油层对比4章_新

第四章地层对比与沉积微相
地层对比是指建立研究区域及层段内的等时地层关系。

按研究范围，地层对比可分为世界的、大区域的、区域的和油层对比四类。

世界地层对比为全球范围的地层对比，大区域地层对比为跨盆地的地层对比，主要应用古生物群、岩石绝对年龄测定和古地磁、全球海平面变化等进行对比，属于地层学的研究范畴。

区域地层对比是指在一个油区范围内进行全井段的对比，而油层对比是指在一个油田内含油层段的对比。

油层对比提供了含油地层的空间格架，是油田地质研究的基础[49]。

沉积微相研究是对地层单元内沉积环境及岩性分布的研究。

沉积微相控制着储层性质及其空间分布，控制着地下油水运动，因此，沉积微相研究亦是油田地质研究的重要基础。

第一节地层对比方法概述
地层作为一个地质体具有多方面的特征，如矿物成分、化学组分、岩石的结构构造、层理层面特征、地磁性质、对地震波反射吸收性质、导电性、同位素年龄以及化石种类等。

因此，人们就能够根据这些不同的特征去认识地层，划分、对比地层。

由于地层划分、对比方法的不同，可以产生不同的地层单位。

如根据古生物组合可将地层划分为生物带、亚带等；根据岩性将地层划分为群、组、段、层等；综合古生物组合及岩性，可划分不同级别的时间－地层单元，如界、系、统、组、段等；应用层序地层学方法则将地层划分为层序、准层序组、准层序、层组、层、纹层组、纹层等。

一、生物地层学方法
根据古生物及其组合划分地层[50]。

1.基本原理
地层年代的概念，必须建立在生物地层学的基础上。

地质历史发展过程中，不外乎是无机界和有机界（即生物界）的演化发展过程，而生物界的演化比无机界的发展具有更加显著的阶段性和不可逆性。

只要地层所含化石或化石组合相同或相似，它们的地质时代就相同或大致相当，这就是使用古生物化石划分对比地层的理论依据。

古生物学法是确定地层相对地质年代的基础。

在地层对比中，多利用岩心或岩屑中的微体化石及超微化石，这在各油田的区域地层对比研究中已成为不可缺少的重要方法。

2.主要采用的方法
(1)标准化石法
在一个地层单位中，选择少数特有的生物化石，这种化石只在该段地层中出现，上、下邻层中不存在，它们是特定地质时代的产物，这些化石就叫做标准化石。

根据标准化石来进行地层划分和对比的方法叫做标准化石法。

所谓标准化石也是相对的，但它具有明显特征：生存时代短；分布范围广；数量多，易于发现及鉴定，保存完好。

(2)化石组合法
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在地质历史中，同一生活环境中不止一类生物，而是多种生物共生并形成一个生物群体。

生物的演化决定于生物本身，外界环境是条件。

在不同时代不同生活环境中，由于各种生物的适应能力不同，产生的组合就不同。

生物群及其变化，在一定程度上，反映了该地层形成时期生物群的总体面貌。

生物群是随着地质历史发展而不断演化，特别在地史转变时期，地理环境也随之改变，生物群也需要重新组合。

生物界的发展阶段，是和地表自然地理环境的变化相吻合的。

因而，利用生物群组合来划分地层界线，可以客观地反映地质演变的界线。

(3)种系演化法
每一物种最初都只在一个地方产生，其后尽它的迁移及生存能力，再向外迁移。

应用到地层对比中，即不同地点保存有同一种演化谱系中某个过渡类型个体，那么它们应该是同一时代的产物，即应该是等时的。

生物地层学方法不仅在一个盆地内部的地层对比中有重要意义，而且在互不连通的远隔盆地间的地层对比中更有其独特的作用。

然而，生物地层对比也存在一定的局限性，如化石鉴定的分歧，地质环境复杂多变引起的古生物化石的穿时性，以及出现无化石的“哑”层，这都不同程度地造成了地层划分对比的差错。

