陸相斷陷盆地沉積可容空間變化與油氣匯聚體系關系探討

黃建軍,朱振鑫

(中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司研究院,上海 200120)

陸相斷陷盆地沉積可容空間變化與油氣匯聚體系關系探討

黃建軍,朱振鑫

(中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司研究院,上海 200120)

陸相斷陷盆地的沉積可容空間變化規律控制著盆地的層序地層充填樣式和生儲蓋發育規律,根據目前我國陸相斷陷盆地的層序地層響應特征,將沉積可容空間的變化頻率分為低頻和高頻兩種類型。油氣匯聚體系是陸相斷陷盆地油氣勘探的研究對象,根據油氣聚集規模將其劃分為大型、中型和小型等三種規模類型。具備不同層序地層充填樣式的陸相斷陷盆地一般發育不同規模類型的油氣匯聚體系和相應的空間展布規律:低頻率沉積可容空間變化的陸相斷陷盆地可以發育大型、中型規模的油氣匯聚體系;高頻率沉積可容空間變化的陸相斷陷盆地一般發育中型或者小型規模的油氣匯聚體系,大型規模的油氣匯聚體系欠發育。我國陸區陸相斷陷盆地中的東營凹陷是低頻率沉積可容空間變化的典型代表,東濮凹陷是高頻率沉積可容變化的典型代表;海區陸相斷陷盆地中的潿西南凹陷屬于低頻率可容空間變化的類型,海中凹陷屬于較高頻率可容空間變化的類型。

沉積可容空間變化率;高頻;低頻;油氣匯聚體系

1 關于沉積可容空間變化率

沉積可容空間是描述盆地地層沉積充填特征的重要參數之一,也是層序地層學中的一個重要概念[1-3],沉積可容空間的體積(V)是相對湖平面深度(H)、構造沉降量(h)、沉積物供給量(S)以及其它多種因素的函數,即V=f(H、h、S、….),在實際研究中通常用沉積盆地的面積(M)與相對湖平面深度(H)的乘積來進行估算和半定量描述,即V≈M×H。目前國內學者多以沉積可容空間變化率來定義盆地沉積可容空間的變化量(ΔV)與其他數值之間的函數關系,筆者認為廣義的沉積可容空間變化率應該分別表述為三個不同的函數關系:①可容空間變化(速)率(C),它是沉積可容空間體積變化量(ΔV)與變化時間間隔(ΔT)的比值;②沉積可容空間變化(頻)率(F),它是沉積可容空間變化旋回個數(N)與變化時間間隔(ΔT)之間的比值;③沉積可容空間(體積)變化率(A),它是沉積可容空間變化量(ΔV)與總的沉積可容空間體積(V)之間的比值。

沉積可容空間變化速率(C)是層序地層學中討論準層序組疊加形式的控制參數之一,它與沉積物供給速率之間的比值決定了層序內部準層序組的空間疊加形式:當前者大于后者時,形成退積式準層序組;當兩者相當時,形成加積式準層序組;當前者小于后者時,形成進積式準層序組。這個狹義的沉積可容空間變化率是目前業界內熟悉且經常被提到的函數量。

沉積可容空間變化頻率(F)的大小決定了相同地質歷史時期內地層層序中沉積體系的空間分布特征,在碎屑巖地層中直接決定了不同巖性地層單元的空間展布規律。對于具備不同沉積可容空間變化頻率的地層單元,生儲蓋的分布和組合規律不同,需要采取的研究方法和技術手段也不同。目前國內對于陸相斷陷盆地的研究類型中,可以將沉積可容空間變化頻率分為兩大類:低頻率類型和高頻率類型。

沉積可容空間體積變化率(A)決定了在一個特定的沉積可容空間變化旋回中所能夠形成的層序界面的橫向范圍大小和層序地層單元的縱向厚度大小,即決定了在特定的地質歷史時期內可以形成的層序地層單元級別規模。另外它配合盆地古地形等因素可以對比分析盆地之間的層序結構差異成因[4]。

可見上述三種狹義的沉積可容空間變化率分別具有不同的含義,我們在利用其討論盆地沉積充填特征時必須加以區分,不可籠統的稱之為沉積可容空間變化率。在盆地的勘探初期階段或者缺乏鉆井資料的勘探盆地(區塊),利用沉積可容空間變化頻率(F)和沉積可容空間體積變化率(A)對盆地沉積充填、油氣分布等的控制規律進行盆地內的分析和盆地間的對比均具有較強的理論指導意義。

2 油氣匯聚體系

含油氣系統和圈閉是石油地質中兩個重要的概念和研究對象,就研究程度而言它們分別代表了含油氣盆地中兩個不同層面的研究對象:含油氣系統屬于宏觀的研究對象,它包括了生、運、聚、圈、保的各個要素,是盆地評價級別的研究內容之一;圈閉屬于精細級別的研究對象,是盆地中油氣藏分析、預測中必然涉及到的研究內容,它相對于含油氣系統而言屬于較精細層面的研究對象。

