鄂爾多斯盆地洪德地區侏羅系古地貌恢復與油氣成藏特征

袁 慧, 吳曉明, 譚成仟, 尹 帥

(1.西安石油大學 a.地球科學與工程學院; b.陜西省油氣成藏地質學重點實驗室, 西安 710065;2.中國石油長慶油田分公司第七采油廠, 西安 710200)

近年來, 鄂爾多斯盆地西緣逆沖帶侏羅系油藏越來越引起重視, 在環江西部地區發現了一系列侏羅系油藏群, 顯示出該地區侏羅系具有巨大的油氣潛力。環江地區侏羅系發育巖性-構造砂巖油藏, 且具有“小而肥”“串珠狀”的特點[1]。作為一級控藏因素, 古地貌對侏羅系油藏的形成起到至關重要的作用[2]。三疊紀沉積末期, 受印支運動的影響, 鄂爾多斯盆地西緣發生了較為強烈的構造運動, 由于靠近西北部物源, 該地區砂體較為發育。延長組頂部發生了廣泛且強烈的剝蝕, 在復雜的前侏羅紀古地貌格局條件下, 形成了延安組沉積[3]。

目前, 環江油田已發現侏羅系油藏主要位于前侏羅紀古地貌高部位, 這些區域在后期差異壓實作用下, 目前表現為一系列東西向平緩鼻狀隆起[4]。由于受構造圈閉范圍控制, 侏羅系油藏規模小, 其圈閉面積通常在3～9 km2。古地貌恢復的方法主要包括印膜法、 殘余厚度法、 沉積學方法、 地震方法等[5-9]。這些方法利用測井或地震資料, 并根據層拉平技術、 某一沉積基準面上覆或下伏沉積厚度展布規律、 地震切片法等資料來預測古地貌格局。對于測井方法來說, 其具有高分辨率特征, 但受鉆井數量的限制影響較為明顯; 而對于地震方法而言, 其對單砂體的識別能力降低, 但能夠恢復整個工區的古地貌格局。因此, 聯合測井及地震方法對古地貌格局進行識別能克服利用單一方法的不足。本文利用鄂爾多斯盆地西緣環江油田西部大量鉆完井、 測井、 試井及地震資料, 應用印膜法對該地區古地貌單元進行劃分， 識別出低殘丘、 斜坡、 古河道、 河間丘及古階地5種古地貌單元, 并利用已有試油及地層水礦化度資料對古地貌格局進行了驗證。

1 區域地質概況

洪德地區位于甘肅省環江油田西部, 構造上位于鄂爾多斯盆地西緣逆沖帶[1-3], 面積約600 km2(圖1)。該地區區域構造背景為平緩西傾單斜, 延安組主要油源來自于上三疊系延長組長7段頁巖。研究區地表為典型的黃土山地地貌, 溝壑縱橫, 延安組海拔多在1 226～1 850 m, 高差約630 m。

圖1 研究區位置

研究區侏羅系主力油藏分布在延9段。本區延9段為三角洲平原亞相沉積, 發育多期分流河道砂體, 多層狀疊置, 連通性較好, 儲層中粒間孔發育, 物性較好, 形成了油藏良好的儲集層(圖2)； 延9段的物源來自西北方向, 砂體沿著北西-南東方向展布[7]。該區內侏羅系沉積地層較為齊全, 厚度相對穩定, 侏羅系底部多為不整合接觸或假整合接觸[7]； 不整合面之上為延安組和富縣組， 之下為延長組。 延長組自上而下被劃分為10個油層組, 分別為長1—長10； 延安組自上而下被劃分為延1—延10等10個油層組[8]。

圖2 上三疊統—中侏羅統地層單元劃分

2 研究方法

研究區前侏羅紀古地貌對延安組儲層的沉積演化以及局部構造的最終定型具有重要影響。 基于研究區豐富的測井與地震資料, 本文綜合利用層拉平 技術及“印膜法”對該地區前侏羅紀古地貌進行恢復。首先, 根據地層不整合面, 在地層精細對比的基礎上, 選取一個等時基準面, 利用測井資料確定上覆沉積厚度與下伏殘余厚度, 根據其呈現出的一種鏡像關系, 對研究區的古地貌單元進行判別[1](圖3)。其次, 基于三維地震資料, 利用模型正演建立侵蝕面的地震響應模式, 將古地貌頂界拉平, 利用特征追蹤以及瞬時相位屬性方法恢復古地貌底界, 并利用印膜法原理恢復古地貌[10-11]。洪德三維區三疊系頂部及侏羅系底部之間存在較為明顯的地層不整合特征, 通過對疊加剖面和瞬時相位屬性剖面的拉平處理, 可更加清晰地顯示侵蝕溝谷、 上超、 削截等構造特征。最終, 結合測井與三維地震資料對研究區前侏羅紀古地貌單元進行劃分。