因此，生物-地层对比应与其它方法进行结合。

二、岩石地层学方法
以岩性作为主要分层依据。

这种方法在化石少、岩性变化大和井数多的地方常常使用，有重要的实际意义。

1.基本原理
岩层的岩性（颜色、成分、结构、构造等）、岩石叠置顺序、沉积旋回和岩相特征等，都可以作为地层划分和对比的依据。

因为在地质发展过程中无机界具有明显的周期性和不可逆性的规律。

在垂向剖面中，不同时代的岩层，尽管某些岩石的外表特征看起来很相似，但实际上具有差异性，这种差异性表现在岩石本身的物理化学性质的变化上。

岩石地层学方法就是根据组成地层的岩石本身的成分、颜色、结构、构造的变化来划分、对比地层。

这种方法包括岩性法、沉积旋回法、标志层法、重矿物法等。

2.主要采用的方法
(1)标志层
标志层是指地层剖面上岩性特征突出（容易识别）、分布较稳定且厚度变化不大的岩层，为某一特定时间在一定范围内形成的特殊沉积。

由于其在一定范围内的稳定性及等时性，因此可用于进行地层对比。

常见标志层有：
①碎屑岩中夹有的致密薄层灰岩、稳定泥岩、油页岩或化石层；
②碳酸盐岩剖面中某些石膏夹层或泥岩夹层；
③冲积沉积中的煤层、古土壤层、火山灰等；
④含有特殊矿物的地层。

⑤上、下层段间某种特征（地层水矿化度、放射性物质含量等）的差异。

在地下地层对比中，常用测井曲线进行地层对比，因此，要求上述特殊岩性在测井曲线上具有明显的、容易识别的特征。

在电测曲线上具有明显响应、易于识别的标志层则称为电性标志层。

在标志层被确定后，应分析各标志层在剖面上出现的部位和顺序、邻近岩层的岩性和电
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性特征，以及各标志层之间的厚度关系等，并编绘各标志层的岩性与测井曲线响应的剖面图。

地层对比首先是标志层的对比。

显然，在剖面上标志层越多，分布越普遍，对比就越容易进行。

根据标志层分布稳定程度及可控制对比范围，可将标志层分为二级：①一级标志层：在油田范围可进行对比的标志层；②二级标志层：为局部范围内可用的对比标志，亦可称为辅助标志层。