為了便于在含油氣系統和圈閉之間確定一個中間級別的研究對象,同時也是為了避開烴源巖和油源對比等研究對象的不確定性,紀友亮、黃建軍等(2008年)對油氣匯聚體系這一有別于含油氣系統和圈閉的研究對象進行了定義和綜合分析,并且探討了油氣匯聚體系與層序地層單元之間關系[5-6]。概括來講,油氣匯聚體系就是一個油氣匯聚單元,它主要強調現今在地層中賦存的不同規模的“油氣聚集體”。在假定一個盆地具備油氣勘探潛力的前提之下,通過對盆地內不同規模的儲集層系統、油氣輸導系統的分析,可以預測盆地內不同規模的油氣匯聚體系,為確定不同精度層次的有利油氣勘探目標體提供有力的理論指導。根據構成油氣匯聚體系的儲集子系統和輸導子系統的規模及其組合關系,并結合油氣匯聚體系中可能擁有的油氣匯聚量,將油氣匯聚體系分為大型、中型、小型等三個類型。不同規模類型的油氣匯聚體系在陸相斷陷盆地內分布特征各異(圖1)。

圖1 陸相斷陷湖盆油氣匯聚體系分布示意圖Fig.1 Distribution of oil-gas collective system in terrestrial fault-depressed basins

3 沉積可容空間變化頻率、沉積可容空間體積變化率與油氣匯聚體系關系討論

油氣匯聚體系由儲集系統和輸導系統構成,陸相斷陷盆地中各種類型的砂體是構成儲集系統的主體,不整合面、斷層、砂體是構成輸導系統的主體[7]。沉積可容空間變化頻率(F)影響著砂體在特定地層中的分布規律,沉積可容空間體積變化率(A)通過影響不整合面的分布范圍控制著不同級別層序單元的形成,同時也間接影響層序地層單元內砂體的分布規律,可見沉積可容空間變化頻率(F)和沉積可容空間體積變化率(A)通過影響陸相斷陷盆地的砂體分布、不整合面分布來進一步控制著盆地內油氣匯聚體系的分布規律。下面分別通過處在不同勘探階段、不同勘探環境中兩組陸相斷陷盆地的對比分析,探討沉積可容變化頻率(F)、沉積可容空間體積變化率(A)與油氣匯聚體系之間的關系。

3.1 東營凹陷和東濮凹陷

這兩個凹陷屬于高勘探程度、陸區勘探環境的陸相斷陷湖盆,通過對兩個凹陷內已經取得的地質認識和勘探成果的對比分析,以沙河街組三段地層為分析對象,可以獲得一定程度的F、A與油氣匯聚體系之間的關系認識。

3.1.1 東營凹陷屬于低F低A類型,發育大型、中型油氣匯聚體系

勘探實踐表明,東營凹陷是濟陽坳陷中油氣資源最為豐富的含油氣盆地,其又以沙河街組為勘探重點層系,沙河街組三段中在東營凹陷長軸方向發育典型的三角洲前積地層(圖2),通過單井對比和地震資料識別等研究手段均可明顯的識別出三個三級層序,其四級層序發育特征不明顯。沙河街組三段的沉積可容空間變化情況可以進行如下分析:在沙河街組三段沉積時間間隔一定的前提下,沉積地層共發育了三個三級層序,因此東營凹陷沙河街組三段的三級層序沉積可容空間變化頻率F=3;根據沙河街組三段的前積結構沉積特征和前人的古水深研究資料,沙河街組三段沉積時期屬于深盆深水沉積環境,盆地斷裂活動也處于強烈期,所以其沉積可容空間總體積V屬于高值,如果在特定的沉積可容空間變化值(ΔV)前提下,沙河街組三段沉積時期的沉積可容空間體積變化率A屬于低值。

圖2 東營凹陷沙河街組三段中部(第二、三級層序)沉積古環境Fig.2 Sedimentary environment in middle part of the third section of Shahejie Formation of Dongying Sag

沙河街組三段的油氣匯聚體系的構成特點如下:三個三級層序中的前積地層主要由三角洲前緣砂體和滑塌濁積砂體構成,由于沉積可容空間體積變化率A屬于低值,三角洲前緣的砂體在前積的背景下縱向疊置明顯,所以砂體的疊加厚度加大,可以形成中型、大型的砂體儲集層系統;三角洲前積砂體和不整合面共同構成了該套地層中的輸導系統,兩者組合,便構成了大型、中型的油氣匯聚體系(圖3)。