圖3 印模法古地貌恢復原理圖

3 前侏羅紀古地貌恢復

3.1 不整合面

基于鉆井與測井數據, 對研究區100余口探井進行地層精細對比與劃分。延9段地層頂部煤層發育, 易于識別, 即利用頂煤測井曲線的低伽馬、 高聲波時差、 高電阻率以及低密度特征來識別。長7底發育有一組深湖相的低阻頁巖(張家灘頁巖), 且分布較為穩定。因此,長7底到富縣頂的厚度為不整合面下伏殘余厚度,延9頂到富縣底為上覆沉積厚度。將不整合面作為等時基準面,延9頂和長7底分別作為上下標志層, 按照標志層特征, 主要地層對比與劃分結果如圖4所示。由NW向SE方向, 延安組地層厚度逐漸變薄,然后又逐漸增厚;而下伏殘余厚度總體呈現較為穩定的分布特征。

圖4 洪德延安組-延長組地層劃分對比

3.2 基于地震資料古地貌恢復

結合三維地震資料和鉆、 錄井資料, 可在地震反射解釋剖面上識別出不整合面及其上覆及下伏地層厚度, 進而識別出古河道、 斜坡、 低殘丘等古地貌單元(圖5)。可以看出, 不整合面上部及下部地層具有顯著的鏡像關系。甘陜古河道位置處不整合面下伏厚度明顯偏薄, 而上覆地層厚度則明顯變厚; 由斜坡帶到低殘丘處, 不整合面下伏厚度逐漸增大。

圖5 研究區過巴40井及巴39井地震剖面

利用三維地震模型正演建立侵蝕面地震響應模式, 再拉平古地貌頂界, 通過地震資料解釋最終得到研究區前侏羅紀古地貌格局(圖6)。結果顯示, 研究區西南部為甘陜古河, 西北和東南為斜坡高地, 一級支溝向東南發育, 二級支溝向南部發育匯入甘陜古河, 三級支溝向北發育, 識別出1～3級主河道9條。西南部甘陜古河的河道最寬, 延伸最遠。西南部和東部高地為分水嶺, 兩大支溝分別向東北和東南延伸; 北部次級支溝向北延伸, 南部次級支溝向北東和南延伸。侏羅系油藏大部分位于古地貌殘留高地、 斜坡區。

圖6 洪德三維前侏羅紀古地貌綜合立體圖

由圖7可知, 工業油流井主要分布在研究區的中部及東部的構造高部位。高地之間河谷帶的井幾乎沒有工業油井, 從而表明地震方法預測的古地貌格局是合理的。

圖7 洪德三維前侏羅紀古地貌圖

3.3 基于測井解釋古地貌恢復

利用鉆井及測井資料, 恢復出洪德地區前侏羅系不整合面上覆、 下伏地層厚度。結果顯示, 上覆地層厚度分布在20～110 m, 下伏地層厚度分布在300～750 m。不整合面的上覆地層厚度高值區主要集中在南部地區(圖8a), 北部上覆地層厚度相對較低。印支運動之后, 延長組頂部被剝蝕, 導致前侏羅紀古地貌凹凸不平, 后經富縣組的填平補齊, 地形趨于平緩。因此， 延9段至富縣組厚度可充分反映前侏羅紀古地貌的地形特征[12]。由西至東, 不整合面下伏地層厚度呈逐漸上升的趨勢(圖8b), 在局部出現高值, 且厚度變化呈現穩定的狀態。

圖8 洪德地區不整合面上覆地層(a)及下伏地層(b)厚度等值線圖

3.4 古地貌單元劃分

侏羅系油藏具有“小而肥”的特點, 油藏富集區在一定程度上受古地貌的控制[4]。綜合三維地震及測井方法對洪德地區前侏羅系古地貌進行了精細刻畫, 在該古地貌格局條件下, 主要劃分出5類古地貌單元, 分別為古河谷、 古階地、 斜坡、 河間丘、 低殘丘[13](圖9)。根據上覆沉積厚度及下伏殘余厚度分布, 對洪德地區古地貌單元進行劃分, 劃分依據如表1所示。