在实际应用中，一般要求标志层稳定率（出现标志层井数／统计总井数）大于60%。

若为局部分布的标志层要圈出其分布范围，达到上述稳定率的要求者可在该范围内使用。

特别重要的是，在应用标志层进行地层对比时，需要分析标志层的等时性及等时范围。

如大型湖侵形成的湖泛泥岩可作为等时层，但其等时范围是在湖侵影响范围内；冲积环境中的煤层，在小范围内是等时的，大范围内则发生相变了。

另外，标志层本身也存在着相变问题。

例如，辽河断陷沙河街组一段中部顶有一层分布比较广泛的油页岩，无论岩性及其在视电阻率曲线上都易于辨认与对比，不失为井下对比的标志层。

但这个层在西部凹陷的西斜坡上相变为浅水相的富含腹足类、介形类的泥灰岩，俗称“螺灰岩”，由此相变为另一个标志层。

因此，利用标志层法进行地层对比时，必须掌握标志层在空间上的变化规律，避免出现此类失误。

(2)岩性及岩性组合
当地层剖面上难以寻找到标志层或标志层较少时，往往会用岩性及岩性组合特征作为地层对比的重要依据。

岩性组合是指地层剖面上的岩石类型及其纵向上的排列关系。

岩性组合包括以下几种情况：单一岩层纵向上规律变化；两种或两种以上岩石类型组成的互层；以某种岩石类型为主，包含其它夹层；岩石类型有规律地重复出现等四种类型。

不同的岩性组合类型是不同沉积环境中不同沉积阶段的产物，一些横向分布相对稳定的特殊岩层组合，常常会形成特征突出，且易于识别的岩性组合段（如图4－1）。

它们就相当于标志层，并用于油层对比之中。

如四川盆地川中地区的大安寨地层，其中的薄层灰岩与暗色泥岩不等厚互层，其特征十分突出，成为一个良好的岩性组合标志层。

然而，岩性及岩性组合毕竟是沉积环境的产物。

在不同时代的相同环境中，可出现岩性相似的地层。

因此，仅根据岩性对比，有可能误把不同时代岩性相
似的地层当作同一时代的沉积物，甚至有时还会误将
穿时的岩相界面当作等时的地层界线。

例如，七八十
年代，对辽河油田井下古潜山油藏的研究中，仅仅依
据碳酸盐岩的岩性、颜色等特点，将地层划归中、上
元古界。

直至90年代中期，从古潜山地层岩石薄片中
见到化石壳体碎片，以及丰富的牙形石、微古植物化
石，证实了曙光地区高、中、低古潜山带均存在下古
生界。

(3)沉积旋回 沉积旋回是指在纵向剖面上一套岩层按一定生成顺序有规律地交替重复。

这种有规律的重复，可以在岩石的颜色、岩性、结构、构造等各方面表现出来。

形成沉积旋回的原因很多，但最主要是由于地壳周期性的升降运动所引起的。

一般情况下，地壳下降，发生水进，在剖
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面上形成自下而上由粗变细的水进序列，称之为正旋回；地壳上升，发生水退，在剖面上形成自下而上由细变粗的水退序列，则称为反旋回；而完整旋回是指地壳下降而又上升，在剖面上形成自下而上由粗变细再变粗的水进水退序列。

地壳的升降运动是区域性的，在同一个沉积盆地内，同一次升降运动所表现出的沉积旋回特征是相同或相似的，这就是利用沉积旋回
划分对比地层的理论依据。

地壳的升降运动是
不均衡的，表现在升降的规模（时间、幅度、
范围）有大有小，且在总体上升或下降的背景
上还有小规模的升降运动。

因此，地层剖面上
的旋回就表现出级次来，即在较大的旋回内套
有小的旋回（图4-2）。

利用旋回对比地层时，
可以从大到小分级次进行对比，这就是“旋回
对比、分级控制”的原理。

在油田范围内，沉积旋回级别一般从小到大
分为四级：
①四级沉积旋回（或称韵律）
它是包含一个单砂层在内的不同粒度序列岩石的一个组合，其厚度、结构及层理随沉积相带的变化而有所不同。

②三级沉积旋回
同一岩相段内几种不同类型的单层或者四级旋回组成的旋回性沉积。

集中发育的含油砂岩有一定的连通性，上下泥岩隔层分布比较稳定。

③二级沉积旋回
由不同沉积的岩相段组成的旋回性沉积，包含若干三级旋回。

油层分布状况与油层特征基本相近，是一套可以组成开发单元的油层组合。

④一级沉积旋回
包含若干二级旋回，相当于一个含油层系。

一般都有古生物或微体古生物标志层来控制旋回界线。

沉积旋回分级是个相对概念，各级沉积旋回反映盆地构造活动、气候变化、碎屑物供应量的变化、水进水退、沉积体的废弃转移、各沉积事件能量的差异，以及每次沉积事件本身能量的变化过程。

应根据油田的实际情况确定沉积旋回级次及成因意义。

(4)重矿物法
沉积岩中矿物按其相对密度可以分为两类：相对密度大于2.09的叫重矿物，小于2.09的叫轻矿物。

重矿物如锆英石、磷灰石、电气石、金红石、钛铁矿等。

在不同的地层中重矿物组合和含量是变化的。

在同一物源区的前提下，它可作为地层划分、对比的依据。

我国中、新生界以陆相为主，一个沉积区往往受到多个沉积物源的影响，地层对比成效不很明显，一般情况不常使用此法。

三、层序地层学方法
层序地层学是20世纪80年代在地层学基础上新发展起来的一门沉积地层学分支学科，它是划分对比和分析沉积岩的一种新技术和新方法
[51-52]，是根据地震、钻井、露头资料以及
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图4-3 可容空间与沉积物供给对层序地层形成过程的控制作用 （据Van Wagoner et al.,1988;Shanley,1994） 有关的沉积环境和岩相对地层形式进行综合解释的科学。

