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子洲气田山2气藏高分辨率
层序地层学研究

子洲气田山2气藏高分辨率
层序地层学研究

摘要: 子洲气田山2气藏高分辨率层序地层学研究对子洲气田山2气藏的层序地层特征做了详细研究, 主要对山西组做了高分辨率层序地层划分和对比、 高分辨率层序地层学对砂层组划分方案的优化, 以及煤层在层序中的位置及对比划分。从而对子洲气田山2段气田开发建产进行评价和筛选, 为该气田天然气开发和产能建设部署提供基础地质依据。
关键词: 山西组; 层序; 沉积; 基准面; 旋回; 划分对比
0 引言
层序地层学是一门相对新兴的地层学分支学科, 它是在20世纪70年代地震地层学的基础上发展起来的, 大致经历了以下三个发展阶段:
第一阶段: 概念盟芽阶段, 即本世纪70年代以前, 主要建立了层序地层学赖以发展的地质基础, 包括以生物地层学、 岩石地层学、 年代地层学及动力地貌学为依据建立的一些层序、 旋回及均衡剖面理论等。
第二阶段: 地震地层学演化的模型形成阶段。地震地层学是层序地层学发展的第二个重要时期, 是以P. Vail等人提出地震地层学概念体系和出版《地震地层学》( C. E. Payton主编, 1977) 为标志。地震地层学是一种利用地震资料进行地质综合解释的学科。它认为, 由于岩层中产生地震反射的物性界面主要是具有速度－密度差异的层面和不整合面, 因此可将这类界面作为划分年代地层单位的主要依据。地震地层学的核心是海平面升降旋回变化的周期性, 基础是以不整合为边界的沉积层序的识别。根据Mitchum( 1977) 的定义, ”沉积层序是由相对整一、 连续的, 在成因上有联系的地层组成的、 顶底以不整合面或与之相对应的整合面为界的地层单元”。一定的沉积层序代表的时间段能够因地而异, 但某个层序的范围却限于等时界面之间。因此, 它能够为地层对比和沉积相分析提供一个埋想的年代地层格架。
地震地层学多在盆地规模上利用地震资料, 对地层结构、 沉积相类型和分布进行盆地综合分析, 但很少利用露头、 钻井和测井资料进行层序地层综合分析, 因此, 不能在油气藏范围内为沉积地层分析提供必要的精度。
第三阶段: 综合发展阶段, 即从80年代到现在, 随着可容空间概念的建立, 层序地层学的理论和方法趋于成熟并广泛应用。层序地层学进入了理论研究和生产应用全面发展的时期, 开始深入到油气勘探的各个阶段。
尽管地震地层学理论解决了层序形成问题, 但并未明确层序内部地层的彼此关系和空间展布特征, 而且地震地层学主要应用地震资料在盆地范围内进行盆地分析工作, 因此, Vail等人在吸取其它地质学家建议的同时, 进行了大量的露头、 测井、 海洋地质和地震资料的综合研究, 利用层序地层、 磁性地层、 年代地层以及生物地层中所反映的海平面变化和同位素年龄等大量资料, 编制了中生代以来的年代地层和海平面旋回曲线图, 厘定了不整合面、 海平面变化的概念, 并强调地震剖面、 测井和地面露头的综合研究是识别海平面变化的重要手段。
在石油勘探领域, 应用这一新的理论体系和方法, 已经为储集砂体的预测带来了战略性的变化, 取得了重要的成就。特别是低位体系域底界面上的深切谷充填砂体的预测和发现, 为寻找发现地层岩性圈闭提供了有利靶区。如Amoco石油公司根据层序地层研究, 在Beaufort海和阿拉斯加发现了新的靶区; 在尼日尔三角洲地区应用墨西哥湾盆地的模式和经验, 在新的地震、 钻井资料的基础上完成了一系列层序地层大剖面, 从而发现了丰富的、 有经济价值的油气圈闭; 联合太平洋公司在东科罗拉多州和西堪萨斯州的工作中, 应用层序地层的方法重新进行整体评价, 发现了长距离延伸的深切谷充填砂体, 从而在找油目标上进行了战略转变。
1 高分辨率层序地层理论简介
高分辨率层序地层学的理论核心是指在基准面旋回变化过程中, 由于沉积物可容空间与沉积物补给通量比值( A/S) 的变化, 相同沉积体系域中沉积物体积发生再分配作用, 导致沉积物堆砌样式、 相类型及相序、 岩石结构、 保存程度发生变化。这些变化是沉积体系域在基准面旋回中所处位置和可容空间的函数。基准面旋回变化控制了地层单元的分布模式, 这种具有一定规律的分布型式为人们进一步预测沉积储层的分布提供了概念性模型。高分辨率层序地层学是对地层记录中反映基准面旋回变化的时间地层单元进行”二元划分”, 其关键是在地层记录中识别代表不同级次基准面旋回的不同级次地层旋回, 进而进行高分辨率等时地层对比, 探讨等时地层格架内的地层分布模式, 预测有利的烃源岩、 储集层和盖层的分布位置。
1.1 地层基准面原理
T. A. Cross等( 1994) 引用并发展了Wheeler( 1964) 提出的基准面的概念, 分析了基准面旋回与成因层序形成的过程—响应原理。她们认为地层基准面( Baselevel) 并非海平面, 也不是相当于海平面的一个向陆方向延伸的水平面, 而是相对于地球表面波状升降的、 连续的、 略向盆地方向下倾的抽象面( 非物理面) , 其位置、 运动方向及升降幅度不断随时间而变化。
基准面在变化中总是向其幅度的最大值或最小值单向移动的趋势, 构成一个完整的基准面上升与下降旋回( 图1－1) 。基准面的一个上升与下降旋回称为一个基准面旋回。基准面能够完全位于地表之上或在地表之下摆动。也能够穿越地表, 从地表之上摆动到地表之下再返回到地表之上, 这就是基准面穿越旋回( Base level transit cycle) 。一个基准面旋回是等时的。在一个基准面旋回变化过程中( 可理解为时间域) 保存下来的岩石为一个成因地层单元, 即成因层序, 其以时间面为界面, 因而为一个时间地层单元。
在基准面变化的时间域内, 在地表的不同地理位置表现为四种地质作用状态:
图1－1 基准面、 可容空间和反映可容空间与沉积物供给之间平衡时的地貌状态