表1 洪德地區古地貌單元劃分依據

圖9 洪德地區前侏羅紀古地貌圖

古河谷: 測井解釋上覆沉積厚度大于70 m, 下伏殘余厚度小于600 m, 當上覆沉積厚度與下伏殘余厚度均較厚時, 表明其剝蝕作用較弱, 反映古地形為河谷[5]。研究區古河谷主要分布在西南部及東部局部地區,同樣識別出1～3級主河道9條。

斜坡高地: 斜坡高地是具有一定的坡度、 地形相對較高的單元, 周圍被古河道包圍[5]。當上覆沉積厚度小于70 m, 下伏殘余厚度大于600 m時, 反映古地形為高地, 剝蝕作用強而沉積作用弱。斜坡高地主要分布在北部、 中部及西部的局部地區。

古階地: 古階地是位于古河道與斜坡之間的較為平緩的河道階地, 當上覆沉積厚度在70 m左右, 下伏殘余厚度為600 m左右, 原侵蝕面經過抬升到洪水位, 由于河流侵蝕, 呈階梯狀順河道分布于古河道兩側[18]。古階地主要分布在古河道與斜坡之間的過渡地帶, 多位于研究區西南部及東部地區。

河間丘: 上覆地層厚度介于70～90 m, 下伏地層厚度小于600 m, 位于古河道中央, 地勢高于河道。河間丘主要分布于研究區東北部、 西部的局部地區。

低殘丘: 上覆沉積厚度小于40 m, 下伏殘余厚度大于600 m。低殘丘為古斜坡上局部發育的突起, 一般小而孤立[5]。研究區低殘丘主要位于斜坡高地的中央部位。

整體而言, 利用測井方法恢復的研究區前侏羅紀古地貌結果與前述地震方法恢復的結果一致, 表明本文所劃分的洪德地區前侏羅系古地貌格局是可靠的。

4 前侏羅紀古地貌控油作用分析

目前, 環江油田西北部已探明的延安組油藏主要分布于古地貌斜坡、 低殘丘等高地區域。斜坡帶是油氣成藏的最為有利區, 其次為低殘丘, 而古河谷區域主要為產水井。斜坡高地與古河谷之間的過渡區域通常為油氣運移的必經之地, 也分布有一些產油井。

古地貌控制著研究區的沉積相帶的發育、 沉積的區域、 古河谷的發育、 油氣的運移通道等[14]。延安組地層在差異壓實背景下, 部分地區形成了鼻隆, 促進了油氣在構造高部位聚集[12, 15-17]。延安組主要油源來源于下三疊系延長組長7底部發育的張家灘頁巖, 有效源巖為油氣藏提供了物質基礎。

古地貌形態控制有利相帶的發育, 古河谷的發育給油源提供了充足的通道, 油源可沿著古河道中發育的砂巖側向或垂直向上運移[16]。不同古河道交匯部位被稱為坡嘴[17-20], 坡嘴地貌中的邊灘相帶的砂巖經過河流的反復沖刷, 其分選好、 連通性強, 是延長組與延安組不整合面的運移通道, 因此油氣最先達到坡嘴地帶, 成為油藏分布的有利區帶[21-22]。

延安組延9段為侏羅系油藏主要富集層位, 向上油藏分布減少。經過分析, 斜坡帶、 低殘丘等高地區域地層水環境相對封閉或閉塞, 地層水礦化度較高，主要在10～109 g/L(圖10); 而古河谷區域的地層水環境相對開放, 地層水礦化度相對較低。研究區地層水的礦化度性質與油氣的運聚與保存有著重要的關系, 地層的封閉條件越好, 油氣的保存條件也相應越好, 進而對于油藏的富集越有利[23-24]。

圖10 洪德地區前侏羅紀古地貌與延9段地層水礦化度疊合圖

5 結 論

(1) 本文以環江油田西部洪德地區為例, 利用該地區大量鉆完井、 測井、 試井及最新三維地震資料, 采用印膜法對該區前侏羅紀古地貌原型形態進行了恢復。

(2) 研究區古地貌單元被劃分為古河谷、 古階地、 斜坡、 河間丘、 低殘丘等5種類型。利用測井方法恢復的前侏羅紀古地貌結果與地震方法恢復的結果一致, 表明本文所劃分的研究區前侏羅系古地貌格局是可靠的。

(3) 油藏主要分布在斜坡帶、 低殘丘等高地區域, 這些區域地層水環境相對閉塞, 地層水礦化度較高。同時, 研究區支溝發育： 一級支溝向東南發育, 二級支溝向南部發育匯入甘陜古河, 三級支溝向北發育, 共識別出1～3級河道9條。坡嘴地貌中的邊灘相帶砂巖經過河流的反復沖刷, 其分選及連通性均較好, 也是油藏分布的有利區帶。