这一学科发源于海相地层的研究。

层序地层学认为，地层单元的几何形态和岩性受到构造沉降、全球海平面变化、沉积物供给和气候等四大因素的影响。

1．基本原理
根据层序地层学基本原理，沉积物供给与可容空间的相对变化速率决定着层序内地层的叠置型式及层序边界的形成。

可容纳空间为由海平面升降、构造沉降或二者的综合作用所产生的可供沉积物沉积的空间，包括沉积物表面至沉积基准面之间的所有空间(Jervey,1988)。

其中，沉积基准面为一个抽象的动态平衡面，在此面之上不发生沉积作用，已沉积的物质将被剥蚀而难以保存下来；在此面之下，沉积物发生沉积作用（Jervey,1988）。

海洋环境的沉积基准面为海平面，湖泊环境的沉积基准面为湖平面，而陆相冲积环境的沉积基准面为递降水流平衡剖面（graded stream profile ），其在理论上为一条向上凹的抛物线，在河口处平坦，而向物源方向方向变陡。

在可容纳空间为正值的条件下，当沉积物供给速率小于可容纳空间增大速度时，发生向陆退积作用；当沉积物供给速度等于可容纳空间增大速度时，发生加积作用；当沉积物供应大于可容纳空间增大速度时，
发生前积作用(Van Wagoner 等.，
1988)。

而在可容纳空间为零时，
发生沉积物路过作用（既无沉
积，亦无剥蚀，沉积路过该区向
盆地内搬运、沉积）。

当可容纳
空间为负值（沉积基准面在沉积
物表面上下）时，将发生侵蚀和
下切作用，从而形成层序边界
（图4-3）。

2．层序地层单元
层序是一套相对整一的、
成因上有联系的、顶底以不整合
面或与之相应的整合面为界的
一套地层（Mitchum,1977）。

每
个层序均由一系列体系域（如低
水位体系域、海进体系域、高水
位体系域等）组成，每个体系域
又包含一系列同时形成的沉积
体系。

体系域是以其在层序内的
位置及以海泛面为界的准层序
组和准层序的叠置方式来定义
的。

低水位体系域以层序边界为
底界，其顶以第一次较大的海泛
面（称为海进面）为界，它可能由盆底扇、陆坡扇和低水位楔组成（Van Wagoner 等，1987，1988；Posamentier 和Vail,1988）。

海进体系域为一下部以海进面为界、上部以下超面或最大
洪泛面为界的体系域。

一般地，该体系域表现为向上变深、变细的沉积序列。

高水位体系域为一以下超面为下部边界、以下一个层序边界为上部边界的体系域。

高水位体系域的早期一般由一个加积准层序组构成；高水位体系域晚期一般由一个或多个前积准层序组构成（Van Wagoner等，1987,1988；Posamentier和Vail,1988）。

另外，在层序内还可识别出陆架边缘体系域、下降阶段体系域等，在此不拟详述。

层序地层单元可进一步划分为更细的级次，如准层序组、准层序、层组、层及纹层等。

一个准层序是以海（湖）泛面或者它们的对应面为界的、成因上有联系的、相对整一的岩层或层组序列（Van Wagoner，1985，1987，1988，1990）。

而准层序组则是以较大海（湖）泛面及其对应面为界的、成因上有联系的准层序所构建的一种特定叠置型式（退积、加积或前积）。

层组则是由一套相对整一的成因相关的层组成，其边界面为侵蚀面、无沉积作用面或与其对应的整合面（Campbell,1967）。

层组还可进一步分为纹层组和纹层。

一般地，层序和体系域厚度较大（数十至数百米），分布范围相对较广（数十至数百平方公里），一般在地震剖面上可以进行识别。

这一研究范畴主要适用于油气田勘探，即在盆地或凹陷内，利用少数探井和大量的地震剖面进行层序、体系域的划分、对比，建立大规模的层序地层格架，预测有利的生、储、盖组合，优选有利的油气富集区。