( 1) 沉积作用,
( 2) 侵蚀作用,
( 3) 沉积物路过时产生的非沉积作用,
( 4) 沉积物非补偿( 可容纳空间、 沉积物供给量比值) 产生的饥饿性沉积作用乃至非沉积作用。
在地层记录中代表基准面旋回变化的时间—空间事件表现为岩石＋界面( 间断面) 。因此, 一个成因层序能够由基准面上升半旋回和基准面下降半旋回所形成的岩石组成, 也能够由岩石＋界面组成。
在沉积物质供给速度不变的情况下, 可容空间与沉积物供给量比值( A/S值) , 决定了可容空间沉积物的堆积速度、 保存程度及内部结构特征。
基准面描述了可容空间的建立或消失, 与沉积作用间的作用变化过程。可将基准面看成一个势能面, 它反映了地球表面与力求其平衡的地表过程的不平衡程度。要达到平衡, 地表要不断地经过沉积或侵蚀作用, 改变其形态向靠近基准面的方向运动。
1.2 体积划分原理
基准面旋回及其伴随的可容空间变化的动力学系统控制着地层的结构与沉积特征。为了进一步理解这一过程—响应关系, Cross( 1994) 提出了沉积物体积划分( Volumetric partitioning) 的概念。沉积物体积划分即指在一个成因地层单元内, 沉积物能够被划分成不同的相域过程。它是基准面变化过程中, 不同沉积环境内可容纳空间的四维( 空间+时间) 动力学变化的产物。
1.3 相分异原理
伴随着可容纳空间的变化和沉积物的体积划分, 保存在相同沉积环境中的相序、 相组合、 相类型和相的多样性, 也有显著区别, 统称为相分异( Facies differentiation) , 因而也直接影响着储层的三维空间几何形态, 岩性、 岩相类型以及储层的连续性和非均质性。
1.4 旋回等时对比法则
传统的成因地层沉积旋回分析, 是经过沉积物质及特征在地层垂向上有规律地变化, 进行沉积相序和沉积旋回分析。
高分辨率层序地层学认为: 地层的旋回性是基准面相对于地表位置的变化, 产生的沉积作用、 侵蚀作用、 沉积物路过、 饥饿性沉积或非沉积作用的地层响应。
　 一个完整的基准面穿越旋回与其伴生的可容纳空间的增加与减小, 在地层记录中由代表二分时间单元( 每部分分别代表基准面上升与下降) 的完整的地层旋回组成, 有时仅由不对称的半旋回和代表侵蚀作用或非沉积作用的界面构成。
经过能指示沉积物保存程度、 堆积速度的相序、 地层界面及相分异性, 就可识别出地层旋回的对称程度、 旋回加厚或变薄式样, 以及在跨越成因地层边界位置上相错位的幅度与方向, 由此推断在时间上与基准面旋回同步的可容纳空间单向增加或减少的趋势。
高分辨率地层对比是同时代地层与界面的对比, 不是旋回幅度与岩石类型的对比。Cross认为, 在成因层序的对比中, 基准面旋回的转换点( turnround point) , 即基准面由下降到上升或由上升到下降的转变位置, 可作为时间地层对比的优选位置。即基准面旋回的二分时间单元的划分界线。转换点在地层记录中某些位置表现为地层不连续面。某些地理位置则表现为连续的岩石序列。
岩石与界面出现的位置和比例, 是可容纳空间和沉积物供给的函数。因而在对比中, 要经过地层过程的分析掌握什么时候岩石与岩石对比、 岩石与界面或面与面的对比。

