大，其中在以上升半旋回為主的不完全對稱型旋回中，位于旋回下部的砂體物性好于上部的砂體，旋回內砂體間以泥質粉砂巖和泥巖組成的隔層分隔，并以此為界形成物性向上變差復變好的非均質模式。此類型通常為中等—較差儲層的非均質模式。

表1 鄂爾多斯盆地東部山西組短期基準面旋回層序基本類型及特征Table 1 The basic types and characteristics of short-term base level cyclic sequence of Shanxi Formation in eastern Ordos Basin

圖3 幾種短期旋回結構與儲層非均質性的關系Fig.3 The relationship between several short-term base level cycles and reservoir heterogeneity

4.1.3 物性變化不大的儲層非均質模式

以相互疊置的儲集砂體間物性變化小且均勻為特征（圖3中的Ⅲ型），主要出現在多個連續疊置的分流河道或水下分流河道砂體中。其成因與低可容納空間條件下基準面上升期形成的砂體受到上覆主動進積砂體的強烈沖刷和侵蝕改造，導致下伏細粒沉積物被沖刷侵蝕且難以保存有關。對應的短期層序旋回結構主要為低可容納空間向上變深非對稱型。以下部靠近沖刷面物性最好，向上略變差。此類型通常為優質儲層的非均質模式。值得提出的是，研究區山2段儲集砂體的物性特征和非均質模式除了受不同級次基準面變化的影響，還受后期成巖作用的影響。

4.2 中期基準面旋回層序與儲層非均質性

4.2.1 中期基準面旋回層序

研究區山2段劃分為3個中期基準面旋回層序，每個中期旋回由2～3個短期旋回層序疊加組成（圖 1、圖 2）。 其中 MSC1，MSC2和 MSC3上升半旋回組成長期旋回層序的上升半旋回，MSC3下降半旋回為長期旋回層序的下降半旋回，該長期旋回層序為一緩慢湖進、快速湖退的以上升半旋回為主的不對稱旋回層序。MSC1中期基準面旋回以發育向上變深的非對稱型結構為主，形成于長期基準面旋回上升初期，通常由多個A1型和少量A2型短期旋回層序連續疊加組成，儲集砂體的主體由側向上和垂向上都連續遷移、疊置的辮狀河道砂體組成，砂體之間主要被底沖刷面分割，而泥巖、粉砂巖的夾層極少，砂巖厚度大且粒度較粗；而MSC2中期基準面旋回以發育不完全對稱的C1型結構為主，形成于長期基準面旋回上升中期，有利儲集砂體發育的位置主要出現在上升半旋回的早、中期，常由數個A1型、A2型和C型短期旋回層序依次疊加組成，砂體也被頻繁發育的底沖刷面分隔，但薄層的泥巖、粉砂巖夾層明顯增多；MSC3中期旋回層序以發育C2型和C3型結構為主，形成于長期基準面上升晚期到下降期，可容納空間達到最大，沉積物供給量減到最小，在中期上升半旋回相域中連續疊置的河道砂體相對不發育，砂體呈孤立狀透鏡體產出，且分流間薄層泥巖、粉砂巖非常發育。晚期由于基準面下降，位于決口扇或河口壩上部和頂部的砂體受到強烈沖刷改造，泥質含量降低，砂體儲集性略變好，但厚度薄。研究發現不同旋回之間砂體發育有以下特點：從MSC1→MSC2→MSC3，砂巖厚度平均值依次減小，分別為8.4 m，6.4 m和5.9 m，同時砂巖厚度與地層厚度比值亦依次減小。

4.2.2 中期旋回層序的儲層非均質性

（1）中期旋回層間滲透率非均質性特征

滲透率非均質程度常用滲透率變異系數、級差、滲透率均質系數等參數表征。對取心井中期旋回非均質物性參數的分析表明（表2），各個中期旋回之間的非均質性存在差異。其中，中期旋回之間的孔隙度差別較小，平均值均在5.5%～8.5%；滲透率差別較大，滲透率均質系數小，滲透率變異系數均大于0.8，反映出盆地東部山2段中期旋回的層間滲透率非均質性總體上較強。