而一个准层序的厚度范围相对较小（数米至数十米），一般在常规地震剖面上难于识别，大多数情况下只能借助于岩心、测井或露头资料进行识别。

这一地层单元（有时包括准层序组）及次一级地层单元的划分、对比及其在油田（或油藏）范围内的时空分布则是高分辨率层序地层学研究的主要内容[53]。

另外，高分辨率层序地层学研究还可通过层序内地层单元的几何形态、叠置型式、分布位置与岩石性质的关系，预测岩石性质及岩石物理性质（Cross等,1993；O Byrne和Flint,1993）。

3．高分辨率等时地层对比
高分辨率层序地层学研究的主要任务便是划分、对比高频异旋回形成的等时沉积地层单元。

目前有二种主要途径，其一是关键界面的识别和对比，其二是高频基准面转换旋回分析。

关键界面，如不整合面、洪泛面（海泛面、湖泛面）等，主要由异旋回作用过程（如构造沉降、海平面或湖平面升降、气候旋回等）形成。

这些面基本上是在同一时间或大体上同一时间形成的，因此具有等时性。

准确地识别这些界面，对于高分辨率等时地层对比具有很大的意义。

这些关键界面的识别和对比方法包括岩心观察、露头调查、测井资料分析、流体或岩石性质测量、储层压力测量、反射地震资料分析等。

高频基准面转换旋回分析是Cross T.A近年来提出的一种高分辨率层序地层学的研究方法。

其理论核心是：在基准面旋回变化过程中，由于可容纳空间与沉积物供给速率的变化，导致沉积物保存、地层堆积样式、相序、相类型及岩石结构等发生变化，这些变化是基准面旋回中所处的位置和可容纳空间的函数。

因此，通过研究控制沉积层序发育的基准面旋回变化，可以预测等时地层单元内部地层的结构型式。

基准面上升、下降旋回在较大范围内具有等时意义，因此识别并对比基准面旋回即可进行等时地层对比。

基准面旋回及其产生的可容空间的变化，主要通过地层旋回来识别。

一个完整的基准面旋回在地层记录中由代表二分时间单元（分别代表基准面上升和下降）的完整地层旋回组成，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组成。

不同级次的地层旋回，记录了不同级次的基准面旋回。

在钻井或露头剖面上，岩石物理性质的垂向变化、相序和相组合的垂向变化、旋回的叠加样
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式，以及地层几何结构关系是识别地层旋回及其对称性的主要标志，也是高分辨率层序划分与对比的基础。

如在海岸平原-浅海沉积环境中，沉积环境向上变浅的相序代表基准面下降半旋回的地层旋回，沉积环境向上变深的相序代表基准面上升半旋回的地层旋回。

一个长期半旋回，又由若干个短期旋回组成，如长期基准面下降半旋回由总体向上变浅的相序组成，其中包括若干个反映短期基准面上升和短期基准面下降旋回的地层旋回（向上变浅和向上变深旋回）。

Cross认为，基准面旋回的转换点，即基准面下降到上升或由上升到下降的转变位置（二分时间单元的分界线），是时间地层对比的优选位置（图4－4）。

在垂向上，根据不同地层旋回转换点位置的水深变化，可确定各旋回的堆积样式（向上变浅代表向海进积，向上变深代表向陆退积，水深不变代表垂向加积），结合旋回对称性和旋回加厚/变薄样式，即可进行时间地层单元对比。