1.5 煤层在层序中的位置及对比划分
鄂尔多斯盆地石炭系－二叠系是重要的含煤地层。鄂尔多斯盆地晚古生代含煤地层的层序地层划分是近年的研究热点之一。为了精细地查明煤及共存、 共生矿产资源, 能源地质工作者运用层序地层学的研究方法与思路,进行了含煤地层的层序划分, 特别是进行了高分辨率层序的划分, 这对科学的评价和预测能源资源是十分重要的。
煤层在划分层序中作用越来越被人们重视。可是, 煤层的不同成因又使得煤层在层序中位置出现多样性。含煤地层中煤层对比和划分就成了地层沉积旋回研究的重要基础。
煤层实际上是一种特殊的”事件”沉积, 因为泥炭堆积需要特殊的气候和构造条件, 只有当活动碎屑体系废弃、 盆地沉积环境处于相对稳定时, 才有利于植被生长; 只有当盆地大面积泥炭沼泽化才可能形成大范围稳定发育的煤层。
聚煤作用同不同级别的层序地层单元密切相关。一般来说, 厚度大、 分布广的煤层一般与三级海( 湖) 平面变化周期有关, 形成于低位体系域与海侵体系域的转化期; 厚度及分布范围相对较小的煤层, 与四级、 五级海( 湖) 平面变化有关。形成于准层序的界面上; 次要煤层与幕式准层序有关。煤层的形成是一个特殊的沉积事件, 它是划分层序地层的重要依据之一。
煤炭的形成要求极其严格, 受控于可容纳空间、 沉积物供应、 有机质堆积速率三个因素, 而只有这三者平衡时候才能形成煤层。在可容纳空间产生速率正好等于有机质堆积速率, 沉积物供应趋于零时, 形成区域性分布的厚煤层。煤层的形成受短期旋回基准面升降的控制, 煤层位于基准面下降晚期或基准面上升早期。
以往人们为了煤层对比的需要, 而且认为煤层是盆地充填演化阶段末期盆地淤浅、 活动碎屑体系基本废弃时期、 盆地广大区域泥炭沼泽化形成的, 因此往往把煤层放在一个沉积旋回的中间( 水退—水进旋回划分法) , 或把煤层放在一个沉积旋回的上部( 水进—水退旋回划分法) , 现在看来这种旋回的划分方法并不完全符合含煤地层层序划分的原则, 因为一个煤层的形成是一个特殊的沉积事件, 它可能是一个事件的结束, 也可能是一个沉积事件的开始, 但一般不可能是一个沉积事件的中间阶段的产物( 李增学等, ) 。
在研究区的山23亚段, 经过研究区区域地层剖面对比; 我们划分出了五个煤层, 由底至顶分别为1＃、 2＃…5＃。山23亚段下部和中部煤层( 1＃、 2＃) 在研究区南部比较发育, 山23亚段中上部煤层( 3＃、 4＃、 5＃) 分布相对较广泛( 图2－2、 图2－3) , 特别是顶部5﹟煤层几乎覆盖全区( 2－8图) 。注意: 本文的5＃煤层即长庆油田分公司研究院上古生界的5号煤层。在平面上, 1－4＃煤层与河道的分布呈互补关系, 在远离河道的泥炭沼泽区, 煤层厚度大, 灰分低, 所夹矸石层少。向河道方向, 煤层分叉变薄, 灰分高, 向碎屑岩过渡。研究区山23亚段, 厚煤层的分布总体上呈向北退却的趋势, 反映了山西组2段沉积时是: 以湖平面阶段性上升时限较长、 湖平面下降时限相对较短。
图1－3 榆44井山2段柱状图
( 发育2＃煤层、 3＃煤层和5＃煤层)
图1－2　榆43井山2段岩性柱状图
( 发育3＃和5号煤层)