圖3 東營凹陷沙三段A、F變化及油氣匯聚體系分布Fig.3 A、F change and distribution of oil-gas collective system in the third section of Shahejie Formation of Dongying Sag

3.1.2 東濮凹陷屬于高F高A類型,發育中型、小型油氣匯聚體系

東濮凹陷是濟陽坳陷中與東營凹陷相鄰的凹陷之一,與東營凹陷相比其油氣資源欠豐富。根據已有的地質認識和勘探成果,對該凹陷的沙河街組三段的沉積可容空間變化做如下分析:根據陸相斷陷盆地層序級別劃分標準,東濮凹陷沙河街組三段劃分為一個三級層序,所以該凹陷沙河街組三段三級層序沉積可容空間變化頻率F=1,僅從三級層序沉積可容空間變化頻率來看,其要比東營凹陷低(東營凹陷沙河街組三段三級層序沉積可容空間變化頻率F=3),但是東濮凹陷沙河街組三段發育了9個四級層序(圖4),即東濮凹陷沙河街組三段四級層序沉積可容空間變化頻率F=9,因此就同時期的地層相比,東濮凹陷沙河街組三段屬于高頻類型的斷陷盆地沉積地層;根據東濮凹陷巖相古地理研究資料,其在沙河街組三段沉積時期屬于“淺盆淺水”的沉積背景,即沉積可容總空間V屬于低值,在特定的沉積可容空間變化值(ΔV)前提下,該凹陷沙河街組三段沉積時期的沉積可容空間體積變化率A屬于高值。

圖4 東濮凹陷A、F變化及油氣匯聚體系分布Fig.4 A、F change and distribution of oil-gas collective system in Dongpu Sag

東濮凹陷與東營凹陷之間的沉積可容空間變化率A的差異決定了兩者的沉積可容空間變化頻率F的差異:東濮凹陷沙河街組三段時期屬于“淺盆淺水”沉積背景,一定量的沉積可容空間變化值(ΔV)作用下,沉積基準面狀態的變化較大(接受沉積區和剝蝕區的轉變),湖泊水體范圍變化明顯,砂體接受沉積的時間較短,便形成了不同時期的砂體在平面上分布較為分散,縱向上疊置厚度較薄的分布狀態(圖5)。也正是由于東濮凹陷沙河街組三段的沉積可容空間變化頻率的高值特征,決定了其三級層序結構特征不明顯,以四級層序結構特征為主。而東營凹陷相應時期以“深盆深水”為沉積背景,因為總的沉積可容空間V較大,同樣的ΔV作用下沉積基準面的變化不明顯,湖泊水體范圍的變化也不明顯,砂體的沉積縱向厚度大、橫向集中,四級層序結構特征不明顯,只有在較大ΔV的作用下才能形成明顯的層序界面即三級層序界面,因此只有三級層序結構特征才能夠在東營凹陷沙河街組三段得以顯示。

圖5 東濮凹陷沙三段A、F變化及沉積體系響應示意圖Fig.5 A、F change and distribution of oil-gas collective system in the third section of Shahejie Formation of Dongying Sag

如上所述,東濮凹陷沙河街組三段的砂體在平面上分布分散、縱向上疊置較薄,因此構成的儲集層系統規模較小;不整合面和與之接觸的砂體構成了輸導系統,兩者組合構成了東濮凹陷沙河街組三段地層內中型、小型的油氣匯聚體系(圖4)。

3.2 潿西南凹陷和海中凹陷

這兩個凹陷屬于中低勘探程度、海區勘探環境的陸相斷陷盆地,通過兩個凹陷的地質資料分析和前面對F、A與油氣匯聚體系關系的認識,可以判斷兩個凹陷內存在的沉積可容空間變化規律,預測兩個凹陷內可能發育的油氣匯聚體系規模類型。

3.2.1 潿西南凹陷屬于低F低A類型,預測發育大型、中型油氣匯聚體系

潿西南凹陷流沙港組自下而上地層沉積環境三分性明顯,流三段和流一段分別為相對較粗的巖性地層,以三角洲前緣和三角洲平原沉積環境為主,流二段以大段的暗色泥巖為主,并且在盆地范圍內分布較廣,從地震資料特征上看,流二段與其他兩個層段的地震反射明顯不同,地層內部地震反射界面較為缺乏。潿西南凹陷流沙港組主要表現為三級層序結構特征,屬于低F低A斷陷盆地類型,預測發育大型、中型油氣匯聚體系(圖6)。

圖6 潿西南凹陷油氣匯聚體系預測剖面Fig.6 The forecast section of oil-gas collective system in Weixinan Sag