转换点在地层记录中某一些位置上可能对应于地层的不连续面，某些位置则对应于连续的岩石序列。

在地层对比中，岩石与岩石对比、岩石与界面对比或界面与界面对比三种情况均可出现，它取决于可容纳空间变化与沉积物供给速率变化的相对关系，需要通过地层沉积过程的分析加以判断。

图4－4 浅海沉积环境成因地层动态对比概念图（据Cross，1994）
四、地层记录的地球物理响应
在油气勘探开发中，广泛采用地震、测井等地球物理学方法进行地层对比。

1.测井
在油田地质研究中，因取心成本高且速度慢，油田的取心井往往较少，而测井曲线能提供全井段的连续记录。

因此，在油气田内，通常是利用测井曲线进行地层对比。

在一定范围内，由于某一地层的沉积环境是相同或相似的，必然具有相同或相似的岩性特征。

而岩石的地球物理特征，主要是由岩性、物性及含流体性质所决定的。

因此，一般情况下，局部范围内的同一地层，其测井曲线（如自然伽马、视电阻率等）也出现相同或相似的特征，这正是应用测井曲线划分、对比地层的依据。

常见的对比曲线有电阻率、自然电位、
微电极、自然伽马和中子测井曲线等。

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当然，测井资料是第二性资料，需要应用岩心及其它地质资料进行标定，即建立标志层、岩性组合的岩—电图版，用以指导非取心井的地层对比。

2.地震
地震测量的反射波资料是地层的响应。

同一反射界面的反射波具有相同或相似的特征，如反射波振幅、波形、频率、反射波波组的相位个数等等。

根据这些特征，沿横向对比追踪出同一反射界面的反射，则可实现同一地质界面的对比。

而反射波组对应的地质层位是根据钻井资料和地质资料来标定的，由此可间接地实现地层对比。

利用地震资料对比地层有其不可取代的重要作用，许多实例表明，在一定条件下，它正确地揭示出岩石地层学与生物地层学方法的缺陷与弊端，并予以修正。

另一方面，由于地震资料的品质，以及处理方法的局限性，并不能完全取代别的方法，但在区域地层对比中具有举足轻重的作用。

除上述地层对比的常规方法外，在含油气盆地内的区域地层对比，以及复杂地区的地层对比中，常常也使用稳定同位素、磁性地层及事件地层学的方法，并取得了良好的效果。

另外，在具体的对比方法上，针对不同地区、不同地质条件等因素，还应用了粘土矿物及微量元素等方法。

目前，地层对比的方法正在向多学科、综合应用及高精度方向发展。

第二节油层对比
油层对比与区域地层对比无论在对比依据还是在对比方法上都没有本质的区别。

油层对比实质上是地层对比在油层内部的继续和深化，只不过油层对比要求的精确度更高，对比单元划分得更细，用于对比时的资料更丰富，选用的方法综合性更强。

一、油层对比的单元
由于油层对比的主要对象为油田内的含油层段，因此，其对比单元相对较小。

在划分各级油层对比单元时，主要考虑油层的特性（岩性、储油物性）的一致性和隔层条件（隔层的厚度和分布范围），油层对比单元级别越小，油层物性的一致性越高，纵向上的连通性越好。

油层对比单元一般划分为4级。

1.单油层
为岩性、储油物性基本一致，具有一定厚度、上下为隔层分开的储油层（相当于一个砂岩层）。

单油层具有一定的分布范围，层间隔层所分隔开的面积大于其连通面积，是储存油气的基本单元。

相当于四级沉积旋回。

2.砂层组（或称复油组）
是由若干相邻的单砂层组合而成。

同一砂层组的岩性特征基本一致，砂层组间的顶底界有较为稳定的隔层分隔。

相当于三级沉积旋回。

3.油层组
由若干油层特性相近的砂层组组合而成。

以较厚的泥岩作为盖或底层，且分布在同一岩相段内。

岩相段的顶底即为油层组的顶底界。

相当于二级沉积旋回。

4.含油层系
由若干油层组的组合，同一含油层系内油层的沉积成因、岩石类型相近，油水特征基本
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