2 山西组高分辨率层序地层划分与对比
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, 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, 一般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。
2.1 层序界面的识别
层序划分的关键在于不整合面的识别, 综合应用测井、 岩心及其它分析化验结果则是层序界面识别的关键。根据对研究区及其周边露头的观察, 综合岩心资料和测井资料分析, 识别出子洲气田下二叠统山西组的基准面旋回界面标志:
2.1.1 长期基准面旋回界面
长期旋回相当于Vail的三级层序。此类旋回界面主要识别标志一般为露头和岩心中的大型侵蚀不整合面、 假整合面, 同一或相邻沉积体系的大套进积—退积组合的测井相转换面、 突变面, 地震剖面中的削蚀、 削截和超覆面。另一方面, 区域上分布广泛的煤层也是重要的长期基准面旋回划分的标志之一。譬如, 山西组山2段顶部煤层在区域是分布较广。
LSC1旋回底界面, 即山西组底面/太原组顶面。山西组底部与太原组之间区域上普遍发育的大型冲刷不整合面, 北岔沟砂岩底部的大型冲刷面其为长期基准面旋回底界( 图2－1) 。该界面代表了沉积间断暴露剥蚀之后, 沉积环境由海洋转为陆地变化。界面之下为太原组岩性为灰岩、 泥岩、 煤层偶夹纯石英砂岩和粉砂岩, 含蜓、 海百合茎、 珊瑚和腕足类化石, 属于海相沉积。界面之上为山西组岩性为砂砾岩、 砂岩、 泥岩夹煤层, 化石以华夏植物群的典型分子真蕨、 种子蕨和楔叶纲为主, 鳞木繁盛。北岔沟砂岩对下伏太原组进行了冲刷, 底部滞留砾石发育, 代表了基准面下降于地表之下时的侵蚀冲刷面。该界面有铁质结核、 风化壳粘土等陆上暴露特征, 是一个沉积间断面。在界面附近, 褐铁矿、 黄铁矿等特殊成分的矿物有明显的含量变化。在测井响应上自然伽玛及自然电位曲线在界面附近均有明显变化, 自然伽玛电位曲线突变为箱状、 指状或钟形。该界面既是海相和陆相的重要转换面, 也是构造变动面, 具有平行不整合的性质。
LSC1旋回顶界面, 即山1段底面/山2段顶面。界面为船窝砂岩之底。研究区山2段沉积期含有5层以上厚度较大, 区域延伸稳定的煤层, 而山1段不发育区域性的厚煤层, 仅见较薄的煤线, 横向连续性较差, 声波时差和深感应表现为平缓的低值。