表2 中期基準面旋回層序砂體平均厚度及物性表Table 2 The sand body average thickness and reservoir properties of middle-term base level cyclic sequence

（2）中期旋回平面非均質性特征

儲層平面非均質性是指儲層的幾何形態、連通程度、孔隙度、滲透率在平面上的變化所引起的非均質性[18］。筆者采用砂巖密度、砂體鉆遇率等參數研究了山2段不同中期基準面旋回層序與儲層非均質性的關系，發現在長期基準面旋回不同階段中的中期旋回儲層宏觀非均質性呈現出比較明顯的規律性。

砂巖密度可非常有效地應用于砂體幾何形態及砂體之間連通性的描述。參照Allen的砂巖密度劃分標準[19］，針對研究區的實際情況，提出了5個檔次的劃分方案（表3）。對各個中期旋回砂巖密度分布狀況的統計結果表明（表4）：砂巖密度大于50%的連通性好且產狀穩定的寬帶狀砂體，MSC1中期旋回占30.3%，MSC2中期旋回占21.6%，MSC3中期旋回占20%。不難發現，有利砂體在不同中期旋回中的分布具有旋回性，即MSC1＞MSC2＞MSC3。此外，不同中期旋回的不同厚度的砂體鉆遇情況統計結果也具有規律性，厚度大于5 m的砂層鉆遇率排序為 MSC1＞MSC2＞MSC3。

表3 砂巖密度與砂體形態及連通性關系表Table 3 The relation of sand density with sand body morphology and connectivity

表4 鄂爾多斯盆地東部山2段中期旋回層序砂巖密度分布狀況統計表Table 4 Sand density distribution of middle-term base level cyclic sequence of the second member of Shanxi Formation in eastern Ordos Basin

綜上所述，山2段的長期旋回層序中，各分層（中期）砂體的厚度、連通性及穩定性均呈旋回性向上逐漸減小的趨勢。

5 結論

（1）根據短期基準面旋回結構與儲集砂體物性的關系，建立了物性向上變差、物向上變差復變好和物性變化不大3種儲層非均質模式。

（2）山2段劃分為1個長期基準面旋回層序，3個中期基準面旋回層序。中期基準面旋回層序不同疊加樣式與沉積微相，共同控制了儲層砂體發育狀況。

（3）長期旋回不同階段中的中期旋回儲層宏觀非均質性規律為：長期基準面上升的早期、中期形成的中期旋回，具有較低的可容納空間，砂體連續性好，儲層非均質性弱，為油氣富集的主要層段；長期基準面上升晚期到下降期形成的中期旋回，可容納空間大，砂體厚度薄，薄層泥巖、粉砂巖夾層非常發育，儲層非均質性強。

[1]靳松，朱筱敏，鐘大康.基準面旋回對儲層宏觀非均質性的控制——以胡狀集油田沙三中6—8油層組為例[J］.西安石油大學學報：自然科學版，2005，20（3）：48-52.

[2]雷卞軍，張吉，王彩麗，等.高分辨率層序地層對微相和儲層的控制作用——以靖邊氣田統5井區馬五段上部為例[J］.巖性油氣藏，2008，20（1）：1-7.

[3]劉克奇，田海芹，王正蕾，等.衛城81斷塊沙四段沉積微相與儲層非均質性[J］.西南石油學院學報，2005，27（1）：1-4.

[4]魏欽廉，鄭榮才，肖玲，等.阿爾及利亞438b區塊三疊系Serie Inferiere 段儲層平面非均質性研究[J］.巖性油氣藏，2009，21（2）：24-28.

[5]杜春彥，鄭榮才.陜北長6油層組短期基準面旋回與儲層非均質性的關系[J］.成都理工大學學報，1999，26（1）：17-22.

[6]施玉嬌，高振東，王起琮，等.碎屑巖儲層流動單元劃分及特征——以陜北富昌地區延長組長2段儲層為例[J］.巖性油氣藏，2009，21（4）：99-104.