3.2.2 海中凹陷屬于較高F較高A類型,預測發育中型、小型油氣匯聚體系

海中凹陷勘探程度更低,鉆井資料揭示地層不全。從地震資料上看,它與潿西南凹陷的地震反射特征明顯不同,在其流沙港組地震反射層中無明顯的大段的弱反射層段存在,主要以中振、中連、中頻亞平行充填反射特征為主,因此推測其屬于較高F較高A類型的陸相斷陷盆地,預測主要發育中型、小型的油氣匯聚體系(圖7)。

圖7 海中凹陷油氣匯聚體系預測剖面Fig.7 The forecast section of oil-gas collective system in Haizhong Sag

4 結論與討論

沉積可容空間的變化控制了陸相斷陷盆地的沉積充填特征,區分沉積可容空間變化速率、沉積可容空間變化頻率、沉積可容空間體積變化率之間的差異性,可以明確各自在盆地分析、油氣勘探實踐活動中所起到的控制作用。沉積可容空間變化頻率和沉積可容空間體積變化率決定了沉積盆地的宏觀沉積特征,在盆地勘探初期和鉆井資料缺乏的海區區塊應該加強研究;沉積可容空間變化速率決定了層序地層結構內部的發育特征,在開發階段和圈閉評價層面上具有較強的研究意義。

一般來講,具備低頻的沉積可容空間變化頻率、較低的沉積可容空間體積變化率的陸相斷陷盆地,有利于形成大型、中型的油氣匯聚體系,反之,可能主要發育中型、小型的油氣匯聚體系,大型的油氣匯聚體系欠發育。

如何利用實際的鉆井資料和地震資料分析沉積可容空間的變化規律,并進一步分析盆地的沉積充填規律,是盆地沉積充填研究技術手段的未來拓展領域之一。

[1]紀友亮,張世奇.陸相斷陷盆地層序地層學[M].北京:石油工業出版社,1996.

[2]紀友亮,張世奇,張宏.層序地層學原理及層序成因機制模式[M].北京:地質出版社,1998.

[3]蔡希源,李思田.陸相盆地高精度層序地層學——隱蔽油氣藏勘探基礎、方法和實踐[M].北京:地質出版社,2003.

[4]紀友亮,張善文,馮建輝.陸相湖盆古地形、可容空間的體積變化率與層序結構的關系[J].沉積學報,2005,23(4):631-638.

[5]黃建軍,紀友亮.油氣匯聚體系[J].海洋地質動態,2005,21 (3):27-33.

[6]紀友亮,黃建軍,張善文,等.斷陷盆地油氣匯聚體系研究[J].沉積學報,2008,26(3):417-425.

[7]紀友亮,張善文,王永詩,等.斷陷盆地油氣匯聚體系與層序地層格架之間的關系研究[J].沉積學報,2008,26(4):617-623.

Discussions on the relations between sedimentary accommodation space change and oil-gas collective system in terrestrial fault-depressed basins

Huang Jianjun,Zhu Zhenxin
(Institute of SINOPEC Shanghai Offshore Oil&Gas Company,Shanghai200120)

The rulesof the sedimentary accommodation space changes in terrestrial fault-depressed basin control the sequence stratigraphic filling patterns and the development rules of generating-reservoir-cover assemblage.Based on the sequence stratigraphic response characteristics of the terrestrial fault-depressed basins in China,the change frequency of sedimentary accommodation space is divided into two types:lower frequency and higher frequency.

Oil-gas collective systems are the main research objects in the oil-gas exploration of terrestrial fault-depressed basin.On the basis of the oil-gas accumulation scale,the oil-gas collective systems are divided into three types:great,middle and small ones.Commonly,the terrestrial fault-depressed basins with different sequence stratigraphic filling patterns develop different scale oil-gas collective systems with corresponding spatial distribution rules.

Lower frequency sedimentary accommodation space change in terrestrial fault-depressed basins will develop oil-gas collective systems with great scale or middle scale while the higher frequency sedimentary accommodation space change will develop oil-gas collective systems with middle scale or small scale,the greatscale oil-gas collective system developed rarely.

In the continental China,Dongying depression is the typical representative of terrestrial fault-depressed basins with lower frequency sedimentary accommodation space change,and the Dongpu depression represents the higher frequency sedimentary accommodation space change.In the oceanographical area,the Weixinan depression belongs to the type of the lower frequency sedimentary accommodation space change, and the Haizhong depression belongs to the type of higher frequency sedimentary accommodation space change.

sedimentary accommodation space change rate;higher frequency;lower frequency;oil-gas collective system

book=3,ebook=121

TE122.1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.03.009

1008-2336(2010)03-0009-07

2010-03-31;改回日期:2010-04-20

黃建軍,1979年生,男,博士,工程師,2008年畢業于同濟大學海洋地質專業,現從事石油地質綜合評價、層序地層及沉積體系等相關研究工作。E-mail:huang—hjj@126.com。