图2－1 北岔沟砂岩底部的冲刷面, 砂岩具大型槽状交错层理
山1期和山2期表现了滨浅湖体系向北扩展, 河流、 三角洲体系相应向北退缩, 沉积相带相应北移, 致使三角洲平原相区缩小, 三角洲前缘相区扩大, 呈现湖进河退的特征。
LSC2顶界面, 即下石盒子组底面/山西组顶面。石盒子组底部与山西组之间呈冲刷面接触( 骆驼脖子砂岩之底) 。界面之下山西组为灰色细砂岩、 粉砂岩、 泥岩, 含丰富植物化石; 界面之上的下石盒子组为黄褐色含砾砂岩、 粗砂岩、 细砂岩, 基本不含化石。界面之下山西组以三角洲平原沼泽相为主, 界面之上下石盒子组是典型的河流沉积。该界面代表了气候由温暖湿润向干旱炎热的转换, 以及沉积环境由近海湖盆向内陆湖盆的转换。骆驼脖子砂岩底部含有大量的滞留沉积, 对山西组顶部的细碎屑岩地层进行了强烈的冲刷, 是基准面下降于地表之下的侵蚀冲刷面, 可是由于基准面下降幅度小, 而且地形平缓, 因此在盆地内不是形成深切谷, 而是以河道的横向迁移形成叠加连片的席状砂体。
2.1.2 中期基准面旋回界面
中期旋回相当于Vail等人( 1991) 的四级层序。此类旋回界面主要识别标志为露头和岩心中较大规模的底冲刷面, 测井曲线中的进积－退积组合的结构转换面。
本区山1、 山2段中均有多个此类界面。界面起伏不平, 界面上下岩性岩相均有明显差异。界面之下为泥岩和粉砂质泥岩或者煤层, 界面之上为砾岩和含砾中—粗砂岩, 具向上变细特征。
2.1.3 短期基准面旋回界面
短期基准面旋回相当于Vail等人( 1991) 的五级层序。此类旋回界面主要识别标志为露头和岩心中的小型底冲刷面、 整合面、 岩性突变面, 测井曲线为单向移动的突变面或加速渐变面, 进积－退积转换面。
研究区内煤层与短期基准面旋回界面有一定的相关性。如在山23亚段, 四个短期旋回的顶界面大多数置于某个煤层顶部, 或者在煤层顶部附近。
2.2 最大湖泛面的识别
最大湖泛面是基准面上升到最高并开始转至基准面下降的沉积界面。在三角洲沉积体系中, 基准面上升到最高点时, 可容纳空间最大, 而沉积物供应极少, 或无沉积物供应, A/S比值达到最大, 湖盆整体处于欠补偿沉积状态, 沉积速率缓慢, 此时如果覆水较深, 则形成广布的前三角洲泥质沉积。如果覆水较浅则形成三角洲前缘的粉砂质、 泥质沉积。区域上最大湖泛期沉积的较纯的泥岩, 层位稳定, 较易于对比追踪, 是进行等时地层对比的重要标志。在测井响应上, 一般纯泥岩自然伽玛为高值峰, 声波时差值较小, 电阻率低, 密度低, 井径常常会扩大。
3 高分辨率层序地层划分方案
在不同级别层序界面识别的基础上, 参考前人对鄂尔多斯盆地山西组层序地层划分方案, 对研究区山西组地层沉积旋回特征进行详细对比研究, 提出了子洲地区及邻区新的高分辨层序地层划分方案。山西组的形成时间为285－280 Ma( 姜烨, ) 。山西组划分为2个长期基准面旋回( 相当于三级层序) 、 山2段为一个长期基准面旋回( LSC1) 构成, 其形成时限约2.5Ma, 符合Veil(1990), Cooper( 1990) 等拟定的三级层序时限( 表3－1) 。LSC1由两个中期基准面旋回( MSC) 组成。山23亚段构成一个中期基准面旋回( MSC1) ; 山22＋山21亚段构成另一个中期基准面旋回( MSC2) 。
MSC1由4个短期基准面旋回( SSC1、 SSC2、 SSC3、 SSC4) 构成( 表2－2) 。SSC1、 SSC2、 SSC3三个短期基准面旋回, 再加短期基准面SSC4上升半旋构成了中期基准面( MSC1) 的上升半旋回。短期基准面SSC4的下降半旋回与中期基准面旋回MSC1的下降半旋回是重合的。因此, 山23亚段所属的中期基准面旋回, 是一个以上升半旋回为主、 下降半旋回为次的不对称中期基准面旋回。高分辨率层序地层分析表明: 山23亚段沉积过程是一个以间断性湖侵为主的沉积过程, 中期湖侵过程包含了四次短期湖退过程, 最后一次短期湖进和湖退的规模相对较大, 湖进造成研究区成为浅湖水淹没的三前洲前缘, 湖退使沉积环境转变为露出水面的下三角洲平原, 加上该时期陆源粗碎屑供应量骤然减少, 大面积沼泽化, 植物茂盛, 最终形成了几乎覆盖全区的5＃煤层。

表3－1 　层序级别划分方案对比表
旋回级别
层序及其
时限/Ma
天文旋回
Vail et al.(1991)
mitchum et al.(1991)
brett et al.(1990)
cooper.(1990)
超级
巨层序( Gs) 500-600
两倍银河年

Chelogenic cycle 600-1250Ma
一级
大层序(Mg)60-120
克拉通热旋回
Megasequence >50 Ma
Megasequence 200Ma
Megasequence 50-60Ma
Megacycle 250-375 Ma Supercycle 70-150Ma
二级
中层序( Ms) 正层序组 9-12
穿越银道面旋回
Supersequence set 27-40Ma Supersequence 9-10Ma
Supersequence set 29-30Ma Supersequence 9-10Ma
Holostrome 10-30Ma
Macrocycle 20-50Ma Mesocycle 5-10 Ma
三级
正层序( Os) 2-5
奥尔特旋回
Sequence 0.5-5Ma
Sequence 1-2Ma
Sequence 2-3Ma Subseqence 1-1.5Ma
Cycle 1-3 Ma
四级
亚层序(Ss)0.1-0.4
长米氏旋回
Parasequence
0.05-0.5Ma
High-freqency Sequence 0.1-0.2Ma
Parasequence set 0.45Ma Parasequence 0.1Ma
Microcycle 0.1Ma
五级
小层序( Mc) 0.02-0.04
短米氏旋回
Simple sequence 0.01-0.05Ma
5t h order sequence0.01～0.02 Ma
Rhyt hmic bedding 0.02Ma