[7]林承焰，信荃麟，劉澤容，等.冷東地區沙三段油組儲層非均質模式[J］.石油與天然氣質，1997，18（3）：243-246.

[8]張尚鋒，洪秀娥，鄭榮才，等.應用高分辨率層序地層學對儲層流動單元層次進行分析——以泌陽凹陷油田為例[J］.成都理工大學學報，2002，29（2）：147-151.

[9]王輝，王鳳琴.甘谷驛油田共大灘區延長組長6段非均質模式與油氣分布[J］.巖性油氣藏，2008，20（2）：48-53.

[10]郭艷琴，袁珍，李克永，等.何家集區上三疊統延長組長4＋5—長 6 油藏儲集因素[J］.巖性油氣藏，2008，20（4）：86-91.

[11]鄧宏文，王紅亮.高分辨率層序地層學原理及應用[M］.北京：地質出版社，2002：147-152.

[12]向芳，陳洪德，李志宏，等.鄂爾多斯盆地東北部山西組三角洲相沉積演化特征[J］.成都理工大學學報：自然科學版，2008，35（6）：693-699.

[13]林承焰，譚麗娟，于翠玲.論油氣分布的不均一性（Ⅰ）——非均質控油理論的由來[J］.巖性油氣藏，2007，19（2）：16-21.

[14]林承焰，譚麗娟，于翠玲.論油氣分布的不均一性（Ⅱ）——非均質控油理論探討[J］.巖性油氣藏，2007，19（3）：14-22.

[15]葉黎明，齊天俊，彭海燕.鄂爾多斯盆地東部山西組海相沉積環境分析[J］.沉積學報，2008，26（2）：201-210.

[16]李君文，陳洪德，田景春，等.塔巴廟區塊山西組高分辨率層序地層學研究[J］.油氣地質與采收率，2005，12（5）：1-4.

[17]鄭榮才，彭軍，吳朝容.陸相盆地基準面旋回的級次劃分[J］.沉積學報，2001，19（2）：249-255.

[18]盛文波.老河口油田樁106地區儲層非均質性研究[J］.油氣地質與采收率，2005，12（4）：32-34.

[19]Allen J R L.A review of the origin and characteristics of recent alluvial sediments[J］.Sedimentology，1965，5：89-191.

Control of base level cycles on reservoir macroscopic heterogeneity:A case study from the second member of Shanxi Formation in eastern Ordos Basin

LI Jun-wen
（Research Institute of Exploration and Development， Daqing Oilfield Company Ltd.， PetroChina， Daqing 163712， China）

The second member ofShanxi Formation consists ofa suite ofthin interbedded sandstone,mudstone and coal bed in eastern Ordos Basin.It has strong reservoir heterogeneity and is obviously influenced by the acceptable spacesedimentarysupplyratioin base level cycle process.Based on the division and contrast ofthe different base level cycles of the second member of Shanxi Formation,the high resolution sequence stratigraphic framework is set up.Through analyzingthe relationship between the cycle process ofshort-termbase level and physical properties ofthe reservoir,three reservoir heterogeneity models of reservoir physical properties are established.The macroscopic heterogeneities of the middle-term base level cycles are described by means of the parameters such as sand density,drilling ratio and permeability variation coefficient.The result shows that the reservoir heterogeneity of the middle-term cycles formed in the early and middle period of the rising of the long-term base level cycle is weak,and it is strong from the late period todecliningperiod.

high resolution；short-termbase level cycle；reservoir heterogeneity；Shanxi Formation；Ordos Basin

TE121.3

A

1673-8926（2011）03-0029-06

2010-07-22；

2010-11-05

李君文，1973年生，男，博士，工程師，主要從事層序地層學與儲層沉積學的研究工作。地址：（163712）黑龍江省大慶市讓胡路區學苑路18號大慶油田勘探開發研究院。電話：（0459）5508254。E-mail：dqlijunwen@petrochina.com.cn

于惠宇）