3.1 单井山西组层序划分及特征
我们选取榆43井为例, 阐述山西组长期、 中期、 短期基准面旋回的构成特点和特征( 图3－1) 。
3.1.1 长期基准面旋回特征
1、 LSC1旋回
LSC1: 井段2640.3～2686.5m, 厚46.2m, 由山2段构成。本层序为三角洲沉表2－2　山西组高分辨率层序地层划分方案
积, 包括上升半旋回和下降半旋回, 具有阶步型缓慢湖进和快速湖退的特点。
上升半旋回: 井段2646～2686.5m, 厚40.5m。主要由三角洲平原的砂岩、 煤层和三角洲前缘的泥岩、 炭质泥岩构成, 具有阶步型向上水体变深的沉积特征。
下降半旋回: 井段2640.3～2646m, 厚5.7m。主要由三角洲平原上河道间沼泽的黑色煤层构成, 具向上水体变浅的沉积特征。3号煤层位于山21顶部, 厚度较大, 分布范围广, 是在较大湖侵之后发生水退, 三角洲平原上土壤大面积沼泽化而形成了大面积的煤层。
2、 LSC2旋回
LSC2: 井段2591～2640.3m, 厚49.3m, 由山1段构成。本层序为三角洲－湖泊沉积, 包括上升半旋回和下降半旋回, 具有缓慢湖侵和缓慢湖退的特点。
上升半旋回: 2612～2640.3m, 厚28.3m。主要由三角洲平原的砂岩、 三角洲前缘的泥岩、 粉砂和炭质泥岩、 浅湖的泥岩构成, 具有向上水体变深的沉积特征。
下降半旋回: 井段2591～2612m, 厚21m。向上依次为浅湖、 前三角洲、 三角洲前缘和三角洲平原。具向上水体变浅的沉积特征。此处顶界为山西组和下石盒子组的界面。石盒子组为典型的河流相沉积, 此处逐渐由三角洲相向河流相过渡。
3.1.2 中期基准面旋回特征
1、 MSC1旋回
MSC1: 井段2660～2686.5m, 厚26.5m, 由山23亚段构成。底部为长期旋回界面北岔沟砂岩之底, 顶部为山23亚段5号煤层。
上升半旋回: 井段2664～2686.5m, 厚22.5m。岩性为三角洲平原分流河道的粗砂岩、 细砂岩分流间洼地的泥岩; 三角洲前缘分流间湾的粉砂岩、 泥岩、 炭质泥岩。表现出向上变深的退积特征。
图3－1 　榆43井山西组层序地层和沉积相柱状图

下降半旋回: 井段2660～2664m, 厚4m。岩性为三角洲前缘分流间湾的泥岩、 粉砂岩和三角洲平原河道间沼泽的黑色煤层、 炭质泥岩, 表现出向上变浅的沉积特征。下降半旋回顶部是区域上分布稳定的5号煤层。代表范围较大的一次湖侵之后, 三角洲平原上大面积沼泽化的结果。
2、 MSC2旋回
MSC2: 井段2640.3～2660m, 厚19.7m, 由山22和山21亚段构成。底部界面为山23亚段5号煤层之顶, 顶部界面为船窝砂岩之底。
上升半旋回: 井段2646～2660m, 厚14m, 包括了整个山22亚段和山21亚段的下部。下部岩性为三角洲平原分流河道的细砂岩, 上部为三角洲前缘分流间湾的泥岩和粉砂岩, 表现出向上水体变深的沉积特征。
下降半旋回: 井段2640.3～2646m, 厚5.7m, 由山21亚段上部构成。下部岩性为三角洲前缘分流河道的泥岩夹炭质泥岩, 上部为区域上分布较稳定的3号煤层。该套煤层在区域上具有对比意义, 为一次较大湖侵后发生的水退三角洲平原上大面积沼泽化的结果。
3、 MSC3旋回
MSC3: 井段2621～2640.3m, 厚19.3m, 包括了整个山13亚段和山12亚段底部。
上升半旋回: 井段2628～2640.3m, 厚12.3m。下部岩性为三角洲平原水下分流河道的细砂岩夹薄层泥质砂岩, 上部岩性为三角前缘分流间湾的粉砂质泥岩和泥岩及浅湖泥的泥岩, 具有向上水体变深的沉积特征。
下降半旋回: 井段2621～2628m, 厚7m。下部岩性为三角洲前缘分流间湾的泥岩, 向上变为三角洲平原分流河道的细砂岩, 具水体向上变浅沉特征。
4、 MSC4旋回
MSC4: 井段2591～2621m, 厚30m, 包括了山12亚段中上部和整个山11亚段。为一次相对快速湖侵和缓慢湖退。
上升半旋回: 2612～2621m, 厚9m。下部岩性为三角洲平原分流河道的粉砂岩, 向上岩性为湖泊相浅湖泥的泥岩和粉砂质泥岩。具有水体向上变深的沉积特征。
下降半旋回: 2591～2612m, 厚21m。顶部界面为长期旋回界面骆驼脖子砂岩之底。下部岩性为湖泊相浅湖泥的泥岩和粉砂质泥岩、 前三角洲的泥和粉砂, 向上依次为三角前缘分流间湾的细砂岩、 三角洲平原分流河道的细砂岩和粗砂岩。具有阶步型水体向上变浅的沉积特征。
3.1.3 短期基准面旋回特征
整个山西组划分出了16个短期旋回。我们仅选取山23亚段的4个短期旋回SSC1到SSC4进行具体论述。
1、 SSC1旋回
SSC1: 井段2679.5～2686.5m, 厚7m。该旋回对应山23亚段下砂层组下部。
上升半旋回: 底界为北岔沟砂岩之底, SSC1上升半旋回为三角洲平原分流河道中粒－粗粒砂岩。向上随着湖进, 水上分流河道逐渐变为水下分流河道。
下降半旋回: 岩性分流河道中粒－粗粒砂体, 随着短期基准面逐渐上升, 湖退使得三角洲前缘水下分流河道又重新回到三角洲平原水上分流河道。从整体上看, 下砂层组下部的砂体自然伽玛为锯齿形箱状, 表明砂岩中泥质夹层较多, 此是水下河道砂体的测井曲线特征之一。砂岩中泥质夹层代表分流河道输砂量减少、 湖水相对安静时悬浮细粒沉积。
2、 SSC2旋回
SSC2: 井段2674.5～2679.5m, 厚5m。对应于山23亚段下砂层组上部。
上升半旋回: 下部岩性为分流河道砂岩, 上部为三角洲前缘分流间湾的泥岩。
下降半旋回: 向下岩性为三角洲平原分流间洼地的泥岩, 水体向上变浅。顶部为研究区分布较广的3＃煤层。
3、 SSC3旋回
SSC3: 井段2667～2674.5m, 厚7.5m。该旋回和SSC4旋回对应山23亚段上砂层组。
短期基准面上升半旋回和下降半旋回沉积厚度相似, 主要为三角洲前缘分流间湾的泥岩。榆43井中山23亚段上砂层组中没有发育4＃煤层( 图2－10) 。
4、 SSC4旋回
SSC4: 井段2660～2667m, 厚7m。
上升半旋回: 为三角洲平原分流间洼地的粉砂岩, 向上变为三角洲前缘分流间湾的泥岩。
下降半旋回: 岩性由三角洲前缘分流间湾的泥和粉砂岩, 向上水体逐渐变浅, 演变成为下三角洲平原沼泽环境, 而且是大面积沼泽化, 形成了几乎覆盖整个工区的5＃煤层。
4 高分辨率层序地层学对砂层组划分方案的优化
层序地层学经过年代地层格架的建立, 对地层分布模式作出的解释和对同时代成因地层内体系的划分, 为含油气盆地地层分析和盆地规模的储层预测提供了坚实的理论基础和油气勘探的有效手段, 有力地推动了地质学, 特别是石油地质学的发展。我们的实践表明, 高分辨率层序地层学是油气田开发地质中一项基础工作( 砂层组和小层划分和对比) 的有力工具。即经过高分辨率层序地层学的研究, 能够优化砂泥岩地层砂层组及单砂层划分对比喻案。
4.1 山23亚段分为上、 下两个砂层组
在山西组( 重点是山23亚段) 高分辨层序地层研究基础上。根据山23亚段砂泥岩沉积旋回和煤层所显示的沉积旋回, 将其划分为上、 下两个砂层组。上砂层组与下砂层组划分标志可归纳为六种情况:
1、 山23亚段上、 下砂层组是由两个向上变细的分流河道沉积旋回划分的。每个向上变细的沉积旋回的下部是分流河道砂体, 向上变为三角洲平原分流间洼地泥-粉砂岩或泥炭沼泽, 或者是三角洲前缘分流间湾的细粒沉积物。上面一个沉积旋回下部的分流河道之底部即是上砂层组和下砂层组分界线。属于这种情况的井较多, 例如洲20-20井( 图4－1) 、 洲22-32井、 榆79井。图4－1 洲20－20井山23亚段层序地层柱状图

2、 山23亚段分上砂层组、 下砂层组。短期基准面旋回1、 2构成下砂层组; 短期基准面旋回3、 4构成上砂层组。在第2个短期旋回顶部发育3#煤层, 3#煤层之顶面即上砂层组与下砂层组之分界。
3、 山23亚段下砂层组( 即短期基准面旋回1、 2) 砂体较发育, 上砂层组( 即短期基准面旋回3、 4) 砂体不发育。
4、 山23亚段下砂层组( 即短期基准面旋回1、 2) 砂体不发育, 上砂层组( 即短期基准面旋回3、 4) 砂体较发育。属于这种情况的井也较多
5、 山23亚段砂体异常发育、 厚度大, 上砂层组和下砂层组的不易分开。处于三角洲平原主分流河道的中心, 由于水流动力较强, 冲刷作用强, 山23亚段以砂质沉积为主, 即使有少量泥岩沉积, 也容易被冲刷掉。整个山23亚段像是一个沉积旋回的产物。经过测井曲线微小的起伏可帮助划分短期基准面旋回。另外, 本次工作发现, 砂岩薄片中早期亮晶方解石的统计可辅助识别砂体中的最大湖泛面。湖水侵泛时, 原来处于三角洲平原上的河道被湖水淹没, 变为水下分流河道, 湖水盐度明显高于河水, 因此水下河道砂体中具有大量早期亮晶方解石胶结物。
6、 整个山23亚段的砂体不发育, 处于河首间泛滥平原, 山23亚段二分特征不明显。这种情况主要出现于研究区北部, 譬如榆25井、 榆2井, 其当时沉积环境属于上三角洲平原河道间的泛滥平原或洼地。由于山23亚段沉积期间湖侵不断向北推移, 在上砂层组中4＃、 5＃煤层仍较发育, 能够成为短期基准面旋回3、 4的划分依据。
高分辨率层序地层学与砂层组划分方案相结合的研究结果表明: 子洲气田及邻区山23亚段划分为上砂层组、 下砂层组的方案是基本可行的, 能够在生产实际中推广应用。
4.2 山23亚段三分砂层组的尝试
根据本次山西组高分辨率层序地层学研究成果, 本报告在山23亚段的上、 下二分砂层组的基础上, 又对主力产气的下砂层组进行了进一步细分。山23亚段的上、 下砂层组划分方案和界线不变, 将砂体相对发育的下砂层组再细分为两个砂层组。为了命名方便简洁, 将上砂层简称为A砂层组; 下砂层组上部简称为B砂层组; 下砂层组下部简称为C砂层组。
下砂层组分为B、 C两个砂层组, 短期基准面旋回SSC1构成C砂层组; 短期基准面旋回SSC2构成B砂层组。
区域地层对比剖面图( 附图15－24) 和砂体发育区地层和砂体对比剖图( 附图25－32) 均表明: 山23亚段下砂层组B、 C二分方案具有较明显不确定性和不易操作运用( 参见图4－2,3) 。有的井则下砂层组具有明显的为二分特征( 例如洲18－18井, 洲19－24) 。可是, 有的井下砂层组具有明显的三分特征( 米38－11, 洲22－23, 洲22－24) ; 还有的井下砂层组仅有一个旋回, 要想细分只有在砂岩中生硬地割开一刀( 米35－15, 米4) ; 有的井下砂层组砂体甚至还具有四分( 榆45井) 。总而言之, 山23亚段分成A、 B、 C三个砂层组的方案不成熟, 不宜推广。可是, 将下砂层组分为B、 C两个砂层组, 对于研究沉积相和砂体展布规律有一定的帮助。

图4－3 榆147～台10～台64～榆16井山2段地层对比图
( 山23亚段分为A、 B、 C三个砂层组)

图4－2 榆42～榆56～洲22-24～米4井山2段地层对比图
( 山23亚段分为A、 B、 C三个砂层组)

5 总结
山2段为一个长期基准面旋回( LSC1) , 其由两个中期基准面旋回( MSC) 组成。山23亚段构成一个中期基准面旋回( MSC1) ; 山22＋山21亚段构成另一个中期基准面旋回( MSC2) 。MSC1由4个短期基准面旋回( SSC1、 SSC2、 SSC3、 SSC4) 构成。MSC1是一个以上升半旋回为主、 下降半旋回为次的不对称中期基准面旋回, 反映了山23亚段沉积背景总体上是一个阶段性湖侵, 湖岸线阶段性往北推移的过程。高分辨率层序地层学研究中充分运用了砂泥岩沉积旋回、 地层中煤层成因分析。并将研究成果对山23亚段砂层组划分方案的进行了优化。将山23亚段分为上砂层组、 下砂层组, 有利于气藏储层特征和分布规律研究。

参 考 文 献
1. 李增学, 韩美莲, 魏久传等, , 鄂尔多斯盆地上古生界高分辨率层序划分与煤聚积规律分析[J], 中 国石油大学学报(自然科学版) Vol. 32　No. 1.
2. 吴因业, 1996, 煤层—一种陆相盆地中的成因层序边界[J], 石油学报, 17卷, 第4期.
3. 邓宏文, 王红亮, , 高分辨率层序地层学——原理及应用[M], 北京: 地质出版社,
朱红涛, 陈志远, , 鄂尔多斯盆地东北部山西组高分辨率层序地层学与沉积模式研究[D], 中国地质大学博士论文.